HMBS对蚕丝的紫外线防护整理工艺研究

2018-11-14徐李聪董亚彬宋延玲李娟曹机良

纺织科学与工程学报 2018年4期

徐李聪，董亚彬，宋延玲，李娟，曹机良

(河南工程学院材料与化学工程学院，河南郑州 450007)

紫外线是太阳光的一部分，适量的紫外线辐射有益于人体健康，减少疾病的产生，过量的紫外线辐射会对人的皮肤造成伤害，产生红斑、晒伤、老化变黑甚至皮肤癌等疾病。紫外线由按波长可划分为三段：UV-A(320 nm～400 nm)、UV-B(290 nm～320 nm)、UV-C(200 nm～290 nm)，三者辐射能量不同，对人的皮肤渗透能力也不同[1]，其中UV-A可以到达人的表皮，引起红斑等症状，UV-B可以到达人皮肤的角质层，引起晒斑、老化变黑等症状，同时加快色素的产生诱发癌变，对人体的危害最大，UV-C会被臭氧层吸收而不会到达地面[2]。保护人体皮肤，应该尽量减少透过皮肤的紫外线辐射量，为此人们生产了防晒霜、防晒衣、防辐射太阳镜等各类产品，在纺织印染行业，紫外线防护整理显得格外重要，纺织品的紫外防护整理有两种方法[3]：(1)对单纤维进行抗紫外线整理，再经过混纺使织物具有抗紫外性能；(2)对织物进行抗紫外线后整理，从而使织物具有抗紫外性能。对织物进行抗紫外后整理的方法有[4-5]：溶胶凝胶技术、常压吸尽法、涂层法、高温高压吸尽法、浸轧法、纳米技术、微胶囊技术和印花法等。蚕丝属于蛋白质纤维，具有两性结构，与人体的角质和胶原蛋白结构相似，具有很好的相容性，其中丝素含有对人的身体有益的18种氨基酸，可以使人的皮肤保持水嫩光滑，有“人体第二皮肤”的美称[6]。并且蚕丝织物具有手感柔软、质地轻薄及亲肤无刺激等优点，是夏季衣物的常用面料，但是蚕丝织物质地轻薄，对紫外线的透过率大，长时间经受太阳光的照射织物易泛黄，对蚕丝织物的外观、质量等服用性能造成影响[7-8]。故需要对蚕丝织物进行抗紫外防护整理以提高其服用性能。

1 实验

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料

织物：蚕丝织物(市售，原蚕丝织物的UPF为4.32)。

紫外线吸收剂：2-羟基-4-甲氧基-5-磺酸基二苯甲酮(分析纯，阿拉丁工业公司)，化学结构式如图1所示。

图1 HMBS化学结构式

其它化学品：pH缓冲溶液(实验室自制)、氯化钠(分析纯，天津市德恩化学试剂有限公司)、标准合成洗涤剂(上海市纺织技术监督管理局)、合成单宁(工业品，阴离子型固色剂，拓纳贸易(上海)有限公司)、CWF-HC(工业品，阳离子型固色剂，市售)。

1.1.2 仪器

JA2003N电子天平(上海精密科学仪器有限公司)，UV-2000F紫外线防护性能测试仪(美国Labspere公司)，TU-1901紫外—可见分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司)，RC-Z 2400振荡式常温常压染样机(上海一派印染技术有限公司)，RC-9X定型烘干机(上海一派印染技术有限公司)。

1.2 实验方法

1.2.1 HMBS整理方法

在振荡水浴锅中进行HMBS对蚕丝的吸附整理，浴比1：50，pH缓冲液调节pH值，30℃开始吸附整理，以1℃/min升温至整理温度，分别在不同温度，时间，pH，NaCl，HMBS用量条件下处理。结束后，将蚕丝水洗烘干，残液待测。

1.2.2 固色方法

在振荡式常温常压染色机内对已经完成抗紫外整理后的蚕丝进行固色，浴比1：50，pH缓冲液调节pH值，在染样机升温至60℃时加入蚕丝进行40min的固色处理。固色结束，将蚕丝水洗，烘干。

