防紫外线纤维的开发与应用

　　（中国化纤工业协会 顾超英/文）
　　1概述
　　在物质生活水平日益提高的今天，人们对面料与服装的传统意识也有了新的突破，在追求舒适、高档的同时，更要求保健功能性成了新的时尚。
　　近年来，由于大量的氟利昂等含卤素化合物滞留在地球上空，被紫外线分解形成活性氯，进而与臭氧发生连锁化学反应，使臭氧层遭到破坏，使短波紫外线有可能到达地面。紫外线对人体长期照射，会给人体带来各种不同程度的伤害，如使白内障的病人人数增加、人的免疫功能下降、阻碍植物和海水动物的成长发育等等，为此人们开发了一种防紫外线穿透的纤维，俗称：“防紫外线纤维”，用这种纤维织造出的面料具有防紫外线效果，该面料对夏天野外作业时间长的人员，军人、交通警察、地质人员、建筑工人等等穿上这种面料制成的衣物，就可以防紫外线穿透。用防紫外线纤维制作的汽车内装饰布可减轻褪色，延长因紫外线照射而引起老化的时间。
　　有关专家曾经预测过，到2050年，平流层臭氧量将减少4%-20%。届时，紫外线对人类健康的影响也将成倍增大。因此，防紫外线纺织品应运而生，防紫外线纤维也逐渐受到人们的高度重视，未来防紫外线纤维将是一种极具开发前景的防护功能纤维。
　　2、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，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。
　　2.1防紫外线纤维的制备方法
　　2.1.1防紫外线纤维生产方法
　　2.1.1.1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。
　　2.1.1.2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。
　　2.2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。
　　3、防紫外线纤维与纺织品的应用
　　在纤维、纱线和织物中添加了紫外线屏蔽剂而制成的防紫外线纺织品，对紫外线的防护能力显著提高，其紫外线屏蔽率一般可达到90%以上，有的甚至在99%以上。目前，具有防紫外线功能的涤纶类、羊毛、麻类、蚕类等已经成为下游纺织行业的首选原料了。
　　近些年来，国外像日本的各个公司在开发防紫外线纤维方面成绩就十分显著，日本公司制造防紫外线纤维的加工方法一般是采用浸渍有机系紫外线吸收剂或纤维中混入可散射、吸收紫外线的陶瓷微粒的方法。前者主要用于棉纤维，后者方法主要用于聚酯纤维。一般在聚合前混入陶瓷微粒子，然后进行聚合制成陶瓷均匀分散的原液，经纺丝得到防紫外线纤维。多使用TiO2系的陶瓷。例如，可乐丽公司开发的Esumo产品是混入了可吸收紫外线、反射可见光和红外线的陶瓷微粉末的聚酯纤维。下表1为部分日本公司名称以及开发的防紫外线纤维商品名情况。
 

　　最近几年来，而我国防紫外线纤维开发的速度同样也很快，特别是在涤纶防紫外线开发方面取得了突破性的进展。据有关科技文献显示，在江苏仪征，上海石化、天津石化等地均有PET和纤维的生产。品种有涤纶短纤、涤纶POY、FDY、UDY、DTY等涤纶其它的品种，有的涤纶纤维防紫外线的阻挡率已达94-98%。如天津石化公司开发的涤纶几种防紫外线面料、经国家计量研究院测试结果表明，其对紫外线的阻挡率可达97%以上。效果也非常好。
