印花工艺制备耐黄变蚕丝及其光老化性能

王宗乾，张盼盼，方寅春，徐晶晶，李长龙

(1.安徽工程大学 纺织服装学院，安徽 芜湖 241000；2.安徽省纺织印染行业技术中心，安徽 芜湖 241000)

蚕丝用于纺织服装领域已有数千年的历史，蚕丝织物具有珍珠般的光泽，柔软滑爽的手感，以及优良的透气排汗、天然保健等功能[1]，自古以来享有“纤维皇后”的美誉。但蚕丝自身的耐光稳定性能较差，白色或浅色蚕丝织物在服用过程中容易泛黄，经长时间光照后，还将产生明显的光脆损现象，织物的服用性能与外观质量明显降低[2-3]。因此，提升织物的耐光稳定性能已成为蚕丝印染加工的重要工序。

通过配制含有紫外线吸收剂的工作液，并基于染色或后整理工艺对蚕丝织物进行处理，可显著提升其耐光稳定性能。前期分别采用紫外线吸收剂UVFW(系澳大利亚联邦科学与工业研究组织CSIRO开发的水溶性苯并三唑结构紫外线吸收剂)对蚕丝、羊毛织物进行了处理[4-5]，结果表明UVFW可显著提升蚕丝及羊毛织物的耐光稳定性能，其作用机制源于UVFW自身的苯并三唑分子结构；受紫外线激发，UVFW分子的苯并三唑结构发生光互变异构反应，可将吸收的紫外线高能光子转化为低损伤的热能、磷光、荧光等，并向外界释放，从而保护了蚕丝及羊毛纤维基体[6]。经紫外线吸收剂处理后，蚕丝的耐黄变性能虽然可以显著提升，但同样存在用水量大，工艺流程长，耗能高的问题。

“以印代染、以印代整”是当前针对传统印染工艺进行节能减排技术改造的重要思路，在印花工艺中实现由传统染色、后整理赋予的品质及功能性，实现缩短工艺流程的目的，有望大大降低传统印染工艺耗水量大、耗能高等弊端，引导环保印染新工艺[7-9]。目前尚无基于印花工艺制备耐黄变蚕丝织物的文献报道。为此，首先配制了含有紫外线吸收剂UVFW的印花色浆，采用空网对蚕丝织物进行印花处理，经烘干等后处理制备了耐黄变蚕丝织物，系统测试分析了蚕丝的光黄变及光老化性能；实验工艺将耐黄变功能整理与印花工艺合并，缩短了印染工艺流程，研究结果创新了耐黄变蚕丝织物的制备工艺，并为开发低能耗、短流程功能性纺织品的印染加工技术提供了实验基础。

1 实验部分

1.1 实验材料及化学药剂

蚕丝电力纺织物(面密度为78 g/m2，淄博大染坊丝绸集团有限公司)；紫外线吸收剂UVFW(亨斯曼染化料公司)；印花色浆增稠剂W(浙江传化股份有限公司)；实验所用水均为去离子水。

1.2 实验方法

(1)蚕丝织物的印花。称取0.5 g的紫外线吸收剂UVFW，0.06 g的色浆增稠剂W，溶于20 mL的去离子水中，配制印花色浆。选用100目空白筛网(网孔无封堵)，在磁棒印花机上对蚕丝织物进行印花，后经80 ℃预烘1.5 min，120 ℃焙烘1 min处理，制备印花蚕丝织物避光储存，用于后续的光照实验和性能测试。

(2)蚕丝织物的紫外线光照。为对比测试蚕丝织物的光黄变性能，采用紫外光耐气候试验箱-喷淋型对蚕丝织物进行光老化实验，光源选用8只功率为40 W的国产UVB紫外灯管；采用循环冰水控制光照环境温度；光照过程中，蚕丝织物每隔2 h取样测试。

1.3 测试部分

(1)蚕丝织物表面反射率谱图测试。采用PerkinElmer Lambda 950对比测试了蚕丝织物原样、蚕丝织物印花面以及印花背面在紫外波段(200～500 nm)的反射率谱图。

(2)紫外线防护系数(UPF)值测试。采用HB902型紫外线透过率测试仪对比测试了蚕丝织物原样，以及印花蚕丝织物的UPF值，各样品测试5次，取平均值。

(3)荧光光谱测试。采用F-4600荧光光度仪分别对印花色浆、印花蚕丝织物(印花面、印花背面)进行光谱测试，测试方法如文献[10]所述。

(4)织物白度测试。采用LB-48B白度计测试了光照过程中蚕丝织物的蓝光白度值R457；测试过程中将蚕丝织物对折4层，紫外光照面朝上，测试5次，取平均值。

(5)织物断裂强力的测试采用YG065H/PC电子织物强力仪对光照蚕丝样品的断裂强力进行测试，测试操作参照了ASTM D 5035-2003标准。

2 结果与分析

2.1 UVFW与印花蚕丝织物的表征

实验测试了印花色浆的荧光光谱，结果如图1所示。由图1可知，含有紫外线吸收剂UVFW的印花色浆表现出荧光特性，色浆可被中心波长为265 nm的紫外光子能量激发，对应发射光谱的中心波长为394 nm；激发中心波长与发射中心波长之间具有较大的斯托克斯位移，该斯托克斯位移归属于UVFW分子中苯并三唑结构发生光互变异构反应所致[11]；通过UVFW分子的光互变异构反应，实现了对高能紫外光子能量的转化。

