在染整工業(yè)中,酶最早主要應用于棉織物退漿和蠶絲的脫膠,而今人們發(fā)現(xiàn)利用生物酶處理紡織品不僅能使服用性能得到改善和提高,而且有利于生態(tài)環(huán)境的保護。應用生物酶處理紡織品的工藝屬于綠色生產(chǎn)工藝,很有發(fā)展前景。
1、生物酶的結構和特性
生物酶是具有催化功能的蛋白質。象其他蛋白質一樣的酶分子由氨基酸長鏈組成。其中一部分鏈成螺旋狀,一部分成折疊的薄片結構,而這兩部分由不折疊的氨基酸鏈連接起來,從而使整個酶分子成為特定的三維結構。
生物酶是從生物體中產(chǎn)生的,它具有特殊的催化功能。它與一般催化劑相比具有如下特點[1]:1)催化效率高。酶的催化效率是一般無機催化劑的103～106倍。2)專一性強。一般催化劑對底物專一性比較差,而酶對底物有嚴格的選擇性(某一種酶往往只能對某一類物質起催化作用)。3)反應條件溫和。酶催化反應不象一般催化劑需要高溫、高壓、強酸、強堿等劇烈條件,而可在較溫和的常溫、常壓下進行。4)具有調節(jié)能力。許多酶的催化活性可受到多種調節(jié)機制的靈活調節(jié)。
酶的種類很多,不同的酶最適合作用的條件也各異。影響酶催化活性的因素很多,如酶的濃度、底物濃度、反應溫度、pH值、時間等。要想使生物酶更好地應用在染整工業(yè)中,就需要堅持不懈的研究開發(fā)和實踐。
2、生物酶在染整工業(yè)中的開發(fā)與應用
2.1、酶退漿
2.1.1、淀粉酶退漿
用淀粉酶對含有淀粉的棉織物退漿是生物酶最早應用于染整前處理加工的工藝。棉織物采用堿退漿對淀粉漿的退除率較低,采用氧化劑或酸退漿如果工藝條件控制不當又會使織物強力受到嚴重損傷。而采用能分解淀粉漿的淀粉酶,在較溫和的溫度和pH值條件下,使淀粉轉變成溶解狀態(tài),不但退漿率高,而且對棉織物無損傷,產(chǎn)品手感柔軟。因此棉織物采用酶退漿是人們一直公認的理想退漿工藝。過去因淀粉酶成本較堿高得多,再加上它對其他漿料無去除作用,限制了它的應用。隨著生物技術的發(fā)展,淀粉酶的價格不斷降低,因此,該工藝又重新引
2.1.2、脂肪酶輔助退漿、
采用脂肪酶輔助退漿工藝國外也有報道[2]。在傳統(tǒng)上漿工藝中,淀粉和以動植物為基礎的潤滑劑(甘油三酸脂)常被用作上漿組分。這主要是由于它們是可以不斷供應的天然原料,容易買到,價格相當便宜。采用傳統(tǒng)的退漿/精練工藝,只有低于10%的動植物被皂化。而以甘油三酸脂為主的潤滑劑幾乎能全部被脂肪酶水解。因此,對于用淀粉/動植物混合漿料上漿的織物,可以采用淀粉酶和脂肪酶的混合退漿劑退漿。
退漿采用軋堆法,工藝條件為脂肪酶濃度5000LU/kg棉,淀粉酶濃度25NAU/kg棉pH值為7,溫度75℃,2h,浴比1∶1,退漿率為98%。
退漿采用高溫短蒸法:脂肪酶濃度100LU/kg棉,淀粉酶濃度50NAU/kg棉,pH為7,溫度90℃以上,時間5min,浴比1∶20,退漿率90%以上。
采用上述工藝退漿均勻性好,織物手感柔軟,可減輕環(huán)境污染和精煉負擔。若采用90℃以上短蒸處理,還可縮短退漿時間。
2.2、酶精練
棉織物采用燒堿精練的方法已有很長歷史,到目前為止幾乎所有的棉織物都采用堿精練。但是隨著人類對保護生態(tài)環(huán)境的需求,采用酶精練的研究正在興起。據(jù)有關資料介紹,采用果膠酶和纖維素酶協(xié)同作用,對棉織物進行處理,能顯著地改善織物的潤濕性,織物損傷小。
酶精練的具體工藝如下:果膠酶2.2%(owf),纖維素酶4.4%(owf),pH值為5(HAcNaAc緩沖液),溫度50℃,時間60min,浴比1∶12。
與堿精練相比,酶精練反應條件溫和、能源消耗低、設備要求簡單,沒有廢水處理問題。酶精練后的織物手感蓬松、柔軟。經(jīng)酶練后的染色織物,色澤鮮艷、光澤明亮,外觀效果明顯優(yōu)于堿精練。由此可見,酶精練工藝是最有希望取代堿精練的工藝。
