防紫外線化纖紡織品技術(shù)的發(fā)展

彭 志

（上海市對外服務(wù)有限公司，上海200093）

紫外線是電磁波譜中波長從10nm到400nm輻射的總稱，介于可見光和X射線波長范圍之內(nèi)，目前對紫外線的研究主要集中在三個部分［1］：（1）長波紫外線輻射（UV－A，315－400nm），適量吸收有利健康，過量會使皮膚老化甚至引起皮膚癌；（2）中波紫外線輻射（UV－B，280－315nm），過量的 UV－B可以使人體皮膚產(chǎn)生損傷，可導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)甚至死亡；（3）短波紫外線輻射（UV－C，200－280nm），由于大氣層的吸收很少到達(dá)地面。

紫外線指數(shù)（Ultra－violet Index）［2］是用來衡量一個地點受到太陽紫外線輻射強(qiáng)度的國際計量標(biāo)準(zhǔn)，在紫外線指數(shù)大于或等于3級時應(yīng)采取防護(hù)措施。過度的紫外線輻射對人體、農(nóng)作物、建筑用材等均產(chǎn)生傷害，用化纖紡織品是目前最有效的紫外線防護(hù)方法。本文對化纖防紫外線紡織品的技術(shù)現(xiàn)狀做一總結(jié)介紹，并對其應(yīng)用和發(fā)展趨勢做一展望。

1 防紫外線化纖紡織品常見種類

防紫外線紡織品主要用于服飾類和遮陽類等產(chǎn)品，表1總結(jié)、對比了市場上主要的抗紫外化纖紡織品的特點和應(yīng)用領(lǐng)域。

表1中特斯林（TEXTILENE）化纖為使用70%PVC包覆30%滌綸長絲所得特種化纖，其產(chǎn)品適用于戶外休閑家具，經(jīng)過加工可以制作成戶外地毯、遮陽窗簾、餐墊等。

2 紫外線防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與加工技術(shù)

從上世紀(jì)70年代開始防紫外線紡織技術(shù)經(jīng)過不斷開發(fā)和總結(jié)，目前已建立起比較完整的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，主要體現(xiàn)在紫外線屏蔽性能，耐候性能，色牢度性能，以及部分產(chǎn)品要求的防水性能等。

表1 主要防紫外線化纖紡織品對比

2.1 紫外線屏蔽性能

最常見的性能參數(shù)是紫外線防護(hù)系數(shù)UPF（Ultraviolet Protection Factor）［3］，我國國家標(biāo)準(zhǔn) GB／T 18830－2002對‘抗紫外線產(chǎn)品’定義為：UPF值＞40且UVA透過率小于5%的產(chǎn)品。各國也分別制定了各自的標(biāo)準(zhǔn)，主要包括澳大利亞／新西蘭標(biāo)準(zhǔn)（AS／NZS 4399［4］），美國 AATCC標(biāo)準(zhǔn)（AATCC183－2010［5］），歐盟標(biāo)準(zhǔn)（EN 13758－1：2001［6］）等。各種標(biāo)準(zhǔn)的測試側(cè)重點有所不同，所以相同產(chǎn)品采用不同測試標(biāo)準(zhǔn)其結(jié)果也有所差異［7］。除了UPF系數(shù)外，還有其他比較重要的指標(biāo)，例如織物覆蓋系數(shù)，包括遮陽系數(shù)（Shade factor）／覆蓋率（Cover factor）等［8］。紡織品紫外線屏蔽性能主要有以下3種實現(xiàn)途徑。

2.1.1 紡織品組織結(jié)構(gòu)

通過改變織物組織結(jié)構(gòu)或者改變紡織品對光源的使用角度來調(diào)整對紫外線防護(hù)效果，表2列舉并比較了常見幾種紡織品特點及應(yīng)用領(lǐng)域。

表2 防紫外化纖面料結(jié)構(gòu)對比

在實際使用中，防紫外線面料安裝放置的方向、角度及松緊度等因素都會對屏蔽效果產(chǎn)生影響，故應(yīng)注意使用方法。

2.1.2 化纖防紫外線改性

（1）防紫外線染色技術(shù) 提高纖維和紡織品抗紫線外性能的主要途徑為紡絲、織造和后整理，染色也能適當(dāng)提高織物的防紫外線性能。比較常見的染色技術(shù)包括高溫高壓吸盡法，常壓吸盡法等。染色工藝因為對環(huán)境可能造成影響目前應(yīng)用逐漸受到限制，綠色環(huán)保的染色工藝也成為了其技術(shù)開發(fā)的重點和方向。

