（纺织化学与染整工程专业论文）纺织品抗紫外整理剂的开发与应用研究[纺织化学与染整工程专业优秀论文].pdf

纺织品抗紫外整理剂的开发与应用工艺研究 摘要 随着工业的发展，各种废气对大气的污染日益加剧，导致地球臭 氧层遭到破坏，地表太阳光的紫外线辐射量逐渐增强，对人们的健康 造成了损害。因此，国际上非常重视抗紫外功能性织物的开发和研究， 纺织品的抗紫外整理成为纺织行业的重要课题之一。 本文针对提高涤、棉织物紫外线防护性能这一目标，选用合适的 非离子及阴离子表面活性剂，分别通过乳化、分散的方法复配出了适 合于纺织整理加工的新型紫外整理剂( u v s ) ，并对其应用进行了系统 的研究。本文选取了空隙率较小的涤纶织物以及棉织物，通过与目前 整理效果较好的r a y o s a np 、r a y o s a nc 、t i n o f a s tp e x 、t i n o f a s tc e l 等紫外吸收剂的一系列相关对比实验，筛选出了对涤纶整理效果较好 的s 一6 1 和对棉整理效果较好的s 一8 1 。 在研究涤用抗紫外整理剂应用工艺时，通过抗紫外效果对比试验 得出了合适的整理工艺，并且做了一系列上染率测试和耐久性试验； 将整理剂与分散染料对涤纶同浴染色后，通过测定织物u p f 值、k s 值、l 、a 、b + 值以及日晒牢度等指标，讨论了整理剂对涤纶的处理效 果和对分散染料的影响。结果表明s - 6 1 在合适的工艺条件下对涤纶 上染率很高，提升陛很好，类似于分散染料对涤纶的上染，可以与分 散染料同浴上染涤纶。此外，将整理剂与荧光增白剂对涤纶同浴处理 后，通过测定涤纶织物u p f 值以及白度，得出了整理剂对涤纶增白处 理有微弱的影响的结论。 本论文还通过p h 值、温度、浴比、助剂等因素的控制研究了s 一8 l 在棉织物上的应用工艺，结果表明s - 8 l 更适合于1 0 0 度、浴比l ： 1 0 条件下和纤维素纤维反应。同时它也适合于烘焙处理工艺，对白 度影响较小，具有很好的应用前景。 关键词：紫外吸收剂，表面活性剂，涤纶，棉，分散染料，荧光增白 剂，应用工艺 o nr e s e a r c h0 fd e v e l o p e m e n ta n da p p l i c a t i o n o fu va b s o r b e r sf o rs u np r o t e c t i v er 镪i u c s a b s r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n d u s t r y , p o l l u t i o nf o ra t m o s p h e r eh a s b e c o m ei n c r e a s i n g l ys e r i o u sa n do z o n el a y e rh a sb e e nd e s t r o y e d b e c a u s e t h ei n c r e a s e da m o u n to fr a d i a t i o no fu l t r a v i o l e ti nt h es u n l i g h ti sh a r m f u l t op e o p l e sh e a l t h ，t h er e s e a r c ho fu l t r a v i o l e tp r o t e c t i v et e x t i l ea t t r a c t s m o r ea n dm o r ew o r l d w i d ea t t e n t i o n t h i sr e s e a r c hi sf o c u s e do ni m p r o v i n gu l t r a v i o l e tp r o t e c t i v ea b i l i t y o fp o l y e s t e ra n dc o t t o n t h es u r f a c t a n t sw h i c hh a v eg o o da b i l i t yo f d i s p e r s i o na n de m u l s i f i c a t i o nh a v eb e e ns e l e c t e dt oc o m p o u n ds e v e r a l d i f f e r e n tk i n d so fu l t r a v i o l e ta b s o r b e r s t h ea t t e m p ti sm a d et os t u d yt h e n e wk i n d so fu va b s o r b e r s ( u v s ) a n dt os e l e c to u ts - 6 1 ( ab e t t e ru v a b s o r b e r so np o l y e s t e rf i b e r ) a n ds - 8 1 ( ap r e f e r r e du va b s o r b e r so n c o t t o n ) f r o ms