如何开发防紫外线服装

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适当的紫外线照射对人类是有益的，但暴晒会伤害皮肤和眼睛，还会影响免疫系统。外露的皮肤应穿着防紫外线的衣服。既要防自然紫外线暴晒，也要防止人工紫外线的迁延暴晒。在过去的20年里，科学界强调，由于臭氧层的破坏，紫外线直接辐射到地表的强度越来越大。在最近几年里，消费者越来越意识到防护紫外线的需要。

防紫外线，纺织工业的另一挑战

对纺织纤维工业而言，找到能防紫外线辐射的材料就特别重要。而最能保护皮肤免受辐射的实用技术物就是衣服。因此，科研人员一直在研发防辐射的衣物，进一步提高织物的防辐射效果，保护穿戴者。防护织物不仅要抵挡紫外线，而且还要降低皮肤受暴晒伤害的风险。衣物能防晒，因为制造衣物的纤维能反射、吸收和分散波长。但纤维织物抵御光线的能力不一样，因为其成分和水分含量不同，而且染料和光白度的类型和浓度有异。

紫外线辐射是电磁波辐射的一种，太阳在光谱区发出的波长在180～400纳米，我们既不能看到也感知不到，但会引发晒伤、皮肤受损和皮肤癌。根据不同的波长，它可分为不同的能量形式或辐射方式。波长越短，辐射越大。到达地球的日光中，66%是红外光，32%是可见光，2%是紫外线。由于在可见的光谱中，看不见的紫外颜色为紫罗兰色，所以由此得名。紫外线改变皮肤细胞基因的活性，破坏DNA。不仅如此，紫外线辐射还产生环丁烷，6-4型产品和使单链断裂。紫外线加速转录因子的合成，直接进入细胞核，束缚基因，增加基因转录的蛋白质产量。防护织物则能使DNA免受伤害，阻止细胞的增生。

纺织物是防辐射最重要的材料。织物的紫外线阻隔能力取决于纤维的类型、纱线交织形式、厚度与密度，湿法处理和织物的加工；但纺织品不能一直都很有效地保护皮肤，因此织物的具体防护功能和持续有效性越来越受关注。值得注意的是，拥有较强防紫外线的天然材料成为此类纺织物探索的焦点。

非涂层织物的防护作用十分有限，而特殊的附加防护材料则可视为防紫外线的稳定剂。直接影响辐射人体的客观因素有以下几个方面：

防紫外线的地域因素

太阳高度：太阳在空中越高，紫外线辐射力就越强。因此，一天不同的时间，一年不同的日期，紫外线辐射强度不同。除热带地区，夏天，正午时，太阳最高，辐射最强。

纬度：越接近赤道，辐射强度越大。

云量：毫无疑问，晴空万里时，紫外线辐射最强；而阴云密布时，辐射也不弱。散射和反射的效果一样，都会增加总紫外线辐射强度。

海拔：海拔越高，稀疏的大气层吸收的紫外线较少。海拔每增加1000米，紫外线辐射增加10%至12%。

臭氧层：臭氧吸收一定的紫外线，否则辐射到地面的紫外线会更强。

地面反射：不同的表面，紫外线被反射或分散的范围也不同，例如，初雪能反射多达80%的紫外线，海滩沙约为15%，海面大约是25%。

由于人们日益关注健康，在最近几年里，织物研究者特别关注织物防辐射的渗透性。紫外线辐射通过波长组成的织物，其实很难改变穿透织物针孔，散射波往往和织物相互作用。据报道，由于世界上大量出版文献充满许多自相矛盾的观点，许多防晒服制造商面临一连串困惑。为建立影响织物服装的紫外线渗透性参数，科学家做了大量研究。结果发现，织物的紧密度和其重量对紫外线渗透有着相关性；然而其他一些研究称深色防护性更强。

紫外线防护因子：紫外线防护系数是无保护皮肤的紫外线幅度的平均值和有测试织物保护的皮肤紫外线照射幅度的平均值之间的比。比值越高，人们在太阳中待的时间越长，那么皮肤就越容易受伤害。

