纯棉色织物在不同工艺下的抗紫外性能

陈 森，徐惠栋，王玉霞，侯 娟

（江苏省生态染整技术重点实验室，江苏联发高端纺织技术研究院，江苏联发纺织股份有限公司，江苏南通 226600）

每到夏秋季节，大量光照总是伴随着过量紫外线照射，不仅会对人体产生危害，导致皮肤老化、晒伤、红肿脱皮，甚至还会引发皮肤癌［1］。棉纤维是用量最大的天然纤维素纤维，吸湿透气、手感柔软、价格低廉、可生物降解，深受人们的喜爱；但是也存在不足，例如抗紫外辐射能力差，在一定程度上限制了纯棉织物的应用。如今紫外线防护已经得到越来越多的重视。近年来，具有紫外线防护功能的纺织品备受青睐，提高纺织品的抗紫外线性能已经成为功能纺织品研发的重要方向之一。影响棉织物抗紫外能力的主要因素有组织规格的紧密度（织物覆盖系数和厚度）、织物颜色（不同颜色及深浅度对紫外线的吸收度不同）、紫外线吸收剂的种类以及不同染整工艺处理后的抗紫外能力［2］。组织规格及织物颜色是品牌商根据使用场景以及服装的使用对象在下单时确定的，对面料或服装生产工厂来讲可以调整的空间有限；而通过紫外线吸收剂的选择使用以及不同染整工艺的设计是面料生产工厂改善纯棉织物抗紫外功能的重点方向。

紫外线吸收剂的常见种类：（1）二苯甲酮类，是邻羟基二苯甲酮的衍生物，广泛应用于纺织材料的后整理，与大多数高聚物的相容性好，对光、热稳定性良好，但是升华性强；（2）水杨酸酯类，紫外线吸收率比二苯甲酮类小，吸收波段较窄，本身对紫外光不够稳定而吸收可见光，会使被施加物呈黄色，但是与高聚物相容性好且价格便宜，是染整加工常用的抗紫外功能助剂之一；（3）苯并三唑类，性能比二苯甲酮类优良，能够吸收310～385 nm 的紫外光，几乎不吸收可见光，稳定性也好，对金属离子不敏感、挥发性小，有抗氧化作用，初期易着色，特别适用于无色透明和浅色纺织品的功能整理，但是不耐皂洗，原因是能溶于碱性肥皂中使纤维颜色变黄［3］；（4）三嗪类，是2-羟基苯基三嗪的衍生物，邻位上有羟基，吸收紫外线的效果与邻羟基的个数有关，邻羟基个数越多，吸收紫外线的能力越强，对280～380 nm 的紫外光有较高的吸收能力，是一类高效的吸收型光稳定剂，可用于高温染色、轧染染色和印花；（5）取代丙烯腈类，能够吸收310～320 nm 的紫外光，但是吸收率较低，具有良好的化学稳定性和与高聚物的相容性，耐碱性好，可以赋予制品优良的光热稳定性，与树脂的相容性好，不着色，可以用于各种合成材料。

将紫外线吸收剂施加于服装或者织物上的方法因紫外线吸收剂的品种而异［4］。（1）将能与纤维素的羟基、聚酰胺的酰胺基、羊毛和丝绸的氨基形成氢键的紫外线吸收剂施加于染色或者柔软整理浴中同时上染纤维，可以用浸染法、轧染法、印花法或者柔软整理施加。（2）制备微胶囊再施加于织物上，囊衣为高分子聚合物，例如聚苯乙烯、聚丙烯酸酯，采用边聚合边微胶囊的方法制备微胶囊，将紫外线吸收剂包于囊芯，然后用黏合剂及交联剂将微胶囊固着在织物上，制成紫外线屏蔽率达85%以上的纺织品；微胶囊可以缓慢释放紫外线吸收剂，从而达到长效防紫外的目的。（3）涂层施加法，将紫外线吸收剂添加到涂层剂中进行涂层、烘干、焙烘，在涂层液中还可以添加其他功能性整理剂，用此法制备帐篷、帽子，方法简便，但是耐候性、耐洗性尚待改进。