e v e r a ln e w l ya b s o r b e r st o g e t h e rw i t hr a y o s a np r a y o s a n c ，t i n o f a s tp e x ，t i n o f a s tc e l ，w h i c hp e r f o r mo u t s t a n d i n g l yi nu v p r o t e c t i o nb e i n gu s e dn o wt h r o u g has e r i e so fc o m p a r i s o ne x p e r i m e n t s i nt h es t u d yo fa p p l i c a t i o no fu va b s o r b e r sf o rp o l y e s t e rf i b e r , t h e a b s o r b e r sa r ea p p l i e dt op o l y e s t e rd y e i n gt o g e t h e rw i t hd i s p e r s ed y e sb y o n e b a t hd y e i n gm e t h o d s t h ei n f l u e n c eo np o l y e s t e rt r e a t m e n ta n d d i s p e r s e dd y e su s e di sd i s c u s s e do nt h ed a t ao fu p f ，k s ，l ，a ，b 4a n d l i g h tf a s t n e s s t h er e s u l ts h o w st h a ts - 6 1i sb e s ta p p l i e do np o l y e s t e ra n d w i t hn 0a d v e r s ee f f e c t so nd i s p e r s e dd y e s 。i nt h i sp a p e r , t h et r e a t m e n to f u va b s o r b e r sa n df l u o r e s c e n tw h i t e n i n ga g e n t si sa p p l i e ds i m u l t a n e o u s l y i no n eb a t h u p fa n dw h i t e n e s ss h o wt h a ta l lt h eu s e da b s o r b e r sh a v e s o m es l i g h t l yi n f l u e n c eo nw h i t e n i n gt r e a t m e n t i nt h es t u d yo fa p p l i c a t i o no fc o r o nu v p r o t e c t i o nt r e a t m e n t ，t h e b e s tp a d d i n ga n dc u r i n gp r o c e s so fs - 81i sa t t a i n e db yc o n t r o l l i n gp h ， t e m p e r a t u r e ，b a t h - r a t ea n da g e n t s t h er e s u l ti st h a ts - 8 1c a nr e a c tw i t h c e l l u l o s ef i b e ri n1 0 0 a n dt h eb a t h r a t eo f1 ：1 0 a tt h es a m et i m e i ti s a l s os u i t a b l ef o rp a d b a k ep r o c e s s i t si n f l u e n c eo nt h ed e g r e eo fw h i t ei s f a i r l yl o w t h ea p p l i c a t i o no fs 一61 a n ds - 81 m a yh a v ep r o m i s i n gf u t u r e j i a n n i n gw a n g ( t e x t i l ec h e m i s t r y a n dd y e i n g & f i n i s h i n ge n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s e db yp r o f e s s o rq u a nz h ua n dp r o f e s s o rx i a o l ic h e n k e yw o r d s ：u va b s o r b e r , s u r f a c t a n t s ，p o l y e s t e r , c o t t o n ，d i s p e r s e d d y e s ，f l u o r e s c e n tw h i t e n i n ga g e n t s ，a p p l i c a t i o n 附件一： 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的 指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包 含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 嚣嚣氯专篓号 日期： 多口口移年1 月乡目。 