TWI507580B - 以人造纖維素纖維為底質的紫外線防護織物 - Google Patents
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Description
本發明關於UV防護織物,其中這些織物係由UV防護性高韌度人造纖維素纖維製成。除了該等纖維材料及依其所製得之織物的持久且固有的抗UV光線防護之外,當該等織物弄濕並拉伸時仍可保證具有UV防護。由於纖維潤漲之故,該織物構造變得更稠密,因此直接導致相較於乾燥拉伸狀態時顯著減少的UV透射。
因瞭解過度曝曬於UV輻射的影響及結果,已導致對有關抗UV光線之防護研究的興趣倍增。已知UV曝曬,特別是曝曬於UVA(380-315nm)及UVB(315-280nm)輻射會引起皮膚損傷,像是曬傷、皮膚老化、過敏症、甚至皮膚癌。皮膚科醫生警告,小孩應特別受到保護免於長時間的入射性日光輻射,亦即使用陽光防護織物。同時對職場上必須逗留在戶外的運動員及人們而言,陽光的防護是很重要的。
相較於防曬霜,織物材料更能持久性防護UV光線。然而,藉由封閉式評估來定量織物之UV屏蔽是幾乎不可能。為了根據織物之UV防護能力來分等,係使用以測量紫外線防護因子(UPF)為基礎的定義明確之標準方法。該等標準包括UV Standard 801、AS/NZS 4399:1996、及EN 13758-1。一般而言,為了提供令人滿意的陽光防護特
性,陽光防護衣服必須展現15(良好)至50+(優異)之UPF值。此乃表示陽光防護衣服必須展現UPF值為15之最小值,才能歸類為具陽光防護性。為了本發明,是使用AS/NZS 4399:1996陽光防護衣服評估及分類標準(AS/NZS 4399:1996 Sun Protective Clothing Evaluation and Classification Standard)作為標準。
織物之UPF係隨著數種參數而顯著不同,也就是纖維類型、纖維顏色及依其所製得之紗材料、構造參數(厚度、密度、織法及紗類型、每單位面積質量)、添加劑之存在(顏料、光學增亮劑)及機械參數(彈性)、後處理、洗滌、洗燙及含濕量。然而,已知悉織物孔隙度是最會影響UV防護的參數,因其可決定UV透射率。所以,關鍵係把焦點集中在開發海灘用之輕量夏天織物或運動服。
通常,高重量、暗色且厚之織物比輕量、淺色且薄之織物吸收更多量的UV光線。此一事實表示對夏日衣服之製造有嚴厲的限制,因為按定義來說夏日衣服係代表輕量構造。但在夏季可觀測到最強烈的UV輻射。所以,在夏日不管什麼形態之皮膚損傷(曬黑、皮膚癌)的潛在性都是最高。因此,關於UV防護之目標,特別是用於海灘服及運動服,甚而輕量夏日工作服都必須設計為輕量、淺色織物,在炎熱季節穿起來很舒適,且在幾乎全部想得到的穿著條件下可額外提供最適當的UV屏蔽能力。
測量未拉伸、乾燥織物樣本之UPF會導致對UV防護特性有顯著的誤解,因為已知悉在穿著條件下由於拉伸及弄
濕之故UPF會減低。當因穿用者活動期間的各種動作而發生拉伸時,可能因游泳、航行、衝浪、釣魚或其他水上運動與水接觸,也可能只是因步行、跑步、騎腳踏車、攀登、所有其他戶外運動如打網球、海灘排球等、或甚至工作期間的出汗而發生潮濕。舉例說明之,一般所用之運動服織物,如短袖圓領運動衫(T恤)係為170g/m2之平針織物,由100%未染色(即白色)的棉線所製成。在乾燥狀態根據AS/NZS 4399:1996測量,此一織物顯示UPF為11。若根據UVStandard 801在在乾燥狀態中拉伸,則UPF減低至5。
一般來說,已知之織物因較高透明度而弄濕時提供顯著低的UV輻射防護。防護等級的下降係視纖維/織物類型及吸收之濕氣數量而定。亦即,若上述織物根據UVStandard 801弄濕及拉伸時,其UPF為7。弄濕後在拉伸狀態中UPF輕微增加可能是纖維潤漲的效果。
除了典型之構造參數變更外,還有數種其他方法可生產UV遮蔽性織物材料。一種可行方式係使纖維或織物進行UV遮蔽性表面處理,該表面處理通常包含有機UV遮蔽物質或無機粒子。但已知悉此類表面處理缺乏耐久性。在使用及洗滌期間彼等遮蔽物質會因磨損、濾去及類似者而至少部份地從織物中被除去,導致喪失其UV遮蔽特性。
