王宗乾，張盼盼，方寅春，徐晶晶，李長龍

(1.安徽工程大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，安徽 蕪湖 241000；2.安徽省紡織印染行業(yè)技術(shù)中心，安徽 蕪湖 241000)

蠶絲用于紡織服裝領(lǐng)域已有數(shù)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(yōu)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(yù)。但蠶絲自身的耐光穩(wěn)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(jīng)長時(shí)間光照后，還將產(chǎn)生明顯的光脆損現(xiàn)象，織物的服用性能與外觀質(zhì)量明顯降低[2-3]。因此，提升織物的耐光穩(wěn)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(jìn)行處理，可顯著提升其耐光穩(wěn)定性能。前期分別采用紫外線吸收劑UVFW(系澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織CSIRO開發(fā)的水溶性苯并三唑結(jié)構(gòu)紫外線吸收劑)對蠶絲、羊毛織物進(jìn)行了處理[4-5]，結(jié)果表明UVFW可顯著提升蠶絲及羊毛織物的耐光穩(wěn)定性能，其作用機(jī)制源于UVFW自身的苯并三唑分子結(jié)構(gòu)；受紫外線激發(fā)，UVFW分子的苯并三唑結(jié)構(gòu)發(fā)生光互變異構(gòu)反應(yīng)，可將吸收的紫外線高能光子轉(zhuǎn)化為低損傷的熱能、磷光、熒光等，并向外界釋放，從而保護(hù)了蠶絲及羊毛纖維基體[6]。經(jīng)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(dāng)前針對傳統(tǒng)印染工藝進(jìn)行節(jié)能減排技術(shù)改造的重要思路，在印花工藝中實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)染色、后整理賦予的品質(zhì)及功能性，實(shí)現(xiàn)縮短工藝流程的目的，有望大大降低傳統(tǒng)印染工藝耗水量大、耗能高等弊端，引導(dǎo)環(huán)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(xiàn)報(bào)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(wǎng)對蠶絲織物進(jìn)行印花處理，經(jīng)烘干等后處理制備了耐黃變蠶絲織物，系統(tǒng)測試分析了蠶絲的光黃變及光老化性能；實(shí)驗(yàn)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(jié)果創(chuàng)新了耐黃變蠶絲織物的制備工藝，并為開發(fā)低能耗、短流程功能性紡織品的印染加工技術(shù)提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及化學(xué)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(tuán)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(shí)驗(yàn)所用水均為去離子水。

1.2 實(shí)驗(yàn)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(wǎng)(網(wǎng)孔無封堵)，在磁棒印花機(jī)上對蠶絲織物進(jìn)行印花，后經(jīng)80 ℃預(yù)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(xù)的光照實(shí)驗(yàn)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(yàn)箱-噴淋型對蠶絲織物進(jìn)行光老化實(shí)驗(yàn)，光源選用8只功率為40 W的國產(chǎn)UVB紫外燈管；采用循環(huán)冰水控制光照環(huán)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(hù)系數(shù)(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(jìn)行光譜測試，測試方法如文獻(xiàn)[10]所述。

(4)織物白度測試。采用LB-48B白度計(jì)測試了光照過程中蠶絲織物的藍(lán)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(qiáng)力的測試采用YG065H/PC電子織物強(qiáng)力儀對光照蠶絲樣品的斷裂強(qiáng)力進(jìn)行測試，測試操作參照了ASTM D 5035-2003標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 UVFW與印花蠶絲織物的表征

實(shí)驗(yàn)測試了印花色漿的熒光光譜，結(jié)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(xiàn)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(fā)，對應(yīng)發(fā)射光譜的中心波長為394 nm；激發(fā)中心波長與發(fā)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(jié)構(gòu)發(fā)生光互變異構(gòu)反應(yīng)所致[11]；通過UVFW分子的光互變異構(gòu)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了對高能紫外光子能量的轉(zhuǎn)化。

