防紫外线化纤纺织品技术的发展

彭 志

（上海市对外服务有限公司，上海200093）

紫外线是电磁波谱中波长从10nm到400nm辐射的总称，介于可见光和X射线波长范围之内，目前对紫外线的研究主要集中在三个部分［1］：（1）长波紫外线辐射（UV－A，315－400nm），适量吸收有利健康，过量会使皮肤老化甚至引起皮肤癌；（2）中波紫外线辐射（UV－B，280－315nm），过量的 UV－B可以使人体皮肤产生损伤，可导致农作物减产甚至死亡；（3）短波紫外线辐射（UV－C，200－280nm），由于大气层的吸收很少到达地面。

紫外线指数（Ultra－violet Index）［2］是用来衡量一个地点受到太阳紫外线辐射强度的国际计量标准，在紫外线指数大于或等于3级时应采取防护措施。过度的紫外线辐射对人体、农作物、建筑用材等均产生伤害，用化纤纺织品是目前最有效的紫外线防护方法。本文对化纤防紫外线纺织品的技术现状做一总结介绍，并对其应用和发展趋势做一展望。

1 防紫外线化纤纺织品常见种类

防紫外线纺织品主要用于服饰类和遮阳类等产品，表1总结、对比了市场上主要的抗紫外化纤纺织品的特点和应用领域。

表1中特斯林（TEXTILENE）化纤为使用70%PVC包覆30%涤纶长丝所得特种化纤，其产品适用于户外休闲家具，经过加工可以制作成户外地毯、遮阳窗帘、餐垫等。

2 紫外线防护技术标准与加工技术

从上世纪70年代开始防紫外线纺织技术经过不断开发和总结，目前已建立起比较完整的行业标准，主要体现在紫外线屏蔽性能，耐候性能，色牢度性能，以及部分产品要求的防水性能等。

表1 主要防紫外线化纤纺织品对比

2.1 紫外线屏蔽性能

最常见的性能参数是紫外线防护系数UPF（Ultraviolet Protection Factor）［3］，我国国家标准 GB／T 18830－2002对‘抗紫外线产品’定义为：UPF值＞40且UVA透过率小于5%的产品。各国也分别制定了各自的标准，主要包括澳大利亚／新西兰标准（AS／NZS 4399［4］），美国 AATCC标准（AATCC183－2010［5］），欧盟标准（EN 13758－1：2001［6］）等。各种标准的测试侧重点有所不同，所以相同产品采用不同测试标准其结果也有所差异［7］。除了UPF系数外，还有其他比较重要的指标，例如织物覆盖系数，包括遮阳系数（Shade factor）／覆盖率（Cover factor）等［8］。纺织品紫外线屏蔽性能主要有以下3种实现途径。

2.1.1 纺织品组织结构

通过改变织物组织结构或者改变纺织品对光源的使用角度来调整对紫外线防护效果，表2列举并比较了常见几种纺织品特点及应用领域。

表2 防紫外化纤面料结构对比

在实际使用中，防紫外线面料安装放置的方向、角度及松紧度等因素都会对屏蔽效果产生影响，故应注意使用方法。

2.1.2 化纤防紫外线改性

（1）防紫外线染色技术 提高纤维和纺织品抗紫线外性能的主要途径为纺丝、织造和后整理，染色也能适当提高织物的防紫外线性能。比较常见的染色技术包括高温高压吸尽法，常压吸尽法等。染色工艺因为对环境可能造成影响目前应用逐渐受到限制，绿色环保的染色工艺也成为了其技术开发的重点和方向。

（2）防紫外线熔融纺丝技术 在化纤熔融纺丝中，可通过在原料中添加功能色母粒包括光稳定剂、热稳定剂、抗氧化剂来获得具有较好抗紫外线辐射性能的化纤品种［9］。这类技术已成为行业发展主要方向。

光稳定剂可分为四类：（1）光屏蔽剂，主要有炭黑、氧化锌、二氧化钛及其相应纳米材料等；（2）紫外线吸收剂，在工业上应用最多的是二苯甲酮类、水杨酸类和苯并三唑类等；（3）猝灭剂，主要是金属络合物，如镍、钴、铁的有机络合物；（4）自由基捕获剂，主要是受阻胺类衍生物。

国外光稳定剂已有50多年历史，性能优良的光稳定剂（HALS）目前应用非常广泛；在光稳定剂总消费量中受阻胺类光稳定剂的消费量约占59%。目前光稳定剂的需求量在4 000t／年。国内外工业应用HALS品种数十个，表3为国内最常见的光稳定剂。

表3 最常见光稳定剂性能及应用

2.1.3 防紫外线后整理及涂层应用

纺织品防紫外线后整理相对于纤维制造具有方便、灵活等优点，适合于现代纺织工业小批量、快交货特点［10］。用于纺织品防紫外线后整理的整理剂大致分为两大类：（1）利用化合物自身结构变化，吸收紫外线并进行能量转换，将紫外线变成低能量的热能或波长较长的电磁波，从而达到防紫外线辐射目的的有机防紫外线整理剂；（2）通过反射、散射等作用机理降低紫外线透过率的无机类防紫外线整理剂。近年来纳米材料成为了纺织品防紫外线功能整理的研究热点［11］。

