UTICAJ STRUKTURNIH PARAMETA NA SVOJSTVA MATERIJALA SA UV ZAŠTITOM

UTICAJ STRUKTURNIH PARAMETA NA SVOJSTVA MATERIJALA SA UV ZAŠTITOM

Uticaj hemijske strukture vlakana

Poznato je da tip vlakna utiče na UV transmisiju, sa razlikama u apsorpciji između vlakana, npr pamuk prenosi manje zračenja od ostalih prirodnih vlakana, a poliester ima jaku apsorpciju u UV-B regionu. Sastav tkanine je još jedan važan faktor u određivanju stepena UV zaštite, jer vlakna mogu imati različita apsorpciona svojstva zračenja.

Nedavne studije su pokazale da sintetička vlakna, poput poliestra pružaju dobru zaštitu od UV zračenja, ali su vodonepropusni i zbog toga su neprijatni za nošenje na visokim temperaturama.

Prirodna vlakna, kao što su pamuk i lan, se najčešće koriste za izradu letnje odeće, i njihovo korišćenje, kao i korišćenje drugih prirodnih vlakana, kao što je konoplja, se i dalje povećava zbog svojih hipo – alergenih svojstava.

Većina istraživača UV zaštite na prirodnim vlaknima, se fokusiraju na svojstva pamuka. Svojstvo vlakana da blokira UV zrake zavisi od hemijske strukture vlakana. Generalno, utvrđeno je da vlakna koja imaju veliki konjugovani aromatični sistemski polimer, kao što je poliester, efikasnije blokiraju UV zrake.

Poliester (PES), aromatični polietilenteraftalat (PET), koji su takođe veoma hidroskopna vlakna, su poznata po svom visokom zaštitnom faktoru prozračnosti  UV zraka. Poliester sadrži benzenov prsten u svom polimernom lancu, i ova činjenica može objasniti povećanu apsorpciju UV svetlosti. Polieser nudi bolju zaštitu od pamuka. Prisustvo boje značajno povećava zaštitu. Sposobnost PES-a da blokira UV zrake je dodatno poboljšano dodavanjem delusteranta kao što je TiO₂.

Konoplja ima izuzetna zaštitna svojstva. Beli pamuk, lan i viskozni rejon nude malu zaštitu od UV zraka. Najlon, akril i acetat takođe nisu dobri inhibitori UV zračenja.

U pogledu sadržaja vlakana, evidentno je prisustvo poliestra u mešavinama materijala, što povećava njihov UV faktor. Mešavina poliestra i pamuka obezbediće znatno bolju zaštitu, nego sam pamuk. Takva mešavina (PES/pamuk) će obezbediti povećano upijanje, a samim tim i povećanu udobnost u letnjem periodu.

Što se tiče pamučne tkanine, podjednako je jasno da bez obzira na konstrukciju tkanine, nedorađene daju bolju UV zaštitu. Uzorci pamuka nude manju zaštitu od sličnih poliesterskih.

Prenos UV zraka kroz tkaninu zavisi od talasne dužine. Uzorci PES-a poseduju prepoznatljiv obrazac UV prenosa koji se značajno povećao na 313nm, u blizini granice između UV-A i UV-B zračenja. Ovaj obrazac je važno istaći jer PES nudi manju zaštitu od UV-A nego od UV-B zračenja.

Difuzno ultraljubičasti spektar prenosa kroz pamuk i modalna vlakna predstavlja rastuću krivu sa talasnom dužinom, koja se povećava kod UV-B zračenja, ali ne i kod UV-A. Iako postoji blokada UV zračenja, prosečne vrednosti transmisije u kompletnom UV spektru su preterano visoke, tako da tkanina ne pruža dovoljnu zaštitu.

