抗紫外线纺织品性能提升的法宝

文/ 东华大学 纤维材料改性国家重点实验室 董杰 赵昕 张清华

未来将主要聚焦于具有自清洁、抗菌、透气等功能性抗紫外线纺织品的开发

随着社会的不断发展，人们对自身健康越来越重视。在夏天，阳光中穿透力较强的长波紫外线可以轻松穿透皮肤表层，破坏胶原蛋白、弹性纤维组织等皮肤内微细结构，使得皮肤变得衰老和松弛。人们为此采取了很多措施，比如涂抹防紫外线的化妆品、使用遮阳帽和遮阳伞等，但是，这些措施的防护能力、有效时间和范围都是有限的。因此，越来越多的人倾向于利用保护范围更加全面、效果更好的防紫外线服饰来保护身体免受紫外线过度伤害。一般认为，紫外线防护系数（UPF 值）大于 50 并且 UVA （320～420 nm UV）的透过率小于5 %的“防紫外线产品”才算合格。

抗紫外线纺织品是当前新发展的功能性产品，具有非常广阔的市场。对原料（纤维）和纺纱进行深入研究，从原料的选择、织物结构、织物染色色泽和后整理技术上综合考虑，可以制备出抗紫外性能更优良的产品。

涤纶、锦纶唱主角

对于不同的纤维而言，由于其本身的化学组成、色泽、纤维的含水量等存在差异，所以其抗紫外线性能也有所不同。纤维原料抗紫外线性能越好，纺织而成的产品抗紫外线性能也越优异。天然纤维中，相比于棉、丝、汉麻、亚麻等，羊毛、黄麻和竹纤维的抗紫外线性能更佳。在常用的化学纤维中，涤纶含有能够吸收紫外线的苯环，抗紫外线性能颇佳，而锦纶相对较差。抗紫外线织物主要为夏天的防晒衣，也称为皮肤衣，使用100%涤纶面料制备的防晒衣，UPF 值高，防紫外线效果好，并且由于原纱本身有一定的抗紫外能力，水洗对抗紫外线效果影响较小。相比于丝巾、厚棉麻T 恤产品和纯棉加厚外套等，很多以涤纶为原料的产品紫外线防护效果更好。

尽管锦纶比涤纶的抗紫外线性能差一些，但是市场上由锦纶制成的抗紫外线产品也是品类繁多。锦纶耐磨性比较好，具有很好的吸湿性，用锦纶制作的服装比涤纶面料的服装舒适性更强。除此之外，锦纶织物属于轻型织物，制备轻薄产品也颇有市场。使用锦纶作为原材料时，需要经过染色以及后整理工艺才能达到预期的效果。目前市场上主流的防晒衣面料一般包括3 种：

20D 锦纶超细双线格。采用20D锦纶按380T 规格在喷水织机上织造，经过染色及特殊后整理工艺纺织而成。该规格面料微皱，手感柔软，轻薄耐磨，具有防泼水、防风、防紫外 线等功能。

40D 锦涤面料。经过特殊染色及后整理后，面料具有自然起皱效果，手感顺滑、质地轻、密度高，纺织成型后的衣服体积相对小，便于携带和收纳。

20D 消光尼龙丝。该面料采用微皱处理，具有UPF 50+超强抗紫外线性能，超薄超轻柔面料，适用范围广。除了传统的面料之外，也有一些新型面料在市场上崭露头角，如光波面料、TIEF SKIN 仿生面料、STORMBREATH 科技面料。光波面料是专门为防晒而设计的，它结合了崭新的荧光涂布与纺织技术，可以有效阻隔紫外线的同时获取对人体有益的光波。探路者与丹东优耐特纺织品有限公司联合申报的“TIEF SKIN”超轻薄皮肤衣曾经荣获“年度纺织十大创新产品”称号。该面料模仿日落绚丽轻薄的鳞片结构制成面料，面料反射、散射光线，阻隔阳光和紫外辐射，构成天然盾牌。STORMBREATH 科技面料是一种高轻薄、高透气性的面料，在紫外线防护上相对前两种面料稍差，但轻薄性与透气性更佳。

