纺织品抗紫外后整理的研究现状

刘津玮 优 昌 陆 东 郭 全 包肖婧

青岛市纤维纺织品检验研究院(中国)

近年来，由于大气层中臭氧的减少，导致到达地球的紫外线辐射量不断增加。人体长期曝露在紫外线下会对其健康产生一系列负面影响，如加速皮肤老化，引发光皮肤病(痤疮)、红斑(皮肤变红)，甚至还可能会诱发皮肤癌。随着人们户外活动的逐渐增多，日常活动过多曝露在紫外线下的机会越来越多，接触到的紫外线辐射量逐渐增多，紫外线辐射对人类的生存环境产生了较大的影响。因此，降低紫外线对人体的影响已成为目前抗紫外纺织品研究领域的重点课题[1]。

日常生活中，人们用于抵御紫外线的方法主要有两种：一种是涂覆防晒剂、防晒霜，通过化学吸收或物理反射和散射衰减紫外线穿透皮肤的量；另一种是穿戴具有紫外防护效果的服饰，即穿戴抗紫外纺织品。抗紫外纺织品一般通过吸收或者反射紫外线来达到防紫外的效果，通常情况下，紫外线反射率和吸收率越高，所能起到的保护作用就越好。普通纺织品一般由棉、麻、丝、毛、合成纤维等制得，对紫外线的阻隔效果很差，需要通过后整理添加功能材料达到满意的抗紫外性能。随着新工艺和新材料的出现，制备抗紫外纺织品的后整理方法以及抗紫外功能材料的种类越来越多。本文介绍了近年来国内外抗紫外纺织品的后整理方法及其性能，并对未来研究发展趋势进行分析，以期为抗紫外纺织品的研究开发提供参考。

1 抗紫外纺织品防护机理及评价指标

1.1 纺织品抗紫外防护机理

纺织品的抗紫外性能主要是通过织物内部分子吸振、分子断裂化学反应吸振、高密度材料反射吸振及晶格吸振等方式实现的[2]。纺织品的组分纤维及其含有或携带物质的化学结构是决定织物抗紫外性能优劣的主要影响因素，同时，纺织材料本身的规格、结构及性能也影响其抗紫外能力。日常生活中的普通纺织品虽然对紫外线能够起到一定的防御作用并保护皮肤，但实际效果不佳，而通过纤维改性、浸渍、涂层等后整理方法获得的抗紫外纺织品，则可有效解决这些问题。目前用于制备抗紫外纺织品的后整理方法主要为添加紫外线屏蔽剂或紫外线吸收剂。添加紫外线屏蔽剂是通过提高纺织品对紫外线的反射能力达到抗紫外效果的；添加紫外线吸收剂是通过抗紫外涂层吸收紫外线而达到抗紫外效果的。

1.2 纺织品抗紫外线性能评价指标

目前，抗紫外纺织品的主要评价指标有紫外防护系数、紫外线透过率等。紫外防护系数是指皮肤无防护时计算出的紫外线辐射平均效应与皮肤有织物防护时计算出的紫外线辐射平均效应的比值；紫外线透过率是指在紫外线对织物的照射过程中穿透织物的紫外线能量占照射织物表面的紫外线能量的比率，通常抗紫外纺织品的紫外线透过率应低于10%。在这两个指标中，紫外防护系数通常被用来表征织物抗紫外线能力的高低，而评价抗紫外纺织品最为关键的因素为紫外线透过率，其数值可直接反映纺织品的抗紫外能力。

2 抗紫外纺织品后整理的方法

目前提高织物抗紫外线性能的后整理方法主要包括层层自组装法、浸轧法、溶胶-凝胶法、化学接枝法、水热法、化学镀层法、直接涂覆法及电泳沉积法等，方法是将碳材料、金属及其氧化物、抗紫外助剂均匀分散到纺织品表面，通过抗紫外涂层的作用提高织物或纤维对紫外线的反射或者吸收能力。

2.1 层层自组装法

层层自组装法利用电泳沉积技术将带有相反电荷的抗紫外材料沉积到纺织品表面，这是一种操作相对简便的制备方法。例如，冯霞等[3]利用层层自组装技术，将壳聚糖和氧化石墨烯在静电吸附作用下沉积到非织造布表面，制备了不同层数抗紫外涂层的改性聚丙烯非织造布。测试结果表明，在进行10层抗紫外层处理后，该非织造布的紫外线防护系数增加近500倍，紫外线透过率仅为0.05%，有效提高了其抗紫外能力。由于电泳沉积技术是通过静电力在分子技术层面上进行的，因此抗紫外材料与纺织品间具有结合强度高、致密等优点，但是层层自组装法所需成本较高，对功能材料有限制且工艺相对复杂。

2.2 浸轧法

浸轧法是对经过改性液处理后的纺织材料进行快速辊筒挤轧，并在干燥后将抗紫外材料以涂层的形式涂覆于纺织材料表面。纺织品大都具有较好的吸水性，因而浸轧法也就成为最常用的纺织品后整理方法之一。王炳硕等[4]首先通过化学沉积法将氧化锌沉积到丝织物表面，然后采用十六烷基三甲基溴化铵对织物表面的氧化锌颗粒改性处理，再通过浸轧法对氧化锌改性丝织物进一步整理，得到表面氧化锌颗粒均匀分布的改性丝织物。试验结果表明，经过纳米氧化锌处理后，改性丝织物的紫外线防护系数可超过50，并且其抗黄变性能得到极大的提高。浸轧法简单有效，是赋予纺织品相关功能的最便捷方法，但浸轧法制备的功能性纺织品，涂层材料与纺织品间的结合通常以物理吸附和范德华力为主，由于缺少化学键结合，纺织品的耐洗性较差。

