抗紫外線全解

1、抗紫外線整理,武宗文,本章主要學習內容,１、紫外線防護概述２、紫外線屏蔽原理3、常用紫外線整理劑4、紡織品防紫外線整理加工方法5、紡織品防紫外線性能評定,１紫外線防護概述,1.1紫外線的特征1.2 紫外線對人體的益處1.3 紫外線對人體的危害 1.4紫外線的分類1.5 紫外線的能量1.6影響織物紫外線透過率的因素,Ultra Violet,1.1紫外線的特征,紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線同屬于電磁波,只是波長

2、和能量不同.,1.2 紫外線對人體的益處,太陽照射 維生素D合成 骨骼發(fā)育； 兒童多曬太陽，防止佝僂病，身體健康；皮膚曬得又黑又紅是健康的象征等等紫外線具有殺菌消毒作用，有利于保持衛(wèi)生。,,,過多遭受紫外線輻射產生的危害有：引起急性角膜炎和結膜炎，慢性白內障等眼疾；對皮膚造成傷害，甚至誘發(fā)皮膚癌；對人體免疫系統(tǒng)造成破壞,1.3 紫外線對人體的危害,1.

3、4紫外線的分類及特點,E=hy，普朗克常量h = 6.63 ×10^-34,表1 光的波長和能量,表2 幾種典型化學鍵的離解能,1.5 紫外線的能量,1.6 影響織物紫外線透過率的因素,1)織物的組織和結構：隨著織物密度、厚度和質量增加、紫外線的透過率越小。紫外線防護性能取決于織物的覆蓋系數(shù)2)織物纖維的種類：纖維材料分子結構影響紫外線吸收性能。與棉、粘膠、錦綸和腈綸織物相比，羊毛和滌綸的紫外線透過率較低。3)織物的顏色

4、及顏色的深淺：許多染料的吸收帶往往延伸到紫外光譜區(qū)域。一般來說，紡織品色澤越深，紫外線輻射防護性能越好。4)含濕量：濕衣物較干的衣物具有較低的紫外線透過率5)纖維形狀：一般短纖維抗紫外線能力優(yōu)于長絲織物，細纖維織物優(yōu)于粗纖維織物，扁平異形化纖織物優(yōu)于圓形截面化纖，機織物優(yōu)于針織物,２ 紫外線屏蔽原理及方法,2.1 織物對紫外線的吸收與反射作用2.2抗紫外線機理2.3紫外線整理劑的分類2.3防紫外線織物生產方法,2.1 織物對紫

5、外線的吸收與反射作用,2.2抗紫外線機理,反射作用：通過一些無機材料對紫外線的反射或散射作用，降低紫外線透過率。吸收作用：紫外線吸收劑在吸收紫外線光能量后，分子內產生電子能級遷移，由基態(tài)到激發(fā)態(tài)，由于激發(fā)態(tài)處于高能量態(tài)不穩(wěn)定，電子又可能回到基態(tài)或過渡態(tài)，同時放射出較低能量的輻射能，最終以光和熱的形式釋放這些能量并恢復到其原來的分子結構。,2.3 紫外線整理劑分類,(1)無機紫外線整理劑反射材料：包括金屬、金屬氧化及其鹽類，氧化鋅，氧

6、化鈦，氧化硅等(2)有機紫外線吸收劑紫外線吸收劑：苯酮類化合物、苯并三唑類化合物、水楊酸類化合物、三嗪類化合物等。,1） 在化纖紡絲或聚合的過程中加入紫外線屏蔽劑生產抗紫外線纖維，再織成織物。抗紫外線性能更持久。2）在織物后整理加工時通過浸軋或涂層的方法賦予紡織品抗紫外線功能。采用此種方法獲得的抗紫外線功能耐水洗牢度差，且對織物風格會有一定程度的影響。,2.4抗紫外線織物的制造方法,3、常用紫外線整理劑,紡織品紫外線吸收劑應具有的

