影响汉麻粉体涂层织物抗紫外线性能的因素

2018-09-12钟智丽陆琳玲薛兆磊王子帅

纺织科学与工程学报 2018年3期

钟智丽，孙涵，陆琳玲，薛兆磊，王子帅

(天津工业大学纺织学院，天津 300387)

0 引言

汉麻纤维是一种纯天然的抗紫外线纤维[1]，不规则的多边形形状赋予其优异的吸收和反射紫外线的性能[2-3]。与同规格的亚麻、苎麻相比，汉麻的紫外线防护指数最高[4]，具体参数见图1。随着气温升高臭氧层的破坏，越来越多的紫外线摄入人体，紫外线的防护摆在越来越重要的位置。由澳大利亚Lenzing公司和Akzo Nobel 公司合作开发的Enka Sun系列的织物其纱线具有防晒功能[5]；李晓霞等[6]利用纳米颗粒TiO2、ZnO 开发研究出一种超薄型的抗紫外线面料；DUAN WEI 等[7]用CeO2、DFTMS处理棉织物，获得具有抗紫外线性能的面料。当前，纳米粉体改性面料的研究越来越多，但是很少有涉及用天然纤维粉体作为整理剂的。

图1 苎麻、汉麻、亚麻织物紫外线防护UPF值

1 实验部分

1.1 试验材料和仪器

材料：涤纶布(具体规格见表1)，汉麻粉体A:21024nm、汉麻粉体B:809nm，聚乙二醇200AR，无水氯化锂AR。

仪器：XMTD-4000电热恒温水浴锅，JJ-1增力电动搅拌器，LTF97885型号涂层机，UTP313-4电子天平，烧杯、量筒。

表1 涤纶织物的经纬密

1.2 试样制备

1.2.1 涤纶基布的处理

采购的涤纶织物平整性差不利于涂层的均匀性，需要对涤纶织物进行预处理。用80℃的热水在浴比1：50条件下将涤纶织物处理40min，冷水洗后熨平。

1.2.2 织物涂层处理

涂层浆料的制备

取一定量的聚乙二醇与汉麻粉体手动混合15min,然后加入WPU继续手动搅拌15min,后加入增稠剂继续搅拌直到溶剂无块状物，加入无水氯化锂溶液手动搅拌15min,换用JJ-1增力电动搅拌器搅拌7h，静置待用。

涂层织物流程

采用操作简单、便捷的干法涂层法，选用涂层机的型号是：LTF97885涂层机，工艺流程见图2。

图2 干法涂层

1.2.3 测试方法

根据我国的《纺织品防紫外线性能的评定》标准，是以UPF和UVA作为测试指标的。采用SPL ATLAS Textile Testing Solutions 防紫外线保护测试系统进行涂层织物的UPF、UVA、UVB的测定。采用的标准是：USA:AATCC Test Method 183-1998.系统可以自动计算结果得出防护系数(UPF)值。

注意事项：

(1)试样尺寸5mm×5mm；

(2)在标准大气压下对待测织物进行调湿。

2 结果与讨论

2.1 水性聚氨酯的含量对织物抗紫外线性能的影响

涂层配比：汉麻粉体A 6g、增稠剂3g、LiCl 1g、PEG200 5g，仅改变水性聚氨酯用量Xg(X分别为20、40、0、80、100)分别测定5个试样的UPF值，测试结果见图3。

图3 不同含量WPU涂层织物的UPF值

由图3可以观察到随着WPU含量的增加，UPF值呈先增大后减小的趋势。这是因为随着水性聚氨酯含量的增加，其大分子间的间距会变得越来越小，间距变小易于达到凝固点。凝固后的表层致密性更好，便于形成的表层微孔直径小，透过率减小，赋予粉体涂层织物优异的抗紫外线效果。但是当WPU的含量增加到100%时，涂料的粘度太大过于黏稠，被覆涂层厚度不均匀，微孔直径大小不一，透过率相对增大，不利于织物的抗紫外线效果。

2.2 汉麻粉体涂层厚度对织物抗紫外线性能的影响

涂料配比：水性聚氨酯80g、增稠剂3g、LiCl 1g、汉麻粉体6g、PEG200 5g，仅改变涂层厚度(分别选取0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm)，测试结果见图4。

