（纺织材料与纺织品设计专业论文）防紫外、抗静电纺织品的开发与性能测试[纺织材料与纺织品设计专业优秀论文].pdf

西安工程科技学院硕上研究生学位论文 y 6 4 8 5 5 0 摘要 本文在大量实验及分析研究的基础上，利用抗紫外线纤维通过抗静 电后整理开发出了具有良好的防紫外线辐射、防静电同时兼具良好服用 性能的多功能夏季服用面料，达到了功能性与服用性的完美结合。 首先，就织物防紫外线辐射机理方面，利用光学原理，时不同的紫 外线屏蔽剂进行了探讨，分析了紫外线反射剂和紫外线吸收剂的不同防 护机理。 同时，对影响纺织品抗紫外线性能的因素进行了分析研究，通过测 试分析，得出了产品组织规格中各因素对紫外线透过率的一般影响规 律。并采用科学的正交实验方法确定了主要因素对织物抗紫外线性能影 响的强弱，寻求出织物各主要规格之间的最佳组合。 在以上研究、分析、测试的基础上，进行了优化设计，确定了合理 的产品规格设计、工岂设计和主要的生产技术措施，并组织了生产，丌 发出了防紫外线辐射、防静电的服用面料。 最后，对成品进行了紫外线防护性能、静电防护性能和服j = f j 性能测 试、分析，进一步验证影响紫外线防护性能的因素及一般规律。结果表 明，本课题研究开发的抗紫外线、抗静电服用面料具有优良的紫外线、 静电防护性能，同时保持了良好的服用性能。 关键词：防紫外线，防静电，机理，影响因素，产品开发 西安工程科技学院顶十研究生学位论文 t h e d e v e l o p m e n to f a n t i - - u l t r a v i o l e ta n da n t i - s t a t i cf a b r i c i nt h i s p a p e r ，ak i n d o fm u l t i - f u n c t i o n a ls u m m e rc l o t h i n gf a b r i c w h i c hh a sp e r f e c tu l t r a v i o l e t p r o t e c t i o n 、s t a t i cp r o t e c t i o n a n dw e a r i n g p r o p e r t i e sh a sb e e nd e v e l o p e db yu s i n g a n t i - u l t f a v i o l e tf i b e ra n da p p l y i n g a n t i s t a t i ct r e a t m e n to nf a b r i c ，b a s e do nt h ea c a d e m i ci n v e s t i g a t i o na n d t h r o u g hal o t o fe x p e r i m e n t sat h ep r o d u c ti sa p e r f e c tc o m b i n a t i o no f f u n c t i o n a la n dw e a r i n g p r o p e r t i e s 。 d u r i n gt h er e s e a r c ho ft h eu l t r a v i o l e tp r o t e c t i o nt h e o r yo ff a b r i c ， a n a l y z e d t h e t h e o r y f r o mt h e p r o p e r t y o fw a v et om a t t e r e n e r g y a n d c o n s t r u c t u r ec h a n g ea b s o r b e du l t r a v i o l e t ，d i s c u s s e du l t r a v i o l e tp r o t e c t i o n t h e o r yo fd i f f e r e n c eu l t r a v i o l e ts h i e l da g e n tb yu s i n gm o l e c u l ec h e m i c a l t h e o r y 。 t h ec o r eo ft h er e s e a r c hi st o a n a l y z et h e f a c t o r s i n f l u e n c i n gt h e u l t r a v i o l e t p r o t e c t i v ep r o p e r t y o ff a b r i ca n d g a i n t h er e l a t e dr u l e so f u l t r a v i o 】e tt r a n s m i t t a n c eo ff a b r i cs p e c i f i e a t i o n 。i nt h er e s e a r c h 。