1.3 测试方法

1.3.1 织物紫外线防护性能测试

实验样品采用UV-2000F紫外线防护测试仪依据AS/NZS4399-1996《日光防护服评定和分组》测试织物的UVA和UVB的透过率和紫外线防护因子UPF。

1.3.2 吸尽率E%的计算

吸尽率(E%)：吸取实验后的残液，在TU-1901紫外—可见分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司)上测定最大吸收波长下的残液的吸光度，再根据吸附前后溶液中的紫外吸收剂浓度计算吸尽率E%。

吸尽率计算公式如下式(1)所示。

(1)

式(1)中：E%为HMBS的吸尽率；A0为整理原液的吸光度值；A1为整理残液的吸光度值。

1.3.3 耐洗性测试

待振荡式常温常压染样机升温至40℃，把蚕丝织物投入含有4 g/L标准合成洗涤剂的锥形瓶中进行振荡式洗涤，经过1，3，5，10，20次标准水洗，后用蒸馏水洗涤烘干，然后参照织物紫外线防护性能测试进行UPF的测定。

2 结果与分析

2.1 pH值对蚕丝的吸尽率及紫外防护性能的影响

下页图2为HMBS 3%owf，90℃条件下吸附60min，分别在NaCl 0 g/L和NaCl 20 g/L的染液中pH值对HMBS对蚕丝吸尽率的影响，下页图3为此条件下pH值对抗紫外线性能的影响。从图2中可以看出pH约为4.1时，两条pH对吸尽率的影响曲线相交，该点应为蚕丝的等电点pI。蚕丝属于两性纤维，含有酸性基团-COOH和碱性基团-NH2，等电点pI的范围为3.5～5.2，当整理液的pHpI时，R-COOH电离成R-COO-，纤维带负电荷，主要与紫外线吸收剂HMBS上的-OH以氢键结合，此外还有范德华力的作用，NaCl用量为20 g/L时，NaCl中的Na+与纤维负离子结合，使纤维上的负电荷数目减少，纤维与紫外吸收剂之间的斥力降低，NaCl在此条件下起到促染的作用，即NaCl用量为0 g/L时蚕丝对HMBS的吸附量小于NaCl用量为20g/L时，从图中也可以看出不管整理液中是否添加NaCl，吸尽率均随着pH的增加而降低，只是下降的趋势大小不同而已。

图2 pH值对吸尽率的影响

(a)NaCl 0 g/L

(b)NaCl 20 g/L

2.2 NaCl用量对蚕丝的吸尽率及紫外防护性能的影响

图4为HMBS 3%owf，pH 3，90℃条件下吸附60min，NaCl用量对HMBS吸尽率的影响，图5为此条件下NaCl用量对抗紫外线性能的影响。在整理液pH3的条件下，随NaCl用量的增加，吸尽率随之降低至一定值时保持稳定，由图2分析可知，当pH

图4 NaCl用量对吸尽率的影响

图5 NaCl用量对抗紫外线性能的影响

2.3 HMBS用量对蚕丝紫外防护性能的影响

图6为pH 3，90℃条件下吸附60min，HMBS用量对抗紫外性能的影响。从图中可以看出蚕丝的UPF值随HMBS用量的增加而增加，T[UVA]和T[UVB]随HMBS用量的增加而降低。在pH 3的整理液中，当pH

图6 HMBS用量对抗紫外线性能的影响

2.4 温度对蚕丝紫外防护性能的影响

图7为HMBS 3%owf，pH 3吸附60min，温度对抗紫外性能的影响。从图中可以看出UPF值随温度的升高而增加，T[UVA]和T[UVB]随温度的升高而降低。在pH

图7 温度对抗紫外线性能的影响

2.5 时间对蚕丝紫外防护性能的影响

图8是HMBS3%owf，pH3，90℃条件下不同吸附时间对抗紫外线性能的影响，从图中可以看出UPF值随时间的增加而降低，T[UVA]和T[UVB]随时间的增加趋势变化不大。在pH

图8 时间对抗紫外线性能的影响

2.6 固色及耐洗性能

固色及洗涤次数对UPF的影响如图9。从图中可以看出经四种方法固色后，整理织物皂洗后的UPF值均比不固色时高，并且先经过CWF-HC固色后合成单宁固色效果最好，固色后织物的UPF值高达96.61。这是因为阳离子固色剂CWF-HC可封闭水溶性基团在蚕丝表面形成一层薄膜，而合成单宁易于吸附在CWF-HC表面再次形成薄膜，提高了HMBS整理蚕丝织物的耐洗性。