【摘要】本文介绍了为了适应臭氧层破坏，紫外辐射增强的情况下，纺织品的抗紫外线整理的一些基本概念，如UV-A，UV-B对人体的作用，防晒系数SPF等。以及纺织品本身如纤维种类，织物厚度，紧密度和重量及色泽对紫对线的防护作用。并介绍了DP-UV抗紫外整理剂的性能和应用方法。

  【关键词】UV-A UV-B UV-C 防晒系数SPF 抗紫外整理

近几十年来，由于人类的活动，特别是氟利昂使用量的增加，使围绕地球的大气臭氧层产生了空洞，从而使地球表面的太阳紫外线辐射迅速增加，致使人类皮肤癌发病率不断增加，严重影响人体健康。从1980年到1996全球皮肤癌患者翻了一番，仅美国，就从1990年的20万发展到1996年的近100万。据去年(2000年10月12日)人民日报最新报道。南美洲上空的臭氧层严重破坏，紫外线辐射量骤然上升，已引起告急。

保护人体避免过量的紫外线辐射，已成为当今各行各业科技人员研究的新课题，日化行业开发的防晒霜，抗紫外线化妆品已为人们所喜爱；纺织行业研制开发的防紫外线服装和纺织品。如帐篷、太阳伞、帽子、长袜，衬衫和运动服等等也正在迅速发展之中。

   1.紫外线对于人类的作用

太阳光谱中紫外线约占6%，适量的紫外线能促进人体内维生素D的合成，可杀灭一些微生物和抑制病毒复制，对人体有一定的保健作用，是人类和生物界的一种自然营养。但紫外线量增加，特别是透射能力大的紫外线的照射，会诱发皮肤病，如皮炎、色素干皮症，甚至皮肤癌，也会降低人体免疫功能，促进白内障形成，同时会使海洋生物中的浮游生物和鱼、贝类减少，影响植物生长，对人类和生物界危害很大。

紫外线是一种电磁波射线，国际照明委员会(CIE)将紫外线分为近紫外线、远紫外线和超短紫外线，这三种紫外线的波长范围和记号见表1。

表1  紫外线的波长范围和记号

太阳光的波长在300nm以下的电磁波几乎都被大气层中的二氧化碳吸收，很难到达地面，所以紫外线的防护主要讨论对近紫外线和部分远紫外线的吸收和反射。

这三种紫外线对人体皮肤的渗透程序也是不同的，见图1。UV-C基本上都被外表皮和真皮组织吸收；UV-B的透射能力较UV-C大，会透射到真皮，引起皮肤红斑，形成黑色素和水泡；只有UV-A才能透射到真皮组织下面，逐渐破坏皮肤弹力纤维，使肌肉失去弹性，皮肤松弛出现皱纹。因此紫外线对皮肤的作用主要是UV-A，它和真皮组织反应，加速其老化；UV-B也有一定的透射深度，故也有一定的老化作用。

   图1不同波长紫外线对皮肤的渗透深度

   2.纺织品上抗紫外线辐射的评定参数

纺织品上抗紫外线辐射的评定参数采用的是防晒系数SPF(Sun Protection Factor)亦称防晒因子或阳光防晒因素，为适应防紫外线辐射更确切的含义，现已逐渐改用为防紫外线系数UPF(Ultraviolet Protection Factor)亦称紫外辐射防护系数。

SPF(UPF)值是指采用防护品后，紫外线辐射使皮肤达到某一损伤(如红斑，眼损伤，甚至致癌等)的临界剂量所需时间阈值(界限值)和不用防护品时达到同样伤害程序的时间阈值之比。例如不用防护品紫外线辐射后发生灼伤的时间为30分钟，而用了防护品后能延长到5个小时，则该防护品的防紫外系数UPF(或SPF)为10，SPF(UPF)10表示用了防护品后，只有十分之一的紫外线到达皮肤，并不是辐射的时间可延长10倍。当然人的体质不同和人体皮肤的差异，对同一防护品有许多SPF(UPF)值，但一般常以致红斑的SPF(UPF)值为代表，另外紫外线辐射的强度，稳定性、再现性、时间延续等均难以掌握，甚至无法控制，所以目前大多采用人工模拟光源。