实验测试了印花蚕丝织物的反射率光谱，并与蚕丝织物原样进行对比，结果如图2所示；实验同时捕捉了蚕丝织物印花面与印花背面的三维荧光谱图，结果如图3所示。

图1 印花色浆的荧光光谱 图2 蚕丝织物的反射率光谱

图3 印花蚕丝织物的荧光光谱

经印花后处理工序，色浆在织物表面成膜，分布在色浆中的紫外线吸收剂UVFW组分也将均匀分布在织物表面。UVFW是一类高效的紫外线吸收剂，可吸收整个紫外波段的光子能量，进而提高整理织物的UPF值和抗紫外线光照性能。蚕丝织物的反射率光谱如图2所示，印花后的蚕丝织物在200～380 nm波长区间的反射率接近于零，表明照射到蚕丝织物的紫外线能量已被色浆中的UVFW全部吸收；印花蚕丝织物的UPF值高于蚕丝织物原样，表明印花蚕丝具有较高的防紫外线辐射性能。进一步分析可知，因印花色浆在印花正面成膜，对蚕丝原有的色泽造成一定影响，且UVFW的负载量明显高于花纹背面，造成印花面在400～500 nm可见光波段区间的光谱反射率最低；而印花背面没有色浆成膜对织物原有颜色指标的影响，在可见光波段的反射光谱与蚕丝织物非常相近。结合UPF值可知，蚕丝织物的印花面与印花背面的化学药剂负载量存在差异，其中背面的负载量要明显小于印花面；在服用过程中，印花背面与皮肤直接接触，较少的负载量将减少化学药剂对皮肤的刺激以及对人体产生的潜在伤害。

由图3可知，UVFW印花蚕丝织物具有荧光特性，谱图中显示出了同心圆形貌，且同心圆中心对应坐标为(Ex:310 nm;Em:400 nm)，表面印花蚕丝织物受310 nm光波能量激发，发出400 nm的光波能量，即辐照到织物上的高能紫外线光子能量可通过UVFW分子的苯并三唑结构进行能量转化，并将以对蚕丝蛋白无损的、能量较低的可见光形式释放出去[10]。但蚕丝织物印花面的荧光强度、荧光区域面积均高于或大于印花背面，可进一步表明印花正、背面在UVFW组分的负载量上存在差异。

2.2 印花蚕丝织物的光黄变与光脆损

将印花蚕丝织物进行紫外线光照，每间隔2 h取样，测试织物的白度变化，并与蚕丝织物原样进行对比，结果如图4所示；采用相同的紫外线光照工艺对蚕丝原样、蚕丝印花面进行光照，对比测试了光照4 h、8 h、12 h后的织物断裂强力，结果如图5所示。

图4 蚕丝织物紫外光照白度变化曲线图5 蚕丝织物紫外光照断裂强力变化

蚕丝织物经紫外线光照，丝素蛋白的酪氨酸、色氨酸以及苯丙氨酸发生光氧化反应，生成黄色物质[12-13]，造成织物的白度值降低。由图4可知，相对于蚕丝原样，经紫外线光照后，印花蚕丝织物的白度值下降速率明显减缓，表明织物的耐光黄变性能明显提升。照射到蚕丝蛋白的紫外线能量被UVFW吸收并转化为低能态的可见光释放，避免了对丝素蛋白特征氨基酸的作用。进一步分析可知，紫外线照射蚕丝印花面时，白度值下降速率最小；照射印花背面时，白度下降速率稍大于印花面，从而也进一步证明印花正反两面负载紫外线吸收剂UVFW成分具有差异。

蚕丝织物经紫外线光照，除白度值下降外，织物还将发生光脆损，造成断裂强力下降。如图5所示，随着紫外线光照时间的延长，蚕丝织物原样的断裂强力下降明显，经紫外线光照12 h，断强下降了14.94%；而印花蚕丝织物的光脆损现象明显减缓，其断裂强力仅有轻微下降，经12 h光照，断强仅下降了1.99%，表明印花蚕丝织物的抗光脆损性能得到了显著提升。相对于文献[4,6]所述的蚕丝耐黄变整理工艺，采用印花工艺制备耐黄变蚕丝织物仅在印花环节中增加了一个空网印花工序，且后处理与印花后处理合并进行，实现了“以印代染、以印代整”制备具有耐黄变功能蚕丝织物的目的；与传统工艺相比，本实验方法除了具有缩短工艺流程，节约UVFW等化学药剂用量，以及节能减排的技术优势外，制备蚕丝织物内、外两面化学药剂负载量具有显著差异，与皮肤接触面化学药剂负载量明显减少，降低了对皮肤的刺激以及对人体的潜在伤害，符合现代生态纺织品的开发理念。

3 结论

用含紫外线吸收剂UVFW的色浆对蚕丝织物进行空网印花，织物印花面和印花背面的紫外波段反射率光谱及其UPF值具有明显差异，同时印花面的荧光属性(强度和荧光区域面积)也优于印花背面；经紫外线光照后，印花工艺制备蚕丝织物也表现出了优异的耐光黄性能，相对于蚕丝织物原样，光照织物白度下降速率明显减缓，且织物的抗光脆损性能有显著提升，紫外线光照12 h，印花蚕丝织物的断裂强力仅下降1.99%，远小于蚕丝织物原样的14.94%；印花工艺制备耐光黄蚕丝织物缩短了传统功能蚕丝织物的染整工艺流程，具有节能减排、节约化学药品等技术优势；同时制备蚕丝织物的双面在化学药剂负载量上具有显著差异，降低了化学药剂对皮肤的刺激和潜在伤害，符合现代生态纺织品的开发理念。