远红外抗紫外面料的开发

陈桂香,尹 力,周 瑞,顾晨懿,江舜航

(江苏工程职业技术学院,江苏 南通226007)

功能保健已成为纺织新产品开发的趋势[1],服饰、家纺面料的设计与生产显得尤为突出。在原料选择方面,选取棉与新型功能保健类纤维混纺开发新型面料是新产品开发的一种行之有效的方法。

太极石是一种天然的稀有矽晶石英矿,主要成分为Si O2,并含有锗、钾、钛等微量金属矿物元素,具有优异的远红外线辐射性能(远红外发射率达91.7%~93.36%)以及抗紫外线和抗菌等功能[2-3]。纳米状态下将太极石粉末与涤纶纤维、黏胶纤维、锦纶纤维共混,目前可制得涤纶基太极石短纤维、黏胶基太极石短纤维、锦纶基太极石长丝等。

选取精梳棉及涤纶基太极石短纤维,并通过新合成的转光剂处理,开发了远红外抗紫外功能纺织品,具有加快人体微循环,提升新陈代谢、改善睡眠、防紫外、抗菌等功效。

1 小样试织

以1.33 dtex×38 mm涤纶基太极石短纤维、精梳棉为原料,试纺14.7 tex 0/100、30/70、50/50、70/30、100/0五类不同混纺比的太极石涤纶/棉纱线。分别以这五类纱线为经纬纱,依据新型纱线的特性,优化浆纱、织造生产工艺,选取平纹为基础的接结双层组织(“上接下”接结法),在SGA598型全自动剑杆织样机上(江阴通源纺机有限公司)试织小样5块。下机后测得坯布幅宽28 c m,坯布经密850根/10 c m,坯布纬密276根/10 c m。

2 后整理

2.1 退浆

采用酶退浆法,室温加料,升温至65℃,保温40 min,再升温至90℃,保温10 min,然后热水清洗、冷水清洗,出缸,脱水,展幅。

酶退浆处方:α-淀粉酶2 g/L,食盐2 g/L,渗透剂1 g/L,p H值6.0~6.5,浴比1∶5[4-5]。

2.2 抗紫外整理

2.2.1 整理剂

转光剂甲(α-噻吩三氟乙酰丙酮、碳酸铕、邻菲罗啉,按摩尔比3∶1∶1混合,粉末状);

转光剂乙(无水乙醇中α-噻吩三氟乙酰丙酮、氯化铕、邻菲罗啉按摩尔比3∶1∶1混合,水体溶液);

转光剂丙(十二烷基硫酸钠、碳酸铕按摩尔比4∶1混合,粉末状);

转光剂丁(8-羟基喹啉、碳酸铕按摩尔比4∶1混合制,粉末状);

氨水(NH3·H2O,上海信科化学试剂公司,分析纯)。

2.2.2 仪器

D-8401型多功能直流电动搅拌器(天津华兴伟业实验仪器有限公司);

Rapid型轧车(厦门东亚机械有限公司);

Rapid型焙烘机(厦门东亚机械有限公司);

KQ-250DE型数控超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司);

BS224S型电子天平(北京赛多利斯仪器系统有限公司);

UV-2550型紫外分光光度计(Shimadzu,Japan);

Nicolet5700型红外光谱分析仪(美国PE公司);

Q/GHSC1571-92精密p H试纸(上海三爱思试剂有限公司);

HB902紫外线透过率测试仪(浙江杭州赞成机电科技开发中心);

DATACOL OR SF-600分光光度计(美国DATACOLOR公司)。

2.3 试样前处理

取少量测试样按浴比1∶30,浸入浓度为1%的平平加O溶液,溶液温度设置为30℃,浸润15 min后取出待用。

2.4 不同整理工艺处理

取转光剂甲0.15 g,加水至150 ml,在直流电动搅拌器上以1 000 r/min的转速进行高速搅拌,使转光剂完全溶解。将试样3裁剪成直径4 c m的圆形,取三组,每组3块,按照浴比1∶30,在上述溶液中浸泡10 min(磁力棒快速搅拌),对三组试样分别作如下整理:自然晾干、焙烘(Rapid型焙烘机中100℃焙烘3 min)、浸轧(Rapid型轧车二浸二轧,室温20℃,轧液率90%),冷却至常温,待测。