　　目前，市场上的防紫外线服饰大都为化纤及化纤混纺织物，但各化纤应用领域的侧重点有所不同。各纤维品种主要应用领域见表1。

　　其中，抗紫外线涤纶纤维非常适用于生产各类机织、针织服饰面料，可纯纺或交织生产，主要用于加工夏季服装面料及太阳帽、凉伞、夏季女式长筒袜等，织造性能良好，织物风格独特、手感舒适。抗紫外线涤纶织物具有较强的紫外屏蔽率(可达98％)，且该产品无毒、无味、功能性持久、对皮肤无刺激。预期该产品是一种非常具有市场开发潜力的集功能性、保健性、舒适性为一体的纺织原料。
　　4、防紫外线面料的性能
　　一般而言，面料的防紫外性能又决定于组成面料的纤维抗紫外性能，不同纤维材料抗紫外能力是不同的，同一纤维对不同波长的紫外线透过率也不同。
　　根据有关专家研究结果表明：涤纶的抗紫外性能最好，因为在涤纶分子结构中的苯环具有吸收紫外线的作用。在化纤中锦纶（尼龙）、粘胶（人造棉、人造丝）抗紫外性能均不佳。在天然纤维中，如夏季穿着的纯棉或真丝服装，抗紫外能力甚小。
　　另外，面料的防紫外性能还与面料的组织结构有关。一般织物越厚，抗紫外性能越好。但是有的较薄的织物只要经过防紫外处理，就能具有较好的抗紫外性能。再者，织物的致密度由于挡光能力不同，抗紫外性能也不同，如针织物比机织物要疏松，抗紫外性能就不如机织物。在机织物中平纹织物孔隙率大于斜纹，斜纹又大于缎纹，所以缎纹织物的抗紫外性能最好。还有就是面料的颜色也影响其抗紫外性能，以涤纶织物试验为例,有关研究表明，黑色的紫外线透过率为5％；藏青、红、深绿、紫色透过率为5％～10％；绿、淡红、淡绿、白色透过率为15％～20％。所以深色织物的紫外光的透过率小，防紫外性能比浅色织物好。
　　5、介绍新型防紫外线纤维与纺织品
　　5.1利用纳米新型无机防紫外整理剂开发针织产品
　　太阳光线中的紫外线，过去很长时间以来，人们只知道对人体是有益的，如可促进维生素D的合成作用，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。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。过多的遭受紫外线辐射对人体是有害的。紫外线UV是电磁波谱中波长从100~400纳米的辐射总称。
　　A段紫外线UVA（波长315~400nm），由于大气层吸收较少，大部分可到达地面，A段紫外线危险性较小，但过量的紫外线照射会抑制免疫系统功能，B段紫外线UVB（波长280~315nm），由于大气层吸收，有极少量的UVB可到达地面，但是由于人类生产和生活活动大量的排放氟利昂之类的氟氯化烃化合物，使地球环境和平流层臭氧都遭到日趋严重的破坏，使南极、北极地区上空臭氧空洞出现，地球保护圈臭氧层变的稀薄，到达地面的UVB辐射量增多，UVB对人体的危害比UVA要大的多，主要表现在是皮肤变红，长期接受可能导致皮肤癌、白内障及抑制免疫系统功能；C段紫外线(波长在280nm以下)几乎都被臭氧层吸
收，对我们影响不大。对针织服装赋予抗紫外效果，保护人类的健康，已成为刻不容缓的任务。原有的有机类的抗紫外整理剂，存在不同程度的毒性和刺激性等问题，如添加量过多，会导致人体化学过敏，甚至引起皮肤癌的发生，某些抗紫外整理剂还会对环境产生影响。这些问题的出现限制了有机类抗紫外整理剂的推广和进一步的应用。纳米新型无机抗紫外整理剂对人体没有毒副作用，而且抗紫外效果和各方面性能有很大程度的提高。以TiO2为例，相关研究证明粉体对UVA光以散射为主，对UVB光以吸收为主，在一定粒度范围内，随着粒径的减小，对紫外线的吸收能力显著加强。应用纳米抗紫外剂，仅需极少的量就可以达到防护效果，且对织物无任何损害，对人体安全性很高。例如，浙江工程学院开发的纳米防紫外线涤纶纤维原料织造出的织物就非常有安全性。
