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第九节 纺织品抗紫外线整理

第九节 纺织品抗紫外线整理. 主要内容. 第一节 概述 第二节 抗紫外线机理及抗紫外线整理剂 第三节 抗紫外线纺织品生产 第四节 织物抗紫外线性能评价. 1 、紫外线及对人体的影响. 第一节 概 述. 太阳照射 维生素 D 合成 骨骼发育 儿童多晒太阳，防止佝偻病，身体健康， 皮肤晒得又黑又红是健康的象征等等。 杀菌、消炎作用. 紫外线照射容易引起角膜炎、结膜炎，诱发皮癌、人的免疫能力下降。 臭氧层破坏 1% ，到达地球表面的紫外线增加 2% ，皮肤癌发病率增加 4% ，人的免疫能力下降。

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第九节 纺织品抗紫外线整理

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Presentation Transcript

  1. 第九节 纺织品抗紫外线整理

  2. 主要内容 • 第一节 概述 • 第二节 抗紫外线机理及抗紫外线整理剂 • 第三节 抗紫外线纺织品生产 • 第四节 织物抗紫外线性能评价

  3. 1、紫外线及对人体的影响 第一节 概 述 • 太阳照射 维生素D合成 骨骼发育 • 儿童多晒太阳，防止佝偻病，身体健康， • 皮肤晒得又黑又红是健康的象征等等。 • 杀菌、消炎作用

  4. 紫外线照射容易引起角膜炎、结膜炎，诱发皮癌、人的免疫能力下降。紫外线照射容易引起角膜炎、结膜炎，诱发皮癌、人的免疫能力下降。 臭氧层破坏1%，到达地球表面的紫外线增加2%，皮肤癌发病率增加4%，人的免疫能力下降。 因此，纺织品的防紫外线整理更加引人注目。 但是，现代科学研究表明，紫外线对人体的有害影响要远大于它的有利作用。

  5. Ultra Violet 裙子、夹克、外套、上衣、袖套、帽子、遮阳伞等

  6. 2、紫外线的分布

  7. 紫外线的能量大小与其波长有关，波长越短能量越强，对人体危害也越大。紫外线的能量大小与其波长有关，波长越短能量越强，对人体危害也越大。 表1 光的波长和能量 表2 几种典型化学键的离解能

  8. 统计数据分析 • UVB区紫外线是导致病理学作用的主要区段，其作用强度大约是UVA区的1000倍 • 世界上80%皮肤癌患者都是由于紫外线辐射引起,而且皮肤癌患者的比例在逐渐提高

  9. 太阳光 反射 吸收 透过 扩散辐射 直接辐射 3、影响织物紫外线透过率的因素 思考：怎样提高织物抗紫外线性能？

  10. （1）织物的组织和结构 越密的机织或针织物紫外线的通过量越小。同一织物组织，紫外线防护性能随这织物的厚度和质量的增加而增加，基本上取决于织物的覆盖系数。     Non Woven Weaving Knitting

  11. （2）织物纤维的种类 不同的材料有不同的紫外线吸收性能。与棉、粘胶、锦纶和腈纶织物相比，羊毛和涤纶的紫外线透过率较低。 由于涤纶结构中有芳香环结构，而羊毛蛋白质结构中有芳香族氨基酸，具有较高的紫外线吸收能力。

  12. （3）织物的颜色及颜色的深浅 许多染料的吸收带往往延伸到紫外光谱区域。 一般来说，纺织品色泽越深，紫外线辐射防护性能越好。黑色和白色的紫外线透过率相差近10倍。 另外，化学纤维中消光剂的添加也会明显改变其紫外线透过率。

  13. （4）含湿量 织物的抗紫外线能力随其含湿量的变化而变化，含湿率越高，抗紫外线能力越低，因为织物含有水时其散射减少，穿透性提高。 （5）纤维形状 一般短纤维透过率比长丝织物低，细纤维织物比粗纤维织物好，扁平异形化纤织物优于圆形截面化纤，机织物优于针织物。

  14. 4、抗紫外线织物的途径 • 吸收：寻找有机紫外线吸收剂 • 反射：利用无机紫外线反射剂，采用折射率较高的金属氧化物如纳米氧化锌，氧化钛，氧化硅等 (氧化锌的折射率是1.9，二氧化钛则高达2.6) 总之要降低紫外线透过织物的量

  15. Nanosized TiO2 particles Large TiO2 particles Nano TiO2 – UV protection Source: http://www.science.org.au/sats2003/images/barber-slide3.jpg

  16. 第二节 抗紫外线机理 及抗紫外线整理剂 • 1、抗紫外线机理 • 2、抗紫外线整理剂

  17. 1、抗紫外线机理 防护机理 • 无机紫外线屏蔽剂主要是利用某些无机物质对入射波长具有良好的折射、反射、散射性能来达到防护紫外线的目的。 • 紫外线吸收剂能强烈地、选择性地吸收高能量的紫外线，发生光物理过程和／或光化学反应，将紫外线能量转化为其他的能量形式而起到防紫外线的作用。 1反射 2吸收

