抗紫外线整理全解.ppt

抗紫外线整理武宗文1本章主要学习内容、紫外线防护概述、紫外线屏蔽原理3、常用紫外线整理剂4、纺织品防紫外线整理加工方法5、纺织品防紫外线性能评定2紫外线防护概述1.1紫外线的特征1.2 紫外线对人体的益处1.3 紫外线对人体的危害 1.4紫外线的分类1.5 紫外线的能量1.6影响织物紫外线透过率的因素3Ultra Violet1.1紫外线的特征紫外线的特征红外线、可见光、紫外线、X射线、射线同属于电磁波,只是波长和能量不同.41.2 紫外线对人体的益处紫外线对人体的益处太阳照射太阳照射 维生素维生素D合成合成 骨骼发育；骨骼发育；儿童多晒太阳，防止佝偻病，身体健康；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皮肤晒得又黑又红是健康的象征等等紫外线具有杀菌消毒作用，有利于保持卫紫外线具有杀菌消毒作用，有利于保持卫生。生。5 过多遭受紫外线辐射产生的危害有：过多遭受紫外线辐射产生的危害有：引起急性角膜炎和结膜炎，慢性白内引起急性角膜炎和结膜炎，慢性白内障等眼疾；障等眼疾；对皮肤造成伤害，甚至诱发皮肤癌；对皮肤造成伤害，甚至诱发皮肤癌；对人体免疫系统造成破坏对人体免疫系统造成破坏 1.3 紫外线对人体的危害紫外线对人体的危害 61.4紫外线的分类及特点紫外线的分类及特点名称名称符号符号波长波长/nm对皮肤影响对皮肤影响近紫外线近紫外线UVA315400危险性较小，可穿过真皮层，可导致危险性较小，可穿过真皮层，可导致皮肤老化，占总量皮肤老化，占总量95%-98%。远紫外线远紫外线UVB280315 能量大，比能量大，比UVA更危险，能穿过人的更危险，能穿过人的表皮，引起晒伤、皮肤肿瘤，占总量表皮，引起晒伤、皮肤肿瘤，占总量2%-5%。超短紫外线超短紫外线UVC200280穿透力接近穿透力接近X和和Y射线，对皮肤和射线，对皮肤和眼睛都很危险，由于大气臭氧层的眼睛都很危险，由于大气臭氧层的吸收，无吸收，无UVC可到达地面，实际生可到达地面，实际生活中的电弧光可产生活中的电弧光可产生UVC7E=hy，普朗克常量h=6.63 10-34表表1 光的波长和能量光的波长和能量波长波长/nm200300400500700800光能量光能量/(k J/mol)598397301238171146表表2 几种典型化学键的离解能几种典型化学键的离解能化学键化学键O-HC-HC-CC-Cl离解能离解能/(kJ/mol)4624133473261.5 紫外线的能量紫外线的能量81.6 影响织物紫外线透过率的因素影响织物紫外线透过率的因素1)织物的组织和结构：随着织物密度、厚度和质量增加、紫外线的透过率越小。紫外线防护性能取决于织物的覆盖系数2)织物纤维的种类：纤维材料分子结构影响紫外线吸收性能。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。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。4)含湿量：湿衣物较干的衣物具有较低的紫外线透过率5)纤维形状：一般短纤维抗紫外线能力优于长丝织物，细纤维织物优于粗纤维织物，扁平异形化纤织物优于圆形截面化纤，机织物优于针织物9紫外线屏蔽原理及方法2.1 织物对紫外线的吸收与反射作用2.2抗紫外线机理2.3紫外线整理剂的分类2.3防紫外线织物生产方法10吸收吸收反射反射散射散射直接辐射直接辐射透过透过太阳光太阳光2.1 织物对紫外线的吸收与反射作用织物对紫外线的吸收与反射作用112.2抗紫外线机理抗紫外线机理反射作用：通过一些无机材料对紫外线的反射或散射作用，降低紫外线透过率。