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抗紫外線纖維及紡織品的研究

來源:中國紡織信息網??????2018/3/8 15:34:35??????點擊:

紫外線是波長為200nm—400 nm的光波,一定的紫外線輻射具有殺菌作用、促進維生素D的合成,可用于消毒及相關行業。人們接受適量的紫外線照射,有利于身體健康。但是,近年來隨著大氣污染的不斷加劇,造成大氣臭氧層的嚴重破壞,紫外線輻射強度增大,危害人們的身體健康,由紫外線輻射而引起的疾病主要有皮膚癌和紫外線過敏兩大類。因此,開發抗紫外線紡織品用于保護人們身體健康,就顯得十分重要。

1. 紫外線輻射對人體的危害

紫外線的波長是在200nm~400nm 之間,不同波長的紫外線對人體的危害程度如下:

在波長低于280nm區域內,紫外線對人體的危害主要是使皮膚發紅、出現局部結塊;而當波長達到280nm時,皮膚炎癥出現,紫外線對人體的危害加??;當紫外線的波長在280nm—320nm 之間時,經紫外線照射,人體皮膚黑色素增多,有產生皮膚癌的危險。因此可以得出,對人體有害的紫外線波長是在200~320nm之間,特別是波長在280nm~320nm之間,紫外線輻射對人體的危害最大,也是開發抗紫外線紡織品時應重點考慮的問題。

2.抗紫外線紡織品的加工技術

抗紫外線紡織品應具有抗紫外線輻射的能力,其關鍵技術是如何阻礙紫外線與人體皮膚的接觸。紡織品抗紫外線技術目前主要有兩大類。一是在加工生產化學纖維時,將紫外線屏蔽劑加入,即采用熔融法紡絲時,加入紫外線屏蔽劑,使生產出的化學長絲或短纖維本身就具有屏蔽紫外線的功能;二是采用表面涂層法,即采用抗紫外線物質均勻地分散于粘合劑中,涂在織物上形成屏蔽薄膜,阻隔紫外線與人體皮膚接觸。紫外線屏蔽劑的主要作用是反射或散射紫外線,目前常用的紫外線屏蔽材料為陶瓷粉ZnO、TiO2等。為保證紫外線屏蔽劑的效果,其粉末顆粒直徑d≥λ/2(λ為波長),但顆粒直徑過大,會影響紡絲的質量,織物的手感也會受到影響,一般要求顆粒直徑d≤0.01μm.日本開發的ZnO-100和Zn-200兩種紫外線屏蔽劑的物理性能如表1所示(該屏蔽劑主要用于涂層法)。該產品一般結合涂層整理,具有涂層高度分散、無色透明、耐久性強等優點。

 表1 抗紫外線屏蔽劑的物理指標

 

項  目
ZnO-100
ZnO-200
結晶形狀
六方晶體
六方晶體
粒子直徑/μm
0.005~0.015
0.01~0.02
比表面積/m2.g-1
60(SN2)
40(SN2)
體積質量/g.cm-3
5.88
5.88
吸油量/ml.(100g)-1
89
90
折射率
1.86
1.86
色調
白色
白色
用途
紡織品
醫藥、化妝品

 

除紫外線屏蔽劑外,也可以采用紫外線吸收劑來達到防紫外線的作用。吸收劑在吸收紫外線光能量后,轉變成活性異構體,隨之以光和熱的形式釋放這些能量恢復到原分子結構,同時光穩定性好。紡織用紫外線吸收劑主要有水楊酸系列(有效吸收波長為290nm—330nm);苯酮系列(有效吸收波長為280nm—340nm和270nm—380nm兩種;苯三唑系列(有效吸收波長為270nm—380nm);氰基丙烯酸系列(有效吸收波長為280nm—350nm)。但目前紫外線吸收劑的使用效果仍不盡人意,如有的吸收劑以本身滅亡為代價吸收紫外線,抗紫外線壽命降低;有的吸收劑吸收紫外線后產生危害性轉移,并有可能縮短織物的服用時間。

根據以上分析,認為采用紡絲法生產的抗紫外線纖維加工的紡織品,具有屏蔽效果好,抗紫外壽命長,對織物外觀和手感影響小,同時陶瓷粉還具有隔熱、抗菌、除臭的效果,是生產抗紫外線紡織品的理想原料。

3. 抗紫外線纖維的物理指標

國產抗紫外線滌綸長絲及短纖的主要物理指標見表2、表3、表4。由表2、表3、表4可以看出,不管是滌綸長絲還是短纖維,其物理指標都與常規滌綸無大的差異,在紡紗或織造的過程中加工順利,因此采用常規的紡紗工藝和設備都可生產出良好的產品。

表2 抗紫外線POY滌綸長絲主要物理指標

 

細  度
170 dtex/36f
130 dtex/36f
斷裂強度/cN.dtex-1
2.36
2.32
斷裂強度CV/%
3.12
3.23
斷裂伸長/%
104.2
107.7
斷裂伸長CV/%
2.71
4.51
沸水收縮率/%
46.19
50.36
含油率/%
0.56
0.65

 