t h em a i n f a c t o r sw h i c ha f f e c ta n t i - u l t r a v i o l e t p r o p e r t yo ff a b r i ch a sb e e nd e f i n e d a n dt h eb e s tc o m b i n e ds p e c i f i c a t i o no ff a b r i ch a sb e e nd r a w n ，b a s e do n t h es c i e n t i f i ca n a l y s i sm e t h o d s 。 s p e c i f i c a t i o na n dt e c h n i q u ed e s i g nh a v eb e e nm a d ea n dk e yp o i n t so f p r o d u c t i o nt e c h n o l o g yh a v eb e e nd e f i n e d ，t h ep r o d u c t i o no ff a b r ich a s b e e no r g a n i z e d ，b a s e do nt h e s et e s t sa n da n a l y s e s 。a f t e rt h a t ，t h e p r o d u c t w h i c hm e e t st h er e q u i r e m e n t so fa n t i - u l t r a v i o l e t p r o p e r t ya n da n t i s t a t i c p r o p e r t yh a sb e e nd e v e l o p e d 。 i nt h el a s tp a r to ft h ep a p e r ，f a c t o r so fa n t i - u l t r a v i o l e t p r o p e r t ya n d t h er e l a t e dr u l e sh a v eb e e nf u r t h e rv a l i d a t e db yt e s t sa n da n a l y s e so nt h e f i n i s h e df a b r i c p r o d u c t s 。i t s h o w st h a t ，t h ef a b r i c d e v e l o p e d i nt h e r e s e a r c hn o t o n l y h a se x c e l l e n ta n t i u l t r a v i o l e t p r o p e r t i e s 、a n t i - s t a t i c 西安工程科技学院硕r 上研究生学位论文 p r o p e r t i e s ，b u ta l s oh a sg o o dw e a r i n gp r o p e r t i e s 。 l i uj i e ( t e x t i l em a t e r i a la n dt e x t i l ed e s i g n ) d i r e c t e db ys h e nl a n p i n g k e y w o r d s ：u l t r a v i o l e tp r o t e c t i o n ，s t a t i cp r o t e c t i o n ，t h e o r y ， i n f l u e n c ef a c t o r ，d e v e l o p m e n to f p r o d u c t 两安工程科技学院硕士研究生学位论文 第一章绪论 第一节防紫外线纺织品的研究现状、发展趋势 一、防紫外线纺织品的研究现状h 1 随着大气污染的加剧，纺织界对紫外线防护产品的开发研究开始兴 起，近年来更是形成一个热点，一些发达国家( 如日本) ，此类产品的 研究已具规模，我国在紫外线防护织物方面的研究工作起步较晚，技术 还不成熟，因此还需要进行更多的更加深入的研究工作。 ( 一) 防紫外线屏蔽剂的研究现状”“” 根据防护机理的不同，使用的紫外线屏蔽剂类型可分为两种，一种 是无机类紫外线反射剂，作用机理主要是对紫外线进行反射，另一种是 有机类紫外线吸收剂，作用机理主要是对紫外线具有吸收作用。无机类 紫外线屏蔽剂，大多是金属氧化物或陶瓷粉末，如二氧化钛、氧化锌、 滑石粉、陶土、碳酸钙等，它们都具有较高的折射率。加入织物中，可 增加织物表面对紫外线的反射和散射。其中二氧化钛、氧化锌的紫外线 透射率较低，较为常用。有机类紫外线屏蔽剂即紫外线吸收剂，是指能 吸收波长为2 7 0 4 0 0 n m 紫外线的有机化合物。此类有机化合物的共同 点是在结构上都含有羟基，在形成稳定氢键，氢键螯合环等过程中能吸 收能量转变成热能散失，所以传导到高聚物中的能量很少，起到防紫外 线的作用。国内市场上常用的是二苯甲酮类和苯并三唑类。多用于织物 涂层整理。 ( 二) 防紫外线纺织品生产方法的研究现状“ ”1 目前，国内外防紫外线纺织品的生产，主要分为两大类：一种是通 过在聚合或纺丝时加入紫外线遮蔽剂，制得防紫外线纤维，然后，利用 防紫外纤维与普通纤维混纺、交织，构成抗紫外线织物，产品具有永久 抗紫外线性能。其中效果较好的是采用纳米级的陶瓷粉末，这种产品国 内尚未见报道。