文/ 東華大學 纖維材料改性國家重點實驗室 董杰 趙昕 張清華

未來將主要聚焦于具有自清潔、抗菌、透氣等功能性抗紫外線紡織品的開發(fā)

隨著社會的不斷發(fā)展，人們對自身健康越來越重視。在夏天，陽光中穿透力較強的長波紫外線可以輕松穿透皮膚表層，破壞膠原蛋白、彈性纖維組織等皮膚內(nèi)微細結(jié)構(gòu)，使得皮膚變得衰老和松弛。人們?yōu)榇瞬扇×撕芏啻胧?，比如涂抹防紫外線的化妝品、使用遮陽帽和遮陽傘等，但是，這些措施的防護能力、有效時間和范圍都是有限的。因此，越來越多的人傾向于利用保護范圍更加全面、效果更好的防紫外線服飾來保護身體免受紫外線過度傷害。一般認為，紫外線防護系數(shù)（UPF 值）大于 50 并且 UVA （320～420 nm UV）的透過率小于5 %的“防紫外線產(chǎn)品”才算合格。

抗紫外線紡織品是當前新發(fā)展的功能性產(chǎn)品，具有非常廣闊的市場。對原料（纖維）和紡紗進行深入研究，從原料的選擇、織物結(jié)構(gòu)、織物染色色澤和后整理技術(shù)上綜合考慮，可以制備出抗紫外性能更優(yōu)良的產(chǎn)品。

滌綸、錦綸唱主角

對于不同的纖維而言，由于其本身的化學組成、色澤、纖維的含水量等存在差異，所以其抗紫外線性能也有所不同。纖維原料抗紫外線性能越好，紡織而成的產(chǎn)品抗紫外線性能也越優(yōu)異。天然纖維中，相比于棉、絲、漢麻、亞麻等，羊毛、黃麻和竹纖維的抗紫外線性能更佳。在常用的化學纖維中，滌綸含有能夠吸收紫外線的苯環(huán)，抗紫外線性能頗佳，而錦綸相對較差?？棺贤饩€織物主要為夏天的防曬衣，也稱為皮膚衣，使用100%滌綸面料制備的防曬衣，UPF 值高，防紫外線效果好，并且由于原紗本身有一定的抗紫外能力，水洗對抗紫外線效果影響較小。相比于絲巾、厚棉麻T 恤產(chǎn)品和純棉加厚外套等，很多以滌綸為原料的產(chǎn)品紫外線防護效果更好。

盡管錦綸比滌綸的抗紫外線性能差一些，但是市場上由錦綸制成的抗紫外線產(chǎn)品也是品類繁多。錦綸耐磨性比較好，具有很好的吸濕性，用錦綸制作的服裝比滌綸面料的服裝舒適性更強。除此之外，錦綸織物屬于輕型織物，制備輕薄產(chǎn)品也頗有市場。使用錦綸作為原材料時，需要經(jīng)過染色以及后整理工藝才能達到預期的效果。目前市場上主流的防曬衣面料一般包括3 種：

20D 錦綸超細雙線格。采用20D錦綸按380T 規(guī)格在噴水織機上織造，經(jīng)過染色及特殊后整理工藝紡織而成。該規(guī)格面料微皺，手感柔軟，輕薄耐磨，具有防潑水、防風、防紫外 線等功能。

40D 錦滌面料。經(jīng)過特殊染色及后整理后，面料具有自然起皺效果，手感順滑、質(zhì)地輕、密度高，紡織成型后的衣服體積相對小，便于攜帶和收納。

20D 消光尼龍絲。該面料采用微皺處理，具有UPF 50+超強抗紫外線性能，超薄超輕柔面料，適用范圍廣。除了傳統(tǒng)的面料之外，也有一些新型面料在市場上嶄露頭角，如光波面料、TIEF SKIN 仿生面料、STORMBREATH 科技面料。光波面料是專門為防曬而設計的，它結(jié)合了嶄新的熒光涂布與紡織技術(shù)，可以有效阻隔紫外線的同時獲取對人體有益的光波。探路者與丹東優(yōu)耐特紡織品有限公司聯(lián)合申報的“TIEF SKIN”超輕薄皮膚衣曾經(jīng)榮獲“年度紡織十大創(chuàng)新產(chǎn)品”稱號。該面料模仿日落絢麗輕薄的鱗片結(jié)構(gòu)制成面料，面料反射、散射光線，阻隔陽光和紫外輻射，構(gòu)成天然盾牌。STORMBREATH 科技面料是一種高輕薄、高透氣性的面料，在紫外線防護上相對前兩種面料稍差，但輕薄性與透氣性更佳。

