高樹(shù)珍，唐蓉蓉，孟維丹

(齊齊哈爾大學(xué)輕工與紡織學(xué)院，黑龍江齊齊哈爾 161006)

棉織物具有良好的吸濕透氣性和抗靜電能力[1]，且柔和貼身[2]，深受廣大消費(fèi)者得喜愛(ài)。但近年來(lái)由于臭氧層破壞，紫外線輻射增強(qiáng)，紡織品抗紫外線整理也隨之受到重視。紫外光主要為UVA，UVB 和UVC[3－4]，普遍認(rèn)為UVA 對(duì)人體傷害最大[5]。抗紫外線整理分為物理方法和化學(xué)方法，物理方法主要是通過(guò)增加織物厚度[6]、提高織物光澤；化學(xué)方法則是指通過(guò)合成抗紫外線整理劑，以化學(xué)整理的方法提高紡織品的抗紫外線效果[7]。其中，紫外線吸收劑主要通過(guò)吸收高能量紫外光，并使之轉(zhuǎn)化為熒光、磷光或熱能的形式釋放出來(lái)，以達(dá)到抗紫外線的效果[8]。其中，二苯甲酮類紫外線吸收劑對(duì)棉織物等的附著能力較好，常用于聚丙烯、聚酯、纖維素等纖維的整理[9]，常在分子內(nèi)引入丙烯酰氨基、不飽和雙鍵、肼基團(tuán)制成反應(yīng)性二苯酮紫外線吸收劑[10]。通過(guò)降低紫外線對(duì)棉織物的透過(guò)率，達(dá)到抗紫外線的效果，避免人體受到紫外線的傷害[11]。對(duì)織物進(jìn)行抗紫外線整理，特別是對(duì)夏季服裝進(jìn)行整理是十分有必要的[12]。本文對(duì)合成的新型二苯甲酮類紫外線吸收劑的整理工藝進(jìn)行了研究，以使紡織品達(dá)到更好的抗紫外線的性能。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料與藥品

棉織物(面密度 119.525 g/m2)；2，4—二羥基二苯甲酮、N—羥基丙烯酰胺(上海阿拉丁試劑有限公司)；氯化鈉、氯化鎂(分析純，天津市凱通化學(xué)試劑有限公司)；皂片(分析純，滁州雅麗潔日用制品有限公司)。

1.2 儀器與設(shè)備

YG(B)541E型智能織物折皺彈性儀(溫州大榮紡織儀器有限公司)，YQ-Z-48 A型全自動(dòng)白度計(jì)(杭州輕通博科自動(dòng)化儀器有限公司)，YG(B)912E型紡織品紫外線性能測(cè)試(溫州大榮紡織儀器有限公司)，YG(B)026D型電子織物強(qiáng)力儀(溫州大榮紡織標(biāo)準(zhǔn)儀器廠)，HH＿SⅡ6型恒溫電子水浴鍋(鞏義市矛華儀器有限責(zé)任公司)，F(xiàn)A1004型電子天平(北京賽多利斯儀器有限公司)，JJ-1型攪拌器(金云市華峰儀器有限公司)。

1.3 抗紫外線整理劑的合成

將適量的2，4—二羥基二苯甲酮加入到三口燒瓶中，安裝好攪拌器和冷凝管，通入氮?dú)?，放入以溶于乙醇的N—羥甲基丙烯酰胺，2，4—二羥基二苯甲酮與N—羥基丙烯酰胺按物質(zhì)的量比1∶2，通入氮?dú)?，在堿性條件，65℃下反應(yīng)6 h。合成反應(yīng)表示如下:

1.4 抗紫外線整理工藝

工藝處方:紫外線吸收劑20%(owf)，氯化鈉20 g/L，氯化鎂20 g/L，浴比 1 ∶25。

工藝流程:將棉織物放入調(diào)配好的整理液中，40℃起始→15 min加入1/2氯化鈉→15 min加入1/2氯化鈉→15 min升溫至100℃→加入氯化鎂，反應(yīng)40 min→降至室溫→水洗、皂煮、水洗。

