HMBS對蠶絲的紫外線防護(hù)整理工藝研究

徐李聰，董亞彬，宋延玲，李娟，曹機(jī)良

(河南工程學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院，河南鄭州 450007)

紫外線是太陽光的一部分，適量的紫外線輻射有益于人體健康，減少疾病的產(chǎn)生，過量的紫外線輻射會對人的皮膚造成傷害，產(chǎn)生紅斑、曬傷、老化變黑甚至皮膚癌等疾病。紫外線由按波長可劃分為三段：UV-A(320 nm～400 nm)、UV-B(290 nm～320 nm)、UV-C(200 nm～290 nm)，三者輻射能量不同，對人的皮膚滲透能力也不同[1]，其中UV-A可以到達(dá)人的表皮，引起紅斑等癥狀，UV-B可以到達(dá)人皮膚的角質(zhì)層，引起曬斑、老化變黑等癥狀，同時加快色素的產(chǎn)生誘發(fā)癌變，對人體的危害最大，UV-C會被臭氧層吸收而不會到達(dá)地面[2]。保護(hù)人體皮膚，應(yīng)該盡量減少透過皮膚的紫外線輻射量，為此人們生產(chǎn)了防曬霜、防曬衣、防輻射太陽鏡等各類產(chǎn)品，在紡織印染行業(yè)，紫外線防護(hù)整理顯得格外重要，紡織品的紫外防護(hù)整理有兩種方法[3]：(1)對單纖維進(jìn)行抗紫外線整理，再經(jīng)過混紡使織物具有抗紫外性能；(2)對織物進(jìn)行抗紫外線后整理，從而使織物具有抗紫外性能。對織物進(jìn)行抗紫外后整理的方法有[4-5]：溶膠凝膠技術(shù)、常壓吸盡法、涂層法、高溫高壓吸盡法、浸軋法、納米技術(shù)、微膠囊技術(shù)和印花法等。蠶絲屬于蛋白質(zhì)纖維，具有兩性結(jié)構(gòu)，與人體的角質(zhì)和膠原蛋白結(jié)構(gòu)相似，具有很好的相容性，其中絲素含有對人的身體有益的18種氨基酸，可以使人的皮膚保持水嫩光滑，有“人體第二皮膚”的美稱[6]。并且蠶絲織物具有手感柔軟、質(zhì)地輕薄及親膚無刺激等優(yōu)點，是夏季衣物的常用面料，但是蠶絲織物質(zhì)地輕薄，對紫外線的透過率大，長時間經(jīng)受太陽光的照射織物易泛黃，對蠶絲織物的外觀、質(zhì)量等服用性能造成影響[7-8]。故需要對蠶絲織物進(jìn)行抗紫外防護(hù)整理以提高其服用性能。

1 實驗

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

織物：蠶絲織物(市售，原蠶絲織物的UPF為4.32)。

紫外線吸收劑：2-羥基-4-甲氧基-5-磺酸基二苯甲酮(分析純，阿拉丁工業(yè)公司)，化學(xué)結(jié)構(gòu)式如圖1所示。

圖1 HMBS化學(xué)結(jié)構(gòu)式

其它化學(xué)品：pH緩沖溶液(實驗室自制)、氯化鈉(分析純，天津市德恩化學(xué)試劑有限公司)、標(biāo)準(zhǔn)合成洗滌劑(上海市紡織技術(shù)監(jiān)督管理局)、合成單寧(工業(yè)品，陰離子型固色劑，拓納貿(mào)易(上海)有限公司)、CWF-HC(工業(yè)品，陽離子型固色劑，市售)。

1.1.2 儀器

JA2003N電子天平(上海精密科學(xué)儀器有限公司)，UV-2000F紫外線防護(hù)性能測試儀(美國Labspere公司)，TU-1901紫外—可見分光光度計(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)，RC-Z 2400振蕩式常溫常壓染樣機(jī)(上海一派印染技術(shù)有限公司)，RC-9X定型烘干機(jī)(上海一派印染技術(shù)有限公司)。

1.2 實驗方法

1.2.1 HMBS整理方法

在振蕩水浴鍋中進(jìn)行HMBS對蠶絲的吸附整理，浴比1：50，pH緩沖液調(diào)節(jié)pH值，30℃開始吸附整理，以1℃/min升溫至整理溫度，分別在不同溫度，時間，pH，NaCl，HMBS用量條件下處理。結(jié)束后，將蠶絲水洗烘干，殘液待測。

1.2.2 固色方法

在振蕩式常溫常壓染色機(jī)內(nèi)對已經(jīng)完成抗紫外整理后的蠶絲進(jìn)行固色，浴比1：50，pH緩沖液調(diào)節(jié)pH值，在染樣機(jī)升溫至60℃時加入蠶絲進(jìn)行40min的固色處理。固色結(jié)束，將蠶絲水洗，烘干。

1.3 測試方法

1.3.1 織物紫外線防護(hù)性能測試

實驗樣品采用UV-2000F紫外線防護(hù)測試儀依據(jù)AS/NZS4399-1996《日光防護(hù)服 評定和分組》測試織物的UVA和UVB的透過率和紫外線防護(hù)因子UPF。

