一种防紫外线组合物及其应用
阅读说明：本技术 一种防紫外线组合物及其应用 (Ultraviolet-proof composition and application thereof ) 是由 陶文娟 于 2021-09-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种防紫外线组合物及其应用。一种防紫外线组合物,制备原料包括工业防晒剂和草本防晒剂；所述工业防晒剂包括氧化石墨烯和改性二氧化钛；所述草本防晒剂的制备原料包括艾草。本发明的防紫外线组合物,通过制备原料之间的搭配,能够提升包含该防紫外线组合物的面料的紫外线防护能力、使用寿命和肤感舒适度。(The invention discloses an anti-ultraviolet composition and application thereof. An ultraviolet-proof composition is prepared from industrial sunscreen agent and herbal sunscreen agent; the industrial sun-screening agent comprises graphene oxide and modified titanium dioxide; the preparation raw material of the herbal sunscreen comprises wormwood. According to the ultraviolet-proof composition disclosed by the invention, through the matching of the preparation raw materials, the ultraviolet protection capability, the service life and the skin comfort level of the fabric containing the ultraviolet-proof composition can be improved.)
技术领域
本发明属于服装材料技术领域，具体涉及一种防紫外线组合物及其应用。
背景技术
随着生活水平的改善，人们的生活理念已然发生转变，现在更加注重休闲娱乐和户外活动。防止户外活动时紫外线对人体的伤害，已经被越来越多的消费者所重视。为避免户外的紫外线对人体的伤害，人们探索了多种防晒方法，例如有直接在皮肤表面涂抹防晒乳膏、太阳伞遮蔽以及穿着防晒衣服等方法。其中防晒乳膏不仅会增加皮肤的负担，并且其防晒期限≤4h；因此对与消费者来说应用较为麻烦；太阳伞遮蔽的效果优于涂抹防晒乳膏，但是需额外携带，也给出行带来了不便，综上防晒衣越来越受消费者青睐。
防晒衣最早于2007年在美国出现，随后在内地市场逐渐流行起来，并以非常强大的优势在服装市场占领了一席之地，着眼未来，翻晒衣的发展前景巨大。有资料调查显示，销售防晒的网络店铺，其月销量最高的可达2.4万件，月售2万件的更有不在少数。可见人们对防晒衣的需求量之巨大。
但是现有市场的防晒衣在紫外线防护能力、使用寿命等方面存在诸多限制，同时部分防晒衣中的成分还会对人体产生伤害。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种防紫外线组合物，通过制备原料之间的搭配，能够提升包含该防紫外线组合物的防紫外线面料的紫外线防护能力、使用寿命和肤感舒适度。
本发明还提出上述防紫外线组合物的应用。
根据本发明的一个方面，提出了一种防紫外线组合物，制备原料包括工业防晒剂和草本防晒剂；
所述工业防晒剂包括氧化石墨烯和改性二氧化钛；
所述草本防晒剂的制备原料包括艾草。
根据本发明的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：
(1)氧化石墨烯为层状结构，其中含有大量的C-C键和C＝C键，当其接受紫外线照射时，C-C键的跃迁吸收峰对应的波长为231nm，C＝C键的跃迁吸收峰对应的波长为300nm；也就是说，氧化石墨烯在波长≤300nm的深紫外区具有优异的吸收，由其制备的防晒衣/防紫外线面料可防止短波紫外线对皮肤的灼伤；
氧化石墨烯还具有抑菌、导电、阻燃等作用，因此由其制备的防晒衣还具有防静电、抑菌和阻燃能力；
氧化石墨烯上含有丰富的羟基、羧基，可以通过多种形式与面料纤维结合，提升两者间的结合牢度，延长防晒衣/防紫外线面料的使用寿命。
(2)二氧化钛常用于制备防晒皮肤护理品、化妆品，具有吸收、反射和散射紫外线的作用；但是由于二氧化钛为惰性无机物，因此鲜有将其应用于织物纤维的技术；
本发明将氧化石墨烯和二氧化钛结合，可有效提升由其制备的防紫外线面料对紫外线的吸收能力。
(3)艾草提取物中具有丰富的黄酮类化合物，具有抗氧化、防紫外线能力；
同时，艾草提取物还可提升所述工业防晒剂在织物上的附着牢度，延长包含所述防紫外线组合物的防紫外线面料的使用寿命；
进一步的，艾草提取物具有抑菌、防虫的功效。
(4)本发明采用的工业防晒剂为无机惰性原料，草本防晒剂是植物提取物，因此不会影响消费者的身体健康；
此外包含所述防紫外线组合物的防紫外线面料还兼具防静电和抑菌的作用，可有效提升消费者的肤感舒适度。