SPF(UPF)值也可采用下面二种数学式进行测示：

式中：λ——光波波长(nm)；

E(λ)——紫外辐射在各波长段的强度；

ε(λ)——紫外线辐射在各波长段的致红斑效应；

E(λ)·ε(λ)——表示在不用防护品时，各波长段直接损害人体的强度密度值；

T(λ)——紫外线辐射在某波段的透过率(吸收率，反射率，透过率之和可视为1)
 

式中：S(λ)——相当于ε(λ)。

其中E(λ)和ε(λ)是客观存在的，已有测定资料可查阅。因此对某一防紫外线辐射材料的效果评定，其SPF(UPF)值的着眼点可简化为考核其紫外线辐射透过率T(λ)。实际上简化后，SPF(UPF)值和T的关系为双曲线函数。

纺织品中最常用的棉和涤/棉混纺织物的SPF(UPF)值更低，甚至下降至5。因此必须在纺织品上赋予防紫外线辐射的整理剂，使织物的SPF(UPF)值大大提高。去年(2000年)悉尼奥运会上规定运动员，裁判员和政府官员的出场制服其防晒系数SPF值不能低于40。该规定已经对各国家对防晒服装引起更大关注，澳大利亚和新西兰已对防晒服装进行了明确的法律规定。

   3.纺织品对紫外线辐射的各种性能

研究纺织品对紫外线辐射的性能，要考虑各种因素：纤维因素，织物结构因素(厚度，重量、紧密度)，织物表面因素和其它因素等等。在实际使用过程中，还有洗涤、雨淋、磨擦、风吹等各种因素，都影响着纺织品抗紫外线辐射的实效。

   3.1纤维的不同对抗紫外线辐射的影响

各种不同的纤维对紫外线的吸收能力完全不同，其紫外辐射的透过率也不同；而且同一种纤维对不同波长的紫外辐射有不同的透过率。例如聚酯纤维的透过率经测试如图2。

从图2中可以看出，聚酯纤维在各个波长段对紫外辐射有不同的透过率。其中波长在301～320nm和355～375nm二个波段的透过率有急剧增大的趋势。这种透过率有增大现象的特性，对不同纤维有不同的情况。图3为各种纤维在各个波长段对紫外线辐射透过率的特性曲线图。

从图3中可以看出，聚酯纤维和羊毛纤维对紫外辐射的透过率较低，则其SPF(UPF)值较高。棉纤维和粘胶纤维对紫外辐射的透过率较高，则其SPF(UPF)值较低。埃斯摩(ESMO)纤维是经特种紫外防护处理过，因此其透过率很低。

   3.2织物的厚度对抗紫外线辐射的影响

同一种纤维，织物越厚，其抗紫外线辐射的性能越好，图4为纯棉织物不同厚度，经抗紫外线整理剂处理前后的不同SPF(UPF)值，从图4中可以看出，未经处理的织物其厚度和SPF(UPF)值关系很密切，即随织物厚度的增加，其防晒系数SPF值也随之增加。而经过抗紫外线整理剂处理后，织物在很薄时，其SPF(UPF)值已大大提高，如再增加织物度测SPF(UPF)值增大就不太明显。

   3.3织物的紧密度对抗紫外线辐射的影响

织物的紧密度可以用覆盖系数或孔隙率来表示，两者基本上为互补关系，即覆盖系数(C)=1-孔隙率(P)。覆盖系数可用紧密度理论值来表示。如果纤维的抗紫外辐射性能特别好，织物又相当厚，则SPF(UPF)值的假想极大值可看作是1/P。图5为纯棉织物，不同孔隙率P，厚度为0.2mm。抗紫外线整理剂处理前和后的不同SPF(UPF)值。从图5中可以看出棉纤维未经抗紫外线整理剂处理，织物的各种孔隙率P其SPF(UPF)值都很低，经处理后，孔隙率P值如由10%减小为2%，则SPF(UPF)值可提高5倍左右(UVA-2整理剂)。