聚合物工業中可克服此缺點之已知方法係將功能性物質摻入模製物體內,該方法係在模塑過程期間將該等物質加入模塑前之群體(亦即聚合物熔融物或溶液)中。當然
,此一方法無法應用於天然生長之棉纖維。
已知悉,對聚酯纖維而言,欲持久地提高UV遮蔽特性係在紡紗過程期間藉由將顏料摻入,此舉在整個UV範圍中具有減低透射的能力。可用之顏料為有機或無機來源。經得知,由於有機顏料負面地影響纖維之物理特性比無機相似物的影響程度更大,所以更常地係使用無機顏料如二氧化鈦或氧化鋅以影響纖維物質之UV吸收及反射特性。相較於上述之棉織物,顯示相同構造(170g/m2平針織物)但由100% UV遮蔽性聚酯纖維所組合之織物在乾燥未拉伸狀態顯示UPF為20之幾近兩倍UPF值。但在乾燥狀態拉伸後UPF減低至8。經驗證,若該織物在潮濕狀態下拉伸將輕微地增加UPF至高為12。因為聚酯無法以水潤漲,該水只是吸附在纖維表面上,所以輕微增加之UPF可能是經由UV反射或類似效果而引起。但概括而言,在實際穿著條件下縱使此類織物也不能達成UPF至少15的需求。由合成纖維如聚酯或尼龍製成之另外織物由於彼等之低濕氣吸收能力,所以提供非常低的穿著舒適性及不好的身體調節狀況。
將粒子摻入人造纖維素纖維已為人所知悉。例如,DE 195 42 533號揭示將陶瓷粒子摻入萊賽爾(Lyocell)以製造感應器纖維。但未提及這些粒子的某些組成物。WO 2003/024891號揭示將高數量之TiO2摻入萊賽爾以製造用於陶瓷纖維之前驅物,但這些前驅物具有與輕量織物所用之纖維完全不同的特性。WO 96/27638號揭示在可用於
數種應用之纖維的萊賽爾製程中使用含有高至50%(w/w)TiO2之母料,但完全沒有記載該等粒子之粒度及粒子分布,以及在輕量UV防護織物所需求之最終纖維中的粒子含量。
考慮到此技藝之狀態,本發明之目標係提供一種改良之UV防護織物,特別是用作為海灘衣或運動服或夏日工作服的織物,這些織物顯示在實際穿著條件下足以保護穿用者之增進的UPF,以及良好的穿著舒適性和身體調節狀況,及足以抵抗通常是發生在戶外運動及工作期間之粗暴條件的抗撕裂強度。
特定言之,本發明之目標係提供一種改良之持久性UV防護織物,該織物在弄濕及拉伸狀態時可保留UV遮蔽能力,使得該織物可用作為海灘衣、運動服及甚至是夏天或其他溫暖條件時的戶外工作服。
此一問題之解決辦法係一種UV防護織物,其含有高韌度人造纖維素纖維,該纖維素纖維含有摻入之無機奈米級顏料。為了本發明,奈米級顏料之特徵應為x50-值小於1000nm。摻入之顏料應在紡紗之前加到該纖維素溶液。此一摻入規則地導致顏料非常均勻的分布於該等纖維中。例如,此可輕易地藉由纖維橫切面之簡易光學顯微鏡法來評估。
本發明內文中之纖維主要係為人造短纖維。但只要下
文概述之相關特性符合,則含有環形纖維絲之織物也在本發明範圍內,因為纖維絲在顏料效果、潤漲、濕氣管理、機械強度等方面通常都顯示相同的行為。
根據本發明之高韌度人造纖維素纖維應為調節狀態時斷裂韌度至少30cN/tex及潮濕狀態時至少18cN/tex的人造纖維素纖維,此兩個參數係根據BISFA評估。
較佳地在此織物中該等纖維素纖維含有0.1至1.5%(w/w)的摻入之奈米級TiO2顏料,該TiO2顏料具有粒子分布特徵為x50小於1000nm且x99小於2000nm。最佳地該顏料為TiO2,因為其已商品化且有充足數量及品質。本發明內文中所述之所有粒子分布數值係以具有雷射繞射且已安裝軟體的HELOS/BF粒度分析器測量。
在本發明之特定具體實施例中,該織物額外地含有至少一種類型之合成纖維及/或天然纖維素纖維。該合成纖維可由聚酯、聚醯胺、聚醯亞胺、芳族聚醯胺、或任何其他適當之合成物質製得,並可具有適用於本文所提之織物類型的任何丹尼(denier)。本文中另外提及之一種特殊類型的合成纖維係為伊雷絲丹彈性纖維(Elastan),其經常與其他纖維混合以用於海灘衣、運動服及類似物。天然纖維素纖維主要為棉,但也可為任何其他之天然纖維素纖維,諸如亞麻或大麻。在紡織工業為了不同的理由而混合不同的纖維類型是很普通。但對本發明之目標而言,某些要求需達成:亦即含有摻入之無機奈米級顏料的高韌度人造纖維素纖維與聚酯之混合在符合經濟的價格上需導致具
