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      針對防紫外線紡織品的分析

      2022-11-21 19:29:52何曉娟
      紡織報(bào)告 2022年3期
      關(guān)鍵詞:紫外線紡織品織物

      何曉娟

      (宿遷市纖維檢驗(yàn)所,江蘇 宿遷 223800)

      研究發(fā)現(xiàn),過量的紫外線輻射會(huì)對人體造成傷害,所以,近年來,世界各國人民都非常關(guān)注如何防紫外線,大量抗紫外線化妝品、日用品、紡織產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生,但實(shí)際使用效果并不突出。為了提高防護(hù)效果,做好防紫外線紡織品的作用、原理及質(zhì)量檢測方法研究很有必要。

      1 概述

      1.1 人體受紫外輻射的影響

      紫外輻射波波長在10~400 nm,且各波長產(chǎn)生的輻射效果具有差異性。一般大氣可以吸收200 nm以內(nèi)的紫外輻射,同時(shí)該波段紫外輻射波無法在空氣中傳播。雖然紫外線是具有殺菌能力的電磁波,但人體在接受紫外線殺菌燈照射時(shí)依舊會(huì)受到損害。若短時(shí)間照射身體,容易造成瘙癢、皮疹等皮膚損傷現(xiàn)象。紫外線還會(huì)傷害眼睛,過量紫外線會(huì)使眼睛流淚,若未得到有效處理會(huì)引發(fā)失明等現(xiàn)象。若人體被紫外線長期輻射,還會(huì)發(fā)生基因突變,甚至引發(fā)癌癥[1]。

      1.2 國內(nèi)防紫外線紡織品研究現(xiàn)狀及趨勢分析

      中國較晚才開始對防紫外線紡織品進(jìn)行研究,而且地球臭氧層受人類氟利昂排放較多影響,已經(jīng)出現(xiàn)了臭氧空洞,導(dǎo)致大氣屏蔽紫外線的效果明顯降低,這才引發(fā)國內(nèi)對紫外線防護(hù)問題的關(guān)注。自2000年開始,國人對防紫外線紡織品的關(guān)注空前高漲,諸多大廠已經(jīng)可以熟練運(yùn)用防紫外線紡織品加工技術(shù),實(shí)踐中常將適量氧化物顆粒等加入紡絲過程,然后采用后整理技術(shù)處理防紫外線紡織品。不過,國內(nèi)市場上的防紫外線紡織品數(shù)量依舊較少、質(zhì)量還有待提高,特別是在技術(shù)方面,相比于國外還有較大差距。另外,國內(nèi)市場上的防紫外線紡織品實(shí)際使用效果并不理想,仍有進(jìn)步空間。因此,做好防紫外線紡織品的研發(fā)有助于保護(hù)人體健康。

      2 防紫外線紡織品的作用及原理

      吸收、反射、投射光線是物體都具備的作用,因此,紫外線屏蔽劑可分成反射劑與吸收劑,可以獨(dú)立或混合使用。

      紫外線反射劑之所以能降低紫外線穿透效果,是因?yàn)槟芾脽o機(jī)微粒的反射、散射作用,完成紫外光的吸收與能量轉(zhuǎn)換,并以熱能或無害低輻射形式消耗、釋放能量。采用合理的方法加工防紫外線紡織品后,不管何種纖維材料,都能起到防紫外線的效果,同時(shí),織物的防紫外線性能不會(huì)受到織物厚度、色澤等因素的較大影響[2]。