   3.4织物的重量对抗紫外线辐射的影响

织物的重量是厚度和紧密度的综合反映，不仅比较直观，而且容易获得正确的数值。因此研究织物的重量与SPF(UPF)值的关系，也有实用之处，经研究统计各种纤维的织物重与SPF(UPF)值，都有明显的正相关系。见表3。

   3.5织物的色泽对抗紫外线辐射的影响

同一种纤维的同一种织物，其色泽越深，紫外线辐射透过率T越小，SPF(UPF)值越大，即防紫外线辐射性能越大，例如涤纶织物，各种不同色泽的紫外线辐身透过率T为表2

表2  涤纶织物的各种色泽的不同透过率

   3.6纺织品其它因素对抗紫外辐射的影响

纺织品的抗紫外线辐射性能的一般规律为：

   (1)短纤维织物优于长丝织物；

   (2)加工丝产品优于化纤原丝产品；

   (3)细纤维织物优于粗纤维织物；

   (4)扁平异形化纤织物优于圆形截面化纤织物；

   (5)微纤维织物优于通常纤维织物；

   (6)机织物优于针织物。

综上所述，纺织品对抗紫外线辐射因素，即防晒系数SPF值，首先决定于其纤维的化学结构，不同的化学结构，对紫外线的吸收能力完全不同。羊毛、涤纶有较强的对紫外线吸收能力，所以SPF值较高；其次，织物的组织结构重量、厚度、紧密度(孔隙率)，纤维的粗细和形态结构对SPF值也有显著影响。表3为各种纤维和组织结构与SPF值的关系。

   4.纺织品抗紫外线整理剂的种类

目前纺织品上应用的抗紫外辐射剂除了无机氧化物外，主要有以下几种类型：

   (1)金属离子螯合物，为无机化合物，不能与纤维发生反应，只适用于可形成螯合物的染色纤维，主要是提高染色的耐光牢度。

   (2)水杨酸酯类化合物，如水杨酸苯酯、水杨酸-4-叔基苯酯、对，对′-异丙叉双酚双水杨酸酯等，能吸收280～330nm波长的紫外线，但这类化合物由于熔点较低，易升华，吸收系数较低，并在强烈光照下会引起色变现象，故应用较少。

   (3)二苯甲酮类化合物，如2，4-二羟基二苯甲酮、2，2′-二羟基-4，4′-二甲氧基二苯甲酮(德国BASF公司的Uvinul D-49)、2-羟基-4-甲氧基-5-磺基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮等。由于这类化合物具有共轭结构和氢键，吸收紫外线后能转化成热能、荧光、磷光，同时产生氢键成互变异构，此结构能够接受光能而不导致链的断裂，且能使光能转变成热能，从而消耗吸收的能量，在一定程度上是很稳定的，又具有多个羟基，对纤维有较好的吸附能力，是棉纤维良好的抗紫外线整理剂，就是价格较贵，目前正在推广应用。

表3  各种纤维和组织结构与SPF值的关系

   (4)苯并三唑类化合物，如2-(2′-羟基-5′合甲基苯基)-苯并三唑、2-(2′羟基-3′-特丁基-5′-甲基苯基)-5-氯-苯并三唑(瑞士Ciba公司的Tinuvin326)、2-(3′，5′-二特丁基-2′-羟基苯基)-苯并三唑等等。由于这种化合物的分子结构和分散染料很近似，可采用高温高压法处理，故对涤纶纤维有较高的吸收系数。

5.抗紫外线整理剂DP-UV的应用实例JP

   上海市印染技术研究所，经筛选了各类紫外线吸收剂，经分散，乳化稳定复配后，研制成抗紫外线整理剂DP-UV，能用于各种纺织品。具体应用处方及工艺如下：

(1)  全棉针织物40sTK120g/m，
       抗紫外线整理剂DP-UV用量10%～20%owf
       浴比：1：10(或20) 时间：30(或60)分钟
       工艺：采用吸尽法整理工艺
       温度：80℃