  18. 2、抗紫外线整理剂 • 金属、金属氧化物及其盐类，也称紫外线屏蔽剂。如TiO2、ZnO、Al2O3、高岭土、滑石粉、炭黑、氧化铁、氧化亚铅和CaCO3等。 • 无毒、无味、无刺激性、热稳定性好、不分解、不挥发、紫外线屏蔽性好等性能。在310～370nm波长区，对紫外线的反射或防护效果，以氧化锌和氧化亚铅屏蔽效果为好，SiO2对波长400nm以下的紫外线反射率高达95 ZnO不仅具有良好的紫外线屏蔽作用，还具有抑制细菌和真菌繁殖及防臭的作用。 无机类抗紫 外线整理剂 特点 ：

  19. 无机紫外线吸收剂粒径为光波长 一半左右时，光散射最大。 • Ti02粒径在0.05～0.12µm时， ZnO的粒径在0.005~0.015μm，吸收效率最大(即透过率最小)，微粒的粒径不是越小越好。 例如

  20. 有机类抗紫外线整理剂 苯酮类化合物 苯并三唑类 水杨酸类化合物 有机镍聚合物 三嗪类 取代丙烯腈类

  21. 光物理过程：紫外吸收剂吸收紫外线能量后， 产生电子迁移，基态S。激发成最低激发单线态S1 或更高激发的单线态S2。而激发态的分子又可能通过三种途径释放能量回到基态：即发射荧光、磷光或将能量以热能的形式放出回到基态 。这样就将吸收的紫外能量以无害的热能或无害的低辐射能量释放出来，而本身结构不发生变化，从而避免了紫外线损害皮肤和防止高分子聚合物因吸收紫外线能量而发生分解。

  22. 紫外线吸收剂大多具有共轭结构和氢键，吸收紫外线后能转化成热能、荧光、磷光，同时产生氢键成互变异构，如下式所示：紫外线吸收剂大多具有共轭结构和氢键，吸收紫外线后能转化成热能、荧光、磷光，同时产生氢键成互变异构，如下式所示： 机理

  23. 苯酮类化合物 应用 • 用于纤维素、聚酯、聚酰胺、聚丙烯等纤维。 • 特点：能吸收280～400nm的紫外线，易泛黄，价格较贵。 • 由于具有多个羟基，对一些纤维有较好的吸附能力。 通式

  24. 苯并三唑类 应用特点： 苯并三唑类对紫外线的吸收范围较广，可吸收波长为300～400nm的光，屏蔽紫外线效果好，是目前应用较多的一类化合物。 没有反应性基团，活性不高，处理时要吸附于纤维表面才能达到紫外线吸收和屏蔽效果。 结构通式：

  25. 水杨酸类化合物 应用及特点 • 水杨酸酯类紫外线屏蔽剂能大量吸收UV-B，仅吸收少量UV-A紫外线，应用较少。 • 水杨酸酯在分子中也有内在氢键。这类紫外线吸收剂对紫外线吸收的能力在开始时很低，而且吸收的范围极窄(小于340nm)，但经紫外线照射一定时间后，对其吸收逐渐增大，直到最大吸收，这是由于其在紫外线照射下发生分子重排．形成了紫外线吸收能力强的二苯甲酮结构，从而强化其紫外线吸收作用 结构通式

  26. 有机镍聚合物 性能及特点 • 前几种都是通过分子本身结构变化(光化学反应)来消散能量，而有机镍聚合物则通过分子间的能量转移(光物理过程)来消散能量。当紫外线照射到有机镍聚合物上时，与高分子聚合物被激发成为激发态的分子作用，使激发态回到基态，把紫外线能量转化为低能量的光谱散发，而不致使其破坏，从而保护高分子不被破坏。但是离子有颜色，使用有局限性。

  27. 三嗪类 性能及特点 对280～380nm的紫外光有较高的吸收能力。较苯并三唑类稳定剂吸收能力强，是一类高效的吸收型光稳定剂。 • 吸收紫外线效果与邻羟基的个数有关，邻羟基个数越多，吸收紫外线的能力越强。 结构 R=H，烷基，4一羟基，4-烷氧基．4一烯链的酯基

  28. 取代丙烯腈类 性能及特点 • 能吸收310～320nm的紫外线，但吸收率较低。 • 具有良好的化学稳定性和与高聚物的相容性。 结 构 R 为H，CH3O基，X，Y为羧酸酯或-C≡N基，Z为H，CnH2n+1 ，芳基

  29. 第三节 抗紫外线纺织品生产 • 1、抗紫外线纤维生产 • 2、抗紫外线纺织品生产

  30. 1、抗紫外线纤维生产 • 1991年9月，可乐丽首先向日本市场推出了紫外线屏蔽纤维织物，商品名为“ESMO”，是混有10% ZnO微粉的聚酯短纤，微粉粒径在0.1µm左右 • 近些年来，日本开发的各类抗紫外线纤维有涤纶、尼龙、腈纶和丙纶等，有长丝也有短纤维。 日本市场

