UV 辐照对尼龙6 织物结构与性能的影响

叶挺 王潮霞 殷允杰

（江南大学纺织科学与工程学院生态纺织教育部重点实验室 无锡214122）

聚己内酰胺（PA），俗称尼龙6，是由己内酰胺单体在高温下开环聚合制备的一类高分子聚合物，其分子主链中含有大量的酰胺键（−CONH−）［1-3］。它的表面光滑，耐磨性好，强度居合成纤维之首［4-5］，这种面料非常适合做户外登山服、冲锋衣等［6-7］。但户外运动过程中，由于光照中含有大量紫外光线，在空气和阳光下，光氧化降解是聚酰胺主要的降解方式［8］，经长时间照射会造成面料表面逐渐老化，织物组织结构内部脆损。

UV 辐照技术通常采用的紫外光波长为180～380 nm，并受外界各种环境因素（光照、氧气、水分、温度）的影响［9-11］，尼龙6 织物在紫外辐照条件下会发生交联和光氧老化现象［12］，且绝大多数老化现象大部分都集中在化学老化方面，主要体现为纤维大分子链的交联和降解［13］。空气中的氧气在UV辐照下会转变为活性氧［14-15］，高分子纤维材料会被氧化，表面生成大量极性基团（如羧基、羟基、醛基等）［16］。UV辐照技术有诸多优点：辐照过程中不需要添加其他助剂就能在材料表面迅速光固化成膜［17］，同时保持材料本身的洁净性，辐照所需时间短，生产效率高，产品出错率低［18］。通过UV辐照光固化成膜技术将性能优异的高分子材料结合到织物表面，进而赋予织物优异的性能，这种方法值得深入探究［19］。但UV光固化的同时也会对织物造成一定的影响，使织物本身的结构和性能发生一些变化［20］。

泛北部湾地区包括了大约四五百个民族，这些民族构成了世界上民族最为众多、文化最为丰富的地区之一。如泰国国内有30多个民族,越南国内有60多个民族,而印度尼西亚国内则多达100多个民族，各个民族又不同程度地拥有本民族的语言和文化。因此，相对而言，该地区形成了复杂多变的民族社会环境。

为了探究UV 辐照对尼龙6 织物结构和性能的影响，本文对尼龙6 织物进行UV 辐照处理，分析了UV 辐照前后织物的形态结构、热稳定性、白度、力学性能、表面润湿性的变化情况，为UV辐照在尼龙6织物表面改性及后续光固化成膜的应用奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 药品与仪器

超细400D 尼龙6 织物（克重181.33 g/m2，厚度0.5 mm），碧川纺织有限公司产品。AL-104 型电子天平、20A-4KW 型紫外辐照仪（保定荣达电子设备有限公司，功率密度100 W/cm2）、SU1510型扫描电子显微镜（日本日立株式会社）、HD026N+型电子织物强力仪（南通宏大实验仪器有限公司）、Datacolor-850 型电脑测色配色仪（美国爱色丽股份有限公司）、WSD-III 型全自动白度仪（北京康光仪器有限公司）、Q200差示扫描量热仪（美国TA 仪器公司）、Nicolet.is10 傅里叶变换红外光谱仪（美国赛默飞世尔科技有限公司）、DSA100 型液滴形状分析仪（德国KPÜSS 仪器公司）。

1.2 尼龙6 织物UV辐照处理

为探究后续UV光固化成膜与织物之间表面张力是否发生变化，对不同UV 辐照时间下尼龙6 织物的接触角进行测试，观察辐照前后织物表面润湿性的变化。室温条件下，用液滴形状分析仪进行接触角测试，在织物上剪取10 mm×25 mm 的小试样制成测试样，将5 μL 蒸馏水水珠滴在锦纶织物上，等待15 s 后进行拍照， 进行接触角测试，每个样品需测定4次，取平均值。

1.3 衰减全反射红外光谱（ATR-FTIR）测试

为了探究UV 辐照处理对尼龙6 织物表面基团的影响，使用Nicolet.is10 型傅里叶红外光谱仪，将辐照后的尼龙6织物对折两次，放置在探头与样品台中间进行ATR测试，测试范围为500～4 000 cm−1，分辨率为4 cm−1，扫描次数为32，对UV 辐照前后织物进行衰减全反射红外光谱分析。

