抗紫外线整理完整版.ppt

防紫外线纺织品的技术与应用,主讲人:薛珊、罗晗晗、柳高、谢亮,纺织品防紫外线整理,第一节 对紫外线的认识 第二节 纺织品阻挡紫外线的能力 第三节 应用于纺织品的紫外线屏蔽剂和吸收剂 第四节 防紫外线纤维 第五节 防紫外线整理加工方法 第六节 纺织品防紫外线性能的测试及评价 第七节 抗紫外线纺织品的研究现状与发展动态,第一节、对紫外线的认识,大量排放 氟利昂之类的氯氟烃化合物,,地球环境和平流臭氧层被破坏,,到达地面的紫外线辐射量增多,,防紫外线纺织品应运而生,紫外线的危害,在紫外线的照射下人体自身合成维生素D，它对人体的生长、发育起着非常重要的作用但如果接受过多的紫外线，不但对人体无益，反而会对人体造成伤害，甚至于威胁人的生命健康UV-A辐射能使皮肤生成色斑，皮下弹性受损，继而出现褶皱和松弛加速皮肤老化UV-B辐射能导致红斑的出现，皮下血管吸收UV-B后引起扩张，使皮肤变红，生成红斑甚至发炎因其阻碍了NDA、RNA蛋白质的合成，被认为是导致皮肤癌的主要原因UV-C辐射通常在地球外部臭氧层中被吸收较高能量的UV-C辐射会伤害到皮肤细胞，但是通常仅在一定的条件下才能发生。

UPF,即ultraviolet protection factor，是紫外线对未防护的皮肤的平均辐射能量的比值，UPF值越大，表明防紫外线性能越好 我国的国家标准规定：只有当UPF大于30，并且UVA的透射率小于5%时，才能称为防紫外线产品另外，紫外线对纺织品也有不良影响，不仅能使纺织品褪色，也可使尼龙和纤维素等纤维脆损，强力下降一、织物对紫外线的防护方式,织物对紫外线的防护，主要是要减少1、2、3、4部分，增加5、6两部分前四部分的紫外线都穿透了织物直接作用在人体上紫外线1的多少主要取决于织物的结构；紫外线2、3的多少主要取决于组成织物的纤维和纱线的性质；,紫外线1的多少主要取决于织物的结构；紫外线2、3的多少主要取决于组成织物的纤维和纱线的性质；紫外线4的多少主要取决于纱线的结构与纤维的特性纤维的种类、表面形态、纱线的捻度等对紫外线4的多少起决定作用；紫外线5、6两部分的多少主要取决于纤维本身的特性紫外线屏蔽原理：透过率+反射率+吸收=100% 反射率和吸收率增大，透过率就减小，紫外线防护性能就好二、影响纺织品紫外线防护性能的因素,1、不同纤维类型的影响 2、不同类型纱线的影响 3、织物组织的影响 4、织物结构的影响 5、织物上染料的影响 6、后整理的影响 7、含湿量的影响,,1、不同纤维类型的影响天然纤维中羊毛的UPF值最高，棉纤维最低，麻纤维和蚕丝介于其中。

目前较为常见的防紫外线材料多是涤纶、腈纶等化纤产品涤纶纤维分子中的苯环结构对300nm以下的紫外线具有很强的吸收性，所以紫外线透过率很低，见图19-5. 涤纶缎纹组织紧密，涤纶乔其纱组织中空隙较多，因此两者对紫外线 透过率有明显的差异，见图19-6.,羊毛、蚕丝等蛋白质纤维分子中有芳香族氨基酸，对300nm以下的紫外线有较高的吸收能力一些天然纤维具有特殊的结构，如麻类纤维具有独特的果胶质斜偏孔结构，苎麻、罗布麻纤维中间有沟状空腔，管壁多孔隙，因而具有较强的防紫外线功能而未经漂白的棉纤维防紫外线的能力相对较差，是紫外线最易透过的面料综合评价，紫外线防护性能由好到差的纤维种类顺序为：涤纶、羊毛、氨纶、棉、黏胶2、不同类型纱线的影响在原纱结构方面，纺织品防紫外线辐射性能的规律为：短纤织物>长纤织物；加工丝产品>化纤原丝产品；细纤维织物>粗纤维织物；扁平异形化纤织物>一般异形化纤织物；一般异形化纤织物>圆形截面化纤织物长丝类产品中，无捻丝的单丝较蓬松、空隙度小，紫外线透过率普遍好于有捻丝3、织物组织的影响织物组织不同，平均浮长不同，浮长较长的组织覆盖率高，孔隙较少，抗紫外线的能力相对较强同时，组织不同，经纬纱交织状况和空间几何形态也不同；交织次数越多，其经纬纱屈曲越多，织物布面平整度降低程度越大，对紫外线的反射能力越差。