第二种方法是后整理法，利用紫外线遮蔽剂浸渍或涂层 于织物表面，起到一定防护作用。近年来这方面的课题研究较多。 西安工程科技学院硬士研究生学位论文 ( 三) 纺织品防紫外线性能影响因素的研究现状”1 产品防紫外线辐射效果的差异，不仅与屏蔽剂的种类、添加量的多 少、加工方法有关外，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。目前，比较一致的看法是：一 般棉、粘胶、锦纶、腈纶等纤维的防护阻隔作用较小；羊毛、涤纶等纤 维由于分子绪梅中含有苯环和芳香族氨基酸，对小于3 0 0 n m 兹紫终线有 较强的吸收性，因此，具有较好的防护阻隔作用；而蚕丝的防护性能介 于两者之间。另外，聚酯纤维由于纺丝时加入了二氧化钛作消光剂( 又 是较好的紫舛线屏蔽剩) ，所以纤维鲍防紫外辐射效果较好。从一些研 究给出的数据看，织物的紧密度与其防紫外辐射的效果成正相关；织物 结构、组织、原料等对防紫外效果的影响也非常大( u p f 值的差异可为 数倍) 。但是其它因素，如纤维为长丝还是短纾，纱线表露毛羽多还是 光滑，纱线的线密度大小，是强捻纱还是无( 弱) 捻纱，织物的颜色( 深、 浅) ，织物的厚度等对防紫外辐射效果的影响，在不同的文献中，研究 结论有所不同；各影响因素的作用大小兹排序也有所不同。这主要是因 为不完善的实验设计及公开数据的缺乏，特别是没有系统的试样，织物 规格之间的可比性较差。另外，各种文献在进行这些讨论时，都没有考 虑屏蔽剂的种类，也可能是导致结论不一的原因之一。此外，产品的服 用性与功能性统一的问题，各种文献基本没有涉及。 ( 四) 防紫外线性能测试研究现状 l 、防紫外线性能测试实验方法标准”3 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： 澳大利亚薪亵兰标准a s n z s4 3 9 9 1 9 9 6 日光防护服的评定和 分级；美国标准a a t c c l 8 3 1 9 9 8 紫外线透过织物的透射比和阻截率试 验方法；欧盟标准p r e n1 3 7 5 8 - - 2 0 0 1 纺织品日光紫外线防护性能；中 国标准g b t 1 7 0 3 2 1 9 9 7 纺织品紫外线透过率的试验方法。 2 、防紫外线的测试方法“ 常用的测试方法与仪器有： 2 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 ( 1 ) 紫外分光光度计法：采用紫外分光光度计，测定防紫外线织物 在特定波长内的紫外线透过率，然后求出织物对紫外线的遮蔽率。 ( 2 ) 紫外线强度计法：对纺织品按给定时间进行紫外线照射，测定 紫外线通过试样的紫外线辐射强度，通过与未放试样的情况进行比较， 得到紫外线的透过率，然后计算紫外线遮蔽率。 紫外分光光度计法和紫外线强度计法都属于体外试验( i nv i t r o ) ， 采用光谱辐射进行测试，为客观公正的测试手段。 3 、评价防紫外线性能的指标“” 评价防紫外线性能的指标主要有紫外线( u v r ) 透射比、u v r 遮挡率、 紫外线防护系数( u p f ) 和穿透力。其中，u p f 是目前国外采用较多的评价 织物防紫外线性能的指标，如a s n z s4 3 9 9 、a a t c c l 8 3 、p r e n l 3 7 5 8 及 i s o 提案均采用该指标。 二、防紫外线织物的发展趋势1 1 1 ”1 1 目前，防紫外线织物的发展趋势主要有三方面，一是产品向纳米技 术方向发展，开发以具有紫外反射功能的无机纳米粒子与具有紫外线吸 收功能的有机纳米粒子经过纳米复合，得到高效紫外线屏蔽剂的方法将 是抗紫外线织物的一个发展方向。二是产品向功能持久、高效化方面发 展，利用微胶囊缓释的特性，将紫外线屏蔽剂制成微胶囊再施于织物上， 使产品的抗紫外线性能更持久、高效，达到长效防紫外线的目的a 第三 是产品向功能复合化方向发展，可尝试将抗紫外线屏蔽剂和各种功能剂 复合于织物上，使产品简便、实用，提高产品的附加值及适应性a 第二节防静电纺织品的研究现状1 3m 1 心钉 一、抗静电织物的加工方法研究 上世纪5 0 年代后期，国外就开始了抗静电纺织品技术的研究，6 0 7 0 年代，日本，德国，美国等工业发达国家陆续提出了对抗静电纺织品及 服装的要求，8 0 年代以后，国内外对抗静电纺织品开展了系统的研究，所 采取的工艺技术途径，归纳起来主要有三种类型a 第一种方法是通过对纤维或织物进行亲水处理，使纤维或织物的吸 两安工程科技学院硕上研究生学位论文 湿性提高，加速静电荷的泄漏，减少静电聚集。这种整理方法效果较持 久，但大气中含湿量的高低对其有较大的影响。第二是在纤维生产过程 中加入有导电性的聚合物微粉，如碳黑、金属、金属氧化物等，使导电 纤维具有良好的放电作用，起到消除静电作用，此类产品耐久性好，不 受环境条件影响，是较理想的抗静电产品。第三则是通过合理的织物设 计，在产品中织入金属材料，利用金属的导电性来达到织物的抗静电作 用，此方法对产品的手感及其他服用性能有一定影响。 目前，市场上的抗静电整理剂的品种较多，若按结构不同，可分为 阳离子型、阴离子型、非离子型、两性型、高分子化合物型、复合性、 无机盐型等；按耐洗涤程度可分为暂时型及永久型。 