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抗紫外线纤维及纺织品的研究

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2018年01月16日08:41 河南省安阳益全纺织有限公司 朱世全
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紫外线是波长为200nm—400 nm的光波,一定的紫外线辐射具有杀菌作用、促进维生素D的合成,可用于消毒及相关行业。人们接受适量的紫外线照射,有利于身体健康。但是,近年来随着大气污染的不断加剧,造成大气臭氧层的严重破坏,紫外线辐射强度增大,危害人们的身体健康,由紫外线辐射而引起的疾病主要有皮肤癌和紫外线过敏两大类。因此,开发抗紫外线纺织品用于保护人们身体健康,就显得十分重要。

1. 紫外线辐射对人体的危害

紫外线的波长是在200nm~400nm 之间,不同波长的紫外线对人体的危害程度如下:

在波长低于280nm区域内,紫外线对人体的危害主要是使皮肤发红、出现局部结块;而当波长达到280nm时,皮肤炎症出现,紫外线对人体的危害加剧;当紫外线的波长在280nm—320nm 之间时,经紫外线照射,人体皮肤黑色素增多,有产生皮肤癌的危险。因此可以得出,对人体有害的紫外线波长是在200~320nm之间,特别是波长在280nm~320nm之间,紫外线辐射对人体的危害最大,也是开发抗紫外线纺织品时应重点考虑的问题。

2.抗紫外线纺织品的加工技术

抗紫外线纺织品应具有抗紫外线辐射的能力,其关键技术是如何阻碍紫外线与人体皮肤的接触。纺织品抗紫外线技术目前主要有两大类。一是在加工生产化学纤维时,将紫外线屏蔽剂加入,即采用熔融法纺丝时,加入紫外线屏蔽剂,使生产出的化学长丝或短纤维本身就具有屏蔽紫外线的功能;二是采用表面涂层法,即采用抗紫外线物质均匀地分散于粘合剂中,涂在织物上形成屏蔽薄膜,阻隔紫外线与人体皮肤接触。紫外线屏蔽剂的主要作用是反射或散射紫外线,目前常用的紫外线屏蔽材料为陶瓷粉ZnO、TiO2等。为保证紫外线屏蔽剂的效果,其粉末颗粒直径d≥λ/2(λ为波长),但颗粒直径过大,会影响纺丝的质量,织物的手感也会受到影响,一般要求颗粒直径d≤0.01μm.日本开发的ZnO-100和Zn-200两种紫外线屏蔽剂的物理性能如表1所示(该屏蔽剂主要用于涂层法)。该产品一般结合涂层整理,具有涂层高度分散、无色透明、耐久性强等优点。

 表1 抗紫外线屏蔽剂的物理指标

 

项  目
ZnO-100
ZnO-200
结晶形状
六方晶体
六方晶体
粒子直径/μm
0.005~0.015
0.01~0.02
比表面积/m2.g-1
60(SN2)
40(SN2)
体积质量/g.cm-3
5.88
5.88
吸油量/ml.(100g)-1
89
90
折射率
1.86
1.86
色调
白色
白色
用途
纺织品
医药、化妆品

 

除紫外线屏蔽剂外,也可以采用紫外线吸收剂来达到防紫外线的作用。吸收剂在吸收紫外线光能量后,转变成活性异构体,随之以光和热的形式释放这些能量恢复到原分子结构,同时光稳定性好。纺织用紫外线吸收剂主要有水杨酸系列(有效吸收波长为290nm—330nm);苯酮系列(有效吸收波长为280nm—340nm和270nm—380nm两种;苯三唑系列(有效吸收波长为270nm—380nm);氰基丙烯酸系列(有效吸收波长为280nm—350nm)。但目前紫外线吸收剂的使用效果仍不尽人意,如有的吸收剂以本身灭亡为代价吸收紫外线,抗紫外线寿命降低;有的吸收剂吸收紫外线后产生危害性转移,并有可能缩短织物的服用时间。

根据以上分析,认为采用纺丝法生产的抗紫外线纤维加工的纺织品,具有屏蔽效果好,抗紫外寿命长,对织物外观和手感影响小,同时陶瓷粉还具有隔热、抗菌、除臭的效果,是生产抗紫外线纺织品的理想原料。

3. 抗紫外线纤维的物理指标

国产抗紫外线涤纶长丝及短纤的主要物理指标见表2、表3、表4。由表2、表3、表4可以看出,不管是涤纶长丝还是短纤维,其物理指标都与常规涤纶无大的差异,在纺纱或织造的过程中加工顺利,因此采用常规的纺纱工艺和设备都可生产出良好的产品。

