紡織品防紫外線性能影響因素測試與分析

潘全 佘小燕 萬小蕙

摘?要：為研究紡織品在實(shí)際服用過程中外界因素對其防紫外線性能的影響，選取遮陽傘和防曬衣兩類常見的紡織產(chǎn)品作為試驗(yàn)對象，測試了人工曝曬、汗液浸濕、光/汗復(fù)合、水洗等因素對產(chǎn)品防紫外線性能產(chǎn)生的影響。通過比對預(yù)處理前后試樣紫外線防護(hù)系數(shù)UPF值和紫外線平均透射率T（UVA）AV，結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果分析防紫外線性能差異并進(jìn)行效果評價(jià)。結(jié)果表明，大部分試樣在經(jīng)過預(yù)處理后，其紫外線防護(hù)性能均有不同程度的降低，降低程度主要與樣品的織物結(jié)構(gòu)與表面特征有關(guān)，同時(shí)還受到預(yù)處理方式與織物作用的影響。

關(guān)鍵詞：紡織品;防紫外線性能;預(yù)處理;影響因素;測試分析

中圖分類號：TS107

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1009-265X（2021）02-0050-06

Abstract：Two types of common textiles including sunshade and sun-protective clothing were used as test objects to study the influence of external factors on ultraviolet radiation protective properties of textiles during actual use. The tested factors include artificial light， artificial perspiration soaking， combination of artificial light and artificial perspiration and washing. Evaluation was made by comparing the ultraviolet protection factor （UPF） value and ultraviolet transmittance T（UVA）AV of the samples before and after pretreatment， and analyzing the differences of ultraviolet radiation protective properties based on the test results. The results show that the ultraviolet radiation protective properties of most samples decay due to pretreatment to different extent， and degree of impact are mainly related to the fabric construction and surface features of the textiles，as well as the pretreatment method and usage of textiles.

Key words：textiles; ultraviolet radiation protective properties; pretreatment; influencing factors; test and analysis

作者簡介：潘全（1985-），男，湖北武漢人，工程師，碩士，主要從事紡織品及服裝檢驗(yàn)檢測方面的研究。

紫外線是指陽光中波長10～400 nm的光線。紫外線按輻射波長通常分為3個(gè)波段范圍：長波紫外線UVA（320～400 nm），中波紫外線UVB（280～320 nm）和短波紫外線UVC（200～280 nm）。適度的日光紫外線接觸人體皮膚能起到一定的殺菌作用，同時(shí)能有效促進(jìn)維生素D的合成，提高人體免疫力。但是如果紫外線輻射過量，就會對人體造成傷害，受到的危害程度主要和紫外線波長范圍以及照射時(shí)間的長短有關(guān)[1]。研究表明，短波紫外線在傳播時(shí)絕大部分被臭氧層吸收，透過量極低，而中波和長波紫外線能夠穿透大氣層直接輻射到人體皮膚，對人體的危害最大[2]。因此，需要加強(qiáng)防護(hù)的是中波紫外線和長波紫外線。

近年來，隨著防紫外線性能產(chǎn)品引起消費(fèi)者愈發(fā)廣泛的關(guān)注，具有防紫外線性能的紡織品應(yīng)運(yùn)而生。紫外線照射在織物上，通常一部分被纖維吸收，一部分被反射，剩余少量部分從纖維間的空隙中穿透[3]。防紫外線紡織品的防護(hù)機(jī)理主要是利用屏蔽劑對纖維或織物進(jìn)行處理，以此來增強(qiáng)紡織品吸收或反射紫外線的能力，從而獲得優(yōu)良的防紫外線性能。

目前，國際上尚無統(tǒng)一的紡織品防紫外線測試方法，測試方法主要分為直接測試法和儀器測試法，分光光度法作為儀器測試法中的一種，由于其客觀準(zhǔn)確、操作便捷、重現(xiàn)性好成為國際上普遍采用的檢測方法[4]。各國進(jìn)行防紫外線性能評價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)也各不相同。中國現(xiàn)行有效的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18830—2009《紡織品防紫外線性能的評定》作為推薦性標(biāo)準(zhǔn)采用測試方法與標(biāo)注說明相結(jié)合的形式對防紫外線產(chǎn)品進(jìn)行檢測與指標(biāo)評價(jià)。國外相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

