影響漢麻粉體涂層織物抗紫外線性能的因素

鐘智麗，孫 涵，陸琳玲，薛兆磊，王子帥

(天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)院，天津 300387)

0 引言

漢麻纖維是一種純天然的抗紫外線纖維[1]，不規(guī)則的多邊形形狀賦予其優(yōu)異的吸收和反射紫外線的性能[2-3]。與同規(guī)格的亞麻、苧麻相比，漢麻的紫外線防護(hù)指數(shù)最高[4]，具體參數(shù)見圖1。隨著氣溫升高臭氧層的破壞，越來越多的紫外線攝入人體，紫外線的防護(hù)擺在越來越重要的位置。由澳大利亞Lenzing公司和Akzo Nobel 公司合作開發(fā)的Enka Sun系列的織物其紗線具有防曬功能[5]；李曉霞等[6]利用納米顆粒TiO2、ZnO 開發(fā)研究出一種超薄型的抗紫外線面料；DUAN WEI 等[7]用CeO2、DFTMS處理棉織物，獲得具有抗紫外線性能的面料。當(dāng)前，納米粉體改性面料的研究越來越多，但是很少有涉及用天然纖維粉體作為整理劑的。

圖1 苧麻、漢麻、亞麻織物紫外線防護(hù)UPF值

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料和儀器

材料：滌綸布(具體規(guī)格見表1)，漢麻粉體A:21024nm、漢麻粉體B:809nm，聚乙二醇200AR，無水氯化鋰AR。

儀器：XMTD-4000電熱恒溫水浴鍋，JJ-1增力電動(dòng)攪拌器，LTF97885型號(hào)涂層機(jī)，UTP313-4電子天平，燒杯、量筒。

表1 滌綸織物的經(jīng)緯密

1.2 試樣制備

1.2.1 滌綸基布的處理

采購的滌綸織物平整性差不利于涂層的均勻性，需要對(duì)滌綸織物進(jìn)行預(yù)處理。用80℃的熱水在浴比1：50條件下將滌綸織物處理40min，冷水洗后熨平。

1.2.2 織物涂層處理

涂層漿料的制備

取一定量的聚乙二醇與漢麻粉體手動(dòng)混合15min,然后加入WPU繼續(xù)手動(dòng)攪拌15min,后加入增稠劑繼續(xù)攪拌直到溶劑無塊狀物，加入無水氯化鋰溶液手動(dòng)攪拌15min,換用JJ-1增力電動(dòng)攪拌器攪拌7h，靜置待用。

涂層織物流程

采用操作簡單、便捷的干法涂層法，選用涂層機(jī)的型號(hào)是：LTF97885涂層機(jī)，工藝流程見圖2。

圖2 干法涂層

1.2.3 測試方法

根據(jù)我國的《紡織品防紫外線性能的評(píng)定》標(biāo)準(zhǔn)，是以UPF和UVA作為測試指標(biāo)的。采用SPL ATLAS Textile Testing Solutions 防紫外線保護(hù)測試系統(tǒng)進(jìn)行涂層織物的UPF、UVA、UVB的測定。采用的標(biāo)準(zhǔn)是：USA:AATCC Test Method 183-1998.系統(tǒng)可以自動(dòng)計(jì)算結(jié)果得出防護(hù)系數(shù)(UPF)值。

注意事項(xiàng)：

(1)試樣尺寸5mm×5mm；

(2)在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下對(duì)待測織物進(jìn)行調(diào)濕。

2 結(jié)果與討論

2.1 水性聚氨酯的含量對(duì)織物抗紫外線性能的影響

涂層配比：漢麻粉體A 6g、增稠劑3g、LiCl 1g、PEG200 5g，僅改變水性聚氨酯用量Xg(X分別為20、40、0、80、100)分別測定5個(gè)試樣的UPF值，測試結(jié)果見圖3。

圖3 不同含量WPU涂層織物的UPF值

由圖3可以觀察到隨著WPU含量的增加，UPF值呈先增大后減小的趨勢。這是因?yàn)殡S著水性聚氨酯含量的增加，其大分子間的間距會(huì)變得越來越小，間距變小易于達(dá)到凝固點(diǎn)。凝固后的表層致密性更好，便于形成的表層微孔直徑小，透過率減小，賦予粉體涂層織物優(yōu)異的抗紫外線效果。但是當(dāng)WPU的含量增加到100%時(shí)，涂料的粘度太大過于黏稠，被覆涂層厚度不均勻，微孔直徑大小不一，透過率相對(duì)增大，不利于織物的抗紫外線效果。

2.2 漢麻粉體涂層厚度對(duì)織物抗紫外線性能的影響

涂料配比：水性聚氨酯80g、增稠劑3g、LiCl 1g、漢麻粉體6g、PEG200 5g，僅改變涂層厚度(分別選取0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm)，測試結(jié)果見圖4。

