CN102459721A - 基于人造纤维素纤维的紫外线防护织物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及紫外线防护织物，其中这些织物由紫外线防护性纤维素纤维制成，即通过莫代尔或莱塞尔工艺制造。所述的纤维材料和由此的织物除了对UV射线的永久性和固有防护以外，当织物为润湿和拉伸时，紫外线防护仍有保证。由于纤维溶胀，织物结构变为更加稠密，并且导致的直接结果是，与干燥和拉伸状态相比较紫外线传输显著减少。

Description

基于人造纤维素纤维的紫外线防护织物
本发明涉及紫外线防护(UV protective)织物，其中这些织物由紫外线防护性高韧性人造纤维素纤维制成。所述的纤维材料和由此的织物除了对UV射线的永久性和固有防护以外，当织物为润湿和拉伸时，紫外线防护仍有保证。由于纤维溶胀，织物结构变为更加稠密，并且导致的直接结果是，与干燥和拉伸状态相比较紫外线传输显著减少。
发明背景
对过度曝露于紫外线辐射的作用和后果的意识已经导致关于防护UV射线的研究兴趣渐增。已知UV曝露，尤其是曝露于UVA(380-315nm)和UVB(315-280nm)辐射，引起皮肤损伤象晒伤、皮肤老化、变态反应并且甚至是皮肤癌。皮肤科医生警告，特别是儿童应例如用防晒纺织品防护，以避免长期的入射太阳辐射。还有对于运动员和因其职业必须停留在户外的人们，防晒是极其重要的。
与防晒霜相比较，纺织材料得以永久性防护UV射线。然而，几乎不可能通过精密评价来量化纺织材料的UV屏蔽。使用基于紫外线防护因子(UPF)的测定而定义明确的标准方法，以根据纺织品的UV防护能力将纺织品分类。所指定的标准包括UV Standard 801(紫外线标准801)、AS/NZS 4399：1996和EN 13758-1。一般而言，防晒服必须呈现为15(良好)-50+(优异)的UPF值以提供满意的防晒性能。这意味着，为了分类为防晒，防晒服必须呈现最小为15的UPF。为了本发明的目的，采用AS/NZS 4399：1996Sun Protective Clothing Evaluationand Classification Standard(防晒服评价和分类标准)作为标准。
织物的UPF取决于几个参数而显著变化，即纤维类型、纤维及由此的纱线材料的颜色、结构参数(厚度、密度、织法和纱线类型、单位面积质量)、添加剂(颜料、光学增白剂)的存在以及机械参数(弹性)、后处理、洗涤、洗烫和含水量。然而，已知织物多孔性为影响UV防护最大的参数，因为它决定UV传输。因此，当开发轻质夏季织物用于海滩或运动服时，这是关注重点。
通常，重量大、深色和厚实的织物比重量轻、浅色和薄的织物吸收更大量的UV射线。该事实表现了关于制造夏装的严重局限性，因为夏装通过定义由轻质结构代表。但是在夏季观察到最强烈的UV辐射。所以皮肤损伤(晒伤、皮肤癌)的可能性，无论以何种形式，因此都在夏季最高。因此，UV防护相关的目的，尤其是对于海滩和运动服并且甚至是对于轻质夏季工作服，必须产生轻质、浅色织物，其在炎热季节穿着舒适，并且另外在几乎所有出现的穿着条件下提供最佳的UV屏蔽能力。
测定未拉伸的干燥织物样品的UPF可导致关于其UV防护性能的明显误判，因为已知UPF在穿着条件下由于拉伸和润湿而减小。尽管拉伸是由于穿戴者在活动期间的各种运动而发生的，润湿不仅通过在游泳、航海、冲浪、钓鱼或其它水上运动期间与水接触而发生，而且只需通过在徒步旅行、赛跑、自行车运动、攀登、所有其它户外体育运动象网球、沙滩排球等或者甚至工作期间的出汗即发生润湿。例如常用的运动服织物，如用于T-恤的织物，为由100％未染色即白色棉布制成的170g/m2单面平针织物。在干燥状态下，该织物显示根据AS/NZS 4399：1996测量的UPF为11。如果其根据UV Standard 801在干燥状态下拉伸，UPF减少至5。
通常，当润湿时，由于透明度更高，已知织物提供明显更低的UV辐射防护。防护水平下降取决于纤维/织物的类型及其吸收水分的量。例如如果根据UV Standard 801润湿和拉伸，以上所描述棉织物的UPF为7。在润湿之后于拉伸状态下的UPF的轻微增加可能为纤维溶胀的结果。