通過比對國內(nèi)外紡織品防紫外線性能的標(biāo)準(zhǔn)可以看出，只有美國ASTM相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對試樣的預(yù)處理方式有明確規(guī)定，并且同時(shí)測試了干態(tài)和濕態(tài)，其整個(gè)預(yù)處理過程模擬了產(chǎn)品相當(dāng)于兩年時(shí)間的服用情況[5]，而中國現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)僅對樣品使用前的性能進(jìn)行了考核，并未考慮使用后能否持續(xù)保持該性能及其影響因素，因此不能真實(shí)全面地反映產(chǎn)品的服用性能。

本文選擇遮陽傘和防曬衣兩類常見的紡織產(chǎn)品作為研究對象，針對其在服用過程中實(shí)際因素的影響，模擬日曬、汗液浸濕、光/汗復(fù)合、水洗等作用，研究試樣預(yù)處理前后防紫外線性能的效果差異。

1?試?驗(yàn)

1.1?設(shè)備與試劑

1.1.1?實(shí)驗(yàn)儀器

Lambda 650S紫外-可見分光光度計(jì)（美國PerkinElmer）;Q-Sun Xe-2日曬色牢度試驗(yàn)機(jī)（美國Q-lab）;Wascator FOM 71CLS LAB歐標(biāo)縮水率試驗(yàn)機(jī)（瑞典Electrolux）。

1.1.2?實(shí)驗(yàn)材料

1.1.2.1?試?劑

標(biāo)準(zhǔn)洗滌劑（中紡標(biāo)檢驗(yàn)認(rèn)證有限公司紡織工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所）;人工汗液（堿性）配制按GB/T 3922—2013《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐汗?jié)n色牢度》中的4.3要求，所需試劑包括L-組氨酸鹽酸鹽一水合物（分析純，上海阿拉丁生化科技股份有限公司）、氯化鈉、磷酸氫二鈉十二水合物、氫氧化鈉（均為分析純，國藥集團(tuán)有限公司）。

1.1.2.2?測試樣品

遮陽傘和防曬衣作為夏季戶外紫外線防護(hù)的主要產(chǎn)品，試驗(yàn)測試樣品均為市場上購買。其中，遮陽傘7組試樣、防曬衣6組試樣。

1.2?試驗(yàn)方法

1.2.1?遮陽傘

遮陽傘類產(chǎn)品在使用過程中主要影響因素為連續(xù)性太陽光照射。本試驗(yàn)設(shè)計(jì)在一定的溫度和濕度條件下，對試樣進(jìn)行連續(xù)一定輻照度的人造光曝曬，測定經(jīng)過處理前后的防紫外線性能效果。

1.2.2?防曬衣

防曬衣為近年來備受消費(fèi)者關(guān)注和使用的夏季服裝類產(chǎn)品，該類產(chǎn)品在使用過程中的影響因素主要包括：人體汗液的浸濕、連續(xù)性太陽光照射以及家庭洗衣機(jī)的多次重復(fù)洗滌。故設(shè)計(jì)對試樣進(jìn)行人造汗液（堿性）的浸濕、耐光/汗復(fù)合曝曬以及連續(xù)洗滌3種不同方法處理的試驗(yàn)，測定預(yù)處理前后的防紫外線性能效果。

1.3?測試方法

1.3.1?防紫外線性能測試

依據(jù)GB/T 18830—2009《紡織品防紫外線性能的評定》設(shè)定儀器參數(shù)，采用分光光度計(jì)法（內(nèi)置積分球）測試試樣的紫外線防護(hù)效果。

1.3.2?耐人造光色牢度測試

參考依據(jù)GB/T 8427—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐人造光色牢度：氙弧》中7.2.6條款，采用方法5的曝曬方式，規(guī)定曝曬終點(diǎn)為100AFU輻照能。

1.3.3?汗液浸濕測試

參考依據(jù)GB/T 3922—2013《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐汗?jié)n色牢度》中6.1條款，試樣在配制的堿性試液中完全潤濕，規(guī)定浸濕時(shí)間為2 h。

1.3.4?耐光、汗復(fù)合色牢度測試

參考依據(jù)GB/T 14576—2009《紡織品 耐光、汗復(fù)合色牢度試驗(yàn)方法》中7.1～7.6條款，規(guī)定曝曬終止時(shí)間為80 h。

1.3.5?水洗測試

參考依據(jù)GB/T 8629—2017《試驗(yàn)用家庭洗滌和干燥程序》中9、10條款，采用的試驗(yàn)條件為4N洗滌程序，懸掛晾干。

1.4?效果評定依據(jù)

根據(jù)GB/T 18830—2009中9.1條款規(guī)定，當(dāng)樣品的UPF<40，且T（UVA）AV<5%時(shí)，可稱為防紫外線產(chǎn)品。故本試驗(yàn)以樣品UPF值和T（UVA）AV數(shù)據(jù)為研究對象考查各類因素對結(jié)果的影響。

