• 技術資料
    染料對織物紫外防護性能的提高
    不詳
    2013/4/19
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         每支染料對織物的紫外防護性能主要決定于其特定的化學結構,如果染料具有與紫外吸收劑類似的結構.而此結構又不參與染料的共軛體系.則具有對紫外線光波強烈的、選擇性吸收作用,就可以大大的提高織物的紫外防護性能

        1 常用紫外吸收劑的結構

        首先簡要的考察一下常用紫外吸收劑的結構.我們發現,常用紫外吸收劑的結構可以分為兩大類:

        (1)二苯甲酮系、水楊酸酯系和笨并三唑系紫外吸收劑 他們分子結構中都可以生成苯環上的基團與鄰近的某個基岡產生內在氫鍵.從而構成一個螯合環。而這個螯合環結構便是強烈吸收紫外線的功能性基團.

        (2)含金屬離子螫合結構的紫外吸收劑 他們是通過分子問的能量轉移(光物理過程)來消散能量.

        2 具有紫外線吸收劑類似結構的染料

        參照紫外吸收劑結構的兩大分類.我們認為可以發生強烈紫外吸收的染料結構可能主要有以下種:

        2.1 含有由共軛結構與分子內在氫鍵形成的螯合結構的染料

        研究發現如直接紅28、直接綠26、直接黑38等幾種染料有非常突出的紫外吸收性能.(編者按:直接紅28、直接黑38均含聯苯胺結構.屬禁用染料之列。請讀者從原理上來理解下述舉例 )而這幾支染料共同的特征就是分子結構巾含有由共軛結構與分子內在氫鍵形成的螯合結構 這種結構與二苯甲酮系、水楊酸酯系和苯并 唑系紫外吸收劑的結構是比較類似的?,F舉例分述如下:

        2.1.1 直接紅28

        Srinivasan Magesh 對不同化學組成的90種染料進行的研究結果顯示.C.L直接紅28在降低織物的紫外光透過率方面表現突 :即使住0.5%的染色深度,也可以將棉印花布的UPF值提高到大于40(與未染色織物的4.0的UPF值比較.增加了l0倍)該分子結構及含有螯合結構的互變異構體如下:

     

        2.1.2 直接黑38

        研究發現0.5%(owf)的直接黑38溶液施加到棉印花布上后,織物f~UPF值可以達到29.8。

        該分子結構及含有螯合結構的互變異構體如下:



        以上所說的這種結構的染料都是通過白:身異構現象產生可以吸收紫外線的共軛結構,通過分子本身結構變化(光化學反應)來消散能量,從而達到紫外防護的目的。作為對比.我們以直接黃12為例:



        可以看到.其分子結構巾不含有巾共軛結構與分子內在氫鍵形成的螯合結構,故紫外防護效果較差 其上染織物的UPF值僅為13.1 。

        2.2 含有金屬離子螯合結構的染料

        研究發現如酞菁結構的染料(直接藍86、活性藍7)、使用金屬媒染劑處理過的天然染料等這些染料都有比較好的紫外防護性能。而它們所具有的共同的特征就是分子中含有金屬離子螯合結構。這點與含金屬離子螯合結構的紫外吸收劑十分類似。

        2.2.1 直接藍86

        Srin ivasan MageshI。]的研究結果顯示,C.I.直接藍86在降低織物的紫外光透過率方面表現也很突:即使在O.5%的染色深度,也可以將棉印化布的

    UPF值提高到大于40。其結構如下:



         2.2.2 活性藍7

        在Srinivasan Magesh 的研究中顯示.C.I.活性藍7也是一支具有非常好紫外防護效果的染料:即使在O.5%的染色深度時同樣可以將棉印花布的UPF值提高到大于40。和直接藍86一樣,它也是一種酞菁結構的染料.

        2.2.3 用金屬媒染劑處理過的天然染料

        使用金屬媒染劑處理過的天然染料也具有十分好的紫外防護性能。Deepti Gupta等㈨選用十種天然染料應用到煮練后的棉織物上后.發現當使用金屬媒染劑時.所有研究中被測染色織物的UPF值都有一個顯著的提高(從l5~2O增加到35~50)。這很可能就是因為“染料一媒染劑”結合物(金屬離子螯合物)所具有的特殊的紫外光吸收特性造成的。

        以上所說的這種結構的染料都足通過分子間的能量轉移(光物理過程)來消散能量的。與含金屬離子螫合結構的紫外吸收劑原理類似:當紫外線照射到金屬離子螫合結構的染料上時,染料高分子螯合物被激發成為激發態.分子間的作用使激發態分子的能量轉移.并使激發態回到基態,把紫外線能量轉化為低能量的光譜散發.從而達到紫外防護的目的。

        2.3 含硫元素的染料

         硫元素對紫外吸收的可能影響早有人關注。有一些染料,如直接黃、硫化染料等,其結構中具有各種形式的硫元素(如雜環中的硫、一S-S一結構中的硫等).這部分結構的染料可能也都具有比較好的紫外防護性能.

        2.3.1 直接黃28

        研究發現|.O.5%(owf)的直接黃28溶液施加到棉印花布 后.織物的UPF值可以達到19.9。與前面的直接紅28、直接綠26比較,直接黃28的UPF值要略低.這是兇為其分子結構中沒有由共軛結構與分子內在氫鍵形成的整合結構直接黃28結構如下:



        其分子結構中含有雜環硫元素.這H丁能就是造成它紫外防護效果比較好的原因.

        2.3.2 硫化紅棕B3R

        筆者曾對硫化紅棕B3R(5%owf)染色后棉織物的紫外透過率進行測試:其平均UPF值達N3o.3(空白試樣的平均UPF為3.50) 與未染色織物比較.織物的UPFff幾乎提高l0倍而且,硫化紅棕的紫外防護效果也是各種染料之中比較突 的:川已知的幾種直接染料中紫外防護效果最為突出的直接紅28(2%0wf)進行同規格織物染色試驗.直接紅染色后的棉織物其平均UPF只可以達到27.6,比硫化紅棕可以達到的UPF值(303)低.

        可見,硫化紅棕B3R的紫外防護效果是非常好的。關于其他硫化染料的紫外防護效果.是我們目前正在進一步研究的內容之一.

        硫化染料的高紫外透過率.可能也與其分子結構巾的硫元素有關.

        綜上所述可以看到.某些結構的染料本身就具有比較好的紫外防護性能.可以使織物達到比較高的UPF值(最高可以達~lJ40以上、甚至50) 而中國計量科學研究院N03將1999年以來1l2個抗紫外整理(專門的抗紫外整理加3-_)后的織物樣品的UPF值進行統計分析的結果表明.UPF值在30以上的只有42%,40以上的只有3l%.也就是說.如果合理選擇染料的話。單單通過染色就可以達到々門抗紫外整理的效果,使其UPF值相當.甚至達到更高.

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