2.3、酶脫膠
蛋白酶脫膠是我國傳統(tǒng)的蠶絲織物脫膠工藝。由于近年來酶的價格上漲,此工藝成本較高,故隨著快速精練劑的推廣應用,酶練工藝逐步被淘汰。然而蛋
有的廠家經(jīng)過幾年的實驗、探討,發(fā)現(xiàn)蛋白酶與快速精練劑合理結合運用,即把2709蛋白酶應用在精練的預處理階段然后再采用精練劑復練,效果十分理想。具體工藝條件如下:
預處理:2709蛋白酶0.9g/L,WA分散劑2.7g/L,溫度42～45℃,時間80min。復練工藝條件:純堿0.9g/L,水玻璃1g/L,精練劑2g/L,溫度60℃,時間100min。
采用上述工藝生產(chǎn)真絲縐類織物不僅縮短了精練時間(比傳統(tǒng)工藝縮短20min),降低了精練溫度,節(jié)約了生產(chǎn)能耗,而且產(chǎn)品的外觀和內在質量都十分理想。因此,該工藝很有推廣價值。
2.4、酶低溫染色
傳統(tǒng)的羊毛染色工藝均為100℃下沸染。這種染色工藝不但耗能大而且易損傷羊毛纖維,致使染色產(chǎn)品手感粗糙。選用合適的蛋白酶用于羊毛染色,破壞羊毛纖維表面的膦片結構,可促進染料向纖維內部擴散,提高染色速率和上染百分率,從而使羊毛染色可以在較低的溫度下進行。據(jù)資料介紹[3]:選用SEP或Alcalase2.0T蛋白酶,在pH值為5.5,染色溫度85℃下,染羊毛,可獲得較好的染色效果。
蛋白酶用于羊毛低溫染色與傳統(tǒng)的沸染工藝相比具有以下優(yōu)點:1)染色溫度降低,有利于節(jié)約生產(chǎn)能源,減少纖維損傷;2)節(jié)約了染料用量,減少了環(huán)境污染;3)改善了染品的手感,提高了產(chǎn)品質量。此工藝值得推廣。
2.5、酶洗
2.5.1、牛仔布的酶洗、
厚重的棉斜紋牛仔布經(jīng)過石磨水洗,色澤變成蘭白相間,手感變得柔軟舒適。這種服裝由于適合部分人追求外觀新穎、穿著舒適的要求,故風行至今。
傳統(tǒng)的牛仔布加工是用浸漬過次氯酸鈉或高錳酸鉀的浮石對織物進行“石磨”。其美中不足的是牛仔布強力損傷過大。將纖維素酶用于牛仔布水洗與浮石水洗
牛仔布酶洗分3個階段:首先是預水洗及退漿。其次是纖維素酶洗,最后是洗滌劑水洗及清水洗和烘干。由于纖維素酶本身可賦于織物以柔軟的手感,在最后清洗階段,除要求超柔軟外,一般不必再加入柔軟劑。此外,因酶洗在pH值近中性下進行,故改善了靛蘭染料對牛仔布的沾染現(xiàn)象。由此可見,中性纖維素酶較適合于牛仔布的水洗。
2.5.2、高檔纖維素織物的酶洗
纖維素酶不但已成功地用于牛仔布的石磨洗滌中,而且對精致的織物或那些容易被纖維素酶水解的織物,也可以有效地進行整理。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)[4],對于亞麻和粘膠人造絲等織物只要求溫和的表面打光和磨損時,內一濃縮的酸性纖維素酶是最佳的選擇。
酶洗的最佳工藝條件:pH值為5.0～5.5,溫度50～55℃,時間30min。酶洗后采用升溫到70℃以上,升高pH值到7.5以上,處理10min,使酶迅速失活。
采用上述工藝可以改善亞麻織物的手感,可使粘膠人造絲織物獲得仿真絲織物的風格。
3、生物酶的應用前景
生物酶作用條件溫和,催化性能專一,催化效率高,是其他任何化學助劑無法比擬的。經(jīng)生物酶處理后的紡織品手感柔軟,穿著舒適,色澤鮮艷,光澤明亮,產(chǎn)品檔次高。采用生物酶進行染整加工,既可節(jié)約染化料,節(jié)省能源,又無環(huán)境污染。因此,隨著人們對“綠色”紡織品的需求,隨著生物酶技術研究的不斷深入,相信在不遠的將來,生物酶將會應用于染整加工的各道工序中。
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