7、條件：⑴吸收紫外線的波長范圍要寬，吸收系數(shù)要大，盡 可能吸收 280~400nm，并且吸收穩(wěn)定；⑵對紡織品無光催化現(xiàn)象，不影響織物的色澤、白度和色牢度；⑶產品安全無毒，無刺激性等有害氣味，對人體皮膚無過敏反應；⑷與其它化學品兼容性好，具有一定的耐洗滌性能,無機紫外線整理劑或屏蔽劑金屬、金屬氧化及其鹽類：氧化鋅、氧化鈦、三氧化二鋁、高嶺土、滑石粉、氧化鐵、炭黑、碳酸鈣、二氧化硅等，特點無毒、無味、熱穩(wěn)

8、定性好、不分解、不揮發(fā)，高效安全，,3.1無機紫外線整理劑,3.1無機紫外線整理劑— 納米材料抗紫外線劑,近來把納米技術引入到紡織中，通過添加具有紫外線屏蔽作用的納米級TiO2和ZnO來提高織物的紫外線防護性能。納米微粒的小尺寸效應、表面效應等，使材料具有特殊性能。當粒徑約為1/2波長時，對紫外線的屏蔽效果最好。,3.2有機紫外線吸收劑,能強烈地、選擇性地吸收高能量的紫外線，將吸收的能量以熱能或無

9、害的低能輻射釋放出來而消耗掉。紫外線吸收劑的光能吸收與轉化機理隨種類不同而異，從分子結構上講，一般都具有共軛結構和氫鍵，吸收紫外線后能轉化成熱能或熒光等。,表3 不同種類的紫外線吸收劑,,,,,X 或 Y=,3.2有機紫外線吸收劑缺點：,使用的范圍較窄，且牢度不好；添加有機物會對人體造成危害；會帶來廢水對環(huán)境的污染問題。,防紫外線整理產品的安全性,防紫外線整理產品的安全性由于防紫外線整理織物以制作夏天服裝為多，因此會直接與人體皮

10、膚接觸。為此必須加強對抗紫外線整理劑的皮膚過敏試驗，急性毒性試驗以及致畸試驗等一系列安全檢測，以確保產品對人類安全，對環(huán)境友好?？棺贤饩€整理劑的選擇：紡織品要達到抗紫外線的目的，防止紫外線對人體皮膚的傷害，可采用TiO2粉、陶瓷粉等反光性強的物質對織物進行后整理加工，提高織物對紫外線的反射和散射的能力；同時利用比較安全的紫外線吸收劑，提高織物對紫外線的吸收能力。如將這兩類物質混合后處理織物，使它們對紫外線既有反射和散射作用又具有吸收作

11、用，從而極大地降低紫外線的透過率，獲得高質量的抗紫外線輻射紡織品,4.抗紫外線紡織品生產工藝,1.抗紫外線纖維的生產2.抗紫外線紡織品的生產,4.1 抗紫外線纖維的生產,主要指在合成纖維生產過程中，用共聚、共混方法等摻入紫外線屏蔽劑，再經紡絲，使纖維具有遮蔽紫外線的功能。這種方法所得到的織物效果持久且手感較好，但對處理技術要求高，成本大，且有不宜用于天然纖維及混紡時效果難以控制等弱點。主要有三種途徑。,1）將紫外線屏蔽劑與成纖高聚物的

12、單體共聚紡絲,例如：在制備聚酯對苯二甲酸乙二醇酯時，添加一定量的（小于10%）4，4—二羥基二苯甲酮，用常規(guī)的直接酯化或酯交換后縮聚的方法制得改性聚酯樹脂，經熔融紡絲制成性能優(yōu)良的抗紫外線纖維。在聚合前將無機物（TiO2陶瓷）微粒與單體混合，聚合成無機抗紫外線粒子均勻分散的高聚物，紡絲后可得抗紫外線纖維。,抗紫外線纖維的其它兩種生產方法,2）） 無機或有機抗紫外線屏蔽劑單獨或混合使用與聚合物共混后紡絲無機或有機抗紫外線屏蔽劑單獨或混合

