防紫外线纺织品的发展现状

廖 侠，张 茜

(西安工程大学纺织与材料学院，陕西 西安 710048)

防紫外线纺织品的发展现状

廖 侠，张 茜

(西安工程大学纺织与材料学院，陕西 西安 710048)

阐述了紫外线对人体的作用，介绍了防紫外线辐射机理及无机类紫外线反射剂和有机类紫外线吸收剂，并详细分析了防紫外线纤维及织物的生产方法。最后，阐述了防紫外线织物的发展现状并对其发展前景进行了展望。

防紫外线机理 紫外线反射剂 紫外线吸收剂 生产方法 发展前景

太阳光是一种能够辐射0.7nm～3000nm的连续光谱的电磁波。人们将此范围内的波长分成三个部分，分别为：紫外线(100nm～400nm),红外线(≥800nm)和可见光(400nm～800nm)。可见光区域在太阳辐射的能量中占有最大的比例，为52%；红外光区域次之，占42%；紫外光区域只有6%。太阳辐射波能照射到地表面并且能对人体皮肤造成影响的光波波长在280nm～800nm之间，这是由于距地球表面100km高的同温层上半部的氧吸收了小于175nm的波，距地球15km～30km的高空臭氧层吸收了小于280nm的辐射波。随着科技的进步，近些年工业的迅猛发展，国内的空气质量令人堪忧。经调查，因紫外线辐射导致皮肤病的患者逐年增多。因此，保护环境并且采取正确的防紫外线措施极为重要。对于纺织行业而言，防紫外线织物的开发至关重要[1-3]。

1 紫外线对人体皮肤的影响

根据波长的不同，人们将紫外线命名为长波紫外线UVA、中波紫外线UVB和短波紫外线UVC三种。随着波长的增加，紫外线的穿透能力越来越强[4]。UVA的波长在320nm～400nm，其能穿透臭氧层，到达地面的辐射量可达95%以上，会对人体的皮肤造成损伤，使其过早衰老。UVB的波长在280nm～320nm，其大部分被臭氧层吸收，只有不足2%的UVB到达了地面，其作用是UVA的1000倍，过量暴晒可引起皮肤癌、白内障等疾病。UVC的波长在100nm～280nm，绝大多数已被臭氧层吸收，达到地面的几乎为零，其很难到达地面，因此对人体没有影响。

1.1 UVA对人体皮肤的影响

UVA的穿透力非常强，能穿透玻璃、水等介质。日常生活中人们所接触到的紫外线大多数是UVA，UVA是三种紫外线中对皮肤损伤最严重的。2006年，南京医科大学的王小勇对UVA辐射时对真皮成纤维细胞在皮肤光老化中的作用机理进行了研究，充分证实了UVA对皮肤真皮层的损伤[5]。2013年，浙江大学的王刘祥探究了UVA辐射对人皮肤成纤维细胞的过氧化损伤，通过实验验证了UVA可以抑制人皮肤成纤维细胞增殖，间接地损害了人体皮肤[6]。同时，相关研究表明，皮肤在UVA的辐射下会产生酪氨酸酶，其可以阻碍皮肤受到伤害，从而出现黑色素，这就是皮肤容易被晒黑的主要原因[6-7]。UVA又被称为人体老化射线，因为它会造成长期、缓慢且持久的损伤，使皮肤过早衰老[8]。

1.2 UVB对人体皮肤的影响

UVB主要影响的是皮肤的表层，能够氧化皮肤的脂质层，导致皮肤表层细胞发生变性，促使各种皮肤类疾病席卷而来。若晒伤程度较轻，只会使皮肤红肿、疼痛，若晒伤程度较严重，会使皮肤癌变，难以治愈，还会产生难以消除的太阳斑[9-10]。

1.3 人体对紫外线的防卫

紫外线是一把双刃剑，少量的紫外线射入人体，可以促进局部血液循环、伤口愈合、消毒等。过量的紫外线不但可以使皮肤表层产生黑色素并沉积，而且难以去除的晒斑也会使人十分痛苦[11]。同时，经常暴露在紫外线下的皮肤容易过早衰老，严重者会导致皮肤癌[12-14]。除此之外，紫外线对眼睛和毛发都是有损伤的。