除了改变典型结构参数以外，存在几种其它方法来产生防紫外线纺织材料。一种可能的方法是用防紫外线整理剂来处理纤维或织物，其通常含有例如有机防紫外线物质或无机颗粒。但是已知这样的整理剂缺乏耐久性。它们将在使用和洗涤期间由于磨损、浸出等至少部分地自织物除去，导致其紫外线防护性能丧失。
在聚合物工业通常已知的克服该缺点的方法为，通过在成型之前的主体中(例如聚合物熔体或溶液中)加入物质而在成型工艺期间向成型体中加入功能性物质。当然该方法不能应用于自然生长的棉纤维。
已知聚酯纤维通过在纺纱工艺期间加入颜料而持久提高紫外线防护性能，其在整个UV范围具有减少传输的能力。所采用的颜料可属于有机或无机来源。因为已知有机颜料负面影响纤维的物理性能至比其无机相似物更高的程度，无机颜料比如二氧化钛或氧化锌更经常地用于影响纤维材料的紫外线吸收和反射特性。与以上所描述的棉织物相比较，显示相同结构(170g/m2单面平针织物)但是包含100％防紫外线聚酯纤维的织物在干燥未拉伸状态下显示近乎双倍的UPF值20。但是在干燥状态下拉伸之后，UPF减小至8。如果织物在湿润状态下拉伸，可确认UPF稍微增大至12。因为聚酯不因水溶胀，水将仅吸附在纤维表面，并因此可通过紫外线反射或类似作用而引起UPF稍微增大。但是总的来说甚至这样的织物也不能满足在现实穿着条件下UPF至少为15的要求。另外由合成纤维象聚酯或尼龙制成的织物由于其低的吸湿能力，提供非常低的穿着舒适性和不佳的身体气候。
向人造纤维素纤维中加入颗粒为已知的。例如DE 19542533公开了向莱塞尔(Lyocell)纤维中加入陶瓷颗粒用于制造传感器纤维。对于这些颗粒没有提及确定的组成。WO 2003/024891公开了向莱塞尔纤维中加入大量TiO2用于制造陶瓷纤维前体，但是这些前体与用于轻质纺织品的纤维具有完全不同的性质。WO 96/27638公开了含有至高达50％(w/w)TiO2的母料在莱塞尔纤维工艺中的用途，以得到用于几种应用的纤维，但是关于颗粒的粒度和分布以及在对于轻质紫外线防护织物需要的最终纤维中的颗粒含量完全沉默。
鉴于本领域的该状态，本发明的一个目的是提供改进的紫外线防护织物，特别用于用作海滩或运动服或夏季工作服的纺织品，其显示足以在现实穿着条件下保护穿戴者的改进的UPF、良好的穿着舒适性和身体气候，以及足以耐受通常在户外体育运动期间及在工作期间存在的粗暴条件的撕裂强度。
特别地，本发明的一个目的是提供改进的耐用紫外线防护织物，其在润湿和拉伸状态下保持紫外线防护能力，使其可用作用于夏季或其它温暖条件的海滩装、运动服以及甚至是户外工作服。
发明概述
该问题的解决方案是含有高韧性人造纤维素纤维的紫外线防护织物，所述纤维含有加入的无机纳米级颜料。对于本发明的目的，纳米级颜料应被表征为低于1000nm的x50值。加入的颜料应为在纺纱之前加入到纤维素溶液中的颜料。这样的加入通常导致颜料在纤维中非常均匀的分布。这可例如通过纤维素截面的简单光学显微镜检查而容易地得到评价。
在本发明上下文中的纤维主要为人造短纤维。不过，因为长丝在颜料的作用、溶胀、水分管理、机械强度等方面通常显示相同的行为，含有连续不断的长丝的织物也将在本发明的范围内，只要满足如以下概述的相关性能。
本发明的高韧性人造纤维素纤维应为，断裂强度在受调节(conditioned)状态下为至少30cN/tex和在润湿状态下为至少18cN/tex的人造纤维素纤维，两个参数都根据BISFA而评价。
优选地在该织物中纤维素纤维含有在0.1-1.5％(w/w)之间的加入的纳米级TiO2颜料，具有的粒度分布的特征在于x50低于1000nm和x99低于2000nm。最优选的颜料为TiO2，因为其可以足够的数量和质量通过市售得到。在本发明的上下文中所描述的所有粒度分布值用具有激光衍射和安装软件的HELOS/BF粒度分析仪测量。
