新型二苯甲酮类紫外线吸收剂整理工艺研究

高树珍，唐蓉蓉，孟维丹

(齐齐哈尔大学轻工与纺织学院，黑龙江齐齐哈尔 161006)

棉织物具有良好的吸湿透气性和抗静电能力[1]，且柔和贴身[2]，深受广大消费者得喜爱。但近年来由于臭氧层破坏，紫外线辐射增强，纺织品抗紫外线整理也随之受到重视。紫外光主要为UVA，UVB 和UVC[3－4]，普遍认为UVA 对人体伤害最大[5]。抗紫外线整理分为物理方法和化学方法，物理方法主要是通过增加织物厚度[6]、提高织物光泽；化学方法则是指通过合成抗紫外线整理剂，以化学整理的方法提高纺织品的抗紫外线效果[7]。其中，紫外线吸收剂主要通过吸收高能量紫外光，并使之转化为荧光、磷光或热能的形式释放出来，以达到抗紫外线的效果[8]。其中，二苯甲酮类紫外线吸收剂对棉织物等的附着能力较好，常用于聚丙烯、聚酯、纤维素等纤维的整理[9]，常在分子内引入丙烯酰氨基、不饱和双键、肼基团制成反应性二苯酮紫外线吸收剂[10]。通过降低紫外线对棉织物的透过率，达到抗紫外线的效果，避免人体受到紫外线的伤害[11]。对织物进行抗紫外线整理，特别是对夏季服装进行整理是十分有必要的[12]。本文对合成的新型二苯甲酮类紫外线吸收剂的整理工艺进行了研究，以使纺织品达到更好的抗紫外线的性能。

1 实 验

1.1 材料与药品

棉织物(面密度 119.525 g/m2)；2，4—二羟基二苯甲酮、N—羟基丙烯酰胺(上海阿拉丁试剂有限公司)；氯化钠、氯化镁(分析纯，天津市凯通化学试剂有限公司)；皂片(分析纯，滁州雅丽洁日用制品有限公司)。

1.2 仪器与设备

YG(B)541E型智能织物折皱弹性仪(温州大荣纺织仪器有限公司)，YQ-Z-48 A型全自动白度计(杭州轻通博科自动化仪器有限公司)，YG(B)912E型纺织品紫外线性能测试(温州大荣纺织仪器有限公司)，YG(B)026D型电子织物强力仪(温州大荣纺织标准仪器厂)，HH＿SⅡ6型恒温电子水浴锅(巩义市矛华仪器有限责任公司)，FA1004型电子天平(北京赛多利斯仪器有限公司)，JJ-1型搅拌器(金云市华峰仪器有限公司)。

1.3 抗紫外线整理剂的合成

将适量的2，4—二羟基二苯甲酮加入到三口烧瓶中，安装好搅拌器和冷凝管，通入氮气，放入以溶于乙醇的N—羟甲基丙烯酰胺，2，4—二羟基二苯甲酮与N—羟基丙烯酰胺按物质的量比1∶2，通入氮气，在碱性条件，65℃下反应6 h。合成反应表示如下:

1.4 抗紫外线整理工艺

工艺处方:紫外线吸收剂20%(owf)，氯化钠20 g/L，氯化镁20 g/L，浴比 1 ∶25。

工艺流程:将棉织物放入调配好的整理液中，40℃起始→15 min加入1/2氯化钠→15 min加入1/2氯化钠→15 min升温至100℃→加入氯化镁，反应40 min→降至室温→水洗、皂煮、水洗。

1.5 性能测试

紫外线防护系数的测试:参照GB/T 18830—2009《纺织品防紫外线性能的评定》进行测试，每个样品测试4次，取其测试结果的平均值。白度的测试:参照GB/T 18401—2003《纺织品 色牢度试验相对白度的仪器评定方法》进行测定。折皱回复角的测试:按照 GB/T 3819—1997《纺织品 织物折痕回复性的测定 回复角法》进行测定。断裂强度的测试:按照GB/T 3923.1—2013《纺织品 织物拉伸性能第1部分断裂强力和断裂伸长率的测定(条样法)》进行测试。

2 实验结果与讨论

经正交试验得出:抗紫外线整理剂的最佳合成工艺为，取 2，4—二羟基二苯甲酮8.2 g和 NaOH 0.08 g于磨口三颈烧瓶中，通入氮气，排净装置内空气，将已溶于20 mL乙醇中的7.39 g N—羟甲基丙烯酰胺倒入三颈烧瓶中，在65℃的水浴锅中氮气保护条件下反应6 h，将该整理剂整理到棉织物上，经测试得，织物UPF值为188.6，白度为64.67%，折皱回复角为73.35°，断裂强力为282 N。合成的新型抗紫外线整理剂的红外光谱图见图1。

图1 合成抗紫外线整理剂的红外光谱图

可知，在3 700～3 100 cm－1处的吸收峰明显变宽变钝，这是由于C—H键的吸收振动特征峰和O—H的吸收振动特征峰发生重叠导致的，2 976.90 cm－1处附近为苯环的C—H吸收振动特征峰，1 625.72 cm－1处为酮羰基的振动吸收特征峰，1 116.2 cm－1处为C—O—C吸收振动特征峰，1 447.72和1 341.59 cm－1处出现苯环骨架的吸收振动特征峰。以上结果表明，2，4—二羟基二苯甲酮与N—羟甲基丙烯酰胺发生了反应，生成了一种新型二苯甲酮类抗紫外线整理剂。下面对合成的新型抗紫外线整理剂的整理工艺进行单因素影响分析。