圖4 不同漢麻粉體涂層厚度UPF值

通過圖4可以發(fā)現(xiàn)，隨著粉體涂層厚度的增加，織物的抗紫外線效果變得越來越好。這是因?yàn)樵谄渌に嚄l件不變的條件下，隨著漢麻粉體涂層厚度的增加，阻隔了滌綸基布與紫外線接觸的機(jī)會(huì)，使UPF值增大。

2.3 漢麻粉體顆粒大小對(duì)織物抗紫外線性能的影響

從抗紫外線效果和成本考慮，選取涂層厚度為0.3mm，涂料配比：水性聚氨酯80g、增稠劑3g、LiCl 1g、PEG200 5g，僅改變漢麻粉體顆粒大小。樣品1 WPU中不添加漢麻粉體，樣品2用漢麻粉體A,樣品3用漢麻粉體B，樣品4是純滌綸基布，測試結(jié)果見圖5。

圖5 粉體顆粒大小UVA、UPF值測試結(jié)果

通過圖5可以發(fā)現(xiàn)：

(1)用漢麻粉體B涂層織物的UPF值比漢麻粉體A織物的UPF值略好，即漢麻粉體A涂層織物的抗紫外線性能略低于用漢麻粉體B涂層的織物。說明粉體顆粒的大小影響涂層織物的抗紫外線效果。產(chǎn)生原因：漢麻粉體A顆粒比較大，相對(duì)而言量比較少，在涂料中分散不均勻，涂到織物后厚薄不均一，使織物表層存在一定空隙，紫外線透過率增加，UPF值減小，防護(hù)性能變差。

(2)與未進(jìn)行涂層的滌綸織物相比，經(jīng)過涂層之后的織物UPF值均比較大UVA值小，且數(shù)值相差很大，說明涂層之后織物的抗紫外線性能大大增加。這是因?yàn)橥繉涌椢锖?，涂料不僅被覆在織物的表面使增加厚度，還浸入到紗線之間減小了織物的縫隙，相當(dāng)于經(jīng)緯紗線覆蓋織物面積增大，從而降低紫外線透過織物，使UPF值增大。

(3)含有漢麻粉體涂層的試樣UPF值高于純聚氨酯的織物，這說明涂料中的漢麻粉體顆粒起到了重要的作用，足以說明漢麻纖維本身具有優(yōu)異的抗紫外線性能。此外，漢麻粉體涂層浸入到織物經(jīng)緯紗空隙，使織物表層更加緊密，降低了其與紫外線的接觸，提高了織物的抗紫外線性能。

2.4 漢麻粉體含量對(duì)織物抗紫外線性能的影響

在探究漢麻粉體含量對(duì)織物抗紫外線性能影響過程中，粉體顆粒大小不能忽略不計(jì)，所以分開討論。涂層厚度采用0.3mm，涂層漿料配比：水性聚氨酯80g、增稠劑3g、LiCl 1g、PEG200 5g，僅改變漢麻粉體含量Xg(分別為2、4、6、8、10)，測試結(jié)果見圖6。

圖6 不同漢麻粉體A、B含量織物的UPF值

從圖6可以觀察到:

(1)經(jīng)過漢麻粉體A涂層之后織物的UPF值均大于40，隨著漢麻粉體含量的增加，織物的UPF值呈先增大后減小的趨勢。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因：說明漢麻纖維本身具有優(yōu)異的抗紫外線能力，但隨著漢麻粉體含量的增加，涂料的均勻性變差，造成被涂覆在織物表層的涂料不均勻，表層不緊密出現(xiàn)裂縫，使透過率增大，UPF值相對(duì)減小。從結(jié)果可以看出，粉體A含量為8%時(shí)，織物抗紫外線效果最佳。

(2)經(jīng)過漢麻粉體B涂層之后，織物的UPF值也是呈先增大后減小的趨勢，在含量為4%時(shí)UPF值達(dá)到最大。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因：粉體含量達(dá)到4%時(shí)，漢麻粉體與聚氨酯的相容性達(dá)到飽和狀態(tài)，織物的抗紫外線性能最好；漢麻粉體含量繼續(xù)增加，會(huì)使粉體分散不均勻，造成涂層致密性不好，出現(xiàn)空隙致使UPF值減小。

(3)可以清晰看出，漢麻粉體B涂層織物的抗紫外線效果明顯好于漢麻粉體A的涂層織物。產(chǎn)生原因：漢麻粉體顆粒小，與粉體A相比同樣的含量卻擁有更多的顆粒，更容易在涂料中分散均勻，使被覆涂料在織物表面形成致密的保護(hù)層，織物遮擋和吸收的紫外線增多，UPF值增大。

3 結(jié)語

(1)隨著WPU含量、粉體含量的增加，織物的抗紫外線性呈上升趨勢，但都存在一個(gè)最大值。

(2)涂料中選用的漢麻粉體顆粒小，有利于其在溶劑中分散均勻，使織物形成的涂層致密性好，紗線內(nèi)部空隙減少，織物覆蓋系數(shù)增加，遮擋和吸收的紫外線多透過的少，UPF值增大，防護(hù)效果佳。