在本发明的一个具体实施方案中，织物另外含有合成纤维和/或天然纤维素纤维中的至少一种类型。合成纤维可由聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、芳族聚酰胺或任何其它合适的合成材料制成，并可具有适合于本文所提及织物类型的任何旦尼尔。在这里另外要提及的一种特殊类型的合成纤维为弹性纤维(Elastan)，其通常与其它纤维混合用于海滩装、运动服等。天然纤维素纤维主要为棉花，但是也可为任何其它天然纤维素纤维象亚麻或大麻。不同纤维类型的混纺在纺织工业常见，用于不同原因。但是对于本发明的目的，需要实现某些需要：例如含有加入的无机纳米级颜料的高韧性人造纤维素纤维与聚酯的混纺物，在经济价格下得到具有高织物强度的轻质结构。存在于织物中的聚酯的量也可用于调节织物的水分吸收，其对于不同的应用可为不同的。含有加入的无机纳米级颜料的高韧性人造纤维素纤维与棉纤维的混纺物将得到具有高的穿着舒适性的经济织物。这样的混纺物可通过在制造纱线之前混合纤维来制造，或者它们可通过以经纱和纬纱混合纯纱线来制造。例如50％的本发明纤维素纤维与50％Coolmax
Figure BPA00001481750700051
聚酯纤维的混纺物可用于海滩装和运动服领域的许多应用。
通过向纤维素纤维中加入紫外线防护颗粒，纤维素的强度被显著减小。因此不得不使用独特的制造工艺以得到具有所要求机械性能的纤维。本发明一个尤其优选的实施方案因此为其中高韧性人造纤维素纤维为莱塞尔纤维的织物。BISFA定义的莱塞尔纤维为通过有机溶剂纺工艺得到的纤维素纤维，其中应理解“有机溶剂”意指实质上为有机化学品与水的混合物，并且“溶剂纺”意指没有衍生物形成的溶解和纺纱。这样的工艺自最近20年的文献为公知的。这些纤维不仅在受调节状态下，而且在润湿状态下显示非常高的韧性，而不管其所加入的颜料含量。使用莱塞尔纤维的另一个令人惊讶的优点是，这些纤维趋向于形成原纤维，并且这样的原纤维形成过程给出UPF的额外增大。与在机织之后树脂处理和去原纤维(defibrillated)的类似织物相比较，由具有加入的无机纳米级颜料的纤维(其在机织之后形成原纤维)制成的莱塞尔纤维机织织物，显示近乎双倍的UPF。这是重要的优点，尤其是与具有紫外线防护整理剂、其中不存在紫外线防护性材料原纤维的纤维相比较而言。
另一个优选的实施方案为其中高韧性人造纤维素纤维为莫代尔(Modal)纤维的织物，即按照例如在奥地利专利公布AT 287905中描述的改良的粘胶工艺制造的纤维。这些纤维也在受调节状态以及在润湿状态下显示非常高的韧性，尽管其性能在一些方面低于莱塞尔UV防护性纤维。按照标准粘胶工艺并加入UV防护性颗粒而制造的纤维达不到所要求的机械性能，尤其是在润湿状态下达不到。
根据本发明的领域，在该织物中的高韧性人造纤维素纤维显示细度为0.8-3.3dtex(分特)，优选地为0.9-1.7dtex。由于紫外线防护性颗粒的影响，具有更高细度的纤维将不显示足够的机械性能。具有更低细度即更大直径的纤维将不适合于柔软的轻质织物。多数的织物为针织或机织织物。这样的织物优选地具有单位面积质量为120-270g/m2。更轻的织物甚至在由100％本发明的掺合纤维制成时也不显示足够的UPF。对于更重的织物，可通过不含加入的无机纳米级颜料的标准纤维达到可接受的UPF。
本发明的另一个目的是含有加入的无机纳米级颜料的高韧性人造纤维素纤维的用途，用于制造用于轻质的海滩、运动或工作服的紫外线防护性织物。纤维可按照如以上概述的描述得到使用。
本发明的再一个目的是用于改善轻质海滩、运动或工作服的紫外线防护的方法，该方法通过使用含有高韧性人造纤维素纤维(含有加入的无机纳米级颜料)与无颜料纤维按以下一般规则的比率的混纺物的织物：织物的单位面积质量越高，TiO2-含量可以越低。但是在单位面积质量多于270g/m2时，使用含有1％或者更多TiO2的纤维将不再适当。关于纤维混纺物，紫外线防护性纤维的量必须随着单位面积质量的减小而增大。为了保持这样的薄织物尤其是在润湿状态下的高的抗撕裂性能，紫外线防护性纤维素纤维必须显示高的韧性。对于具有非常“开放”结构的织物，紫外线防护性纤维的量也必须增大，以保持高UPF值。