      3 防紫外線紡織品的影響因素及組成

      防紫外線紡織品由防紫外線纖維基材、整理劑組成,而纖維結(jié)構(gòu)、吸收劑等是主要影響因素,以下將對影響因素進(jìn)行詳細(xì)分析。

      3.1 防紫外線纖維基材影響因素

      3.1.1 纖維種類

      纖維種類的差異性導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)必然存在差異,所以會(huì)對吸收紫外線的能力及防紫外線性能造成影響。比如紫外線能量會(huì)被經(jīng)綸纖維結(jié)構(gòu)的—CN基團(tuán)吸收、轉(zhuǎn)化為熱能消散;聚酯纖維中的苯環(huán)及蛋白質(zhì)纖維分子中的芳香族氨基酸,均能將紫外線吸收;麻類纖維的特殊果膠質(zhì)斜偏孔結(jié)構(gòu)由于有大小各異的空隙,且纖維表面溝壑較多、裂紋縱橫,可有效吸收光波,防紫外線效果較好。在防紫外線性能方面,棉織物遠(yuǎn)不如麻等纖維,不過國內(nèi)使用棉織物的數(shù)量較多,因此對織物防紫外線性能的科研工作比較關(guān)注。另外,天然植物中的海藻、銀杏等與維生素A、E均能有效吸收紫外線[3]。

      3.1.2 纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)

      羊毛及聚酯纖維截面為圓形,可有效反射光、減小紫外線穿透率;另外,纖維直徑和反射效果呈反比,所以要想提高防紫外線性能,可選擇超細(xì)纖維加工織物。

      3.1.3 結(jié)構(gòu)、緊密性等因素

      織物孔隙率直接受組織結(jié)構(gòu)、厚度、緊密性影響,且孔隙率和防紫外線效果呈反比。

      3.1.4 染料顏色

      若織物材質(zhì)相同,當(dāng)顏色存在差異時(shí),防紫外線性能也存在較大差異,原因是一些染料吸收帶可延伸到紫外光譜區(qū)吸收部分紫外線,所以織物顏色越深,防紫外線性能越高[4]。

      3.1.5 其他要素

      在防紫外線效果方面,衣物濕態(tài)遠(yuǎn)不如干燥狀態(tài),原因是當(dāng)水分存在于紗線、纖維空隙中時(shí),使光具備的分散作用降低,從而破壞了防紫外線性能。

      此外,短纖織物的防紫外線效果優(yōu)于長絲織物,細(xì)纖織物的防紫外線效果優(yōu)于粗纖織物等。

      3.2 紡織品整理劑分析

      3.2.1 紫外線吸收劑

      紫外線吸收劑是一種吸收波長在270~300 nm的紫外線的有機(jī)化合物,在諸多領(lǐng)域被使用,比如高分子材料及紡織品加工業(yè)。合成紫外線吸收劑主要為共軛體系化合物,常見類型包括水楊酸酯類、甲烷衍生物、金屬離子化合物類、二苯甲酮類等。經(jīng)過試驗(yàn)研究可知,苯丙三唑作為紫外線吸收劑與聚合物,具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性、相容性,因此得以大量應(yīng)用在合成材料、涂層制品行業(yè)。以上介紹的化合物內(nèi)部存在的氫鍵等形成過程,可以將能量吸收后轉(zhuǎn)化為熱能并消散,所以,傳遞至高聚物內(nèi)的能量變少,滿足了防紫外線的需求[5]。

      3.2.2 紫外線反射劑

      紫外線反射劑的原理是反射、折射紫外線,從而起到防紫外線的作用。在實(shí)踐中,可在纖維或織物中加入陶瓷或金屬氧化物等細(xì)粉,提高織物表面反射、散射紫外線的能力,防止紫外線穿透織物。當(dāng)前,無機(jī)防紫外線添加劑、納米粉體是常見的紫外線反射劑。

      4 防紫外線紡織品的質(zhì)量檢測

      4.1 防紫外線紡織品質(zhì)量檢測方法標(biāo)準(zhǔn)