13、使用。3）用浸漬或染色法附著與纖維上，適用與天然纖維和一些合成纖維。,4.2抗紫外線紡織品整理方法,4.2. 1 吸盡法4.2. 2 浸軋法4.2. 3 涂層法 4.2. 4 印花法 4.2. 5微膠囊技術 4. 2. 6 溶膠－凝膠技術,4.2. 1 吸盡法,1）高溫高壓吸盡法 高溫高壓吸盡法類似于滌綸的高溫高壓染色，這是由于一些不溶或難溶于水的紫外線吸收劑，它們的分子結構和分散染料

14、很接近，在高溫高壓的條件下可以進入纖維內部而固著。高溫高壓吸盡法適合于滌綸，錦綸等合纖織物，此法比較多的采用分散染料染色與抗紫外輻射整理同浴進行。例如： 染浴組成： 分散染料 x 分散劑 3g/L 硫酸銨 3g/L

15、 紫外線吸收劑 2-4% 工藝流程：60℃開始，以2℃/min的升溫速度至130 ℃，保溫60min,再經降溫、還原清洗、水洗烘干等 。,4.2. 1 吸盡法,2）常壓吸盡法 常壓吸盡法則主要適合于棉，麻，羊毛，蠶絲等天然纖維類織物的抗紫外整理。常壓吸盡法須選用水溶性的紫外線吸收劑，如一些二苯甲酮類的水溶性紫外線吸收劑的分子結構中有多個羥基，對棉及其它天然纖維有較好的吸附能力；還可以利

16、用一些水溶性紫外線吸收劑帶有磺酸基團，可與酸性染料、金屬絡合染料一起同浴用于羊毛、蠶絲和錦綸的染色。因此可以在常壓下被用于此類織物抗紫外整理，pH值在等電點以下，紫外線吸收劑和染料可以靠電荷引力被纖維吸附，實現(xiàn)在常壓下上染纖維。,4.2. 2 浸軋法,由于紫外線屏蔽劑大多不溶于水，又對棉，麻等天然纖維缺乏親和力，因此不適合用吸盡法，而采用與樹脂同浴，將屏蔽劑固著在織物表面。浸軋液由紫外線屏蔽劑，樹脂，柔軟劑等組成。但經加熱處理后，織物上

17、孔眼易被樹脂覆蓋，會影響整理織物的風格，吸水性和透氣性。,4.2. 3 涂層法,一般在涂層劑中加入適量紫外線屏蔽劑，用涂布器在織物表面進行精密細涂層，然后經烘干及必要的熱處理，在織物表面形成一層薄膜。這類方法雖使耐洗牢度及手感受到影響，但對纖維種類的適應性廣，處理成本低，對應用的技術和設備要求不高。涂層法使用的紫外線屏蔽劑，大多是一些高折射的無機化合物。,4.2. 4 印花法,印花法就是將紫外線屏蔽劑或吸收劑調制在印花色漿中，印制后，采

18、用氣蒸處理固著在織物上，此方法適合于對紫外線屏蔽要求不是很高的織物。在印花色漿中添加紫外線吸收劑有助于提高印花圖案的耐曬牢度。,4.2.5微膠囊技術,微膠囊技術已經廣泛應用于工業(yè)領域，它是一種特殊的包裝形式，膠囊內的物質可以是固體微粒，也可以是液滴或氣泡?？蓪⒖棺贤饩€整理劑注入膠囊內，并通過粘合劑或交聯(lián)劑將微膠囊固著在織物上，達到抗紫外線的整理劑緩釋的效果，達到長效防紫外線輻射的效果。,4.2.6 溶膠－凝膠技術,一般的屏蔽劑耐洗牢度

19、都比較差，作為一種多用途的新工藝，溶膠凝膠技術可在織物表面涂敷一層透明的金屬氧化物薄膜，極大的改善了耐洗牢度，同時抗紫外線性能優(yōu)良。,5 織物防紫外線性能評價,1 紫外線透過率測試方法2 其它防紫外線性能測試方法3國內外相關標準4織物抗紫外線評價指標5GB/T18830-2002(紡織品防紫外線性能的評定)介紹,5.1織物紫外線透過率測試方法,1） 標準檢測方法2）紫外線分光光度計法3) 紫外線透過率曲線4） 紫外線強

