Flammhemmende Stoffe und Textilien mit UV-Schutz

AZusammenfassung. Dieser Artikel erläutert die Bedeutung UV-beständiger Textilien, die Prinzipien und Herstellungsverfahren der UV-Beständigkeit sowie die Methoden und Indikatoren zur Bewertung der UV-Beständigkeit von Textilien. BEGOODTEX integriert UV-Schutztechnologie in flammhemmende Textilien.

1. Überblick

Klassifizierung und Funktion der ultravioletten Strahlung

Neben dem für uns sichtbaren Licht im Sonnenspektrum besteht das Spektrum auch aus ultraviolettem und infrarotem Licht, das mit bloßem Auge nicht sichtbar ist. Ultraviolettes Licht hat eine kürzere Wellenlänge als sichtbares Licht und macht etwa 6 Prozent des Spektrums aus. Der Wellenlängenbereich dieser Strahlung liegt zwischen 200 und 400 Nanometern. Aufgrund der Wellenlänge und der verschiedenen biologischen Auswirkungen der Strahlung wird sie in drei Bereiche unterteilt: UV-A (320–400 nm), UV-B (290–320 nm) und UV-C (200–290 nm).

Die Ozonschicht, die schützende Schicht der Atmosphäre, wird durch die Freisetzung von Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) wie Freon durch menschliche Aktivitäten und den Alltag in den letzten Jahren immer dünner. Diese Ausdünnung der Ozonschicht führt zu einer Zunahme der Strahlung, die die Erdoberfläche erreicht, und damit zu einem Anstieg von Erkrankungen durch übermäßige UV-Strahlung. Herkömmliche Kleidung bietet üblicherweise nur 50 % Schutz vor ultravioletter Strahlung, was den erforderlichen Schutzstandards nicht genügt. Darüber hinaus kann längere Strahlungseinwirkung zum Ausbleichen und Altern von Textilien führen. Daher ist es unerlässlich, Textilien mit UV-Schutz zu behandeln.

Überlegungen zur UV-Beständigkeit von Textilien

Wenn Sonnenlicht auf die Oberfläche eines Stoffes trifft, wird ein Teil reflektiert, ein anderer Teil absorbiert und der Rest durchdringt den Stoff. Stoffe bestehen aus verschiedenen Fasern und weisen komplexe Oberflächenstrukturen auf, die UV-Strahlen absorbieren und streuen können, um deren Transmission zu verringern. Die Art und Weise, wie UV-Strahlen gestreut und reflektiert werden, hängt von der einzigartigen Oberflächenstruktur der einzelnen Fasern sowie von der Struktur und Farbintensität des Stoffes ab. Daher ist es bei der Untersuchung der Wirksamkeit von Textilien gegen schädliche UV-Strahlen unerlässlich, eine Reihe von Aspekten sorgfältig zu berücksichtigen.

Fasertyp

Verschiedene Fasertypen weisen unterschiedliche Absorptionsgrade auf. Die diffuse Reflexion ultravioletter Strahlen wird durch Faktoren wie die Zusammensetzung und Struktur der Fasern auf molekularer Ebene sowie durch Oberflächenbeschaffenheit und Querschnittsform beeinflusst. Selbst Fasern aus demselben Material reflektieren UV-Strahlen mit unterschiedlichen Querschnitten unterschiedlich, wobei die Absorptionsfähigkeit von der Kontaktfläche abhängt. Im Vergleich zu synthetischen Geweben mit flachem und unregelmäßigem Faserquerschnitt zeigen synthetische Gewebe in dieser Hinsicht eine bessere Leistung. Gewebe mit Fasern bieten einen besseren UV-Schutz als solche mit langen Fasern, während verarbeitete Seidenprodukte Rohseidenprodukten aus synthetischen Fasern überlegen sind und feinere Gewebe gröberen vorzuziehen sind.

Vergleich der UPF-Werte verschiedener Stoffe
Produktname	Abdeckungskoeffizient (%)	Stoffgewicht (g/m²)	UPF
Polyester-Taft	98	142.9	34
Reiner Baumwollköperstoff	100	264.8	13
Polyester-Strickgewebe	81	106.1	17
Baumwollnadelweberei	83	124.1	4
Polyestergewebe	82	133.0	12
Bedruckter Baumwollstoff	81	106.1	4

Behandlungsgewebe

Textilien, die mit Ausrüstungen wie Beschichtungen oder wasser- und ölabweisenden Imprägnierungen behandelt wurden, können durch diesen Prozess eine Verbesserung ihrer UV-Schutzeigenschaften aufweisen. Diese Verbesserung ist auf die erhöhte Dicke und verringerte Porosität des Gewebes nach der Behandlung sowie auf die inhärenten UV-Schutzeigenschaften des Ausrüstungsmittels selbst zurückzuführen.