　　因此，近期国际市场已经有应用纳米技术开发的抗紫外线纤维以及织物，并运用这些纤维与织物生产出了各种功能性面料与服装。如今，纳米技术也成了运用高新技术开发新产品的重要途径。
　　5.2利用陶瓷微粉开发的防紫外线陶瓷纤维
　　利用陶瓷微粉与纤维或织物结合。增加表面对紫外线的反射和散射作用，以防紫外线透过织物而损害人体皮肤，其中没有光能的转化作用。这些陶瓷粉末包括高岭土、碳酸钙、滑石粉、氧化铁、氧化锌、氧化亚铅等。经试验对310～370nm波长区紫外线的反射或防护效果，以氧化锌和氧化亚铅为好，二氧化钛和高岭土也有一定作用。这些无机组分与紫外线吸收剂相比，每单位重量的紫外线吸收效果虽稍小，但光热稳定性、耐久性等优良。此外，紫外线吸收剂与陶瓷微粉在纤维或织物上同时应用，则相互还有增效，防护效果更为优越。
　　5.3开发大麻防紫外线纤维与织物
　　山西绿洲纺织有限责任公司的大麻棉混纺染色布采用的是11S大麻棉混纺纱制织而成，具有“绿色环保纤维”的防紫外线、耐热耐寒等优良特性，纺纱加入的45％的棉纤维，集两种纯大然纤维素纤维的优点，使得大麻棉馄纺布手感柔软，穿着舒适无刺痒感，无静电集聚。经染色、超级柔软整理后，手感柔顺滑爽，悬垂性、流动性好，是一种理想的西服、衬衣用料。
　　鉴于大麻防紫外线的优良特性，近年来倍受消费者青睐。由大麻长纤纺纱制成的纯大麻长纤布布面丰满厚实，光泽柔和，具备屏蔽紫外线的特殊功效。经染色整理后，布面组织丰满圆润，手感柔顺滑襦，悬垂性好，色调给人以朦胧、细腻的感觉。该公司的大麻牛仔布居世界首创产品，加工成衣后具有传统牛仔服的粗犷豪放，自然得体等风格，又具有屏蔽紫外线和杀菌的功能，尤其以吸湿透气、柔软悬垂见长，并克服了纯棉牛仔紧密厚实透气性差等缺点。
　　5.4具有防紫外线功能的细旦丙纶纤维纺织品
　　清华大学在细旦丙纶纤维的聚合体内加入0.5%能够吸收紫外线的陶瓷纳米微粒(一般选入纳米TiO2或ZnO微粒)，便可获得出色的防紫外线效果。用具有防紫外线功能的细旦丙纶纤维织造的功能性织物，用于下游制衣厂制成的服装，具有抗紫外线，防止人体皮肤老化及产生癌变的可能。并且还能保持细旦丙纶特有的芯效应，导汗透湿，保持皮肤干爽舒适功能。
　　5.5防紫外线抗衰老涤纶的研制
　　我国的华东地区个别部门已经研究出了将紫外线散射剂和吸收剂，配以分散剂与PET通过熔融共混制成改性母粒，然后将改性母粒与PET切片按一定的比例共混纺丝，制成防紫外线纤维。由该纤维所织成的抗紫外线织物可遮蔽90%以上的紫外线和部分红外线，因此穿着该织物晒不黑并且具有凉爽的感觉，可防止因日晒所引起的皮肤病(包括皮肤癌)。该织物经仿真处理后，其回潮率在相同条件下比一般涤纶织物要高，穿着舒适，滑爽，悬垂性好，不透明，酷似真丝，很受人们的喜爱。
　　6、结论
　　目前，我国国内市场上防紫外线的纺织产品日益增多，“纺织品抗紫外线性能评定标准”也已经开始制定。防紫外线纺织品的国内外市场潜力是巨大的，相信很快，我国化纤行业，特别是生产涤纶长丝产品的企业，将会大力开发防紫外线纤维及面料，以满足消费者需求，扩大市场规模。另外，国内相关企业必须尽快追踪国内外先进技术研究，坚持开发新产品，在不远的明天一定能够形成新的经济增长点。