أقمشة ومنسوجات مقاومة للأشعة فوق البنفسجية ومثبطة للهب

أالملخص. تُسلّط هذه المقالة الضوء بشكل أساسي على أهمية الأقمشة المقاومة للأشعة فوق البنفسجية، ومبادئ وعمليات إنتاج هذه المقاومة، بالإضافة إلى طرق ومؤشرات تقييم أداء الأقمشة في مقاومة الأشعة فوق البنفسجية. وتُدمج شركة BEGOODTEX تقنية الحماية من الأشعة فوق البنفسجية في أقمشة مقاومة للاشتعال.

1. ملخص

تصنيف ووظيفة الأشعة فوق البنفسجية

إلى جانب الضوء المرئي في الطيف الشمسي، يتضمن الطيف أيضًا الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء التي لا تُرى بالعين المجردة. الأشعة فوق البنفسجية نوع من الموجات ذات طول موجي أقصر من الضوء المرئي، وتشكل حوالي 6% من الطيف. يتراوح طول موجة هذه الأشعة بين 200 و400 نانومتر. وبناءً على الطول الموجي وتأثيرات الإشعاع البيولوجية المختلفة، تُصنف الأشعة فوق البنفسجية إلى ثلاثة نطاقات: UV A (من 320 إلى 400 نانومتر)، وUV B (من 290 إلى 320 نانومتر)، وUV C (من 200 إلى 290 نانومتر).

تتعرض طبقة الأوزون، وهي الطبقة الواقية للغلاف الجوي، للاستنزاف نتيجة انبعاث مركبات الكلوروفلوروكربون، مثل الفريون، من الأنشطة البشرية والروتين اليومي في السنوات الأخيرة. وقد أدى هذا الترقق في طبقة الأوزون إلى زيادة الإشعاع الواصل إلى سطح الأرض، مما نتج عنه ارتفاع في الأمراض الناجمة عن التعرض المفرط للأشعة فوق البنفسجية. توفر أقمشة الملابس العادية عادةً حماية بنسبة 50% فقط من الأشعة فوق البنفسجية، وهي نسبة لا تفي بمعايير الحماية المطلوبة. علاوة على ذلك، فإن التعرض المطول للإشعاع قد يؤدي إلى بهتان الأقمشة وتلفها. ونتيجة لذلك، يصبح من الضروري معالجة المنسوجات بالأشعة فوق البنفسجية.

اعتبارات مقاومة المنسوجات للأشعة فوق البنفسجية

عندما تسقط أشعة الشمس على سطح النسيج، ينعكس جزء منها، بينما يمتص جزء آخر، وينفذ الباقي عبر النسيج نفسه. تتكون الأقمشة من أنواع مختلفة من الألياف، وتتميز بنقوش سطحية دقيقة تمتص وتشتت الأشعة فوق البنفسجية لتقليل نفاذيتها. وتختلف طرق تشتت وانعكاس الأشعة فوق البنفسجية باختلاف الأشكال السطحية الفريدة لكل ليف، بالإضافة إلى بنية النسيج وكثافة لونه. لذا، عند دراسة فعالية المنسوجات في الحماية من الأشعة فوق البنفسجية الضارة، من الضروري مراعاة مجموعة من الجوانب بدقة.

نوع الألياف

تُظهر أنواع الألياف المختلفة درجات متفاوتة من الامتصاص. ويعود الانعكاس المنتشر للأشعة فوق البنفسجية إلى عوامل مثل تركيبها وبنيتها على المستوى الجزيئي، بالإضافة إلى خصائص سطحها وأشكال مقاطعها العرضية. حتى الألياف المصنوعة من نفس المادة، ذات المقاطع العرضية المختلفة، تعكس الأشعة فوق البنفسجية بشكل مختلف، حيث تتأثر قدرات الامتصاص بمساحة سطح التلامس. وبالمقارنة مع الأقمشة الاصطناعية ذات المقاطع العرضية المختلفة، تُظهر الأقمشة الاصطناعية ذات الألياف المسطحة وغير المنتظمة أداءً أفضل في هذا الصدد. توفر الأقمشة ذات الألياف حماية أكبر من الأشعة فوق البنفسجية مقارنةً بالأقمشة ذات الألياف الطويلة، بينما تتفوق منتجات الحرير المُعالجة على منتجات الحرير الخام المصنوعة من الألياف الاصطناعية، وتُفضل الأقمشة الناعمة على الخشنة.

