抗紫外線(xiàn)紡織品性能提升的法寶

文/ 東華大學(xué) 纖維材料改性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 董杰 趙昕 張清華

未來(lái)將主要聚焦于具有自清潔、抗菌、透氣等功能性抗紫外線(xiàn)紡織品的開(kāi)發(fā)

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)自身健康越來(lái)越重視。在夏天，陽(yáng)光中穿透力較強(qiáng)的長(zhǎng)波紫外線(xiàn)可以輕松穿透皮膚表層，破壞膠原蛋白、彈性纖維組織等皮膚內(nèi)微細(xì)結(jié)構(gòu)，使得皮膚變得衰老和松弛。人們?yōu)榇瞬扇×撕芏啻胧热缤磕ǚ雷贤饩€(xiàn)的化妝品、使用遮陽(yáng)帽和遮陽(yáng)傘等，但是，這些措施的防護(hù)能力、有效時(shí)間和范圍都是有限的。因此，越來(lái)越多的人傾向于利用保護(hù)范圍更加全面、效果更好的防紫外線(xiàn)服飾來(lái)保護(hù)身體免受紫外線(xiàn)過(guò)度傷害。一般認(rèn)為，紫外線(xiàn)防護(hù)系數(shù)（UPF 值）大于 50 并且 UVA （320～420 nm UV）的透過(guò)率小于5 %的“防紫外線(xiàn)產(chǎn)品”才算合格。

抗紫外線(xiàn)紡織品是當(dāng)前新發(fā)展的功能性產(chǎn)品，具有非常廣闊的市場(chǎng)。對(duì)原料（纖維）和紡紗進(jìn)行深入研究，從原料的選擇、織物結(jié)構(gòu)、織物染色色澤和后整理技術(shù)上綜合考慮，可以制備出抗紫外性能更優(yōu)良的產(chǎn)品。

滌綸、錦綸唱主角

對(duì)于不同的纖維而言，由于其本身的化學(xué)組成、色澤、纖維的含水量等存在差異，所以其抗紫外線(xiàn)性能也有所不同。纖維原料抗紫外線(xiàn)性能越好，紡織而成的產(chǎn)品抗紫外線(xiàn)性能也越優(yōu)異。天然纖維中，相比于棉、絲、漢麻、亞麻等，羊毛、黃麻和竹纖維的抗紫外線(xiàn)性能更佳。在常用的化學(xué)纖維中，滌綸含有能夠吸收紫外線(xiàn)的苯環(huán)，抗紫外線(xiàn)性能頗佳，而錦綸相對(duì)較差?？棺贤饩€(xiàn)織物主要為夏天的防曬衣，也稱(chēng)為皮膚衣，使用100%滌綸面料制備的防曬衣，UPF 值高，防紫外線(xiàn)效果好，并且由于原紗本身有一定的抗紫外能力，水洗對(duì)抗紫外線(xiàn)效果影響較小。相比于絲巾、厚棉麻T(mén) 恤產(chǎn)品和純棉加厚外套等，很多以滌綸為原料的產(chǎn)品紫外線(xiàn)防護(hù)效果更好。

盡管錦綸比滌綸的抗紫外線(xiàn)性能差一些，但是市場(chǎng)上由錦綸制成的抗紫外線(xiàn)產(chǎn)品也是品類(lèi)繁多。錦綸耐磨性比較好，具有很好的吸濕性，用錦綸制作的服裝比滌綸面料的服裝舒適性更強(qiáng)。除此之外，錦綸織物屬于輕型織物，制備輕薄產(chǎn)品也頗有市場(chǎng)。使用錦綸作為原材料時(shí)，需要經(jīng)過(guò)染色以及后整理工藝才能達(dá)到預(yù)期的效果。目前市場(chǎng)上主流的防曬衣面料一般包括3 種：

20D 錦綸超細(xì)雙線(xiàn)格。采用20D錦綸按380T 規(guī)格在噴水織機(jī)上織造，經(jīng)過(guò)染色及特殊后整理工藝紡織而成。該規(guī)格面料微皺，手感柔軟，輕薄耐磨，具有防潑水、防風(fēng)、防紫外 線(xiàn)等功能。

40D 錦滌面料。經(jīng)過(guò)特殊染色及后整理后，面料具有自然起皺效果，手感順滑、質(zhì)地輕、密度高，紡織成型后的衣服體積相對(duì)小，便于攜帶和收納。

