抗紫外线防护整理

（3）短纤维织物的防护效果优于长丝织物
2.5织物组织规格与紫外线防护的关系
（1）织物厚重防护效果好 粗纺织物厚重，一般较精纺织物防紫外效果好； （2）紧度大织物防护效果好 缎纹、斜纹组织紧密，一般较平纹组织织物防紫外效果好。 轻薄、稀疏织物紫外线易透过，防护效果差 UPF正比于100/孔隙率或正比于100/（1- 覆盖率） 织物的空隙率过大抗紫外整理效果也不明显。也就是说，抗 紫外线整理的织物应有一定的密度。
不同纤维未染色织物的UPF 织物类型
纤维种类 棉 府绸（坯布）
厚度/ mm 克重/g/m2
018 107
UPF
6
棉 麻 蚕丝 毛
涤纶
府绸（漂白） 平纹 缎绉
0.22 0.14 0.20 0.28
0.29
110 89 84 125
165
2 18 6 13
24
黏胶
0.11
92
4
2.4 纤维形态结构的影响 （1）纤维纤度细，防护效果好 （2）异形截面较圆形截面防护效果好
第二节
纺织品对紫外线的防护作用
2.1入射光线：
一部分被吸收; 一部分被反射； 一部分透射过织物发生扩散辐射和直接辐射. 这些光线中作用人体是直接辐射部分。
如果织物吸收、反射紫外线的能力强，则紫外防护性能好。
2.2 UV-R 防护作用的表征
紫外线防护指数UPF（ultraviolet protection factor） ： 表征纺织品和服装对紫外线的防护能力。 定义为紫外线对未防 护皮肤的平均辐射量与经被测试织物遮挡后紫外线平均辐射量 的比值。
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。
（1）紫外线能够催化高分子材料降解，引起材老化。尤其 对室外使用的高分子材料的破坏更为明显。如塑料分子降解 表现为失去韧性，而脆性增加，因此制造塑料时要加入防老 化剂； （2）引起纺织材料的降解，导致光脆损； （3）引起染料发色基团的破坏，导致光褪色； 纺织品防紫外整理有助于防止织物的光脆损和光褪色，因 此防紫外整理的防护性能是多方面的。
紫外线防护整理
紫外线防护整理
• • • • • • 一 二 三 四 五 六 紫外线的组成及危害 纺织品对紫外线的防护作用 抗紫外线整理机理 抗紫外线吸收剂 抗紫外线屏蔽剂 抗紫外线整理剂
一
紫外线的组成及危害
一 紫外线的组成及危害
1.1紫外线的 双重作用 益处： （1）紫外线照射是有益的，它能促进维生素D的合成 →促进钙、磷在体内的吸收→帮助骨骼生长发育 （2）杀菌、消炎作用 害处：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。 氟利昂（氯氟烃 ），农药（溴甲基化合物 ） 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。
4.2 抗紫外吸收剂的作用机理
紫外吸收剂强烈地、选择性地吸收高能量的紫外线,并通过
光物理过程和／或光化学反应，将吸收的紫外能量转化为 无害的热能或无害的低辐射能量释放出来，从而起到防护 紫外线的作用，紫外吸收剂本身结构不发生变化。
五
抗紫外线屏蔽剂
• 5.1结构
• 紫外线反射（屏蔽）剂：主要是无机类化合物 • 如陶瓷粉、金属氧化物（氧化锌，二氧化钛等）的细粉或 超细粉
（1）增强织物对紫外线的吸收能力：可以选用具有紫外 吸收能力的纤维（抗紫外功能纤维）编织织物和利用紫 外吸收剂进行织物整理来达到。 （2）增强织物对紫外线的反射能力： 例如：高比表面纤维及含高比率的TiO2纤维；还可以选择 适当的织物组织结构，如织物的紧密度和平整度，来增 强对光的反射能力； 利用染整加工的手段通过对织物施加紫外线反射剂，使织 物具有紫外线防护功能。 吸收、反射两者结合起来达到的。
5.4紫外反射剂特点
◆安全性能优良； ◆对紫外线反射或散射、折射的波长范围广
超微氧化锌光穿透性曲线
六
抗紫外线整理剂
6.1 理想的抗紫外整理剂应具备的条件