二、抗静电织物的测试及评价 评定抗静电效果主要是测定织物上的静电量，而静电量常用静电 压、半衰期和表面比电阻来表示。目前，抗静电织物的测试方法主要有： 织物的静电压半衰期测定：利用电晕放电机理使试样带电，记录稳 定后试样上的静电电压值及该电压衰减到一半时所需的时间。静电压越 低、半衰期越短，织物的抗静电性能越好。 织物摩擦带电电荷密度的测定：用规定的摩擦材料摩擦试样，使试 样带电后，经静电中和或静电泄漏在规定条件下测定的电位，再换算成 单位面积上的带电量。电荷面密度越低，抗静电性能越好。 测试时，一般应考虑洗涤不同时间后织物的抗静电能力。 目前，还没有服用织物的具体抗静电标准。 第三节本课题的研究意义与内容 根据近年来科学研究和世界卫生组织公布的结果，适量的紫外线辐 射对人体有益，但长时间的照射，会使人体皮肤失去抵御功能，严重的 甚至会癌变。因此，采用各种方法对紫外线进行防护就变得十分重要， 开发日常防紫外线纺织品的工作也受到广泛的重视。 一、防紫外线纺织品研究中存在的问题2 4 1 2 5 1 2 6 1 2 7 1 4 两安工程科技学院硕士研究生学位论文 1 、对防紫外线纺织品机理的研究还不够深入。 现阶段大多数的研究资料对于防紫外线纺织品机理的研究只是说 明某些紫外线屏蔽剂具有防紫外线的功能，僵理论方颟的研究不够深 入。 2 、纺织品抗紫外线性能的影响因素研究的不系统 虽然此方蘧的研究不少，但各j 申文献中的研究结论存在若相互矛盾 的地方，各影响因素的作用大小的排序有所不同。因此，应进行更为系 统的实验设计，充分研究纺织品本身阻挡紫外线透过率的影响因素，从 纤维种类、纱线类型、织物组织、表露性能以及颜色、厚度等考虑，找 出其内在规律。 3 、在功能复合化开发方面做的不够。 目前，紫终线防护产品的多功能、复合化方瑟的研究还有德提高。 许多产品功能的单一化限制了其使用的范围。 4 、相应的测试研究不完善。 虽然，国内外有关防紫外线测试的仪器和标准不少，但还没有统一 的方法标准和产品标准，还需按不同用途研究制定完善的产品标准和测 试手段。 二、本课题要研究的内容 本课题试图在现有条件的基础上，采用防紫外线纤维进行服用产品 开发，达到防紫外线效果，但由于设计的紫外线面料所采用原料为涤纶 纤维，作为北方干旱的夏季，面料在服用中易产生静电，与内衣或皮肤发 生缠附，极大的影响产品的服用性能及外观效果，因此，为提高服用性 能，产品的最终定位为在具有抗紫外线织物的基础上进行防静电后整 理，最终达到抗紫外、防静电双功能与服用性综合效果较好的目的。 本课题着重在以下几个方面进行研究。 1 对纺织品的防紫外线作用机理进行理论分析。 2 通过测试不同试样，分析织物结构参数的变化( 如纤维表面形 态，纱线捻向、捻度，织物组织、纱特、密度、组织、结构相、厚度、 重量、颜色等) 对织物防紫外辐射性能的影响，并找出一般影响规律。 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 同时，通过正交实验，寻找出当抗紫外原料确定后，其紫外线透过率最 小时，织物的主要结构参数的最佳组合。 3 在此基础上进行具体的原料、纱线、织物规格设计。制定最佳 的产品设计方案并织出小样，同时对防紫外线纺织品进行抗静电后整 理，开发出具有功能复合化的多功能防护纺织品。最后，通过测试分析， 选择效果较好的、有典型意义的设计进行大样生产。 4 对织物的防紫外、防静电功能和服用性能进行更深入的测试、 分析、研究。主要对防紫外线辐射效果对产品的手感、性能( 如柔软性、 透气性、悬垂性等) 进行测试，分析加入紫外线屏蔽剂后产品性能的变 化，验证研究结论。同时，通过测试分析，研究织物中的紫外线屏蔽剂 对抗静电后整理性能的影响。 6 西安工程科技学院硕上研究生学位论文 第二章抗紫外线辐射、抗静电的作用机理分析 第一节紫外线的基础知识 一、电磁波及紫外线 紫外线的波长位于可见光和伦琴射线之间，一般是指波长在4 0 0 1 0 0n i l 之间的电磁辐射线。分类如图2 - 1 1 。从物理学的观点看，可见 光和紫外线都是电磁波，具有波粒二象性。 1 8 0 r i m4 0 0 a m7 9 0 n m3 0 0 0 n m 本文讨论的紫外线的波长范围主要为1 8 0 4 0 0 n m 之间，即长波u v a 段、中波u v b 段和短波u v c 段紫外线的防护。 二、紫外线辐射对人类的影响 1 紫外线的致红斑效应“” 紫外线的红斑反应有两个最敏感的波长区，即波长为2 9 7 n m 和 2 5 4 n m 。但是波长为2 5 4 n m 的紫外线基本上都被大气层吸收，不会到达地 面，实际上，对人体造成最大危害的紫外线波长区即为2 9 7 n m 区间。 2 紫外线的损害强度阳们 评价紫外线对人体的实际损害程度时，应在有害波段内累积综合考 虑，即h ( x ) = eu ( ) e ( ) ，显示为图2 一卜3 所示。” 童长tn m ) 图2 一卜3 波段的累积损害程度 图中；h ( ) 一u v 的损害强度 u ( ) - - u v 的辐射强度e ( ) 一某一波长下的致红斑效应 7 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 第二节抗紫外线辐射作用机理的分析n n 2 ”“”1 紫外线照射到织物上如图2 2 - 1 所示，部分被反射，部分被吸收，其 余的透过织物，并且在一般情况下，透过率+ 反射率+ 吸收率= 1 0 0 ，因此， 反射率和吸收率增大，透过率就减少，对紫外线的防护性就好。 