Riva i Algaba su izvestili da se modalno solarno vlakno, specijalno dizajnirano za odeću sa UV zaštitom, pokazalo kao veoma efikasno i funkcionalno. Iako je struktura ovih vlakana slična pamuku i modalnim serijama, UV faktor zaštite je znatno veći. Važno je napomenuti da modalno solarno vlakno apsorbuje veliki deo zračenja UV-B talasnih dužina. Ova vrsta zračenja je najštetnija za ljudsku kožu. Iz tog razloga je to više ponderisana UV formula. Dakle, blokiranje UV-B zračenja je izuzetan pomak u UV zaštitnim vrednostima tkanine.

Struktura tkanine je još jedan faktor koji utiče na zaštitu od UV zračenja. Ipak UV zaštita kod pamuka ili modalnih vlakana je manje osetljiva na promene u strukturi od modalno solarnog vlakna.

Uticaj strukture pređe

Uvijanje pređe se pokazalo kao važna determinanta u svojsvima UV zaštite, kroz efikasnosti vlakana u predivima, kao i kroz uticaj na njegovoj površini. Stanković je izvestio da struktura pređe ima značajan uticaj na UV zaštitu, najčešće kroz pletene tkanine, jer vazduh utiče na “raspodelu prostora” unutar tkanine, tj na njenu otvorenost.

Razmak između prediva je potvrđen kao bitna determinanta u otvorenim tkaninama. Nivo uvijanja utiče na razmak između pređa. Od kako se uvijanjem određuje jezgro i površinska geometrija pređe, karakteristika površine bi trebala da bude poznat parametar, kako bi se procenila raspodela veličina pora tkanine.

Uvijanje pređe je u velikoj meri uticalo na UV zaštitna svojstva, najčešće pletenih tkanina, zvog svoje kompaktnosti i površinskih svojstava, što je zauzvrat uticalo na otvorenu poroznost materijala. Treba reći da su svojstva UV zaštite pletenih tkanina pod uticajem razlika u gustini, zbog nivoa uvijanja pređe.

Uticaj tipa tkanja

UV faktor zavisi od tipa tkanja.

Poznato je da se u satenskom tkanju može ostvariti veće krivljenje / potke po gustini, nego sa keper ili platno prepletajima, tako da su makro pore manje, pa samim tim i UV zračenje ima manje prostora da prođe. Osim toga, makro pore u ravnijoj tkanini ima veoma stabilnu formu, kao posledica viših prolaza niti. Sa druge strane, pore na satenskim materijalima nisu toliko stabilne zbog manje prolaznosti niti, i imaju tendenciju da se zajedno grupišu, što dodatno smanjuje slobodan prostor.

Prema Dubovskom i Golobovom, veća gustina osnove / potke znači veće zatezanje, a samim tim i bolja UV zaštita. Makro pore, kao trodimenzionalne forme, su veće i više stabilne u platno prepletaju, u poređenju sa satenskim ili keper prepletajem tkanine iste poroznosti. Manji obim poroznosti znači veći UV faktor. Istraživanja su pokazala da tkanine u saten prepletaju daju najbolju UV zaštitu. Ovo se može objasniti svojstvima satenskog prepletaja, koji ima najveći pokrivni faktor zbog specifičnog rasporeda preplitajnih tačaka, ali i drugačijeg oblika pora u odnosu na platno prepletaj.

Uticaj gustine i tačaka tkanja pređe

Prema Sakraru i Kruvsu, moguće objašnjenje za negativnu korelaciju između tačaka tkanja pređe i UV zraka, je činjenica da tkanine koje su tanje imaju tendenciju da sadrže finije pređe, i samim tim imaju najviše dodirnih tačaka.

Uticaj težine i debljine tkanine

Sarkar (Sarkar International – Kolkata) je izvestio da konstrukcioni parametri težine i debljine tkanine pozitivno utiču na vrednost UV zračenja. Veća težina i deblji materijal, veći stepen zaštite koju priža tkanina.