4、织物结构的影响织物结构包括厚度、紧密度（覆盖系数或孔隙率）等 织物密度越大，紧度越大，经纬纱排列越来越紧密，抗紫外线性能越好覆盖率是表征织物防紫外线性能的重要参数覆盖率增加，织物中纱线间的空隙减小，阻止紫外线透过的能力增加，UPF值增高5、纺织品上染料的影响,一般来说，同一种材料的纺织品经同一种染料染色，颜色越深，对紫外线的遮蔽性能就越好黑色、海军蓝、深绿色等可显著提高UPF值，而明亮的色泽对UPF值影响小，对于多种颜色的织物，以UPF值最低的为基准6、后整理的影响选择不同的处理工艺也可以提高织物的抗紫外线性能：如避免前处理、取消荧光增白剂处理、选择合适的染料、新工艺的应用等7、含湿量的影响一般，湿衣物较干的衣物具有较高的紫外线透过率因为在纱线和纤维的空隙中的水降低了水的分散作用，提高了紫外线的透过性第三节、 应用于纺织品的紫外线屏蔽剂和吸收剂所谓紫外线剂即具有吸收和反射紫外线作用、能抑制和延缓紫外线对聚合物造成光老化的物质紫外线剂可分为光屏蔽型和光吸收型，也即紫外线屏蔽剂和吸收剂紫外线屏蔽剂能反射紫外线，以阻止或限制它穿透聚合物内部，这类物质主要是无机化合物，如炭黑、氧化铁红、氧化锌等；紫外线吸收剂能强烈地选择性吸收紫外线，并转换成无害的低能辐射，以有机化合物为主，如二苯甲酮类、苯并三唑类化合物等。

一、 无机类紫外线屏蔽剂无机紫外线屏蔽剂也称紫外线反射剂，对光能没有转化作用，只有通过对紫外线进行反射和散射来实现对紫外线的屏蔽作用这类无机物对入射紫外线波长都具有较大的折射率，一般，反射率与折射率成正相关，折射率越大，反射率也越大，对紫外线的反射越强烈，同时紫外线散射效果也越好另一方面，物质的反射率和光波的波长有关系，入射光的波长如果是在所选物质的吸收带附近，物质的折射率就会变大，相应的这个波长的光波在物质的表面上也就被强烈的反射这些强烈的反射、散射作用就使无机紫外线屏蔽剂达到屏蔽紫外线的目的无机紫外线屏蔽剂主要通过陶瓷或金属氧化物等细粉与纤维或织物结合，增加织物表面对紫外线的反射和散射作用，以防止紫外线透过织物而损害人体皮肤目前的无机紫外线屏蔽剂多采用纳米粉体这是由于纳米颗粒具有的量子尺寸效应使得纳米材料对某种波长的光吸收带有“蓝移”现象，即吸收带移向短波长方向产生“蓝移”现象的根本原因是已被电子占据分子轨道能级与未被电子占据分子轨道能级之间的宽度（能隙）随颗粒直径减小而增大常用的无机紫外线屏蔽剂都是不具有活性的金属化合物，如二氧化钛、氧化锌、碳化钙、陶土、滑石粉等，这些无机物一般是不具有色泽的微粒子，它们都具有较好的折射率。

其中，二氧化钛（折射率n=2.6）的强抗紫外线能力是由于其具有高折光性和高光活性，氧化锌（折射率n=1.9）能反射波长为240~380nm的紫外线，屏蔽效果较佳，还具有抗菌防臭功能，在近几年国内外的研究及报道中最为推崇当这些无机紫外线屏蔽剂被导入织物内，与纤维或织物结合时，就利用其在纤维与粒子间的界面折射率大，对入射的紫外线的波长区域具有良好的折射性，起到纺织紫外线透过的效果,可以看出，氧化锌、二氧化钛对紫外线的主要防护波段（400~280nm之间）均有较低的透射率，即对紫外线具有良好的屏蔽作用这些无机组分与有机类紫外线吸收剂相比有一定的优点，除耐光与防紫外线性能比较优越外，耐热性能也比较突出，但是无论哪种屏蔽剂，都必须考虑到试剂的毒性，特别要考虑对皮肤的影响此外，屏蔽剂应该能承受热、光等化学作用，尽量减少对织物白度、吸湿性和手感等因素的影响二、 有机类紫外线吸收剂有机紫外线吸收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吸收剂分子结构上大多有链接于芳香族衍生物上的吸收波长小于400nm的发色基团（如C=N、N=N、N=O、C=O等）和助色基团（如—NH2、—OH、—SO3H、—COOH等），它们能强烈地、选择性的吸收高能量的紫外线，发生光物理过程或光化学反应，将紫外线能量转化成为其他的能量形式而起到防紫外线的作用。

