新型二苯甲酮類紫外線吸收劑整理工藝研究

高樹珍，唐蓉蓉，孟維丹

(齊齊哈爾大學輕工與紡織學院，黑龍江齊齊哈爾 161006)

棉織物具有良好的吸濕透氣性和抗靜電能力[1]，且柔和貼身[2]，深受廣大消費者得喜愛。但近年來由于臭氧層破壞，紫外線輻射增強，紡織品抗紫外線整理也隨之受到重視。紫外光主要為UVA，UVB 和UVC[3－4]，普遍認為UVA 對人體傷害最大[5]?？棺贤饩€整理分為物理方法和化學方法，物理方法主要是通過增加織物厚度[6]、提高織物光澤；化學方法則是指通過合成抗紫外線整理劑，以化學整理的方法提高紡織品的抗紫外線效果[7]。其中，紫外線吸收劑主要通過吸收高能量紫外光，并使之轉化為熒光、磷光或熱能的形式釋放出來，以達到抗紫外線的效果[8]。其中，二苯甲酮類紫外線吸收劑對棉織物等的附著能力較好，常用于聚丙烯、聚酯、纖維素等纖維的整理[9]，常在分子內(nèi)引入丙烯酰氨基、不飽和雙鍵、肼基團制成反應性二苯酮紫外線吸收劑[10]。通過降低紫外線對棉織物的透過率，達到抗紫外線的效果，避免人體受到紫外線的傷害[11]。對織物進行抗紫外線整理，特別是對夏季服裝進行整理是十分有必要的[12]。本文對合成的新型二苯甲酮類紫外線吸收劑的整理工藝進行了研究，以使紡織品達到更好的抗紫外線的性能。

1 實 驗

1.1 材料與藥品

棉織物(面密度 119.525 g/m2)；2，4—二羥基二苯甲酮、N—羥基丙烯酰胺(上海阿拉丁試劑有限公司)；氯化鈉、氯化鎂(分析純，天津市凱通化學試劑有限公司)；皂片(分析純，滁州雅麗潔日用制品有限公司)。

1.2 儀器與設備

YG(B)541E型智能織物折皺彈性儀(溫州大榮紡織儀器有限公司)，YQ-Z-48 A型全自動白度計(杭州輕通博科自動化儀器有限公司)，YG(B)912E型紡織品紫外線性能測試(溫州大榮紡織儀器有限公司)，YG(B)026D型電子織物強力儀(溫州大榮紡織標準儀器廠)，HH＿SⅡ6型恒溫電子水浴鍋(鞏義市矛華儀器有限責任公司)，F(xiàn)A1004型電子天平(北京賽多利斯儀器有限公司)，JJ-1型攪拌器(金云市華峰儀器有限公司)。

1.3 抗紫外線整理劑的合成

將適量的2，4—二羥基二苯甲酮加入到三口燒瓶中，安裝好攪拌器和冷凝管，通入氮氣，放入以溶于乙醇的N—羥甲基丙烯酰胺，2，4—二羥基二苯甲酮與N—羥基丙烯酰胺按物質的量比1∶2，通入氮氣，在堿性條件，65℃下反應6 h。合成反應表示如下:

1.4 抗紫外線整理工藝

工藝處方:紫外線吸收劑20%(owf)，氯化鈉20 g/L，氯化鎂20 g/L，浴比 1 ∶25。

工藝流程:將棉織物放入調配好的整理液中，40℃起始→15 min加入1/2氯化鈉→15 min加入1/2氯化鈉→15 min升溫至100℃→加入氯化鎂，反應40 min→降至室溫→水洗、皂煮、水洗。

1.5 性能測試

紫外線防護系數(shù)的測試:參照GB/T 18830—2009《紡織品防紫外線性能的評定》進行測試，每個樣品測試4次，取其測試結果的平均值。白度的測試:參照GB/T 18401—2003《紡織品 色牢度試驗相對白度的儀器評定方法》進行測定。折皺回復角的測試:按照 GB/T 3819—1997《紡織品 織物折痕回復性的測定 回復角法》進行測定。斷裂強度的測試:按照GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能第1部分斷裂強力和斷裂伸長率的測定(條樣法)》進行測試。

2 實驗結果與討論

經(jīng)正交試驗得出:抗紫外線整理劑的最佳合成工藝為，取 2，4—二羥基二苯甲酮8.2 g和 NaOH 0.08 g于磨口三頸燒瓶中，通入氮氣，排凈裝置內(nèi)空氣，將已溶于20 mL乙醇中的7.39 g N—羥甲基丙烯酰胺倒入三頸燒瓶中，在65℃的水浴鍋中氮氣保護條件下反應6 h，將該整理劑整理到棉織物上，經(jīng)測試得，織物UPF值為188.6，白度為64.67%，折皺回復角為73.35°，斷裂強力為282 N。合成的新型抗紫外線整理劑的紅外光譜圖見圖1。

圖1 合成抗紫外線整理劑的紅外光譜圖

可知，在3 700～3 100 cm－1處的吸收峰明顯變寬變鈍，這是由于C—H鍵的吸收振動特征峰和O—H的吸收振動特征峰發(fā)生重疊導致的，2 976.90 cm－1處附近為苯環(huán)的C—H吸收振動特征峰，1 625.72 cm－1處為酮羰基的振動吸收特征峰，1 116.2 cm－1處為C—O—C吸收振動特征峰，1 447.72和1 341.59 cm－1處出現(xiàn)苯環(huán)骨架的吸收振動特征峰。以上結果表明，2，4—二羥基二苯甲酮與N—羥甲基丙烯酰胺發(fā)生了反應，生成了一種新型二苯甲酮類抗紫外線整理劑。下面對合成的新型抗紫外線整理劑的整理工藝進行單因素影響分析。

