Dílčí projekt: Textilie pro speciální aplikace 4. etapa: Smart textilie 4.1 Multifunkční textilie se zvýšenou odolností vůči UV-C záření - řešitel INOTEX s.r.o., TUL Souhrnná zpráva, interní norma, technologický list – Inotex (Marek), TUL (Vik) 4.1.1. Textilie se zvýšenou odolností vůči UV záření. Studie kompatibility UV absorbérů s dalšími zušlechťovacími systémy, vývoj a optimalizace aplikačních technologií. Parametrické hodnocení efektů. Vlivy konstrukce substrátu, multifunkční úpravy s aplikací UV absorbéru – souhrnná zpráva. Význam ochrany před UV zářením v poslední době nabývá na významu vzhledem ke snižování účinnosti přirozených ochranných mechanismů, tj. především úbytkem ozonové vrstvy. Textilie tedy musí chránit před slunečním UV zářením v oblasti vlnových délek 280 až 400 nm. Záření pod 280nm je kvantitativně pohlcováno horními vrstvami atmosféry. Jiná situace je však v souvislosti s úzce specializovanou profesí, svářením elektrickým obloukem, kde je škodlivé UV záření s vlnovou délkou pod 280 nm emitováno ve značné intenzitě. Problematika ochrany před UV zářením byla řešena vývojem přípravků pro úpravu textilií a technologií pro jejich aplikaci a v návaznosti na to byla sledována možnost kombinace aplikačních technologií s jinými zušlechťovacími operacemi. Pro finální úpravu textilií z celulózových vláken byl vyvinut přípravek z označením Soltex 2940 s bifunkčním reaktivním systémem, jehož prostřednictvím je přípravek kovalentně vázán na celulózu podobně jako reaktivní barviva. Soltex 2940 lze aplikovat vytahovacím postupem nebo napouštěcími postupy PAD-BATCH, PAD-DRY nebo PAD-(DRY)-STEAM. Vypracována byla i technologie jednolázňové aplikace současně s barvením reaktivními barvivy. Tímto přípravkem je v závislosti na konstrukci tkaniny dosahováno velmi dobrých ochranných účinků s hodnotami ochranného faktoru UPF (podle AS/NZS standardu 4399) v rozmezí 80-120. UPF byl stanoven na spektrofotometru Varian Cary 50 (CENTRUM TEXTIL LN00B090). Tento typ úpravy se stálostí v praní je vhodný pro letní rekreační a profesní typy textilií. Na bázi Soltexu 2940 byla vyvinuta úprava tkanin určených na ochranné obleky pro svářeče. Jde o kombinaci úpravy proti UV záření a permanentní nehořlavé úpravy. Pro tkaniny upravované Soltexem 2940 je velmi podstaný vliv konstrukce použité tkaniny či úpletu. Maximálního efektu úpravy lze dosáhnout pouze na tkaninách s malou optickou propustností.