当特定波长的辐射和强度照到纤维表面时，会有三种结果：穿透纤维，被反射、吸收或扩散。其量能取决于很多因素，如，1.纤维种类：棉布和丝绸的防护作用很小，然而在所有纤维中，羊毛和聚酯纤维的防护功能最好。2.纤维的平滑度和孔隙度：同样的重量和结构，与结构松散的纤维相比，结构紧凑的纤维的防护性更好。3.拥有不同的辅助物和材料，防紫外线辐射越强，如消光剂、色素和紫外线吸收剂。在250纳米～450纳米区域，合成纤维能吸收有害紫外线，并能迅速转换成无害热量。

织物材料和紫外线防护原理

人有三种防晒方法：减少暴晒时间、擦防晒霜和穿防晒服。紫外线辐射通过由波长组成的织物纤维传播，穿过织物针孔，而散射波又和织物相互作用。

防辐射力取决于纺织纤维的性质：在纺织品中，紫外线防护系数与织物纤维的化学结构息息相关。由于其透明度不同，纤维织物的性质会影响紫外线防护系数。棉布、丝绸和毛料等天然纤维的紫外线辐射吸收度较低，而综合纤维织物，如聚醚胺的紫外线吸收度相对较高，因为在聚醚胺分子结构中含有芳烃基。在灰暗状态中，棉纤维的防晒系数较高，因为天然色素、果胶和蜡质起到紫外线吸收作用，然而漂白的纤维的紫外线透明度高。未加工的天然纤维，如亚麻布和大麻，各自的防护系数为20和10～15。

有关紫外线辐射，蛋白质纤维也有混合效果。在280纳米～400纳米的区域，甚至超过400纳米，毛料的吸收度仍然很强，防晒值达45～50+。在干燥和潮湿情况下，暴晒损害丝绸的色泽、吸收度和弹性。桑蚕丝比蒙加丝受损更严重。漂白的丝绸和漂白的聚丙烯腈防晒系数很低，分别为9.4和3.9. 在长波紫外线和中波紫外线区域，由于涤纶分子结构中含有芳基，涤纶比脂肪族聚酰胺的吸收度高。

织物结构因素：织物结构因素是紫外线辐射最重要的决定因素。它影响织物的防晒系数，包括编织、织物密度、覆盖系数、孔隙率、重量和厚度。所有因素相互联系、相互影响。

编织和织物密度：织物结构越紧密，防晒系数越高，因为紧密织物的纤维挨得越紧，紫外线穿透织物的几率越小。由于紧密度，斜纹编织比缎纹组织更紧凑，穿过斜纹组织的紫外线比缎纹组织少。同样重量的织物，平纹梭织设计的防护系数最高。轻薄型织物如亚麻、棉布或大麻，若紧密编织，防晒系数也很高。针织或交织的织物会改变防护性，因为纱线交叉处有许多空隙。这些小空隙有益织物呼吸，增加舒适度，但不幸的是也增加了紫外线的传播。在交叉处，衣服延伸处，也有利于紫外线渗入。编织纤维比针织纤维的防晒性更强。

如何制造防晒服更科学

据最新研究发现，以下方法可提高织物或衣服的防紫外线作用：紫外线防护渗透织物，产生密集编织并编织低于1.5%～2.0%光学孔隙度。

虽然羊毛织物不适合在极炎热的夏天穿，但其含有的聚醚砜和羊毛制成的纤维织物，本身具有很强的紫外线吸收力。夏天，大约90%的衣服都是纤维素纤维制成，防晒力不强。通过加入这些纤维织物，能够提高防晒性。

通过使用添加剂，进行纤维挤压，制成紫外线吸收材料。聚合物通常含有二氧化钛清洁剂。英威达公司开发出硅胶纤维，含有二氧化钛，可抗紫外线。这种尼龙纤维加到游泳衣中能产生很好的效果。

荧光增白剂（FWAs）吸收紫外线，并将之转化成可见光。带有荧光增白剂的白色织物，防晒力一般。通过引入紫外线吸收材料，防晒性能会进一步提高，尽管紫外线吸收材料可降低明亮织物的白度。瑞士汽巴公司（Ciba）最近研制出特殊增白剂，在洗涤时用这些化合物，会增加或修复每次洗涤后的防晒水平。

一般而言，洗涤时，收缩和起球也是增加防晒性能的因素。洗涤时，由于衣物的质量和外观，不能采用这些因素。最后，特别设计的紫外线吸收剂是防晒的最好方法。瑞士汽巴公司推出一系列具有良好耐久洗涤性能的增白剂紫外线吸收力很强。