2 防紫外线辐射机理及防紫外线整理剂

2.1 防紫外线辐射机理

紫外线照射到织物上，一部分被吸收，一部分被反射，一部分透过织物。我们一般认为，紫外线透过率+反射率+吸收率=100%[15-17]。因此，为了防止人体皮肤受到紫外线的伤害，最有效的办法就是增大织物对紫外线的反射率和吸收率，从而使紫外线少量或几乎不能射入到人体皮肤。目前，纺织企业一般根据织物用途不同，对织物进行不同性能的整理。针对在日晒条件下工作的人群，织物对紫外线的吸收和反射量大小尤为重要。若是采用紫外线屏蔽剂对纤维、纱线或者织物进行整理，则几乎所有的紫外线均难以透过织物表面，从而达到了较好的防紫外线效果。

2.2 无机类紫外线反射剂介绍

无机类紫外线反射剂没有任何化学反应，不能将光能进行转化，只是利用陶瓷粉、金属氧化物等细粉或超细粉与纤维、纱线或织物结合，增加织物表面对紫外线的反射和折射作用，从而达到防紫外线的目的。目前，纺织企业使用的主要无机类紫外线反射剂有高岭土、碳酸钙、滑石粉、氧化铁、氧化锌和二氧化钛等。其对身体无副作用及伤害性，且反射及散射紫外线效果好。一般情况下，反射剂的粒径越细，效果越好。

2.3 有机类紫外线吸收剂介绍

紫外线吸收剂能够有效吸收紫外线的原因是其具有共轨π电子体系及能够进行氢移动的结构。紫外线吸收剂可以将光能转变成活性异构体，之后以光和热的形式释放这些能量，使之恢复为原本分子结构。有机类紫外线吸收剂自身可以吸收280nm～400nm波长的紫外线，使自身由基态变为激发态，并把高能量向低能量的热能或波长较长的电磁波转换，因此，紫外线吸收剂可以消除紫外线给人体和织物带来的伤害。目前，纺织企业常用的紫外线吸收剂有：CIBAFAST PEX(苯并三唑衍生物)、HERST HTUV-200(杂环化合物)、JLSUN防紫外线整理剂SCJ-966(苯并三唑衍生物)、JLSUN防紫外线整理剂UV-120(苯并三氮唑)、YIMANANO PL-LF(特殊纳米材料分散液)等。

3 防紫外线纤维及织物的生产方法

改善纺织品防紫外线效果的途径有两种，直接使用防紫外线纤维，或者利用功能性整理技术对织物进行后整理。前者仅限化学纤维，后者适用范围广、工艺简便。根据防紫外线整理剂处理的对象不同，可以把防紫外线织物分为两种，分别为防紫外线纤维和防紫外线后整理织物[18]。

3.1 防紫外线纤维

防紫外线纤维兴起于功能纤维迅速发展的时期。当时，防紫外线纤维和防紫外线后整理技术齐头并进，一起发展起来。由于纺织品无论是在织物的性能还是工艺成本方面都较后整理织物有更好的发展前景，因而，日本的化纤企业采用防紫外线纤维，对防紫外线织物进行了多项研究，并大批量的生产。例如，1991年，可乐丽公司针对防紫外线纤维做了细化研究，开发出了著名的“埃斯莫”纤维，并大批量生产，投放到市场，受到了广大消费者的青睐[19]。“埃斯莫”纤维的制成原理是：在聚酯纺丝液中加入一种超微细氧化锌粒子，将两种原料混合后纺成纤维，这种纤维具有优良的紫外线屏蔽率和热辐射屏蔽率，在30J/(cm2·h)的紫外线照射下，其紫外线透射率为0.7%。在热辐射屏蔽性能的对比测试中，其比普通织物的温度要低4.5℃左右，充分说明了该纤维性能的优势。

防紫外线纤维的纺制方法是：将紫外线屏蔽剂加入到成纤聚合物中，制得防紫外线共聚物，之后通过喷丝孔，纺出防紫外线纤维。下面举例说明一种防紫外线纤维的纺制方法：将氧化锌微粉掺入聚酯共混纺丝；制成芯鞘纤维，以普通聚酯为鞘，含高浓度氧化锌的聚酯为芯；将陶瓷微粉掺入聚酯，纺出各种截面的长丝；将陶瓷微粉纺入到聚丙烯纤维中。防紫外线纤维的生产工艺流程：

→涤纶半预取向丝(POY)→平衡→拉伸加捻→防紫外线涤纶低弹丝(DTY)→检验、分级、包装

3.2 防紫外线织物

防紫外线织物的加工主要是利用多种方法对纤维、纱线或织物进行整理，包括：无机紫外线屏蔽剂整理；有机紫外线吸收剂整理；有机和无机紫外线整理剂共同整理，并使之牢固结合。