2. Mechanismus und Mittel zur UV-Schutzbehandlung

Mechanismus der UV-beständigen Oberflächenbehandlung

Wenn Licht auf ein Objekt trifft, wird es teilweise von der Oberfläche reflektiert, teilweise absorbiert und der Rest durchdringt das Objekt. Typischerweise ergibt die Summe aus Transmission, Reflexion und Absorption 100 %. Die Idee hinter der UV-Behandlung besteht darin, Fasern oder Textilien mit UV-Schutzmitteln zu behandeln. Trifft Sonnenlicht auf die Textiloberfläche, dringt nur ein geringer Teil durch die Poren des Materials; der größte Teil wird reflektiert oder von der UV-Schutzschicht absorbiert und in niedrigere Energie umgewandelt, bevor er wieder abgegeben wird. So werden ultraviolette Strahlen effektiv abgehalten. Textilien schützen also im Wesentlichen durch zwei Hauptmechanismen vor Strahlung: Reflexion und Absorption von Licht.

UV-beständiges Ausrüstungsmittel

Es gibt zwei Kategorien von Ausrüstungsmitteln, die üblicherweise für den UV-Schutz verwendet werden: anorganische und organische.

1. Anorganische UV-beständige Ausrüstungsmittel:

Die meisten verwendeten anorganischen UV-beständigen Beschichtungen bestehen aus Metallen und Metalloxiden sowie deren Salzen, die in der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik als UV-Schutzmittel bezeichnet werden. Diese anorganischen Substanzen mit UV-Schutzwirkung sind für Mensch und Tier unschädlich, geruchlos und reizen die Haut nicht. Sie sind thermisch stabil, zersetzen sich nicht und verdunsten nicht leicht. Zudem bieten sie einen wirksamen Schutz vor schädlicher UV-Strahlung. Sie schützen zuverlässig vor UV-Strahlung und hemmen darüber hinaus das Wachstum von Bakterien und Pilzen sowie die Entstehung unangenehmer Gerüche.

2. Organische UV-beständige Ausrüstungsmittel:

Organische UV-Schutzmittel werden im Einzelnen wie folgt klassifiziert:

Benzolverbindungen.

Benzotriazol-Klasse.

Salicylsäureverbindungen.

Organisches Nickelpolymer.

Triazinklasse.

Acrylnitril ersetzen.

Zimtsäureester

Aminobenzoesäure und ihre Ester.

3. Herstellung von UV-beständigen Fasern und Textilien

UV-beständige Faser

IntelZeit wurden in China Fortschritte bei der Entwicklung von UV-Schutzfasern erzielt, wobei der Schwerpunkt auf Polyesterfasern mit UV-Schutz liegt. Dazu gehören beispielsweise Polyesterstapelfasern, Polyester-POI, FDV, UDF und DTU. Bestimmte Polyesterfasern können bis zu 94 bis 98 % der UV-Strahlung blockieren.

Es gibt Methoden zur Herstellung von Fasern, die UV-Strahlen wirksam widerstehen, und diese können in die folgenden vier Typen eingeteilt werden.

Methode nach der Implantation

Nach Abschluss des Produktionsprozesses von Fasern wie Baumwollfasern mit dem Ziel der UV-Beständigkeit durch Methoden wie Tauch- und Färbebäder oder Drucktechniken, um UV-Schutzmittel in die Fasern einzubetten.

Copolymerisationsspinnverfahren

Beim Copolymerisationsspinnverfahren werden zunächst UV-Absorber mit Monomeren faserbildender Polymere copolymerisiert, wodurch Polymere mit UV-Schutzfunktion entstehen. Anschließend werden konventionelle Spinnverfahren zur Herstellung von UV-Schutzfasern eingesetzt. Dieses Verfahren dient hauptsächlich der Produktion von synthetischen Polyesterfasern mit UV-Schutzfunktion. Diese Fasern weisen gute UV-Schutzeigenschaften auf und absorbieren UV-Strahlen mit Wellenlängen von 280–340 nm effektiv.

Bausgeliehen SFeststecken

Mischgarne lassen sich in Mischgarne und geschnittene Mischgarne unterteilen. Diese sind auf dem Markt für synthetische Fasersorten erhältlich, die direkt versponnen werden. Der UV-Schutz dieser Fasern kann durch die Zugabe von UV-Schutzmitteln entweder zur Spinnflüssigkeit (Spinnschmelze oder Spinnlösung) oder direkt zum Polymermaterial selbst verbessert werden.