1.5 性能測(cè)試

紫外線防護(hù)系數(shù)的測(cè)試:參照GB/T 18830—2009《紡織品防紫外線性能的評(píng)定》進(jìn)行測(cè)試，每個(gè)樣品測(cè)試4次，取其測(cè)試結(jié)果的平均值。白度的測(cè)試:參照GB/T 18401—2003《紡織品 色牢度試驗(yàn)相對(duì)白度的儀器評(píng)定方法》進(jìn)行測(cè)定。折皺回復(fù)角的測(cè)試:按照 GB/T 3819—1997《紡織品 織物折痕回復(fù)性的測(cè)定 回復(fù)角法》進(jìn)行測(cè)定。斷裂強(qiáng)度的測(cè)試:按照GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能第1部分?jǐn)嗔褟?qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定(條樣法)》進(jìn)行測(cè)試。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

經(jīng)正交試驗(yàn)得出:抗紫外線整理劑的最佳合成工藝為，取 2，4—二羥基二苯甲酮8.2 g和 NaOH 0.08 g于磨口三頸燒瓶中，通入氮?dú)?，排凈裝置內(nèi)空氣，將已溶于20 mL乙醇中的7.39 g N—羥甲基丙烯酰胺倒入三頸燒瓶中，在65℃的水浴鍋中氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下反應(yīng)6 h，將該整理劑整理到棉織物上，經(jīng)測(cè)試得，織物UPF值為188.6，白度為64.67%，折皺回復(fù)角為73.35°，斷裂強(qiáng)力為282 N。合成的新型抗紫外線整理劑的紅外光譜圖見(jiàn)圖1。

圖1 合成抗紫外線整理劑的紅外光譜圖

可知，在3 700～3 100 cm－1處的吸收峰明顯變寬變鈍，這是由于C—H鍵的吸收振動(dòng)特征峰和O—H的吸收振動(dòng)特征峰發(fā)生重疊導(dǎo)致的，2 976.90 cm－1處附近為苯環(huán)的C—H吸收振動(dòng)特征峰，1 625.72 cm－1處為酮羰基的振動(dòng)吸收特征峰，1 116.2 cm－1處為C—O—C吸收振動(dòng)特征峰，1 447.72和1 341.59 cm－1處出現(xiàn)苯環(huán)骨架的吸收振動(dòng)特征峰。以上結(jié)果表明，2，4—二羥基二苯甲酮與N—羥甲基丙烯酰胺發(fā)生了反應(yīng)，生成了一種新型二苯甲酮類抗紫外線整理劑。下面對(duì)合成的新型抗紫外線整理劑的整理工藝進(jìn)行單因素影響分析。

2.1 整理劑用量對(duì)織物抗紫外線性能的影響

將合成的抗紫外線整理劑應(yīng)用于棉織物上，進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)。整理劑用量對(duì)織物性能的影響見(jiàn)表1。

表1 整理劑用量對(duì)織物性能的影響

由表1可知，隨抗紫外線整理劑用量的增加，紫外線防護(hù)系數(shù)先增加后減?。划?dāng)整理劑用量為20%(owf)時(shí)，紫外線防護(hù)系數(shù)值最大，其值為119.60。整理劑用量過(guò)少時(shí)，不足以完全擴(kuò)散到纖維內(nèi)部，整理劑用量過(guò)多會(huì)發(fā)生聚集，影響其向纖維內(nèi)部的擴(kuò)散?？椢锇锥?、折皺回復(fù)角、斷裂強(qiáng)力隨著整理劑用量的增加而有所下降，但不影響正常的服用。

2.2 NaCl質(zhì)量濃度對(duì)織物抗紫外線性能的影響

采用整理劑的最佳用量為20%(owf)，NaCl質(zhì)量濃度對(duì)織物性能的影響見(jiàn)表2。

表2 NaCl用量對(duì)織物性能的影響

由表2可知，隨著NaCl質(zhì)量濃度的增加，紫外線防護(hù)系數(shù)先增加后減??；當(dāng)NaCl質(zhì)量濃度為18 g/L時(shí)，紫外線防護(hù)系數(shù)最大，為 78.50。加入NaCl有利于整理劑向織物內(nèi)部擴(kuò)散，但NaCl用量過(guò)高，會(huì)加快整理劑與織物發(fā)生解離。在NaCl質(zhì)量濃度為18 g/L時(shí)，織物白度最高，折皺回復(fù)角、斷裂強(qiáng)力的損傷較低。

