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抗紫外性能纤维的测试方法

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抗紫外性能纤维的测试方法

时间:2015/11/11 9:47:27来源: 作者:
首先选择合适的防紫外线添加剂(俗称防紫外线吸收剂、紫外线稳定剂)很重要,这是一类能选择性地强烈吸收波长为290-400nm的紫外线,有效地防止和抑制光、氧老化作用而自身结构不起变化的助剂。这类助剂还应具备五毒、低挥发性、良好的热稳定性、化学稳定性、耐水解性、耐水中萃取性、与高聚物的相容性。

  一、防紫外线纤维的制造及性能
  首先选择合适的防紫外线添加剂(俗称防紫外线吸收剂、紫外线稳定剂)很重要,这是一类能选择性地强烈吸收波长为290-400nm的紫外线,有效地防止和抑制光、氧老化作用而自身结构不起变化的助剂。这类助剂还应具备五毒、低挥发性、良好的热稳定性、化学稳定性、耐水解性、耐水中萃取性、与高聚物的相容性。防紫外线添加剂可分为无机物和有机物两大类,特别能使紫外线散射而消除的无机物质有二氧化钛、氧化锌、滑石粉、陶土、碳酸钙等等,这些无机物质具有较高的折射率,使紫外线发生散射从而防止紫外线入侵皮肤。其中氧化锌和二氧化酞的紫外线透射率较低,为大多数紫外线纤维所选用。
  
  二、防紫外线纤维的制备方法
  1、在成纤聚合物聚合过程中或熔融状态下加入具有紫外线屏蔽性能的成分。
  也就是选择一种合适的紫外线吸收剂与成纤高聚物的单体一起共聚,制得防紫外线共聚物,然后纺成防紫外线纤维。例如,日本专利报道,用常规的直接酯化或酯交换后缩聚的方法制得防紫外线良好的线型聚酯,再通过常规的熔融纺丝法纺制成纤维。这种纤维具有良好的防紫外线性能,能有效地吸收波长为280-340nm的紫外线,可用作室外用品。
  2、在纤维制造过程中或任意阶段将屏蔽紫外线剂混入纤维中。
  防紫外线纤维的生产制造可通过共混纺丝制得,即将紫外线屏蔽剂或紫外线吸收剂的粉体在聚合物聚合时加入或直接共混纺丝,也可先制成防紫外线母粒再进行纺丝。这样制得的防紫外线纤维比后整理法制成的纺织品的防紫外线功能持久,耐洗性好,手感柔软,易于染色。但其混纺丝法由于粉体加入量的多少、颗粒的大小和均匀度的不同,其功能也不一样,并有可能逐渐堵塞喷丝孔,缩短喷丝板的寿命,增加成本。
  
  三、防紫外线纤维的性能
  目前,国内外防紫外线纤维的开发工作正在不断地加快,作为各种纺织品面料,防紫外线纤维必须具有一定的性质。
  ● 具有良好的紫外线屏蔽功能
  ● 聚合物经改性产生良好的持久性
  ● 与普通制品一样耐洗和耐烫性好
  ● 从聚合物中溶出屏蔽剂,但不产生剥离,安全性好。
  ● 与混入无机化合物同样,安全性、光稳定性良好,对皮肤无伤害。
  ● 阳光下穿着感舒适
  ● 加工方便,具有持久性。
  
  四、纺织品的抗紫外线辐射性能的测试方法的比较
  1.紫外线及对人体的影响
  太阳光线中的紫外线,过去很长时间以来,人们只知对人体是有益的,如可促进维生素D合成的作用,促进骨骼组织发育的作用成长期的儿童多晒太阳,多在户外活动,有利于防止佝偻病,有益于身体健康,皮肤晒得又黑又红是健康的象征等等。但是,现代科学研究表明,紫外线对人体的有害影响要远大于它的有利作用。过多地遭受紫外线辐射是有害的。它主要影响眼睛和皮肤,引起急性角膜炎和结膜炎,慢性白内障等眼疾,诱发皮肤癌。
  在大气上部25-30公里处有臭氧层圈,可吸收来自太阳的过量的紫外线,保护地球上的一切生物和我们人类免受紫外线的侵害。然而近年来,由于人类生产和生活活动,大量地排放氟利昂之类的氯氟烃化合物,使地球环境和平流层臭氧都遭到日趋严重的破坏,南极、北极地区上空臭氧空洞的出现,地球的保护圈臭氧层变薄变稀,其后果就是使到达地面的紫外线辐射量增多。
  紫外线按照其辐射波长的不同,可以划分成紫外A(波长为315–400nm)、紫外B(波长为280–315),以及紫外C(波长在280cm以下)三个波段。由于大气臭氧层对紫外A的吸收很少,所以紫外A可以到达地面,其辐射量的变化基本上同臭氧层的变化没有关系而紫外C则同紫外A完全相反,它几乎完全被臭氧层所吸收,所以它基本上不到达地面而紫外B的辐射量同臭氧层的变化有着密切的关系,对人类也有较大的影响。
  近年来,防紫外线织物也越来越多,一般采用在织物中增加紫外线整理剂,由防紫外线纤维加工织物等防止紫外线对人体的危害。各种防紫外线织物也开始在市场上销售。
  对于经加工的防紫外线织物,如何测试其紫外线透过率,目前国内和国际上有什么测试方法,其异同点如何,是人们一直关注的问题。本文就此作了些比较。
  