Kompositspinnverfahren

Die durch Spinnen hergestellten Fasern weisen typischerweise eine Kern-Mantel-Struktur auf, bei der die Kernschicht mit UV-beständigen Ausrüstungsmitteln imprägniert ist und die äußere Schicht aus herkömmlichen Polymermaterialien besteht.

UV-beständige Textilien

UV-beständige Textilien entstehen durch Textilveredelungsverfahren, bei denen Mittel zur Verhinderung von UV-Strahlung eingesetzt und Flüssigkeiten für die Veredelungsanwendungen vorbereitet werden, während gleichzeitig geeignete Veredelungsmethoden ausgewählt werden.

Oberflächenbeschichtungsverfahren

Durch das Aufbringen eines UV-Schutzmittels auf das Beschichtungsmittel und die anschließende Beschichtung mittels einer Beschichtungsmaschine, die durch Trocknung und Wärmebehandlung einen Film auf der Stoffoberfläche erzeugt, erzielt die Oberflächenbeschichtungsmethode effektiven UV- und Sonnenschutz auf verschiedenen Fasertypen zu geringen Kosten und ohne aufwendige Applikationstechniken oder spezielle Ausrüstung. Die Textur und die Eigenschaften der so behandelten Artikel können sich hinsichtlich ihres Aussehens, ihrer Wasseraufnahmefähigkeit und ihrer Luftdurchlässigkeit verändern. Dieses Verfahren wird typischerweise bei Materialien wie Arbeitskleidung, Sonnenschutz und Zelten eingesetzt.

Immersionsmethode

(1) Färben im gleichen Bad. Polyester-UV-Absorber sind hydrophob und haben eine gewisse Affinität zu Polyester, sodass Hochtemperatur- und Hochdruckfärbeverfahren eingesetzt werden können, um eine UV-beständige Ausrüstung und Färbung im selben Bad zu erzielen.

(2) Separates Immersionsverfahren. Wasserlösliche UV-Absorber können aufgrund ihrer Sulfonsäuregruppen im selben Färbebad wie anionische Farbstoffe, beispielsweise Säurefarbstoffe und Metallkomplexfarbstoffe, zum Färben von Wolle, Seide und Nylon eingesetzt werden. Dieses Verfahren eignet sich für Woll-, Seiden-, Nylon- und Baumwollgewebe, ist jedoch aufgrund hoher Kosten und unbefriedigender Ergebnisse für Polyestergewebe weniger geeignet.

Druckgesetz

Um die Farbbeständigkeit bedruckter Stoffe gegenüber Lichteinwirkung zu verbessern, wird eine Optimierung durch die Zugabe von UV-Absorbern zur Druckpaste sowie von Farbstoffen erreicht, die häufig für dekorative Innentextilien verwendet werden, die eine hohe Lichtechtheit erfordern; daher entscheiden sich ausländische Länder üblicherweise für UV-Absorber und Farbstoffe mit überlegener Lichtbeständigkeit für den Co-Printing-Prozess auf ihren Textilien.

Tauchwalzenverfahren

Die Immersionswalzentechnik eignet sich gut für verschiedene Stoffarten; wasserlösliche UV-Absorber können sich an hydrophile Fasern binden und unlösliche UV-Absorber können sich an hydrophobe Fasern binden, wenn sie hohen Temperaturen ausgesetzt werden, ähnlich wie beim Schmelzfärbeverfahren mit Dispersionsfarbstoffen.

Mikrokapsel PVerarbeitung

Die Herstellung von Mikrokapseln umfasst die Fertigung von Kapseln, die UV-Absorber enthalten und mit hochmolekularen Polymeren umhüllt werden. Hierbei wird Polymerisation und Mikroverkapselung simultan kombiniert. Durch die Verkapselung der Absorber im Inneren der Kapsel und die anschließende Anbindung der Mikrokapseln an Textilien mittels Klebstoffen und Vernetzungsmitteln entstehen Textilien mit einem UV-Schutz von über 85 %.

4. Bewertung der UV-Beständigkeit von Textilien

Es gibt viele Normen zur Messung der UV-Beständigkeit von Textilien, wie zum Beispiel AS/NZS 4399-1996 in Australien und Neuseeland, GB/T 18830-2009 in China, AATCC183-2014, ASTM D6603-2012, ASTM D6544-2012 in den Vereinigten Staaten usw.