光物理过程如图所示：,一般当紫外线吸收剂受紫外光作用，吸收紫外线能量后，分子中产生电子迁移，S0激发成最低激发单线态S1或更高级发的单线态S2.被激发的分子又可能通过三种途径回到基态；发射荧光回到基态或内部先过渡到三线态T1，然后释放出磷光回到基态或将能量以热能的形式传递给其他分子而回到基态，最后是能量转移给能量转移剂而回到基态这样一来就将吸收的能量以无害的热能或无害的波长较长的低辐射能量释放出来而耗掉，而本身结构不发生变化，从而避免损害皮肤和防止高分子聚合物因吸收紫外线能量而产生分解对于常用的二苯酮和苯并三唑类紫外线吸收剂来说，上述机理可用下式表示：在这个过程中，分子内所形成的螯合环是其具有紫外线吸收功能的关键，打开此环的能量范围正好是290nm~400nm波长的紫外线能量范围作为织物的紫外线吸收剂应具有如下几个主要条件： ①安全无毒，特别对皮肤应无刺激和过敏反应； ②吸收紫外线波长范围要大且效果良好； ③对光、热及化学品稳定，无光催化作用； ④吸收紫外线后无着色现象； ⑤不影响或少影响织物的牢度、白度、强力和手感等物理性能和织物风格； ⑥耐常用溶剂和耐洗性良好目前市场上能提供的紫外线吸收剂主要有苯并三唑类、二苯甲酮类、水杨酸类、氰基烯酸酯等几类。

在使用这些紫外线吸收剂时，必须考虑其作用的波长范围和对人体与环境的安全性，并针对织物用途进行单一或复合使用以下列举一些常用的有机紫外线吸收剂1、苯并三唑类 苯并三唑类紫外线吸收剂的合成一般是使芳香胺重氮化生成重氮盐，重氮盐与酚类化合物偶合反应生成中间体偶氮染料，再经还原闭环而成苯并三唑类紫外线吸收剂的反应通式如下{图},此类化合物目前应用较多一些不具有水溶性基团的这类化合物主要用于涤纶，例如Ciba公司的Tinuvin326产品，其产品特点是：价格相对较低、高温时溶解度高、较高的熔融温度、毒性较小它的分子结构和分散染料很相似，可以采用高温高压法处理并被涤纶纤维吸附，对涤纶有较高的分配系数为了提高这类紫外线吸收剂的升华牢度，分子量更高的吸收剂也有供应，它适合于各种处理工艺，包括染色和印花后进行热熔固色处理2、二苯甲酮类此类化合物有两步合成，即2,4-二羟基二苯酮（UV-0，UV-214）的合成和烷氧基二苯酮的合成二苯甲酮类紫外线吸收剂的反应通式如下：该类紫外线吸收剂的产量和种类仅次于苯丙二唑类的有机紫外线吸收剂3、水杨酸酯类该类化合物本身不吸收紫外线，之所以能作为紫外线吸收剂使用是因为它在光的长期作用下，发生photo-Fries重排生成有强烈吸收作用的2-羟基二苯酮，该重排反应可用下式表示：此类紫外线吸收剂种类较少,4、氰基丙烯酸酯类该类光稳定剂的典型产品是BASF公司的UvinnlN-35,其结构如下：该产品主要用于汽车修理用涂料和高层建用筑涂料。

总之，对紫外线剂的研究应注重于提高织物的防紫外线辐射性能及耐久性，适用于各种不同纤维原料的织物，不影响织物的柔软度、色牢度及强力，并尽量保证整理剂本身及对人体、织物、环境不产生危害和污染还应研究整理剂浓度与不同织物品种之间的饱和规律，加强加工工艺研究，在满足纺织品的防紫外线性能指标要求的基础上，尽可能的降低生产成本第四节 防紫外线纤维所谓的抗紫外线纤维是指在纤维中添加抗紫外线添加剂或在纤维的表面涂覆抗紫外线剂，以阻碍紫外线直接与皮肤接触，从而起到抗紫外线的作用的纤维一、 防紫外线纤维的分类1、自身就具有防紫外线功能的纤维腈纶纤维是一种优良的防紫外线纤维，它的结构中的—CN基能吸收紫外线能量并转变成热能散失，所以传导到纤维中的能量很少，能起到防紫外线的作用2、含有紫外线添加剂的纤维由于纳米材料的表面效应会造成纳米微粒表面原子畸形，而引起表面电子自旋构象和电子能谱的变化，产生新的光学性能研究发现，无机材料TiO2和ZnO的禁带宽度在3.2eV，可以吸收波长为388nm的紫外线，当其颗粒尺寸小于100nm时，禁带宽度大于4.5eV，吸收波长为280~320nm的紫外线因而纳米TiO2和ZnO在较宽的紫外线范围内有很强的吸收屏蔽作用，利用这些特性可用于抗紫外线纤维的加工。