1 图2 - 2 1紫外线作用于织物示意图 纺织纤维材料的折射系数为1 5 左右，入射光线的反射很少；进入 纤维的光线被吸收的部分也少。纤维一般呈透明或半透明。因此其本身 的抗紫外线能力较差。抗紫外线辐射的作用机理就是在织物上施加一种 能反射和或有强烈选择性吸收紫外线的物质，并且被这些物质施加后 的织物，其各项服用性能无不良影响，达到使用要求。能反射和或吸 收紫外线的物质就是紫外线屏蔽剂。屏蔽剂可分为无机与有机两种，其 作用机理也各不相同。 一、无机紫外线屏蔽剂的作用机理分析 ( 一) 利用光反射理论分析无机紫外线屏蔽剂的作用机理 当紫外光照射到物质上时，光与物质的相互作用会使光的传播和性 能发生变化。在光与物质的分界面上会发生吸收、反射现象，入射的光 会发生折射、散射与色散等现象，这些作用都有助于降低入射光的强度， 对入射光有屏蔽效应。 无机紫外线屏蔽剂主要的作用机理就是利用所选无机物质对入射 紫外线有较大的反射作用；通常，作为紫外线屏蔽剂的无机物对入射紫 外线波长都具有较大的折射率，折射率越大，反射率也越大，对紫外线 的反射就越强烈。另一方面，物质的反射率和光波的波长有关系。入射 光的波长如果是在所选物质的吸收线或者吸收带附近，物质的折射率就 变的很大，相应地，这个波长的光波在物质的表面上也就能强烈的被反 西虫工程科技学院硕_ 上研究生学位论文 射。或者说，在属于物质的发射光谱线附近，正好也就是反射光强度很 高的位置，当被选作屏蔽剂的无机物的发射光谱线恰好在紫外线波长区 域时，对紫外线具有强烈的反射作用。此外，纺织品自身表面凹凸不平 呈复杂多孔材料的特点，除具有较大的反射作用外，还能对入射光具有 一定的色散、散射、漫射等能力，达到良好的紫外线屏蔽效应。这些强 烈的反射、散射作用就使无机紫外线屏蔽剂能达到遮蔽紫外线的目的。 ( 二) 常用无机紫外线屏蔽剂的作用机理 常用无机紫外线屏蔽剂都是不具活性的金属化合物，如二氧化钛、 氧化锌、碳化钙、瓷土、滑石粉等，这些无机物一般是不具有色泽的微 粒子，将其导入织物的纤维中利用其在纤维与粒子间的界面折射率大， 对入射的紫外线的波长区域具有良好的折射性，起到防止紫外线透过的 效果。这些无机物微粒子一般越细越好。 1 常用无机紫外线屏蔽剂的紫外光穿透性曲线 j l + i il i o l z j ir ffy i 1l，i i j j j l ，i1 _ vil llli l li l t k 图2 2 2超微氧化锌光穿透性曲线“” 注：平均粒径为3 0 l o o n m ，比表面积为3 0 7 0 m 2 g ，白色粉末 诫长( n r a 图2 - 2 3二氧化钛白粉光穿透性曲线3 5 1 注：平均粒径为l o 5 0 n m ，比表面积为3 0 l o o m 2 g 白色粉末 从图2 2 2 和图2 2 3 中可以看出，氧化锌、二氧化钛对紫外线均 9 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 有较低的透过率，即对紫外线具有良好的屏蔽作用。由于超微粒氧化锌 廉价无毒，折光率( n = 1 9 ) 比二氧化钛( n = 2 6 ) 小，透明度商，且其 屏蔽紫外线波长范围( 2 4 0 3 8 0 n m ) 也比二氧化钛( 3 4 0 3 6 0 n m ) 宽， 同时，氧化锌还具有抗菌除臭的功能，所以氧化锌应用尤为广泛。应用 中氧化锌粉末的粒径一般为o 0 0 5 0 0 1 5 u m 。 二、有机紫外线屏蔽剂的防护机理”鲥 紫外光波是一种电磁波，具有量子性、粒子性。光的能量与波长成 反比，波长越短，射线的能量越大，波长在3 0 0 2 0 0 n m 的短波紫外线， 其光量子的能量在9 5 1 4 3 千卡克分子( 6 2 4 1 e v ) ，这样大的能量 照射到某些物质上，可以使分子被激发，被激发了的分子非常活跃，产生 一系列的光物理过程和光化学反应，使被照射物质的结构发生相应的变 化。 l 、光物理过程 光物理过程是物质分子吸收光能量后其能态的变化过程，如图 2 1 4 所示。 上 仁 正 l 内 二二= ；要 f 铺 变 l i l ；内础过渡= ；一1 。 擞 千 ： t 光 翌 发 i - - - - - j k - - - - - - - - - - 一 碡 。- - - - - - 。一光 | - 一 i l l i 图2 一卜4物质分子吸收光能量后能态的变化过程图叫 物质分子受光作用，首先生成激发态分子，当分子吸收光量子后，分 子由基态s o 激发成最低激发单线态s 或更高激发的单线态s ；被激发 的分子又可能通过三种途径回到基态： ( 1 ) 发射荧光回到基态或内部先过渡到三线态t - ，然后释放出磷 光回到基态。 l o 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 ( 3 ) 将能量以热能的形式传递给其他分子而回到基态。 ( 4 ) 能量转移给能量转移剂而回到基态。 