  31. 国内生产情况： • 近年来，我国抗紫外线纤维开发的速度也很快，特别是在涤纶防紫外线开发方面取得了突破性的进展。 • 品种有涤纶短纤、涤纶POY、FDY、UDY、DTY等品种。而且有的涤纶纤维防紫外线的阻挡率可达94～98%。

  32. 防紫外线纤维生产 • 1、将紫外线吸收剂与成纤高聚物的单体共聚、纺丝。 • 2、无机紫外线散射剂或有机紫外线吸收剂，单独或混合使用，与成纤高聚物进行共混后纺丝而制得抗紫外线纤维。

  33. 2、抗紫外线纺织品生产 • 表面涂层技术 • 浸渍加工法 • 印花法 • 轧-烘-焙法 • 微胶囊整理

  34. 表面涂层技术 在涂层剂中加入适量紫外线屏蔽剂，藉涂布器在织物表面进行精密细涂层，然后经烘干及必要的热处理，在织物表面形成一层薄膜以达到抗紫外防晒功能。 此法虽耐洗牢度及手感受到影响，但对纤维种类的适用性广，处理成本低，简单易行。涂层使用的紫外线屏蔽剂，大多是一些高折射的无机化合物，它们吸收紫外线的效果与其颗粒大小有关，添加剂的浓度及涂层厚度对其防护效果有显著影响。

  35. 整理前后织物表面微观结构 （整理后） （整理前）

  36. 洗涤50次后 越洗效果越好

  37. 浸渍加工法 • 涤纶用紫外吸收剂分散液中的紫外吸收剂具有疏水性，对涤纶纤维有一定的亲和力，因而可采用涤纶的高温高压染色工艺，与分散染料染色同浴进行。 • 水溶性的紫外吸收剂由于带有磺酸基，故可与酸性染料、金属络合染料等阴离子型染料一起同浴用于羊毛、蚕丝和锦纶的染色。 （1）染色同浴法加工 （2）单独吸尽法加工

  38. 印花法 为了提高印花织物的耐光牢度， 有时也可将紫外吸收剂加入到印花色糊中与 染料同浆印花。由于汽车内装饰织物对耐光 牢度的要求很高，故国外在其织 物印花时多将紫外吸收剂 与高耐光染料同浆印花。

  39. 轧-烘-焙法 • 水溶性的紫外吸收剂能在亲水性纤维上发生吸着。 • 不溶性的紫外吸收剂分散液中的紫外吸收剂也能在高温下在疏水性纤维上发生吸着，其机理类似于分散染料的热熔染色。 • 无机散射剂分散液中的散射剂除能在纤维上有一定量的吸附外，还能依靠添加的粘合剂而粘合在织物上 。 此法依据

  40. 微胶囊整理 • 微胶囊可以缓释紫外线吸收剂，从而达到长效防紫外的目的。 将紫外线吸收剂用微胶囊技术制成微胶囊，其囊衣以高 分子聚合物，如苯乙烯、丙烯酸酯。将紫外线吸收剂包 于囊芯，然后用粘合剂及交联剂将微胶囊固着在织物上， 可制成紫外线屏蔽率达85%以上的纺织品。 特点

  41. 第四节 织物抗紫外线性能评价 • 紫外线透射比 • 防晒因子(SPF)和紫外防护因子(UPF) • 紫外线穿透率 • 紫外线反射率 • A、B波段织物平均透射率的对数

  42. 紫外线透射比 • 紫外线透射比(又称为透过率、光传播率)是指有试样时的UV透射辐射通量与无试样时的UV透射辐射通量之比。 透射比越小越好 公式

  43. 紫外线遮挡率 • 紫外线遮挡率(又称阻断率、遮蔽率、屏蔽率)的计算公式为： 一般分为A、B、C等三种级别： 遮蔽率在90％以上者为A级 遮蔽率在80～90%者为B级 遮蔽率在50～80%者为C级 遮挡率=1-透射比

  44. 防晒因子(SPF)和紫外防护因子(UPF) • 紫外线辐射防护因数UPF也称为紫外线遮挡因数或抗紫外指数，它是衡量织物抗紫外性能的一个重要参数。 • UPF值是指某防护品被采用后，紫外辐射使皮肤达到某一损伤(如红斑、眼损伤、甚至致癌等)的临界剂量所需时间阈值，与不用防护品时达到同样伤害程度的时间阈值之比。

  45. UPF的数值及防护等级关系

  46. 紫外线穿透率 在国家标准中将UPF值与UVA透射比一起作为评价防紫外线性能的指标，规定为UPF值大于30，UVA透射比不大于5%。 穿透率是UPF值的倒数

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