      澳大利亞和新西蘭制定了《日光防護(hù)服評定和分級(CAS/NZS4399,Sun Protective Clothing-Evaluation and Classification)》標(biāo)準(zhǔn);歐洲制定的標(biāo)準(zhǔn)則和澳洲存在差異,歐洲紡織品防紫外線標(biāo)準(zhǔn)由“防紫外線測試”“防紫外線分級標(biāo)簽”兩部分構(gòu)成,該標(biāo)準(zhǔn)在服裝款式方面有明確要求,服裝面料要根據(jù)EN 13758.1的要求參加防紫外線測試,通過后還必須滿足紫外線防護(hù)系數(shù)(Ultraviolet Protection Factor,UPF)>40及UVA透射率的條件;美國紡織品的防紫外線性能標(biāo)準(zhǔn)和歐洲、澳洲均不同,新添了樣品模擬實(shí)際使用預(yù)處理及濕態(tài)測試內(nèi)容,標(biāo)準(zhǔn)體系涵蓋預(yù)處理、測試、分級標(biāo)簽3個(gè)標(biāo)準(zhǔn),UPF>15才可以標(biāo)注具有防紫外線性能;中國標(biāo)準(zhǔn)則借鑒了歐洲、澳洲標(biāo)準(zhǔn),在2002年制定了GB/T 18830《紡織品 防紫外線性能的評定》標(biāo)準(zhǔn)(現(xiàn)更新為GB/T 18830—2009《紡織品 防紫外線性能的評定》標(biāo)準(zhǔn)),對織物防日光紫外線性能試驗(yàn)方法和防護(hù)水平的表示、評定、標(biāo)識作出明確規(guī)定;總部設(shè)在瑞士的國際測試協(xié)會(huì)彌補(bǔ)了澳洲標(biāo)準(zhǔn)AS/NZS 4399:1996的不足,制定了“UV-標(biāo)準(zhǔn)801”(UV-Standard 801),該標(biāo)準(zhǔn)依舊采用澳洲標(biāo)準(zhǔn)“AS/NZS 4399”測試的UPF,不過對試樣的處理有較大不同,如新增了摩擦、洗滌、濕態(tài)等試樣處理程序,對產(chǎn)品正常使用時(shí)發(fā)生的狀況或要求進(jìn)行了模擬,產(chǎn)品通過測試、認(rèn)證方可頒發(fā)有效期在一年以內(nèi)的證書[6]。

      4.2 防紫外線紡織品測試方法

      4.2.1 紫外分光光度計(jì)法

      精挑高品質(zhì)紫外分光光度計(jì),利用其制造輻射源,釋放波長為280~400 nm的紫外線,通過單色器直接照射紡織品,然后對各方向上透過紡織品的輻射量通過積分球進(jìn)行收集,并對紫外線透射比進(jìn)行計(jì)算。如果透射比較小,則表明紡織品的防紫外線效果較好。該方法能對不同波長下的透射比進(jìn)行檢測,屬于世界范圍內(nèi)最流行、通用的方法。據(jù)悉,英國、澳大利亞、新西蘭、美國、中國的檢測標(biāo)準(zhǔn)都采用該方法。

      4.2.2 紫外線強(qiáng)度計(jì)法

      在一定時(shí)間范圍內(nèi),用紫外線照射紡織品,并檢測通過紡織品樣品的紫外線輻射強(qiáng)度,然后和沒有放樣品的紫外線照射情況進(jìn)行對比,得到紫外線透過率,計(jì)算紫外線遮蔽率。

      不管是哪一種方法,都是儀器試驗(yàn)方法,通過光譜輻射完成測驗(yàn)可提高測驗(yàn)的客觀性、公正性。

      4.2.3 人體測試法

      提前準(zhǔn)備有防紫外線功能的紡織品與沒有防紫外線功能的同種紡織品,然后安排檢測員放在與人體皮膚相近的試驗(yàn)品上,用紫外線照射,記錄、比較出現(xiàn)紅斑等效應(yīng)需要的時(shí)間,最后根據(jù)時(shí)間長短對防紫外線紡織品的質(zhì)量進(jìn)行評判,時(shí)間越長、質(zhì)量越好。