  2.纺织品抗紫外线辐射性能的测试方法和产品标准
  由于澳大利亚和新西兰受紫外线的辐射更为强烈,人们对紫外线辐射造成的危害更为关注。1990年和1993年,澳大利亚和新西兰提出了太阳镜和防晒霜的相关标准。1996年澳大利亚和新西兰推出织物抗紫外线测试标准AS/NZS4399。我国在1997年制定了织物抗紫外线测试方法GB/T17032–1997?。美国和英国也相继于1998年提出了纺织品的紫外线透过率方法标准,即AATCC183–1998、BS7914–1998。
  1997年由德国的海恩斯坦研究院(HohensteinInstitute)提出UV801标准(The UV-Standard801),以评估纺织品的抗紫外线性能,提供测试结果并给合格的纺织品挂有抗紫外线辐射标签。1999年英国制定了BS7949:1999?《儿童服装抗紫外线辐射性能的产品标准》,规定儿童的上衣、短裤和全身衣服的紫外线透过率不超过2.5%。我国有关抗紫外线纺织品的标准制定计划也已列入2000年的制标计划,2001年完成。
  
  3.测试结果表示方法
  3.1紫外线防护系数(UPF)和紫外线透过率(T(UV-A)AV,T(UV-B)AV)
  由AS/NZS4399:1996可知,紫外线防护系数UPF (Ultraviolet Protection Factor)(又称紫外线遮挡系数)是表示织物防护紫外线的能力。它是紫外线对未防护的皮肤的平均辐射量与要经测试的织物遮挡后紫外线辐射量的比值。
  紫外线辐射源为测试提供充足且稳定的紫外线辐射能量。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。积分球可计算出由样品出射的所有方向(直射和漫射)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,输入计算机,进行信号的最后处理。
  3.2影响纺织品紫外线透过率的因素
  紫外线的透过率取决于许多因素,比如组织结构、覆盖系数、颜色,在工艺加工中的化学添加剂和样品的处理等:
  1)织物的组织和结构:越密的机织或针织物紫外线的通过量越小。同一织物组织,紫外线防护性能随这织物的厚度和质量的增加而增加,基本上取决于织物的覆盖系数。
  2)织物纤维的种类:不同的材料有不同的紫外线吸收性能。棉和粘胶织物紫外线的透过率均高。漂白的棉织物具有较大透过率。毛织物、丝织物具有较高的紫外线的吸收能力。涤纶,由于有芳香环结构,具有较高的紫外线吸收能力。具有消光剂的材料,较容易吸收紫外线。尼龙纤维相当容易通过紫外线的辐射。
  3)织物的颜色及颜色的深浅:许多染料均吸收紫外线。一般来说,深颜色的具有较好的防护性能。黑色和深蓝色具有较低的紫外线穿透率。
  4)后整理:经抗紫外处理的织物,反复洗涤后会影响它的抗紫外性能。未经紫外整理的服装,经缩水后会改善它的抗紫外性能
  5)含湿量:湿衣物较干的衣物具有较低的紫外线透过率。
  
  4. 对不同测试方法的比较可以得出的结果
  1)测试原理基本相同。紫外线的波长分为UV-A、UV-B和UV-C三个波段,其中UV-A和UV-B对人体的影响最大。GB/T 17032为UV-B波段(主峰波长297nm)的透过率AS/NZS4399、AATCC183、BS7914为UV-A和UV-B两个波段的UFF值或透过率。
  注:*虽然是从280nm开始,在280~290nm范围内,没有或很少紫外线透过织物。
  2)四个方法对测试的温、湿度环境要求有差异,其差异对结果的影响程度有待进一步研究。测试样品要求为干燥、不扭曲,且未与皮肤紧密接触的织物。
  3)AS/NZS4399、AATCC183、BS7914对试样测试时应视颜色、组织等因素发表测试。
  GB/T17032适合于任何织物。
  4)GB/T17032和BS7914测试结果为紫外线透过率:AS/NZS 4399和AATCC 183测得平均UPF值及T(UV-A)?AV,T(UV-B)?AV。
  5)织物的紫外线透过率与织物的组织、结构、纤维种类和颜色等因素有关。
  
  五、结束语
  现在服装面料发展的趋势,是把高科技与时代经济和文化发展紧密结合,进一步融入百姓生活,舒适、休闲、时尚、绿色、环保和健康的复合型功能是发展的潮流。防紫外线纺织品是1990年代新发展起来的功能性产品,是把高科技纳米技术用于纺织服装方面的典型实例,因其在防紫外线方面的良好的效果,已越来越受到广大消费者的青睐。但仍存在一些关键的技术问题,如纳米微粒的制备、保存、运输、纳米微粒的团聚、纳米颗粒的表面改性、纳米粉末在织物上的均匀分布等。这些使其应用受到限制,但因其在防紫外线方面的独特功能,在织物防紫外线方面已显示出巨大的应用前景。


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