對于針織面料，線圈長度、紗線細度與織物抗紫外性能呈正相關(guān)；1×1 羅紋針織面料抗紫外線性能比緯平針織物的UPF 大。在一定范圍內(nèi)，抗紫外線性能與厚度成正比，與緊度的關(guān)系大致呈拋物線狀。此外，覆蓋參數(shù)、紗線細度、厚度、織物密度及織物組織對于面料的抗紫外性能都有一定的影響。在炎熱的夏季，人們對織物的透氣性、柔軟度都有比較高的要求。通過設置合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)，使產(chǎn)品兼?zhèn)涓呖棺贤夤δ芎褪孢m性。大連小蘿莉服飾有限公司采用納米銀纖維為經(jīng)紗、聚乳酸（PLA）纖維為緯紗，紡制成防輻射布底面布料。在底面布料上鍍鎳層，鎳層的厚度為 0.08～0.15mm；通過緯編平針的方式與抗紫外功能的真絲布料連接，獲得防紫外復合紡織面料。

防曬衣一般采用滌綸面料。

屏蔽紫外線的兩大法寶

不同的纖維和織物品種，對紫外線的透過率是不同的。所謂抗紫外線纖維及其織物，指的是那些能夠吸收和反射大部分紫外線的纖維和織物，在其制備和加工過程中，一般會對纖維和織物中添加能屏蔽紫外線的物質(zhì)，進行混合與處理，提高織物對紫外線的吸收和反射能力。目前，國內(nèi)紫外線防護紡織品的生產(chǎn)，主要分為兩大類：一是抗紫外線纖維法（紡絲法），在聚合或紡絲過程中加入紫外線屏蔽劑，制得抗紫外線纖維；另一種是纖維后整理法，利用紫外線屏蔽劑通過浸漬、浸軋或涂層的方法，還有利用微膠囊技術(shù)或印花整理的方法，改善織物的抗紫外性能。具體介紹如下：

三種常用的紫外線屏蔽劑

紫外線屏蔽劑可有效強化織物對紫外光的反射能力，通常選用一些金屬氧化物的粉體，如Al2O3、SiO2、MgO、ZnO、TiO2和高嶺土等。這些材料制成納米級的超細粉體，由于微粒尺寸與光波波長相當，比表面積大，表面能高，超細粉體在與纖維材料共混復合后，增強了纖維材料對紫外線的反射和散射作用，從而防止和減少紫外線透過纖維或紡織面料。例如，通過氯化鈰和氯化鋅水解沉積在納米TiO2表面，再采用偶聯(lián)劑KH-550 表面處理，得到有機硅改性的抗紫外顆粒，然后以丙烯酸羥乙酯、丙烯酸和丙烯酸丁酯聚合成聚丙烯酸乳液，最后制備有機硅改性的抗紫外顆粒水分散液，再以聚丙烯酸乳液包覆。該方法所制備的紡織品穩(wěn)定性高，經(jīng)整理后織物抗紫外線效果好且耐久性優(yōu)異，質(zhì)感柔軟。

添加了紫外線屏蔽劑的紡織織物可有效提升紫外光的反射能力。

有機紫外線屏蔽劑主要是利用有機物對紫外線光波具有強烈的、選擇性的吸收作用。有機紫外線屏蔽劑分子結(jié)構(gòu)大多連接在芳香族衍生物上吸收波長小于400nm 的發(fā)色基團（如 C=N，N=O，O=O 等）和助色基團（如-NH2，-OH，-SO3H，-COOH 等）。具備這些結(jié)構(gòu)的有機物能夠很好地、有選擇性地吸收高能量的紫外線，通過發(fā)生物理或光化學反應，將紫外光能轉(zhuǎn)化為其他形式能量，從而起到防紫外線的作用。用在織物上的紫外線吸收劑除需要具備很好的紫外線防護功能外，還必須與織物或纖維比較牢固地結(jié)合，具備一定的耐洗性；對纖維或織物的強度和色澤等方面影響較?。粺o毒，對皮膚無刺激；價格低廉，制備方便。

常用的有機紫外線吸收劑主要有二苯甲酮類、水楊酸酯類、苯并三唑類和有機鎳聚合物等。

二苯甲酮類。二苯甲酮中有反應性的羥基，容易與纖維復合，能夠吸收UVA 和UVB 紫外線。分子中的酮基與羥基能產(chǎn)生內(nèi)在氫鍵，構(gòu)成一個螯合環(huán)；紫外線的攝入，引發(fā)分子的熱振動，內(nèi)在的氫鍵會被破壞，螯合環(huán)打開，從而將紫外線的能量變成熱能釋放出來。此外，分子中羥基由于紫外光能量激發(fā)，產(chǎn)生互異構(gòu)現(xiàn)象，生成烯醇式結(jié)構(gòu)，消耗一部分能量。不足之處在于該類紫外屏蔽劑對280nm 的紫外線吸收較少，容易發(fā)黃，價格較貴。

