抗紫外线纺织品及其发展现状

张振方，安红玉

(西安工程大学 纺织与材料学院，陕西西安 710048)



抗紫外线纺织品及其发展现状

张振方，安红玉

(西安工程大学 纺织与材料学院，陕西西安 710048)

论述了抗紫外线纺织品的防护指标、整理途径、影响因素以及测定方法，并对抗紫外线纺织品的发展前景进行了展望，以期对后续的研究提供相关指导。

抗紫外线 纺织品 发展现状

0 前言

太阳光中包含有可见光和不可见光，不可见光包含有紫外线、红外光线等，红外线光具有加热作用，紫外光的波长要比可见光短，波长范围为180nm～400nm，在光谱中约占6%左右。根据紫外线的波长分类，180nm～290nm范围的为短波段紫外光(即UVC)，290nm～320nm范围的为中波段紫外光(即UVB)，320nm～400nm范围的为长波段紫外光(即UVA)，不同波长的紫外光穿越障碍物的能力不同，所能传播到远处的能力不同。适量紫外线对人体是有益的，其可以促进维生素D的合成，能够抑制佝偻病的产生和恶化，但长波段紫外线会穿过皮肤到达肌肉，使其弹性下降，皱纹增加，粗糙度增加。除此之外，持续较强烈的紫外线照射会使皮肤产生灼伤，产生水泡，诱发皮炎或者色素干皮症，甚至产生皮肤癌。随着大气臭氧层的破坏，紫外线的辐射量逐渐增加，紫外线的辐射对人类的生存环境产生了较大的影响，加上目前国内户外活动的逐渐升温，人类日常活动过多暴露在紫外线下的机会越来越多。因此，减少紫外线的辐射危害显得迫切重要。遮蔽皮肤，减少紫外线的照射一般有涂防晒霜、衣服覆盖皮肤等手段。防晒霜效果不持久，而紫外线对纤维和面料也有损伤，会使纺织品褪色，也会使纤维脆损，强力下降。因此，对于研究和探讨纺织品的抗紫外线的新工艺及方法显得比较重要和比较有前景。

1 抗紫外线纺织品的防护机理

1.1 防护指标简介

紫外辐射透过率是指防护用品在采用之后，紫外辐射损伤皮肤到某一种损伤(一般有红斑、眼损伤以及癌症)所需要的临界值所需要的时间量和不用防护用品达到同样伤害程度的时间量之比[1]。在纺织纤维的测试中，一般用紫外辐射透过率作为防护辐射特征值。辐射透过率越低，紫外线到达皮肤和肌肉的量越少，表明该纺织品防护性能越好。

1.2 抗紫外线的防护机理

目前，达到纺织品防护功能的方法大致有如下几种[2]：(1)选用具有较好抗紫外线效果的纤维，如亚麻、涤纶和羊毛等，涤纶和羊毛中含有芳香族氨基酸和苯环，可以较强吸收紫外线。(2)减少紫外线透过率，以增加织物厚度和密度等改变织物结构的手段。(3)纤维或纱线阶段采用陶瓷微粒进行处理。(4)在织物后整理阶段，以屏蔽剂进行整理。(5)选取具有抗紫外线功能的染料进行处理[3]。普通的纺织品同样具有抵御紫外线、防护皮肤的作用，但效果不佳。因此，抗紫外线的作用是由添加在纤维或织物表面或纤维内部的整理剂引发的。影响织物防晒性能的优劣主要取决于织物的组份纤维或者其含有或携带物质的化学结构，还有织物的结构参数，如厚度、紧密度、弹性和尺寸稳定性等结构参数[4]。抗紫外线纺织品起到防护作用的原理一般是反射和吸收紫外线，反射率越高，防护性能越好，吸收率越高，防护效果越好。因此，抗紫外线纺织品的防护途径有两种；一种是增加纺织纤维或纺织品对紫外线的反射率，即紫外线屏蔽剂；一种是增加纺织品对紫外线的吸收率，即紫外线吸收剂。

1.2.1 屏蔽防护机理

此类的屏蔽剂一般是纳微米级别的金属氧化物,因这样微小级别的颗粒具有很高的折射率,利用合适的分散剂对织物进行整理或以熔融纺丝等技术进行处理，提高织物表面对紫外线的折射率，达到提高织物的抗紫外性和耐久性[5]。此项工艺的优点是热稳定性好、无害、无刺激性等，因其应用性广，研究较为深入广泛。

