紡織品的抗紫外線整理

2016-07-18上海工程技術(shù)大學(xué)服裝學(xué)院 錢如山 朱傳龍 等

 

摘要： 從織物的纖維種類和結(jié)構(gòu)對織物抗紫外性能的影響，綜述了臭氧層被氟氯烷烴破壞的機(jī)理及對人體的傷害。綜合分析目前織物抗紫外線整理存在的不足，提出了納米抗紫外線是抗紫外整理的研究方向。

關(guān)鍵詞：臭氧  織物  抗紫外  整理劑

1 引言

 

1801年德國物理學(xué)家里特發(fā)現(xiàn)紫外線以來，人們對于紫外線的認(rèn)識與研究已有兩個多世紀(jì)。紫外線來自太陽輻射的一種電磁射線，國際照明委員會C.I.E將紫外光譜區(qū)分為三個不同波段，根據(jù)紫外線波長可分為：近紫外線LNA (315-400nm)，遠(yuǎn)紫外線UVB (280-315nm)和超短紫外線LNC (100-280)。太陽光中波長在300nm以下的電磁波幾乎被大氣中的臭氧吸收，很難到達(dá)地面。因此，到達(dá)地面大多數(shù)是近紫外線和遠(yuǎn)紫外線。適量照射紫外線對身體有好處，有助于人體吸收鈣，加強(qiáng)人體非特異性免疫功能和機(jī)體防御能力、促進(jìn)體內(nèi)某些激素的分泌功能等。但是受到過量的紫外線照射則會引起身體不適，甚至?xí)忌虾芏嗉膊　４罅縿游飳?shí)驗(yàn)表明：UV-B紫外線輻射能損壞眼角膜和晶狀體，導(dǎo)致眼睛渾濁。也有研究表明：紫外線輻射能夠擾亂人體的免疫系統(tǒng)（如使人產(chǎn)生黑色素），免疫受到抑制，結(jié)核、單純皰疹等疾病惡化或增加。

 

    過量的紫外線特別會對皮膚造成嚴(yán)重的傷害。紫外線的波長愈短，對人類皮膚危害越大。短波紫外線可穿過真皮，中波則可進(jìn)入真皮。過量的紫外線能使皮膚細(xì)胞中的DNA受損引起曬斑，產(chǎn)生色素沉著，如果表皮細(xì)胞DNA損傷增多，超過了其修復(fù)能力，會使皮膚致癌。

 

近年來，隨著人們對生活水平的要求越來越高，在舒適的享受的同時，向大氣中排放了大量的氟、氯化合物，使臭氧層遭到了日趨嚴(yán)重的破壞。到達(dá)地面的紫外線輻射量增多，對人體的傷害也越來越嚴(yán)重。因此人體防護(hù)紫外線輻射的研究得到了重視，而服裝是人體最有效的保護(hù)工具，所以對紡織品進(jìn)行抗紫外線整理很有必要，防止紫外線對皮膚傷害的同時保持織物原有性能已成為紡織染整業(yè)的重要課題之一。   

 

2 織物抗紫外整理

 

2.1 影響紫外線透過織物的因素

 

    未經(jīng)防紫外整理的織物本身具有一定的防紫外作用，其防紫外的效果與織物的種類、形態(tài)結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)組織以及厚度有關(guān)。一般認(rèn)為分子結(jié)構(gòu)中含有苯環(huán)、芳香族氨基酸的纖維（如：滌綸、羊毛、絲綢等），對300nm 以下的紫外光有強(qiáng)烈吸收，紫外線透過率較低；形態(tài)呈光滑圓柱形的纖維對光線反射率較高；織物組織交織點(diǎn)少，浮長較長的結(jié)構(gòu)（如緞紋組織），防紫外輻射效果較好；較厚的織物紫外線透過率較少。

    棉纖維的結(jié)構(gòu)中不含苯環(huán)，且具有縱向扭曲不光滑的形態(tài)，紫外線最容易透過棉織物，因此棉織物的防紫外整理顯得尤為重要。

 

2.2 抗紫外整理劑的分類

    抗紫外整理劑的研究很早便引起了人們的重視，根據(jù)抗紫外機(jī)理可分為：反射型抗紫外線整理劑、吸收型抗紫外線整理劑和納米型抗紫外線整理劑。

2.2.1 反射型抗紫外線整理劑

    反射型抗紫外線整理劑對紫外線無吸收作用，只是依靠對光線的反射作用，減少紫外線的透過率。亦稱紫外線屏蔽劑。這類屏蔽劑具有無毒、無味、無刺激性、熱穩(wěn)定性好、不分解及不揮發(fā)等性能，大多是金屬、金屬氧化物及鹽類，典型的如Ti02、 Zn0、Al02、高嶺土、滑石粉、炭黑、氧化鐵、氧化亞鉛和CaC03等，對波長在310-400nm的紫外線反射率可高達(dá)95%。

