太陽(yáng)傘防紫外線的原理

上世紀(jì)20年代以來(lái)，由于碳氟系溶劑和氟利昂的大量使用，地球大氣層中臭氧層遭到嚴(yán)重破壞，使到達(dá)地球表面的紫外線不斷增加。紫外線是波長(zhǎng)200-40Onm電磁波，波長(zhǎng)400-32Onm區(qū)域稱UV-A;波長(zhǎng)320-28Onm區(qū)域稱UV-B;波長(zhǎng)280-200nm的區(qū)域稱UV-C。UV-C波長(zhǎng)較短，在空氣中己被吸收，不能到達(dá)地球表面。紫外線在日光中約占6%，其中UV-A比例較大，UV-B比例較小。UV-A會(huì)透過(guò)表皮組織，使肌肉失去彈性，皮膚粗糙，形成皺紋。UV-B則和致癌物質(zhì)有聯(lián)系。因此要能有效地屏蔽UV-B和UV-A中短波長(zhǎng)部分。

一般來(lái)講，適量的紫外線輻射具有殺菌作用并能促進(jìn)維生素D的合成，有利于人體健康。但在烈日持續(xù)照射下，人體皮膚會(huì)失去抵御能力，易發(fā)生灼傷，出現(xiàn)紅斑或水泡。過(guò)量的紫外線照射還會(huì)誘發(fā)皮膚病(如皮炎、色素干皮癥)，甚至皮膚癌，促進(jìn)白內(nèi)障的生成并降低人體的免疫功能。有資料顯示，臭氧層每減少1%，紫外線輻射強(qiáng)度就增大2%，患皮膚癌的可能性將提高3%。因此，為了保護(hù)人體避免過(guò)量紫外線輻射，紡織品防紫外線輻射整理已刻不容緩。

一、紡織品防紫外線輻射整理機(jī)理

紡織品防紫外線輻射整理的機(jī)理，是在紡織品上施加一種能反射和，或有強(qiáng)烈選擇性吸收紫外線，并能進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，以熱能或其他無(wú)害低能輻射，將能量釋放或消耗的物質(zhì)。施加這些物質(zhì)后的紡織品，對(duì)織物各項(xiàng)服用性無(wú)不良影響，并達(dá)到使用要求。因此，紡織品防紫外線輻射整理與高分子的耐光穩(wěn)定性有相似之處。不過(guò)，耐光性是保護(hù)高分子化合物，防紫外線照射后引起的自動(dòng)氧化，導(dǎo)致聚合物的降解，使外觀和結(jié)構(gòu)性能變化;而防紫外線輻射整理是防護(hù)人體免使過(guò)量的紫外線照射引起的傷害。

從光學(xué)原理上講，光射到物體上，有一部分在表面反射，部分被物體吸收，其余的則透過(guò)物體�？墒�，經(jīng)防紫外線輻射整理的織物，光射到織物上，一部分通過(guò)織物的間隙透過(guò)織物，織物上的紫外線屏蔽劑不是將紫外線反射，就是選擇性吸收并將其能量轉(zhuǎn)換成低能而釋放，以致將紫外線遮蔽。

二、紡織品防紫外線輻射功能的影響因素

織物防紫外線的能力，主要取決于織物本身的屏蔽紫外線的能力。織物通常具有比較復(fù)雜的表面，它們除了吸收光之外，還有散射和反射光線的作用。而散射和反射作用則因單纖維表面形態(tài)、織物組織規(guī)格、色澤深淺差異和印染后整理方法不同而有顯著的變化。因此，研究紡織品防紫外線輻射性能時(shí)，要綜合考慮各種因素。

1、纖維種類

纖維種類不同，其紫外線透過(guò)率、紫外線防護(hù)系數(shù)(UPF)也不同。聚酯、羊毛纖維等比棉、粘膠纖維的紫外線透過(guò)率低、紫外線防護(hù)系數(shù)小。因聚酯結(jié)構(gòu)中的苯環(huán)和羊毛蛋白質(zhì)分子中的芳香族氨基酸，對(duì)小于300nm