a、安全无毒，对皮肤没有刺激或过敏反应。 b、吸收紫外线的波长范围广，效果好。有些紫外吸收 剂吸收波长窄，就需要几种助剂配合使用。 c、不影响织物色泽、手感、强度和色牢度。 d.耐水洗和干洗，对光、热、化学品稳定。 e.吸收紫外线后不泛黄，不产生有毒气体或固体。
（3）荧光染料染色、荧光增白织物紫外防护性能好。 荧光染料或荧光增白剂产生荧光的机理： 吸收紫外光电磁 波，发生电子跃迁，使分子处于不稳定的激发态，当电子 迁回基态能级时，发出可见光，即荧光。可见，荧光染料 和荧光增白剂具有紫外防护功能。
三
抗紫外线整理机理
3.1抗紫外线机理
织物对光线的反射透射作用
• 5.2反射（屏蔽）剂作用机理
• 利用无机物质对入射紫外线有较大的反射和折射或散射作 用，降低紫外线的透过率，而达到防紫外线的目的。
5.3 紫外线屏蔽剂：
无机类抗紫外整理剂具有安全高效、性能稳定等优点，无机 粒子通过对紫外线反射、折射、散射作用屏蔽紫外线。 主要品种：氧化锌、二氧化钛、氧化铁、硫酸钡、二氧化硅、 氧化铝等。 氧化锌：屏蔽效果好，价格低，无毒，应用广泛。反射波 长240—380nm（UV-B全部、UV-A；-C一部分）。 二氧化钛：反射波长340—360nm 反射波长窄，30-40nm二 氧化钛，对紫外线有良好的吸收能力。 陶瓷粉或微粒、氧化铁、氧化亚铅也有屏蔽紫外线功能。 应用最多的是氧化锌、二氧化钛、陶瓷粉或微粒。
6.2
主要类别
有机类抗紫外线整理剂
二苯甲酮类 苯并三唑类 水杨酸酯类 金属离子化合物
反应型紫外吸收剂
二苯甲酮类
（1）作用机理： 具有共轭结构，吸收紫外光后发生 氢键的互变异构，使光能转变成热能或（且）放出荧光、磷光 消耗吸收的能量，达到防紫外线的目的。
（2）对紫外线有效吸收波长 吸收280-400nm紫外线，即UVA和UVB段； 对280 nm以下紫外线吸收少 （3）对纤维亲和性 含有多个羟基，对纤维的吸附能力较好，适宜纤维素织物 的整理 易泛黄
6.3纳米抗紫外线整理剂
有透明性或白质的金属氧化物的粉体
如三氧化二铝、氧化镁(MgO)、氧化锌(ZnO)
、二氧化钛(TiO2)、高岭土等。
纳米TiO2
纳米TiO2的电子结构，由充满电子的价电子带和没
有电子的空轨道形成的传导带构成，存在禁止带间
隙。禁止带间隙约为3．2eV，相当于约410nm波长
的光能，当纳米二氧化钛受光照射时的能量与禁止 带间隙相同或比禁止带间隙能量稍大的光被吸收， 价电子带的电子激发至传导带，因而对紫外线部分 产生吸收。
苯并三唑类
（1）作用机理: 与二苯甲酮类相似，具有内在氢键，形成螯合环。当吸收紫 外线后，氢键破坏或变为光互变异构体，把紫外线的能量转 化为热能或光能而释放。 （2） 有效吸收紫外波长 大量吸收315-400nm紫外线，即UVA段； （3）对纤维的作用 分子结构与分散染料很相近，可以采用高温高压法与分散染 料染色同浴进行，主要应用于涤纶的抗紫外整理。 锦纶、羊毛、蚕丝和棉织物应用水溶性的这类化合物，是在 分子中接上适当数量的磺酸基。 （4） 毒性小；品种产量大
不同波段紫外线对人体的影响
① UV-A（320-400）段： 引起肌肤变黑、干皱老化、 失去弹性、严重的会导致皮癌。是紫外防护整理的主要 对象。 ② UV-B（280-320）段 导致真皮血管扩张，红肿，产 生水泡，晒伤皮肤。紫外防护主要对象。 ③ UV-C（100-280）段 被臭氧层吸收。
1.3 对高分子材料的危害
四 抗紫外线吸收剂
4.1 结构 有机类抗紫外线整理剂分子结构上大多有芳环结构，且有连
接于芳香环上的发色基团:C—N，N：N，N一O，C一O，-OH等 ，
发色基团吸收波长小于400nm 的紫外线 助色基团：一NH2，一OH，一SO，H，一COOH 等， 紫外吸收剂UV-9
光化学反应过程
放热