مقارنة قيم عامل الحماية من الأشعة فوق البنفسجية (UPF) للأقمشة المختلفة
اسم المنتج	معامل التغطية (%)	وزن القماش (جم/م²)	عامل الحماية من الأشعة فوق البنفسجية
قماش التافتا المصنوع من البوليستر	98	142.9	34
قماش قطني مضلع نقي	100	264.8	13
قماش بوليستر محبوك	81	106.1	17
نسج بإبرة القطن	83	124.1	4
نسيج بوليستر منسوج	82	133.0	12
قماش قطني مطبوع	81	106.1	4

نسيج معالج

قد تشهد الأقمشة المعالجة بمواد نهائية، مثل الطلاء أو المواد الطاردة للماء والزيوت، تحسناً في خصائص حمايتها من الأشعة فوق البنفسجية نتيجةً لهذه العملية. ويعزى هذا التحسن إلى زيادة سماكة النسيج وانخفاض مساميته بعد المعالجة، فضلاً عن قدرات الحماية من الأشعة فوق البنفسجية الكامنة في المادة النهائية نفسها.

2. آلية التشطيب المضاد للأشعة فوق البنفسجية وعوامل التشطيب المضاد للأشعة فوق البنفسجية

آلية التشطيب المقاوم للأشعة فوق البنفسجية

عندما يصطدم الضوء بجسم ما، ينعكس جزء منه، ويمتصه الجسم جزئيًا، بينما ينفذ الجزء المتبقي. عادةً، يكون مجموع النفاذية ناقص الانعكاس زائد الامتصاص مساويًا لـ 100%. تعتمد فكرة المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية على استخدام مواد واقية من الأشعة فوق البنفسجية لمعالجة الألياف أو الأقمشة. عندما يسقط ضوء الشمس على سطح النسيج، لا يخترق سوى جزء صغير منه فتحات المادة؛ إذ ينعكس معظمه أو يمتصه مركب الحماية من الأشعة فوق البنفسجية، ويتحول إلى طاقة أقل قبل أن يُعاد إطلاقه، مما يحجب الأشعة فوق البنفسجية بفعالية. باختصار، تحمي المنسوجات من الإشعاع بطريقتين رئيسيتين: عكس الضوء وامتصاصه.

عامل تشطيب مقاوم للأشعة فوق البنفسجية

هناك فئتان من عوامل التشطيب شائعة الاستخدام لمقاومة الأشعة فوق البنفسجية، وهما الخيارات غير العضوية والعضوية.

1. عوامل تشطيب غير عضوية مقاومة للأشعة فوق البنفسجية:

تتكون معظم مواد التشطيب غير العضوية المقاومة للأشعة فوق البنفسجية من معادن وأكاسيد معدنية وأملاحها، وتُعرف في مجال علوم وهندسة المواد باسم عوامل الحماية من الأشعة فوق البنفسجية. تتميز هذه المواد غير العضوية بقدرتها على الحماية من الأشعة فوق البنفسجية، فهي غير ضارة بالبشر والحيوانات، ولا تُصدر أي رائحة أو تُسبب أي تهيج عند ملامستها للجلد؛ كما أنها تتمتع بثبات حراري عالٍ دون أن تتحلل أو تتبخر بسهولة؛ وتُوفر حماية فعالة ضد الأشعة فوق البنفسجية الضارة. وتُعرف هذه المواد بأنها عوامل حماية فعالة ضد الأشعة فوق البنفسجية، بالإضافة إلى فوائدها الإضافية المتمثلة في تثبيط تكاثر البكتيريا والفطريات، ومنع الروائح الكريهة.

2. مواد تشطيب عضوية مقاومة للأشعة فوق البنفسجية:

تُصنف عوامل الحماية العضوية المقاومة للأشعة فوق البنفسجية على وجه التحديد كما يلي:

مركبات البنزون.

فئة البنزوتريازول.

مركبات حمض الساليسيليك.

بوليمر النيكل العضوي.

فئة التريازين.

استبدل الأكريلونيتريل.

إسترات السينامات

حمض أمينوبنزويك وإستراته.

3. إنتاج ألياف ومنسوجات مقاومة للأشعة فوق البنفسجية

ألياف مقاومة للأشعة فوق البنفسجية

شهدت الصينtelتقدماً ملحوظاً في مجال تصنيع الألياف المقاومة للأشعة فوق البنفسجية، مع التركيز بشكل خاص على تطوير مواد البوليستر التي توفر حماية من هذه الأشعة. وتشمل هذه المواد أنواعاً مثل ألياف البوليستر الأساسية، وألياف البوليستر POI، وFDV، وUDF، وDTU. وقد تمكنت بعض ألياف البوليستر من حجب ما يصل إلى 94-98% من الأشعة فوق البنفسجية.