實(shí)驗(yàn)測試了印花蠶絲織物的反射率光譜，并與蠶絲織物原樣進(jìn)行對比，結(jié)果如圖2所示；實(shí)驗(yàn)同時(shí)捕捉了蠶絲織物印花面與印花背面的三維熒光譜圖，結(jié)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(jīng)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(gè)紫外波段的光子能量，進(jìn)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(qū)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(jìn)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(fù)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(qū)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(biāo)的影響，在可見光波段的反射光譜與蠶絲織物非常相近。結(jié)合UPF值可知，蠶絲織物的印花面與印花背面的化學(xué)藥劑負(fù)載量存在差異，其中背面的負(fù)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(fù)載量將減少化學(xué)藥劑對皮膚的刺激以及對人體產(chǎn)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(yīng)坐標(biāo)為(Ex:310 nm;Em:400 nm)，表面印花蠶絲織物受310 nm光波能量激發(fā)，發(fā)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(jié)構(gòu)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)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(qiáng)度、熒光區(qū)域面積均高于或大于印花背面，可進(jìn)一步表明印花正、背面在UVFW組分的負(fù)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(jìn)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(jìn)行對比，結(jié)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(jìn)行光照，對比測試了光照4 h、8 h、12 h后的織物斷裂強(qiáng)力，結(jié)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(qiáng)力變化

蠶絲織物經(jīng)紫外線光照，絲素蛋白的酪氨酸、色氨酸以及苯丙氨酸發(fā)生光氧化反應(yīng)，生成黃色物質(zhì)[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(jīng)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(zhuǎn)化為低能態(tài)的可見光釋放，避免了對絲素蛋白特征氨基酸的作用。進(jìn)一步分析可知，紫外線照射蠶絲印花面時(shí)，白度值下降速率最??；照射印花背面時(shí)，白度下降速率稍大于印花面，從而也進(jìn)一步證明印花正反兩面負(fù)載紫外線吸收劑UVFW成分具有差異。

蠶絲織物經(jīng)紫外線光照，除白度值下降外，織物還將發(fā)生光脆損，造成斷裂強(qiáng)力下降。如圖5所示，隨著紫外線光照時(shí)間的延長，蠶絲織物原樣的斷裂強(qiáng)力下降明顯，經(jīng)紫外線光照12 h，斷強(qiáng)下降了14.94%；而印花蠶絲織物的光脆損現(xiàn)象明顯減緩，其斷裂強(qiáng)力僅有輕微下降，經(jīng)12 h光照，斷強(qiáng)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(xiàn)[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(huán)節(jié)中增加了一個(gè)空網(wǎng)印花工序，且后處理與印花后處理合并進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)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(tǒng)工藝相比，本實(shí)驗(yàn)方法除了具有縮短工藝流程，節(jié)約UVFW等化學(xué)藥劑用量，以及節(jié)能減排的技術(shù)優(yōu)勢外，制備蠶絲織物內(nèi)、外兩面化學(xué)藥劑負(fù)載量具有顯著差異，與皮膚接觸面化學(xué)藥劑負(fù)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(xiàn)代生態(tài)紡織品的開發(fā)理念。

3 結(jié)論

用含紫外線吸收劑UVFW的色漿對蠶絲織物進(jìn)行空網(wǎng)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(shí)印花面的熒光屬性(強(qiáng)度和熒光區(qū)域面積)也優(yōu)于印花背面；經(jīng)紫外線光照后，印花工藝制備蠶絲織物也表現(xiàn)出了優(yōu)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(qiáng)力僅下降1.99%，遠(yuǎn)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(tǒng)功能蠶絲織物的染整工藝流程，具有節(jié)能減排、節(jié)約化學(xué)藥品等技術(shù)優(yōu)勢；同時(shí)制備蠶絲織物的雙面在化學(xué)藥劑負(fù)載量上具有顯著差異，降低了化學(xué)藥劑對皮膚的刺激和潛在傷害，符合現(xiàn)代生態(tài)紡織品的開發(fā)理念。