Težina i debljina tkanine su važni preduslovi za vrednost UV zaštite nebojene pamučne tkanine. Generalno, utvrđeno je da povećanje težine i debljine nije u linearnoj vezi za UV zracima.

Po Dejvisovom izveštaju, solarni zaštitni faktor se povećava povećanjem mase i težine, ali veza takođe nije linearna. Debljina tkanine je važna u smislu same debljine, ali ne i gustine, gušće tkanine imaju tendenciju da manje propuštaju UV zračenje.

Uticaj poroznosti tkanine i pokrivni faktor

Konstrukcija tkanine je primarna determinanta poroznosti, praćena težinom tkanine. Bliže tkanje ili pletenje, manje UV zračenje. Razmaci između pređa su generalno širi u tkanim nego u pletenim tkaninama, i platno prepletaj ima manju poroznost nego ostali prepletaji.

Povećanjem težine po jedinici površine, takođe se smanjuje poroznost tkanine.

Debljina je takođe korisna za razumevanje promenljivih razlika u UV zaštiti između tkanina.

Pokrivanje tkanine ili sposobnost pokrivanja, odnosno punoća tkanine, u suštini predstavlja odnos površine tekstilnog materijala u tkanini i površine koju ta tkanina zauzima.

Za vrednovanje pokrivanja tkanine, koriste se linearni procenat pokrivanja osnove, odnosno potke, procenat pokrivanja tkanine i koeficijent pokrivanja.

Linearno pokrivanje osnove, odnosno potke je odnos površine osnove, odnosno potke, i površine koju zauzima tkanina. Na slici 17 dat je šematski prikaz pomenutih površina, gledano na elementu tkane strukture u platno prepletaju

Pokrivanje osnove (p_o), odnosno potke (p_p)  je:

odakle sledi da je linearni procenat pokrivanja osnove (P_o), odnosno potke (P_p):

 

Pokrivanje tkanine (p_T) predstavlja odnos površine tekstilnog materijala u tkanini i površine koju ta tkanina zauzima. Pokrivanje tkanine je dato jednačinom:

Procenat pokrivanja tkanine (P_T) je:

Pokrivanje tkanine utiče na njene izolacione karakteristike, poroznost, propustljivost tečnosti i gasa i slično.

Kada se govori o pokrivanju tkanine, čini se da tkanina sa većom procentom pokrivanja pruža bolju UV zaštitu. Pokrivni faktor 28 znači da se sve pređe međusobno dodiruju i samim tim znači da bi trebala, u teoriji, da propušta jako malo UV zračenje.

Pozitivna korelacija između težine i debljine tkanine sa UV vrednostima se može objasniti u odnosu poroznosti. Poroznost je mera restruktivnosti za tkanje, koja se naziva i pokrivni faktor. Bliže tkanje, veći procenat površine koje zauzimaju prediva i veća otpostnost na UV zračenje. Pokrivni faktor je povećan povećanjem težine po jedinici površine. Teža tkanina smanjuje UV prenos po osnovu postojanja manjih razmaka između prediva, čime blokiraju veće zračenje.

Promenljiva veza je i debljina. Deblje, gušće tkane tkanine prenose manje UV zračenje i imaju veći pokrivni faktor.

Prema Kapjaku, u vezi sa konstrukcijom tkanine, poroznost je predodređena da bude najbolji predskazivač UV zraka kod belih i nebeljenih tkanina. Platno prepletaji imaju manju poroznost zbog dvostrukih slojeva vlaknastih materijala. Poroznost tkanine je takođe razlog zbog čega su pletene tkanine manje otporne na UV zrake, jer zbog svoje otvorene strukture prižaju manju zaštitu. U pletenim tkaninama petlje se izvuku kroz prethodno formirane petlje, tako da su dvostruki slojevi retki.