在本发明的一些实施方式中，所述改性二氧化钛的改性剂为硅烷偶联剂。
在本发明的一些实施方式中，所述改性二氧化钛的制备方法包括将纳米二氧化钛分散在包含硅烷偶联剂的有机溶液后，进行固液分离并清洗所得固体。
在本发明的一些实施方式中，所述硅烷偶联剂包括KH-550和KH-570中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述有机溶液的溶剂为乙醇、丙醇和异丙醇中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述有机溶液中，所述硅烷偶联剂的浓度为1～3wt％。
在本发明的一些实施方式中，所述二氧化钛的分散，方法为搅拌和超声中的至少一种，时间为10～20min。
二氧化钛本是惰性无机粉末，与面料纤维的结合紧密度较低，因此虽然二氧化钛具有优异的防紫外线性能，但是其在服装面料中的应用较少；
本发明以硅烷偶联剂改性二氧化钛，使其表面含有丰富的有机基团，提升了二氧化钛和面料纤维之间的结合强度。
在本发明的一些实施方式中，所述氧化石墨烯和改性二氧化钛的质量比为1：(0.5～2)。
在本发明的一些实施方式中，所述草本防晒剂的制备方法包括将艾草用水煎煮，并获取煎煮液即得。
在本发明的一些实施方式中，所述煎煮中，所述艾草和水的质量体积比为1g:10～20ml。
在本发明的一些实施方式中，所述煎煮的时长为10～60min。
根据本发明的再一个方面，提出了一种防紫外线面料，由纤维经过所述的防紫外线组合物处理后得到。
在本发明的一些实施方式中，所述纤维包括天然纤维和人工纤维中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述天然纤维包括棉、麻、毛和丝中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述防紫外线面料的制备原料中，所述工业防晒剂占所述纤维的质量百分数为5～13％。
根据本发明的再一个方面，提出了一种所述防紫外线面料的制备方法，包括以下步骤：
S1.将纤维浸泡在包含所述工业防晒剂的水系分散液中后，清洗、干燥所得纤维；
S2.将步骤S1所得纤维纺织成面料；
S3.以所述草本防晒剂处理步骤S2所得面料后，清洗即得。
根据本发明的一种优选的实施方式的制备方法，至少具有以下有益效果：
(1)相较于以所述工业防晒剂处理面料，本发明直接处理纤维原料，因此，工业防晒剂可充分、均匀的分散至纤维内部，提升了所得防紫外线面料质地的均匀性，以及与工业防晒剂的结合牢度。
(2)本发明提供的制备方法中，是对面料纤维进行改性，不用在面料表面形成防晒涂层，因此提升了所得防紫外线面料的透气性能和舒适性。
(3)本发明提供的制备方法条件简单，便于工业推广。
在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述纤维在使用前经过了水煮、干燥处理。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述纤维的水煮处理中，水中添加了0.1～1wt％的聚乙烯醇。
聚乙烯醇可进一步提升所述工业防晒剂与纤维之间的结合强度。
在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述水系分散液中，固体物质的占比为0.4～0.7wt％。
在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述纤维与所述水系分散液的质量比为1:15～25。
在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述浸泡的时长为1～3h。
在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述浸泡，在超声辅助下进行，以提升所述工业防晒剂的分布均匀度。
在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，还包括在所述清洗前，干燥所述浸泡后的纤维。
所述干燥，可以进一步促进所述工业防晒剂和所述纤维之间的反应，提升两者间的结合强度。
在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述清洗的方法为水洗。
在本发明的一些实施方式中，步骤S3中，所述处理中所述面料与所述草本防晒剂的质量体积比为1g:15～25ml。
在本发明的一些实施方式中，所述处理的方法为将所述面料浸泡在所述草本防晒剂中后，干燥。
在本发明的一些实施方式中，所述处理中，所述浸泡的时间为10～50min。
若无特殊说明，本发明中所述干燥的温度为20～60℃；优选的，所述方法为自然晾干或风干中的至少一种。
根据本发明的再一个方面，提出了一种防晒衣，制备原料包括所述防紫外线面料。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例制备了一种防紫外线面料，具体过程为：
S1.制备改性二氧化钛：将平均粒径约为20nm的纳米二氧化钛分散在包含2wt KH-550的乙醇溶液中，超声20min后离心，获取的固体水洗2次，即得；