2.3 溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法利用具有三维网状结构的凝胶对纺织材料进行改性整理而获得具有抗紫外涂层的改性纺织品。例如,陈秦君等[5]首先将二氧化钛用乙二醇进行表面改性，然后利用乙二醛与改性二氧化钛构成复合鞣制剂，以此来对皮革纤维进行抗紫外后整理。试验结果表明，经过乙二醇改性的二氧化钛仍保留着完整的晶型结构，并且具有优良的紫外屏蔽性能，同时，皮革纤维表面存在的二氧化钛使得改性纤维具有良好的抗紫外性能。Kowalczyk等[6]采用溶胶-凝胶法制备出一种具有聚硅氧烷-二氧化钛杂化涂层的表面改性棉织物，相比未经处理的棉织物，改性棉织物的紫外吸收能力提高了5～6倍，且经20次商业洗涤试验后，其紫外吸收能力与未经洗涤时基本相同。然而，溶胶-凝胶法工艺复杂且制备成本较高，难以广泛应用于抗紫外纺织品的实际生产。

2.4 化学接枝法

化学接枝法利用抗紫外材料与纺织品表面官能团之间的反应，将抗紫外材料接枝在纺织品表面。例如：管宇等[7]将对位芳纶纤维经过硫酸预处理后，再通过与酰氯反应生成酰胺键，制备出携带酰氯基的改性对位芳纶纤维。试验结果表明，通过这种方法制备的改性对位芳纶纤维具有极为优异的抗紫外耐久性能，同时，这种加工工艺能够保持纤维的基本结构和热稳定性。由于化学接枝法是在功能分子和基底之间形成能量较高的化学键，因此该方法的优势是成品具有较好的耐洗用效果。

2.5 水热法

水热法通过抗紫外材料前驱体在高温、高压的反应釜中进行水热反应，能够在纺织品表面进行原位合成和生长，从而得到抗紫外纺织品。Fan等[8]通过水热法在丝织物表面沉积了纳米棒状氧化锌，试验结果表明，制备的改性抗紫外丝织物表面形成了均匀分布的纳米棒状氧化锌阵列，且其紫外防护系数超过50，具有优良的抗紫外能力。水热法可以在纺织品表面合成均匀的抗紫外功能材料，但生产中需要高温和大量的水，成本较高，因而限制了它的规模化应用。

2.6 化学镀层法

化学镀层法是在还原剂的作用下使溶液中的金属离子在织物表面还原为金属单质颗粒，沉积在织物表面形成抗紫外涂层而制备抗紫外纺织品。该法因具有操作简便、工艺简单、耗能低等优势而受到广泛关注。例如,Mohammad等[9]采用不同质量分数的银和柠檬酸三钠在聚丙烯酸纤维表面原位合成纳米银，制备多功能聚丙烯酸纤维，处理后的纤维具有很好的抗菌活性、紫外吸收能力和抗静电性能。随着银质量分数的增加，制备的多功能聚丙烯酸纤维的紫外线透过率降低，当银质量分数为3%时，多功能聚丙烯酸纤维的紫外线透过率降低幅度最大。化学镀层法工艺简便、绿色，易于规模化生产，是制备抗紫外纺织品的理想方法。

2.7 直接涂覆法

与浸轧法类似，直接涂覆法操作简单高效，其也是最常用的纺织品后整理方法之一。土耳其的Nurhan等[10]以不同质量分数(1%和5%)的含不同铁矿石的聚丙烯酸酯聚合物浆料为主要原料，采用涂覆法对棉织物进行涂覆，使棉织物具有优异的抗紫外能力。涂层聚合物中分别加入明胶和针铁矿均能够大幅度提高棉织物的紫外防护性能，可使棉织物紫外防护系数相应提高50和40倍。Karthik等[11]以乙酸锌为前驱体，以五加叶提取物为原料，绿色合成了纳米氧化锌，制备的氧化锌纳米粒子在100、 300和600 ℃ 3种不同温度下煅烧，再将其涂覆于棉织物表面，使棉织物具有良好的抗紫外性能，且与涂覆100和300 ℃下煅烧的氧化锌纳米粒子的棉织物相比，涂覆600 ℃下煅烧的氧化锌纳米粒子的棉织物显示出更高的紫外防护性能。直接涂覆法的缺点与浸轧法类似，由于缺少强化学键，涂覆在纺织品表面的功能材料很容易脱落。

2.8 电泳沉积法

电泳沉积是一种应用于制备功能陶瓷的技术，近年来才被用于功能织物的生产。Zhao等[12]以氧化石墨烯为前驱体，利用电泳沉积技术对疏水的聚酰胺织物进行功能化整理，热还原后得到还原氧化石墨烯改性织物，改性后织物的紫外防护性能大幅提升，紫外防护系数超过500，紫外线透过率小于0.2%。电泳沉积技术最大的优势在于高效，由于外加电场的存在，功能性材料能够更加快速地沉积于纺织品表面。然而，电泳沉积法需要外加设备的支持，目前还难以规模化生产。

3 结语

后整理作为抗紫外纺织品重要的制备方法，其无疑是最受关注的抗紫外功能实现途径。虽然目前抗紫外纺织品的制备方法很多，抗紫外功能材料也纷繁多样，然而，受工艺和成本的限制，真正能应用于工业化生产的方法不多，因此开发能够适应市场的抗紫外纺织品的制备方法是目前的迫切任务。

随着国内经济水平的提高，人们健康意识的提升及消费多样化的演变，户外运动迅猛发展，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紫外线的强烈照射会造成人体皮肤的损伤，阻碍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不断提高。因此，人们对抗紫外线服用纺织品的要求越来越高，且要求向着高科技、轻量、高性能的方向发展，因而抗紫外纺织品具有很大的市场前景和发展潜力。