Technická univerzita v Liberci, Fakulta textilní, Hálkova 6, 460 17 Liberec 1, Výzkumné centrum Textil, Sekce B – Textilní materiály a konstrukce textilních výrobků tel.: +420 48 5353209, fax: +420 48 5353542, http://centrum.vslib.cz
Dílčí projekt: Textilie pro speciální aplikace 4. etapa: Smart textilie Druhý systém využívá rozpuštění ve vodě nerozpustného UV absorbéru ve vhodném polymerním přípravku, přičemž se na vlákně vytvoří ochranný film, který nepropouští UV záření. Vyvinuty byly dva přípravky, a to Soltex PFL a Soltex D. První přípravek, Soltex PFL je roztok účinné látky v polyethylenglykolu, Soltex D je vodná disperse stejné sloučeniny. Soltex D je použitelný prakticky pro všechny pojidlové systémy na rozdíl od Soltexu PFL, který je vhodný pouze pro některé systémy, především zátěrové pasty. Na zátěrovách úpravách je účinek obou přípravků nejvyšší. Provozně bylo dosaženo na tkaninách ze 100% PES velmi významného zvýšení ochranného účinku. Tkanina Sluník 100% PES původní tkanina zátěr s 40 g/kg Soltexu PFL
UPF 29,6 UPF 2400
Součástí úpravy byl přípravek na bázi fluorokarbonu. Textilie se zvýšenou odolností vůči UV-C záření. Hodnocení ochranného faktoru textilií proti UV záření „UPF“ Řešení problematiky postupovalo dvěma směry reprezentovanými dvěma základními typy UV absorbéru. První typ UV absorbéru – Soltex 2940, byl vyvinut jako sloučenina s reaktivními skupinami schopnými navázat se na –OH skupiny celulózového substrátu. U úprav tímto typem absorbéru jsme zjistili permanentní ochranný účinek v oblasti UV-A (400-320nm), UV-B (320-280nm) i UV-C (< 280nm). Úprava je vhodná pro oděvní, profesní i rekreační účely. Druhý systém využívá ve vodě nerozpustného UV absorbéru ve vhodném polymeru, přičemž se na vlákně vytvoří ochranný film nepropouštějící UV záření. Protože je v tomto případě UV-absorbér situován ve vysoké koncentraci na povrchu textilie, má úprava navíc i ochranný účinek vůči substrátu a vybarvení. Při aplikaci zátěrových úprav je kromě bariérového ochranného efektu sledován i stabilizující účinek úpravy na stálosti vybarvení na světle s cílem použít pro náročné artikly místo vybarvení kypovými barvivy podstatně levnější barviva reaktivní. Při ověřovacích zkouškách bylo zátěrovými úpravami na bázi přípravku Soltex PFL zjištěno zvýšení stálostí na světle až o 3 stupně. Rovněž byla ověřeny aplikace UV- absorbéru v paropropustném zátěru (MVTR)
Technická univerzita v Liberci, Fakulta textilní, Hálkova 6, 460 17 Liberec 1, Výzkumné centrum Textil, Sekce B – Textilní materiály a konstrukce textilních výrobků tel.: +420 48 5353209, fax: +420 48 5353542, http://centrum.vslib.cz
Dílčí projekt: Textilie pro speciální aplikace 4. etapa: Smart textilie Příklady aplikací UV absorbéru zátěrovou technikou (Tab.č. 1-3): a) 100% PES (UPF 29,6) – zátěr SOLTEX D(akrylátová pasta) : Tab.č.1
SOLTEX D /g/kg/
přívažek /g/m2/
tepelné zpracování
UPF
0 30 40
36 24 32
150°C 2 min 150°C 2min 150°C 2min
< 30 1920 2400
b) 100% PES (UPF 29,6) – paropropustný zátěr (hydrofilní polyurethan), aplikace vzdušnou raklí Tab.č.2
SOLTEX /g/kg/ 50
2 D přívažek /g/m /
43
tepelné zpracování 160°C 2mmin
MVTR/%/ (BS 7209:1990)
63
UPF 1 180
d) PES/Ba 65/38 (UPF 11,8)- vodoodpudivý paropropustný zátěr (polyurethan/akrylát) technika „Crushed foam“ mezera 0,3 Tab.č.3