20、度累計法5）皮膚直接照射法6）利用感光活性的方法,1）織物紫外線透過率標準檢測方法,GB/T17032-1997(織物紫外線透過率的試驗方法） 紫外光源采用中波段紫外線（主峰297nm), 檢測器響應波長：290-320nm T=I1/I0x100% T:紫外線透過率 I1:樣品吸收后的紫外線透射量 I2:沒有放置樣品時的紫外線輻射量,2）紫外線分光光度計法,該法采用積

21、分球式紫外分光光度計，測試紡織品的紫外線透射率.(1)波長區(qū)域平均法：即通過紫外線分光光度計測定紫外線波長區(qū)域內（200-400nm）試樣紫外線透過率的平均值，而后可求出遮蔽率。 遮蔽率=(1-透過率)×100％(2)特定波長平均法：即通過紫外線分光光度計測定試樣在若干有代表性的特定波長內的紫外線透過率，然后計算出上述測定值的平均透過率，再求出遮蔽率。,測試原理,,紫外線輻射源為測試提供充足且穩(wěn)定的紫外線輻射能量。,

22、單色儀將輻射源的紫外線輻射能量色散，以便進行光譜測量。,積分球可計算出由樣品出射的所有方向(直射和漫射)的光譜輻射通量。探測器為光電倍增管組成，將信號經放大和處理后，輸入計算機，進行信號的最后處理。,用紫外線分光光度計測定各種抗紫外線試樣的分光透過率曲線，可以判斷各波長的透過率，并可用面積比求出某一紫外線區(qū)域的平均透過率，評價防護效果。 該方法精度較高。在研究過程中較多采用分光光度計來測試。 該法也有不完善之處，因為大多數(shù)織

23、物呈半透明狀，表面凹凸不平，因此光在織物中透過情況較復雜。,3)紫外線透過率曲線,,4）紫外線強度累計法,將被測試樣放在紫外燈和紫外線累計儀器之間，對被測試樣按給定時間進行照射，測定紫外線通過試樣的紫外線累計量Qs(J／cm2)。同時在未放試樣的情況下，測定相同給定時間內紫外燈的照射累計量Qk(J／cm2)。 UV透過率=(Qs／Qk)xl00％。,5.2 其它防紫外線評價方法,皮膚直接照射法在同一皮膚相近部位，以

24、一塊或幾塊織物覆蓋皮膚，用紫外線直接照射，記錄和比較出現(xiàn)紅斑的時間，并進行評定。這種方法也有不完善之處，如地理條件、氣溫和濕度對實驗結果有影響；紫外線輻射的強度、穩(wěn)定性、重現(xiàn)性和時間延續(xù)性等均難以掌握，甚至無法控制，所以目前大多采用人工模擬光源。此外，照射條件、試樣、實驗者皮膚種類等差異也會對結果產生一定的影響。而且過量的紫外線照射有害于實驗者的身體健康。利用感光活性的方法利用光敏染料的感光活性，對紫外線透射率進行定性和定量測試。光

25、敏染料顏色改變程度隨紫外光照射強度的變化而變化。這樣，通過光敏染料染色基布的顏色變化就能反映紫外光照射強度。,5.3紡織品紫外線防護性能評定,織物抗紫外線性能通常以UPF 和UVA 透射比兩項指標來綜合評定：1）UPF——UPF是英文Ultraviolet Protection Factor的簡稱，即紫外線防護系數(shù)。皮膚無防護時計算出的紫外線輻射平均效應與皮膚有織物防護時計算出的紫外線輻射平均效應的比值。它是目前國內外較多使用的評價織

26、物抗紫外線性能的指標。2）UVA 透射比——有試樣時長波紫外線透射輻射通量與無試樣時長波紫外線透輻射通量之比。,5.4國內外相關的標準,（1）澳大利亞/新西蘭標準AS/NZS 4399-1996日光防護服 評定和分級；（2）美國標準AATCC 183-1998紫外線透過織物的透射比和阻截率試驗方法；（3）英國標準BS 7914-1998紫外線透過織物的穿透性試驗方法；（4）歐盟標準PrEN 13758-2001紡織品日光紫外線防

