印花工藝制備耐黃變蠶絲及其光老化性能

王宗乾，張盼盼，方寅春，徐晶晶，李長龍

(1.安徽工程大學 紡織服裝學院，安徽 蕪湖 241000；2.安徽省紡織印染行業技術中心，安徽 蕪湖 241000)

蠶絲用于紡織服裝領域已有數千年的歷史，蠶絲織物具有珍珠般的光澤，柔軟滑爽的手感，以及優良的透氣排汗、天然保健等功能[1]，自古以來享有“纖維皇后”的美譽。但蠶絲自身的耐光穩定性能較差，白色或淺色蠶絲織物在服用過程中容易泛黃，經長時間光照后，還將產生明顯的光脆損現象，織物的服用性能與外觀質量明顯降低[2-3]。因此，提升織物的耐光穩定性能已成為蠶絲印染加工的重要工序。

通過配制含有紫外線吸收劑的工作液，并基于染色或后整理工藝對蠶絲織物進行處理，可顯著提升其耐光穩定性能。前期分別采用紫外線吸收劑UVFW(系澳大利亞聯邦科學與工業研究組織CSIRO開發的水溶性苯并三唑結構紫外線吸收劑)對蠶絲、羊毛織物進行了處理[4-5]，結果表明UVFW可顯著提升蠶絲及羊毛織物的耐光穩定性能，其作用機制源于UVFW自身的苯并三唑分子結構；受紫外線激發，UVFW分子的苯并三唑結構發生光互變異構反應，可將吸收的紫外線高能光子轉化為低損傷的熱能、磷光、熒光等，并向外界釋放，從而保護了蠶絲及羊毛纖維基體[6]。經紫外線吸收劑處理后，蠶絲的耐黃變性能雖然可以顯著提升，但同樣存在用水量大，工藝流程長，耗能高的問題。

“以印代染、以印代整”是當前針對傳統印染工藝進行節能減排技術改造的重要思路，在印花工藝中實現由傳統染色、后整理賦予的品質及功能性，實現縮短工藝流程的目的，有望大大降低傳統印染工藝耗水量大、耗能高等弊端，引導環保印染新工藝[7-9]。目前尚無基于印花工藝制備耐黃變蠶絲織物的文獻報道。為此，首先配制了含有紫外線吸收劑UVFW的印花色漿，采用空網對蠶絲織物進行印花處理，經烘干等后處理制備了耐黃變蠶絲織物，系統測試分析了蠶絲的光黃變及光老化性能；實驗工藝將耐黃變功能整理與印花工藝合并，縮短了印染工藝流程，研究結果創新了耐黃變蠶絲織物的制備工藝，并為開發低能耗、短流程功能性紡織品的印染加工技術提供了實驗基礎。

1 實驗部分

1.1 實驗材料及化學藥劑

蠶絲電力紡織物(面密度為78 g/m2，淄博大染坊絲綢集團有限公司)；紫外線吸收劑UVFW(亨斯曼染化料公司)；印花色漿增稠劑W(浙江傳化股份有限公司)；實驗所用水均為去離子水。

1.2 實驗方法

(1)蠶絲織物的印花。稱取0.5 g的紫外線吸收劑UVFW，0.06 g的色漿增稠劑W，溶于20 mL的去離子水中，配制印花色漿。選用100目空白篩網(網孔無封堵)，在磁棒印花機上對蠶絲織物進行印花，后經80 ℃預烘1.5 min，120 ℃焙烘1 min處理，制備印花蠶絲織物避光儲存，用于后續的光照實驗和性能測試。

(2)蠶絲織物的紫外線光照。為對比測試蠶絲織物的光黃變性能，采用紫外光耐氣候試驗箱-噴淋型對蠶絲織物進行光老化實驗，光源選用8只功率為40 W的國產UVB紫外燈管；采用循環冰水控制光照環境溫度；光照過程中，蠶絲織物每隔2 h取樣測試。

1.3 測試部分

(1)蠶絲織物表面反射率譜圖測試。采用PerkinElmer Lambda 950對比測試了蠶絲織物原樣、蠶絲織物印花面以及印花背面在紫外波段(200～500 nm)的反射率譜圖。

(2)紫外線防護系數(UPF)值測試。采用HB902型紫外線透過率測試儀對比測試了蠶絲織物原樣，以及印花蠶絲織物的UPF值，各樣品測試5次，取平均值。

(3)熒光光譜測試。采用F-4600熒光光度儀分別對印花色漿、印花蠶絲織物(印花面、印花背面)進行光譜測試，測試方法如文獻[10]所述。

(4)織物白度測試。采用LB-48B白度計測試了光照過程中蠶絲織物的藍光白度值R457；測試過程中將蠶絲織物對折4層，紫外光照面朝上，測試5次，取平均值。

(5)織物斷裂強力的測試采用YG065H/PC電子織物強力儀對光照蠶絲樣品的斷裂強力進行測試，測試操作參照了ASTM D 5035-2003標準。

2 結果與分析

2.1 UVFW與印花蠶絲織物的表征

實驗測試了印花色漿的熒光光譜，結果如圖1所示。由圖1可知，含有紫外線吸收劑UVFW的印花色漿表現出熒光特性，色漿可被中心波長為265 nm的紫外光子能量激發，對應發射光譜的中心波長為394 nm；激發中心波長與發射中心波長之間具有較大的斯托克斯位移，該斯托克斯位移歸屬于UVFW分子中苯并三唑結構發生光互變異構反應所致[11]；通過UVFW分子的光互變異構反應，實現了對高能紫外光子能量的轉化。