2.3 MgCl2質(zhì)量濃度對(duì)織物抗紫外線性能的影響

采用整理劑用量20%(owf)，NaCl質(zhì)量濃度18 g/L，MgCl2質(zhì)量濃度對(duì)織物性能的影響見(jiàn)表3。

表3 MgCl2質(zhì)量濃度對(duì)織物性能的影響

由表3可知，隨著MgCl2質(zhì)量濃度的增加，紫外線防護(hù)系數(shù)先增加后減小，當(dāng)MgCl2質(zhì)量濃度為16 g/L時(shí)，紫外線防護(hù)系數(shù)達(dá)到最大值，為128.14。MgCl2的主要作用是催化整理劑與織物反應(yīng)，當(dāng)MgCl2用量過(guò)高時(shí)，整理劑與織物反應(yīng)過(guò)快，易固著在織物表面，造成表面和內(nèi)部不均，所以紫外線防護(hù)系數(shù)會(huì)下降。MgCl質(zhì)量濃度為16 g/L時(shí)，織物白度、折皺回復(fù)角、斷裂強(qiáng)力損傷均較小。

2.4 浴比對(duì)織物抗紫外線性能的影響

采用整理劑用量20%(owf)，NaCl質(zhì)量濃度18 g/L，MgCl2質(zhì)量濃度16 g/L，浴比對(duì)織物性能的影響見(jiàn)表4。

表4 浴比對(duì)織物性能的影響

由表4可知，隨著浴比的增加，紫外線防護(hù)系數(shù)先增加后減小，浴比過(guò)低，整理劑濃度過(guò)高發(fā)生聚集不易向纖維內(nèi)部滲透；再升高后減小，浴比過(guò)高，整理劑濃度低，附著到纖維上的整理劑不足。在浴比為1∶25時(shí)，紫外線防護(hù)系數(shù)達(dá)到最大值，為85.96。1∶25的浴比下，織物白度最高，折皺回復(fù)角和斷裂強(qiáng)力有所下降，但不影響正常服用。

2.5 染色起始溫度對(duì)織物抗紫外性能的影響

采用整理劑用量20%(owf)，NaCl質(zhì)量濃度18 g/L，MgCl2質(zhì)量濃度 16 g/L，浴比 1 ∶25，染色起始溫度對(duì)織物性能的影響見(jiàn)表5。

表5 染色起始溫度對(duì)織物性能的影響

由表5可知，隨著起始溫度的增加，紫外線防護(hù)系數(shù)首先開(kāi)始增加后減小，當(dāng)溫度為40℃時(shí)，紫外線防護(hù)系數(shù)達(dá)到最大值，為129.55。原料中N—羥甲基丙烯酰胺易受溫度的影響，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，N—羥甲基丙烯酰胺易自聚，影響整理劑的抗紫外線效果，所以在40℃時(shí)起染抗紫外線效果更好。起始溫度40℃條件下，織物白度、折皺回復(fù)角略微下降，但此時(shí)的斷裂強(qiáng)力最高。

2.6 反應(yīng)溫度對(duì)織物抗紫外線性能的影響

采用整理劑用量20%(owf)，NaCl質(zhì)量濃度18 g/L，MgCl2質(zhì)量濃度 16 g/L，浴比 1 ∶25，起始溫度40℃，反應(yīng)溫度對(duì)織物性能的影響見(jiàn)表6。

表6 反應(yīng)溫度對(duì)織物性能的影響

由表6可知，隨著反應(yīng)溫度的增加，紫外線防護(hù)系數(shù)逐漸增加，當(dāng)溫度為100℃時(shí)，紫外線防護(hù)系數(shù)達(dá)到最大值，為145.53。升高溫度有助于反應(yīng)的快速進(jìn)行，但當(dāng)溫度超過(guò)100℃時(shí)，不易操作且會(huì)耗費(fèi)大量的能源，并不經(jīng)濟(jì)實(shí)用，對(duì)環(huán)境也有較大的損害，因此選用100℃為最佳反應(yīng)溫度。100℃下織物白度有輕微下降，折皺回復(fù)角和斷裂強(qiáng)力較高。

3 結(jié) 論

①通過(guò)進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，得出了最佳的工藝條件:整理劑用量20%(owf)，NaCl質(zhì)量濃度18 g/L，MgCl2質(zhì)量濃度16 g/L，浴比1∶25，起始溫度40℃，反應(yīng)溫度100℃。該條件下整理織物的紫外線防護(hù)系數(shù)為145.53，白度為80.86%，斷裂強(qiáng)力為253 N，折皺回復(fù)角為62.83°。

②將整理后的織物與原布進(jìn)行對(duì)比，白度、折皺回復(fù)角以及斷裂強(qiáng)力稍有降低，在不影響日常服用的情況下，紫外線防護(hù)系數(shù)明顯提高，抗紫外線效果增強(qiáng)。