توجد طرق لإنتاج ألياف تقاوم الأشعة فوق البنفسجية بشكل فعال، ويمكن تصنيف هذه الطرق إلى الأنواع الأربعة التالية.

طريقة ما بعد الزرع

بعد الانتهاء من عملية إنتاج الألياف مثل ألياف القطن مع مراعاة مقاومة الأشعة فوق البنفسجية من خلال طرق مثل الغمر وأحواض الصباغة أو تقنيات الطباعة لتضمين عوامل التشطيب المضادة للأشعة فوق البنفسجية في الألياف.

طريقة الغزل بالبلمرة المشتركة

تعتمد طريقة الغزل بالبلمرة المشتركة أولاً على بلمرة مواد امتصاص الأشعة فوق البنفسجية مع مونومرات البوليمرات المكونة للألياف، مما ينتج عنه بوليمرات ذات خاصية مقاومة للأشعة فوق البنفسجية. بعد ذلك، تُستخدم طرق الغزل التقليدية لإنتاج ألياف مقاومة للأشعة فوق البنفسجية. تُستخدم هذه الطريقة بشكل أساسي لإنتاج ألياف البوليستر الاصطناعية ذات خاصية مقاومة الأشعة فوق البنفسجية. تتميز هذه الألياف بخصائص جيدة في مقاومة الأشعة فوق البنفسجية، حيث يمكنها امتصاص الأشعة فوق البنفسجية ذات الأطوال الموجية من 280 إلى 340 نانومتر بكفاءة عالية.

بمُعار sتثبيت

يمكن تصنيف الخيوط المخلوطة على أنها خيوط مخلوطة، وتتوفر الخيوط المخلوطة المقطعة في السوق لأنواع الألياف الاصطناعية التي يتم غزلها مباشرة؛ ويمكن تعزيز حماية هذه الألياف من الأشعة فوق البنفسجية عن طريق دمج عوامل التشطيب المضادة للأشعة فوق البنفسجية إما في سائل الغزل (مصهور الغزل أو محلول الغزل) أو مباشرة في مادة البوليمر نفسها.

طريقة الغزل المركب

تتميز الألياف المنتجة من خلال الغزل عادةً ببنية أساسية جلدية حيث يتم تشريب الطبقة الأساسية بعوامل تشطيب مقاومة للأشعة فوق البنفسجية وتتكون الطبقة الخارجية من مواد بوليمرية تقليدية.

منسوجات مقاومة للأشعة فوق البنفسجية

يتم إنتاج المنسوجات المقاومة للأشعة فوق البنفسجية من خلال عمليات تشطيب المنسوجات التي تركز على استخدام عوامل مقاومة للأشعة فوق البنفسجية وإعداد السوائل لتطبيقات التشطيب مع اختيار طرق التشطيب المناسبة.

طريقة طلاء السطح

تعتمد طريقة طلاء الأسطح على تطبيق عامل تشطيب مقاوم للأشعة فوق البنفسجية على مادة الطلاء، ثم استخدام آلة طلاء لتكوين طبقة رقيقة على سطح القماش من خلال التجفيف والمعالجة الحرارية. تُحقق هذه الطريقة حماية فعالة من الأشعة فوق البنفسجية وأشعة الشمس على أنواع مختلفة من الألياف بتكلفة منخفضة، دون الحاجة إلى تقنيات أو معدات متقدمة. قد تطرأ بعض التغييرات على ملمس وخصائص المنتجات المعالجة بهذه التقنية، من حيث مظهرها، وقدرتها على امتصاص الماء، ونفاذية الهواء. تُستخدم هذه الطريقة عادةً مع مواد مثل ملابس العمل، والمظلات الشمسية، والخيام.

طريقة الغمر

(1) طريقة الصباغة في نفس الحمام. تتمتع المواد الماصة للأشعة فوق البنفسجية المصنوعة من البوليستر بخاصية كراهية الماء وتقارب معين مع البوليستر، لذلك يمكن استخدام عمليات الصباغة ذات درجة الحرارة العالية والضغط العالي لتحقيق تشطيب مقاوم للأشعة فوق البنفسجية والصباغة في نفس الحمام.

