纖維素酶洗滌對(duì)滌棉織物性能的影響

纖維素酶洗滌對(duì)滌棉織物性能的影響

0易去污性整理的機(jī)理紡織機(jī)的使用隨著時(shí)間的推移而逐漸污染去污。如果理想的服用紡織品被污漬污染，應(yīng)在正常的清洗條件下進(jìn)行清洗。同時(shí)，紡織品不吸收洗脫液中的污染物，而是在清潔溶液中灰質(zhì)化。這種紡織性能被稱為輕松去除污垢?？椢锏囊兹ノ坌耘c其親水性有關(guān),目前,提高織物親水性的途徑通常有兩條:化學(xué)法和物理法?；瘜W(xué)法是指增加織物表面親水性基團(tuán)的含量和親水能力,從而使織物的親水性提高;物理法是指降低織物纖維的結(jié)晶度或使其物理結(jié)構(gòu)松動(dòng),使水容易進(jìn)入,達(dá)到親水的目的。國(guó)外洗滌界的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)過纖維素酶洗滌后,滌棉織物的易去污性有較大的改善,但其機(jī)理尚不十分清楚。該機(jī)理的研究涉及洗滌工業(yè)和紡織科學(xué)的交叉領(lǐng)域,國(guó)內(nèi)外對(duì)其的研究均相對(duì)薄弱。本課題針對(duì)上述問題從物理和化學(xué)兩方面入手,對(duì)洗滌前后滌棉織物的表面形態(tài)結(jié)構(gòu)、化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察分析,從微觀的角度來探究經(jīng)纖維素酶洗滌后含棉織物宏觀顯示的易去污性提高的機(jī)理所在。1實(shí)驗(yàn)部分1.1實(shí)驗(yàn)材料1.1.1棉/滌綸紗線密度實(shí)驗(yàn)所用織物為國(guó)外合作公司提供的經(jīng)過洗滌處理的滌棉織物(棉/滌綸:60%/40%,經(jīng)緯紗線密度45tex×45tex,經(jīng)緯密度:133×72根/cm)。洗滌方法及條件見1.2.1。1.1.2濃硫酸、溴化鉀固體及碳酸氫鈉的合成五水硫酸銅、十水碳酸鈉、十二水硫酸鐵銨、98%濃硫酸、溴化鉀固體(分析純,杭州米克化工有限公司);碳酸氫鈉(分析純,杭州高晶精細(xì)化工有限公司);高錳酸鉀(分析純,杭州蕭山化學(xué)試劑廠)。1.2實(shí)驗(yàn)方法1.2.1次和20次洗滌方法:分別進(jìn)行3種不同的洗滌方式:A(無(wú)酶洗滌)、B(0.25mg/L酶洗滌)和C(1.00mg/L酶洗滌),每種滌棉織物又可分別洗滌5次、10次、15次和20次。洗滌條件:EWS850型伊萊克斯全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī),30℃,洗滌漂洗90min,CurrentAriel2x洗滌劑(37mL/次),纖維素酶XYG2717(活力15.63mg/g,0.25mg/L或1.00mg/L),洗滌水用量為14.66L,載重為2.5kg(1.75kg的洗滌織物+0.75kg的襯布),重復(fù)洗滌20次,每5次后取出0.44kg織物晾干,并放入相應(yīng)重量的襯布繼續(xù)洗滌,洗滌5、10、15次和20次后取出晾干。1.2.2用于測(cè)試棉紡的潤(rùn)濕性根據(jù)AATCC79—2007《紡織品的吸水性》標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。1.2.3用于測(cè)試絲綢表面的抗疲勞力根據(jù)ASTMD4966—1998《織物耐磨性測(cè)試》標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。1.2.4表面形貌觀察應(yīng)用掃描電鏡(ULTRA55-36-73,Carlzeiss公司,德國(guó))觀察滌棉織物表面形貌,工作距離3.5mm,工作電壓0.50kV,無(wú)噴金,得到放大250倍和2000倍的SEM圖像。1.2.5滌棉織物測(cè)試?yán)肵射線衍射儀(美國(guó)熱電ARL公司)對(duì)滌棉織物進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試條件:管壓40kV,電流35mA,掃描區(qū)間為5～50°,掃描速率為3°/min,步寬為0.02°。