附件二： 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留井向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可 以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密口。 学位论文作者签名： 日期：剜年月扣 指导教师签名： 日期以年1 月，日 纺织品抗紫外线整理剂的开发和应用研究 东华大学硕士论文 第一章引言 二十世纪以来，工业发展带来的环境污染导致臭氧层浓度的降低，太阳光中 辐射到地面的紫外线随之增加，对人类产生的影响明显增大。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了人们的关注。9 0 年代后，紫外线防护的对象 发生了根本的变化，紫外线防护的方法和要求也发生了巨大的变化。目前国际上 都在研究和开发防紫外线功能性织物，防紫外线整理已经成为一个新兴的非常有 前途的发展方向。国内也十分重视加强这方面的研究和产品开发。 1 1 紫外线对人体的危害 随着科学技术的发展和生活水平的提高，紫外线对人体健康的影响，越来越 受到重视。尽管人体各部位的抗紫外线能力有所不同，但如少受阳光的暴晒，受 到紫外线的伤害就少一些。但是另一方面，减少户外运动却与“返回自然”，增 加室外的休闲和运动的潮流相违背。尤其是夏天紫外辐射的强度较大，虽然使用 具有抗紫外涂层的遮阳伞有较好的防护作用，但是更多的时间人们是穿着薄布料 做成的浅色调衣物在阳光下活动，因此很有必要使用紫外遮蔽剂、吸收剂等对织 物进行处理，增加纺织品抗紫外线的性能，减少紫外线对入体的损害。 一般认为到达地面阳光的波长范围是为2 9 0 3 0 0 0 n m ，其中紫外辐射( u v r ) 占 6 ，分为近紫外线( u v a ) 、远紫外线( u v b ) 和超短紫外线( u v c ) 。紫外辐射对人体 皮肤的作用不但取决于紫外线的种类而且与肤色有关；u v c 基本上可以被外表皮 和真皮组织完全吸收，u v b 透射能力比u v a 差，只有u v a 可以透射到真皮组织下 面，加速皮肤的老化。“， 各波长紫外线对皮肤的影响作用如表i - i 所示： 第l 页共6 3 页 纺织品抗紫外线整理荆的开发和应用研究东华大学硕士论文 表卜1 不同波长的紫外线对皮肤的影响 紫外线名称分类符号波长区( m )对皮肤的影响 生成黑色素褐色斑，使皮肤老化、 近紫外t 1 1 ，a4 0 0 - 3 1 5 干燥和增加皱纹，还会导致皮肤癌 产生红斑和色素沉着。还会导致皮肤红 远紫外 u v b 3 1 5 - 2 8 0 疹、灼伤；经常照射，有致癌危险。 穿透力强，接近x 和y 射线，对人类 影响大。可影响自细胞和致癌。但其 超短紫外 u v c 2 8 0 一1 0 0 大部分被大气层中臭氧层，二氧化碳 或云雾等吸收，到达地面的仅少量。 u v b 辐射( 2 8 0 3 1 5 n m ) 能导致晒斑( 红斑) 的出现，因为其阻碍了脱氧核糖核 酸( n d a ) ，核糖核酸( r m ) 和蛋白质的合成，被认为是导致皮肤癌的主要原因。 u v c 辐射( i 0 0 2 8 0 n m ) 通常在地球外部臭氧层中被吸收。臭氧是大气中最主 要的吸收紫外线的气体，然而，地球表层上的臭氧含量仅有2 p p m ，臭氧层的厚 度至多为3 0 k m 左右。众所周知，氟里昂的释放破坏了臭氧层，导致了极地地区 臭氧层空洞的出现，这已经成为一个环境问题。较高能量的u v c 辐射会伤害皮肤 细胞，但是通常仅在一定的条件下才能发生。如在焊接时，这种现象很正常。1 1 ，2 国内外纺织品抗紫外线整理进展 国内外的抗紫外线整理剂一般都是一种或多种紫外吸收剂、屏蔽剂等物质作 为原料，加入适当的助剂以及有关添加剂后配置而成。 1 ，2 i 部分国内外纺织品抗紫外线整理剂产品简介 织物紫外线屏蔽整理一开始只是开始沿用塑料中常用的紫外线吸收剂品种。 这些品种只是吸附在织物( 或纤维) 表面，从某种意义上讲其耐洗性即使采取措施 后也不够理想。科莱恩( c l a r i a n t ) 和汽巴精化( c i b a ) 两公司开发过反应型制剂， 对织物外观、手感和透气性都几乎没有影响。 科莱思的r a y o s a n 整理剂主要有以下几种工作液：r a y o s a ncp a s t e 、r a y o s a n c ol i q u i d 和r a y o s a npl i q u i d 。