1.4 尼龙6织物表面形态

使用SUl510 型扫描电子显微镜，分别放大不同倍数，观察比较UV 辐照前后织物的表面微观形貌。

胶质瘢痕抑制了神经元轴突的再生，但是，抑制胶质瘢痕形成是否就能促进神经元轴突的生长？一些专家[14]利用转基因技术清除SCI后活化的AS，结果却发生严重的脱髓鞘反应、继发性损伤，以及少突胶质细胞死亡。分析原因可能是SCI初期，损伤局部发生过度的炎症反应，并产生大量毒性氨基酸、自由基和氮氧化物等，继而出现继发性神经损伤。这一阶段胶质瘢痕对维持内环境稳定、隔离损伤刺激及调节炎症反应均发挥关键作用，但之后却成为神经修复的障碍。因此，能否找到合适的干预时间，最大限度地发挥胶质瘢痕的有利作用显得尤为重要。

在创建过程中，全区群策群力，以艺术品牌特色为突破口、艺术领域均衡发展为方向、师资队伍建设为保障，切实深入开展了全区性的艺术活动，收到了良好的效果，为农村的孩子插上了艺术的翅膀。

1.5 尼龙6织物热稳定性

(2)在工业化市场中，供求关系及大的影响了自动化技术在市场上的发展，这也是影响自动化技术在我国市场份额，我国在国际出口重型机械所占比重小的直接原因。由于我国发展起步晚，所以我国国内很少有发展重型机械的大企业，而仅有的少数小企业由于种种原因的限制，所以最终导致这样的市场现象。而国家应尽快扶持企业的发展，加快供给侧改革，调整市场供给。

表1表示尼龙6织物表观色深值随辐照时长的变化情况。其中，L*代表亮度，a*表示颜色从绿色到红色的分量，b*表示颜色从蓝色到黄色的分量，ΔE代表色差值。从表1可以看出，UV辐照0～8 min 过程中，L*减小说明织物表面亮度逐渐下降，a*先减小后增大说明织物UV辐照过程中颜色由偏绿光到灰色再到偏红光的转变，b*增大说明织物由偏蓝光转为黄光，ΔE上升说明织物与原布色差值增大。说明随辐照时长的增加织物泛黄程度加深。

式中：ΔHEXP为试样的结晶焓；ΔHF是尼龙6 织物的100%结晶焓，取值188.1 J/g［21］。

1.6 尼龙6织物白度

尼龙6 织物本身表面光滑，富有光泽。经UV辐照后观察到织物表面泛黄程度随辐照时间加深，为进一步探究UV辐照对织物白度的影响情况，使用Datacolor-850 型电脑测色配色仪测量其织物表面的表观色深值。用WSD-III型白度仪测定织物的白度。将织物折叠成4层（织物经、纬方向保持一致），测量同一块织物的4 个不同点（A、B、C、D），取其算术平均值，结果以亨利白度值表示。亨特白度计算公式见式（2）。

由于UV 辐照会引起尼龙6 织物大分子链中酰胺键、碳链之间的断裂，继而影响其力学性能。为了探究UV 辐照前后尼龙6 织物力学性能的变化，对其进行力学测试，采用HD026N+型电子织物强力仪，按照GB/T3923.1―2004《纺织品织物拉伸性能第1部分：断裂强力和断裂伸长的测定条样法》测定断裂强力［22］。每块试样测量三次取平均值。

1.7 尼龙6织物力学性能

式中：Wh表示亨特白度；L表示亨特明度；a、b表示亨特色品指数。

采用Q200 差示扫描量热仪分析UV 辐照前后尼龙6热稳定性是否发生变化。测试条件：氮气流量为20 mL/min，升温速率为10 ℃/min，测量温度范围为25～300 ℃。采用量热法测试结晶度Xc（%），计算见式（1）。

1.8 尼龙6织物表面润湿性测试

履带式紫外辐照仪（主峰波长365 nm，UV功率密度100 W/cm2）预热2 min 后，将织物直接置于紫外灯的正下方（辐照距离为15 cm），开始计时。经辐照所需的时间后，将织物取出，然后进行各项测试。为保证实验的准确性，所用的织物都辐照同一面（称辐照面为织物正面，未辐照面为反面，下文不再赘述）。