Efekat strukture tkanine je bila u vezi sa pokrivnošću pletenih ili tkanih tkanina, sa smanjenim ili bliže povezanim „rupama“ u tkanini, kako bi na taj način bio manji prenos UV zraka. Uticaj tkanine je takođe povezan sa stepenom pokrivnosti, odnosno sa intersticijalnim prostorom koji je prisutan u određenim tkaninama, u zavisnosti od tipa vlakna, strukture, i/ili debljine.

Dobrovski i Golob su ukazali na pokrivnost tkanine kao na jedan od važnih parametara koji predstavljaju strukturu tkanine, ali je njegova mana nedostatak uticaja tkanja.

Veza između pokrivnog faktora i UV zračenja sledi eksponencijalnu funkciju, sa veoma visokim indeksom korelacije (0.97). Veća pokrivnost – veća

UV zaštita. Veći faktor pokrivnosti bi značio veću UV zaštitu, ali ta korelacija nije linearna i zavisi od boje tkanine. Gabrijelčič je došao do zaključka da konstrukcija sa manje od 5% otvorenosti površine, pruža odličnu zaštitu (UV faktor iznad 50), dok konstrukcije sa manje od 10% otvorenosti površine daju vrlo dobru zaštitu (UV faktor iznad 20).

U opsegu od 95% alaziranih tkanina, generalno se mogu podeliti u tri grupe u pogledu njihove efikasnosti od UV zračenja: tkanine tamnih boja (crna, plava) sa veoma visokim UV vrednostima, tkanine sa hromatskim svetlijim bojama (žuta, crvena, zelena) sa UV vrednostima koje su za pola manje od tamnijih boja, i bele (beljene) u kojima UV zaštita nije postignuta, bez obzira na stepen pokrivnog faktora.

  Uticaj bojenja

Boje su selektivni apsorberi vidljive svetlosti. Većina boja apsorbuju svetlost u opsegu između 400 i 700 nm, a neke takođe apsorbuju svetlost i u bliskom UV opsegu. Na tekstilu, te boje često pružaju jako dobar efekat blokiranja UV zraka.

Nebojen i netretirani pamuk (pleten ili tkan), ima visoku UV transmisiju, pa je shodno tome male UV zaštite. Međutim, bojene tkanine mogu da obezbede bolju zaštitu od nebojenih. Mada ova zaštita zavisi od tipa boje, kao i koncentracije i vrste materijala. Hemijske unakrsno povezane nebeljene tkanine, sa UV apsorberom, izgleda daju najbolji način da se poveća UV zaštita.

Boja za tkanine takođe ima fundamentalni značaj za UV zaštitu, jer bojene tkanine više štite od nebojenih, a samim tim raste i nivo koncentracije bojenja. Generalno, svetlije boje reflektuju solarno zračenje bolje od tamnih, omogućavajući zračenju da prodre kroz tkaninu sa rasejanjem. Sa istom kontrukcijskom strukturom i bojenjem, tamnije nijanse pružaju veći UV faktor. Crna, teget plava, tamno zelena itd.. značajno poboljšavaju UV zaštitu, u odnosu na svetle pastelne boje. Međutim, pojedine nijanse mogu znatno varirati u nivou UV zaštite, zbog specifičnog prenosa i apsorpcionih karakteristika. Obojena tkanina obezbeđuje bolju zaštitu od Sunca, nego izbeljena.

Na prirodno – pigmentisani pamuk, su veće UV vrednosti nego na konvencionalni (beljeni ili nebeljeni).

Gorensek i Sluga su u svom izveštaju napomenuli da je uticaj između boja i UV zaštite veoma velik, i da struktura molekola koja se farba igra značajnu ulogu.

Pored transmisije i refleksije UV zračenja, apsorpcija od strane molekula je veoma bitna. Duboko bojene PES tkanine pokazuju inzvarednu UV zaštitu. Mogućnost apsorpcije UV svetlosti u kratkom periodu je verovatno posledica formiranja veza između molekula farbe i molekula koji se boje, i između molekula koji se boje i vlakana.