r a y o s a ncp a s t e 用于纤维素及锦纶纤维织 第2 页共6 3 页 纺织品抗紫外线整理剂的开发和应用研究东华大学硕士论文 物，它和纤维形成共价键，整理后织物具有优良水洗和服用性能。埘并且它的紫 外吸收区域在u v b 和u v c ，对u v a 吸收很少，所以对荧光增白剂的影响很小。 r a y o s a nc ol i q u i d 主要用于羊毛的抗紫外整理，可以和较高温上染的活性染料 一起使用。r a y o s a npl i q u i d 主要是为涤纶织物和醋酸纤维以及它们的共混物 而设计的，可单独使用或和分散染料通过高温高压染色法和连续的轧一烘焙 法。它在整个紫外范围内有很好的吸收率，整理后织物有很高的紫外辐射防护系 数。嘲 汽巴精化生产的t i n o f a s tc e l 紫外吸收剂主要适用于棉、粘胶、l y o c e l l 、 锦纶及其混纺织物。这个这个产品主要成分是带有双活性基的草酸二苯胺的衍生 物，叫它通过共价键和纤维连接在一起，有优良的牢度，对纤维有很高的直接性， 可与活性染料、直接染料或酸性染料一同使用。汽巴精化的t i n o f a s tp e s 紫外 吸收剂专用于改善涤纶纤维的防紫外能力。m 除此，汽巴精化公司开制开发的应 用于织物洗涤剂中的全波段紫外线吸收剂天来施f d ( t i n o s o r bf d ) 。它可以通 过简单的织物洗涤循环，增强织物对紫外线的阻断作用，从而显著提高对皮肤的 保护。它易于配入普通粉、浓缩粉及液体洗涤剂中，可获得优异均匀的防护效果。 织物用该整理剂水洗5 次后紫外辐射防护系数达到1 5 以上，1 0 次水洗后可达2 5 。 嘲 另外，也有将紫外线吸收剂和反射剂同时应用在织物上，以使对紫外线的防 护效果更为优越，如尤尼卡公司的托纳多u v 先将含有特殊陶瓷粉的聚酯长丝制 成织物，再以紫外线吸收剂进行处理，所得织物的紫外线屏蔽串高达9 7 。 国外还有产品通过尼龙莱卡混纺等技术，提高织物对紫外线的反射来增加织 物抗紫外功能0 1 。 国内对抗紫外线纺织品的研究起步较晚。天津石化公司研究所用陶瓷微粉研 制出了抗紫外线涤纶短纤维和网络低弹丝；上海化纤十一厂开发了抗紫外线涤纶 短纤维；东华大学化纤工程研究中心研制出化纤级抗紫外线超微粉体和母粒；山 东巨龙化工公司将紫外线吸收剂和屏蔽剂合理配合，研制成功用于棉织物的抗紫 外线整理剂；厦门华普高技术产业有限公司开发的纳米级陶瓷棉纺织品，同时具 有抗紫外线、抗菌及远红外保温功能；西安华捷科技发展公司采用使超微粉材料 渗入纤维制成的服装，能吸收、隔离9 5 以上的紫外线，有效地阻止其对人体的 第3 页共6 3 页 纺织品抗綮外线整理剂的开发和应用研究东华大学硕士论文 伤害。 1 2 2 抗紫外线整理剂的应用工艺及效果 抗紫外线织物后整理的方式与产品的最终用途有关。作为服装面料，考虑到 夏季穿着时对柔软性和舒适性的要求，对于涤纶、氨纶等合成纤维织物，可选择 合适的紫外线吸收剂，并与分散性染料一起，进行高温高压染色，使紫外线吸收 剂分子融入纤维内部；对于棉、麻类织物，可用浸轧法，经烘干和热处理后，将 紫外线吸收剂固着在织物表面。对于装饰用、产业用纺织品，可选用涂料印花或 涂层法，将具有抗紫外线效果的反光陶瓷材料粘合剂涂印在织物表面，形成一层 防护薄膜；也可用紫外线屏蔽剂或紫外线吸收剂对织物表面进行精密涂层，经烘 干和热处理后，在织物表面形成一层薄膜。涂层剂可选用p v c 、p a 、p u 等，也 可与陶瓷微粉共混涂层。此外，应用纳米技术及微胶囊技术，也可增强织物的抗 紫外功能。 抗紫外线整理剂的整理工艺主要有： 1 ) 高温高压吸尽法 一些不溶或难溶于水的整理剂，可采用类似分散染料染涤纶的方法，在高温 高压下吸附扩散入涤纶。有些吸附剂还可以和染料同浴进行一浴法染色整理加 工。 2 ) 常压吸尽法 一些水溶性的整理剂处理羊毛、蚕丝、棉以及锦纶纺织品，只需常压下在水 溶液中处理，类似水溶性染料染色。有些吸附剂还可以和染料同浴进行一浴法染 色整理加工。 3 ) 浸轧和轧堆法 主要用于棉织物的整理。和染色工艺一样，浸轧后烘干，或和树脂整理一起 进行，采用轧一烘一焙工艺加工。轧堆法特别适合和活性染料染色一起进行，浸轧 后，经过堆置使吸收剂吸附扩散进入纤维内部，在染色过程中完成处理。 4 ) 涂层法 特别适合对纤维没有亲和力的吸收剂，它还可以和一些无机类的防紫外整理 剂一起进行加工。涂层法一般用于伞、防寒衣料的加工。 5 ) 其他 第4 页共6 3 页 纺织品抗紫井线整理齐的开发和应用研究东华大学硕士论文 紫外线吸收剂也可加入纺丝液中，制成防紫外的功能性纤维；也可以利用微 胶囊技术，将紫外线吸收剂注入胶囊内，胶囊被吸附于服装上，在服用过程中由 于受到摩擦，胶囊外层破裂，达到防紫外整理剂缓释的效果。经过抗紫外线整理 剂整理，纤维的光老化、染色织物的耐光牢度也都会大大改善，所以防护作用是 多方面的，用途也是多方面的。 1 3 国内外抗紫外整理测试标准 目前，评价防紫外线的指标主要有两个：防硒因子( s p f ) 和紫外防护因子 ( u p f ) ，其中s p f ( s u np r o t e c t i o nf a c t o r ) 用于化妆品行业，u p f ( u vp r o t e c t i o n f a c t o r ) 用于纺织行业。 