的光都具有很大的吸收性。所以具有防紫外線功能的毛、麻類、蠶絲、滌綸、防紫外化纖等作為首選原料。而棉織物防紫外線的能力相對(duì)較差，是紫外線最易透過(guò)的面料。因此，對(duì)棉織物進(jìn)行防紫外線輻射整理最為迫切。

2、織物結(jié)構(gòu)

織物結(jié)構(gòu)決定了織物的幾何形態(tài)和它的多孔結(jié)構(gòu)�？椢锝Y(jié)構(gòu)包括厚度、緊密度(覆蓋系數(shù)或空隙率)等。緊密的結(jié)構(gòu)需要大量的經(jīng)緯紗，覆蓋系數(shù)大，UV透射率低，防護(hù)作用就大。稀松織物的覆蓋系數(shù)低，光線不易受到遮蔽，其防護(hù)作用就小。紫外線防護(hù)系數(shù)(UPF)隨著織物的密度而增加。對(duì)于織物重量較重的厚重織物也有相似的情況。

3、織物色澤

織物上的染料對(duì)織物紫外線透過(guò)率有相當(dāng)大的影響。這是由于為得到某一色澤，染料必須選擇性地吸收可見(jiàn)光輻射，而有些染料的吸收帶伸展到紫外光譜區(qū)域，因此它起著紫外線吸收劑的作用。一般來(lái)說(shuō)，隨著紡織品色澤的加深，織物紫外線透過(guò)率隨之減少，防紫外線輻射性能提高。此外，化學(xué)纖維的消光處理也影響其紫外線透過(guò)率。

4 、織物印染后整理方法

抗紫外線后整理的方式與產(chǎn)品的最終用途有關(guān)。作為服裝面料，考慮到夏季穿著時(shí)對(duì)柔軟性和舒適性的要求，對(duì)于滌綸、氨綸等合成纖維織物，可選擇適當(dāng)?shù)淖贤饩�吸收劑，并與分散性染料一起，進(jìn)行高溫高壓染色，使紫外線吸收劑分子融入纖維內(nèi)部;對(duì)于棉、麻類織物，可用浸軋法，經(jīng)烘干和熱處理后，將紫外線吸收劑固著在織物表面。對(duì)于裝飾用、產(chǎn)業(yè)用紡織品，可選用涂料印花或涂層法，將具有抗紫外線效果的反光陶瓷材料粘合劑涂印在織物表面，形成一層防護(hù)薄膜;也可用紫外線屏蔽劑或紫外線吸收劑對(duì)織物表面進(jìn)行精密涂層，經(jīng)烘干和熱處理后，在織物表面形成一層薄膜。涂層劑可選用PVC、PA、PU等，也可與陶瓷微粉共混涂層。此外，應(yīng)用納米技術(shù)及微膠囊技術(shù)，也可增強(qiáng)織物的抗紫外線功能。

5、其他因素

紡織品防紫外線輻射性能的一般規(guī)律:短纖織物優(yōu)于長(zhǎng)絲織物;加工絲產(chǎn)品優(yōu)于化纖原絲產(chǎn)品，細(xì)纖維織物比粗纖維織物好;扁平異型化纖織物優(yōu)于圓型截面化纖織物;機(jī)織物優(yōu)于針織物。