水楊酸酯類。水楊酸酯分子內(nèi)存在氫鍵，這類紫外線吸收劑剛開始對紫外線能量和波長范圍的吸收很小，隨著照射時間的延長，吸收也會逐漸增大。這是由于在紫外線的照射下，水楊酸酯發(fā)生重排，形成了二苯甲酮的結(jié)構(gòu)，對紫外線的吸收能力有所增強。這類紫外線吸收劑價格低廉，但是對UVA 紫外線吸收較少，熔點低且易升華，沒有被廣泛應用。

苯并三唑類。苯并三唑類紫外線吸收劑與二苯甲酮的作用機理相似，內(nèi)部結(jié)構(gòu)中也因氫鍵作用而形成螯合環(huán)。在紫外光的照射下，氫鍵被破壞，螯合環(huán)打開，反應過程中存在光互變異構(gòu)體，將紫外線的能量轉(zhuǎn)化為熱能釋放。該類紫外線吸收劑的優(yōu)勢在于對UVA 紫外線的吸收效果好，自身熔點高，吸附在織物表面有一定的耐洗性。但是，由于沒有反應性基團，處理時要吸附于纖維表面才能達到吸收和屏蔽紫外線的效果。

有機鎳聚合物。不同于一般的紫外線吸收劑的吸收機理，有機鎳聚合物在紫外光的照射下，與高分子聚合物被激發(fā)成激發(fā)態(tài)的分子作用，使激發(fā)態(tài)回到基態(tài)，將高能紫外線轉(zhuǎn)化為能量較低的光譜散發(fā)，從而保護織物不被破壞。雖然這類紫外線吸收劑對部分纖維和織物在一定條件下會形成螯合態(tài)結(jié)合體，產(chǎn)生對紫外線的屏蔽作用，但是其離子有較深的顏色，在一些對色澤有嚴格要求的場合并不適用。

抗紫外線織物的七大后整理方法

高溫高壓吸盡法。高溫高壓吸盡法相當于滌綸的高溫高壓染色，將一些不溶或難溶于水的紫外線吸收劑，如苯并三唑類化合物在高溫高壓條件下進入纖維內(nèi)部而固著，從而達到抗紫外線的效果；對滌綸、錦綸等合成纖維織物的紫外線屏蔽整理，可采用與分散性染料高溫高壓染色時同浴進行。

常壓吸盡法。常壓吸盡法主要對于一些水溶性的吸收劑進行棉、麻、羊毛、蠶絲等天然纖維類織物的抗紫外線處理。只需要在常壓下將上述纖維置于其水溶液中處理，類似于水溶性染料染色。這種處理方法選用的吸收劑需要滿足一定的水溶性，如一些二苯甲酮類的水溶性紫外線吸收劑的分子結(jié)構(gòu)中有多個羥基，以此與棉和其他天然纖維建立較好的吸附。

浸漬式法。將織物浸入配置好的整理液中，在規(guī)定的溫度下浸泡一定的時間取出，然后干燥或進行熱處理。

浸軋法。由于紫外線屏蔽劑大多不溶于水，并且對棉、麻等天然纖維缺乏親和力，因此采用與樹脂（或粘合劑）同浴的方法，可以將屏蔽劑固著在織物的表面。浸軋液由紫外線屏蔽劑、樹脂、柔軟劑等組成。浸軋法即將織物在整理液中浸濕，然后用壓輥軋去水分，在機械力作用下將整理劑擠壓到纖維中去，然后進行干燥或熱焙烘。但是，經(jīng)過烘干或熱處理后，織物上的空隙容易被樹脂（粘合劑）覆蓋，會對織物的吸水性、透氣性有一定的影響。

印花法。將紫外線吸收劑加入到印花色漿中，與染料同漿印花，以此提高印花織物的耐光色牢度。由于汽車內(nèi)裝針織物對耐光牢度的要求較高，所以其織物印花時多將紫外線吸收劑與高耐光染料同漿印花。

涂層法：將涂層整理劑與紫外線整理劑混合均勻，利用涂布器（如刮刀、圓網(wǎng)印刮等）涂印到織物上，經(jīng)過必要的烘干和熱處理，在織物表面形成一層薄膜，從而達到紫外線整理的功效。

微膠囊整理：以高分子聚合物為囊衣，利用微膠囊技術(shù)將紫外線吸收劑制備微膠囊，然后用粘合劑及交聯(lián)劑將微膠囊固著在織物上，可制成紫外線屏蔽率達85%以上的紡織品。除此之外，微膠囊的一大特點就是可以緩釋紫外線吸收劑，從而達到長效防紫外的目的。