2?結(jié)果與分析

2.1?試樣織物規(guī)格

為排除結(jié)構(gòu)、顏色、圖案等因素對試驗(yàn)結(jié)果判定的干擾，測試對象均為結(jié)構(gòu)同一的單色產(chǎn)品。兩類織物基本規(guī)格如表2和表3所示。

2.2?試樣初始防護(hù)性能

采用Lambda 650S紫外-可見分光光度計(jì)測定遮陽傘和防曬衣兩類試樣的初始UPF值與透射率T（UVA），測試結(jié)果見表4。

測試對象中遮陽傘7組試樣UPF值均達(dá)到50+，且T（UVA）在5%以下，說明遮陽傘試樣在未使用前都是防護(hù)效果非常優(yōu)異的防紫外線產(chǎn)品。主要原因是該類產(chǎn)品織物表面添加了涂層處理。對于防曬衣試樣，只有試樣6滿足標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)注要求，防護(hù)效果最好，其余5種試樣都不符合，其中試樣3UPF值最低，防護(hù)效果最差，試樣5雖然UPF值達(dá)到40以上，但是透射率T（UVA）為10.62%，超過5%的限定范圍，同樣不能標(biāo)稱為防紫外線產(chǎn)品。對照各試樣織物規(guī)格可知，防紫外線性能與織物密度、厚度、平方米質(zhì)量等參數(shù)有一定的關(guān)聯(lián)，一般經(jīng)、緯向密度越高，織物越厚實(shí)，紫外線穿透織物表面的幾率就越小，防紫外線性能越強(qiáng)。

2.3?遮陽傘

遮陽傘試樣經(jīng)100AFU輻照能的曝曬后，UPF值和透射率T（UVA）AV的變化如圖1所示。

由圖1（a）可知，7個(gè)試樣的UPF值均有明顯下降，平均衰減率為23.2%。試樣防護(hù)性能降低的原因是經(jīng)過長時(shí)間連續(xù)曝曬，織物隨著曝曬時(shí)間的增長，傘面上涂層反射和吸收紫外線的效果減弱。另一方面，曝曬前后試樣UPF值遠(yuǎn)大于50。一般認(rèn)為，UPF值大于50，對人體的影響就可以忽略不計(jì)。因此該批試樣仍被認(rèn)定為具有十分優(yōu)異的防紫外線性能。

圖1（b）顯示了試樣在模擬太陽光照射的環(huán)境中曝曬前后紫外線透射率T（UVA）AV的結(jié)果對比，可以看出紫外透射率均在0.5%以內(nèi)，并且曝曬前后的數(shù)值在非常小的范圍內(nèi)波動(dòng)（絕對差值<0.2），說明試樣紫外透射率T（UVA）AV基本保持不變。原因是防護(hù)性能優(yōu)良的遮陽傘類紡織品織造工藝特殊，一般采用高密度工藝的Pongee春亞紡面料，使纖維的分子間隔更為致密，并且在織物表面添加防護(hù)涂層，從而達(dá)到較高的紫外線防護(hù)性能[6]。

2.4?防曬衣

2.4.1?汗液浸濕對防紫外線性能的影響

試樣在堿性汗液中完全浸潤，使其帶液量近100%，試樣UPF值和透射率T（UVA）AV的變化如圖2所示。

從圖2可以看出，試樣經(jīng)過浸濕處理后的UPF值減小，透射率T（UVA）AV增大，其防紫外線性能均有所下降，UPF值平均衰減率為16.6%。主要原因是浸泡后的織物處于濕態(tài)，纖維間吸收的水分會減弱紫外線的散射能力，造成紫外線透過織物的概率增大，其防紫外線性能隨之下降[7]。

2.4.2?光、汗復(fù)合處理對防紫外線性能的影響

試樣在堿性汗液中完全浸潤，使其帶液量近100%，經(jīng)不同時(shí)間段曝曬后，試樣UPF值和紫外透射率T（UVA）AV的變化見圖3。

由圖3可見，6組試樣UPF值均有不同程度的降低，紫外透射率逐漸增加，試樣的UPF值平均衰減率為40.4%。試樣防紫外線性能降低的原因是經(jīng)過長時(shí)間連續(xù)曝曬，織物染料不僅會出現(xiàn)一定程度的褪色現(xiàn)象，減弱織物本身吸收紫外線的效果，同時(shí)也會對織物內(nèi)添加的屏蔽劑產(chǎn)生影響，導(dǎo)致屏蔽劑的防護(hù)作用降低。