(2)涤/棉府绸4040，浸轧法整理工艺

处方：抗紫外线整理剂DP-UVLL  100～200g/l，

柔软剂30g/l

工作液温度：大于60℃

(3)全棉帐蓬织物，采用浸轧法整理工艺

处方：抗紫外线整理剂DP-UV  80～15g/l，

防水剂60g/l，催化剂5g/l

工作液温度：大于60℃

(4)涤/粘中长帽子面料织物采用卷染法整理工艺

处方：抗紫外线整理剂DP-UV 15Kg

加水至150Kg
     工艺：染色后织物→烘干→卷染三道(工作液65℃)→烘干

   上述四种织物，用紫外分光光度计在280～400mm波长内测得的透射率，再进行公式计算，得出的紫外线屏蔽率%和整理效率%见表4

表4  四种织物处理前后的紫外线屏蔽率和整理效率

   6.抗紫外线整理剂DP-UV的毒性和皮肤过敏试验

抗紫外线整理剂DP-UV的毒性和皮肤过敏试验，采取了助剂试样和整理后织物试样二部分进行，经上海医药工业研究院毒理研究室试验，其结果如下：

(1)助试试样的急性毒性试验采用小白鼠经口直接投喂，其半致死量LD50达到3200LL～1600mg/kg，根据Oeko-Tex标准100，对人体安全，无危害。

(2)整理后织物试样选用了全棉针织物40STK经DP-UV抗紫外线整理后，对豚鼠的皮肤过敏试验和皮肤刺激试验。对豚鼠皮肤过敏试验测得织物的生理盐水提取液对豚鼠皮肤反应平均分值为0，对豚鼠的皮肤致敏率也为0%，显示对皮肤过敏为阴性。见表5和表6。

表5  织物生理盐水提取液对豚鼠皮肤过敏反应分值

表6织物生理盐水提取液对豚鼠皮肤过敏反应分值

对豚鼠的皮肤刺激试验，测得织物的生理盐水提取液对豚鼠的皮肤未见刺激反应，刺激强度分值评价为无刺激性，见表7和表8。

表7  织物的生理盐水提取液对豚鼠的皮肤刺激反应

表8  对豚鼠的皮肤刺激强度评价

   7.结论

 (1)纺织品防紫外线辐射性能的因素很多，主要是纤维因素，其次织物的组织结构(厚度、重量，紧密度)，织物的表面状态等等，都影响着纺织品抗紫外线辐射的性能。

 (2)纺织品通过抗紫外线整理剂处理后，能显著的提高纺织品的SPF(UPF)值，从而达到抗紫外线效果。

 (3)抗紫外线整理剂DP-UV能适用于各种织物、各种整理工艺，经处理后的织物紫外线屏蔽率达85%以上，并且使用方便、产品稳定，为目前生产防紫外线纺织品较为理想的产品。

 (4)抗紫外线整理剂DP-UV无毒性，整理后的织物对人体皮肤无刺激、无过敏反应。

 (5)防紫外线纺织品用紫外线吸收剂采用后整理加工方法生产仅是一种途径，随着科学技术不断进步定能研制更完善的防紫外线纺织品，满足人们的需要。

参考文献

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［3］王秀玲译.“用氧化锌涂层织物得到的抗菌、脱臭和紫外线吸收材料”《印染译丛》

［4］周绍箕.“防紫外线织物”《印染助剂》1999，(5)

［5］唐增荣.“抗紫外线整理剂DP-UVR的研制和应用”《印染》2000，(5)

［6］徐朴.“防紫外辐射机理及产品研究”防紫外线纺织品研讨会材料2000

［7］梁勇.“防紫外线纺织品开发方兴未艾”《国际纺织品流行趋势》1999.(4)