吸收作用：紫外线吸收剂在吸收紫外线光能量后，分子内产生电子能级迁移，由基态到激发态，由于激发态处于高能量态不稳定，电子又可能回到基态或过渡态，同时放射出较低能量的辐射能，最终以光和热的形式释放这些能量并恢复到其原来的分子结构。122.3 紫外线整理剂分类紫外线整理剂分类(1)无机紫外线整理剂反射材料：包括金属、金属氧化及其盐类，氧化锌，氧化钛，氧化硅等(2)有机紫外线吸收剂紫外线吸收剂：苯酮类化合物、苯并三唑类化合物、水杨酸类化合物、三嗪类化合物等。131）在化纤纺丝或聚合的过程中加入紫外线屏蔽剂生产抗紫外线纤维，再织成织物。抗紫外线性能更持久。2）在织物后整理加工时通过浸轧或涂层的方法赋予纺织品抗紫外线功能。采用此种方法获得的抗紫外线功能耐水洗牢度差，且对织物风格会有一定程度的影响。2.4抗紫外线织物的制造方法抗紫外线织物的制造方法143、常用紫外线整理剂、常用紫外线整理剂纺织品紫外线吸收剂应具有的条件：纺织品紫外线吸收剂应具有的条件：吸收紫外线的波长范围要宽，吸收系数要大，尽吸收紫外线的波长范围要宽，吸收系数要大，尽 可能吸收可能吸收 280400nm，并且吸收稳定；，并且吸收稳定；对纺织品无光催化现象，不影响织物的色泽、白度对纺织品无光催化现象，不影响织物的色泽、白度和色牢度；和色牢度；产品安全无毒，无刺激性等有害气味，对人体皮肤产品安全无毒，无刺激性等有害气味，对人体皮肤无过敏反应；无过敏反应；与其它化学品兼容性好，具有一定的耐洗涤性能与其它化学品兼容性好，具有一定的耐洗涤性能 15无机紫外线整理剂或屏蔽剂无机紫外线整理剂或屏蔽剂金属、金属氧化及其盐类：氧化锌、氧化钛、三氧化二铝、高岭土、滑石粉、氧化铁、炭黑、碳酸钙、二氧化硅等，特点特点无毒、无味、热稳定性好、不分解、不挥发，高效安全，3.1无机紫外线整理剂163.1无机紫外线整理剂纳米材料抗紫外线剂 近来把纳米技术引入到纺织中，通过添加具有紫外线屏蔽作用的纳米级TiO2和ZnO来提高织物的紫外线防护性能。纳米微粒的小尺寸效应、表面效应等，使材料具有特殊性能。当粒径约为1/2波长时，对紫外线的屏蔽效果最好。173.2有机紫外线吸收剂能强烈地、选择性地吸收高能量的紫外线，将吸收的能量以热能或无害的低能辐射释放出来而消耗掉。紫外线吸收剂的光能吸收与转化机理随种类不同而异，从分子结构上讲，一般都具有共轭结构和氢键，吸收紫外线后能转化成热能或荧光等。18表表3 不同种类的紫外线吸收剂不同种类的紫外线吸收剂种类种类结构式结构式机理机理备注备注二二苯苯甲甲酮酮类类R，R为烷基，烷氧为烷基，烷氧基基分子中的羰基与羟基能生分子中的羰基与羟基能生成内在氢键，构成了一个成内在氢键，构成了一个螯合环，吸收紫外线后，螯合环，吸收紫外线后，发生分子的热运动，内在发生分子的热运动，内在氢键破坏，螯合环打开，氢键破坏，螯合环打开，把紫外光的能量变成热能把紫外光的能量变成热能而释放出来。而释放出来。在羰基的邻位在羰基的邻位必须含有个羟必须含有个羟基，否则不能基，否则不能形成内在氢键，形成内在氢键，就不能作为紫就不能作为紫外线吸收剂。外线吸收剂。