1.2.2 吸收防护机理

紫外线吸收机理是尽可能吸收紫外线并进行能量转化，转化的途径是将紫外线转化为光(荧光、磷光)、热以及波长较短的电磁波，其中电子猝灭剂可以迅速以非辐射形式转移激发态能量至基态以达到抗紫外线辐射的目的。此类有效的吸收剂主要是水杨酸系列、金属离子螯合物等，其整理技术主要应用于纤维熔融、印染及后整理阶段[6]。

2 抗紫外线纺织品的整理途径

目前提高织物抗紫外线性能的途径主要是纺丝、后整理，对纤维及织物进行染色也可以部分增强抗紫外线性能[7]。

2.1 抗紫外线纤维

在合成纤维的高聚物中掺入紫外线屏蔽剂，在纺丝成纱时使纤维或纱线具有紫外线屏蔽功能。这种工艺得到的功能纤维由于屏蔽剂与高聚物之间有分子间力，结合力大，结合牢固，因此屏蔽效果持久且稳定，手感较好。但处理工艺复杂，均匀性要求较高，成本高，较难应用于天然纤维，因此其对纤维种类的应用开发范围不广泛。

2.2 抗紫外线整理

2.2.1 普通工艺整理

根据不同纤维特性以及不同整理剂的特点采用不同工艺对纤维进行抗紫外线整理，大致可归类如下[8]：(1)一些水溶性差或不溶于水的整理剂，采用高温高压吸尽法，这类似于涤纶染色工艺。(2)水溶性较好的整理剂在处理羊毛、棉等产品时采用常温常压吸尽处理。(3)浸轧法的处理效果会严重影响纺织品的风格、手感等舒适性，主要用于棉织物的处理，一般和活性染料一起进行。(4)涂层法则一般用于对纤维没有亲和力的吸收剂，常常应用于产业用、装饰用纺织领域，在用于服用产品时会影响手感等。

2.2.2 微胶囊技术抗紫外线整理

微胶囊技术已经较为成熟，抗紫外线吸收剂收纳在胶囊内，将胶囊以某种工艺吸附在纤维与纤维之间或织物表面，在织物使用过程中，纤维与胶囊、胶囊与外界发生摩擦破裂，胶囊内的抗紫外线吸收剂泄露缓慢释放，达到缓释抗紫外线的效果，效果较为持久。不同的胶囊生成方法所产生的效果不同，聚合法要比凝聚法的效果好。同时，抗紫外线胶囊的用量对抗紫外线的效果也有关系，用量越高，其抗紫外线效果越好。

2.2.3 溶胶凝胶抗紫外线整理技术

所谓的溶胶凝胶是指金属烷氧基化合物作为前驱物在温和条件下水解缩合成溶胶，溶胶经过加热或挥发后变成氧化物凝胶的过程[9]，生成物为网状结构。采用物理或化学方法容易对纳米溶胶进行处理，获得的纺织品抗紫外线性能优良，服用性能良好。

此外，还有具有绿色节能的泡沫法、适用于分散染料染涤纶纤维的超临界二氧化碳法以及引入反射剂的纳米光触媒等。

3 影响纺织品抗紫外线性能的因素

3.1 纺织品的结构参数

首先是纤维种类，不同纤维的抗紫外线能力不同，毛、麻、涤纶等具有抗紫外线功能的纤维是抗紫外线服装的首选原料，棉纤维的抗紫外线能力较差。因此，应根据产品特点选择不同的纤维原料。

其次，不同结构参数的织物所具有的抗紫外线能力也不同，织物厚度、紧密度较大的影响织物的抗紫外线能力。在合理范围内，织物的厚度越厚，紫外线到达皮肤遇到的阻碍越大，则织物的抗紫外线能力越强；织物的紧密度反映了织物的疏密程度，织物越密，缝隙越少越小，紫外线到达皮肤的机率越小，则织物的抗紫外线能力越强，但织物很不透气，不适用于夏季穿着。