(2) طريقة الغمر المنفصل. يمكن استخدام المواد الماصة للأشعة فوق البنفسجية القابلة للذوبان في الماء، بفضل مجموعات حمض السلفونيك الموجودة فيها، في نفس حوض الصباغة مع الأصباغ الأنيونية مثل الأصباغ الحمضية وأصباغ المركبات المعدنية لصباغة الصوف والحرير والنايلون. هذه الطريقة مناسبة لأقمشة الصوف والحرير والنايلون والقطن، ولكنها غير مناسبة لأقمشة البوليستر نظرًا لتكلفتها العالية ونتائجها غير المرضية.

قانون الطباعة

لتحسين ثبات ألوان الأقمشة المطبوعة ضد التعرض للضوء، يتم تحقيق التحسين من خلال تضمين مواد ماصة للأشعة فوق البنفسجية في معجون الطباعة إلى جانب الأصباغ التي تستخدم غالبًا للأقمشة الداخلية المزخرفة التي تتطلب مستويات عالية من ثبات اللون للضوء؛ ولذلك، تلجأ الدول الأجنبية عادةً إلى استخدام مواد ماصة للأشعة فوق البنفسجية وأصباغ ذات مقاومة فائقة للضوء لأغراض الطباعة المشتركة على منسوجاتها.

طريقة التدحرج بالغمر

تعمل تقنية الغمر باللف بشكل جيد مع أنواع الأقمشة؛ يمكن لممتصات الأشعة فوق البنفسجية القابلة للذوبان في الماء أن ترتبط بالألياف المحبة للماء ويمكن لممتصات الأشعة فوق البنفسجية غير القابلة للذوبان أن ترتبط بالألياف الكارهة للماء عند تعرضها لدرجات حرارة عالية، على غرار عملية الصباغة بالذوبان الساخن، باستخدام الأصباغ المشتتة.

كبسولة دقيقة صالمعالجة

تتضمن عملية تصنيع الكبسولات الدقيقة إنتاج كبسولات تحتوي على مواد ماصة للأشعة فوق البنفسجية، مغلفة ببوليمرات ذات وزن جزيئي عالٍ، باستخدام تقنية تجمع بين البلمرة والتغليف الدقيق في آن واحد. يؤدي تغليف المواد الماصة داخل لب الكبسولة، ثم تثبيت الكبسولات الدقيقة على النسيج باستخدام مواد لاصقة وعوامل ربط متقاطع، إلى إنتاج منسوجات ذات حماية من الأشعة فوق البنفسجية تتجاوز 85%.

4. تقييم أداء مقاومة الأقمشة للأشعة فوق البنفسجية

هناك العديد من المعايير لقياس مقاومة الأقمشة للأشعة فوق البنفسجية، مثل AS/NZS 4399-1996 في أستراليا ونيوزيلندا، وGB/T 18830-2009 في الصين، وAATCC183-2014، وASTM D6603-2012، وASTM D6544-2012 في الولايات المتحدة، وما إلى ذلك.

طريقة تقييم أداء مقاومة الأشعة فوق البنفسجية

طريقة الاختبار القياسية

تحدد المواصفة القياسية الصينية GB/T 18830-2009 "تقييم أداء الحماية من الأشعة فوق البنفسجية للمنسوجات" طرق اختبار أداء الحماية من الأشعة فوق البنفسجية للمنسوجات، بالإضافة إلى طرق التقييم والتعبير عن مستوى الحماية. وتنص هذه المواصفة على أنه عندما تكون قيمة عامل الحماية من الأشعة فوق البنفسجية (UPF) للعينة أكبر من 40 ونسبة امتصاص الأشعة فوق البنفسجية (UV-A) أقل من 5%، يُمكن اعتبارها منتجًا مقاومًا للأشعة فوق البنفسجية.

طرق اختبار أخرى

(1) طريقة مطياف الأشعة فوق البنفسجيةباستخدام مطياف الأشعة فوق البنفسجية كمصدر للإشعاع، يتم توليد نطاق معين من الأطوال الموجية (280-400 نانومتر) من الأشعة فوق البنفسجية وتسليطها على النسيج. بعد ذلك، تُستخدم كرة تكاملية لجمع تدفق الإشعاع المار عبر النسيج في اتجاهات مختلفة، ويتم حساب نفاذية الأشعة فوق البنفسجية. كلما انخفضت نفاذية الأشعة فوق البنفسجية، زادت قدرة النسيج على حجبها.