1.2.6內(nèi)在氧指數(shù)法準(zhǔn)確稱取試樣2g左右(已剪碎),放入錐形瓶中。加入5mLCuSO4·5H2O溶液(100g/L)和95mLNaHCO3溶液(50g/L)至另一錐形瓶中,加熱至沸,然后將混合后的溶液注入放有試樣的錐形瓶中,水浴加熱至煮沸。保持3h后,利用3#砂芯漏斗對(duì)試樣進(jìn)行抽濾,并用100mLNa2CO3·10H2O溶液(35g/L)及100mL熱水洗滌至無(wú)堿性,然后將試樣移入小燒杯,先后以15mLNH4Fe(SO4)2·12H2O溶液(100g/L)和10mLH2SO4溶液(140g/L)洗滌,使其完全反應(yīng),后再在砂芯漏斗上吸濾,接著用約100mLH2SO4溶液(1mol/L)和100mL的熱蒸餾水洗滌,將全部洗液倒入燒杯中,用已標(biāo)定的KMnO4溶液滴定至色不消失為止。記下消耗KMnO4溶液mL數(shù),按下式計(jì)算銅值,銅值=V×cKMnO4×0.06354/D×100%(1)式中,V為滴定時(shí)耗用的標(biāo)準(zhǔn)KMnO4溶液的mL數(shù);c為KMnO4的濃度;D為絕對(duì)干燥試樣重(g)=稱得試樣重×(1-7%)。2結(jié)果與討論2.1滌棉織物的潤(rùn)濕性潤(rùn)濕性是反映織物親水性大小最直接的指標(biāo)之一,潤(rùn)濕性的大小與織物的潤(rùn)濕時(shí)間成反比,潤(rùn)濕時(shí)間越短,潤(rùn)濕性越好?？椢镂聪礈斓臐?rùn)濕時(shí)間為6s,其實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。從圖1可知,滌棉織物的潤(rùn)濕時(shí)間隨著酶濃度的增大而減少,即滌棉織物的潤(rùn)濕性隨著酶濃度的增大而逐漸增大。滌棉織物經(jīng)過無(wú)酶洗滌后,其潤(rùn)濕時(shí)間有明顯減少,這是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)所用的未洗滌的滌棉織物是經(jīng)柔軟整理后的產(chǎn)品,表面覆蓋著疏水的柔軟劑,使滌棉織物的親水性變差,而經(jīng)過無(wú)酶洗滌后,滌棉織物表面的柔軟劑會(huì)在水、洗滌劑和機(jī)械力的作用下被逐步洗去,極大提高了滌棉織物的親水性,因此其潤(rùn)濕時(shí)間明顯下降。滌棉織物經(jīng)過加酶洗滌后,其潤(rùn)濕性比無(wú)酶洗滌時(shí)又有一定程度的提高,這是因?yàn)樵诶w維素酶的作用下,棉纖維會(huì)發(fā)生水解,其表面會(huì)產(chǎn)生凹槽和裂縫,使水容易滲入纖維內(nèi)部,棉纖維的1,4-β甙鍵被內(nèi)切酶切斷形成醛基,增加了棉纖維的親水基團(tuán)含量,提高了棉纖維的親水性,因而棉纖維潤(rùn)濕性進(jìn)一步提高。而從圖2可知,滌棉織物的潤(rùn)濕性又隨著洗滌次數(shù)的增加而增加,滌棉織物在經(jīng)過20次洗滌之后,其潤(rùn)濕時(shí)間比洗滌5次時(shí)明顯減少,這可能是由于在洗滌過程中,滌棉織物受到洗滌劑、機(jī)械力、熱等多種作用的影響,部分棉纖維表面發(fā)生輕微損傷,使滌棉織物的組織結(jié)構(gòu)變得疏松易吸水,其潤(rùn)濕性提高。2.2未洗滌條件下滌棉織物的去污性能當(dāng)織物的纖維表面變得脆弱,耐磨性降低時(shí),纖維容易在外力作用下發(fā)生破損,并且脫落的纖維表皮能夠帶走粘附在其表面的污垢雜質(zhì),使織物表面的污垢容易被清除,因此,織物表面的耐磨性與其易去污性有一定的聯(lián)系。圖3為滌棉織物經(jīng)過馬丁代爾耐磨儀摩擦1000次后的SEM圖。從放大100倍的SEM圖3(a～c)中可以看到,未洗滌的滌棉在1000次摩擦作用下,表面變得雜亂,但纖維本身并沒有發(fā)生破損,無(wú)酶洗滌后的滌棉織物經(jīng)過1000次摩擦后,其最表面部分出現(xiàn)輕微磨損,而加酶洗滌后的滌棉織物經(jīng)過1000次摩擦后,其表面出現(xiàn)較為明顯的破損。