S2.制备草本防晒剂：将艾草和水按照1g：15ml的质量体积比混合后，加热煮沸30min，过滤获取煎煮液，自然降温至室温即得；
S3.纤维前处理：取直径为20D的棉纤维加水煮沸20min后于50℃烘干；其中水中含有0.5wt％的聚乙烯醇；
S4.配置工业防晒剂的分散液：按重量份计，称取1重量份的氧化石墨烯和2重量份步骤S1所得改性二氧化钛，超声分散在水中，其中分散液中固体的质量百分数为0.6wt％；
S5.将步骤S3所得纤维浸泡至步骤S4所得分散液中，其中纤维和分散液的质量比为1:20，超声辅助下，浸泡时间为2h，浸泡结束后于50℃下风干所得纤维，之后以水清洗2次后继续于50℃下风干所得纤维；
S6.将步骤S5所得纤维纺织成面料；
S7.将步骤S6所得面料浸泡在步骤S2所得草本防晒剂中40min，其中浸泡过程中温度为50℃；结束后于50℃下风干所得面料；并依次进行水洗1次、皂洗依次、水洗一次后于50℃下风干即得。
本实施例步骤S1～S3不分先后。
实施例2
本实施例制备了一种防紫外线面料，具体过程与实施例1的区别是：
步骤S3的水中，不包含聚乙烯醇。
对比例1
本对比例制备了一种防紫外线面料，与实施例1的区别在于：
不包括步骤S1，步骤S4中直接使用未经改性的二氧化钛。
对比例2
本对比例制备了一种防紫外线面料，与实施例1的区别在于：
不包括步骤S2；
步骤S7中不包括以草本防晒剂浸泡步骤S6所得面料，直接进行水洗、皂洗等后续步骤。
对比例3
本对比例制备了一种防紫外线面料，与实施例1的区别在于：
不进行步骤S5；
在步骤S6与步骤S7之间，增加步骤A：将步骤S6所得面料浸泡至步骤S4所得分散液中，其中面料和分散液的质量比为1:20，超声辅助下，浸泡时间为2h，浸泡结束后于50℃下风干所得面料，之后以水清洗2次后继续于50℃下风干所得面料。
试验例
本试验例测试了实施例和对比例制备的防紫外线面料的性能。其中：
防紫外线性能的测试方法为：根据GB/T 18830—2009《纺织品防紫外线性能的评定》，利用YG(B)912E型纺织品防紫外线性能测试仪测试织物的防紫外线性能。该仪器利用单色的UV辐射线对待测试样进行平行辐射，仪器内部的积分球在收集到总的辐射光线后可计算出织物的紫外线透射比及织物的UPF值；在实施例和对比例制备的防紫外线面料上剪取5块尺寸至少为7cm×7cm的方形试样(避免布边、疵点和折痕)，保证待测试样能够完全覆盖仪器孔眼；启动大荣912E防紫外线测试系统，设置温度为20℃、湿度为65％；打开氩灯，测试仪内不放置试样，启动系统开始空样试验；空样试验结束后，保证织物的正面朝向辐射光源放入仪器内，再次启动测试，系统将自动记录织物的UVA、UVB透射比及紫外线防护系数UPF值；最后将试验的结果保存、导出，计算每种样品5个部位的测试平均值，测试结果如表1所示。
表1实施例和对比例所得防紫外线面料的防紫外线能力
UPA透过率％
UVB透过率％
UPF
实施例1
2.2
1.9
43
实施例2
2.4
2.2
42.7
对比例1
9.6
6.4
12.4
对比例2
22.4
15.7
5.5
对比例3
10.6
5.7
11.5
表1结果说明，按照本发明提供的制备原料、制备方法获得的防紫外线面料，可有效防止紫外线的传统，具备作为防晒衣面料的要求；
但是如果工业防晒剂中的二氧化钛未经改性(对比例1)，则其不能有效与面料的纤维结合，因此所得防紫外线面料中相当于不包括二氧化钛，因此防晒性能显著下降；
如果不采用草本防晒剂处理步骤S6所得面料(对比例2)，则在步骤S7中的水洗和皂洗过程中，氧化石墨烯和改性二氧化硅也会逐渐从棉纤中脱落，进而导致所得面料的防紫外线能力显著下降；
如果以工业防晒剂处理纺织而成的面料(对比例3)，而不是制备面料的棉纤，则可能会导致工业防晒剂在面料中的附着力和分散均匀度下降，进而降低所得面料的防紫外线能力。
耐洗牢度的测试方法为：根据GB/T8629一2001《纺织品试验用家庭洗涤和干燥程序》，采用全自动的A型洗衣机对织物进行洗涤并利用烘箱烘干后，再分别测试各织物经过不同次数洗涤后的UPF值，并根据UPF值随洗涤次数的变化情况综合评价织物的耐久性能。测试结果如表2所示。
表2实施例和对比例所得防紫外线面料的耐洗性能结果(按UPF值计算)
未洗涤
洗涤5次
洗涤30次
洗涤100次
实施例1
43
42.1
39.3
36.7
实施例2
42.7
41.9
38.1
35.0
对比例1
12.4
10.9
9.7
6.1
对比例2
5.5
3.9
3.5
3.5
对比例3
11.5
10.3
9.2
6.0
根据表2结果可知，按照本发明提供的制备原料、方法制备的防紫外线面料，可有效保证所得面料的耐水洗性能，洗衣机洗涤100次后，仍有较高的紫外线防护能力，可以预测，若是以手洗，则洗涤相同次数后，所得面料的紫外线能力会进一步提升。
但是如果所使用二氧化钛不进行改性(对比例1)、不采用草本防晒剂(对比例2)或者调整制备步骤后，所得面料的耐水洗性能显著下降，直至与未经任何处理的面料的防紫外线性能相当(约3.5)。
上面对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
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