从重要参数看织物的紫外线防护力

经最新研究证明，以下方法能增强纤维防紫外线的能力：

1.织物染色：染料可以选择性地吸收可见光。大多数染料可吸收400至700纳米的紫外线，有一些染料也在近紫外线区吸收光线。这些染料为纺织品提供了很大的屏蔽紫外线透射影响的屏障。一般来说，大家都知道对于相同的织物结构和染料，颜色越深，织物防紫外线的能力越强。除此之外，织物应用天然植物染料，如茜草属和靛蓝进行染色后，防护值大大增加。由于天然染料与纤维素纤维不同，明矾媒染剂可用来增加紫外线吸附力。面料染色时可以与明矾煮沸45分钟，这样效果更佳。

2.应用特殊的紫外线吸收材料：紫外线吸收物，如取代苯并噻唑，能选择性地吸收紫外线辐射并转化成热量。这些物质应通过共价键附着在织物上，以永久改善紫外线防护能力（也就是，洗不掉）。能吸收紫外线范围光谱内光线的染料也可会有此效果。

紫外线吸收纤维和染料有一个共同的问题，即它们是潜在的过敏源。渗透率的合成聚合物可减少色素沉积（例如，二氧化钛）。含有颜料会永久改善织物紫外线保护能力。因为颜料被纤维包裹，洗不掉。在此，我们发现该理念特别有希望，因为潜在过敏物质不能达到紫外线防护效果。此外，这些色素在纤维内部，不能接触到皮肤。

3.混合色素另有两个积极影响：（1）影响织物增强反射的能力；（2）改善紫外线吸附效果。

紫外线吸收材料同样需要耐洗、耐晒。所有新配方都应进行洗涤试验，以确保紫外线防护物有其名也有其实。一个具体的问题是紫外线吸收剂与光学增白剂（OBA）的结合。这些增白剂能吸收紫外线并将之转化成可见光。如果纤维中也有紫外线吸收剂，那么光学增白剂的增白效果会大大降低，甚至消失。选择合适的光学增白剂可将此问题最小化。在许多情况下，与其他抛光剂结合，不会降低防晒效果。若紫外线防晒浴和其他防晒品完全不同，那么必须采取两步应用程序。

防紫外线的纳米服装

无机紫外线防护剂比有机的更好，因为在紫外线和高温的暴晒下，它们是无毒的且不会有化学反应。它通常含有一定半导体氧化物，如二氧化钛、氧化锌、二氧化硫和氧化铝。在这些半导体氧化物中，二氧化钛（TiO2）和氧化锌 （ZnO）是最常用的。它决定了二氧化钛和氧化锌纳米尺寸，比常规尺寸吸收和散射紫外线辐射力更好，因此紫外线防护性较好。这也是因为，与常规材料相比，纳米颗粒的表层单位质量和体积都比较大，致使紫外线防护性更好。对于一些小颗粒，光散射大约占散射光波长的十分之一。雷利散射理论阐明，散射强烈依赖波长，与之成反比，比例达4倍。该理论预测，为了紫外线辐射在200纳米～400纳米间分散，最合适的颗粒尺寸将在20纳米～40纳米之间。

据世界最新研究，将纳米技术应用到织物的防晒能起到意想不到的效果，将凝胶法应用于棉布的防晒处理也能起到很好的防紫外线效果，在棉布表层形成很薄的一层二氧化钛，这能很好地防晒；该效果能持续很长时间，50次洗涤后效果不变。除二氧化钛，10纳米～50纳米长的氧化锌纳米棒也能应用于棉布，起到防晒作用。据最新的紫外线防护效果研究，带有锌纳米棒的织物，防晒效果非常好。

减少紫外线的最佳方法还是避免阳光直射。暴露在紫外线辐射的人中，很多属于休闲娱乐，但也有很多是工作原因。改变自身习惯，例如避免阳光最大程度的照射，使用保护措施如帽子、防晒霜、墨镜和衣服等，都可以减少紫外线辐射对人的伤害。

由于世界各地紫外线指数不一样，诸如澳大利亚和瑞士的紫外线照射强度较低，而诸如印度农民和户外工人被紫外线照射的比例都很高，所以需要设计不同条件下的防晒服。