SOLTEX D /g/kg/
tepelné zpracování
50 120°C 2min „Crush“ + postimpregnace NUVA FSN 20g/l 160°C 3min
MVTR/%/ (BS 7209:1990)
54
UPF 673
Technická univerzita v Liberci, Fakulta textilní, Hálkova 6, 460 17 Liberec 1, Výzkumné centrum Textil, Sekce B – Textilní materiály a konstrukce textilních výrobků tel.: +420 48 5353209, fax: +420 48 5353542, http://centrum.vslib.cz
Dílčí projekt: Textilie pro speciální aplikace 4. etapa: Smart textilie Zvýšení stálostí reaktivních vybarvení na světle (Tab.č.4) : Materiál : 100% bavlna, 0,5% vybarvení reaktivními barvivy Zátěr : 50g/kg SOLTEX PFL solubilizovaný ve vodném termoreaktivním polymeru na bázi akrylátu Tab.č.4 Stálost vybarvení na světle (Sun-test) Reaktivní barvivo Původní vybarvení
Vybarvení
4-5 3 3 3-4 5-6 3-4 2-3 4 5 6 2-3 5
6 4-5 4-5 6 6 5-6 5-6 6 6-7 6-7 5 6
se
zátěrem
SOLTEX PFL C.I.Reactive Yellow 15 C.I.Reactive Orange 16 C.I.Reactive Red 198 C.I.Reactive Violet 5 C.I.Reactive Blue 19 C.I.Reactive Blue 89 C.I.Reactive Blue 203 C.I.Reactive Blue 21 C.I.Reactive Blue 38 C.I.Reactive Brown 18 C.I.Reactive Black 5 C.I.Reactive Black 31
Z výsledků je patrné výrazné zvýšení světlostálostí po aplikaci UV absorbéru zátěrovou technikou
Multifunkční úpravy a textilie V této etapě byl výzkum zaměřen na zušlechťování textilních materiálů vedoucí k zajištění funkčních efektů s důrazem na jejich vzájemné kombinace pro dosažení multifunkčních vlastností při zaručení potřebné životnosti a maximálních fyziologických vlastností upravených textilií. Pozornost byla zaměřena na kombinované ochranné efekty : permanentní nehořlavost, oleo- a hydrofobita, absorpce UV záření, permanentní antistatika. Úpravy byly prováděny jak na čistě bavlněných materiálech, tak na směsných konstrukcích bavlna/syntetické vlákno. Přitom byl posouzen vliv složení textilního substrátu na výsledné efekty s cílem maximálního využití funkcí obsažených komponent : Bavlněný podíl představuje substrát zajišťující fixaci finálních úprav a zároveň zaručuje příznivé fyziologické vlastnosti směsné konstrukce. Syntetická složka zde funguje jako zpevňující komponenta (vyšší odolnost proti mechanickému namáhání, snížení ztráty pevnosti po aplikaci finálních úprav), která současně výrazně zlepšuje odolnost textilie proti působení tepla, kdy po roztavení tvoří bariéru zabraňující tepelné destrukci bavlněného podílu.
Technická univerzita v Liberci, Fakulta textilní, Hálkova 6, 460 17 Liberec 1, Výzkumné centrum Textil, Sekce B – Textilní materiály a konstrukce textilních výrobků tel.: +420 48 5353209, fax: +420 48 5353542, http://centrum.vslib.cz
Dílčí projekt: Textilie pro speciální aplikace 4. etapa: Smart textilie Multifunkčí úpravy s aplikací UV-absorbéru Byl proveden výzkum aplikace UV-absorbérů v rámci multifunkčních úprav pracovních keprů z důvodu zvýšení přidané hodnoty těchto artiklů o efekt zvýšené odolnosti a ochranné funkce při sváření elektrickým obloukem, kde je emitováno ultrafialové záření v oblasti vlnových délek UV-C (pod 280nm) Z fyziologických důvodů a z hlediska typu úprav i následné údržby těchto materiálů byl k aplikacím vybrán UV absorbér reaktivního typu SOLTEX RC (INOTEX), který byl aplikován na vybarvené zboží na laboratorním džigru. Ověření kompatibility TEXAFLAM PSE.