表2 抗紫外线POY涤纶长丝主要物理指标

 

细  度
170 dtex/36f
130 dtex/36f
断裂强度/cN.dtex-1
2.36
2.32
断裂强度CV/%
3.12
3.23
断裂伸长/%
104.2
107.7
断裂伸长CV/%
2.71
4.51
沸水收缩率/%
46.19
50.36
含油率/%
0.56
0.65

 

表3  抗紫外线DTY涤纶长丝主要物理指标

 

细  度
120
85
断裂强度/cN.dtex-1
4.17
4.23
断裂强度CV/%
3.56
0.76
断裂伸长/%
32.18
29.08
断裂伸长CV/%
0.68
1.96
沸水收缩率/%
4.9
5.7

 

表4  抗紫外线涤纶短纤维主要物理指标

 

物理指标
数据
物理指标
数据
细度/dtex
1.58
长度偏差/%
-3.4
强度/cN.dtex-1
5.88
超长纤维/%
0
强度CV/%
15.2
倍长纤维/%
0
伸长率/%
23.1
疵点/mg.(100g)-1
0.3
10%定伸长强度
/cN.dtex-1
3.15
卷曲数/个.(25mm)-1
12.6
卷曲度/%
10.7
平均长度/mm
36.7
含油率/%
0.19

 

4.抗紫外纤维织物的抗紫外线效果

a)针织物抗紫外线效果

采用抗紫外线短纤与棉混纺,纱号为18tex,混纺比为T/C 65/35,经针织成T恤面料。采用紫外线强度累计法测试并计算紫外线透过率和紫外线遮蔽率,即测定给定时间通过面料的紫外线累计量Qs(J/cm2)和未放试样状态下相同时间内紫外线累积量Qk(J/cm2),然后利用公式可求出:

紫外线透过率=Qs/Qk×100%

紫外线遮蔽率=(1- Qs/Qk×100%

不同波长时针织物紫外线透过率和遮蔽率见表5.

表5 针织物抗不同波长紫外线的性能指标

波长/mm
透过率/%
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,在紫外线波长范围内,最大透过率为3.42%,最小透过率为1.22%,最大遮蔽率为98.78%,最小遮蔽率为96.58%。在对人体皮肤危害严重的波长范围内(波长范围在280nm320nm之间),其透过率在1.43%2.60%之间,遮蔽率在97.4098.57之间。由此可见,利用抗紫外线纤维与棉纤维混纺加工成的针织物,具有良好的抗紫外线效果。

 

b)机织物抗紫外线效果

采用抗紫外线涤纶短纤与粘胶纤维混纺,纺制T/R 65/35 13tex 纱,机织物为平纹府绸。采用同样的测试计算方法对其进行紫外线透过率和蔽率的测试,其结果见表6.

 

 

表6 机织物抗不同波长紫外线的性能指标

 

波长/mm
透过率/%
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,在紫外线的波长范围内,最大透过率为33.85%,最小透过率为2.54%,相对应的蔽率为66.15%和97.46%。在波长为280nm—320nm区段内,其透过率在6.15%2.54%之间,蔽率在93.85%--97.46%之间。这些都表明织物对有害波长紫外线有良好的屏蔽作用。

另外,采用130dtex/36f 抗紫外线涤纶长丝与普通涤纶长丝交织而成的面料以及采用85dtex/36f 抗紫外涤纶长丝针织成的T恤衫,经测试,在紫外线光谱200nm—380nm区段,平均遮蔽率为94.0%--96.8%。

以上产品不但具有抗紫外线的功能,而且对于可见光、红外光线均有定的反射作用,经有关人员试穿,普遍反映凉爽舒适。

5. 结语

(1)  紫外线波长在200nm380nm之间对人体皮肤有伤害作用,特别是波长在280nm320nm之间,对人体皮肤损害更为严重。

(2)抗紫外线纺织品可采用抗紫外线纤维或采用涂层法,两种方法各有其特点,可根据不同需要进行选择。

(3)采用抗紫外线涤纶与棉或粘胶混纺,生产的织物具有良好的抗紫外线效果,同时混入棉或粘胶纤维,不但可改善织物的服用性能,同时又可以降低成本。

 (4)采用陶瓷粉作为紫外线屏蔽剂,不但具有抗紫外线功能,同时还具有隔热、除臭和抗菌的效果,特别适合用作夏季服装面料。

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