酶用于紡織行業的歷史悠久,最初是應用于退漿。近年來,利用纖維素酶在紡織品加工中的應用日益廣泛。目前,國內外紡織行業已將這一生物整理技術廣泛應用于工業生產中。
1纖維素酶的作用原理
纖維素酶是水解纖維素、生成葡萄糖的一組酶的總稱。它主要包括3類性質不同的酶:內切型-β-葡聚糖酶、外切型-β-葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶。在纖維素降解過程中,首先由內切酶作用于微纖維的非結晶區,使其露出許多末端供外切酶作用,產生纖維二糖,最后由β-葡萄糖苷酶作用將其分解成葡萄糖。作為紡織工業用纖維素酶,它不需要將棉纖維素分解成葡萄糖,而只要破壞棉纖維束分子間的氫鍵,松散棉纖維束的結構,或者部分降解纖維素分子長鏈,即可達到工藝要求。
2纖維素酶在紡織品生物整理中的應用
纖維素酶作為一種高效生物催化劑,因其具有可降解性及對織物能產生可控的整理而廣泛應用于紡織行業。其中,牛仔布的仿舊整理及紡織品的生物拋光是纖維素酶最成功的應用。
2.1牛仔布的仿舊整理
藍色牛仔服在近些年來越來越受到人們的青睞。在20世紀70年代后期及80年代初期,工業上主要采用浮石洗工藝去除纖維表面的染料,以達到霜白效果。
采用纖維素酶洗滌不僅能對纖維表層進行可控的“刻蝕”,使織物產生不均勻的褪色,而且對織物內部纖維的強力不會過度損傷。纖維素酶的使用一方面有利于保護環境;另一方面,處理后的織物手感細膩、柔軟、耐用性增強,因而纖維素酶洗工藝已廣泛取代了傳統的石磨水洗。
2.2紡織品的生物拋光
為了防止及除去織物表面的毛球,運用纖維素酶對織物進行生物拋光顯得格外必要。
用纖維素酶處理在織物表面改性方面開辟出了新領域。在酶洗過程中,因纖維素酶分子比水分子要大1千倍以上,不能透入棉纖維的內部。所以只有接近纖維素纖維表面的β-1,4-葡萄糖苷鍵受到影響。織物表面的纖細纖維在生物降解和機械力作用的影響下脫落,得到了平滑的纖維表面。織物經纖維素酶處理后,大大降低了起毛起球的趨勢;而且手感柔軟,懸垂性好;吸水性也得到了改善。
3存在的問題和擬采取的措施
纖維素酶生物整理已成為織物后整理的一種新穎的高科技紡織技術。但是從技術上看,目前還存在不少問題,需進一步探討解決。
3.1返沾色
纖維素酶洗過程中從織物表面去除的靛藍染料,會再次沉積到服裝背面、內袋以及織物白色部分,給出較淺的藍色背景。這種現象被稱為返沾色。據資料顯示,纖維素酶蛋白的性質是影響靛藍返沾色的真正原因,而纖維素酶洗過程中的ｐＨ值只是間接地影響返沾色的程度。
為了有效地減少返沾色,獲得所希望得到的色澤對比度,可采取以下措施:1)為了減輕纖維素酶蛋白在纖維素表面的吸附狀態,可以考慮將纖維素酶的ＣＢＤ(纖維素酶的結合區域)和酶的活性核分離,以達到減少返沾色的目的。2)因專一的單組分酶比多組分酶系具有較低的返沾色,故可分離純化多組分酶。3)加入一定量的靛藍染料分散劑,來減少返沾色程度。如ＳａｎｄｏｃｌｅａｒＩＤＳ,具有形成膠束的能力,能溶解靛藍染料,從而促進返沾色的去除。4)加入靛藍染料分解酶———漆酶,再配合特定的介質ＡＢＴＳ、1-羥基苯并三唑(ＨＯＢＴ)或4-羥基苯磺酸(ＰＨＢＳ)等,可有效地將靛藍氧化成無色物質,實現減少返沾色的目的。5)由于纖維素酶結合棉基質的能力,在靛藍返沾色中起著主要作用。因此,可以應用蛋白酶以去除織物上的結合酶蛋白,從而減少靛藍染料的吸附位點。但是要注意添加蛋白酶的時間,建議在復洗處理時加入,一方面降低了返沾色程度;另一方面由于蛋白酶對纖維素酶蛋白的水解,還可消除纖維素酶的活性,簡化了處理工藝。
3.2重現性
酶整理織物效果的重現性與酶處理液ｐＨ有關。酸性纖維素酶處理ｐＨ值的適用范圍窄,ｐＨ值變化0.5就會引起20%～30%的酶活性變化。一般酶處理中,經常使用醋酸-醋酸鈉作為酶處理的ｐＨ緩沖劑,因為它比較穩定且使用方便。但據有關報道,在ＨＡｃ-ＮａＡｃ緩沖體系下,ｐＨ值的變動會給纖維素酶的活力帶來較大的影響。而在ＲＪ-6體系,ｐＨ值的變動不會更大地影響纖維素酶的活力。因此選用恰當的ｐＨ緩沖劑是獲得良好重現性的一種途徑。另外在實驗過程中應避免使用高濃度酶處理,且嚴格將溫度控制在酶的最適溫度范圍內。
在纖維素酶處理過程中,還易出現折印、色光變化及過度的強力損失等問題。雖然目前的處理工藝中仍然存在一些問題,但通過對纖維素酶制劑的改進以及服裝水洗工藝的優化,定會逐步解決上述問題。
4工藝優化及酶制劑的發展
纖維素酶處理織物效果的好壞及工作效率的高低并不完全取決于纖維素酶本身,因為影響效果的因素諸多,如工藝條件以及工藝組合等。
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