2.1 整理剂用量对织物抗紫外线性能的影响

将合成的抗紫外线整理剂应用于棉织物上，进行单因素实验。整理剂用量对织物性能的影响见表1。

表1 整理剂用量对织物性能的影响

由表1可知，随抗紫外线整理剂用量的增加，紫外线防护系数先增加后减小；当整理剂用量为20%(owf)时，紫外线防护系数值最大，其值为119.60。整理剂用量过少时，不足以完全扩散到纤维内部，整理剂用量过多会发生聚集，影响其向纤维内部的扩散。织物白度、折皱回复角、断裂强力随着整理剂用量的增加而有所下降，但不影响正常的服用。

2.2 NaCl质量浓度对织物抗紫外线性能的影响

采用整理剂的最佳用量为20%(owf)，NaCl质量浓度对织物性能的影响见表2。

表2 NaCl用量对织物性能的影响

由表2可知，随着NaCl质量浓度的增加，紫外线防护系数先增加后减小；当NaCl质量浓度为18 g/L时，紫外线防护系数最大，为 78.50。加入NaCl有利于整理剂向织物内部扩散，但NaCl用量过高，会加快整理剂与织物发生解离。在NaCl质量浓度为18 g/L时，织物白度最高，折皱回复角、断裂强力的损伤较低。

2.3 MgCl2质量浓度对织物抗紫外线性能的影响

采用整理剂用量20%(owf)，NaCl质量浓度18 g/L，MgCl2质量浓度对织物性能的影响见表3。

表3 MgCl2质量浓度对织物性能的影响

由表3可知，随着MgCl2质量浓度的增加，紫外线防护系数先增加后减小，当MgCl2质量浓度为16 g/L时，紫外线防护系数达到最大值，为128.14。MgCl2的主要作用是催化整理剂与织物反应，当MgCl2用量过高时，整理剂与织物反应过快，易固着在织物表面，造成表面和内部不均，所以紫外线防护系数会下降。MgCl质量浓度为16 g/L时，织物白度、折皱回复角、断裂强力损伤均较小。

2.4 浴比对织物抗紫外线性能的影响

采用整理剂用量20%(owf)，NaCl质量浓度18 g/L，MgCl2质量浓度16 g/L，浴比对织物性能的影响见表4。

表4 浴比对织物性能的影响

由表4可知，随着浴比的增加，紫外线防护系数先增加后减小，浴比过低，整理剂浓度过高发生聚集不易向纤维内部渗透；再升高后减小，浴比过高，整理剂浓度低，附着到纤维上的整理剂不足。在浴比为1∶25时，紫外线防护系数达到最大值，为85.96。1∶25的浴比下，织物白度最高，折皱回复角和断裂强力有所下降，但不影响正常服用。

2.5 染色起始温度对织物抗紫外性能的影响

采用整理剂用量20%(owf)，NaCl质量浓度18 g/L，MgCl2质量浓度 16 g/L，浴比 1 ∶25，染色起始温度对织物性能的影响见表5。

表5 染色起始温度对织物性能的影响

由表5可知，随着起始温度的增加，紫外线防护系数首先开始增加后减小，当温度为40℃时，紫外线防护系数达到最大值，为129.55。原料中N—羟甲基丙烯酰胺易受温度的影响，当温度过高时，N—羟甲基丙烯酰胺易自聚，影响整理剂的抗紫外线效果，所以在40℃时起染抗紫外线效果更好。起始温度40℃条件下，织物白度、折皱回复角略微下降，但此时的断裂强力最高。

2.6 反应温度对织物抗紫外线性能的影响

采用整理剂用量20%(owf)，NaCl质量浓度18 g/L，MgCl2质量浓度 16 g/L，浴比 1 ∶25，起始温度40℃，反应温度对织物性能的影响见表6。

表6 反应温度对织物性能的影响

由表6可知，随着反应温度的增加，紫外线防护系数逐渐增加，当温度为100℃时，紫外线防护系数达到最大值，为145.53。升高温度有助于反应的快速进行，但当温度超过100℃时，不易操作且会耗费大量的能源，并不经济实用，对环境也有较大的损害，因此选用100℃为最佳反应温度。100℃下织物白度有轻微下降，折皱回复角和断裂强力较高。

3 结 论

①通过进行单因素实验，得出了最佳的工艺条件:整理剂用量20%(owf)，NaCl质量浓度18 g/L，MgCl2质量浓度16 g/L，浴比1∶25，起始温度40℃，反应温度100℃。该条件下整理织物的紫外线防护系数为145.53，白度为80.86%，断裂强力为253 N，折皱回复角为62.83°。

②将整理后的织物与原布进行对比，白度、折皱回复角以及断裂强力稍有降低，在不影响日常服用的情况下，紫外线防护系数明显提高，抗紫外线效果增强。