(2) طريقة تراكم شدة الأشعة فوق البنفسجية. باستخدام الأشعة فوق البنفسجية، يتم تعريض قطعة قماش موضوعة على جهاز قياس شدة الأشعة فوق البنفسجية، ثم يتم تعريضها لفترة زمنية محددة، وقياس كمية الأشعة فوق البنفسجية المتراكمة التي تمر عبر القماش، ثم حسابها. كلما قلت كمية الأشعة فوق البنفسجية المتراكمة التي تمر عبر القماش، كان ذلك أفضل.

(3) طريقة قياس الإضاءة. باستخدام مصباح الأشعة فوق البنفسجية كمصدر للضوء وإضافة زجاج شفاف للأشعة فوق البنفسجية إلى مقياس الإضاءة، قم بقياس الكمية التراكمية من Q8 التي تمر عبر العينة والكمية التراكمية للإشعاع دون وضع العينة.

(4) طريقة التلاشيقم بتغطية العينة الموجودة على بطاقة معيار ثبات اللون للضوء، على بعد 50 سم من العينة، وقم بتعريضها للأشعة فوق البنفسجية لتحديد الوقت اللازم لتغيير لون بطاقة معيار ثبات اللون للضوء إلى المستوى 1. كلما زاد الوقت المستخدم، كان تأثير الحماية أفضل.

مؤشرات لتقييم أداء مقاومة الأشعة فوق البنفسجية

نسبة نفاذية الأشعة فوق البنفسجية

نفاذية الأشعة فوق البنفسجية هي قياس كمية الأشعة فوق البنفسجية التي تمر عبر عينة مقارنةً بكمية الأشعة التي تمر عبرها في غياب العينة. يساعد استخدام النفاذية في تقييم الحماية من الأشعة فوق البنفسجية التي توفرها الأقمشة، ويتيح إجراء حسابات لتحديد ما إذا كانت نفاذية الأشعة فوق البنفسجية في القماش أقل من المستوى المقبول لمنع تلف الجلد الناتج عن الأشعة فوق البنفسجية، في بعض الحالات.

معدل الحماية من الأشعة فوق البنفسجية

يُعدّ معدل الحماية من الأشعة فوق البنفسجية مقياسًا يُساعد المستهلكين على فهم مدى فعالية المنتج في حجب هذه الأشعة بطريقةٍ بسيطةٍ وواضحة. ورغم اختلاف تفسيرات نفاذية الأشعة فوق البنفسجية ومعدل الحماية منها، إلا أنهما يُوصلان المعنى نفسه للشخص العادي.

عامل الحماية من الشمس (SP). مستوى الحماية من الأشعة فوق البنفسجية (URSL).

تُستخدم عوامل الحماية من الشمس (SPF) بكثرة في مستحضرات التجميل، بينما تُستخدم عوامل الحماية من الأشعة فوق البنفسجية (UPF) على نطاق واسع في المنسوجات لأغراض الحماية من الأشعة فوق البنفسجية. وتقيس عوامل الحماية من الأشعة فوق البنفسجية مستوى مقاومة الأقمشة للأشعة فوق البنفسجية، وهي ضرورية لتقييم أدائها في مواجهة هذه الأشعة.

عامل الحماية من الأشعة فوق البنفسجية رملاك	Pالحماية جالتصنيف	الأشعة فوق البنفسجية تينسبة التحويل (%)	عامل الحماية من الأشعة فوق البنفسجية جيتاجر
15~24	حماية أفضل	6.7~4.2	15,20
25~39	حماية جيدة جداً	4.1~2.6	25,30,35
40~50,50+	حماية ممتازة للغاية	≤2.5	40,45,50,50+

معدل الاختراق

في المعايير الوطنية، يتم استخدام قيمة UPF ونفاذية الأشعة فوق البنفسجية A معًا كمؤشرات لتقييم أداء مقاومة الأشعة فوق البنفسجية، حيث تكون قيمة UPF أكبر من 30 ونفاذية الأشعة فوق البنفسجية A لا تتجاوز 5٪.

5. استكشافبيجودتكس مضادالأشعة فوق البنفسجية Fعاجِز–مثبط للهب تيالتكنولوجيا

بيجودتكس عروض مضاديوVأقمشة مقاومة للهب لضمان السلامة والمتانة في كل من البيئات التجارية والسكنية. تطبيقنا في ملابس واقية و مواد الديكور الداخلي يُظهر ذلك تنوع وفعالية هذه المنسوجات عالية الأداء.