實驗測試了印花蠶絲織物的反射率光譜，并與蠶絲織物原樣進行對比，結果如圖2所示；實驗同時捕捉了蠶絲織物印花面與印花背面的三維熒光譜圖，結果如圖3所示。

圖1 印花色漿的熒光光譜 圖2 蠶絲織物的反射率光譜

圖3 印花蠶絲織物的熒光光譜

經印花后處理工序，色漿在織物表面成膜，分布在色漿中的紫外線吸收劑UVFW組分也將均勻分布在織物表面。UVFW是一類高效的紫外線吸收劑，可吸收整個紫外波段的光子能量，進而提高整理織物的UPF值和抗紫外線光照性能。蠶絲織物的反射率光譜如圖2所示，印花后的蠶絲織物在200～380 nm波長區間的反射率接近于零，表明照射到蠶絲織物的紫外線能量已被色漿中的UVFW全部吸收；印花蠶絲織物的UPF值高于蠶絲織物原樣，表明印花蠶絲具有較高的防紫外線輻射性能。進一步分析可知，因印花色漿在印花正面成膜，對蠶絲原有的色澤造成一定影響，且UVFW的負載量明顯高于花紋背面，造成印花面在400～500 nm可見光波段區間的光譜反射率最低；而印花背面沒有色漿成膜對織物原有顏色指標的影響，在可見光波段的反射光譜與蠶絲織物非常相近。結合UPF值可知，蠶絲織物的印花面與印花背面的化學藥劑負載量存在差異，其中背面的負載量要明顯小于印花面；在服用過程中，印花背面與皮膚直接接觸，較少的負載量將減少化學藥劑對皮膚的刺激以及對人體產生的潛在傷害。

由圖3可知，UVFW印花蠶絲織物具有熒光特性，譜圖中顯示出了同心圓形貌，且同心圓中心對應坐標為(Ex:310 nm;Em:400 nm)，表面印花蠶絲織物受310 nm光波能量激發，發出400 nm的光波能量，即輻照到織物上的高能紫外線光子能量可通過UVFW分子的苯并三唑結構進行能量轉化，并將以對蠶絲蛋白無損的、能量較低的可見光形式釋放出去[10]。但蠶絲織物印花面的熒光強度、熒光區域面積均高于或大于印花背面，可進一步表明印花正、背面在UVFW組分的負載量上存在差異。

2.2 印花蠶絲織物的光黃變與光脆損

將印花蠶絲織物進行紫外線光照，每間隔2 h取樣，測試織物的白度變化，并與蠶絲織物原樣進行對比，結果如圖4所示；采用相同的紫外線光照工藝對蠶絲原樣、蠶絲印花面進行光照，對比測試了光照4 h、8 h、12 h后的織物斷裂強力，結果如圖5所示。

圖4 蠶絲織物紫外光照白度變化曲線圖5 蠶絲織物紫外光照斷裂強力變化

蠶絲織物經紫外線光照，絲素蛋白的酪氨酸、色氨酸以及苯丙氨酸發生光氧化反應，生成黃色物質[12-13]，造成織物的白度值降低。由圖4可知，相對于蠶絲原樣，經紫外線光照后，印花蠶絲織物的白度值下降速率明顯減緩，表明織物的耐光黃變性能明顯提升。照射到蠶絲蛋白的紫外線能量被UVFW吸收并轉化為低能態的可見光釋放，避免了對絲素蛋白特征氨基酸的作用。進一步分析可知，紫外線照射蠶絲印花面時，白度值下降速率最小；照射印花背面時，白度下降速率稍大于印花面，從而也進一步證明印花正反兩面負載紫外線吸收劑UVFW成分具有差異。

蠶絲織物經紫外線光照，除白度值下降外，織物還將發生光脆損，造成斷裂強力下降。如圖5所示，隨著紫外線光照時間的延長，蠶絲織物原樣的斷裂強力下降明顯，經紫外線光照12 h，斷強下降了14.94%；而印花蠶絲織物的光脆損現象明顯減緩，其斷裂強力僅有輕微下降，經12 h光照，斷強僅下降了1.99%，表明印花蠶絲織物的抗光脆損性能得到了顯著提升。相對于文獻[4,6]所述的蠶絲耐黃變整理工藝，采用印花工藝制備耐黃變蠶絲織物僅在印花環節中增加了一個空網印花工序，且后處理與印花后處理合并進行，實現了“以印代染、以印代整”制備具有耐黃變功能蠶絲織物的目的；與傳統工藝相比，本實驗方法除了具有縮短工藝流程，節約UVFW等化學藥劑用量，以及節能減排的技術優勢外，制備蠶絲織物內、外兩面化學藥劑負載量具有顯著差異，與皮膚接觸面化學藥劑負載量明顯減少，降低了對皮膚的刺激以及對人體的潛在傷害，符合現代生態紡織品的開發理念。

3 結論

用含紫外線吸收劑UVFW的色漿對蠶絲織物進行空網印花，織物印花面和印花背面的紫外波段反射率光譜及其UPF值具有明顯差異，同時印花面的熒光屬性(強度和熒光區域面積)也優于印花背面；經紫外線光照后，印花工藝制備蠶絲織物也表現出了優異的耐光黃性能，相對于蠶絲織物原樣，光照織物白度下降速率明顯減緩，且織物的抗光脆損性能有顯著提升，紫外線光照12 h，印花蠶絲織物的斷裂強力僅下降1.99%，遠小于蠶絲織物原樣的14.94%；印花工藝制備耐光黃蠶絲織物縮短了傳統功能蠶絲織物的染整工藝流程，具有節能減排、節約化學藥品等技術優勢；同時制備蠶絲織物的雙面在化學藥劑負載量上具有顯著差異，降低了化學藥劑對皮膚的刺激和潛在傷害，符合現代生態紡織品的開發理念。