20D 消光尼龍絲。該面料采用微皺處理，具有UPF 50+超強(qiáng)抗紫外線(xiàn)性能，超薄超輕柔面料，適用范圍廣。除了傳統(tǒng)的面料之外，也有一些新型面料在市場(chǎng)上嶄露頭角，如光波面料、TIEF SKIN 仿生面料、STORMBREATH 科技面料。光波面料是專(zhuān)門(mén)為防曬而設(shè)計(jì)的，它結(jié)合了嶄新的熒光涂布與紡織技術(shù)，可以有效阻隔紫外線(xiàn)的同時(shí)獲取對(duì)人體有益的光波。探路者與丹東優(yōu)耐特紡織品有限公司聯(lián)合申報(bào)的“TIEF SKIN”超輕薄皮膚衣曾經(jīng)榮獲“年度紡織十大創(chuàng)新產(chǎn)品”稱(chēng)號(hào)。該面料模仿日落絢麗輕薄的鱗片結(jié)構(gòu)制成面料，面料反射、散射光線(xiàn)，阻隔陽(yáng)光和紫外輻射，構(gòu)成天然盾牌。STORMBREATH 科技面料是一種高輕薄、高透氣性的面料，在紫外線(xiàn)防護(hù)上相對(duì)前兩種面料稍差，但輕薄性與透氣性更佳。

對(duì)于針織面料，線(xiàn)圈長(zhǎng)度、紗線(xiàn)細(xì)度與織物抗紫外性能呈正相關(guān)；1×1 羅紋針織面料抗紫外線(xiàn)性能比緯平針織物的UPF 大。在一定范圍內(nèi)，抗紫外線(xiàn)性能與厚度成正比，與緊度的關(guān)系大致呈拋物線(xiàn)狀。此外，覆蓋參數(shù)、紗線(xiàn)細(xì)度、厚度、織物密度及織物組織對(duì)于面料的抗紫外性能都有一定的影響。在炎熱的夏季，人們對(duì)織物的透氣性、柔軟度都有比較高的要求。通過(guò)設(shè)置合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)，使產(chǎn)品兼?zhèn)涓呖棺贤夤δ芎褪孢m性。大連小蘿莉服飾有限公司采用納米銀纖維為經(jīng)紗、聚乳酸（PLA）纖維為緯紗，紡制成防輻射布底面布料。在底面布料上鍍鎳層，鎳層的厚度為 0.08～0.15mm；通過(guò)緯編平針的方式與抗紫外功能的真絲布料連接，獲得防紫外復(fù)合紡織面料。

防曬衣一般采用滌綸面料。

屏蔽紫外線(xiàn)的兩大法寶

不同的纖維和織物品種，對(duì)紫外線(xiàn)的透過(guò)率是不同的。所謂抗紫外線(xiàn)纖維及其織物，指的是那些能夠吸收和反射大部分紫外線(xiàn)的纖維和織物，在其制備和加工過(guò)程中，一般會(huì)對(duì)纖維和織物中添加能屏蔽紫外線(xiàn)的物質(zhì)，進(jìn)行混合與處理，提高織物對(duì)紫外線(xiàn)的吸收和反射能力。目前，國(guó)內(nèi)紫外線(xiàn)防護(hù)紡織品的生產(chǎn)，主要分為兩大類(lèi)：一是抗紫外線(xiàn)纖維法（紡絲法），在聚合或紡絲過(guò)程中加入紫外線(xiàn)屏蔽劑，制得抗紫外線(xiàn)纖維；另一種是纖維后整理法，利用紫外線(xiàn)屏蔽劑通過(guò)浸漬、浸軋或涂層的方法，還有利用微膠囊技術(shù)或印花整理的方法，改善織物的抗紫外性能。具體介紹如下：

三種常用的紫外線(xiàn)屏蔽劑

紫外線(xiàn)屏蔽劑可有效強(qiáng)化織物對(duì)紫外光的反射能力，通常選用一些金屬氧化物的粉體，如Al2O3、SiO2、MgO、ZnO、TiO2和高嶺土等。這些材料制成納米級(jí)的超細(xì)粉體，由于微粒尺寸與光波波長(zhǎng)相當(dāng)，比表面積大，表面能高，超細(xì)粉體在與纖維材料共混復(fù)合后，增強(qiáng)了纖維材料對(duì)紫外線(xiàn)的反射和散射作用，從而防止和減少紫外線(xiàn)透過(guò)纖維或紡織面料。例如，通過(guò)氯化鈰和氯化鋅水解沉積在納米TiO2表面，再采用偶聯(lián)劑KH-550 表面處理，得到有機(jī)硅改性的抗紫外顆粒，然后以丙烯酸羥乙酯、丙烯酸和丙烯酸丁酯聚合成聚丙烯酸乳液，最后制備有機(jī)硅改性的抗紫外顆粒水分散液，再以聚丙烯酸乳液包覆。該方法所制備的紡織品穩(wěn)定性高，經(jīng)整理后織物抗紫外線(xiàn)效果好且耐久性?xún)?yōu)異，質(zhì)感柔軟。