UV-absorbéru
s permanentní
nehořlavou
úpravou
Dva kepry rozdílné plošné hmotnosti (400 a 270g/m2) byly po reaktivním vybarvení následně upraveny UV-absorbérem SOLTEX RC ve dvou koncentracích (5 a 7% z hmotnosti materiálu. Nakonec byla provedena permanentní nehořlavá úprava produktem TEXAFLAM PSE. Materiály byly vystaveny celkem 40 hodinám sváření elektrickým obloukem a následně bylo vyhodnoceno množství fosforu (i po praní při 60°C) na tkanině, vyhodnocena hořlavost podle ČSN EN 532 a pevnost v tahu podle ČSN EN ISO 13934-1. Tab.č. 5 : Vliv aplikace UV-absorbéru reaktivního typu na obsah fosforu, nehořlavost a mechanické vlastnosti následně nehořlavě upraveného bavlněného kepru po expozici sváření el.obloukem (doba expozice 40 hodin) kepr 100% ba 400g/m2 P/%/ hořlavost ČSN pevnost UPF EN 532 v tahu /N/ú původní materiál 953 17 FR úprava 2,32 splňuje kriteria 759 17 FR+ 5% UV 2,32 splňuje kriteria 773 > 1000 FR+ 7% UV 2,30 splňuje kriteria 763 > 1000 FR +5% UV praní 2,30 splňuje kriteria 762 > 1000 FR + 7% UV praní 2,29 splňuje kriteria 770 > 1000 Pozn. : UPF je vzhledem ke konstrukci a vybarvení tkaniny vždy > 1000 (tkanina nepropouští záření). UV se přidává pro zvýšení ochrany materiálu a vybarvení (ne lidské pokožky)
kepr 100% ba 270g/m2
P/%/
původní materiál FR úprava FR+ 5% UV FR+ 7% UV FR +5% UV praní FR + 7% UV praní
2,38 2,32 2,30 2,30 2,29
hořlavost ČSN EN 532 splňuje kriteria splňuje kriteria splňuje kriteria splňuje kriteria splňuje kriteria
pevnost v tahu /N/ú 641 506 590 575 516 525
UPF 17 17 > 1000 > 1000 > 1000 > 1000
Pozn. : UPF je vzhledem ke konstrukci a vybarvení tkaniny vždy > 1000 (tkanina nepropouští záření). UV se přidává pro zvýšení ochrany materiálu a vybarvení (ne lidské pokožky)
Technická univerzita v Liberci, Fakulta textilní, Hálkova 6, 460 17 Liberec 1, Výzkumné centrum Textil, Sekce B – Textilní materiály a konstrukce textilních výrobků tel.: +420 48 5353209, fax: +420 48 5353542, http://centrum.vslib.cz
Dílčí projekt: Textilie pro speciální aplikace 4. etapa: Smart textilie Množství fixovaného fosforu se ani po praní vlivem aplikace UV-absorbéru před nehořlavou úpravou nesnížilo. Po expozici sváření za daných podmínek nedošlo ke snížení pevností v tahu. Vzhledem k tomu, že se jednalo o materiály s relativně vysokou plošnou hmotností navíc sytě vybarvené, je ochranný faktor UPF > 1000 (spektrofotometr Cary 50 Varian – INOTEX). Obě úpravy jsou tedy vzájemně kompatibilní. Účinnost absorbce UV záření je zřejmá z následujícího grafu : Obr.č. 1 : Závislost transmise na vlnové délce – porovnání neupravené bavlny a bavlny po aplikaci UV- absorbéru. Permanence va praní při 60°C 35%
30%
Transmise [%]
25%
20%
15%
–– Bavlna –– Úprava UV absorbérem –– 10 x praní
10%
5%
0% 280
330
380
430
480
v lnov á délka [nm]
Uvedená multifunkční úprava je tedy vhodná pro ochranné pracovní oděvy pro svářeče a příbuzné profese, kde jednak chrání zdraví člověka a zároveň prodlužuje životnost textilie. Kombinovaná multifunkční úprava materiálu s antistatickým vláknem Materiály :
kepry Bristol 230g/m2 a Antistat 300g/m2 ba/PES/antistat (vodivé vlákno) 93/5,5/1,5 po reaktivním vybarvení
a) Aplikace UV absorbéru na džigru : 1:5 (postup jako u reaktivního barvení) : 6% Soltex RC, 60°C, po 10min sůl 50g/l 15 min, pak 10g/l soda, 2ml/l 38°Bé NaOH, 45 min, mydlení Stabilizátor 709 60-70°C, praní. b) nehořlavá úprava TEXAFLAM PSE c) hydrofobní úprava NUVA FSN (50g/l – fluorokarbon)