对于针织面料，线圈长度、纱线细度与织物抗紫外性能呈正相关；1×1 罗纹针织面料抗紫外线性能比纬平针织物的UPF 大。在一定范围内，抗紫外线性能与厚度成正比，与紧度的关系大致呈抛物线状。此外，覆盖参数、纱线细度、厚度、织物密度及织物组织对于面料的抗紫外性能都有一定的影响。在炎热的夏季，人们对织物的透气性、柔软度都有比较高的要求。通过设置合理的结构参数，使产品兼备高抗紫外功能和舒适性。大连小萝莉服饰有限公司采用纳米银纤维为经纱、聚乳酸（PLA）纤维为纬纱，纺制成防辐射布底面布料。在底面布料上镀镍层，镍层的厚度为 0.08～0.15mm；通过纬编平针的方式与抗紫外功能的真丝布料连接，获得防紫外复合纺织面料。

防晒衣一般采用涤纶面料。

屏蔽紫外线的两大法宝

不同的纤维和织物品种，对紫外线的透过率是不同的。所谓抗紫外线纤维及其织物，指的是那些能够吸收和反射大部分紫外线的纤维和织物，在其制备和加工过程中，一般会对纤维和织物中添加能屏蔽紫外线的物质，进行混合与处理，提高织物对紫外线的吸收和反射能力。目前，国内紫外线防护纺织品的生产，主要分为两大类：一是抗紫外线纤维法（纺丝法），在聚合或纺丝过程中加入紫外线屏蔽剂，制得抗紫外线纤维；另一种是纤维后整理法，利用紫外线屏蔽剂通过浸渍、浸轧或涂层的方法，还有利用微胶囊技术或印花整理的方法，改善织物的抗紫外性能。具体介绍如下：

三种常用的紫外线屏蔽剂

紫外线屏蔽剂可有效强化织物对紫外光的反射能力，通常选用一些金属氧化物的粉体，如Al2O3、SiO2、MgO、ZnO、TiO2和高岭土等。这些材料制成纳米级的超细粉体，由于微粒尺寸与光波波长相当，比表面积大，表面能高，超细粉体在与纤维材料共混复合后，增强了纤维材料对紫外线的反射和散射作用，从而防止和减少紫外线透过纤维或纺织面料。例如，通过氯化铈和氯化锌水解沉积在纳米TiO2表面，再采用偶联剂KH-550 表面处理，得到有机硅改性的抗紫外颗粒，然后以丙烯酸羟乙酯、丙烯酸和丙烯酸丁酯聚合成聚丙烯酸乳液，最后制备有机硅改性的抗紫外颗粒水分散液，再以聚丙烯酸乳液包覆。该方法所制备的纺织品稳定性高，经整理后织物抗紫外线效果好且耐久性优异，质感柔软。

添加了紫外线屏蔽剂的纺织织物可有效提升紫外光的反射能力。

有机紫外线屏蔽剂主要是利用有机物对紫外线光波具有强烈的、选择性的吸收作用。有机紫外线屏蔽剂分子结构大多连接在芳香族衍生物上吸收波长小于400nm 的发色基团（如 C=N，N=O，O=O 等）和助色基团（如-NH2，-OH，-SO3H，-COOH 等）。具备这些结构的有机物能够很好地、有选择性地吸收高能量的紫外线，通过发生物理或光化学反应，将紫外光能转化为其他形式能量，从而起到防紫外线的作用。用在织物上的紫外线吸收剂除需要具备很好的紫外线防护功能外，还必须与织物或纤维比较牢固地结合，具备一定的耐洗性；对纤维或织物的强度和色泽等方面影响较小；无毒，对皮肤无刺激；价格低廉，制备方便。

常用的有机紫外线吸收剂主要有二苯甲酮类、水杨酸酯类、苯并三唑类和有机镍聚合物等。

二苯甲酮类。二苯甲酮中有反应性的羟基，容易与纤维复合，能够吸收UVA 和UVB 紫外线。分子中的酮基与羟基能产生内在氢键，构成一个螯合环；紫外线的摄入，引发分子的热振动，内在的氢键会被破坏，螯合环打开，从而将紫外线的能量变成热能释放出来。此外，分子中羟基由于紫外光能量激发，产生互异构现象，生成烯醇式结构，消耗一部分能量。不足之处在于该类紫外屏蔽剂对280nm 的紫外线吸收较少，容易发黄，价格较贵。