图4 不同汉麻粉体涂层厚度UPF值

通过图4可以发现，随着粉体涂层厚度的增加，织物的抗紫外线效果变得越来越好。这是因为在其他工艺条件不变的条件下，随着汉麻粉体涂层厚度的增加，阻隔了涤纶基布与紫外线接触的机会，使UPF值增大。

2.3 汉麻粉体颗粒大小对织物抗紫外线性能的影响

从抗紫外线效果和成本考虑，选取涂层厚度为0.3mm，涂料配比：水性聚氨酯80g、增稠剂3g、LiCl 1g、PEG200 5g，仅改变汉麻粉体颗粒大小。样品1 WPU中不添加汉麻粉体，样品2用汉麻粉体A,样品3用汉麻粉体B，样品4是纯涤纶基布，测试结果见图5。

图5 粉体颗粒大小UVA、UPF值测试结果

通过图5可以发现：

(1)用汉麻粉体B涂层织物的UPF值比汉麻粉体A织物的UPF值略好，即汉麻粉体A涂层织物的抗紫外线性能略低于用汉麻粉体B涂层的织物。说明粉体颗粒的大小影响涂层织物的抗紫外线效果。产生原因：汉麻粉体A颗粒比较大，相对而言量比较少，在涂料中分散不均匀，涂到织物后厚薄不均一，使织物表层存在一定空隙，紫外线透过率增加，UPF值减小，防护性能变差。

(2)与未进行涂层的涤纶织物相比，经过涂层之后的织物UPF值均比较大UVA值小，且数值相差很大，说明涂层之后织物的抗紫外线性能大大增加。这是因为涂层织物后，涂料不仅被覆在织物的表面使增加厚度，还浸入到纱线之间减小了织物的缝隙，相当于经纬纱线覆盖织物面积增大，从而降低紫外线透过织物，使UPF值增大。

(3)含有汉麻粉体涂层的试样UPF值高于纯聚氨酯的织物，这说明涂料中的汉麻粉体颗粒起到了重要的作用，足以说明汉麻纤维本身具有优异的抗紫外线性能。此外，汉麻粉体涂层浸入到织物经纬纱空隙，使织物表层更加紧密，降低了其与紫外线的接触，提高了织物的抗紫外线性能。

2.4 汉麻粉体含量对织物抗紫外线性能的影响

在探究汉麻粉体含量对织物抗紫外线性能影响过程中，粉体颗粒大小不能忽略不计，所以分开讨论。涂层厚度采用0.3mm，涂层浆料配比：水性聚氨酯80g、增稠剂3g、LiCl 1g、PEG200 5g，仅改变汉麻粉体含量Xg(分别为2、4、6、8、10)，测试结果见图6。

图6 不同汉麻粉体A、B含量织物的UPF值

从图6可以观察到:

(1)经过汉麻粉体A涂层之后织物的UPF值均大于40，随着汉麻粉体含量的增加，织物的UPF值呈先增大后减小的趋势。产生这种现象的原因：说明汉麻纤维本身具有优异的抗紫外线能力，但随着汉麻粉体含量的增加，涂料的均匀性变差，造成被涂覆在织物表层的涂料不均匀，表层不紧密出现裂缝，使透过率增大，UPF值相对减小。从结果可以看出，粉体A含量为8%时，织物抗紫外线效果最佳。

(2)经过汉麻粉体B涂层之后，织物的UPF值也是呈先增大后减小的趋势，在含量为4%时UPF值达到最大。产生这种现象的原因：粉体含量达到4%时，汉麻粉体与聚氨酯的相容性达到饱和状态，织物的抗紫外线性能最好；汉麻粉体含量继续增加，会使粉体分散不均匀，造成涂层致密性不好，出现空隙致使UPF值减小。

(3)可以清晰看出，汉麻粉体B涂层织物的抗紫外线效果明显好于汉麻粉体A的涂层织物。产生原因：汉麻粉体颗粒小，与粉体A相比同样的含量却拥有更多的颗粒，更容易在涂料中分散均匀，使被覆涂料在织物表面形成致密的保护层，织物遮挡和吸收的紫外线增多，UPF值增大。