当紫外线屏蔽剂受紫外光作用，吸收紫外线能量后，分子中产生电 子迁移，由基态激发成激发态分子，被激发的分子由于不稳定，又通过 释放出磷光、将能量以热能的形式传递给其他分子等途径回到基态，这 样一来就将吸收的能量以无害的热能或无害的波长较长的低辐射能量 释放出来耗掉，而本身结构不发生变化，从而避免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。 2 、光化学反应 紫外线的波长短，能量高，它可以使防紫外线分子( r h ) 成为激发 态，或断裂其化学键，以引起游离基( 自由基) 链式反应。其反应过程 如下： ( 1 ) 链的引发阶段： 抽 r h 叫t + h r h 一r h 。( 激发态分子) r + 0 2 一r o o ，r o o + h r - - h + 0 2 一r o o h r o + h ( 2 ) 链的增长阶段： r 0 0 + r h 叫t o o h + r r o o h 叫i o + o h r o 十r h _ r o h + r h o + r - - h 哏+ h 0 ( 3 ) 链的终止阶段： r + r - r r 2 r 0 0 叫i o o r + 0 2 r 0 0 + r o 叫i o r + 0 2 当某些有机紫外线屏蔽剂分子吸收能量后，发生分子的热震动，产 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 生光化学反应，某些内在化学键破坏，引起游离基( 自由基) 链式反应， 生成互变异构，这一过程虽然发生了化学反应，但最终形成的物质分子 结构、性能与原屏蔽剂分子的结构、性能相似，作用主要是利用化学反 应过程将吸收的紫外热能消耗掉。当然，采用的防紫外线屏蔽剂分子的 结构不同，其光化学过程也不完全一样。此外，不同结构的分子对各种 不同波段紫外线的敏感程度也是不同的。 3 、结论 有机紫外线屏蔽剂就是利用其分子结构上大多有连接于芳香族衍 生物上的吸收波长小于4 0 0i 1 i l l 的发色基团( 如c = n ，n = n ，n = 0 ，c = 0 等) 和助色基团( 如一n h 2 ，一o h ，一s 0 3 h ，一c o o h 等) ，能强烈地、 选择性地吸收高能量的紫外线，发生光物理过程和或光化学反应，被 照射物质吸收能量后通过一系列的光氧化和光化学反应将吸收的能量 进行转化，将紫外线能量转化为其他的能量形式而起到防紫外线的作 用。 三、小结 紫外线的防护就是利用紫外线屏蔽剂对紫外线进行屏蔽和阻断，根 据使用的紫外线屏蔽剂的种类不同，其作用机理也不同，无机紫外线屏 蔽剂主要是利用某些无机物质的发射光谱线附近恰在入射紫外光的波 长范围内，能对入射紫外光波有强烈的反射作用。另外，所选的无机屏 蔽剂大都有较大的折射率，折射率大的物质，对紫外线的散射能力也强， 因此，无机紫外线屏蔽剂对紫外线的良好的反射、折射、散射性能，就 达到了防护紫外线的目的，与有机紫外线屏蔽剂相比，整个过程无能量 的转换发生。不同的无机物对不同波段紫外线的有效反射能力也有所不 同。有机紫外线屏蔽剂的作用机理则是利用某些有机物质具有强烈地， 选择性地吸收高能量的紫外线的性能，利用光物理过程和光化学过程将 吸收的高能量进行形式上的转换，以热能或无害的低能辐射释放出来耗 掉，来达到防紫外线的目的。有机紫外线屏蔽剂的分子结构一般都是具 有羰基共轭或杂环的芳香族有机化合物，不同结构的分子对各种不同波 段紫外线的敏感程度也是不同的，这就为吸收某波段的紫外线而选择不 同结构的防紫外线物质提供了理论依据。 1 2 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 由于有机抗紫外线剂对人体有一定的损害，且耐久性较差，不适合 用于纤维，目前，纤维中多加入无机抗紫外线剂。为保证产品具有良好的 抗紫外线效果，本课题研究的产品选用了以抗紫外线性能较好的无机氧 化锌微粒为主添加的抗紫外线纤维作为原料。 第三节抗静电的作用机理“ 由于本论文中的产品原料采用的是抗紫外线纤维，通过综合分析， 为获得理想的抗紫外线、抗静电的双重效果，经慎重的选择，决定采用 英国生产的聚醚非离子( m i l e a s et ) 永久型抗静电剂，并利用后整理工 艺使产品获得良好的抗紫外、抗静电效果。 聚醚酯( 非离子) 永久型抗静电剂，并非表面活性剂，而是聚对苯二 甲酸乙二酯和聚醚的嵌段共聚物， 其基本结构为： 99 _ | 一一、 i h t 0 一e q 户亡。o c c 也o h p9 o c i h c h 2 nf0 芒一0 f p 邑一o c i h c h 2 n o h 其抗静电的作用机理主要是亲水整理，提高纤维材料的吸湿能力， 改善导电性能。由于聚醚酯( 非离子) 永久型抗静电剂中一部分为聚醚组 分，属于亲水链段，可在涤纶纤维的表层形成亲水中心，可使吸水性大大 增加，加速织物表面电荷的逸散速率，降低纤维表面电阻，达到抗静电及 易去污的作用。另一方面，抗静电剂中含有聚对苯二甲酸乙二酯组分， 与涤纶具有相同的结构，在高温定型处理过程中，与聚酯大分子产生共 晶作用，固着在涤纶纤维上，获得耐洗性效果。 