Bewertungsmethode für die UV-Beständigkeit

Standardprüfverfahren

Die chinesische Norm GB/T 18830-2009 „Bewertung der UV-Schutzleistung von Textilien“ legt die Prüfverfahren für die UV-Schutzleistung von Textilien sowie die Bewertungs- und Darstellungsmethoden für den Schutzgrad fest. Laut dieser Norm gilt ein Produkt als UV-beständig, wenn der UPF-Wert über 40 und der UV-A-Durchmesser unter 5 % liegt.

Andere Testmethoden

(1) Ultraviolett-Spektrophotometer-MethodeMithilfe eines UV-Spektrophotometers als Strahlungsquelle wird ultraviolettes Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich (280–400 nm) erzeugt und auf den Stoff gerichtet. Anschließend wird der durch den Stoff hindurchtretende Strahlungsfluss mithilfe einer Ulbricht-Kugel in verschiedenen Richtungen erfasst und die UV-Transmission berechnet. Je geringer die UV-Transmission, desto besser schützt der Stoff vor UV-Strahlung.

(2) Methode der UV-Intensitätsakkumulation. Ein auf einem UV-Intensitätsakkumulator platzierter Stoff wird mit ultraviolettem (UV-)Licht bestrahlt. Die Bestrahlung erfolgt über einen bestimmten Zeitraum. Anschließend wird die kumulative UV-Strahlungsmenge gemessen und berechnet. Je geringer die kumulative UV-Strahlungsmenge ist, desto besser.

(3) Illuminameter-Methode. Unter Verwendung einer UV-Lampe als Lichtquelle und Hinzufügen von UV-transparentem Glas zum Beleuchtungsstärkemesser wird die kumulative Menge an Q8, die die Probe durchdringt, und die kumulative Bestrahlungsmenge ohne Platzierung der Probe gemessen.

(4) AusblendmethodeDie Probe wird auf die Lichtechtheitsstandardkarte gelegt, diese in 50 cm Abstand gehalten und mit ultraviolettem Licht bestrahlt, um die Zeit zu bestimmen, die die Lichtechtheitsstandardkarte benötigt, um die Farbe auf Stufe 1 zu ändern. Je länger die Bestrahlungszeit, desto besser die Schutzwirkung.

Indikatoren zur Bewertung der UV-Beständigkeit

UV-Transmissionsverhältnis

Die UV-Transmissionsmessung vergleicht die UV-Strahlung, die eine Probe durchdringt, mit der UV-Strahlung, die ohne Probe hindurchtritt. Mithilfe der Transmissionsmessung lässt sich der UV-Schutz von Textilien beurteilen und berechnen, ob die UV-Transmission eines Textils unter bestimmten Umständen unterhalb des für den Schutz der Haut vor UV-Strahlung erforderlichen Grenzwerts liegt.

UV-Schutzrate

Der UV-Schutzgrad ist ein Maß, das Verbrauchern auf einfache und verständliche Weise hilft zu verstehen, wie gut ein Produkt UV-Strahlen abblockt. Auch wenn UV-Transmissionsgrad und UV-Schutzgrad je nach Sichtweise unterschiedlich erklärt werden können, vermitteln sie im Wesentlichen die gleiche Bedeutung für den Durchschnittsverbraucher.

Lichtschutzfaktor (LSF). Schutz vor ultravioletter Strahlung (UV-Schutzstufe).

Lichtschutzfaktor (LSF) ist in Kosmetika weit verbreitet, während UV-Schutzfaktor (UPF) in Textilien zum Schutz vor UV-Strahlung eingesetzt wird. Der UPF gibt den UV-Beständigkeitsgrad von Stoffen an und ist entscheidend für die Bewertung ihrer Leistungsfähigkeit gegen UV-Strahlung.

UPF Range	PSchutz CKlassifizierung	UV TÜberweisungsbetrag (%)	UPF GRad
15~24	Besserer Schutz	6.7~4.2	15,20
25~39	Sehr guter Schutz	4.1~2.6	25,30,35
40~50,50+	Hervorragender Schutz	≤2.5	40,45,50,50+

Durchdringungsrate

In den nationalen Normen werden der UPF-Wert und die UV-A-Transmission gemeinsam als Indikatoren zur Bewertung der UV-Beständigkeit herangezogen, wobei ein UPF-Wert größer als 30 und eine UV-A-Transmission von höchstens 5 % erforderlich ist.

5. ErkundungBEGOODTEX Anti-UV Flahm–Verzögerungsmittel TTechnologie

BEGOODTEX Angebote Anti-UVflammhemmende Stoffe für Sicherheit und Langlebigkeit im gewerblichen und privaten Bereich. Unsere Anwendung in Schutzkleidung Und Materialien für die Inneneinrichtung beweist die Vielseitigkeit und Effektivität dieser Hochleistungstextilien.