水水杨杨酸酸酯酯类类R=芳基或取代芳基芳基或取代芳基也有分子内氢键，但是开也有分子内氢键，但是开始时对紫外线的吸收能力始时对紫外线的吸收能力较低，经紫外线照射一定较低，经紫外线照射一定时间后，吸收能力增大，时间后，吸收能力增大，由于其在紫外线的照射下由于其在紫外线的照射下发生分子重排，形成了紫发生分子重排，形成了紫外线吸收能力强的二苯甲外线吸收能力强的二苯甲酮结构，从而强化紫外线酮结构，从而强化紫外线吸收能力。吸收能力。分子重排后生分子重排后生成的双羟基二成的双羟基二苯甲酮及其衍苯甲酮及其衍生物可吸收部生物可吸收部分可见光而呈分可见光而呈现黄色。现黄色。19X 或 Y=苯并苯并三唑三唑类类吸收机理与二苯甲酮类相吸收机理与二苯甲酮类相似似对对400nm的可的可见光不吸收，见光不吸收，制品不会泛黄。制品不会泛黄。三三嗪嗪类类推测是按顺反异构化，使推测是按顺反异构化，使光的能量转换成无害的能光的能量转换成无害的能量而释放出来。量而释放出来。吸收紫外线的吸收紫外线的效果同邻羟基效果同邻羟基的个数有关，的个数有关，邻羟基个数越邻羟基个数越多，吸收紫外多，吸收紫外线的能力越强。线的能力越强。203.2有机紫外线吸收剂缺点：使用的范围较窄，且牢度不好；添加有机物会对人体造成危害；会带来废水对环境的污染问题。21防紫外线整理产品的安全性防紫外线整理产品的安全性由于防紫外线整理织物以制作夏天服装为多，因此会直接与人体皮肤接触。为此必须加强对抗紫外线整理剂的皮肤过敏试验，急性毒性试验以及致畸试验等一系列安全检测，以确保产品对人类安全，对环境友好。抗紫外线整理剂的选择：纺织品要达到抗紫外线的目的，防止紫外线对人体皮肤的伤害，可采用TiO2粉、陶瓷粉等反光性强的物质对织物进行后整理加工，提高织物对紫外线的反射和散射的能力；同时利用比较安全的紫外线吸收剂，提高织物对紫外线的吸收能力。如将这两类物质混合后处理织物，使它们对紫外线既有反射和散射作用又具有吸收作用，从而极大地降低紫外线的透过率，获得高质量的抗紫外线辐射纺织品 224.抗紫外线纺织品生产工艺1.抗紫外线纤维的生产2.抗紫外线纺织品的生产234.1 抗紫外抗紫外线线纤维纤维的生产的生产主要指在合成纤维生产过程中，用共聚、共混方法等掺入紫外线屏蔽剂，再经纺丝，使纤维具有遮蔽紫外线的功能。这种方法所得到的织物效果持久且手感较好，但对处理技术要求高，成本大，且有不宜用于天然纤维及混纺时效果难以控制等弱点。主要有三种途径。241）将紫外线屏蔽剂与成纤高聚物的单体共聚纺丝例如：在制备聚酯对苯二甲酸乙二醇酯时，添加一定量的（小于10%）4，4二羟基二苯甲酮，用常规的直接酯化或酯交换后缩聚的方法制得改性聚酯树脂，经熔融纺丝制成性能优良的抗紫外线纤维。在聚合前将无机物（TiO2陶瓷）微粒与单体混合，聚合成无机抗紫外线粒子均匀分散的高聚物，纺丝后可得抗紫外线纤维。25抗紫外线纤维的其它两种生产方法2）无机或有机抗紫外线屏蔽剂单独或混合使用与聚合物共混后纺丝无机或有机抗紫外线屏蔽剂单独或混合使用。3）用浸渍或染色法附着与纤维上，适用与天然纤维和一些合成纤维。264.2抗紫外线抗紫外线纺织品纺织品整理方法整理方法4.2.1 吸尽法4.2.2 浸轧法4.2.3 涂层法 4.2.4 印花法 4.2.5微胶囊技术 4.2.6 溶胶凝胶技术274.2.1 吸尽法1）高温高压吸尽法高温高压吸尽法 高温高压吸尽法类似于涤纶的高温高压染色，这是由于一些不溶或难溶于水的紫外线吸收剂，它们的分子结构和分散染料很接近，在高温高压的条件下可以进入纤维内部而固着。