防紫外线的加工方法有很多，下面介绍几种常用的方法：

(1)后整理法：将防紫外线整理剂和纺织品结合的方法，后整理方法最为简单常用，应用广泛，常用于天然纤维、合成纤维及其混纺织物。后整理法具体包括：高温高压吸尽法、常压吸尽法、浸轧或轧堆法。

(2)涂层法：一般是在涂层剂中加入适量的紫外线屏蔽剂 ,用涂布设备在织物表面进行精密细涂层，然后经烘干及必要的热处理，在织物表面形成一层薄膜。这类方法虽使耐洗牢度及手感受到影响，但对纤维种类的适用性广，处理成本低，对应用的技术和设备要求并不高。涂层法适用的紫外线屏蔽剂，大多是一些高折射的无机化合物。一般是将PVA、PVC和橡胶等与超细陶瓷、金属氧化物等基材混合，之后对其混合物进行涂层整理，工艺简单，防紫外线效果明显。若采用泡沫涂层工艺对织物进行处理，织物会具有更加柔软的手感，主要用于阳伞、窗帘和帐篷较多。

4 防紫外线织物的发展现状

随着科学技术的飞速进步及环境的不断恶化，人们的防紫外线意识在不断地增强，对防紫外线纺织品的要求也越来越高，从而防紫外线织物的开发具有非常广阔的前景。2012年，东华大学纺织化学与染整工程的王硕对隔热降温型纳米材料防紫外线伞布进行了开发与研究，结果表明,纳米颗粒能够均匀地分散在涂层中；试样的防紫外线效果,UPF>50,UVA<5%,达到了GB/T 18830-2009规定的标准[20]。同时，南通纺织职业技术学院的吉利梅等采用HB902型紫外线测试仪,对竹浆/棉针织面料的防紫外线性能进行了测试,研究了混纺比对竹浆/棉针织物防紫外线性能的影响[21]；2015年，浙江理工大学材料与纺织学院张锡均等在低温条件下釆用溶胶凝胶法制备SiO2/TiO2,Fe3+、Ag+、SiO2/TiO2复合水溶胶,通过浸轧法对涤纶织物进行了防紫外线整理,并测试了整理后织物的紫外线透过率和UPF值[22]。

目前国内外的相关学者正在对防紫外线织物进行进一步的开发、研究及优化。日本对防紫外线织物的研究相对较早，技术较为成熟，早在20世纪90年代，日本就已经将开发出的防紫外线纤维及织物投入市场。国内已有多家生产防紫外线纤维的公司，例如，天津市的石油化工研究所，他们用微细陶瓷粉研制出了抗紫外线涤纶短纤维和网络低弹丝；尤尼契可公司对棉和涤棉织物进行后整理，赋予织物防紫外线性能；东洋纺公司用无机和有机整理剂共同处理棉织物，使织物既能反射紫外线又能吸收紫外线。随着消费者对防紫外线纺织品需求量的增加，防紫外线织物的产出量在逐年增加，纺织企业的生产规模也在不断地扩大。

5 展望

近几年国内的空气质量正在不断地恶化，臭氧层空洞事件发生后，人类已在竭尽全力弥补，但因紫外线辐射而患上皮肤病甚至致命的人越来越多，因此防紫外线织物的开发极为重要，无论是服用领域还是装饰、产业领域都需要在紫外线的防护上把好关。越来越多的各种款式的防晒衣在市面上大量销售，虽然具备了较高的防紫外线效果，但其透气性并未得到很好的解决。目前，市面上有各种各样的防紫外线织物，大到服用、装饰用布，小到遮阳伞面、口罩、汽车装饰配件等，其防紫外线效果优良。这种纺织品还具有一定的局限性，即防紫外线添加剂引入纤维后易挥发，很难长久保持防晒降温的功能。因此，防紫外线服用织物的各项优良性能将被继续探究优化。

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Development Status of Anti-UV Textile

LIAOXia,ZHANGXi

(School of Textile and Materials, Xi’an Polytechnic University, Xi’an 710048)

The effects of ultraviolet radiation to human body were described, the anti-UV radiation mechanism, the inorganic UV-reflecting agent and organic UV-absorbent were introduced and anti-UV fiber and its production ways were analyzed in detail. The development status of anti-UV fabric was summarized and its prospect was proposed.

anti-UV mechanism UV-reflecting agent UV-absorbent production way development prospect

2016-06-12

廖侠(1992-)，女，硕士研究生，研究方向：纺织材料与纺织品设计。

TS195

A

1008-5580(2017)03-0168-04