添加了紫外線(xiàn)屏蔽劑的紡織織物可有效提升紫外光的反射能力。

有機(jī)紫外線(xiàn)屏蔽劑主要是利用有機(jī)物對(duì)紫外線(xiàn)光波具有強(qiáng)烈的、選擇性的吸收作用。有機(jī)紫外線(xiàn)屏蔽劑分子結(jié)構(gòu)大多連接在芳香族衍生物上吸收波長(zhǎng)小于400nm 的發(fā)色基團(tuán)（如 C=N，N=O，O=O 等）和助色基團(tuán)（如-NH2，-OH，-SO3H，-COOH 等）。具備這些結(jié)構(gòu)的有機(jī)物能夠很好地、有選擇性地吸收高能量的紫外線(xiàn)，通過(guò)發(fā)生物理或光化學(xué)反應(yīng)，將紫外光能轉(zhuǎn)化為其他形式能量，從而起到防紫外線(xiàn)的作用。用在織物上的紫外線(xiàn)吸收劑除需要具備很好的紫外線(xiàn)防護(hù)功能外，還必須與織物或纖維比較牢固地結(jié)合，具備一定的耐洗性；對(duì)纖維或織物的強(qiáng)度和色澤等方面影響較?。粺o(wú)毒，對(duì)皮膚無(wú)刺激；價(jià)格低廉，制備方便。

常用的有機(jī)紫外線(xiàn)吸收劑主要有二苯甲酮類(lèi)、水楊酸酯類(lèi)、苯并三唑類(lèi)和有機(jī)鎳聚合物等。

二苯甲酮類(lèi)。二苯甲酮中有反應(yīng)性的羥基，容易與纖維復(fù)合，能夠吸收UVA 和UVB 紫外線(xiàn)。分子中的酮基與羥基能產(chǎn)生內(nèi)在氫鍵，構(gòu)成一個(gè)螯合環(huán)；紫外線(xiàn)的攝入，引發(fā)分子的熱振動(dòng)，內(nèi)在的氫鍵會(huì)被破壞，螯合環(huán)打開(kāi)，從而將紫外線(xiàn)的能量變成熱能釋放出來(lái)。此外，分子中羥基由于紫外光能量激發(fā)，產(chǎn)生互異構(gòu)現(xiàn)象，生成烯醇式結(jié)構(gòu)，消耗一部分能量。不足之處在于該類(lèi)紫外屏蔽劑對(duì)280nm 的紫外線(xiàn)吸收較少，容易發(fā)黃，價(jià)格較貴。

水楊酸酯類(lèi)。水楊酸酯分子內(nèi)存在氫鍵，這類(lèi)紫外線(xiàn)吸收劑剛開(kāi)始對(duì)紫外線(xiàn)能量和波長(zhǎng)范圍的吸收很小，隨著照射時(shí)間的延長(zhǎng)，吸收也會(huì)逐漸增大。這是由于在紫外線(xiàn)的照射下，水楊酸酯發(fā)生重排，形成了二苯甲酮的結(jié)構(gòu)，對(duì)紫外線(xiàn)的吸收能力有所增強(qiáng)。這類(lèi)紫外線(xiàn)吸收劑價(jià)格低廉，但是對(duì)UVA 紫外線(xiàn)吸收較少，熔點(diǎn)低且易升華，沒(méi)有被廣泛應(yīng)用。

苯并三唑類(lèi)。苯并三唑類(lèi)紫外線(xiàn)吸收劑與二苯甲酮的作用機(jī)理相似，內(nèi)部結(jié)構(gòu)中也因氫鍵作用而形成螯合環(huán)。在紫外光的照射下，氫鍵被破壞，螯合環(huán)打開(kāi)，反應(yīng)過(guò)程中存在光互變異構(gòu)體，將紫外線(xiàn)的能量轉(zhuǎn)化為熱能釋放。該類(lèi)紫外線(xiàn)吸收劑的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)UVA 紫外線(xiàn)的吸收效果好，自身熔點(diǎn)高，吸附在織物表面有一定的耐洗性。但是，由于沒(méi)有反應(yīng)性基團(tuán)，處理時(shí)要吸附于纖維表面才能達(dá)到吸收和屏蔽紫外線(xiàn)的效果。