高温高压吸尽法适合于涤纶，锦纶等合纤织物，此法比较多的采用分散染料染色与抗紫外辐射整理同浴进行。例如：染浴组成：分散染料 x 分散剂 3g/L 硫酸铵 3g/L 紫外线吸收剂 2-4%工艺流程：60开始，以2/min的升温速度至130，保温60min,再经降温、还原清洗、水洗烘干等。284.2.1 吸尽法2）常压吸尽法常压吸尽法 常压吸尽法则主要适合于棉，麻，羊毛，蚕丝等天然纤维类织物的抗紫外整理。常压吸尽法须选用水溶性的紫外线吸收剂，如一些二苯甲酮类的水溶性紫外线吸收剂的分子结构中有多个羟基，对棉及其它天然纤维有较好的吸附能力；还可以利用一些水溶性紫外线吸收剂带有磺酸基团，可与酸性染料、金属络合染料一起同浴用于羊毛、蚕丝和锦纶的染色。因此可以在常压下被用于此类织物抗紫外整理，pH值在等电点以下，紫外线吸收剂和染料可以靠电荷引力被纤维吸附，实现在常压下上染纤维。294.2.2 浸轧法由于紫外线屏蔽剂大多不溶于水，又对棉，麻等天然纤维缺乏亲和力，因此不适合用吸尽法，而采用与树脂同浴，将屏蔽剂固着在织物表面。浸轧液由紫外线屏蔽剂，树脂，柔软剂等组成。但经加热处理后，织物上孔眼易被树脂覆盖，会影响整理织物的风格，吸水性和透气性。304.2.3涂层法一般在涂层剂中加入适量紫外线屏蔽剂，用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。这类方法虽使耐洗牢度及手感受到影响，但对纤维种类的适应性广，处理成本低，对应用的技术和设备要求不高。涂层法使用的紫外线屏蔽剂，大多是一些高折射的无机化合物。314.2.4印花法印花法就是将紫外线屏蔽剂或吸收剂调制在印花色浆中，印制后，采用气蒸处理固着在织物上，此方法适合于对紫外线屏蔽要求不是很高的织物。在印花色浆中添加紫外线吸收剂有助于提高印花图案的耐晒牢度。324.2.5微胶囊技术微胶囊技术已经广泛应用于工业领域，它是一种特殊的包装形式，胶囊内的物质可以是固体微粒，也可以是液滴或气泡。可将抗紫外线整理剂注入胶囊内，并通过粘合剂或交联剂将微胶囊固着在织物上，达到抗紫外线的整理剂缓释的效果，达到长效防紫外线辐射的效果。334.2.6 溶胶凝胶技术一般的屏蔽剂耐洗牢度都比较差，作为一种多用途的新工艺，溶胶凝胶技术可在织物表面涂敷一层透明的金属氧化物薄膜，极大的改善了耐洗牢度，同时抗紫外线性能优良。345织物防紫外线性能评价1 紫外线透过率测试方法2 其它防紫外线性能测试方法3国内外相关标准4织物抗紫外线评价指标5GB/T18830-2002(纺织品防紫外线性能的评定)介绍355.1织物紫外线透过率测试方法1）标准检测方法标准检测方法2）紫外线分光光度计法3)紫外线透过率曲线4）紫外线强度累计法5）皮肤直接照射法6）利用感光活性的方法361）织物紫外线透过率标准检测方法）织物紫外线透过率标准检测方法GB/T17032-1997(织物紫外线透过率的试验方法）紫外光源采用中波段紫外线（主峰297nm),检测器响应波长：290-320nm T=I1/I0 x100%T:紫外线透过率 I1:样品吸收后的紫外线透射量 I2:没有放置样品时的紫外线辐射量 372）紫外线分光光度计法该法采用积分球式紫外分光光度计，测试纺织品的紫外线透射率.(1)波长区域平均法：即通过紫外线分光光度计测定紫外线波长区域内（200-400nm）试样紫外线透过率的平均值，而后可求出遮蔽率。