2 结果与讨论

2.1 衰减全反射红外光谱分析

图1 所示为不同UV 辐照时长下尼龙6 织物的衰减全反射红外光谱图。1 545 cm−1为酰胺Ⅱ带N−H基团的伸缩振动峰，1 645 cm−1为酰胺I带C=O基团的伸缩振动峰。已知尼龙6 织物的N−H 伸缩振动峰约为3 300 cm−1，这是聚酰胺的显著特征，纤维大分子链之间具有氢键。从图1可以看出，1 725 cm−1处为羰基（−C=O−）的伸缩振动峰，红外吸收峰随UV 辐照时长增加明显减弱，说明UV 辐照过程中羰基含量减少，聚酰胺的加工是一个复杂的过程，其中的一些不规则结构、杂质及各类添加剂在辐照过程中都会对降解产生一定影响，值得肯定的是，1 725 cm−1处羰基伸缩振动峰的减弱并不是造成尼龙6织物光热氧化降解的原因。辐照后的织物与未辐照时的相比，在1 645 cm−1、1 545 cm−1、3 300 cm−1处红外吸收峰的伸缩振动强度变化不明显，引起这种现象可能的原因有几点：（1）所使用的织物为超细400D 尼龙6，对紫外光照有一定的抵抗作用；（2）织物由于UV辐照所产生的一系列影响变化主要原因是因为光氧化降解所导致，与交联与否无关。3 300 cm−1处红外没有发生明显变化，说明大分子链末端氨基没有发生变化，主要与−CONH−相连的亚甲基碳碳键的断裂，所形成的碳自由基与空气中的活泼氧反应生成α-羰基酰胺（−CONH（CH2）4COCONH−）［23］。三处红外吸收峰的微弱变动表明，尼龙6织物具备一定的抗UV能力，紫外辐照会对其大分子链上的−CONH−造成小部分影响，光、热同时作用时，热氧老化对织物的影响占主要因素。

图1 尼龙6织物的衰减全反射红外光谱Fig.1 ATR-FTIR spectra of nylon 6 fabric

2.2 UV辐照对尼龙6织物热稳定性的影响

图2表示尼龙6织物热稳定性随辐照时长的变化情况，图3测量了辐照时长下尼龙6织物结晶度的变化。从图2～3 中可以看出，辐照2 min 后，随UV 辐照时长的增加，尼龙6 织物的熔点由223.3 ℃下降到215.6 ℃。熔点主要与结晶度有关，结晶度的下降导致织物熔点降低。UV 辐照8 min时出现两个峰值，说明织物在升温过程中可能出现结晶-熔融-再结晶现象。对织物辐照时，一方面，纤维大分子链中−CONH−断裂形成活性自由基（氧负离子），样品表面温度会随着辐照时间的延长而升高，最高可达120 ℃；另一方面，N−H 的离解能较低，约为318 kJ/mol，由于空气中氧气的存在，−CONH−也会与空气中的活泼氧反应产生交联结构［24］，反应机理如下。

光、热氧化共同作用导致尼龙6织物分子内形成三维交联网络结构，三维交联网络的存在限制了直链大分子的有序排列，织物柔性变小，无定形区增加，结晶度下降。另外，大分子链中酰胺键（−CONH−）部分断裂导致纤维之间氢键减少，分子间作用力下降造成结晶度由30.13%下降到21.97%，熔点下降。

图2 尼龙6织物的热稳定性Fig.2 Thermal stability of nylon 6 fabric

图3 辐照时间对尼龙6织物结晶度的影响Fig.3 Influence of irradiation time on crystallinity of nylon 6 fabric

2.3 UV辐照对尼龙6织物表面形态的影响

我们应创新思维，拓宽创新视野，采取多种多样的手段和方法进行信息资源库的收集和整理工作。借助大数据、云计算等信息化手段，在CNKI、维普、万方等数据库中下载有用的数据信息，更新和扩充数据库资源。在完成初期的信息收集工作之后，根据不同的门类，设置不同的专题成果库。由专门的馆员进行信息资源的优化与整合工作，获取智库必需的材料，在完善现有信息资料的基础上，进行机构之间的资源共享，互通有无，促进合作交流。

由于UV 具有较高的能量，可能会引起尼龙6织物表面形态的改变，因此我们测量了尼龙6织物表面形态随辐照时长的变化情况，具体见图4。从图4可以看出，尼龙6织物在UV辐照前表面光滑，排列有序，辐照2 min 时，纤维表面产生一些凹坑，进一步辐照时长达4～6 min时，纤维表面发生刻蚀、粘连现象，当UV辐照达8 min时，观察图4（e）放大部分A 区域（f）图所示，纤维之间粘连现象加大，表面凹坑减少，这是由于UV辐照过程中伴随着大量的热，纤维吸收紫外光波段能量，组织结构变软，凹坑随着辐照时长增加逐渐陷落。UV辐照会改变织物的表面形态，增加其表面粗糙度，降低尼龙6织物的熔点和结晶度，改善其吸湿性和尺寸稳定性。