Gis je pokazala da bojenje tkanina u dubljim nijansama i sa tamnijim bojama poboljšava zaštitu od Sunca. A prema Sarkaru, K/S vrednosti obojenih tkanina, koje su mera dubine / jačine izgleda boje, ukazuju da tamnije boje povećavaju UV vrednosti. Međutim, odnos K/S  mera i UV faktora je ograničena na istu vrstu tkanine, pa rezultati ne mogu biti generalizovani za druge vrste tkanine. Sarkar je takođe došao do zaključka da je UV nebojenih tkanina značajno poboljšan bojenjem sa prirodnim kolorantima, posebno na tkaninama koje se tkaju platno i saten prepletajem, a koje nebojene imaju jako malu UV zaštitu.

Stepen zaštite nakon bojenja, je funkcija koncentracije koloranta u tkanini.

U okviru istog tipa materijala, kao procenat dubine boje, povećana je i vrednost UV faktora. Pored toga, tamnije boje kao što je indigo, obezbedio je bolju zaštitu na račun visokog UV apsorbovanja.

Uticaj beljenja

Izbeljivanje je uklanjanje nečistoća iz hidrofobnih tkanina. Optički agensi za izbeljivanje, takođe poznati kao fluorescentni agensi za izbeljivanje, su slaba hemijska jedinjenja koja apsorbuju svetlost u jednom talasu i reemituju energiju na drugoj talasnoj dužini. Oni imaju efekat beljenja “belji od belog”.

Pripremni tretmani, koji idu pre bojenja i dorade, kao što su merenje i parcijalno izbeljivanje, imaju štetan efekat na UV zaštitnim sposobnostima tkanine. Tako se u praktičnom smislu letnja odeća nosi da bude što laganija, ali beljeni pamuk nije baš pametan izbor u zaštiti od UV zračenja. Međutim, jednostavan izbor “naborane” odeće, sa optičkim agensima za izbeljivanje, može biti dovoljna zaštita. Uključivanje izbeljivanja u proces (npr. uklanjanje prirodnih pigmenata i lignina koji deluju kao UV apsorberi), i uvođenje optičkih izbeljivača i fluoroscentnih agenasa, utiče se na prenos UV zračenja.

Kruvs i Kuriskisa su u svom izveštaju naveli da izbeljivanje znatno povećava prozračnost pamučnih tkanina, i otežava njihovu zaštitu od UV zračenja. Bela boja ne pruža dobru zaštitu od UV zračenja, bez obzira na strukturne parametre uzorka. Čak i u većini čvrsto tkanih tkanina i maksimalno pokrivih uzoraka, UV vrednost je nedovoljna zbog izbeljivača, i posledično, zbog male UV apsorpcije. Zou i Kruvs su pokazali da optički agensi za izbeljivanje, koji se koriste

u deterdzentima kako bi se poboljšalo pranje, smanjuju sposobnost blokiranja UV zraka na pamuku i na mešavinama pamuk / poliester.

Uticaj enzimskih tretmana

Celulaza je jedan od važnih enzima koji se koristi prilikom pletenja tkanine, kako bi se poboljšala glatkost tkanine, proces se naziva bio-poliranje.

Bio-poliranje je sada već uobičajena procedura čišćenja površine pletene tkanine, koja ima povećanu maljavost i nope, kao i kod dužeg bojenja u mašini sa mlaznicama. Celulaza, kao i ostali enzimi je biološki katalist koji se privremeno vezuje za tkaninu tokom tretmana. Nije poznato da reakcije prilikom bio-poliranja dovode do kidanja veza izmđu grupa. Međutim, enzimska reakcija celulaze na površini pamuka je fenomen koji dovodi do značajne promene. Nasuprot efektu prilikom UV procesiranja, bio-hemijske obrade izgledaju korisno nakon dimenzionisanja, a posebno nakon izbeljivanja, koje ima negativan uticaj na UV vrednost.