遮蔽率=(1-透过率)100(2)特定波长平均法：即通过紫外线分光光度计测定试样在若干有代表性的特定波长内的紫外线透过率，然后计算出上述测定值的平均透过率，再求出遮蔽率。38测试原理紫外线辐射源为测试紫外线辐射源为测试提供充足且稳定的紫提供充足且稳定的紫外线辐射能量。外线辐射能量。单色仪将辐射源的紫外线辐射能单色仪将辐射源的紫外线辐射能量色散，以便进行光谱测量。量色散，以便进行光谱测量。积分球可计算出由样品出射的所有方向积分球可计算出由样品出射的所有方向(直直射和漫射射和漫射)的光谱辐射通量。探测器为光电的光谱辐射通量。探测器为光电倍增管组成，将信号经放大和处理后，输入倍增管组成，将信号经放大和处理后，输入计算机，进行信号的最后处理。计算机，进行信号的最后处理。39 用紫外线分光光度计测定各种抗紫外线试样的分光透过率曲线，可以判断各波长的透过率，并可用面积比求出某一紫外线区域的平均透过率，评价防护效果。该方法精度较高。在研究过程中较多采用分光光度计来测试。该法也有不完善之处，因为大多数织物呈半透明状，表面凹凸不平，因此光在织物中透过情况较复杂。3)紫外线透过率曲线紫外线透过率曲线40414）紫外线强度累计法 将被测试样放在紫外灯和紫外线累计仪器之间，对被测试样按给定时间进行照射，测定紫外线通过试样的紫外线累计量Qs(Jcm2)。同时在未放试样的情况下，测定相同给定时间内紫外灯的照射累计量Qk(Jcm2)。UV透过率=(QsQk)xl00。425.2其它防紫外线评价方法皮肤直接照射法皮肤直接照射法在同一皮肤相近部位，以一块或几块织物覆盖皮肤，用紫外线直接照射，记录和比较出现红斑的时间，并进行评定。这种方法也有不完善之处，如地理条件、气温和湿度对实验结果有影响；紫外线辐射的强度、稳定性、重现性和时间延续性等均难以掌握，甚至无法控制，所以目前大多采用人工模拟光源。此外，照射条件、试样、实验者皮肤种类等差异也会对结果产生一定的影响。而且过量的紫外线照射有害于实验者的身体健康。利用感光活性的方法利用感光活性的方法利用光敏染料的感光活性，对紫外线透射率进行定性和定量测试。光敏染料颜色改变程度随紫外光照射强度的变化而变化。这样，通过光敏染料染色基布的颜色变化就能反映紫外光照射强度。435.3纺织品紫外线防护性能评定织物抗紫外线性能通常以UPF 和UVA 透射比两项指标来综合评定：1）UPFUPF是英文Ultraviolet Protection Factor的简称，即紫外线防护系数。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。它是目前国内外较多使用的评价织物抗紫外线性能的指标。2）UVA 透射比有试样时长波紫外线透射辐射通量与无试样时长波紫外线透辐射通量之比。445.4国内外相关的标准（1）澳大利亚/新西兰标准AS/NZS 4399-1996日光防护服 评定和分级；（2）美国标准AATCC 183-1998紫外线透过织物的透射比和阻截率试验方法；（3）英国标准BS 7914-1998紫外线透过织物的穿透性试验方法；（4）欧盟标准PrEN 13758-2001纺织品日光紫外线防护性能；(5)GB/T18830-2002纺织品防紫外线性能的评定（5）中国标准GB/T 17032-1997纺织品织物紫外线透过率的试验方法。455.5GB/T18830-2002纺织品防紫外线性能的评定2003年2月1日开始实施。