有高織物強度之輕量構造。存在於織物之聚酯數量也可用來調節織物之濕氣吸收,此吸收在不同應用會有不同。含有摻入之無機奈米級顏料的高韌度人造纖維素纖維與棉纖維之混合將導致具有穿著舒適性的經濟性織物。此類混合可藉由在製成紗線之前將該等纖維混合而進行,或可藉由在經緯線中混合純紗線而進行。舉例之,將50%根據本發明之纖維素纖維與50% Coolmax®聚酯纖維混合可用於海灘衣及運動服領域的許多應用上。
藉由將UV防護粒子摻入纖維素纖維中,纖維強度會顯著減低。所以必須使用特殊製造方法以獲得具有所欲機械特性之纖維。因此,本發明之特別佳的具體實施例之一係為織物,其中該等高韌度人造纖維素纖維為萊賽爾纖維。根據BISFA定義之萊賽爾纖維係為藉由有機溶劑紡絲製程製得之纖維素纖維,其中應明瞭的是“有機溶劑”基本上係表示有機化學物與水之混合物,且“有機紡絲”表示在不形成衍生物下溶解及紡絲。此類製程在最近20年的文獻中已眾所周知。儘管這些纖維內含摻入之顏料,彼等不僅在調節狀態同時在潮濕狀態都顯示非常高的韌度。使用萊賽爾纖維的另一令人驚訝優點係這些纖維趨向原纖化,且此類原纖化作用可使UPF額外增加。由具有摻入之無機奈米級顏料的纖維製成之梭織萊賽爾織物(彼等在紡織後可被纖維化),相較於經樹脂處理及紡織後會除纖化之相似織物,顯示幾近兩倍的UPF。特別是與具有UV防護性表面處理之纖維(其中沒有出現任何UV防護物質之纖維
)比較時,此也是很重要的優點。
另一較佳之具體實施例係為織物,其中該等高韌度人造纖維素纖維為莫代爾纖維,亦即如奥地利專利公告案AT 287905號所揭示之根據修正之黏膠纖維製程所製造的纖維。儘管這些纖維在某些方面的性能比萊賽爾UV防護纖維低,但其在調節及潮濕狀態也都顯示非常高的韌度。根據標準黏膠纖維製程並摻入UV防護粒子所製造之纖維決不能達成所欲之機械特性,特別是在潮濕狀態。
根據本發明範圍,在此織物中之高韌度人造纖維素纖維顯示0.8至3.3分德士之細度,而以0.9至1.7分德士較佳。具有較高細度之纖維因為UV防護粒子的影響而不能顯示足夠的機械特性。具有較小細度之纖維(即較大直徑)將不適用於柔軟輕量織物。該等織物大部份是針織或梭織織物。此類織物較佳地具有每單位面積質量為120至270g/m2。較輕之織物縱使係由100%根據本發明之摻入型纖維製成,也不能顯示充足的UPF。對較重織物而言,可接受之UPF可藉由不摻入無機奈米級顏料之標準纖維而達成。
本發明之另一目標係一種含有摻入之無機奈米級顏料之高韌度人造纖維素纖維的用途,其係用來製造用於輕量海灘衣、運動服或工作服的UV防護織物。該等纖維可使用根據上文所述之纖維。
本發明之又一目標係一種藉由使用織物以改良輕量海灘衣、運動服或工作服之UV防護性的方法,該織物包含
一含有高韌度人造纖維素纖維之摻合物,該人造纖維素纖維含有摻入之無機奈米級顏料及無顏色纖維,該方法係根據下列一般規則之比率:該織物之每單位面積質量愈高,TiO2含量愈低。但是每單位面積質量大於270g/m2時,使用具有1%或更多TiO2之纖維將不再合理。關於纖維摻合物,UV防護纖維之數量必須隨著每單位面積質量的減少而增加。為了維持此類薄織物之高抗撕裂性,特別是在潮濕狀態,高UV防護纖維素纖維必須顯示高韌度。關於具有非常“開放”構造之織物,UV防護纖維之數量需增加,其同時也是為了維持高UPF值。
本發明現將以實施例說明。這些實施例並不以任何方式限制本發明之範圍。
根據萊賽爾製程藉由使用適當之分散劑摻入1%(重量比)之TiO2(商品化之Kronos 2064)而製造具有纖維長度38公釐的1.3分德士UV防護性萊賽爾纖維。TiO2分散液在加入萊賽爾原液之前先行過濾。在已過濾之分散液中TiO2顯示x50為570nm且x99為1160nm之特徵的粒度分布。該等纖維顯示33.0cN/分德士之韌度(調節)及25.5cN/分德士之韌度(潮濕)。斷裂伸長率(潮濕)為14.5%。當使用由這些纖維製成之平針織物時,為了證明潮濕在輕