目前防紫外线织物测试方法尚无统一的国际标准，国内外相关的标准有n 1 1 ： 澳大利亚新西兰标准a s n z s4 3 9 9 - - 1 9 9 6 日光防护服评审和分析； 美国标准a a t c c1 8 3 - - 2 0 0 0 紫外线透过织物的透射比和阻截率试验方法； 英国标准b s7 9 4 9 - - - - 1 9 9 9 紫外线透过织物的穿透性试验方法； 欧盟标准p r e n1 3 7 5 8 - - 2 0 0 3 纺织品日光紫外线防护性能； 中国标准g b t1 8 8 3 0 - - - 2 0 0 2 纺织品防紫外线性能的评定。“” 织物的紫外线透过率与织物的覆盖系数、纤维种类和织物的颜色及铡试条件 等因素有关。而不同方法对测试的温、湿度环境要求有差异，其差异对同一织物 的测试结果的影响程度有待进一步研究。a s n z s4 3 9 9 ，a a t c c1 8 3 、b s7 9 1 4 测 试样品要求均为干燥、不扭曲，且为与皮肤紧密接触的织物。“” a s n z s4 3 9 9 、a a t c c1 8 3 、b s7 9 1 4 对试样测试应视颜色、组织等因素而进 行选择。g b t1 8 8 3 0 适合于任何织物。 对不同测试方法的比较可以看出，纺织品抗紫外性能测试原理基本相同。 a s n z s4 3 9 9 和a a t c c1 8 3 测得平均值及t a v ，t a v ；b s7 9 4 9 测试结果为 三个波段的紫外线透过率。 澳大利新西兰防紫外辐射系数评级系统评定规格如表卜2 所示： 第5 页共6 3 页 纺织品抗紫外线整理剂的开发和应用研究东华大学硕士论文 表l - 2a s n z s 4 3 9 9 的u p f 分类 u p f 范围u v r 防护分类i i v l l 透射比( )u p f 级数 1 5 - 2 4 良好 6 7 - 4 21 5 ，2 0 2 5 - 3 9 很好 4 1 - 2 62 5 。3 0 ，3 5 4 0 - 5 0 ，5 0 +极好 2 54 0 ，4 5 ，5 0 ，5 0 + 在p r e n l 3 7 5 8 和i s o 提案中规定，u p f 值大于3 0 ，u v a 透射比不大于5 。 我国对u p f 及u v a 的要求与i s o 相同。 当前，紫外吸收剂已广泛用于童装、户外运动服、工作服、防水油布、遮阳 篷、帐篷、军装和休闲装，并呈增长趋势。 1 4 存在问题 1 4 1 目前织物防紫外各种整理工艺及主要问题 1 ) 整理法 一般采用印染企业中的轧、烘、焙工艺，大多采用有机抗紫外线物质；吸收 剂可使紫外线光能转化成热能、荧光、磷光等形式，从而在一定程度上是稳定的， 但长时间、大剂量紫外线照射就会引起分子分解。因次如何提高整理效果的耐久 性是这次论文的一个重要内容。 2 ) 涂层法 即将纳米金属氧化物通过粘合物( p a 、p u 、p v a 、p v c 等) 均匀地刮涂在织物表 面，这种方法工艺简单，能达到一定的抗紫外线性，但纳米金属氧化物在粘合剂 中难以分散均匀，易结团，而且由于纳米金属氧化物( 无机物) 与织物( 有机物) 之问没有化学键结合而耐洗牢度低，手感也偏硬。 3 ) 防紫外纤维法 即将纳米金属氧化物粉体熔融在化纤熔液中，再纺成纤维的方法。这种方法 能实现纳米金属氧化物与纺织品较好的结合效果，并且不影响以后的染色后整理 等工艺，但存在若干问题：生产工艺复杂，生产难度高，成品率低，成本高；只 能应用于化纤产品不能用于天然纤维；单丝强力下降，适应面不广。 1 4 2 紫外吸收剂的要求 ( 1 ) 具有较好的防护效果，基本能全部吸收有害的紫外线； 第6 页共6 3 页 纺织品抗紫外线整理剂的开发和应用研究东华大学硕士论文 ( 2 ) 吸收剂能与纤维或织物较牢固的结合，具有一定的耐洗性； ( 3 ) 处理工艺简便，基本可以在原有的各种纺织印染设备上加工； ( 4 ) 对纤维和织物的风格、强度和色泽等方面无明显影响； ( 5 ) 无毒，对皮肤无刺激； ( 6 ) 原料制造方便，能批量或大量供应，价格不贵，使产品有竞争力。“”“” 1 5 本课题研究意义和内容 1 5 1 本课题研究的意义 随着人民生活水平的提高，防紫外纺织品的开发除了伞、帐篷等传统物品外， 还包括了夏季的内外服装、泳装、袜子、运动服装、户外施工人员的工作服装、 交通警察的制服、部队的军服等，并且在不断的开拓产业用纺织品市场，如军用 防护品、工农业和商业用遮阳篷盖布、包装袋、体育馆的顶篷用布等，市场前景 是十分看好的；国内的织物抗紫外整理研究也已经开始并且取得了一系列的进 展，但是还远远没有达到十分令人满意的效果，因此需要由我们来进一步的完善。 紫外线吸收剂能吸收高能量的紫外线，进行能量转换，变为低能量或波长较 短的电磁波，对人体无危害；在这过程中通过寻找合适的配方，工艺条件来达到 并且提高织物包括涤纶织物和棉织物的抗紫外耐久性是一个非常迫切的有待解 决的课题；这其中包括了如浓度、p h 值、浴比、温度、处理时间和助剂等的最 佳方案解决，使紫外吸收剂对织物上染率、耐久性等指标达到最好，对织物染色 性、染色织物日晒牢度以及白度的影响达到最小，同时对增加功能性产品也是非 常有意义的。 