Technická univerzita v Liberci, Fakulta textilní, Hálkova 6, 460 17 Liberec 1, Výzkumné centrum Textil, Sekce B – Textilní materiály a konstrukce textilních výrobků tel.: +420 48 5353209, fax: +420 48 5353542, http://centrum.vslib.cz
Dílčí projekt: Textilie pro speciální aplikace 4. etapa: Smart textilie Tab.č. 5 a 6 : Multifunkční úprava pracovních keprů s obsahem antistatického vlákna : UVabsorbér, nehořlavost, oleo/hydrofobita, permanentní antistatika bavlna/PET/antistat 93/5,5/1,5 výsledné parametry kepr 3/1 300g/m2, reaktivní vybarvení (Antistat) hořlavost ČSN EN 532 nehoří hořlavost ČSN EN ISO 6940 nezapálí se do 20s pevnost v tahu /N/ o : 610 ú : 4925 obsah fosforu na tkanině /%/ 2,15 po 5. praní 2,00 nepromokavost (Spray test) 5 oleofobita 5 povrchový odpor /Ω/ < 108 UPF > 1000 (materiál nepropouští světlo) bavlna/PET/antistat 93/5,5/1,5 kepr 3/1 230g/m2, reaktivní vybarvení (Bristol) hořlavost ČSN EN 532 hořlavost ČSN EN ISO 6940 pevnost v tahu /N/ obsah fosforu na tkanině /%/ nepromokavost (Spray test) oleofobita povrchový odpor /Ω/ UPF
výsledné parametry nehoří nezapálí se do 20s o : 538 ú : 340 2,21 po 5. praní 2,13 4 5 < 108 > 1000 (materiál nepropouští světlo)
Pozn. : UPF je vzhledem ke konstrukci a vybarvení tkaniny vždy > 1000 (tkanina nepropouští záření). UV se přidává pro zvýšení ochrany materiálu a vybarvení (ne lidské pokožky)
Aplikace Soltexu RC silně mění odstín vybarvení (posun dožluta)
Technická univerzita v Liberci, Fakulta textilní, Hálkova 6, 460 17 Liberec 1, Výzkumné centrum Textil, Sekce B – Textilní materiály a konstrukce textilních výrobků tel.: +420 48 5353209, fax: +420 48 5353542, http://centrum.vslib.cz
Dílčí projekt: Textilie pro speciální aplikace 4. etapa: Smart textilie 4.1.2. TECHNOLOGICKÝ LIST Název: TEXTILIE SE ZVÝŠENOU ODOLNOSTÍ VŮČI UV ZÁŘENÍ UV ABSORBERY SOLTEX 2940, SOLTEX PFL, SOLTEX D Hlavní efekty: výroba textilií s ochranným účinkem proti UV záření. Jde o tkaniny pro slunečníkoviny, ochranné přístřešky, případně stanovky a plachtoviny. Dále jsou to tkaniny pro oděvní účely. Porovnání efektů se standardy: Pokud jde o porovnání parametrů , pak lze konstatovat, že z hlediska propustnosti UV záření jsou textilie s úpravou na takové úrovni, že zvyšují ochranný faktor z hodnot 2 – 3 na 30 – 60 v případě úprav reaktivním typem přípravku (SOLTEX 2940) a na hodnoty vyšší než 100 u úprav zátěrových s využitím SOLTEXU D a SOLTEXU PFL. To platí pro tkaniny bez nehořlavé úpravy. Nehořlavou úpravou se tento faktor poněkud zhorší. Potřebná zařízení: pro první typ tkanin, barierové textilie, je nutné aplikovat vlastní úpravu na vhodném zátěrovém zařízení, tedy na kombinaci zátěrového adaptéru a sušícího rámu. Pro tkaniny a úplety určené na oděvní účely je nutné provést úpravu na některém zařízení určeném pro běžné postupy barvení, tj.na barvícím džigru, fuláru, hašpli, provazcovém zařízení typu Over flow nebo na barvicí hot flue
Technická univerzita v Liberci, Fakulta textilní, Hálkova 6, 460 17 Liberec 1, Výzkumné centrum Textil, Sekce B – Textilní materiály a konstrukce textilních výrobků tel.: +420 48 5353209, fax: +420 48 5353542, http://centrum.vslib.cz
Dílčí projekt: Textilie pro speciální aplikace 4. etapa: Smart textilie Základní receptura: Zátěrové úpravy: zátěrová vazba s filmotvorným polymerem např. na bázi polyakrylátu. SOLTEX D 40 – 80 g/kg-1 nebo SOLTEX PFL 40 – 80 g/kg-1 Po nánosu pasty ,zasušení a kondenzace při 130 – 150°C 1-3 min. podle typu pojiva.