2.1 整理劑用量對織物抗紫外線性能的影響

將合成的抗紫外線整理劑應用于棉織物上，進行單因素實驗。整理劑用量對織物性能的影響見表1。

表1 整理劑用量對織物性能的影響

由表1可知，隨抗紫外線整理劑用量的增加，紫外線防護系數(shù)先增加后減?。划斦韯┯昧繛?0%(owf)時，紫外線防護系數(shù)值最大，其值為119.60。整理劑用量過少時，不足以完全擴散到纖維內(nèi)部，整理劑用量過多會發(fā)生聚集，影響其向纖維內(nèi)部的擴散?？椢锇锥?、折皺回復角、斷裂強力隨著整理劑用量的增加而有所下降，但不影響正常的服用。

2.2 NaCl質量濃度對織物抗紫外線性能的影響

采用整理劑的最佳用量為20%(owf)，NaCl質量濃度對織物性能的影響見表2。

表2 NaCl用量對織物性能的影響

由表2可知，隨著NaCl質量濃度的增加，紫外線防護系數(shù)先增加后減??；當NaCl質量濃度為18 g/L時，紫外線防護系數(shù)最大，為 78.50。加入NaCl有利于整理劑向織物內(nèi)部擴散，但NaCl用量過高，會加快整理劑與織物發(fā)生解離。在NaCl質量濃度為18 g/L時，織物白度最高，折皺回復角、斷裂強力的損傷較低。

2.3 MgCl2質量濃度對織物抗紫外線性能的影響

采用整理劑用量20%(owf)，NaCl質量濃度18 g/L，MgCl2質量濃度對織物性能的影響見表3。

表3 MgCl2質量濃度對織物性能的影響

由表3可知，隨著MgCl2質量濃度的增加，紫外線防護系數(shù)先增加后減小，當MgCl2質量濃度為16 g/L時，紫外線防護系數(shù)達到最大值，為128.14。MgCl2的主要作用是催化整理劑與織物反應，當MgCl2用量過高時，整理劑與織物反應過快，易固著在織物表面，造成表面和內(nèi)部不均，所以紫外線防護系數(shù)會下降。MgCl質量濃度為16 g/L時，織物白度、折皺回復角、斷裂強力損傷均較小。

2.4 浴比對織物抗紫外線性能的影響

采用整理劑用量20%(owf)，NaCl質量濃度18 g/L，MgCl2質量濃度16 g/L，浴比對織物性能的影響見表4。

表4 浴比對織物性能的影響

由表4可知，隨著浴比的增加，紫外線防護系數(shù)先增加后減小，浴比過低，整理劑濃度過高發(fā)生聚集不易向纖維內(nèi)部滲透；再升高后減小，浴比過高，整理劑濃度低，附著到纖維上的整理劑不足。在浴比為1∶25時，紫外線防護系數(shù)達到最大值，為85.96。1∶25的浴比下，織物白度最高，折皺回復角和斷裂強力有所下降，但不影響正常服用。

2.5 染色起始溫度對織物抗紫外性能的影響

采用整理劑用量20%(owf)，NaCl質量濃度18 g/L，MgCl2質量濃度 16 g/L，浴比 1 ∶25，染色起始溫度對織物性能的影響見表5。

表5 染色起始溫度對織物性能的影響

由表5可知，隨著起始溫度的增加，紫外線防護系數(shù)首先開始增加后減小，當溫度為40℃時，紫外線防護系數(shù)達到最大值，為129.55。原料中N—羥甲基丙烯酰胺易受溫度的影響，當溫度過高時，N—羥甲基丙烯酰胺易自聚，影響整理劑的抗紫外線效果，所以在40℃時起染抗紫外線效果更好。起始溫度40℃條件下，織物白度、折皺回復角略微下降，但此時的斷裂強力最高。

2.6 反應溫度對織物抗紫外線性能的影響

采用整理劑用量20%(owf)，NaCl質量濃度18 g/L，MgCl2質量濃度 16 g/L，浴比 1 ∶25，起始溫度40℃，反應溫度對織物性能的影響見表6。

表6 反應溫度對織物性能的影響

由表6可知，隨著反應溫度的增加，紫外線防護系數(shù)逐漸增加，當溫度為100℃時，紫外線防護系數(shù)達到最大值，為145.53。升高溫度有助于反應的快速進行，但當溫度超過100℃時，不易操作且會耗費大量的能源，并不經(jīng)濟實用，對環(huán)境也有較大的損害，因此選用100℃為最佳反應溫度。100℃下織物白度有輕微下降，折皺回復角和斷裂強力較高。

3 結 論

①通過進行單因素實驗，得出了最佳的工藝條件:整理劑用量20%(owf)，NaCl質量濃度18 g/L，MgCl2質量濃度16 g/L，浴比1∶25，起始溫度40℃，反應溫度100℃。該條件下整理織物的紫外線防護系數(shù)為145.53，白度為80.86%，斷裂強力為253 N，折皺回復角為62.83°。

②將整理后的織物與原布進行對比，白度、折皺回復角以及斷裂強力稍有降低，在不影響日常服用的情況下，紫外線防護系數(shù)明顯提高，抗紫外線效果增強。