    雖然紫外線屏蔽劑有獨(dú)特的優(yōu)勢，但是經(jīng)其整理后織物的透氣性、手感及耐洗性較差，并且織物的色澤、牢度以及白度有所下降，有些甚至使人體發(fā)生過敏反應(yīng)。因此這類整理劑大多用于遮陽傘、帳篷等，而很少用于服裝面料。

2.2.2 吸收型抗紫外線整理劑

    吸收型抗紫外整理劑也稱為紫外線吸收劑，能強(qiáng)烈地、選擇性地吸收高能量的紫外線，以其它較低能量的形式（如：波長較長的光或熱量）釋放，從而避免紫外線對人體皮膚的傷害，而吸收劑本身并不受到紫外線的破壞。其吸收劑原理一般認(rèn)為是分子內(nèi)質(zhì)子的轉(zhuǎn)移：結(jié)構(gòu)中的羥基與附近結(jié)構(gòu)中的N或O原子形成一個含有氫鍵的分子內(nèi)六元環(huán)，六元環(huán)經(jīng)紫外照射吸收能量后打開，伴隨烯醇式和酮式結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換，將有害能量轉(zhuǎn)化為無害的光波或熱能釋放，六元環(huán)再閉合恢復(fù)。

 

作為織物的紫外線吸收劑應(yīng)具備如下條件：

(1)安全無毒，對人體無過敏反應(yīng)，不能對人體健康產(chǎn)生威脅；

(2)符合環(huán)保要求；

(3)耐常用溶劑和耐洗性良好；

(4)吸收紫外線后無著色現(xiàn)象；

(5)不影響或少影響織物的白度、牢度、強(qiáng)力和手感等物理性能和織物風(fēng)格；

(6)有一定的穩(wěn)定性。

常見的紫外吸收劑有：

① 二苯甲酮類化合類：

    是最早使用的紫外吸收劑，這類化合物分子中的羰基與羥基形成分子內(nèi)氫鍵，構(gòu)成一個螯合環(huán)結(jié)構(gòu)。在吸收紫外線后，內(nèi)氫鍵發(fā)生振蕩，穩(wěn)定的螯合環(huán)打開，將吸收的能量以熱能的形式釋放出來，另外分子中的羰基會被吸收的紫外光能所激發(fā)，生成烯醇式結(jié)構(gòu)的互變異構(gòu)，這也消耗了一部分能量。

    此類化合物有：2-羥基．5氯二苯甲酮，2-4二羥基二苯甲酮等。此類化合物具有多個羥基，對纖維有較好的吸附能力能吸收280～400nm的紫外線，主要用于聚丙烯、聚酯、纖維素等纖維。但其對280nm以下的紫外線幾乎沒有吸收，有時易泛黃，另外價格比較昂貴所以在市場上運(yùn)用很少。

② 水楊酸酯類：

    水楊酸酯類紫外線吸收劑分子中也有內(nèi)在氫鍵，開始時對紫外線吸收能力較低，且吸收的范圍窄(小于340nm)，但照射一定時間后，吸收逐漸增大。原因是在紫外線照射下發(fā)生分子重排形成了紫外線吸收能力強(qiáng)的二苯甲酮結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化了其對紫外線的吸收能力。重排后生成的雙羥基二苯甲酮及其衍生物可吸收部分可見光而呈現(xiàn)黃色．而導(dǎo)致整理后織物泛黃。另外這類吸收劑熔點(diǎn)較低，易升華、吸收系數(shù)低，因此運(yùn)用較少。

③ 苯并三唑類：

    苯并三唑類紫外吸收劑的作用原理與二苯甲酮類相似：苯并三唑類的紫外線吸收效果要優(yōu)于二苯甲酮類紫外線吸收劑，可吸收300-400nm的光，且不吸收400nm波長以上的光，所以不會泛黃，并且具有耐揮發(fā)性、耐油等優(yōu)點(diǎn)。苯并三唑類吸收劑的結(jié)構(gòu)和分散染料很接近，故應(yīng)用范圍有限，可采用高溫高壓法處理到滌綸上，但若要應(yīng)用于錦綸、羊毛、蠶絲和棉織物上，需要在分子中接上適當(dāng)數(shù)量的磺酸基。

④ 三嗪類：

    三嗪與三唑類紫外吸收劑均含有N，依靠N、H形成的分子內(nèi)氫鍵及烯醇式和酮式結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換來有效吸收紫外線，對280～380nm的紫外光有較高的吸收能力。而三嗪類吸收劑的吸收效果與羥基的個數(shù)成正比，因此吸收能力較苯并三唑類強(qiáng)，其缺點(diǎn)是與高聚物的相容性差，整理后織物易著色。