水杨酸酯类。水杨酸酯分子内存在氢键，这类紫外线吸收剂刚开始对紫外线能量和波长范围的吸收很小，随着照射时间的延长，吸收也会逐渐增大。这是由于在紫外线的照射下，水杨酸酯发生重排，形成了二苯甲酮的结构，对紫外线的吸收能力有所增强。这类紫外线吸收剂价格低廉，但是对UVA 紫外线吸收较少，熔点低且易升华，没有被广泛应用。

苯并三唑类。苯并三唑类紫外线吸收剂与二苯甲酮的作用机理相似，内部结构中也因氢键作用而形成螯合环。在紫外光的照射下，氢键被破坏，螯合环打开，反应过程中存在光互变异构体，将紫外线的能量转化为热能释放。该类紫外线吸收剂的优势在于对UVA 紫外线的吸收效果好，自身熔点高，吸附在织物表面有一定的耐洗性。但是，由于没有反应性基团，处理时要吸附于纤维表面才能达到吸收和屏蔽紫外线的效果。

有机镍聚合物。不同于一般的紫外线吸收剂的吸收机理，有机镍聚合物在紫外光的照射下，与高分子聚合物被激发成激发态的分子作用，使激发态回到基态，将高能紫外线转化为能量较低的光谱散发，从而保护织物不被破坏。虽然这类紫外线吸收剂对部分纤维和织物在一定条件下会形成螯合态结合体，产生对紫外线的屏蔽作用，但是其离子有较深的颜色，在一些对色泽有严格要求的场合并不适用。

抗紫外线织物的七大后整理方法

高温高压吸尽法。高温高压吸尽法相当于涤纶的高温高压染色，将一些不溶或难溶于水的紫外线吸收剂，如苯并三唑类化合物在高温高压条件下进入纤维内部而固着，从而达到抗紫外线的效果；对涤纶、锦纶等合成纤维织物的紫外线屏蔽整理，可采用与分散性染料高温高压染色时同浴进行。

常压吸尽法。常压吸尽法主要对于一些水溶性的吸收剂进行棉、麻、羊毛、蚕丝等天然纤维类织物的抗紫外线处理。只需要在常压下将上述纤维置于其水溶液中处理，类似于水溶性染料染色。这种处理方法选用的吸收剂需要满足一定的水溶性，如一些二苯甲酮类的水溶性紫外线吸收剂的分子结构中有多个羟基，以此与棉和其他天然纤维建立较好的吸附。

浸渍式法。将织物浸入配置好的整理液中，在规定的温度下浸泡一定的时间取出，然后干燥或进行热处理。

浸轧法。由于紫外线屏蔽剂大多不溶于水，并且对棉、麻等天然纤维缺乏亲和力，因此采用与树脂（或粘合剂）同浴的方法，可以将屏蔽剂固着在织物的表面。浸轧液由紫外线屏蔽剂、树脂、柔软剂等组成。浸轧法即将织物在整理液中浸湿，然后用压辊轧去水分，在机械力作用下将整理剂挤压到纤维中去，然后进行干燥或热焙烘。但是，经过烘干或热处理后，织物上的空隙容易被树脂（粘合剂）覆盖，会对织物的吸水性、透气性有一定的影响。

印花法。将紫外线吸收剂加入到印花色浆中，与染料同浆印花，以此提高印花织物的耐光色牢度。由于汽车内装针织物对耐光牢度的要求较高，所以其织物印花时多将紫外线吸收剂与高耐光染料同浆印花。

涂层法：将涂层整理剂与紫外线整理剂混合均匀，利用涂布器（如刮刀、圆网印刮等）涂印到织物上，经过必要的烘干和热处理，在织物表面形成一层薄膜，从而达到紫外线整理的功效。

微胶囊整理：以高分子聚合物为囊衣，利用微胶囊技术将紫外线吸收剂制备微胶囊，然后用粘合剂及交联剂将微胶囊固着在织物上，可制成紫外线屏蔽率达85%以上的纺织品。除此之外，微胶囊的一大特点就是可以缓释紫外线吸收剂，从而达到长效防紫外的目的。