（2）防紫外線熔融紡絲技術(shù) 在化纖熔融紡絲中，可通過在原料中添加功能色母粒包括光穩(wěn)定劑、熱穩(wěn)定劑、抗氧化劑來獲得具有較好抗紫外線輻射性能的化纖品種［9］。這類技術(shù)已成為行業(yè)發(fā)展主要方向。

光穩(wěn)定劑可分為四類：（1）光屏蔽劑，主要有炭黑、氧化鋅、二氧化鈦及其相應(yīng)納米材料等；（2）紫外線吸收劑，在工業(yè)上應(yīng)用最多的是二苯甲酮類、水楊酸類和苯并三唑類等；（3）猝滅劑，主要是金屬絡(luò)合物，如鎳、鈷、鐵的有機(jī)絡(luò)合物；（4）自由基捕獲劑，主要是受阻胺類衍生物。

國外光穩(wěn)定劑已有50多年歷史，性能優(yōu)良的光穩(wěn)定劑（HALS）目前應(yīng)用非常廣泛；在光穩(wěn)定劑總消費(fèi)量中受阻胺類光穩(wěn)定劑的消費(fèi)量約占59%。目前光穩(wěn)定劑的需求量在4 000t／年。國內(nèi)外工業(yè)應(yīng)用HALS品種數(shù)十個，表3為國內(nèi)最常見的光穩(wěn)定劑。

表3 最常見光穩(wěn)定劑性能及應(yīng)用

2.1.3 防紫外線后整理及涂層應(yīng)用

紡織品防紫外線后整理相對于纖維制造具有方便、靈活等優(yōu)點，適合于現(xiàn)代紡織工業(yè)小批量、快交貨特點［10］。用于紡織品防紫外線后整理的整理劑大致分為兩大類：（1）利用化合物自身結(jié)構(gòu)變化，吸收紫外線并進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，將紫外線變成低能量的熱能或波長較長的電磁波，從而達(dá)到防紫外線輻射目的的有機(jī)防紫外線整理劑；（2）通過反射、散射等作用機(jī)理降低紫外線透過率的無機(jī)類防紫外線整理劑。近年來納米材料成為了紡織品防紫外線功能整理的研究熱點［11］。

目前采用的后整理方法大致有洗滌法、浸軋法、浸漬法等吸附法和表面涂層等處理方法。其中涂層法應(yīng)用于化纖紡織品較多，常見包括聚丙烯酸酯類（PA）、聚氨酯類（PU）、聚氯乙烯類（PVC）、聚乙烯、聚丙烯等。涂層法在使用上按其采用的介質(zhì)不同可分為溶劑型和水系型兩種。

2.2 其他主要性能

耐候性是指塑料制品受到陽光照射、溫度變化、風(fēng)吹雨淋等外界條件影響而出現(xiàn)的褪色、變色、龜裂、粉化和強(qiáng)度下降等系列老化現(xiàn)象，其中紫外線照射是促使塑料老化的關(guān)鍵因素。因此戶外用品、農(nóng)作物防護(hù)品等的主要功能要求不是紫外線屏蔽，而是高耐候性性能；這些產(chǎn)品必須具有很強(qiáng)的抗紫外老化及色牢度性能。目前提高紡織品耐候性能采取的技術(shù)手段主要有紡織品化纖、防紫外后整理及涂層的耐候性改性。

2.2.1 耐候性耐光色牢度纖維改性技術(shù)

紡織品在日曬條件下的使用壽命，主要通過量化指標(biāo)包括紡織品日曬色牢度，防紫外線老化性能等來衡量。耐光色牢度標(biāo)準(zhǔn)目前主要包括：GB／T 8427－2008（服飾類）［12］，GB／T 8430－1998（遮陽類）［13］，國際上比較通用的標(biāo)準(zhǔn)包括耐候測試標(biāo)準(zhǔn)AATCC 186－2006［14］，日光色牢度測試標(biāo)準(zhǔn)包括ISO105－B02－1994［15］等。這些標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定了在一定的光照等測試條件下，紡織品色彩和紡織品性能如強(qiáng)度等失效的程度。提高化纖耐光色牢度性能方法包括提高染色色牢度及使用高耐光色母粒通過紡前著色等。