西安工程科技学院硕十研究生学位论文 第三章影响纺织品抗紫外线辐射性能的因素分析 为了有针对性地开发抗紫外线纺织品，采用较低的成本获得较好的 抗紫外线效果，同时具有良好的服用性能，设计前应对影响纺织品抗紫 外线性能的因素有充分了解。目前，国内外一些研究者对影响织物紫外 线防护性能的因素也进行了不少研究，但大多数研究是在不同织物规格 的基础上进行的，因此研究结果差异较大，有些结论不明确，有些论点 缺少相应的数据支持。本课题拟通过系统的测试、对比，找出主要影响 因素的基本影响规律。 由于纺织品抗紫外线的性能与织物的原料、组织、密度、厚度、颜 色等都有关。它是各种因素综合的反映。为了了解各因素对其性能的影 响，本课题首先讨论在其它因素不变的条件下，织物的某一因素发生变 化时对织物抗紫外线性能的影响规律，在此基础上，利用正交实验分析 讨论主要影响因素的主次顺序及产品的最佳组合。为开发抗紫外线新产 品的规格设计和工艺设计提供理论依据。 第一节样品的选择和制备 本课题实验共制作了不同纤维原料、不同组织结构、不同密度以及 不同颜色的试样共计4 6 个( 产品主要规格及紫外线透过率测试结果见 附录2 ) ，并进行了防紫外线性能测试。纤维原料包括普通涤纶低弹丝， 抗紫外线涤纶低弹丝和涤纶细旦丝；组织结构包括平纹、斜纹、缎纹、 绉组织等，颜色有红、粉、蓝、黑等近1 7 种。试样大多采用小样机织 造，织造中特别注意织物密度的控制，尽量保持一致。但用于研究紫外 线防护性能与织物紧度之间的关系的试样，采用摇黑板机制作了部分纱 线缠绕试样( 纱线分别沿经纬向缠绕，没有交织，密度均匀) 。而用于研 究紫外线防护性能与织物颜色关系的试样，采用大批量生产的坯布进行小样染色。 实验样品的测试：由于u v b 范围的辐射比u v a 导致更多的生物性损 害，波长为3 0 0n m 时对人体造成的危害最大。因此，本章研究的数据 1 4 西安工程科技学院硕上研究生学位论文 全部是采用紫外线强度计方法测定织物紫外线透过率，然后通过计算得 到紫外线遮蔽率。测试原理为利用辐射波长为中波段的紫外线( 主峰波 长为2 9 7 n m ) 的紫外光源及相应紫外线接收传感器，将被测试样置于两者 之间，分别测试有试样的辐射强度i 。( j c m 2 ) 及无试样时紫外光的辐射 强度i 。( j c m 2 ) ，计算试样阻断紫外光的能力。以此评判其抗紫外线的 能力。 紫外线透过率= i 。i 。1 0 0 紫外线遮蔽率= ( 卜i 。i 。) 1 0 0 遮挡率= l 一透射比 第二节影响织物抗紫外线性能因素的分析 由于影响纺织品紫外线防护性能的各个因素之间相互关联，为了使 试验结果具有可比性，在研究过程中，设计的每组试样尽量只改变某个 参数，其他参数保持不变，以便更为客观的进行单因素的研究、分析。 编号试样的具体规格见附表2 。 一、纤维原料 不同类型的纤维，对于紫外线的吸收能力不同，从而测得的u p f 值 也不同。本课题采用的是涤纶化纤产品，因而主要研究涤纶化纤原料的 不同对织物抗紫外线性能的影响。试样规格及数据如下( 具体规格见附 表2 ) ： 1 。：经纬丝均为普通涤纶低弹丝； 2 ”：经丝为抗紫外线涤纶低弹丝，纬丝为普通涤纶低弹丝； 3 。：经丝为普通涤纶低弹丝，纬丝为抗紫外线涤纶低弹丝； 4 4 ：经纬丝均为抗紫外线涤纶低弹丝； 5 4 ：经丝为普通涤纶低弹丝，纬丝为涤纶细旦丝，8 3d t e x 1 4 4 f ， 加捻丝，双丝合股。 14 、2 。、3 4 、4 4 的经纬丝均为1 6 7 d t e x 5 6 f ，未染；采用有捻丝，捻 度为1 0 0 捻l o c m ；3 产品组织为8 枚纬面缎纹，其它产品均采用8 枚 经面缎纹：经纬纱密度约为6 0 0 4 0 0 根1 0 c m 。 西安工程科技学院硕七研究生学位论文 表3 2 1原料不同织物的紫外线透过率和遮蔽率( ) 1 2 4 3 。4 45 紫外线透过率 8 7 41 8 52 3 5o 6 36 3 4 紫外线遮蔽率 9 1 2 69 8 1 59 7 。6 59 9 3 79 3 6 6 从表3 - 2 一l 中可以看出，其它条件不变，而原料发生变化时对紫外 线透过率的影响。在主峰为2 9 7t i m 的紫外线照射下，由于抗紫外线涤纶 纤维中所含紫外线遮蔽剂可以吸收和反射紫外线，因此4 。试样( 经纬丝 均为抗紫外线涤纶低弹丝) 的紫外线遮蔽性能最好，2 。和3 试样( 经或 纬单一系统为抗紫外线涤纶低弹丝) 的紫外线遮蔽性能较好，而l4 和 5 4 试样( 经纬丝均未采用抗紫外线涤纶低弹丝) 的紫外线遮蔽性能较差。 其中，2 4 和3 试样都是单一系统采用了抗紫外线涤纶低弹丝，分别选取 的是经或纬向，但由于这两种织物经纬纱密度均为6 0 0 x4 0 0 根1 0 c m ， 经密大于纬密，而2 4 试样是经向采用了抗紫外线涤纶低弹丝，3 。试样为 纬向；因此，2 。试样所含的抗紫外线涤纶纤维量大于3 。试样所含量，故 2 。试样的紫外线遮蔽性能较3 。试样好。另外，通过1 试样和5 。试样的比 较还可以看出，超细纤维织物较普通纤维织物具有较好的抗紫外线性 能，这主要是因为超细纤维单丝纤度减小，增大了紫外线的反射层面， 更加有利于对紫外线的反射所致。 二、纱线结构 当原料、组织、密度、纱线结构不同时，其抗紫外线的性能也有所 不同。下表给出了不同纱线结构的织物的紫外线遮蔽率。