纺织品染料吸收紫外线防护性能测试实验分析

   每支染料对织物的紫外防护性能主要决定于其特定的化学结构,如果染料具有与紫外吸收剂类似的结构．而此结构又不参与染料的共轭体系．则具有对紫外线光波强烈的、选择性吸收作用，就可以大大的提高织物的紫外防护性能。

一、常用紫外吸收剂的结构
   首先简要的考察一下常用紫外吸收剂的结构．我们发现，常用紫外吸收剂的结构可以分为两大类：
   1、二苯甲酮系、水杨酸酯系和笨并三唑系紫外吸收剂他们分子结构中都可以生成苯环上的基团与邻近的某个基冈产生内在氢键．从而构成一个螯合环。而这个螯合环结构便是强烈吸收紫外线的功能性基团.
   2、含金属离子螫合结构的紫外吸收剂他们是通过分子问的能量转移(光物理过程)来消散能量．

二、具有紫外线吸收剂类似结构的染料
   参照紫外吸收剂结构的两大分类．我们认为可以发生强烈紫外吸收的染料结构可能主要有以下种：
1、含有由共轭结构与分子内在氢键形成的螯合结构的染料
   研究发现如直接红28、直接绿26、直接黑38等几种染料有非常突出的紫外吸收性能.(编者按：直接红28、直接黑38均含联苯胺结构．属禁用染料之列。请读者从原理上来理解下述举例)而这几支染料共同的特征就是分子结构巾含有由共轭结构与分子内在氢键形成的螯合结构这种结构与二苯甲酮系、水杨酸酯系和苯并唑系紫外吸收剂的结构是比较类似的。现举例分述如下：
   ①、直接红28
   Srinivasan Magesh对不同化学组成的90种染料进行的研究结果显示．C．L直接红28在降低织物的紫外光透过率方面表现突：即使住0．5％的染色深度，也可以将棉印花布的UPF值提高到大于40(与未染色织物的4．0的UPF值比较．增加了l0倍)该分子结构及含有螯合结构的互变异构体如下：
   ②、直接黑38
   研究发现0．5％(owf)的直接黑38溶液施加到棉印花布上后，织物f~UPF值可以达到29．8。
该分子结构及含有螯合结构的互变异构体如下：

   以上所说的这种结构的染料都是通过白：身异构现象产生可以吸收紫外线的共轭结构，通过分子本身结构变化(光化学反应)来消散能量，从而达到紫外防护的目的。作为对比．我们以直接黄12为例：

   可以看到．其分子结构巾不含有巾共轭结构与分子内在氢键形成的螯合结构，故紫外防护效果较差其上染织物的UPF值仅为13．1。
2、含有金属离子螯合结构的染料
   研究发现如酞菁结构的染料(直接蓝86、活性蓝7)、使用金属媒染剂处理过的天然染料等这些染料都有比较好的紫外防护性能。而它们所具有的共同的特征就是分子中含有金属离子螯合结构。这点与含金属离子螯合结构的紫外吸收剂十分类似。
   ①、直接蓝86
   Srin ivasan MageshI。]的研究结果显示，C．I．直接蓝86在降低织物的紫外光透过率方面表现也很突：即使在O．5％的染色深度，也可以将棉印化布的
UPF值提高到大于40。其结构如下：

   ②、活性蓝7
   在Srinivasan Magesh的研究中显示．C．I．活性蓝7也是一支具有非常好紫外防护效果的染料：即使在O．5％的染色深度时同样可以将棉印花布的UPF值提高到大于40。和直接蓝86一样，它也是一种酞菁结构的染料.
3、用金属媒染剂处理过的天然染料
   使用金属媒染剂处理过的天然染料也具有十分好的紫外防护性能。Deepti Gupta等㈨选用十种天然染料应用到煮练后的棉织物上后．发现当使用金属媒染剂时．所有研究中被测染色织物的UPF值都有一个显著的提高(从l5～2O增加到35～50)。这很可能就是因为“染料一媒染剂”结合物(金属离子螯合物)所具有的特殊的紫外光吸收特性造成的。
   以上所说的这种结构的染料都足通过分子间的能量转移(光物理过程)来消散能量的。与含金属离子螫合结构的紫外吸收剂原理类似：当紫外线照射到金属离子螫合结构的染料上时，染料高分子螯合物被激发成为激发态．分子间的作用使激发态分子的能量转移．并使激发态回到基态，把紫外线能量转化为低能量的光谱散发．从而达到紫外防护的目的。
4、含硫元素的染料
   硫元素对紫外吸收的可能影响早有人关注。有一些染料，如直接黄、硫化染料等，其结构中具有各种形式的硫元素(如杂环中的硫、一S-S一结构中的硫等)．这部分结构的染料可能也都具有比较好的紫外防护性能.
   ①、直接黄28
   研究发现|．O．5％(owf)的直接黄28溶液施加到棉印花布后．织物的UPF值可以达到19．9。与前面的直接红28、直接绿26比较，直接黄28的UPF值要略低．这是凶为其分子结构中没有由共轭结构与分子内在氢键形成的整合结构直接黄28结构如下：

   其分子结构中含有杂环硫元素．这H丁能就是造成它紫外防护效果比较好的原因.
   ②、硫化红棕B3R
   笔者曾对硫化红棕B3R(5％owf)染色后棉织物的紫外透过率进行测试：其平均UPF值达N3o．3(空白试样的平均UPF为3．50)与未染色织物比较．织物的UPFff几乎提高l0倍而且，硫化红棕的紫外防护效果也是各种染料之中比较突的：川已知的几种直接染料中紫外防护效果最为突出的直接红28(2％0wf)进行同规格织物染色试验．直接红染色后的棉织物其平均UPF只可以达到27．6，比硫化红棕可以达到的UPF值(303)低.
   可见，硫化红棕B3R的紫外防护效果是非常好的。关于其他硫化染料的紫外防护效果．是我们目前正在进一步研究的内容之一．
   硫化染料的高紫外透过率．可能也与其分子结构巾的硫元素有关.
   综上所述可以看到．某些结构的染料本身就具有比较好的紫外防护性能．可以使织物达到比较高的UPF值(最高可以达~lJ40以上、甚至50)而中国计量科学研究院N03将1999年以来1l2个抗紫外整理(专门的抗紫外整理加3-_)后的织物样品的UPF值进行统计分析的结果表明．UPF值在30以上的只有42％，40以上的只有3l％．也就是说．如果合理选择染料的话。单单通过染色就可以达到々门抗紫外整理的效果，使其UPF值相当．甚至达到更高

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