棉织物抗紫外整理工艺及测试标准的研究

时间：2024-08-31

杨洋，习智华，李文燕，张新海

(1.西安工程大学纺织与材料学院，陕西西安 710048；2.东华大学化学化工与生物工程学院，上海 201620)

棉织物抗紫外整理工艺及测试标准的研究

杨洋1，习智华1，李文燕1，张新海2

(1.西安工程大学纺织与材料学院，陕西西安 710048；2.东华大学化学化工与生物工程学院，上海 201620)

探讨了加工工艺对纯棉织物防紫外线整理效果的影响。通过选取不同的防紫外线整理剂，在浸染工艺处理方式下，对工艺中整理剂浓度、整理时间及整理温度进行探讨，确定了防紫外线整理最佳的工艺，即整理剂浓度8g/L，整理温度70℃，整理时间60min。按照此最佳工艺对纯棉织物进行整理，可将皮肤无防护时计算出的紫外线辐射平均效应与皮肤有织物防护时计算出的紫外线辐射平均效应的比值(UPF)由13提升至48。并进一步探讨了不同的检测标准的差异，美国标准AATCC测试出的UPF值要高于其他几个测试标准。

抗紫外线整理纯棉织物织物UPF值影响因素

0 前言

紫外线透过臭氧层到达地球表面的量不断增多，因紫外线辐射引起的人类皮肤病发病率的不断上升，引起世界各国对紫外线辐射对人体危害的高度重视[1]。棉织物作为一种优良的服装面料，广泛受到人们的喜爱，但是棉织物的抗紫外性能很差，且是紫外线最容易透过的面料之一[2，3]。因此，研究纯棉织物的紫外线防护对保护人类健康具有重大意义。

研究表明，织物防紫外线辐射效果的差异，与屏蔽剂的种类、添加量的多少、加工方法有关，还与原料的种类，纱线的表面形态及结构，织物的组织、结构、规格、色彩等有关[4-6]。目前，普遍认为羊毛、涤纶等纤维由于分子结构中含有苯环和芳香族氨基酸，对小于300nm的紫外线有较强的吸收性，因此，具有较好的防护阻隔作用；聚酯纤维由于纺丝时加人了二氧化钛作消光剂，所以纤维的防紫外线辐射效果较好；一般棉、粘胶、锦纶、腈纶等纤维的防护阻隔作用较小[7-10]。但各种文献在进行这些讨论时，就纺织产品的服用性与功能性统一的问题未能达成一致。

本文将以棉织物为整理对象，主要研究整理工艺流程及工艺参数对防紫外线整理效果的影响，包括整理剂的选择，不同的工艺参数(整理剂浓度、整理温度和时间)及不同的测试标准之间测试结果的差异，在此基础上探讨抗紫外整理工艺因素对棉织物抗紫外效果的影响。

1 试验部分

1.1 材料与仪器

材料：246×216纯棉机织布，292×262纯棉机织布。

药品：整理剂UV-SUN CEL LIQ，工业品，亨斯迈纺织染化(中国)有限公司；整理剂UV-SUN WEC LIQ，工业品，亨斯迈纺织染化(中国)有限公司；整理剂DM-3090，工业品，广东德美精细化工股份有限公司；Na2CO3，化学纯，西安环宇化学与仪器厂；NaCl，化学纯，西安环宇化学与仪器厂；Na2SO4，化学纯，西安环宇化学与仪器厂；NaOH，化学纯，西安环宇化学与仪器厂。

仪器：紫外线透过测试仪，HD902C，南通宏大实验仪器有限公司；恒温水浴锅，HH-2，北京科伟永兴仪器有限公司；电热鼓风烘箱，DHG-9076A，北京科伟永兴仪器有限公司；热定型机，LA-205，日本株式会社；电子分析天平，BS210S，德国塞多利斯公司；全自动型白度仪，WS-Ⅲ，温州鹿东仪器厂。