i 5 2 本课题研究内容 本课题选用了合适的阴离子和非离子表面活性剂，分别通过乳化和分散的复 配方式得到了纺织品新型抗紫外线整理剂( 通称u v s ，下同) ，系统地研究了其 对涤纶织物以及棉织物的上染，进行了相应的筛选，得到了效果比较好的产品。 在研究涤用抗紫外整理剂应用工艺时，通过一些列对比试验确定了抗紫外线整理 剂的上染工艺，接着研究了抗紫外线整理剂对分散染料以及荧光增白剂的影响。 通过对上染率、耐久性、染色涤纶织物添加抗紫外线整理剂后织物日晒牢度以及 k s 等值变化的测定来评价抗紫外线整理剂对涤纶的处理效果。本论文还通过p h 第7 页共6 3 页 纺织品抗紫井线整理剂的开发和应用研究东华大学硕士论文 值、温度、浴比、助剂等因素的控制研究了s - 8 1 在棉织物上的应用工艺，得出 抗紫外线整理剂上染棉的最佳工艺条件。 研究表明，抗紫外线整理剂在适宜工艺配方下，分别实现对涤纶和棉的抗紫 外整理，实验主要括以下内容： ( 1 ) u v s 的复配； ( 2 ) 涤纶织物组织结构对u ，s 抗紫外整理效果的影响的评定； ( 3 ) 整理温度对u v s 抗紫外整理效果的影响的评定； ( 4 ) 整理浓度对u v s 抗紫外整理效果的影响的评定； ( 5 ) 整理浓度对u v s 涤纶上染率的影响的评定； ( 6 ) 涤纶织物经过抗紫外整理后的抗紫外耐久性评定； ( 7 ) u v s 分散染料同浴上染涤纶织物后织物抗紫外性能的评定； ( 8 ) u v s 分散染料同浴上染涤纶织物后织物色光等性能的评定； ( 9 ) u 1 ，s 分散染料同浴上染涤纶织物后织物的日晒牢度的评定； ( 1 0 ) u v s 与荧光增白剂同浴上染涤纶后织物抗紫外性能以及白度评定； ( i i ) u v s 对棉织物浸染处理最佳工艺条件的确定； ( 1 2 ) u v s 对棉织物的轧烘焙处理后织物抗紫外性能评定，工艺可行性确定。 第8 页共6 3 页 纺织品抗紫外线整理剂的开发和应用研究东华大学颈士论文 第二章理论基础 第一部分复配理论 2 1 乳化剂概述咖 乳化剂是指那些能使互不相溶的两种( 油和水) 中的任何一种液体乳化成 o 1 1 0 u m 的液体微粒，均匀稳定的分散在另一液体体系中的物质。而分散剂 是指那些能使固体微粒均匀稳定的分散在液体体系中的物质。 一般用表面活性剂作为乳化剂时，其疏水基一端吸附在不溶于水的液体( 如 油) 的微粒子表面，而亲水基一端则伸向水中。表面活性剂在液体微粒子表面定 向排列形成一层亲水性吸附膜( 界面膜) 从而减少液体之间的相互引力，降低两 相之间的表面张力，起到促进互相分散形成乳化的作用。 形成界面膜的乳化剂分子，作用力越大，膜强度越高，乳化液越稳定；此外 当界面膜中有脂肪醇、脂肪酸和脂肪胺等极性有机物分子时，膜强度显著增高。 这是因为在界面吸附层中的乳化剂分子与醇、酸、胺等极性分子发生作用形成复 合物，使界面膜强度增高的缘故。 由于分布于水溶液中的紫外线吸收剂油状微粒之间的相互碰撞使它们凝结 起来，最终使乳状液分离成较低能量形态的分离相。凝结原因是在体积最大化时， 使表面积最小化的趋势。因此，为了制备使用期长的紫外线吸收剂乳状液产品， 需要加入乳化剂。乳化剂要聚积在界面上形成一个乳化层，它以一种韧的弹性膜 的形式存在，使液滴相互碰撞时不会被破坏。乳状液虽然热力学不稳定，但乳化 剂使它处于动力学稳定状态。 不能将专门的表面活性剂作为一般的乳化剂来评价。然而有一些一般性的准 则有助于用作乳化剂的表面活性剂的选择； 1 应该表现出好的表面活性，并产生一个低的表面张力。如果不是这样种情 况的话，乳化剂可与一种合适的表面活性剂相结合。它必须具有迁移到表面的趋 势，而不是保留在体相中。 第9 页共6 3 页 纺织品抗紫外线整理剂的开发和应用研究东华大学硕士论文 2 在界面上必须有一种表面活性剂分子或连同其他也吸附在界面上的分子 一起形成一个压缩的界面膜。 3 在制备乳状液过程中，表面活性剂必须足够快的迁移到界面上，以保证使 界面张力降至较低的值。 4 易溶于水的乳化剂易形成o v 型乳状液：反之亦然。 5 由一个易溶于油的表面活性剂和一个易溶于水的表面活性剂组成的混合 乳化剂，用混合乳化剂制得的乳状液比用单一的乳化剂制得的乳状液更稳定。 6 油相的极性越大，乳化剂的亲水性越强；要乳化的油的极性越小，乳化剂 的亲油性就应该越强。 乳化液根据其分散类型可分为：油水、水油、多元乳液，可以通过稀释法、 导电法、染色法、滤纸润湿法、光折射法等方法进行判别。 2 2 乳化剂的分类及其性质 常用的表面活性剂乳化剂有阴离子型、非离子型和阳离子型。此外还有一些 高分子量乳化剂。 2 2 1 阴离子型乳化剂 主要有：高级脂肪酸盐、碳酸盐、硫酸酯盐、磷酸酯盐、脂肪酰一肽缩合物 等。 1 ) 高级脂肪酸盐r c o o h ( m = n a 、k ) r = c b - c ：的烃基 2 ) 磺酸盐 1 烷基磺酸盐( 简称s a s ) ，如：r - s 0 3 n a ( r 为c 。烷基) ；耐酸性和耐 硬水性比肥皂强得多，并且耐碱、耐热和耐冻。具有良好的乳化分散 能力。 