紫外线防护整理
紫外线防护整理
一紫外线的组成及危害
二纺织品对紫外线的防护作用
三抗紫外线整理机理
四抗紫外线吸收剂
五抗紫外线屏蔽剂
六抗紫外线整理剂
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。
1.2不同波长紫外线的特征
紫外线 UV-A UV-B UV-C
波长/nm 320-400 280-320 100-280
臭氧层吸收程度 穿透臭氧层 大部分被臭氧层吸收 绝大部分被臭氧层吸收
到达地面的辐射量 95% 不足2% 约为0
对人体伤害 对人体皮肤造成损伤 较UV-A损伤高1000倍 难以到达地面
不同波段紫外线对人体的影响
①UV-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。
②UV-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。
③UV-C（100-280）段被臭氧层吸收。
1.3对高分子材料的危害
（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。
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。
2.2UV-R防护作用的表征
UPF越大，防护效果越好。
紫外线防护指数UPF（ultravioletprotectionfactor）：
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。
在美国称为:太阳保护系数(SPF)
UPF UV-ray透过量 类别 防护等级
大于40 小于2.5 优良 3
30-40 3.3-2.5 很好 2
20-29 5.0-2.4 良好 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。
不同纤维未染色织物的UPF
纤维种类 织物类型 厚度/mm 克重/g/m2 UPF
棉 府绸（坯布） 018 107 6
棉 府绸（漂白） 0.22 110 2
麻 平纹 0.14 89 18
蚕丝 缎绉 0.20 84 6
毛 0.28 125 13
涤纶 0.29 165 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
（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。
（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，红色是佳的防护色。紫外线容易被波长长的红色吸收，红色吸收600nm以下谱段；
（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
织物对光线的反射透射作用
（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。
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。
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
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），终紫外线吸收剂回到它的初始状态。
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
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/X380nm（UV-B全部、UV-A；-C一部分）。
二氧化钛：反射波长340/X360nm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。
应用多的是氧化锌、二氧化钛、陶瓷粉或微粒。
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
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。
6.2有机类抗紫外线整理剂
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280nm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
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
水杨酸酯类吸收剂
应用早的紫外线吸收剂
（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
（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
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处理，目的是提高染色品的耐光牢度。
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。
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。
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
影响纳米材料紫外线屏蔽效果的因素
主要有：
①粒径:一般要求颗粒直径d<100nm，以30//50nm为佳；
②晶型：对TiO2的晶型而言，金红石型屏蔽紫外线的效果要优于锐钛型；
③分散性：纳米材料在介质中分散性越好，越有利于小尺寸效应的发挥，抗紫外效果就越好。ZCU5E6p
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