有機(jī)鎳聚合物。不同于一般的紫外線(xiàn)吸收劑的吸收機(jī)理，有機(jī)鎳聚合物在紫外光的照射下，與高分子聚合物被激發(fā)成激發(fā)態(tài)的分子作用，使激發(fā)態(tài)回到基態(tài)，將高能紫外線(xiàn)轉(zhuǎn)化為能量較低的光譜散發(fā)，從而保護(hù)織物不被破壞。雖然這類(lèi)紫外線(xiàn)吸收劑對(duì)部分纖維和織物在一定條件下會(huì)形成螯合態(tài)結(jié)合體，產(chǎn)生對(duì)紫外線(xiàn)的屏蔽作用，但是其離子有較深的顏色，在一些對(duì)色澤有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合并不適用。

抗紫外線(xiàn)織物的七大后整理方法

高溫高壓吸盡法。高溫高壓吸盡法相當(dāng)于滌綸的高溫高壓染色，將一些不溶或難溶于水的紫外線(xiàn)吸收劑，如苯并三唑類(lèi)化合物在高溫高壓條件下進(jìn)入纖維內(nèi)部而固著，從而達(dá)到抗紫外線(xiàn)的效果；對(duì)滌綸、錦綸等合成纖維織物的紫外線(xiàn)屏蔽整理，可采用與分散性染料高溫高壓染色時(shí)同浴進(jìn)行。

常壓吸盡法。常壓吸盡法主要對(duì)于一些水溶性的吸收劑進(jìn)行棉、麻、羊毛、蠶絲等天然纖維類(lèi)織物的抗紫外線(xiàn)處理。只需要在常壓下將上述纖維置于其水溶液中處理，類(lèi)似于水溶性染料染色。這種處理方法選用的吸收劑需要滿(mǎn)足一定的水溶性，如一些二苯甲酮類(lèi)的水溶性紫外線(xiàn)吸收劑的分子結(jié)構(gòu)中有多個(gè)羥基，以此與棉和其他天然纖維建立較好的吸附。

浸漬式法。將織物浸入配置好的整理液中，在規(guī)定的溫度下浸泡一定的時(shí)間取出，然后干燥或進(jìn)行熱處理。

浸軋法。由于紫外線(xiàn)屏蔽劑大多不溶于水，并且對(duì)棉、麻等天然纖維缺乏親和力，因此采用與樹(shù)脂（或粘合劑）同浴的方法，可以將屏蔽劑固著在織物的表面。浸軋液由紫外線(xiàn)屏蔽劑、樹(shù)脂、柔軟劑等組成。浸軋法即將織物在整理液中浸濕，然后用壓輥軋去水分，在機(jī)械力作用下將整理劑擠壓到纖維中去，然后進(jìn)行干燥或熱焙烘。但是，經(jīng)過(guò)烘干或熱處理后，織物上的空隙容易被樹(shù)脂（粘合劑）覆蓋，會(huì)對(duì)織物的吸水性、透氣性有一定的影響。

印花法。將紫外線(xiàn)吸收劑加入到印花色漿中，與染料同漿印花，以此提高印花織物的耐光色牢度。由于汽車(chē)內(nèi)裝針織物對(duì)耐光牢度的要求較高，所以其織物印花時(shí)多將紫外線(xiàn)吸收劑與高耐光染料同漿印花。

涂層法：將涂層整理劑與紫外線(xiàn)整理劑混合均勻，利用涂布器（如刮刀、圓網(wǎng)印刮等）涂印到織物上，經(jīng)過(guò)必要的烘干和熱處理，在織物表面形成一層薄膜，從而達(dá)到紫外線(xiàn)整理的功效。

微膠囊整理：以高分子聚合物為囊衣，利用微膠囊技術(shù)將紫外線(xiàn)吸收劑制備微膠囊，然后用粘合劑及交聯(lián)劑將微膠囊固著在織物上，可制成紫外線(xiàn)屏蔽率達(dá)85%以上的紡織品。除此之外，微膠囊的一大特點(diǎn)就是可以緩釋紫外線(xiàn)吸收劑，從而達(dá)到長(zhǎng)效防紫外的目的。

抗紫外線(xiàn)紡織品實(shí)現(xiàn)多功能化

單一功能的紡織品并不能滿(mǎn)足市場(chǎng)的需求，人們更傾向于多功能的織物?？棺贤饩€(xiàn)織物的研究不斷加入拒水、拒油、易去污、抗菌、抗靜電等多種功能，不斷優(yōu)化與發(fā)展。