抗紫外線紡織品實現(xiàn)多功能化

單一功能的紡織品并不能滿足市場的需求，人們更傾向于多功能的織物。抗紫外線織物的研究不斷加入拒水、拒油、易去污、抗菌、抗靜電等多種功能，不斷優(yōu)化與發(fā)展。

抗紫外疏水織物

利用多巴胺在多價金屬離子作用下（鐵離子、亞鐵離子、銅離子和錳離子的一種或幾種），通過浸漬處理，與織物（真絲纖維或羊毛）上的活性基團連接，然后在氧化劑作用下氧化原位聚合形成有色的聚多巴胺。金屬離子的催化作用，除了極大地加速了多巴胺的氧化聚合外，還起到多巴胺與織物中絲素蛋白分子間的交聯(lián)作用，所制備織物的耐水洗牢度提高。納米金屬氧化物附著在織物的纖維表面，使其具備抗紫外線的同時具備更好的疏水性能。

無機納米粒子比如ZnO、TiO2、SiO2等常用來構(gòu)造疏水表面的微納結(jié)構(gòu)。而ZnO、TiO2對紫外線具有優(yōu)良的反射作用，因此在超疏水抗紫外線織物的研究中使用較多。華南理工大學劉維錦等合成了一種 1,2- 環(huán)氧丙醚基芳香酮的抗紫外化合物，再對 SiO2進行改性（氨基改性二氧化硅），使得抗紫外化合物接枝到SiO2表面，賦予二氧化硅優(yōu)異的抗紫外線能力；然后將織物浸于二氧化硅分散液和聚電解質(zhì)化合物水溶液中，通過靜電自組裝法使得SiO2吸附在織物表面，獲得疏水性所需要的粗糙表面，最后織物經(jīng)無氟拒水劑的進一步處理，獲得兼具優(yōu)異抗紫外和超疏水性能。

抗紫外抑菌消毒織物

利用納米TiO2本身的殺菌消毒作用以及對紫外線具有很強的屏蔽作用，與酞酸酯偶聯(lián)劑混合攪拌，形成抑菌抗紫外的納米二氧化鈦溶膠。再通過對腈綸和聚酯纖維共同鍍銀，使得細菌細胞內(nèi)外的蛋白質(zhì)凝固，繼續(xù)加入β-環(huán)糊精、紫外線屏蔽劑、銅粉和殼聚糖，再次提高防輻射織物的抗紫外性。銅粉具備防輻射性和抑菌性，而殼聚糖分子中的-NH3+帶正電，吸附在細菌細胞表面，進一步提高織物的抗菌性能，具有廣泛的應用前景。

棉織物作為大眾化的服裝面料，具有吸水性強、耐磨耐洗、柔軟舒適等特點，經(jīng)過抗紫外線和抗菌整理，可以獲得一種適用范圍較廣的多功能織物。東華大學邢彥軍等發(fā)明了一種簡單易行、成本低廉、適用于規(guī)?；a(chǎn)的多功能化抗菌抗紫外面料。預處理棉織物，將其羧甲基化，然后在鋅鹽溶液中浸泡?？椢锉砻娴聂人岣Ｗ优c鋅離子發(fā)生反應完成后，再浸入多元羧酸溶液中，從而使多元羧酸與織物表面引入鋅離子反應，反復浸泡。最后經(jīng)漂洗、水洗、烘干后得到兼?zhèn)淇咕涂棺贤獾亩喙δ芸椢铩?/p>

透氣保暖的防紫外面料

原色紡織科技有限公司通過多層結(jié)合的方法開發(fā)了一種透氣防紫外功能的面料，同時賦予一定的保暖功能。該面料由防紫外層、無紡布層、紡制層、中間層以及保暖層組成。其中防紫外層主要采用抗紫外的錦綸制備；無紡布層內(nèi)部設置了多個脫水凝膠顆粒，使得制品具備防潮、透氣、堅韌等特點；中間層由棉布構(gòu)成，粘合多個通風口；保暖層由竹炭纖維構(gòu)成，實現(xiàn)了蓄熱保溫的功能。

隨著紡織技術(shù)的不斷發(fā)展及人們對安全防護意識的加強，具有優(yōu)異紫外屏蔽作用的功能性紡織品具有更加廣闊的應用前景。納米技術(shù)的發(fā)展與應用也將使紡織品的抗紫外劑更加趨于多功能化，未來對抗紫外紡織品將主要聚焦于新型抗紫外纖維、新型整理劑及具有自清潔、抗菌、透氣等功能性抗紫外紡織品的開發(fā)等方面。