目前采用的后整理方法大致有洗涤法、浸轧法、浸渍法等吸附法和表面涂层等处理方法。其中涂层法应用于化纤纺织品较多，常见包括聚丙烯酸酯类（PA）、聚氨酯类（PU）、聚氯乙烯类（PVC）、聚乙烯、聚丙烯等。涂层法在使用上按其采用的介质不同可分为溶剂型和水系型两种。

2.2 其他主要性能

耐候性是指塑料制品受到阳光照射、温度变化、风吹雨淋等外界条件影响而出现的褪色、变色、龟裂、粉化和强度下降等系列老化现象，其中紫外线照射是促使塑料老化的关键因素。因此户外用品、农作物防护品等的主要功能要求不是紫外线屏蔽，而是高耐候性性能；这些产品必须具有很强的抗紫外老化及色牢度性能。目前提高纺织品耐候性能采取的技术手段主要有纺织品化纤、防紫外后整理及涂层的耐候性改性。

2.2.1 耐候性耐光色牢度纤维改性技术

纺织品在日晒条件下的使用寿命，主要通过量化指标包括纺织品日晒色牢度，防紫外线老化性能等来衡量。耐光色牢度标准目前主要包括：GB／T 8427－2008（服饰类）［12］，GB／T 8430－1998（遮阳类）［13］，国际上比较通用的标准包括耐候测试标准AATCC 186－2006［14］，日光色牢度测试标准包括ISO105－B02－1994［15］等。这些标准均规定了在一定的光照等测试条件下，纺织品色彩和纺织品性能如强度等失效的程度。提高化纤耐光色牢度性能方法包括提高染色色牢度及使用高耐光色母粒通过纺前着色等。

采用染色工艺目前只有高端腈纶及极少量涤纶产品能够达到较高的耐光色牢度，采用高耐光性色功能母粒最有效、最具发展前途。且可在色母里中添加光稳定剂，进一步加强耐光性和耐候性综合性能。目前高耐光色母粒的应用已较广泛，但是使用色母粒纺丝往往仅适用于批量较大的产品，在户外纺织品等领域应用受到限制。通过高耐光性色母粒和光稳定剂的合理使用，部分纺织品可以达到连续使用10年其色彩等性能无明显变化。

2.2.2 高耐候性防紫外线防水涂层

防紫外线纺织品使用时往往需要具有一定的防水性能，主要包括3个等级［16］：防水（Waterproof），水无法透过；疏水（Water Repellent），水极难渗过；抗水（Water Resistant，也称防泼水），水较难渗过。

目前主要的涂层及其紫外线防护主要成分和优缺点如表4所示。

各种涂层包括水系防紫外线涂层，其耐候性往往较差，较难达到较长时间的防紫外使用寿命。所以提高防水、防紫外线涂层的耐候性性能是目前迫切需要解决的问题。

表4 耐候性防紫外涂层

3 展望

表5给出了主要化纤纺织品技术的发展趋势。

表5 主要化纤防紫外线面料技术发展趋势

4 结语

化纤纺织品是防紫外线纺织用品的主流产品，防紫外线化纤、纺织及后整理、涂层技术发展迅速。因此国内纺织行业及研发机构应根据市场导向，明确技术发展趋势，借鉴国外先进技术及发展经验，集中整合化工与纺织行业有限资源，加大产学研合作深度，尤其是要在新型的环保型纺织品与光稳定剂方面加大投入，促使我国防紫外线化纤纺织品行业能够尽快赶上国际先进水平，占领中高端市场，为人民生活水平的不断提高做出应有贡献。

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［3］GB／T 18830－2009，纺织品——防紫外线性能的评定［S］.

［4］AS／NZS 4399：1996，Sun protective clothing－evaluation and classification，publishes jointly by Standards Australian and Standards New Zealand［S］.

［5］AATCC 183：2010，Transmittance or blocking of erythemally weighted ultraviolet radiation through fabrics［S］.

［6］EN 13758.2－2003＋A1：2006，Textiles－solar UV protective properties－part 2：Classification and marking of apparel［S］.

［7］陆洪凯，张 红，顾钰华，等.防紫外线纺织品认证中的测试与评价［J］.上海纺织科技，2012，40（4）：47－50.

［8］AS／NZS 4174：1994，Synthetic shadecloth，publishes jointly by Standards Australian and Standards New Zealand［S］.

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［12］GB／T 8427－2008，纺织品 色牢度试验 耐人造光色牢度：氙弧［S］.

［13］GB／T 8430－1998，纺织品 色牢度试验 耐人造气候色牢度：氙弧［S］.

［14］AATCC 186－2006，Weather resistance：UV light and moisture exposure，American Association of Textile Chemists and Colorists［S］.

［15］ISO105－B02：1999Textiles，colour fastness to artificial light：Xenon arc fading lamp test［S］.

［16］AATCC 22－2010，Water repellency：Spray test，American Association of Textile Chemists and Colorists［S］.