本实验采用苯并三唑衍生物TF6162 抗紫外整理剂，适合染色同浴与整理定形，对棉织物采用不同的工艺流程进行整理，探究整理方式对纯棉织物抗紫外线性能的影响，优化棉织物抗紫外加工方式，提高其抗紫外线功能值及耐洗性，为生产工厂根据客户抗紫外功能要求选择合适的生产方式提供借鉴。

1 实验

1.1 材料与仪器

材料：40s纯棉原纱（江苏联发棉纺有限公司），纯棉织物（规格40s×40s，经纬密120×100，单位面积质量156 g/m2，江苏联发纺织股份有限公司），TF6162 抗紫外整理剂（传化智联股份有限公司），活性染料CA黄、CA 红、CA 蓝（德司达集团），匀染剂（上海双康实验有限公司）。

仪器：高温高压溢流染色机、丝光机（中国恒天立信国际有限公司），定形烘干机［立信门富士纺织机械（中山）有限公司］，UV-2000F 纺织物防晒指数分析仪（美国Labsphere 公司）。

1.2 实验方法

先通过对一种色织棉布进行抗紫外性能（紫外线透过率与UPF 值）分析，选择适宜的规格，再设计不同的染色整理工艺对织物进行抗紫外性能、丝光影响度及耐洗性研究。

1.3 实验布规格

取客户喜欢的色织格子面料，检测不同颜色交织处的抗紫外性能，以纯棉色织面料抗紫外UPF 50+确定成品规格，色布标注如图1所示。

图1 色布标注图

参考GB/T 18830—2009《纺织品防紫外线性能的评定》，对各标注处采用纺织物防晒指数分析仪进行测试，结果如表1所示。

表1 布样防紫外线性能

选择UPF 基础值16.3、UVA 透过率7.9%、UVB 透过率5.2%的点为基础，设计面料规格为40s×40s、经纬密为120×100 的基材，进行不同染色整理工艺下的抗紫外能力研究。

1.4 染色整理工艺

1.4.1 染色抗紫外同浴+小整理

染色抗紫外工艺配方：CA 黄0.24%，CA 红0.35%，CA 蓝0.18%，TF6162 5%（对织物质量），元明粉15 g/L，纯碱5 g/L，冰醋酸0.3 g/L，匀染剂1 g/L。

工艺流程：活性染料染色阶段浴比为1∶6，染色时将染料与TF6162 同步加入（考虑到加入TF6162 与染料同浴，对纱线颜色色光有一定影响，在化验确定配方时就加入此助剂一起打样，以保证大货与小样颜色一致），跟随盐碱同时保温30 min，关注颜色及层差情况；将色纱织造成布，经过烧毛→退浆→水洗→定形→预缩等小整理工序后进行检验。

工艺曲线如下：

1.4.2 染色抗紫外同浴+丝光整理

染色抗紫外工艺配方同1.4.1。

工艺流程：活性染料染色阶段浴比为1∶6，加染料时将TF6162 一同加入染液中，跟随盐碱同时保温30 min，关注颜色及层差情况；将色纱织造成布，经过烧毛→退浆→丝光（碱180～190 g/L）→定形→预缩等工序后进行检验。

工艺曲线同1.4.1。

1.4.3 丝光+定形抗紫外整理

染色工艺配方：CA 黄0.23%，CA 红0.32%，CA 蓝0.16%，元明粉15 g/L，纯碱5 g/L，冰醋酸0.3 g/L，匀染剂1 g/L。

工艺流程：活性染料染色阶段浴比为1∶6；将色纱织造成布，经过烧毛→退浆→丝光（碱180～190 g/L）→定形［加入抗紫外整理剂进行功能整理（TF6162 100 g/L，160 ℃，30 s）］→预缩等工序后进行检验。

工艺曲线同1.4.1。

1.4.4 小整理+定形抗紫外整理

染色工艺配方同1.4.3。

工艺流程：活性染料染色阶段浴比为1∶6；将色纱织造成布，经过烧毛→退浆→水洗→定形［加入抗紫外整理剂进行功能整理（TF6162 100 g/L，160 ℃，30 s）］→预缩等工序后进行检验。