其中 4 。：加捻丝，捻度1 0 0 捻1 0 c m ； 2 2 4 ：平丝 两试样经纬纱均采用抗紫外线涤纶长丝，未染，经纬纱密度为6 0 0 4 0 0 根1 0 c m ，采用8 枚经面缎纹组织。 其它规格都相同。 表3 2 2不同纱线结构的织物的紫外线遮蔽率 1 6 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 4 42 2 。 紫外线透过率 o 6 3o 3 0 紫外线遮蔽率 9 9 3 79 9 7 0 从测试数据可知，2 2 。试样紫外线遮蔽率比4 试样大，既纱线为平 丝结构的织物，其抗紫外线性能较加捻丝的好；这主要因为平丝表面光 泽好，对光线发射能力强，另外，在相霜密度、相同旦数条 孛下，平丝 织物的空隙小，对光线的遮蔽效果好。 三、织物组织结构 当原料、纱线结构、密度、颜色均相网，两组织不同时，抗紫外线 性能也会不同。下表中给出了不同组织的紫外线遮蔽率，其中4 。、6 、 7 。、8 、9 的经纬丝均为1 6 7 d t e x 5 6 f 抗紫外涤纶，未染，捻度1 0 0 捻 1 0 c m ，经纬纱密度约为6 0 0 4 0 0 根l o c m 。9 织物的穿综图和纹板图见 附表3 和4 。 表3 - 2 3不同组织结构的织物的紫外线遮蔽率 组织透过率( )遮蔽率( ) 6 。( 平纹组织) 1 0 59 8 9 5 7 ( 采用2 2 斜纹组织) o 9 39 9 0 7 8 。( 4 枚变化经面缎纹组织) o 0 01 0 0 4 。( 8 枚经面缎纹组织) 0 6 39 9 3 7 9 。( 绉组织) 0 4 59 9 5 5 由表3 - 2 - 3 中测试数据可看出，8 4 试样( 4 投变化经面缎纹组织) 的屏蔽紫外线的能力最大，9 试样( 绉组织) 织物屏蔽紫外线的能力次 之，其它依次为4 。试样( 8 枚经面缎纹组织) 7 试样( 2 2 斜纹组织) 6 试样( 平纹组织) 。原因分析如下： 在其它规格不变的情况下，织物组织不同，平均浮长不同，浮长较 长的组织覆盖率高，孔隙度较少，抗紫外线的能力相对较强。同时，组 织不同，经纬纱交织状况不同，经纬纱的空间几何形态也不同；交织次 数越多，其经纬纱屈曲越多，织物布面平整度降低程度越大，织物表面 对紫外线的反射能力就越差，紫外线的屏蔽能力就差。另外，对于变化 1 7 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 组织和联合组织，由于其浮长线排列规律的不明显，也增加了纱线的重 叠密度，减少了织物的直通气孔，减小了紫外线的透过率。 6 4 、7 。、4 4 三种规则组织试样中，4 4 、7 。、64 试样的平均浮长依次减 少，孔隙度、直通孔眼逐渐增大，紫外线的透过率也逐渐增大，屏蔽紫 外线的能力依次降低。而对于8 。、9 。两种试样而言，它们一方面具有较 长的平均浮长线，另一方面浮长线排列规律不明显，直通孔跟较6 4 、7 三种规则组织少，因此，屏蔽紫外线的能力较大。同8 。、9 4 试样相比， 在密度一样的条件下，4 。试样虽浮长长，直通孔眼少，但交织次数少， 使得组织的紧密度下降，故紫外线透过率增大，屏蔽紫外线的能力却不 如8 4 、9 。试样大：此外，9 。试样采用的绉组织为5 3 缎纹+ 泥地组织， 其布面平整度不如8 试样( 4 枚变化经面缎纹组织) ，因此，8 试样的紫 外线屏蔽性最好。 四、织物的紧密度 织物的紧密程度是影响织物抗紫外线性能的重要因素。本课题测试 分析时将原料、纱线结构因素均设计为相同情况，仅考虑密度的作用。 对同为抗紫外线纤维的不同纱线结构的两类试样分别进行了分析研究。 l 、纱线结构为无捻丝时不同密度试样的测试研究，其紫外线遮蔽 率测试结果见表3 - 2 - 4 1 0 4 ：p j = 2 6 0 根l o a m ，p w = 2 2 0 根l o c m ； 1 l 8 ：p j = 3 0 0 根1 0 c m ，p w = 2 2 0 根l o a m ； 1 2 。：p ，= 3 8 0 根1 0 c m ，p w = 2 6 0 根l o a m ： 1 3 。：p j = 5 2 0 根1 0 c m ，p w = 3 0 0 根1 0 c m ； 1 4 。：p ，= 6 8 0 根1 0 c m ，p w = 3 8 0 根1 0 c m ； 1 5 4 ：p j = 7 6 0 根1 0 c m ，p w = 3 8 0 根l o c m ； 表3 2 4不同密度的试样的紫外线遮蔽率( ) ( 无捻丝) 1 0 1 l 1 2 1 3 41 4 1 5 紫外线透过率 5 8 24 9 13 2 82 6 72 2 02 2 0 紫外线遮蔽率 9 4 1 89 5 0 99 6 7 29 7 3 39 7 8 09 7 8 0 2 、纱线结构为有捻丝对不同密度试样的测试研究，紫外线遮蔽率 西安工程科技学院硕十研究生学位论文 测试结果见表3 - 2 - 5 1 6 4 ：p j = 2 6 0 根1 0 c m ，p w = 2 2 0 根l o c m ； 1 7 ：p j ：3 0 0 根1 0 c m ，p w = 2 2 0 根1 0 c m ； 1 8 9