1.3.2 吸盡率E%的計算

吸盡率(E%)：吸取實驗后的殘液，在TU-1901紫外—可見分光光度計(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)上測定最大吸收波長下的殘液的吸光度，再根據(jù)吸附前后溶液中的紫外吸收劑濃度計算吸盡率E%。

吸盡率計算公式如下式(1)所示。

(1)

式(1)中：E%為HMBS的吸盡率；A0為整理原液的吸光度值；A1為整理殘液的吸光度值。

1.3.3 耐洗性測試

待振蕩式常溫常壓染樣機(jī)升溫至40℃，把蠶絲織物投入含有4 g/L標(biāo)準(zhǔn)合成洗滌劑的錐形瓶中進(jìn)行振蕩式洗滌，經(jīng)過1，3，5，10，20次標(biāo)準(zhǔn)水洗，后用蒸餾水洗滌烘干，然后參照織物紫外線防護(hù)性能測試進(jìn)行UPF的測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 pH值對蠶絲的吸盡率及紫外防護(hù)性能的影響

下頁圖2為HMBS 3%owf，90℃條件下吸附60min，分別在NaCl 0 g/L和NaCl 20 g/L的染液中pH值對HMBS對蠶絲吸盡率的影響，下頁圖3為此條件下pH值對抗紫外線性能的影響。從圖2中可以看出pH約為4.1時，兩條pH對吸盡率的影響曲線相交，該點應(yīng)為蠶絲的等電點pI。蠶絲屬于兩性纖維，含有酸性基團(tuán)-COOH和堿性基團(tuán)-NH2，等電點pI的范圍為3.5～5.2，當(dāng)整理液的pHpI時，R-COOH電離成R-COO-，纖維帶負(fù)電荷，主要與紫外線吸收劑HMBS上的-OH以氫鍵結(jié)合，此外還有范德華力的作用，NaCl用量為20 g/L時，NaCl中的Na+與纖維負(fù)離子結(jié)合，使纖維上的負(fù)電荷數(shù)目減少，纖維與紫外吸收劑之間的斥力降低，NaCl在此條件下起到促染的作用，即NaCl用量為0 g/L時蠶絲對HMBS的吸附量小于NaCl用量為20g/L時，從圖中也可以看出不管整理液中是否添加NaCl，吸盡率均隨著pH的增加而降低，只是下降的趨勢大小不同而已。

圖2 pH值對吸盡率的影響

(a)NaCl 0 g/L

(b)NaCl 20 g/L

2.2 NaCl用量對蠶絲的吸盡率及紫外防護(hù)性能的影響

圖4為HMBS 3%owf，pH 3，90℃條件下吸附60min，NaCl用量對HMBS吸盡率的影響，圖5為此條件下NaCl用量對抗紫外線性能的影響。在整理液pH3的條件下，隨NaCl用量的增加，吸盡率隨之降低至一定值時保持穩(wěn)定，由圖2分析可知，當(dāng)pH

圖4 NaCl用量對吸盡率的影響

圖5 NaCl用量對抗紫外線性能的影響

2.3 HMBS用量對蠶絲紫外防護(hù)性能的影響

圖6為pH 3，90℃條件下吸附60min，HMBS用量對抗紫外性能的影響。從圖中可以看出蠶絲的UPF值隨HMBS用量的增加而增加，T[UVA]和T[UVB]隨HMBS用量的增加而降低。在pH 3的整理液中，當(dāng)pH

圖6 HMBS用量對抗紫外線性能的影響

2.4 溫度對蠶絲紫外防護(hù)性能的影響

圖7為HMBS 3%owf，pH 3吸附60min，溫度對抗紫外性能的影響。從圖中可以看出UPF值隨溫度的升高而增加，T[UVA]和T[UVB]隨溫度的升高而降低。在pH

圖7 溫度對抗紫外線性能的影響

2.5 時間對蠶絲紫外防護(hù)性能的影響

圖8是HMBS3%owf，pH3，90℃條件下不同吸附時間對抗紫外線性能的影響，從圖中可以看出UPF值隨時間的增加而降低，T[UVA]和T[UVB]隨時間的增加趨勢變化不大。在pH

圖8 時間對抗紫外線性能的影響

2.6 固色及耐洗性能

固色及洗滌次數(shù)對UPF的影響如圖9。從圖中可以看出經(jīng)四種方法固色后，整理織物皂洗后的UPF值均比不固色時高，并且先經(jīng)過CWF-HC固色后合成單寧固色效果最好，固色后織物的UPF值高達(dá)96.61。這是因為陽離子固色劑CWF-HC可封閉水溶性基團(tuán)在蠶絲表面形成一層薄膜，而合成單寧易于吸附在CWF-HC表面再次形成薄膜，提高了HMBS整理蠶絲織物的耐洗性。

圖9 固色及洗滌次數(shù)對UPF的影響

3 結(jié)論

(1)HMBS對蠶絲的紫外線防護(hù)整理最佳工藝為：HMBS用量為3%owf，pH 3，90℃條件下處理60min，pH

(2)最佳固色工藝為：實驗結(jié)果表明先陽離子型固色劑CWF-HC 2g/L，pH 3，60℃固色40min，再陰離子型合成單寧4g/L，pH 3，60℃固色40min后蠶絲經(jīng)過20次洗滌后UPF仍可以達(dá)到37以上。