27、護性能； (5)GB/T18830-2002紡織品防紫外線性能的評定（5）中國標準GB/T 17032-1997紡織品織物紫外線透過率的試驗方法。,5.5GB/T18830-2002紡織品防紫外線性能的評定,2003年2月1日開始實施。標準號為：GB/T 18830-2002根據(jù)GB/T 18830-2002要求，防紫外線產品必需是UPF值大于30，并且UVA的透過率小于5%。（1）如果UPF的測定值大于3

28、0，并且UVA的透過率小于5%，標識為：30+（2）如果UPF的測定值大于50，并且UVA的透過率小于5%，標識為：50+ 《紡織品 防紫外線性能的評定》國家標準是推薦性標準，而不是強制性標準，企業(yè)可以根據(jù)自身的實際情況選擇是否生產防紫外線產品，但如果產品稱為“防紫外線產品”，就必須遵循這個標準。,表2 UPF的數(shù)值及防護等級,紫外線防護系數(shù)、透射比的計算公式,相關名詞解釋,日光輻照度E(λ)solar irradiance E

29、(λ)　　在地球表面所接受到的太陽發(fā)出的單位面積和單位波長的能量，以W·m-2·nm-1表示。在地球表面測得的UVR光譜是290nm～400nm。3.6紅斑erythema　　由各種各樣的物理或化學作用引起的皮膚變紅。3.7紅斑作用光譜ε(λ)erythema action spectrum ε(λ)　　與波長為λ相關的紅斑輻射效應。3.8光譜透射比T(λ)spectral transmittance T

30、(λ)　　波長為λ時,透射輻通量與入射輻通量之比。,結語：抗紫外線輻射整理的前景展望,1. 面對越來越嚴重的環(huán)境問題，人們除了開始重視環(huán)境的保護外也更加注重對自身的防護，抗紫外線紡織品同其它防護用品一樣受到人們的關注。現(xiàn)代的女士非常注重對自己皮膚的保養(yǎng)，惟恐皮膚被紫外線所傷害，所以夏季具有抗紫外線功能的輕薄的女裝面料市場前景看好。男士對具有防護功能的紡織品同樣有著潛在的需求，經過抗紫外線加工的T恤，襯衣，長短褲等男用服裝的

31、市場前景不可估量：運動服和休閑服是戶外經常穿著的服裝，如果生產加工出抗紫外線的運動服以及休閑服，將會是市場的另一熱點?？棺贤饩€產品不僅局限于服裝產品，其它諸如窗簾布，廣告布，蓬布等都對紫外線有著較高的要求。2我國加入世貿組織后，我國紡織企業(yè)既面臨機遇又受到國際競爭對手的強烈挑戰(zhàn)，要想在國際競爭對手的強烈挑戰(zhàn)，要想在國際市場上站穩(wěn)腳跟，就必須在產品質量，檔次，功能性和保健性等諸多方面進行研究，提高產品的附加值，形成新的經濟增長點。,結語

32、：抗紫外線輻射整理的前景展望,抗紫外線整理多是對織物的進行后處理，對織物進行抗紫外線整理一般都在后整理中進行，加入一些抗紫外線整理劑，使得織物的反射或吸收紫外線的功能加強，無機類的屏蔽劑一般多為納米材料制備的，由于納米材料的量子尺寸效應，當納米粒子的尺寸與光波波長相當或更小時，就會導致材料的光、電磁等特性出現(xiàn)異常，其中最受重視有抗紫外線型，防輻射型等功能納米材料，如納米Zn0和納米Ti02。而有機類的抗紫外線屏蔽劑多為酯類化合物，這些多

33、為紫外線吸收劑，利用吸盡法、浸軋法、涂層法、微膠囊技術和印花法等，將這些整理劑運用到織物上，使織物獲得抗紫外線的功能。它們不改變織物外觀、手感、透氣性，也有耐光和耐水洗牢度?？棺贤饩€纖維，主要是在合成纖維生產過程中，摻入抗紫外線整理劑，使纖維具有遮蔽紫外線的功能。這種方法所得到的織物效果持久且手感較好，但對處理技術要求高，成本大且不宜用于天然纖維，以及混紡時效果難以控制等弱點?？紤]到由于抗紫外輻射主要是夏天，因此還要兼顧舒適性的問題，