3.2 织物的色泽

对纱线或织物上色会较大地影响织物的抗紫外线能力。根据色彩显示原理，织物的染料会选择性的吸收可见光，当有些染料的吸收带覆盖到紫外线的波长区内时，可以起到吸收紫外线的作用。一般来讲，随着织物着色的变浅，织物紫外线的透过率随之增加，因此其抗紫外线的能力下降。

3.3 织物的后整理

由于不同的后整理所产生的织物手感、外观等效果不尽相同，因此应根据目标织物的效果采用相应的整理工艺。以夏季穿着用的皮肤衣为例，面料多采用涤纶及氨纶，而夏季服装对手感要求较高，为此可采用分散染料以高温高压工艺进行处理，使紫外线吸收剂分子融入纤维内部。而对于棉类织物，最好将紫外线吸收剂固着在织物的表面，可采用浸轧工艺对其进行处理。除此之外，针对产业用纺织品，由于该类纺织品的手感、风格要求相对较低，而对于织物功能性的要求稍高，可将紫外线反射剂利用涂层或者涂料印花的方式印在织物表面，形成的防护膜可反射紫外线，所得的涂层织物具有抗紫外线功能。

4 纺织品抗紫外线的测定方法

虽然目前国际上并没有绝对统一的测定方法，但各个企业及实验室常用的测定方法大致有如下四类：

4.1 紫外分光光度计法

该方法是利用分光透过率曲线进行计算，再利用面积比进行评价，但考虑到纺织品是半透明状的，表面并不平整，部分光线会被吸收，有的光会被反射或折射，并且反射及折射的具体情况与纤维、织物组织以及纺织品的厚密程度有关，因此所测得的透过率是偏低的。为改善测定结果，可使用乳白玻璃消除法等手段进行测试，此外还应增加空白试验组以作为对照比较其抗紫外线数据。

4.2 皮肤直接接触法

此类方法即在皮肤相近的区域，以测试纺织品覆盖在皮肤上，用紫外线照射纺织品，记录时间或程度进行比较。目前最多用的是紫外线辐射防护系数，指的是防护品被采用后，紫外辐射使皮肤达到出现红斑的临界剂量所需时间和不用防护品时达到同等伤害程度的时间之比[10]。

此外，还有变色褪色法、紫外线强度累计法。

5 展望

目前，随着国内经济水平的提高、人们健康意识的提高以及消费多样化的演变，促进了户外运动的迅猛发展，越来越多的人走出办公室走向户外，而户外登山及夏季活动时的紫外线照射较为强烈，造成人们皮肤的损伤并阻碍了后续户外活动的进行，以皮肤衣为代表的服用纺织品对紫外线的屏蔽要求显得比较高，国内如探路者、凯乐石等品牌对其投入的研发费用较高，因此,抗紫外线服用纺织品的要求会越来越高，而且越来越向着高科技、轻量、高性能的方向发展。总之，抗紫外线纺织品具有很大的市场前景和发展潜力。

[1] 曾鹏程.防紫外线纺织产品开发[J].绿色大世界,2015(6):40-42.

[2] 吉元晏.防紫外线纺织品[J].广西纺织科技,2010,39(2):51-53.

[3] 张鹏飞,蓝海啸,赵坚.防紫外线纺织品的现状及发展趋势[J].纺织科技进展,2011(5):10-12.

[4] 杜艳芳,裴重华.防紫外线纺织品的研究进展[J].针织工业,2007(9):23-27.

[5] 徐杰.防紫外线纺织品概述[J].化纤与纺织技术,2009(12):26-30.

[6] 郭开华,马小强.防紫外线辐射纺织品技术研究现状[J].染整技术,2011(10):8-10.

[7] 李全明,王崇礡,王浩.防紫外线织物的研究[J].高科技纤维与应用,2002(6):19-21.

[8] 高妍,谢孔良.纺织品防紫外线整理剂发展综述[J].染整技术,2010(12):11-14.

[9] 刘桂阳,张增强.纺织品防紫外整理的开发现状[J].浙江纺织服装职业技术学院学报,2006(3):29-33.

[10]钱如山,朱传龙,顾娇，等.纺织品抗紫外线整理剂的发展现状[J].上海工程技术大学学报,2013(9):261-265.

2016-06-28

张振方(1990-)，男，硕士研究生，研究方向：功能性纺织材料研究开发。

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1008-5580(2016)04-0182-03