三、紫外線屏蔽劑

所謂紫外線屏蔽劑，即具有吸收或反射紫外線作用的物質(zhì)。紫外線屏蔽劑可分為無(wú)機(jī)和有機(jī)兩類化合物。

1、 無(wú)機(jī)類紫外線屏蔽劑

無(wú)機(jī)類紫外線屏蔽劑，也稱紫外線反射劑，主要通過(guò)對(duì)入射紫外線反射或折射，而達(dá)到防紫外線輻射的目的。它們沒(méi)有光能的轉(zhuǎn)化作用，只是利用陶瓷或金屬氧化物等細(xì)粉與纖維或織物結(jié)合，增加織物表面對(duì)紫外線反射和散射作用，以防止紫外線透過(guò)織物而損害人體皮膚。這些粉末包括高嶺土、碳酸鈣、滑石粉、氧化鐵、氧化鋅、氧化亞鉛等。經(jīng)試驗(yàn)，在310-370nm波長(zhǎng)區(qū)，對(duì)紫外線的反射或防護(hù)效果，以氧化鋅和氧化亞鉛為好，二氧化鐵和高嶺土也有一定的作用。這些無(wú)機(jī)組分與有機(jī)類紫外線屏蔽劑相比有一定優(yōu)點(diǎn)，除耐光與防紫外線比較優(yōu)越外，耐熱性能也比較突出。特別是氧化鋅還具有抗菌防臭功能。

2、 有機(jī)類紫外線屏蔽劑

有機(jī)類紫外線屏蔽劑，也稱紫外線吸收劑，主要是吸收紫外線并進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，將紫外線變成低能量的熱能或波長(zhǎng)較短的電磁波，從而達(dá)到防紫外線輻射的目的。作為紡織品用的紫外線吸收劑應(yīng)具有:

(1)安全無(wú)毒，特別對(duì)皮膚應(yīng)無(wú)刺激和過(guò)敏反應(yīng);

(2)吸收紫外線范圍廣和效果良好;

(3)對(duì)熱、光和化學(xué)品穩(wěn)定，無(wú)光催化作用;

(4)吸收紫外線后無(wú)變色現(xiàn)象;

(5)不影響或少影響紡織品的色牢度、白度、強(qiáng)力和手感等;

(6)耐常用溶劑和耐洗性良好。

國(guó)內(nèi)外紫外線吸收劑品種很多，常用的第一代產(chǎn)品有水楊酸酯類化合物、金屬離子整合物、薄荷酯類、苯并三唑類和二苯甲酮類等。這些紫外線吸收劑沒(méi)有反應(yīng)性官能團(tuán)，不易固著，很易擴(kuò)散。第二代吸收劑包括瑞士汽巴嘉基公司開(kāi)發(fā)的鄰-羥基苯-二苯基三唑的衍生物，是一種陽(yáng)離子自分散型配方，可用于高溫染色、軋染、印花等，有優(yōu)良的升華牢度和熱固著性能。瑞士科萊恩公司開(kāi)發(fā)的Rayosan

系列可與纖維素纖維上的羥基和聚酰胺上的氨基反應(yīng)，不改變織物外觀、手感、透氣性，也有耐光和耐水洗牢度。

紫外線吸收劑可使紫外線能量轉(zhuǎn)化為光、熱等形式釋放，在一定程度上是穩(wěn)定的，但長(zhǎng)時(shí)間、大劑量的紫外線照射會(huì)引起吸收劑分子分解。因此，為提高整理效果的耐久性，通常可采用微膠囊技術(shù)，將吸收劑裝入微膠囊中，對(duì)織物進(jìn)行后整理。

總之，對(duì)紫外線屏蔽劑的研究應(yīng)注重于提高織物的防紫外線輻射性能及耐久性，適用于各種不同纖維原料的織物，不影響織物的柔軟度、色牢度及強(qiáng)力，并盡量保證整理劑本身及對(duì)人體、織物、環(huán)境不產(chǎn)生危害和污染。還應(yīng)研究整理劑濃度與不同織物品種之間的一般規(guī)律，加強(qiáng)加工工藝研究，在滿足紡織品的防紫外性能指標(biāo)要求的基礎(chǔ)上，盡可能地降低生產(chǎn)成本。

四、提高紡織品防紫外線輻射功能的途徑

為減少紫外線對(duì)皮膚的傷害，必須減少紫外線透過(guò)織物的量。而減少紫外線的透過(guò)量主要有以下三種途徑。

1、防紫外線纖維

主要指在合成纖維生產(chǎn)過(guò)程中，摻入紫外線屏蔽劑，用共混和芯鞘等方法紡絲，使纖維具有遮蔽紫外線的功能。這種方法所得到的織物效果持久且手感較好，但對(duì)處理技術(shù)要求高，成本大，且有不易用于天然纖維及在混紡時(shí)效果難以控制等弱點(diǎn)。