   Uticaj izduženja i naslojavanja

Izduženje, boja i naslojavanje takođe utiču na transmisiju, s tom razlikom što variraju u zavisnosti od tipa tkanine. Transmisija je takođe pogođena interakcijom između drugih promenljivih, npr efekat izduženja varira između nijanse boja.

Izduženje i naslojavanje su takođe modifikovana zaštita, ilustrujući važnost uticaja dizajna prilikom odabira odeće. Izabirom tamne boje, limitira se širenje i naslojavanje tkanine, što se pokazalo kao efikasan način za povećanje UV zaštite. Međutim efekat u boji, izduženju i naslojavanju varira u odnosu na tip tkanine koja se modifikuje za različito: UV-A ili UV-B zračenje. UV-A i UV-B su u različitom spektru zračenja, pa su i varijacije prilikom modifikacija različite. Npr. glavni efekat boje je na UV-A delu, dok su vlažnost, izduženje i slojevitost fokusirani na UV-B zračenje. Takve razlike mogu imati implikacije prilikom merenja vrednosti UV zaštite.

Dvoslojne nebojene tkanine rezultiraju 3.5 puta većom UV vrednošću nego u jednom sloju. Veći UV index je pokazala i kombinacija nebojene tkanine sa bledo bojenim tkaninama.  Najveće UV vrednosti će se pokazati prilikom kombinovanja nebojene i tamno bojene tkanine. UV takvih kombinacija je povećan za 30 puta.

  Efekat UV apsorbera

Kruvs i Algba su sproveli studije kako bi ispitali faktore koji utiču na UV zračenje prilikom transmisije na nebojenim tkaninama. Zaključeno je da je poroznost jedan od najboljih prediktora UV blokiranja na nebojenoj pletenoj tkanini.

Druge studije koje su bile fokusirane na unapređivanje UV zaštite, primenile su dostupne komercijalne UV apsorbere (kao što su Cibateks, UV faktor za pamuk, i pamučne mešavine, zatim Cibafast za vunu, svilu i poliamidna vlakana, i njegove mešavine, kao i Cibateks APSTM za poliester i njegove mešavine).

Nedavna istraživanja su usmerena na izmeni površine pamučne tkanine pomoću sol-gel metode. Titanijum hidroksil pripremljen od terabutil titanijuma [Ti(OCH2-CH2CH2CH3)4] i fluoroscentnih agenasa za izbeljivanje, su primenjeni tokom sol-gel metode za poboljšanje UV zaštite pamučnih tkanina, dok je za unapređenje UV faktora korišćen poliakrilat tokom procesa pranja. U drugoj studiji titanijum nanozol je sintetizovan od titanijum teraizopropoksida, i kao takav je primenjen na pamučne tkanine [Ti(OCH(CH3)2)4].

  UV standard 801

TESTEX je član Internacionalnog društva za testiranje UV zaštite. UV standard 801 je preporučljiv za korišćenje i merenje UV zaštitnog faktora odeće. Tokom testiranja tekstilni materijal je opran, pa samim tim i vlažan kako bi se obezbedilo lakše manevrisanje prilikom merenja. Tekstili koji se koriste kako bi obezbedili senku kao što su suncobrani, tende i beljene stolice, tretiraju se pre merenja u uslovima u kojima bi inače bili.

UV vrednost koja se uzima prilikom merenja je Melburnsko Sunce u Australiji, kao i najosetljiviji tip kože.

[1] Unitech – International Scientific Conterence, Gabrovo  

[2] AUTEX Research Journal Vol.7, Departman od Textile Technology, Bannari Amman Institute Of Technology

[3] TESTEX AG, Schweizer Textilprüfinstitut

[4] www.wikipedia.com

[5] www.uvstandard801.com

[6] www.exaltcom.com

[7] www.clemson.edu

[8] www.technicaltextile.net

[9] www.umich.edu