标准号为：GB/T 18830-2002根据GB/T 18830-2002要求，防紫外线产品必需是UPF值大于30，并且UVA的透过率小于5%。（1）如果UPF的测定值大于30，并且UVA的透过率小于5%，标识为：30+（2）如果UPF的测定值大于50，并且UVA的透过率小于5%，标识为：50+纺织品 防紫外线性能的评定国家标准是推荐性标准，而不是强制性标准，企业可以根据自身的实际情况选择是否生产防紫外线产品，但如果产品称为“防紫外线产品”，就必须遵循这个标准。46 表2 UPF的数值及防护等级 47紫外线防护系数、透射比的计算公式48相关名词解释日光辐照度E()solar irradiance E()在地球表面所接受到的太阳发出的单位面积和单位波长的能量，以Wm-2nm-1表示。在地球表面测得的UVR光谱是290nm400nm。3.6红斑erythema由各种各样的物理或化学作用引起的皮肤变红。3.7红斑作用光谱()erythema action spectrum()与波长为相关的红斑辐射效应。3.8光谱透射比T()spectral transmittance T()波长为时,透射辐通量与入射辐通量之比。49结语：结语：抗紫外线辐射整理的前景展望抗紫外线辐射整理的前景展望1.面对越来越严重的环境问题，人们除了开始重视环境的保护外也更加注重对自身的防护，抗紫外线纺织品同其它防护用品一样受到人们的关注。现代的女士非常注重对自己皮肤的保养，惟恐皮肤被紫外线所伤害，所以夏季具有抗紫外线功能的轻薄的女装面料市场前景看好。男士对具有防护功能的纺织品同样有着潜在的需求，经过抗紫外线加工的T恤，衬衣，长短裤等男用服装的市场前景不可估量：运动服和休闲服是户外经常穿着的服装，如果生产加工出抗紫外线的运动服以及休闲服，将会是市场的另一热点。抗紫外线产品不仅局限于服装产品，其它诸如窗帘布，广告布，蓬布等都对紫外线有着较高的要求。2我国加入世贸组织后，我国纺织企业既面临机遇又受到国际竞争对手的强烈挑战，要想在国际竞争对手的强烈挑战，要想在国际市场上站稳脚跟，就必须在产品质量，档次，功能性和保健性等诸多方面进行研究，提高产品的附加值，形成新的经济增长点。50结语：结语：抗紫外线辐射整理的前景展望抗紫外线辐射整理的前景展望抗紫外线整理多是对织物的进行后处理，对织物进行抗紫外线整理一般都在后整理中进行，加入一些抗紫外线整理剂，使得织物的反射或吸收紫外线的功能加强，无机类的屏蔽剂一般多为纳米材料制备的，由于纳米材料的量子尺寸效应，当纳米粒子的尺寸与光波波长相当或更小时，就会导致材料的光、电磁等特性出现异常，其中最受重视有抗紫外线型，防辐射型等功能纳米材料，如纳米Zn0和纳米Ti02。而有机类的抗紫外线屏蔽剂多为酯类化合物，这些多为紫外线吸收剂，利用吸尽法、浸轧法、涂层法、微胶囊技术和印花法等，将这些整理剂运用到织物上，使织物获得抗紫外线的功能。它们不改变织物外观、手感、透气性，也有耐光和耐水洗牢度。抗紫外线纤维，主要是在合成纤维生产过程中，掺入抗紫外线整理剂，使纤维具有遮蔽紫外线的功能。这种方法所得到的织物效果持久且手感较好，但对处理技术要求高，成本大且不宜用于天然纤维，以及混纺时效果难以控制等弱点。考虑到由于抗紫外辐射主要是夏天，因此还要兼顾舒适性的问题，这些因素都给舒适性带来了不利的影响。所以按照趋势的发展采用抗紫外线纤维的前景会很好51作业查阅关于抗紫外线整理最新发展。并注明参考文献。52