2 烷基苯磺酸盐( 简称l a s ) ，如：r - p h s 0 2 n a ( r 为c - ”t 的烷基) ；如 用甲苯代替苯，可使耐乳化能力大大增强。 3 烷基萘磺酸钠，润湿和乳化作用都很强，并且耐强酸强碱。 4 琥珀酸酯磺酸盐，比如顺丁稀二酸酐和辛醇酯化、再用亚硫酸钠处理 引入磺酸基制得的产物琥珀酸二辛酯磺酸钠，具有良好的润湿和渗透 性能，是较好的o w 型乳化剂。 第1 0 页共6 3 页 纺织品抗紫外线整理剂的开发和应用研究东华大学硕士论文 5 石油磺酸盐，各种磺酸盐的混合物 3 ) 硫酸酯盐( f a s 或a s ) 通式：r o s o 脚 m 为n a 、兄( c h 2 c h ：o h ) 。，烃基中碳数为8 - 1 8 1 脂肪醇的硫酸酯盐，如十二烷基硫酸钠。 2 蓖麻油硫酸酯盐，如土耳其红油，主体组成是由蓖麻油用硫酸水解和 磺化，生成的蓖麻酸硫酸酯再用烧碱中和而制得。耐碱性耐酸性比肥 皂好但是对酸抵抗力并不是很强。 3 硫酸化蓖麻酸丁酯盐，将蓖麻酸和丁醇进行酯化，生成蓖麻酸丁酯再 用硫酸进行酯化烧碱中和。耐硬水和耐酸性强，但不耐强碱。 4 ) 磷酸酯盐，主要为高级磷酸酯盐，也称为磷酸酯盐。 5 ) 脂肪酰一肽缩合物，又叫n 一酰基氨基羧酸盐，其乳化能力强，乳液稳定 性也好，耐热、耐碱性和耐硬水性都很强。 2 2 2 非离子型乳化剂 按亲水基分类，有聚二乙醇型和多元醇型两类。 1 ) 聚二乙醇型 1 脂肪醇聚氧乙稀醚简称a e o ，通式r o _ ( c h 删。一h ；最常用的工业 生产方法是用脂肪醇与环氧乙烷醚化。 2 烷基酚聚氧乙烯醚，通式r - p h - o ( c h z c h 2 0 ) 一h ，烷基碳数8 一1 2 ，环 氧乙烷所和分子数4 1 0 都具有良好的乳化作用。化学稳定性高，耐 硬水、耐酸和耐碱等性能均十分良好，乳化力强。 3 脂肪酸聚氧乙烯酯，通式r - c 0 0 ( c h h ：o ) 。_ h ，由脂肪酸和环氧乙烷或 聚乙二醇反应得。 4 聚环氧丙烷与环氧乙烷加成物，又叫聚醚。是聚氧乙烯和聚氧丙稀得 嵌段共聚物。这类乳化剂乳化能力很强，某些方面比烷基烷基酚聚氧 乙烯醚或拉开粉得乳化更迅速；其另一特点是起泡性很低，是无泡沫 的乳化剂。 2 ) 多元醇型 1 甘油的脂肪酸酯，用量最大的一类食品乳化剂。 2 季戊四醇的脂肪酸酯。 第1 l 页共6 3 页 纺织品抗紫外线整理剂的开发和应用研究东华大学硕士论文 3 山梨醇及失水山梨醇的脂肪酸酯。 4 蔗糖脂肪酸酯可供食品季医药用乳化剂。 5 醇胺的脂肪酰胺由含氨基和羟基的化合物与脂肪酸反应制得。 2 2 3 阳离子型乳化剂 阳离子型乳化剂大多适用于制备w o 型乳液。有烷基胺盐，烷基季胺盐和烷 基吡啶盐三类。 2 2 4 乳化剂性质 乳化剂分散在水中，浓度低时它们表现类似于无机电解质，呈分子状态溶解 ( 单分散) ，此时溶液中乳化剂分子间距离甚大，分子的热运动阻止了它们互相 聚集，同时由于它们具有亲水亲油性质，故也吸附与气液界面上。此时疏水部 分偏离水指向空气，亲水部分则相反指向水相。乳化剂这种在界面上定向排列的 结果使水表面被亲油物质取代以及降低了水溶液的表面张力。但是随着浓度增 大，一旦乳化剂单分子层全部覆盖表面时，它必然要进入溶液中，这就要受水分 子排斥。水分子强烈的内聚力力图把乳化剂的疏水部分从溶液中排挤出去，将亲 水部分留下来。当乳化剂浓度足够大时，这种作用力的折中结果必然导致过饱和 的乳化剂分子克服热运动，形成将疏水部分朝内、亲水部分向外的分子聚集体， 即胶束。开始形成胶束是的乳化剂浓度称为临界胶束浓度( c r i t i c a lm i c e l l e c o n c e r t r a t i o n 简称伽) 。 胶束的形状因活性剂浓度变化而异。在比c m c 低时可形成单分散乳化剂分子 或它的二聚，三聚体，在c m c 高时多半为球形，浓度更高时则成圆柱状或棒状。 在超过c m c 的水溶液中，加入的乳化剂全部形成胶束。胶束的内部是乳化剂 的亲油性部分，外测则排列着亲水基团。此时若向该体系中加入不溶于水的烃类 物质，则有可能形成透明而稳定溶解的体系。这种因乳化剂胶束而发生的溶解现 象称为增溶作用。具有这种性质的乳化剂称为增溶剂。 通过x 一射线及其它方面的研究，发现增溶可分为三类： 1 ) 非极性增溶，即增溶的物质溶解于胶束中，形成所谓夹心型增溶，此时 胶束的球型直径或夹层厚度以及相当于胶束层间距或柱状胶束的中心 距离都将增大； 2 ) 极性一非极性增溶，此时增溶溶解质分子分割插入胶束的乳化剂分子中， 第1 2 页共6 3 页 纺织品抗紫外线整理剂的开发和应用研究东华大学硕士论文 极性基位于乳化剂分子的亲水基间，非极性则插入它的疏水基间，形成 混合胶柬，又称栅型增溶； 3 ) 吸附增溶。此时增溶溶解质分子吸附与乳化剂胶束的极性表面上。 分子结构复杂并具有极性基、分子量大的油性溶剂一般属3 类吸附增溶；非 极性小分子多为1 类非极性增溶；分子量小但含有极性基团的可考虑为二类极性 一非极性增溶。 非离子型乳化剂也存在增溶作用。由于非离子乳化剂是以容积大的聚氧乙烯 基或多元醇类为亲水基，故胶束的亲水层很厚。由它所包裹着的部分可看作它的 浓缩相。故非离子型乳化剂多半在胶束的亲水部分发生增溶。 乳化剂的增溶作用的大小可用增溶临界值或增溶能力来表示。