在光照作用下，二苯甲酮衍生物分子吸收紫外光，分子中 的羰基呈不稳定的激发态，容易从临位的酚羟基上夺取氢 原子，生成烯醇释并放出多余能量，进一步分子内的烯醇 与醛酮发生互变异构，恢复成最初的二苯甲酮结构，并放 出热量。 这个化学反应过程伴随着紫外线能量的消耗（化学键 的互变异构或光能转变成热能放出），最终紫外线吸收剂 回到它的初始状态。
粒径小于100nm的TiO2紫外线透过率低于20％。
ZnO廉价无毒，屏蔽紫外线波长范围比较宽， 纳米ZnO 还被证实具有抗菌防霉防臭功能，因而应用 前景更广
（3） 织物表面平坦光滑防护效果好 织物表面平坦光滑度越高，对光线的反射能力越强， 则防护效果好
2.6 织物颜色与紫外线防护的关系
（1）深浓颜色对紫外光吸收强 如黑色、深蓝色。
浅淡颜色织物紫外线透过率高。
（2）蓝、绿色透光率小，红色是最佳的防护色。紫外线 容易被波长最长的红色吸收，红色吸收600nm以下谱段 ；
水杨酸酯类吸收剂
应用最早的紫外线吸收剂 （1）作用机理 分子有内在氢键，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。
（2）有效吸收紫外波长 大量吸收280-330nm紫外线，即大量吸收UVB段少量吸收UVA段； 吸收波长分布于短波一侧
（3）熔点低，易升华，牢度低，应用较少 （4）强光照下形成醌型结构，会出现变色现象
1.2不同波长紫外线的特征
UV-A
紫外线 波长/nm 320-400 280-320 100-280
UV-B
UV-C
臭氧层吸 收程度
到达地面 的辐射量 对人体伤 害
穿透臭氧层
大部分被臭氧 层吸收
不足2%
绝大部分被 臭氧层吸收
约为0
95%
对人体皮肤造 成损伤
较UV-A损伤高 1000倍
难以到达地 面
紫外线的辐射量
UPF
=
到达皮肤的紫外线量
UPF越大，防护效果越好。
在美国称为:太阳保护系数 (SPF)
10
UPF 大于40 30-40 20-29
UV-ray透过 量 小于2.5 3.3-2.5 5.0-2.4
类别 优良 很好 良好
防护等级 3 2 1
2.3影响纺织品防紫外线辐射的因素
（1）涤纶纤维防紫外线能力强 ◆苯环结构对300nm以下的紫外线有很强的吸收能力，涤纶 纤维大分子中含有密度较高的苯环结构，防紫外线性能好。 （2）羊毛防紫外线能力较强 ◆蛋白质分子中的芳香族氨基酸对紫外线有很强吸收性，因单 位质量苯环的密度低于涤纶，在织物密度、厚度相同的情况下， 羊毛、蚕丝的防紫外性能不如涤纶，但好于纤维素纤维。
◆锦纶和弹力纤维织物防护性能相对低些。
（3）棉、黏胶纤维织物防紫外能力低。是整理的对象
（4）消光涤纶纤维较有光涤纶纤维防紫外线能力强
纤维原料本身是透明的，在服用上因遮蔽性的需要，要进行消 光处理，一般的消光剂是二氧化钛，而二氧化钛是紫外线屏蔽 剂，通过反射作用降低紫外线的透过量。 如有光纤维的紫外 防护指数UPF为9，消光纤维的UPF为15。
（5）价格便宜
金属离子螯合物类
金属离子化合物是作为螯合物使用 K2Cr2O7 + 4H2SO4 + 3HCOOH 应用：适用于可形成螯合物的染色纤维，例如锦纶的装饰材 料常用这类化合物ห้องสมุดไป่ตู้理，目的是提高染色品的耐光牢度。 + NaO3S
H2N +
-OOC
C
OH
NO2 H2N OOC Cr H2O O O N N
NaO3S
NO2
反应型抗紫外整理剂
结构 在紫外线吸收剂的母体上接上活性基团。被称为活性紫外线吸收剂 根据联接的基团制成适用于涤纶和纤维素、蛋白质纤维的助剂
天然纤维用反应型紫外吸收剂
（1）水溶性紫外吸收剂适用于棉、麻纤维素纤维和 蛋白质纤维； （2）反应性基团与活性染料的活性基结构相似，反应机 理相似。 Ciba公司专为亲水性纤维棉、麻等开发的防紫外线整理剂。 商品名称：CIBAFAST （汽巴快斯）CEL 特点：（1）含有双活性基团，被称为活性紫外线吸收剂。 （2）良好的坚牢度，在沸水中重复洗涤对其紫 外辐 射防护系数也无影响。