1.2 不同整理剂浸染时工艺流程

1.2.1 UV-SUN WEC的整理工艺

工艺处方：

UV-SUN WEC 5g/L

元明粉 20g/L

纯碱 15g/L

温度 70℃

浴比 1∶20

时间 70min

工艺流程：加入元明粉(30℃)→2℃/min升温(70℃时加入整理剂，保温20min)→加入纯碱(保温50min)

1.2.2 UV-SUN CEL的整理工艺

工艺处方：

UV-SUN CEL 5g/L

元明粉 20g/L

纯碱 15g/L

温度 70℃

时间 70min

工艺流程：加入元明粉(30℃)→2℃/min升温(70℃时加入整理剂，保温20min)→加入纯碱(保温50min)

1.2.3 DM-3090的整理工艺

工艺处方：

DM-3090 5g/L

元明粉 10g/L

温度 100℃

浴比 1∶20

Vanavanan等[15]对年龄为30～79岁无心血管疾病史的一般人群，进行了一项为期11.7年的前瞻性研究，结果显示随着sdLDL的四分位分组增高，其心血管疾病风险也随着增加。

时间 60min

工艺流程：加入整理剂(30℃，调pH值)→2℃/min升温(100℃时加入整理剂，保温60min)

1.3 测试方法

1)白度的测定，采取GB/T17644-2008标准在WS-Ⅲ全自动型白度仪上测试整理后的棉织物的白度；

2)UPF值的测定，采取GB/T18830-2003标准在HD902C防紫外线测试仪上测试整理后棉织物的UPF。

2 结果与讨论

2.1 浸染工艺下不同整理剂对棉织物抗紫外线效果的影响

本节选用了3种市面上常见的防紫外线整理剂，分别按照工艺曲线1.2.1、1.2.2、1.2.3节中工艺处方及流程，对棉织物进行整理，整理后分别测定其UPF值和白度值，测试结果如表1所示。

表1 不同整理剂对UPF及白度值的影响

注:*1 长波黑斑效应紫外线，直达肌肤的真皮层，破坏弹性纤维和胶原蛋白纤维，将皮肤晒黑；*2 中波红斑效应紫外线，长期或过量照射会令皮肤晒黑，并引起红肿脱皮。

从表1可以看出，经过抗紫外线整理后的棉织物都能达到较好的防紫外线效果(根据中国标准GB/T18830-2003规定UPF值大于30，紫外线透过率小于5%，即为非常好的防护效果)。整理剂UV-SUN WEC LIQ的整理效果最理想，但对织物白度影响较大，整理后需进一步改善其白度，工艺较为繁琐。整理剂DM-3090对白度影响较小，但防护效果稍差于前两者，而整理剂UV-SUN CEL LIQ整理后的棉织物具有优异的抗紫外线性能，且对棉织物的白度影响较小。因此后续的实验中采用的整理剂为UV-SUN CEL LIQ。

2.2 浸染工艺下整理剂浓度对棉织物抗紫外线效果的影响

根据1.2.2中工艺流程，选择不同整理剂浓度，分别为0g/L、2g/L、4g/L、6g/L、8g/L，对棉织物进行整理。整理后棉织物的UPF值及UVA、UVB透过率如图1所示。

从图1中可以看出，加入整理剂以后织物的UPF值大幅度提高，从13.7升高到38.4，UVA、UVB透过率大幅度降低，分别从9.21%降低到3.09%、8.26%降低到2.08%，这是由于当紫外线照射到织物上，整理剂分子吸收紫外线后，由基态跃迁至第一激发态，然后通过分子内氢键进行分子内质子转移，经过一系列跃迁回到基态。从而减少了紫外线的透过率，提高了织物的紫外线防护等级。随着整理剂用量的增加，对紫外线的吸收也随之增加，当浓度达到8g/L时，接近纤维素对整理剂的吸附饱和值，透过率达到最小值，UPF达到最大值。因此，整理剂的浓度选择为8g/L。

图1 整理后棉织物的UPF值及UVA、UVB透过率

2.3 浸染工艺下整理时间对棉织物抗紫外线效果的影响

根据1.2.2中工艺流程，选择不同整理时间，分别为40min、50min、60min、70min、80min，整理剂浓度选取8g/L，对棉织物进行整理，整理后棉织物的UPF值及UVA、UVB透过率如图2所示。