影响乳化剂增 溶作用的因素有乳化剂的化学结构、增溶溶解质的化学结构、电解质及温度。 非离子型乳化剂在合适的温度下是一种很好的增溶剂，但温度范围受到限 制；而离子型乳化剂对温度很稳定，但亲水性太强，因此非离子型与离子型乳化 剂复配可以取长补短。非离子型与阴离子型乳化剂复配后，胶束溶液( 有的也称 为微乳液) 对抗温度的稳定性增大，最大增溶也增大。但也要注意当阴离子型乳 化剂比例增大时，温度稳定性降低，最大增溶减小。 此外，浊点是非离子型乳化剂的一个重要特征，它直接影响着非离子型乳化 剂的应用，表现为提高浊点可提高高温整理时的分散性和染匀性等。 2 3 乳化剂选择方法 最切实的方法是基于亲水一亲油平衡值( h l b ) 的概念。h l b 值即为分子中 的亲水部分和憎水部分相对尺寸大小。每一种乳化剂都有一个处在1 - 2 0 之问的 无量纲值。数值0 - 9 ：油溶性憎水乳化剂；数值1 1 - 2 0 ：水溶性亲水乳化剂。 表2 - 1 表面活性剂和h l b 值 项目i 值 应用 项目 b i b 值 应用 0 - 3 消泡剂 8 1 8 o v 型乳化帮 亲油3 8 w o 型乳化剂 亲水1 1 - 1 5 清洗剂 7 9 润湿剂 1 5 - 1 8 稳定剂 选择乳化剂的选择依据主要是l t l b 值法和其他方法相结合。除了h l b 值以外 第1 3 页共6 3 页 纺织品抗紫外线整理剂的开发和应用研究东华大学硕士论文 还有很多其他值得考虑的因素： 1 ) 一般阴离子乳化剂和乳液离子带有同种电荷相互排斥，易于获得稳定的 乳化液； 2 ) 乳化剂的憎水性基团与被乳化物结构相似时，乳化效果比较好； 3 ) 乳化剂在被乳化物中易于溶解的，乳化效果比较好； 4 ) 乳化剂的憎水性基团一定要和被乳化物有很好的亲和力，两者之间亲和 力强时，不但乳化力强，而且乳化剂用量也可减少； 5 ) 乳化物的憎水性强，若使用亲水性强、h l b 值过大的乳化剂，由于乳化 剂的被乳化物两者之间缺乏亲和力，乳化剂易溶于水中，乳化效果不好， 此时要掺用部分h l b 值较小的乳化剂来进行调节。 2 4 紫外线吸收整理剂的乳化复配方法“” 在对乳化剂有了一定的了解之后，我们才能进一步地对紫外线吸收整理剂的 乳化复配进行探讨。紫外线吸收剂油状微粒通过乳化或者分散作用能长期稳定的 分布在液体中，进一步在整理过程中达到对织物的扩散吸附。 紫外线吸收整理剂一般由非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂复配而成。 非离子表面活性剂具有良好的润湿和渗透作用，且易形成胶柬，乳化效果好。常 用的非离子表面活性剂有脂肪醇聚氧乙烯醚和烷基酚聚氧乙烯醚，碳链长度和环 氧乙烷加成数不同，性能有较大差别。从乳化力和渗透力等方面考虑，脂肪醇聚 氧乙烯醚宜选择脂肪醇碳链数在1 0 - 1 4 和环氧乙烷加成数在6 - 7 的物质。一般非 离子表面活性剂浊点较低，应用受到温度的限制，通过与阴离子表面活性剂复配， 浊点能大大提高，阴离子表面活性剂有烷基苯磺酸钠，烷基萘磺酸钠、烷基磺酸 钠，蓖麻油硫酸酯盐等。 一般复配紫外线吸收整理剂所选用的阴非离子型乳化剂的h l b 值在1 2 - 1 4 之间，且相互要比较接近。阴、非离子型乳化剂的m o l 比约为1 ：1 。复配得到 的紫外线吸收整理剂应达到下列性能目标：高浊点，浊点 1 0 0 ；耐酸性强，在 酸液中不发生漂油及沉淀现象；产品为2 0 - 3 0 浓度的乳液。 常用的工艺方法以分散原理为依据，通过外界向体系提供的机械能进行。可 通过搅拌器( 定子一转子原理) 也可通过压缩压力流实现剪切效果。据此乳化设 第1 4 页共6 3 页 纺织品抗紫外线整理剂的开发和应用研究东华大学硕士论文 备分成两类：“胶体磨”( 定子一转子) 适用于较宽的粘度范围；均化器( 压力流) 适用于较低的粘度。在选取乳化设备时，除了乳状液的特定性质和粘度，最需要 的因素是产物平均粒子尺寸。工业上，常用的乳化设备主要有胶体磨、球磨、均 化器、超声波乳化器和高压均化器。不仅通过向体系输入机械能可将大液滴分裂 成较小的液滴，而且通过使用乳化剂降低两相阃的界面张力也很容易实现，还必 须保护小液滴以防发生凝结，因此含有表面活性剂、乳化剂等的混合物的最佳配 合至少与机械粉碎是同样重要的。 组分的加入顺序对乳化过程和乳化结果有决定性的影响。主要有四种标准方 法：乳化剂在水中；乳化剂在油中；瞬间成皂法；轮流加液法。 1 乳化剂在水中：将乳化剂直接加在水中，然后在剧烈搅拌下加入油，直接 得o w 型乳状液。如要制得w o 型乳状液，可以加入更多的油，直至发生相变， 这些变型得粗乳液必须在胶体磨中精制。 2 乳化剂在油中： a 直接将混合物加入水中，自发形成o w 型乳状液。这种工艺通常产生 大小均匀的液滴，约0 5 i i1 1 1 。 b 慢慢的、一点点低将水直接j j 日；n 混合物中。在缓慢搅拌下继续添加更 多的水，会发生变型而得到o a 型乳状液。 3 瞬间成皂法：仅用于皂类稳定得乳状液，可形成o w 型和w o 型的乳状液。 将脂肪溶于油中，碱溶于水中，当两相混合后，在界面上生成了皂类。它能自发 的形成稳定的乳状波。 4 轮流加液法；将水和油轮流加到乳