抗紫外疏水織物

利用多巴胺在多價(jià)金屬離子作用下（鐵離子、亞鐵離子、銅離子和錳離子的一種或幾種），通過(guò)浸漬處理，與織物（真絲纖維或羊毛）上的活性基團(tuán)連接，然后在氧化劑作用下氧化原位聚合形成有色的聚多巴胺。金屬離子的催化作用，除了極大地加速了多巴胺的氧化聚合外，還起到多巴胺與織物中絲素蛋白分子間的交聯(lián)作用，所制備織物的耐水洗牢度提高。納米金屬氧化物附著在織物的纖維表面，使其具備抗紫外線(xiàn)的同時(shí)具備更好的疏水性能。

無(wú)機(jī)納米粒子比如ZnO、TiO2、SiO2等常用來(lái)構(gòu)造疏水表面的微納結(jié)構(gòu)。而ZnO、TiO2對(duì)紫外線(xiàn)具有優(yōu)良的反射作用，因此在超疏水抗紫外線(xiàn)織物的研究中使用較多。華南理工大學(xué)劉維錦等合成了一種 1,2- 環(huán)氧丙醚基芳香酮的抗紫外化合物，再對(duì) SiO2進(jìn)行改性（氨基改性二氧化硅），使得抗紫外化合物接枝到SiO2表面，賦予二氧化硅優(yōu)異的抗紫外線(xiàn)能力；然后將織物浸于二氧化硅分散液和聚電解質(zhì)化合物水溶液中，通過(guò)靜電自組裝法使得SiO2吸附在織物表面，獲得疏水性所需要的粗糙表面，最后織物經(jīng)無(wú)氟拒水劑的進(jìn)一步處理，獲得兼具優(yōu)異抗紫外和超疏水性能。

抗紫外抑菌消毒織物

利用納米TiO2本身的殺菌消毒作用以及對(duì)紫外線(xiàn)具有很強(qiáng)的屏蔽作用，與酞酸酯偶聯(lián)劑混合攪拌，形成抑菌抗紫外的納米二氧化鈦溶膠。再通過(guò)對(duì)腈綸和聚酯纖維共同鍍銀，使得細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)外的蛋白質(zhì)凝固，繼續(xù)加入β-環(huán)糊精、紫外線(xiàn)屏蔽劑、銅粉和殼聚糖，再次提高防輻射織物的抗紫外性。銅粉具備防輻射性和抑菌性，而殼聚糖分子中的-NH3+帶正電，吸附在細(xì)菌細(xì)胞表面，進(jìn)一步提高織物的抗菌性能，具有廣泛的應(yīng)用前景。

棉織物作為大眾化的服裝面料，具有吸水性強(qiáng)、耐磨耐洗、柔軟舒適等特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)抗紫外線(xiàn)和抗菌整理，可以獲得一種適用范圍較廣的多功能織物。東華大學(xué)邢彥軍等發(fā)明了一種簡(jiǎn)單易行、成本低廉、適用于規(guī)?；a(chǎn)的多功能化抗菌抗紫外面料。預(yù)處理棉織物，將其羧甲基化，然后在鋅鹽溶液中浸泡?？椢锉砻娴聂人岣Ｗ优c鋅離子發(fā)生反應(yīng)完成后，再浸入多元羧酸溶液中，從而使多元羧酸與織物表面引入鋅離子反應(yīng)，反復(fù)浸泡。最后經(jīng)漂洗、水洗、烘干后得到兼?zhèn)淇咕涂棺贤獾亩喙δ芸椢铩?/p>

透氣保暖的防紫外面料

原色紡織科技有限公司通過(guò)多層結(jié)合的方法開(kāi)發(fā)了一種透氣防紫外功能的面料，同時(shí)賦予一定的保暖功能。該面料由防紫外層、無(wú)紡布層、紡制層、中間層以及保暖層組成。其中防紫外層主要采用抗紫外的錦綸制備；無(wú)紡布層內(nèi)部設(shè)置了多個(gè)脫水凝膠顆粒，使得制品具備防潮、透氣、堅(jiān)韌等特點(diǎn)；中間層由棉布構(gòu)成，粘合多個(gè)通風(fēng)口；保暖層由竹炭纖維構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了蓄熱保溫的功能。

隨著紡織技術(shù)的不斷發(fā)展及人們對(duì)安全防護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)，具有優(yōu)異紫外屏蔽作用的功能性紡織品具有更加廣闊的應(yīng)用前景。納米技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用也將使紡織品的抗紫外劑更加趨于多功能化，未來(lái)對(duì)抗紫外紡織品將主要聚焦于新型抗紫外纖維、新型整理劑及具有自清潔、抗菌、透氣等功能性抗紫外紡織品的開(kāi)發(fā)等方面。