采用染色工藝目前只有高端腈綸及極少量滌綸產(chǎn)品能夠達(dá)到較高的耐光色牢度，采用高耐光性色功能母粒最有效、最具發(fā)展前途。且可在色母里中添加光穩(wěn)定劑，進(jìn)一步加強(qiáng)耐光性和耐候性綜合性能。目前高耐光色母粒的應(yīng)用已較廣泛，但是使用色母粒紡絲往往僅適用于批量較大的產(chǎn)品，在戶外紡織品等領(lǐng)域應(yīng)用受到限制。通過高耐光性色母粒和光穩(wěn)定劑的合理使用，部分紡織品可以達(dá)到連續(xù)使用10年其色彩等性能無明顯變化。

2.2.2 高耐候性防紫外線防水涂層

防紫外線紡織品使用時往往需要具有一定的防水性能，主要包括3個等級［16］：防水（Waterproof），水無法透過；疏水（Water Repellent），水極難滲過；抗水（Water Resistant，也稱防潑水），水較難滲過。

目前主要的涂層及其紫外線防護(hù)主要成分和優(yōu)缺點如表4所示。

各種涂層包括水系防紫外線涂層，其耐候性往往較差，較難達(dá)到較長時間的防紫外使用壽命。所以提高防水、防紫外線涂層的耐候性性能是目前迫切需要解決的問題。

表4 耐候性防紫外涂層

3 展望

表5給出了主要化纖紡織品技術(shù)的發(fā)展趨勢。

表5 主要化纖防紫外線面料技術(shù)發(fā)展趨勢

4 結(jié)語

化纖紡織品是防紫外線紡織用品的主流產(chǎn)品，防紫外線化纖、紡織及后整理、涂層技術(shù)發(fā)展迅速。因此國內(nèi)紡織行業(yè)及研發(fā)機(jī)構(gòu)應(yīng)根據(jù)市場導(dǎo)向，明確技術(shù)發(fā)展趨勢，借鑒國外先進(jìn)技術(shù)及發(fā)展經(jīng)驗，集中整合化工與紡織行業(yè)有限資源，加大產(chǎn)學(xué)研合作深度，尤其是要在新型的環(huán)保型紡織品與光穩(wěn)定劑方面加大投入，促使我國防紫外線化纖紡織品行業(yè)能夠盡快趕上國際先進(jìn)水平，占領(lǐng)中高端市場，為人民生活水平的不斷提高做出應(yīng)有貢獻(xiàn)。

［1］S J Toomey，H P Gies，C R Roy.UVR protection offered by shadecloths and polycarbonates［J］.Radiation protection in australia，1995，13（2）：50－54.

［2］Taylor，F(xiàn)rancis.Knowledge，awareness，and use of the UV index amongst the west australian public［J］.Journal of Health Communication.2004，9（3）：207－221.

［3］GB／T 18830－2009，紡織品——防紫外線性能的評定［S］.

［4］AS／NZS 4399：1996，Sun protective clothing－evaluation and classification，publishes jointly by Standards Australian and Standards New Zealand［S］.

［5］AATCC 183：2010，Transmittance or blocking of erythemally weighted ultraviolet radiation through fabrics［S］.

［6］EN 13758.2－2003＋A1：2006，Textiles－solar UV protective properties－part 2：Classification and marking of apparel［S］.

［7］陸洪凱，張 紅，顧鈺華，等.防紫外線紡織品認(rèn)證中的測試與評價［J］.上海紡織科技，2012，40（4）：47－50.

［8］AS／NZS 4174：1994，Synthetic shadecloth，publishes jointly by Standards Australian and Standards New Zealand［S］.

［9］隋昭德，李 杰，張玉杰.光穩(wěn)定劑及其應(yīng)用技術(shù)第1版［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社，2010.

［10］宋肇棠.21世紀(jì)織物的功能整理［J］.印染助劑，2001，（2）：3.

［11］萬 震.防紫外線織物的最新研究進(jìn)展［J］.印染，2001，（1）：42－44.

［12］GB／T 8427－2008，紡織品 色牢度試驗 耐人造光色牢度：氙?。跾］.

［13］GB／T 8430－1998，紡織品 色牢度試驗 耐人造氣候色牢度：氙?。跾］.

［14］AATCC 186－2006，Weather resistance：UV light and moisture exposure，American Association of Textile Chemists and Colorists［S］.

［15］ISO105－B02：1999Textiles，colour fastness to artificial light：Xenon arc fading lamp test［S］.

［16］AATCC 22－2010，Water repellency：Spray test，American Association of Textile Chemists and Colorists［S］.