图2 整理后棉织物的UPF值及UVA、UVB透过率

从图2中可以看出，随着整理时间的增加，被整理后织物的UPF值随之增大，最大值为51.5，随后开始降低。UVA及UVB透过相应的先减小后增大，最小分别为2.47%、1.49%。由此可知，整理织物的时间对整理后织物的抗紫外效果有着极大的影响，当整理时间为60min时达到峰值，此时纤维对整理剂的吸附达到最大值，整理后棉织物的抗紫外线的能力最好。因此，整理60min为本文中最合适的时间，过长过短都不能使整理后棉织物抗紫外性能提高到最大。

2.3 浸染工艺下整理温度对棉织物抗紫外线效果的影响

根据1.2.2中工艺流程，选择不同整理温度，分别为50℃、60℃、70℃、80℃、90℃，整理剂浓度选取8g/L，整理时间为60min，对棉织物进行整理，整理后织物的UPF值及UVA、UVB透过率如图3示。

图3 整理棉织物的UPF值及UVA、UVB通过率

从图3可以看出随着整理温度的增加织物的UPF值随之增大，在70℃时达到最大值51.5。UVA/UVB透过率相应减小，当整理时间为70℃时达到最低值，分别为2.47%、1.49%，此时，纤维对整理剂的吸附达到最大值，整理后棉织物的抗紫外性能达到最好。因此，在整理温度为70℃时，整理效果最好。

通过对整理剂浓度、整理时间、整理温度的确定，在确定的工艺参数下对棉织物进行平行实验，以确定该工艺的可应用性，结果见表2所示。由表2可知，按照优化后的工艺进行整理，织物能获得非常优异的紫外线防护效果。

表2 优化方案的整理效果

2.4 不同测试标准的差异性

因标准不同，不同研究者采取不同标准时所得到的结论无法进行对比。为探究不同标准的差异性，选取两种规格不同的棉织物(246×216纯棉机织布，292×262纯棉机织布)，分别用不同的测试标准进行测试GB/T18830-2003、EN13758.2、AS/NZS4399、AATCC-183，其测量结果如表3、表4所示。

表3 246×216棉织物不同测试标准的差异

表4 292×262棉织物不同测试标准的差异

从表3可以看出，对于UPF值，中国标准GB/T18830-2003与欧盟标准EN13758.2相同。AATCC183>(GB/T18830-2003=EN13758.2)>AS/NZS4399。中国标准GB/T18830-2003与美国标准AATCC183中的UVA透过率完全相同。但GB/T18830-2003标准比AATCC183标准中UVB的透过率偏大。

对于UVA、UVB的透过率，AS/NZS4399标准中的两组数据都比AATCC-183标准大，所以AS/NZS4399标准实际测量结果的UPF值比AATCC183标准的UPF值小。因为AATCC-183标准要求在测试样品时，第二次紫外线透射量必须与第一次相比偏转45°角，第三次与第二次相比偏转45°角，而其他三个测试标准在测试样品时不需要偏转角度，从而导致测试时紫外线的强度略有下降。

AS/NZS4399标准参照的光谱辐照度为澳大利亚墨尔本市1月1日夏季中午的太阳光，其他三个测试标准参照美国新墨西哥洲阿尔伯克基市7月3日夏季中午的太阳光，这个因素也会对测量结果造成影响。因此，在研究过程中，不需要和其他研究者进行数据上的对比。

3 结论

本文筛选出一种市场上普遍使用的抗紫外整理剂中效果最为优异的一种，即UV-SUN CEL LIQ，并着重探究了工艺因素对纯棉织物防紫外线效果的影响，通过实验研究和分析测试，主要得出如下结论：1)不同的测试标准因为地域环境差异及对织物的适用范围和测试光线不同，会导致测量结果不同。2)确定了防紫外线整理剂的最佳工艺：整理剂用量为8g/L，整理温度为70℃，整理时间为60min。

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2016-09-13

杨洋(1991-)，男，硕士研究生，研究方向：纺织化学与染整。