工艺曲线同1.4.1。

1.5 测试

1.5.1 抗紫外线性能

参考GB/T 18830—2009《纺织品防紫外线性能的评定》，使用纺织物防晒指数分析仪测定整理后棉织物在AS/NZS 4399:1996 下的UPF 值、UVA 和UVB 透过率，每个样品测试8次，取平均值。当UPF值大于30、紫外线透过率小于5%时，纺织品为防紫外线产品；UPF 值越高，紫外线透过率越低，防紫外线能力越好。

1.5.2 耐洗性

将织物浸入4 g/L 标准合成洗涤剂（浴比1∶50）中，40 ℃洗涤10 min；取出织物用冷水冲洗，晾干，此为1 次洗涤。重复上述步骤n次，洗涤织物n次，测试洗涤后织物的紫外线防护性能。

1.5.3 颜色特征值

采用电脑测色仪测试染色试样的表观色深值（DEcmc）等，D65光源、10°观察角，测试4次，取平均值。

1.5.4 染色牢度

耐皂洗色牢度：参考GB/T 3921.1—2008《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》进行测定；耐摩擦色牢度：参考GB/T 3920—2008《纺织品色牢度试验 耐摩擦色牢度》进行测定；耐水渍色牢度：参考AATCC 107—2009《耐水渍色牢度》进行测定；色泣牢度：参考日本大丸法进行测试。

2 结果与讨论

2.1 抗紫外性能

由表2 可以看出，相同规格的纯棉织物，未加抗紫外整理剂时，本身UPF 值只有16.3，经过抗紫外整理剂整理后，UPF 值均大于30。其中3 种工艺整理的棉织物UPF 值达到50+，具备抗紫外性能。但是染色同浴+丝光工艺提升很少，与其余几种工艺的提升数值相差甚远，可能是由于TF6162 类似于一氯均三嗪活性染料，但是结构比活性染料更加简单，与棉纤维之间的亲和力较小，经过高浓度的烧碱丝光后，大部分结合的共价键断裂，抗紫外效果减弱。

表2 不同染色整理工艺的抗紫外性能

2.2 耐洗性能

由图2、图3 可以看出，丝光+定形抗紫外、小整理+定形抗紫外工艺的抗紫外性能接近，而且丝光后的面料效果稍好，说明在定形时添加抗紫外整理剂对前期的工艺要求不大，丝光后面料的吸湿性能稍优，对于定形具有一定的优势；对比水洗5 次、10 次、20 次的UPF 值可以看出，在染色时同浴加入抗紫外整理剂，与面料具有更好的结合力以及更优异的耐水洗性能，作为反应型抗紫外整理剂具有染色同浴牢度好的优势。

图2 不同染色整理工艺整理织物水洗后的UPF 值

图3 不同染色整理工艺整理织物水洗后的紫外透过率

2.3 颜色特征值

不同染色整理工艺的颜色差异见表3。

表3 不同染色整理工艺的颜色差异

以未加TF6162 的色布为标准样，由表3 可以看出，染色时加入TF6162 对色光的影响不大，4 种不同工艺中，染色同浴+丝光工艺整理的织物差异最大，但是DEcmc值也小于1，在合格范围里。

2.4 染色牢度

由表4 可知，使用CA 系列活性染料，不同工艺加入TF6162 后的色牢度均达到4～5 级，说明TF6162 对于布面的牢度情况影响不大。

表4 各工艺下布面的牢度情况

3 结论

反应型抗紫外整理剂具有耐洗性能好，提升抗紫外性能强的特点，但是得注意后丝光的情况，在染色时加入抗紫外整理剂，经过浓碱的丝光过程，助剂与面料结合的共价键会遭到一定程度的破坏，抗紫外效果会变弱。在定形工序进行抗紫外整理也具备良好的抗紫外效果，但是耐洗性较差，在水洗过程中抗紫外效果下降较快。因此，抗紫外整理选择染色同浴+小整理的方式，在取得良好抗紫外性能的同时兼具优异的耐洗性能。