2.4.3?水洗對防護(hù)性能的影響

防曬衣試樣經(jīng)不同次數(shù)的連續(xù)模擬家庭洗滌作用后，UPF值和紫外透射率T（UVA）AV的變化見圖4。

由于水洗處理對試樣防護(hù)性能的影響不一，為更直觀的表述處理前后結(jié)果的變化，根據(jù)數(shù)據(jù)變化趨勢的不同將樣品分為兩類。第一類試樣（試樣1、試樣5和試樣6）隨著水洗次數(shù)的逐漸增加，UPF值減小，紫外透射率T（UVA）AV增大，平均衰減率為49.9%，說明防紫外線性能逐漸降低。對于在后整理工藝中添加了紫外線屏蔽劑的織物，引起結(jié)果變化的原因主要是隨著洗滌次數(shù)的增加會導(dǎo)致整理劑的流失，使得紫外波段的透過率增大，從而降低了面料的防紫外線性能。第二類試樣（試樣2、試樣3和試樣4）的UPF值和紫外透射率T（UVA）AV并沒有隨洗滌次數(shù)的增加而發(fā)生明顯的變化，說明此部分防曬衣的防紫外線性能基本不受水洗處理的影響。

3?結(jié)?論

針對防紫外線產(chǎn)品在日常生活中的實(shí)際應(yīng)用，分別進(jìn)行相適應(yīng)的預(yù)處理試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，絕大部分測試試樣在經(jīng)過預(yù)處理后，紫外線防護(hù)性能均有不同程度的降低，并且不同試樣在不同環(huán)境條件（模擬）作用下，受到的影響各不相同。

a）對于遮陽傘類產(chǎn)品，在模擬長時(shí)間連續(xù)日光曝曬后，UPF值平均衰減率為23.2%。對于遮陽傘類產(chǎn)品，由于進(jìn)行了涂層處理，原樣和處理后試樣仍然具有優(yōu)異的防護(hù)性能，UPF值產(chǎn)生衰減的原因是采用了相對極限的測試條件，100APU輻照能相當(dāng)于樣品2年的使用效果，持續(xù)高能量的紫外輻射會減弱涂層的防護(hù)作用。

b）對于防曬衣類產(chǎn)品，汗液浸濕處理的UPF值平均衰減率為16.6%，光/汗復(fù)合處理的UPF值平均衰減率為40.4%，水洗處理中有3個(gè)試樣UPF值下降，平均衰減率為49.9%，另3個(gè)試樣基本無變化。通過試驗(yàn)?zāi)M的3個(gè)影響因素可以看出，由于樣品均經(jīng)過濕態(tài)處理，會減弱織物表面的散射作用，增大紫外穿透率，因此試樣UPF值大部分會降低，但是從影響程度上比較，汗液浸濕處理對防紫外線性能影響最小，光/汗復(fù)合處理次之，水洗處理影響最大，這是因?yàn)榉罆褚骂惍a(chǎn)品不僅應(yīng)具有功能性，同時(shí)對服用舒適性也有一定的要求，一般會兼顧輕薄、透氣等性能，因此依靠織物本身抗紫外線的作用非常有限，核心的防護(hù)機(jī)理是織物內(nèi)添加了紫外屏蔽劑，來提高其反射和散射紫外線的能力，而長時(shí)間持續(xù)曝曬和連續(xù)洗滌會嚴(yán)重引起屏蔽劑的脫落和破壞，從而導(dǎo)致處理后試樣的防護(hù)性能隨著曝曬時(shí)間和洗滌次數(shù)的增加而持續(xù)降低。

c）防紫外線性能作為一項(xiàng)紡織品功能性指標(biāo)，不僅應(yīng)對產(chǎn)品本身防紫外線性能進(jìn)行考核，更應(yīng)對產(chǎn)品在實(shí)際使用過程中是否能持續(xù)保持其功能性進(jìn)行評價(jià)，從而使該類產(chǎn)品為消費(fèi)者提供更優(yōu)化的服用體驗(yàn)以及更持續(xù)穩(wěn)定的防護(hù)效果。建議在國內(nèi)相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)中增加試樣耐久性測試及要求等相關(guān)條款，通過增加樣品預(yù)處理內(nèi)容能夠更全面、真實(shí)的反映和評價(jià)該類產(chǎn)品的實(shí)用性和防護(hù)性，同時(shí)，對于日趨嚴(yán)峻的市場競爭環(huán)境，能夠?yàn)槠髽I(yè)研發(fā)生產(chǎn)，提升產(chǎn)品品質(zhì)，更好與國際接軌提供一定的指導(dǎo)作用。

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