圖3(d～f)為放大2000倍的單根棉纖維,未洗滌時(shí)棉纖維的結(jié)構(gòu)致密,摩擦1000次后仍無(wú)明顯破損,無(wú)酶洗滌后的棉纖維在摩擦1000次后其表面出現(xiàn)細(xì)微裂痕,而加酶洗滌后的棉纖維在纖維素酶和1000次摩擦的共同作用下,其表面出現(xiàn)多處刻蝕和磨損的跡象。上述現(xiàn)象表明,無(wú)酶洗滌后的棉纖維表面會(huì)發(fā)生輕微損傷,加入纖維素酶后由于其對(duì)棉纖維的刻蝕作用,使得棉纖維表面變得更為脆弱,因此在洗滌等外力作用下,棉纖維受損的部分容易脫落或產(chǎn)生裂痕,粘附在纖維表面的污垢能夠隨著脫落的表皮而被除去,與未洗滌的滌棉織物相比,加酶洗滌后滌棉織物表面的污垢更容易在洗滌中被除去,提高了滌棉織物的易去污性能。同時(shí),纖維素酶對(duì)棉纖維的水解作用增加了纖維間的相對(duì)距離,使水分子更容易滲入織物內(nèi)部,進(jìn)一步增大了滌棉織物的親水性。2.3棉纖維去污體系中的結(jié)晶由于滌棉織物是由棉纖維和滌綸纖維混紡而成的,而且纖維素酶對(duì)滌綸纖維不起作用,因此纖維素酶洗滌后棉纖維結(jié)晶度的變化可以定性地衡量纖維素酶洗滌后滌棉織物混紡纖維結(jié)晶度的變化。本實(shí)驗(yàn)選取未洗滌及經(jīng)過20次1mg/L纖維素酶洗滌的純棉織物進(jìn)行X射線衍射測(cè)試(XRD),得到洗滌前后棉纖維結(jié)晶度的改變情況如圖4和圖5。從圖4和圖5中可以看到,纖維素酶洗滌前后棉纖維結(jié)晶峰的出峰位置并未改變,說明經(jīng)過纖維素酶洗滌后棉纖維的晶區(qū)結(jié)構(gòu)并無(wú)改變,而002晶面的衍射峰(2θ≈22°)強(qiáng)度在洗滌后比未洗滌時(shí)有略微的下降,說明洗滌后棉纖維的結(jié)晶度有所降低。其次,利用計(jì)算纖維素纖維相對(duì)結(jié)晶度的經(jīng)驗(yàn)公式C%=[(I002-Iam)/I002]×100%得到,未洗滌棉織物纖維的相對(duì)結(jié)晶度為81.5%,而經(jīng)過纖維素酶洗滌后棉織物纖維的相對(duì)結(jié)晶度為80.6%,比原來下降了1.1%。棉纖維經(jīng)過纖維素酶處理后其結(jié)晶度會(huì)下降,這是由于纖維素酶能夠水解棉纖維,棉纖維結(jié)晶區(qū)邊緣的纖維素大分子鏈暴露在外,可以被纖維素酶中的內(nèi)切酶切斷,且暴露的纖維素大分子非還原性末端也同樣可受到外切酶的水解,切下纖維二糖,這樣,在外切和內(nèi)切酶的協(xié)同作用下,對(duì)棉纖維的結(jié)晶區(qū)起到“蠶食”的作用。因此,由上述結(jié)論可知經(jīng)過纖維素酶洗滌后,滌棉織物中棉纖維的結(jié)晶度會(huì)有所下降,使滌棉織物更易吸水,親水性提高,從而改善了滌棉織物的易去污性。2.4亞鐵鹽含量的測(cè)定銅值法的基本原理是利用纖維素醛基的還原性使高價(jià)銅還原成低價(jià)的氧化亞銅,析出的氧化亞銅用高價(jià)鐵處理,能定量地使高價(jià)鐵鹽還原成亞鐵鹽,亞鐵鹽的含量可用標(biāo)準(zhǔn)高錳酸鉀溶液滴定,從而計(jì)算出試樣中醛基的含量。銅值越高,說明織物因受損而產(chǎn)生的醛基越多,織物的親水性越好。從圖6和圖7中得,滌棉織物的銅值隨著酶濃度和洗滌次數(shù)的增大而增大,這是由于在洗滌過程中,棉纖維會(huì)受到纖維素酶、攪拌力、熱、漂白成分等各種因素作用而使部分1,4-β甙鍵斷裂而形成醛基,增加了滌棉織物表面的親水基團(tuán)含量,提高了滌棉織物的親水性,從而改善了其易去污性。3易去污性因素a)潤(rùn)濕性的測(cè)試分析表明:隨著纖維素酶濃度增大和洗滌次數(shù)增加,滌棉織物的潤(rùn)濕性呈現(xiàn)上升的趨勢(shì);馬丁代爾耐磨儀-SEM分析聯(lián)合法、XRD和銅值法測(cè)試分析說明:隨著纖維素酶濃度增大和洗滌次數(shù)增加,棉纖維表面的刻蝕程度變得嚴(yán)重,棉纖維發(fā)生脆損,結(jié)晶度下降,更多的1,4-β甙鍵斷裂產(chǎn)生還原性末