量針織織物之UPF上的效果,係將一系列這些纖維與棉之摻合物環錠紡紗為Nm50紗線,並藉此製造具有每單位面積質量140g/m2之平針織物。利用根據UVStandard 801之雙軸拉伸機架將這些織物弄濕並拉伸。隨後,根據AS/NZS 4399:1996陽光防護衣服評估及分類標準來測量UPF。所得之結果總結於圖1。可明確推論,在該纖維摻合物中UV防護性萊賽爾的數量愈高,潮濕拉伸狀態的UPF就愈高。對含有70%(或甚至更高)UV防護性萊賽爾的織物而言,發現在比較乾燥及潮濕拉伸之試樣時UPF高於兩倍。
根據奥地利專利公告案AT 287905號所揭示之方法,藉由使用適當之分散劑摻入1%(重量比)之TiO2(商品化之Kronos 2064)而製造具有纖維長度39公釐的1.3分德士UV防護性莫代爾纖維。TiO2分散液在加入紡絲原液之前先行過濾。在已過濾之分散液中TiO2顯示x50為570nm且x99為1160nm之特徵的粒度分布。該等纖維顯示34.0cN/分德士之韌度(調節)及19.0cN/分德士之韌度(潮濕)。斷裂伸長率(潮濕)為15.0%。為了進一步證明纖維潤漲如何正面地影響UV防護性,將這些UV防護性莫代爾纖維及實施例1之UV防護性萊賽爾纖維環錠紡紗為Nm50紗線,並藉此製造具有每單位面積質量170g/m2之平針織物。在評估彼等之UV防護能力前,根據UV Standard 801
將這些織物弄濕並拉伸。隨後,根據AS/NZS 4399:1996陽光防護衣服評估及分類標準來測量UPF。所得結果之摘述示於圖2。如所預期,將該等織物弄濕在UPF值上有顯著效果,其大幅取決於纖維之特性。UV防護性莫代爾及UV防護性萊賽爾織物之UPF值在潮濕狀態會增加,其與實施例1所述之早先測定一致。其明確顯示UV防護性莫代爾或UV防護性萊賽爾在潮濕狀態也還保留彼等之UV防護能力,此可藉由UPF值在20或更高而確認。圖2也顯示,由正規棉線及含有1%(w/w)TiO2之商品化1.3分德士聚對苯二甲酸乙二酯纖維所製成的170g/m2平針織物的性能結果較差。
總結這些結果可知,在設計用於輕量海灘衣、運動服及甚至是工作服的UV防護衣服時,UV防護性莫代爾及UV防護性萊賽爾纖維之潤漲潛力代表著顯著的利益。
圖1顯示實施例1中的UPF測定結果。
圖2顯示實施例2中的UPF測定結果。
Claims (6)
- 一種UV防護織物,其含有高韌度人造纖維素纖維,該等高韌度人造纖維素纖維含有0.1至1.5%(w/w)的摻入之奈米級TiO2顏料,該TiO2顏料具有粒子分布特徵為x50小於1000nm且x99小於2000nm,其中該等高韌度人造纖維素纖維係為調節狀態時斷裂韌度至少30cN/tex及潮濕狀態時至少18cN/tex的人造纖維素纖維,此兩個參數係根據B1SFA評估,且該織物具有每單位面積質量為120至270g/m2。
- 如申請專利範圍第1項之織物,其中該織物另外含有至少一種類型之合成及/或纖維素纖維。
- 如申請專利範圍第1項之織物,其中該等高韌度人造纖維素纖維為萊賽爾(Lyocell)纖維。
- 如申請專利範圍第1項之織物,其中該等高韌度人造纖維素纖維顯示0.8至3.3分德士(dtex)的細度。
- 如申請專利範圍第1項之織物,其中該織物為針織或梭織織物。
- 一種高韌度人造纖維素纖維的用途,其係用來製造用於輕量海灘衣、運動服或工作服的UV防護織物,該等高韌度人造纖維素纖維含有0.1至1.5%(w/w)的摻入之奈米級TiO2顏料,該TiO2顏料具有粒子分布特徵為x50小於1000nm且x99小於2000nm,其中該等高韌度人造纖維素纖維係為調節狀態時斷裂韌度至少30cN/tex及潮濕狀態時至少18cN/tex的人造纖維素纖維,此兩個參數 係根據BISFA評估,且該織物具有每單位面積質量為120至270g/m2。
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