⑤ 有機(jī)鎳類：

    有機(jī)鎳聚合物作為紫外線吸收劑的作用機(jī)理與上述4類吸收劑有所不同，常把它歸類于猝滅劑（又稱減活劑、消光劑、激光態(tài)猝滅或能量猝滅劑），

    有機(jī)鎳吸收劑的吸收能力較低，當(dāng)有機(jī)鎳聚合物分子接受紫外線光照的能量被激發(fā)成為激發(fā)態(tài)，當(dāng)紫外光失去后，又由激發(fā)態(tài)回到基態(tài)，把紫外能量轉(zhuǎn)化為低能量的光譜散發(fā)。從而減少了紫外線的透過率。有機(jī)鎳吸收劑可與部分纖維織物在一定條件下能形成螯合物絡(luò)合體，但往往有顏色，使用有局限。

常見的紫外吸收劑有：

① 二苯甲酮類化合類：

    是最早使用的紫外吸收劑，這類化合物分子中的羰基與羥基形成分子內(nèi)氫鍵，構(gòu)成一個螯合環(huán)結(jié)構(gòu)。在吸收紫外線后，內(nèi)氫鍵發(fā)生振蕩，穩(wěn)定的螯合環(huán)打開，將吸收的能量以熱能的形式釋放出來，另外分子中的羰基會被吸收的紫外光能所激發(fā)，生成烯醇式結(jié)構(gòu)的互變異構(gòu)，這也消耗了一部分能量。

    此類化合物有：2-羥基．5氯二苯甲酮，2-4二羥基二苯甲酮等。此類化合物具有多個羥基，對纖維有較好的吸附能力能吸收280～400nm的紫外線，主要用于聚丙烯、聚酯、纖維素等纖維。但其對280nm以下的紫外線幾乎沒有吸收，有時易泛黃，另外價格比較昂貴所以在市場上運(yùn)用很少。

② 水楊酸酯類：

    水楊酸酯類紫外線吸收劑分子中也有內(nèi)在氫鍵，開始時對紫外線吸收能力較低，且吸收的范圍窄(小于340nm)，但照射一定時間后，吸收逐漸增大。原因是在紫外線照射下發(fā)生分子重排形成了紫外線吸收能力強(qiáng)的二苯甲酮結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化了其對紫外線的吸收能力。重排后生成的雙羥基二苯甲酮及其衍生物可吸收部分可見光而呈現(xiàn)黃色．而導(dǎo)致整理后織物泛黃。另外這類吸收劑熔點(diǎn)較低，易升華、吸收系數(shù)低，因此運(yùn)用較少。

③ 苯并三唑類：

    苯并三唑類紫外吸收劑的作用原理與二苯甲酮類相似：苯并三唑類的紫外線吸收效果要優(yōu)于二苯甲酮類紫外線吸收劑，可吸收300-400nm的光，且不吸收400nm波長以上的光，所以不會泛黃，并且具有耐揮發(fā)性、耐油等優(yōu)點(diǎn)。苯并三唑類吸收劑的結(jié)構(gòu)和分散染料很接近，故應(yīng)用范圍有限，可采用高溫高壓法處理到滌綸上，但若要應(yīng)用于錦綸、羊毛、蠶絲和棉織物上，需要在分子中接上適當(dāng)數(shù)量的磺酸基。

④ 三嗪類：

    三嗪與三唑類紫外吸收劑均含有N，依靠N、H形成的分子內(nèi)氫鍵及烯醇式和酮式結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換來有效吸收紫外線，對280～380nm的紫外光有較高的吸收能力。而三嗪類吸收劑的吸收效果與羥基的個數(shù)成正比，因此吸收能力較苯并三唑類強(qiáng)，其缺點(diǎn)是與高聚物的相容性差，整理后織物易著色。

⑤ 有機(jī)鎳類：

    有機(jī)鎳聚合物作為紫外線吸收劑的作用機(jī)理與上述4類吸收劑有所不同，常把它歸類于猝滅劑（又稱減活劑、消光劑、激光態(tài)猝滅或能量猝滅劑），

    有機(jī)鎳吸收劑的吸收能力較低，當(dāng)有機(jī)鎳聚合物分子接受紫外線光照的能量被激發(fā)成為激發(fā)態(tài)，當(dāng)紫外光失去后，又由激發(fā)態(tài)回到基態(tài)，把紫外能量轉(zhuǎn)化為低能量的光譜散發(fā)。從而減少了紫外線的透過率。有機(jī)鎳吸收劑可與部分纖維織物在一定條件下能形成螯合物絡(luò)合體，但往往有顏色，使用有局限。