日本可樂(lè)麗公司于90年代初首家推出具有防紫外線功能的"Esmo"纖維，即在PET聚合物熔體中均勻摻入細(xì)陶瓷粉末紡制成滌綸纖維。近年來(lái)，發(fā)現(xiàn)將特殊結(jié)構(gòu)的陶瓷超細(xì)微粒混入纖維內(nèi)制成的纖維，不僅能屏紫外線，又有隔熱作用(即反射可見(jiàn)光和紅外線)。

2 、防紫外線輻射整理

紡織品防紫外線輻射整理的整理工藝與其最終用途有關(guān)，其整理工藝大致有以下四種:

（1）高溫高壓吸盡法

對(duì)滌綸、耐綸等合成纖維織物的紫外線屏蔽整理，可以與分散性染料高溫高壓染色時(shí)同浴進(jìn)行。這時(shí)紫外線吸收劑分子溶入纖維內(nèi)部，只要選擇合適的(包括皮膚毒性低)紫外線吸收劑就可以。

（2）常壓吸盡法

對(duì)于一些水溶性的吸收劑處理羊毛、蠶絲、棉以及錦綸紡織品，則只需在常壓下于其水溶液中處理，類似水溶性染料染色。有些吸收劑也可以采用和染料同浴進(jìn)行一浴法染色整理加工。

（3）浸軋法

由于紫外線屏蔽劑大多不溶于水，又對(duì)棉、麻等天然纖維缺乏親和力，因此不能用吸盡法，而采用與樹(shù)脂(或粘合劑)同浴，將屏蔽劑固著在織物(纖維)表面。浸軋液由紫外線屏蔽劑、樹(shù)脂、柔軟劑等組成。但經(jīng)干熱處理后，織物上孔眼易被樹(shù)脂(粘合劑)所覆蓋，會(huì)影響整理織物的風(fēng)格、吸水性和透氣性。

（4）涂層法

一般在涂層劑中加入適量紫外線屏蔽劑，藉涂布器(如懸浮刮刀、圓網(wǎng)等)在織物表面進(jìn)行涂層，然后經(jīng)烘干及必要的熱處理，在織物表面形成一層薄膜。這類方法雖使耐洗牢度及手感受到影響，但對(duì)纖維種類的適用性廣，處理成本低，對(duì)應(yīng)用的技術(shù)和設(shè)備要求不高。涂層法使用的紫外線屏蔽劑，大多是一些高折射的無(wú)機(jī)化合物，它們吸收紫外線效果與其顆粒大小有關(guān)。

由于紫外線屏蔽劑幾乎不溶于水，如把屏蔽劑溶于非水溶劑中進(jìn)行整理加工，不僅操作不便，而且污染環(huán)境，一般大多采用對(duì)紫外線屏蔽劑進(jìn)行乳化處理，使屏蔽劑均勻分散于水相中，并能較穩(wěn)定保持紫外線屏蔽作用，對(duì)織物進(jìn)行整理;或通過(guò)改變紫外線屏蔽劑分子結(jié)構(gòu)，從而賦予屏蔽劑以水溶性，但由于母體分子結(jié)構(gòu)小，影響了整理劑結(jié)構(gòu)，提高了成本。

3、 防紫外線纖維與織物后整理相結(jié)合

紫外線吸收劑與紫外線反射劑在纖維或織物上同時(shí)應(yīng)用，則可以增效，防護(hù)效果更為優(yōu)越，如尤尼卡公司的托納多UV先用含特殊陶瓷粉的聚酯長(zhǎng)絲制成織物，再以紫外線吸收劑進(jìn)行后整理，所得織物的紫外線屏蔽率達(dá)90%以上。

五、防紫外線輻射整理紡織品性能的效果評(píng)價(jià)

目前，防紫外線織物國(guó)際上尚無(wú)統(tǒng)一的測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)，常用的測(cè)試方法有以下4種:

1、紫外分光光度計(jì)法

用紫外分光光度計(jì)法或紫外線強(qiáng)度計(jì)測(cè)定各種防紫外線試樣的分光透過(guò)率曲線，可以判斷各波長(zhǎng)的透過(guò)率，并可用面積比求出某一紫外線區(qū)域的平均透過(guò)率，評(píng)價(jià)防護(hù)效果。但這種方法有其不完善之處。因此纖維織物大都呈半透明狀，表面凹凸不平，因此光在織物中透過(guò)情況較復(fù)雜，除部分光被材料吸收外，還有光的折射和反射，折射反射量和單纖維的表面形態(tài)、織物組織結(jié)構(gòu)和厚度密切相關(guān)，因而測(cè)出的透過(guò)率偏低。只有采用較完善的測(cè)試手段，如使用有積分球捕集裝置或乳白玻璃消除擴(kuò)散法，以及用END-ON型光電倍增管的分光光度計(jì)將所有方向的光加以捕集，才有可能獲得準(zhǔn)確值。

織物經(jīng)整理后，防紫外線福射的效果比原織物有所改進(jìn)，因此除測(cè)定絕對(duì)值外，一般還可作空白試驗(yàn)，用以相對(duì)比較其紫外線透過(guò)的降低百分率，表示整理織物的防紫外線效果。

2 、皮膚直接照射法

在同一皮膚相近部位，以一塊或幾塊織物覆蓋皮膚，用紫外線直接照射，記錄和比較出現(xiàn)的時(shí)間以進(jìn)行評(píng)定。

測(cè)定陽(yáng)光防曬因素(Sun ProtectionFactor)。為適應(yīng)防護(hù)紫外線輻射的嚴(yán)格科學(xué)意義，現(xiàn)已逐漸改用紫外線輻射防護(hù)系列UPF(Ultra violet protectionFactor)，它指防護(hù)品被采用后，紫外輻射使皮膚達(dá)到出現(xiàn)紅斑的臨界劑量所需時(shí)間和不用防護(hù)品時(shí)達(dá)到同等傷害程度的時(shí)間值之比。根據(jù)UPF的測(cè)量結(jié)果評(píng)價(jià)織物抗紫外線輻射的防護(hù)效果。UPF值越大，即表示防護(hù)效果越好。

UPF范圍 防護(hù)等級(jí)(Protection Category)

15-24 防護(hù)效果良好(Good Protection)

25-39 防護(hù)效果很好(Very Good Protection)

40-50，50+ 防護(hù)效果極佳(Excellent Protection)

3 、變色褪色法

利用光敏染料染色的基布，放在標(biāo)準(zhǔn)紫外光光源下，上面覆蓋待測(cè)織物，開(kāi)啟光源，光照一定時(shí)間后，然后觀察覆蓋物下面光敏染料染色基布的顏色變化情況，顏色變化越小，說(shuō)明待測(cè)織物阻隔紫外線的效果越好。

4、 紫外線強(qiáng)度累計(jì)法

利用紫外光照射放在紫外線強(qiáng)度累計(jì)儀上的織物，按給定時(shí)間照射，測(cè)定出通過(guò)織物的紫外線累計(jì)量，然后進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于防紫外線織物質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)，現(xiàn)在采用紫外線遮蔽率較多。紫外線屏蔽率是目前國(guó)內(nèi)產(chǎn)品區(qū)分防紫外線效果好壞的標(biāo)準(zhǔn)。A級(jí):紫外線屏蔽率大于90%;B級(jí):紫外線屏蔽率80%-90%;C級(jí):紫外線屏蔽率50%-80%。一般應(yīng)選A級(jí)為宜。屏蔽率是以280-400nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的透過(guò)率積分值求得的。此外，由于防紫外線整理織物主要是制作夏天服裝，與人體皮膚直接接觸，因此必須加強(qiáng)對(duì)防紫外線整理劑的皮膚過(guò)敏試驗(yàn)，急性毒性試驗(yàn)以及致畸試驗(yàn)等一系列安全檢測(cè)，確保產(chǎn)品對(duì)人類安全，對(duì)環(huán)境無(wú)害。