      4.2.4 變色褪色法

      將紡織品通過光敏染料染色后,放到指定位置接受標(biāo)準(zhǔn)紫外線光源照射,同時(shí),在染色紡織品上遮蓋一條待測紡織品,然后照射一段時(shí)間,并在此過程中觀察染色織物的顏色變化情況,顏色變化越不明顯,表明待測防紫外線紡織品的質(zhì)量越好。

      4.3 防紫外線紡織品質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)

      紫外線透射比、紫外線穿透力及UPF、紫外線遮蔽率均是防紫外線性能評價(jià)的重要指標(biāo)?,F(xiàn)今,國外在評價(jià)織物防紫外線性能時(shí)以UPF指標(biāo)為主[7]。

      5 防紫外線紡織品的運(yùn)用

      在制作紡織品時(shí),將紫外線屏蔽劑加入纖維、紗線、織物中,可提高防紫外線紡織品的防紫外線效果,一般屏蔽紫外線的效率超過了90%,最高可達(dá)99%。現(xiàn)今,下游紡織業(yè)常選擇有防紫外線功能的麻類、羊毛等材料加工產(chǎn)品。

      近年來,國內(nèi)防紫外線紡織品研發(fā)領(lǐng)域發(fā)展較快,尤其是滌綸防紫外線產(chǎn)品科研取得了優(yōu)秀成果。當(dāng)前,中國研發(fā)的防紫外線纖維品種涵蓋滌綸POY、滌綸UDY、滌綸短纖維等,紫外線遮蔽率更是達(dá)到了94%?,F(xiàn)今,化纖及化纖混紡織物成為國內(nèi)市場上防紫外線服飾的主流,但是不同化纖應(yīng)用領(lǐng)域聚焦的重點(diǎn)有較大差異。

      現(xiàn)今,防紫外線紡織品的應(yīng)用范圍可分為六大類:(1)以裙裝、襯衣、罩衣為主的夏日女裝;(2)以遮陽帽、夏季手套、高筒襪、日常服飾為主的流行用品;(3)男士短褲、T-shirt、襯衣、夾克衫等;(4)防紫外線體育運(yùn)動(dòng)服裝;(5)農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、林業(yè)等室外作業(yè)服;(6)具有防紫外線性能的窗簾、帳篷、遮陽傘、廣告帆布等其他用品[8]。

      現(xiàn)今,通過研究國內(nèi)外防紫外線紡織品實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r可以確定,其發(fā)展趨勢主要有3個(gè)方面。(1)防紫外線紡織品在技術(shù)領(lǐng)域會(huì)朝納米技術(shù)方向發(fā)展,最終會(huì)利用納米復(fù)合技術(shù)制造出有紫外線反射作用的無機(jī)納米粒子與具備紫外線吸收能力的有機(jī)納米粒子類高效紫外線屏蔽劑,研究、制備高效紫外線屏蔽劑勢必變成抗紫外線織物發(fā)展研究的重要方向。(2)防紫外線紡織品將朝功能持久、高效的方向發(fā)展,比如利用微膠囊的緩釋特征,將紫外線屏蔽劑制成微膠囊并植入紡織品,讓產(chǎn)品獲得更加持久、高效的防紫外線性能。(3)防紫外線紡織品將朝功能復(fù)合化方向持續(xù)發(fā)展,實(shí)踐中會(huì)通過在紡織品中添加紫外線屏蔽劑及不同功能劑的方式,讓防紫外線紡織品變得便捷、實(shí)用,為紡織品提高附加值和適應(yīng)性。

      6 結(jié)語

      近年來,大眾的健康意識不斷強(qiáng)化,對防紫外線紡織品更加關(guān)注。因此,要結(jié)合市場需求,高度重視對防紫外線紡織品作用、選料、原理、設(shè)計(jì)方法等的研究,進(jìn)而提高紡織品的防紫外線效果,并獲得良好的發(fā)展前景。

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