表3  抗紫外線DTY滌綸長絲主要物理指標

 

細  度
120
85
斷裂強度/cN.dtex-1
4.17
4.23
斷裂強度CV/%
3.56
0.76
斷裂伸長/%
32.18
29.08
斷裂伸長CV/%
0.68
1.96
沸水收縮率/%
4.9
5.7

 

表4  抗紫外線滌綸短纖維主要物理指標

 

物理指標
數據
物理指標
數據
細度/dtex
1.58
長度偏差/%
-3.4
強度/cN.dtex-1
5.88
超長纖維/%
0
強度CV/%
15.2
倍長纖維/%
0
伸長率/%
23.1
疵點/mg.(100g)-1
0.3
10%定伸長強度
/cN.dtex-1
3.15
卷曲數/個.(25mm)-1
12.6
卷曲度/%
10.7
平均長度/mm
36.7
含油率/%
0.19

 

4.抗紫外纖維織物的抗紫外線效果

a)針織物抗紫外線效果

采用抗紫外線短纖與棉混紡,紗號為18tex,混紡比為T/C 65/35,經針織成T恤面料。采用紫外線強度累計法測試并計算紫外線透過率和紫外線遮蔽率,即測定給定時間通過面料的紫外線累計量Qs(J/cm2)和未放試樣狀態下相同時間內紫外線累積量Qk(J/cm2),然后利用公式可求出:

紫外線透過率=Qs/Qk×100%

紫外線遮蔽率=(1- Qs/Qk×100%

不同波長時針織物紫外線透過率和遮蔽率見表5.

表5 針織物抗不同波長紫外線的性能指標

波長/mm
透過率/%
遮蔽率/%
400
3.35
96.65
390
3.42
96.58
380
3.37
96.63
370
3.12
96.88
360
3.18
96.82
350
3.32
96.68
340
3.16
96.84
330
2.87
97.13
320
2.60
97.40
310
1.75
98.25
300
1.43
98.57
290
1.47
98.53
280
1.52
98.48
270
1.53
98.47
260
1.53
98.47
250
1.44
98.56
240
1.46
98.54
230
1.25
98.75
220
1.25
98.75
210
1.22
98.78
200
1.25
98.75

 

由表5可知,在紫外線波長范圍內,最大透過率為3.42%,最小透過率為1.22%,最大遮蔽率為98.78%,最小遮蔽率為96.58%。在對人體皮膚危害嚴重的波長范圍內(波長范圍在280nm—320nm之間),其透過率在1.43%—2.60%之間,遮蔽率在97.40—98.57之間。由此可見,利用抗紫外線纖維與棉纖維混紡加工成的針織物,具有良好的抗紫外線效果。

 

b)機織物抗紫外線效果

采用抗紫外線滌綸短纖與粘膠纖維混紡,紡制T/R 65/35 13tex 紗,機織物為平紋府綢。采用同樣的測試計算方法對其進行紫外線透過率和蔽率的測試,其結果見表6.

 

 

表6 機織物抗不同波長紫外線的性能指標

 

波長/mm
透過率/%
遮蔽率/%
400
33.85
66.15
390
30.16
69.84
380
13.87
86.13
370
7.04
92.96
360
7.29
92.71
350
7.26
92.74
340
7.12
92.88
330
7.03
92.97
320
6.15
93.85
310
2.87
97.13
300
2.54
97.46
290
2.62
97.38
280
2.69
97.31
270
2.68
97.32
260
2.64
97.36
250
2.66
97.34
240
2.72
97.28
230
2.90
97.10
220
3.04
96.96
210
3.29
96.71
200
4.33
95.67

 

由表6可知,在紫外線的波長范圍內,最大透過率為33.85%,最小透過率為2.54%,相對應的蔽率為66.15%和97.46%。在波長為280nm—320nm區段內,其透過率在6.15%—2.54%之間,蔽率在93.85%--97.46%之間。這些都表明織物對有害波長紫外線有良好的屏蔽作用。

另外,采用130dtex/36f 抗紫外線滌綸長絲與普通滌綸長絲交織而成的面料以及采用85dtex/36f 抗紫外滌綸長絲針織成的T恤衫,經測試,在紫外線光譜200nm—380nm區段,平均遮蔽率為94.0%--96.8%。

以上產品不但具有抗紫外線的功能,而且對于可見光、紅外光線均有定的反射作用,經有關人員試穿,普遍反映涼爽舒適。

5. 結語

(1)  紫外線波長在200nm—380nm之間對人體皮膚有傷害作用,特別是波長在280nm—320nm之間,對人體皮膚損害更為嚴重。

(2)抗紫外線紡織品可采用抗紫外線纖維或采用涂層法,兩種方法各有其特點,可根據不同需要進行選擇。

(3)采用抗紫外線滌綸與棉或粘膠混紡,生產的織物具有良好的抗紫外線效果,同時混入棉或粘膠纖維,不但可改善織物的服用性能,同時又可以降低成本。

 (4)采用陶瓷粉作為紫外線屏蔽劑,不但具有抗紫外線功能,同時還具有隔熱、除臭和抗菌的效果,特別適合用作夏季服裝面料。