图4 尼龙6织物的表面形貌Fig.4 Surface morphology of nylon 6 fabric

2.4 UV辐照对尼龙6织物白度的影响

甘浚镇总人口在2.2万人，个别村社被列为省重点贫困乡之一，有两所中学，10所小学。农村留守儿童，一般主要指甘肃河西地区农民工子女，父母双方或一方流动到其他地区工作，本镇的留守儿童重点包含着三个重要的类型：其一是父母长期外出务工，孩子多是经由爷爷奶奶或者是亲戚照顾；其二则是父母早出晚归做临时工，这类儿童也属于留守儿童；其三是外地寄宿生，多是寄宿于亲戚家中。上述提及的相关类型也反映出部分问题：一是学习问题，二是品德问题，三是生活问题，四是学生的社会适应问题。

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由于聚酰胺中具有−CONH−基团，离解能较低，大分子链在受光、热作用时极易发生断裂，同时−CONH−是一生色基团，在UV辐照作用下引发聚合物降解，造成织物性能下降，b*值增高，白度下降，光氧化降解也会造成织物泛黄。

图5 尼龙6织物白度变化Fig.5 Variation of whiteness of nylon 6 fabric

图5表示尼龙6织物两面白度值随辐照时长的变化情况。结果表明，当UV 辐照达到8 min 时，织物正面白度从76.23%下降到69.90%，反面白度从76.58%下降到72.67%。

2.5 UV辐照对尼龙6织物力学性能的影响

表2为尼龙6织物力学性能随辐照时长的变化情况。结果表明，织物的断裂强力与断裂伸长率随辐照时间的增加而逐渐下降。由于纤维大分子链中的C−O 共价键与紫外辐照能量相当，受辐照后吸收能量产生跃迁，分子链转为激发态，产生活性自由基，纤维内部脆损。另外，织物经辐照后会发生一定程度的刻蚀，表面产生缺陷，这种刻蚀程度随辐照时间延长而增大，同时织物表面受热后部分发生重塑，纤维变软，冷却到室温后织物手感变硬，−CONH−断裂使分子内氢键减少，分子间作用力下降，造成尼龙6 织物结晶度下降，断裂强力降低。当UV 辐照达到8 min 时，断裂强力从1 008 N 下降到425.3 N，断裂伸长率由73.5%下降到26.3%。

表2 UV辐照对尼龙6织物力学性能的影响Table 2 Effect of UV irradiation on mechanical properties of nylon 6 fabric

2.6 UV辐照对尼龙6织物表面润湿性能影响

图6为尼龙6织物两面随辐照时长表面润湿性的变化。尼龙6织物表面含有羰基和胺基，易与水分子形成氢键，因此具有较强的吸湿性。随着UV辐照时长的增加，织物正面接触角由120.98°下降到91.84°，反面接触角由145.65°下降到119.05°。从理论来说，尼龙6 在接受UV 辐照时，由于织物表面发生脆损，粗糙程度会增大，进而导致织物表面疏水性增大，但测量结果表明辐照后织物的表面润湿性能有所提升。原因有以下几点：（1）UV 辐照过程中，光氧化降解导致尼龙6 织物表面大分子链中−CONH−发生部分断裂形成碳自由基，空气中活泼氧与断裂的碳自由基氧化生成羧基（−COOH）等亲水性基团；（2）UV 辐照能量极高，实验过程中给样品表面温度会随之升高，最高可达120 ℃，热氧老化作用使得织物纤维组织结构软化，过高的温度造成纤维纱线之间粘连，织物表面结构变得光滑。冷却到室温过程中又进一步发生皱缩，导致纱线之间交织孔隙增大，接触角进一步下降。

综上所述，织物大分子链上−CONH−断裂占次要原因，主要原因是由于织物的组织结构变化导致亲水性上升。

图6 尼龙6织物正/反面接触角变化Fig.6 Contact angle change on positive/negative of nylon 6 fabric

3 结论

采用UV 光对尼龙6 织物辐照过程中，织物大分子中共价键发生断裂，纤维的结构和性能发生变化，并且随着辐照时间的延长，变化程度增大。当辐照时间达8 min 时，织物形态结构发生变化，表面有一定程度的刻蚀，大分子链中（C−O）断裂产生活性自由基，紫外辐照产生的能量及高温使织物表面发生粘连现象。同时由于空气中氧气的存在使织物表面发生光氧化，分子链中端羧基增多，末端氨基减少，酰胺键（−CONH−）的部分断裂使得氢键减少，分子间作用力下降，断裂强力下降，热稳定性有所降低。织物表面因光氧化作用产生一定程度的泛黄，正面白度下降了6.33%，反面白度下降了3.91%；断裂强力从1 008.0 N下降到425.3 N；辐照后织物的表面润湿性增加，正面接触角下降了29.14°，反面接触角下降了26.6°。UV 辐照为尼龙6 织物表面功能改性及光固化成膜技术提供了理论支持。