抗紫外线纺织品实现多功能化

单一功能的纺织品并不能满足市场的需求，人们更倾向于多功能的织物。抗紫外线织物的研究不断加入拒水、拒油、易去污、抗菌、抗静电等多种功能，不断优化与发展。

抗紫外疏水织物

利用多巴胺在多价金属离子作用下（铁离子、亚铁离子、铜离子和锰离子的一种或几种），通过浸渍处理，与织物（真丝纤维或羊毛）上的活性基团连接，然后在氧化剂作用下氧化原位聚合形成有色的聚多巴胺。金属离子的催化作用，除了极大地加速了多巴胺的氧化聚合外，还起到多巴胺与织物中丝素蛋白分子间的交联作用，所制备织物的耐水洗牢度提高。纳米金属氧化物附着在织物的纤维表面，使其具备抗紫外线的同时具备更好的疏水性能。

无机纳米粒子比如ZnO、TiO2、SiO2等常用来构造疏水表面的微纳结构。而ZnO、TiO2对紫外线具有优良的反射作用，因此在超疏水抗紫外线织物的研究中使用较多。华南理工大学刘维锦等合成了一种 1,2- 环氧丙醚基芳香酮的抗紫外化合物，再对 SiO2进行改性（氨基改性二氧化硅），使得抗紫外化合物接枝到SiO2表面，赋予二氧化硅优异的抗紫外线能力；然后将织物浸于二氧化硅分散液和聚电解质化合物水溶液中，通过静电自组装法使得SiO2吸附在织物表面，获得疏水性所需要的粗糙表面，最后织物经无氟拒水剂的进一步处理，获得兼具优异抗紫外和超疏水性能。

抗紫外抑菌消毒织物

利用纳米TiO2本身的杀菌消毒作用以及对紫外线具有很强的屏蔽作用，与酞酸酯偶联剂混合搅拌，形成抑菌抗紫外的纳米二氧化钛溶胶。再通过对腈纶和聚酯纤维共同镀银，使得细菌细胞内外的蛋白质凝固，继续加入β-环糊精、紫外线屏蔽剂、铜粉和壳聚糖，再次提高防辐射织物的抗紫外性。铜粉具备防辐射性和抑菌性，而壳聚糖分子中的-NH3+带正电，吸附在细菌细胞表面，进一步提高织物的抗菌性能，具有广泛的应用前景。

棉织物作为大众化的服装面料，具有吸水性强、耐磨耐洗、柔软舒适等特点，经过抗紫外线和抗菌整理，可以获得一种适用范围较广的多功能织物。东华大学邢彦军等发明了一种简单易行、成本低廉、适用于规模化生产的多功能化抗菌抗紫外面料。预处理棉织物，将其羧甲基化，然后在锌盐溶液中浸泡。织物表面的羧酸根粒子与锌离子发生反应完成后，再浸入多元羧酸溶液中，从而使多元羧酸与织物表面引入锌离子反应，反复浸泡。最后经漂洗、水洗、烘干后得到兼备抗菌和抗紫外的多功能织物。

透气保暖的防紫外面料

原色纺织科技有限公司通过多层结合的方法开发了一种透气防紫外功能的面料，同时赋予一定的保暖功能。该面料由防紫外层、无纺布层、纺制层、中间层以及保暖层组成。其中防紫外层主要采用抗紫外的锦纶制备；无纺布层内部设置了多个脱水凝胶颗粒，使得制品具备防潮、透气、坚韧等特点；中间层由棉布构成，粘合多个通风口；保暖层由竹炭纤维构成，实现了蓄热保温的功能。

随着纺织技术的不断发展及人们对安全防护意识的加强，具有优异紫外屏蔽作用的功能性纺织品具有更加广阔的应用前景。纳米技术的发展与应用也将使纺织品的抗紫外剂更加趋于多功能化，未来对抗紫外纺织品将主要聚焦于新型抗紫外纤维、新型整理剂及具有自清洁、抗菌、透气等功能性抗紫外纺织品的开发等方面。