本发明现将通过实施例得到举例说明。这些实施例不以任何方式限制本发明的范围。
实施例1
通过使用合适的分散剂，加入1％(重量/重量)的TiO2(市售可得到的Kronos 2064)，按照莱塞尔工艺制造具有纤维长度为38mm的1.3dtex紫外线防护性莱塞尔纤维。在加入到莱塞尔胶状物之前，将TiO2分散物过滤。在经过滤的分散物中TiO2显示的粒度分布的特征在于x50为570nm和x99为1160nm。纤维显示韧性(受调节)为33.0cN/tex和韧性(润湿)为25.5cN/tex。断裂伸长率(润湿)为14.5％。为了展示在使用由这些纤维制成的单面平针织物时润湿对轻质针织物UPF的作用，将这些纤维与棉的一系列混纺物环锭纺为Nm50纱线，并由此制作具有单位面积质量为140g/m2的单面平针织物。按照UV Standard801，使用双轴向拉伸架将织物润湿和拉伸。接着按照AS/NZS4399：1996防晒服评价和分类标准测定UPF。所得到的结果汇总于图1中。可以清楚地推断，在纤维混纺物中的紫外线防护性莱塞尔纤维的量越高，在润湿和拉伸状态下的UPF越高。对于包含70％(或者甚至更高)紫外线防护性莱塞尔纤维的织物，当比较干燥和润湿的拉伸样品时，发现UPF超过2倍。
实施例2
通过使用合适的分散剂加入1％(重量/重量)的TiO2(市售可得到的Kronos 2064)，按照在奥地利专利公布AT 287905中描述的方法制造具有纤维长度为39mm的1.3dtex紫外线防护性莫代尔纤维。在加入到纺纱胶状物之前，将TiO2分散物过滤。在经过滤的分散物中TiO2显示的粒度分布的特征在于x50为570nm和x99为1160nm。纤维显示韧性(受制约)为34.0cN/tex和韧性(润湿)为19.0cN/tex。断裂伸长率(润湿)为15.0％。为了进一步展示纤维溶胀如何正面影响紫外线防护，将这些紫外线防护性莫代尔纤维以及实施例1的紫外线防护性莱塞尔纤维环锭纺为Nm50纱线，并由此制作具有单位面积质量为170g/m2的单面平针织物。在评价其紫外线防护能力之前，按照UV Standard 801将织物润湿和拉伸。接着按照AS/NZS 4399：1996防晒服评价和分类标准测定UPF。于图2中给出所得到结果的汇总。如所预期的那样，润湿织物对UPF值具有显著影响，这极大地取决于纤维的性质。紫外线防护性莫代尔纤维和紫外线防护性莱塞尔纤维的UPF值在润湿状态下增大，这与先前在实施例1中描述的发现一致。清楚地展示紫外线防护性莫代尔纤维或紫外线防护性莱塞尔纤维在润湿状态下也保持其紫外线防护能力，这通过UPF值为20并且更高得到证实。图2也显示对于由常见棉布制成的和由含有1％(w/w)的TiO2的市售可得到的1.3dtex聚对苯二甲酸乙二醇酯制成的170g/m2的单面平针织物的表现较差的结果。
总结这些结果可以推断，当设计紫外线防护服用于海滩装、运动服和甚至工作服时，紫外线防护性莫代尔纤维或紫外线防护性莱塞尔纤维的溶胀潜力表现出显著的益处。

Claims (8)

1.紫外线防护织物，所述织物含有高韧性人造纤维素纤维，所述纤维素纤维含有加入的无机纳米级颜料。
2.权利要求1的织物，其中纤维素纤维含有在0.1-1.5％(w/w)之间的加入的纳米级TiO2颜料，所述颜料具有的粒度分布的特征在于x50低于1000nm和x99低于2000nm。
3.权利要求1的织物，其中织物另外含有合成纤维和/或纤维素纤维中的至少一种类型。
4.权利要求1的织物，其中高韧性人造纤维素纤维为莱塞尔纤维。
5.权利要求1的织物，其中高韧性人造纤维素纤维显示细度为0.8-3.3分特。
6.权利要求1的织物，其中织物为针织或机织织物。
7.权利要求1的织物，其中织物具有的单位面积质量为120-270g/m2。
8.含有加入的无机纳米级颜料的高韧性人造纤维素纤维的用途，其用于制造用于轻质的海滩、运动或工作服的紫外线防护织物。
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