Úpravy oděvních textilií - vytahovací postup: SOLTEX 2940 4–7% Sůl průmyslová 60 g/l NaOH 50% 1 – 1,5 ml/l soda 5 – 8 g/l aplikace při 50°C :
15´
15´
45´ 50°C
přípravek
sůl
klocování na fuláru: SOLTEX 2940 NaOH 38° Bé
alkalie
50 – 70 g/l 18 – 22 ml/l
Odležení v zábalu 12 -/8 hod. Po úpravě vždy následuje praní a neutralizace kyselinou citronovou nebo octovou.
Technická univerzita v Liberci, Fakulta textilní, Hálkova 6, 460 17 Liberec 1, Výzkumné centrum Textil, Sekce B – Textilní materiály a konstrukce textilních výrobků tel.: +420 48 5353209, fax: +420 48 5353542, http://centrum.vslib.cz
Dílčí projekt: Textilie pro speciální aplikace 4. etapa: Smart textilie Chráněné části (know how, průmyslový vzor, patent):
Know-how je majetkem spol. s r.o. INOTEX Ekonomická rozvaha: Podle intenzity požadovaného účinku se náklady na úpravu 1 m textilie s hmotností 250 g/bm pohybují od 10 do 18 Kč
Realizace v : Postup zátěrové úpravy je zaveden pro slunečníkoviny v a.s. Slezan. V řadě podniků byly provedeny zkoušky úprav pro oděvní účely permanentním přípravkem Soltex 2940. Je ověřována kombinace úpravy proti UV záření a úpravy nehořlavé.
Dostupnost technologie : Technologie zátěrových úprav se Soltexem PFL a Soltexem D je prakticky ve stádiu provozního náběhu a je plně realizovatelná v jakémkoliv rozsahu. Úprava textilií reaktivním přípravkem Soltex 2940 je vázáno na výrobu přípravku, jehož produkce je rentabilní pouze za předpokladu dostatečného odbytu
Technická univerzita v Liberci, Fakulta textilní, Hálkova 6, 460 17 Liberec 1, Výzkumné centrum Textil, Sekce B – Textilní materiály a konstrukce textilních výrobků tel.: +420 48 5353209, fax: +420 48 5353542, http://centrum.vslib.cz
Dílčí projekt: Textilie pro speciální aplikace 4. etapa: Smart textilie 4.1.3. Standardy pro hodnocení oděvů : UV-absorpce AUS / NZ 4399 Australian and New Zealand Standard „Sun protective clothing – Evaluation and Classification (1996) BS 7914 (1998) „Method of test for penetration of erythemally weighed solar ultraviolet radiation through clothing fabrics“, nyní nahrazen BS EN 13758-1 „Textile Solar UV Protective Properties Part 1 : Method of test for apparel fabrics“ AATCC 183 (stálosti v chlórované vodě) (1998) UK BS 7949 (specifikace požadavků pro dětské oděvy) (1999) BS EN 13 758-2 (2002) „Textile Solar UV Protective Properties Part 2 : Classification and Marking of Apparel“
Přednášky a prezentace : ♣ „UV Cutting – Multifunctional Finishing of Textiles“ (přednáška, poster) Marek J., Dvorský D. – INOTEX, Czech Republic 19th IFATCC Congress Paris, October 2002 ♣ „Multifunkční úpravy textilií” (přednáška) Martinková L., Marek J., - INOTEX Seminář „Textilie na prahu nového tisíciletí”, TU Liberec, duben 2002
Technická univerzita v Liberci, Fakulta textilní, Hálkova 6, 460 17 Liberec 1, Výzkumné centrum Textil, Sekce B – Textilní materiály a konstrukce textilních výrobků tel.: +420 48 5353209, fax: +420 48 5353542, http://centrum.vslib.cz