2.5 不同转光剂处理

取试样3四组,每组3块,分别在1 g/L的转光剂甲、乙、丙、丁溶液中浸泡10 min,100℃焙烘3 min,冷却至常温,待测。

2.6 不同转光剂浓度处理

取试样3五组,每组3块,在浓度分别为0.5、1、1.5、2、2.5 g/L的转光剂乙溶液中浸泡10 min,100℃焙烘3 min,冷却至常温,待测。

3 性能检测

3.1 远红外性能

在远红外辐射温升测试仪上测定,通过远红外发射率及远红外辐射温升2个指标来评价。

检测标准:GB/T 30127-2013《纺织品 远红外性能的检测和评价》。

检测仪器:DR915 W纺织品远红外辐射温升测试仪(温州大荣纺织仪器有限公司)。

测试条件:恒温恒湿。

测试方法:直径不小于60 mm的发射率和温升试样各三组,记录每组试样的远红外发射率值及试样初始温度、试样辐射30 s时的表面温度。

测试结果见表1。

表1 试样远红外性能测试结果

国家推荐性标准GB/T 30127-2013《纺织品 远红外性能的检测和评价》中对纺织品远红外性能作了规定:对于一般样品,若试样的远红外发射率不低于0.88,且远红外辐射温升不低于1.4℃时,样品具有远红外性能。依据此标准,判断试样3、4、5均具有远红外性能。试样1不含涤纶基太极石纤维,试样2含量较小,仅为30%,测试所得的远红外发射率及辐射温升都低于标准要求值,因此判断试样1、2不具备远外红性能。从成本及穿着舒适性的角度考虑,试样3获得了织物具备远红外性能时的最佳混纺比,即50%。因此以下抗紫外测试时均选取远红外性能最佳混纺比50%的试样3为例。

3.2 抗紫外性能

3.2.1 测试条件与方法

使用织物紫外测试仪,测定波长280~400 n m范围的光线透过率和织物防紫外系数UPF,透过率越小、UPF值越大,紫外线防护效果越好。

检测标准:GB/T 18830-2009《纺织品 防紫外性能的评定》。

检测仪器:HB902紫外线透过率测试仪(浙江杭州赞成机电科技开发中心)。

测试条件:恒温恒湿。

测试方法:取直径4 c m的测试样,测得纺织品紫外线防护系数(UPF),紫外线透过率T(UVA)、T(UVB),测试结果保留两位小数,每块试样测试3次,取平均值。

标准规定,当样品的UPF>40,且T(UVA)AV<5%时,可称为“防紫外线产品”。

3.2.2 测试结果与讨论

(1)整理工艺对织物抗紫外效果的影响

配制转光剂甲溶液浓度1 g/L,分别测试试样3在自然晾干、焙烘以及浸轧3种整理工艺条件下织物抗紫外系数UPF值及紫外线透过率,测试结果见表2。

表2 测试结果表明,经1 g/L的转光剂甲处理,3种整理工艺下,织物紫外线防护系数均大于40,紫外线透过率T(UVA)均小于5%,都具有抗紫外性能,但不同整理工艺时,UPF值存在显著差异。焙烘整理时,织物的紫外线防护系数最大,抗紫外效果最佳。

表2 不同整理工艺下的抗紫外效果

(2)不同转光剂对织物抗紫外效果的影响

试样3分别经1 g/L的4种转光剂溶液处理后,焙烘整理测得紫外线防护系数UPF值,测试结果如图1所示。

图1 测试结果表明,经1 g/L的转光剂甲、乙、丙、丁整理后试样3都具备抗紫外性能,其中转光剂乙的效果最为突出,这是因为转光剂乙区别其他3种粉末状转光剂,它是经过液相合成法配制而成的无水乙醇的水体溶液。稀土配合物在乙醇中的溶解性较好,当该液相体系加入到水中后,由于乙醇与水具有相似相溶性,因而在水中的溶解分散性较好,因此转光剂在水中分散性的程度决定了整理后织物抗紫外性能的优劣。

(3)转光剂浓度对织物抗紫外效果的影响

试样3在转光剂乙不同浓度下经焙烘整理后,测得紫外线防护系数UPF值如图2所示。

图2 测试结果表明,当转光剂浓度增加时,测得的UPF值呈现先上升再逐渐下降的趋势,紫外线透过率T的变化趋势则相反。在1.5 g/L时UPF值达到最大(109.7),紫外线透过率最小(0.5%)。随着转光剂浓度的增加,试样上单位面积内的转光剂含量增加,织物抗紫外效果逐渐增加,但当增加到某个临界值(1.5 g/L)之后,随着浓度的增大,转光剂在水中分散时,分子无规则运动相互碰撞的机会增多,粒子间的静电斥力削弱而发生团聚,转光剂在水中的分散性变差[6-7],因此抗紫外效果逐渐变差。通过试验得知,为了获得最佳的抗紫外效果,转光剂乙的最佳浓度为1.5 g/L。

图2 不同浓度下的抗紫外效果

4 结语

(1)以涤纶基太极石短纤维及精梳棉为原料,试纺了5种不同混比的纱线;

(2)选用平纹为基础的接结双层组织,优化部分生产工艺,制得不同混纺比的5种试样;

(3)对测试样进行退浆及抗紫外整理,优化试验方案,逐步试验,最终获得了抗紫外远红外效果的最佳工艺,即:太极石涤纶/棉混纺比50/50;无水乙醇配合物转光剂乙,转光剂浓度1.5 g/L,并采用焙烘整理工艺。通过这样优化设计后,试样的远红外发射率0.9,远红外辐射温升1.5℃,紫外线防护系数UPF值达109.7,紫外线透过率0.5%。