生物酶在紡織品前處理中的應(yīng)用

生物酶在紡織品前處理中的應(yīng)用

生物技術(shù)主要是生物酶，它主要用于處理和加工紡織機(jī)械。在低溫度和近中立條件下，可以去除和改善紡織機(jī)械的雜質(zhì)和潤濕度。與一般的前處理精練劑不同,生物酶是由各種氨基酸組成的分子量較大的蛋白質(zhì),在較少用量和緩和條件下就具有較高的去雜效率,能促進(jìn)纖維雜質(zhì)的分解,且本身生物降解性也較好。在整個生物前處理過程中,酶作為去雜的反應(yīng)催化劑可循環(huán)利用。前處理加工中,生物酶與紡織品的作用機(jī)理和過程如下:酶與底物作用→形成酶和底物的復(fù)合物→生化反應(yīng)→形成酶和底物分解物。1前處理棉紡物生物酶1.1淀粉酶的使用酶退漿是應(yīng)用生物酶催化水解織物上的漿料,目前主要以淀粉酶退漿為主。通過淀粉酶選擇性反應(yīng)使織物上淀粉大分子發(fā)生分解,達(dá)到既完全破壞淀粉,又不損傷纖維素。應(yīng)用于棉織物退漿的淀粉酶主要有α-淀粉酶、β-淀粉酶等,一般使用溫度為50~70℃,pH值6~7。近來用于退漿的淀粉酶主要向?qū)挏胤?、高效率方向發(fā)展,如諾維信公司淀粉酶L2000,既可在室溫下堆置退漿,也可以在90℃高溫條件下應(yīng)用。在高溫條件下,由于纖維的溶脹度增加,在去除淀粉漿的同時,還能促進(jìn)混合漿中PVA等化學(xué)漿的去除。以純棉府綢19.4/19.4(40×40)524/283(133×72)為例,汽蒸方式淀粉酶退漿的參考工藝為:L20001.5g/L,滲透劑F2g/L,pH6.5,軋余率50%,汽蒸溫度90℃,汽蒸時間20~40min。1.2脂肪酶:調(diào)節(jié)棉織物潤濕性棉織物酶煮練常用的酶制劑包括堿性果膠酶、纖維素酶和脂肪酶等。果膠酶雖然不能去除蠟質(zhì),但能分解初生胞壁中果膠質(zhì),對纖維表面結(jié)構(gòu)起到松解作用,有利于棉蠟等非纖維素物質(zhì)從棉纖維分離。纖維素酶對煮練酶去除果膠質(zhì)有一定的協(xié)同作用,能夠通過分解角皮層下初生胞壁中的纖維素破壞角皮層,使果膠酶更容易接近纖維中的果膠。此外,纖維素酶對棉織物表面的棉籽殼也有一定去除作用。纖維酶能促進(jìn)布面棉籽殼與織物間的微小纖維水解,降低了棉籽殼在織物表面的機(jī)械附著力,通過機(jī)械水洗可得以去除。脂肪酶在煮練中有兩方面的作用,一方面用于分解漿料中殘留的甘油三酸酯等潤滑劑,通過脂肪酶完全水解成甘油;另一方面,能將蠟質(zhì)水解成甘油和脂肪酸。但試驗(yàn)表明,脂肪酶在改善棉織物的潤濕性方面不像果膠酶或纖維素酶那樣有效,可能是蠟質(zhì)的可及性低,或者是脂肪酶對棉纖維中蠟質(zhì)的分解作用效果不強(qiáng)。酶煮練過程中,為提高織物的潤濕性,除酶制劑外,還必須添加適量表面活性劑,如非離子型乳化劑,以促進(jìn)疏水性雜質(zhì)的去除。否則,盡管酶煮練后織物白度有所提高,但潤濕性仍較差,表現(xiàn)為105℃烘干后的毛效較低。酶煮練中添加表面活性劑時,應(yīng)注意合理選擇表面活性劑的種類和用量,以免對織物造成表征毛效(假毛效),影響后道染色加工。以純棉14.5tex織物為例,采用諾維信公司的堿性果膠酶Bioprep3000L和上海大祥公司的中性纖維素酶DXN-129進(jìn)行酶煮練,參考工藝:果膠酶0.1g/L,纖維素酶0.3g/L,滲透劑2.0g/L,pH8.5,溫度65℃,時間60min,浴比1∶20。酶煮練除用于常規(guī)棉織物外,在彩棉織物的染整加工中也有著重要意義。天然彩棉織物經(jīng)熱水和高溫堿處理后,顏色會加深,明度下降,織物的鮮艷度下降。而采用低溫條件下的酶煮練,不但織物吸水性優(yōu)良,而且明度下降較少,色澤艷麗。1.3過氧化氫酶在棉織物前處理中的應(yīng)用目前,能直接用于織物漂白的商品酶制劑較少,以往雖有采用葡萄糖氧化酶進(jìn)行棉織物漂白的報道,但尚沒有較成熟的應(yīng)用工藝,因此棉織物的漂白仍以雙氧水漂白為主。生物酶在棉織物漂白中的應(yīng)用主要集中在氧漂結(jié)束后,使用過氧化氫酶進(jìn)行脫氧,去除練漂后布面殘留的雙氧水,減少對后道染色工序的影響。對于氧漂后織物上殘留雙氧水的去除,傳統(tǒng)方法是采用高溫?zé)嵯春笤倮渌?使雙氧水分解,布面殘留率降低。此過程不但水、電、汽的消耗費(fèi)用增加,而且廢水排放量也較高。采用過氧化氫酶在低溫條件下可使布面殘留的雙氧水分解成水和氧氣,不但能節(jié)能節(jié)水、時間短、效率高,且環(huán)境污染少。試驗(yàn)結(jié)果表明,織物漂白后一次酶洗就能達(dá)到普通三次水洗的脫氧效果,因此在棉針織物前處理中得到廣泛應(yīng)用。以14.5tex純棉織物為例,采用諾維信公司過氧化氫酶TerminoxULTRA50L的脫氧工藝為:過氧化氫酶0.2g/L,pH7~8,溫度30℃,時間15min,浴比1∶20。過氧化氫酶中的某些品種,由于其專一性較強(qiáng),僅作用于雙氧水,對染料和染色過程影響較小,因此可以將脫氧與染色同浴進(jìn)行。通過一浴兩步法,即先加入過氧化氫酶脫氧,再加入染化料進(jìn)行升溫染色,可實(shí)現(xiàn)短流程的染色工藝。2全酶法生物脫膠傳統(tǒng)麻纖維原莖半脫膠的方法主要采用溫水浸漬法,也稱“漚麻”,通過將麻原莖裝入漚麻池,加水后利用麻莖和水中微生物的自然發(fā)酵作用,產(chǎn)生果膠酶等酶類,使亞麻原莖中的果膠質(zhì)和半纖維素雜質(zhì)部分分解。該方法的缺點(diǎn)在于生產(chǎn)周期長,工藝條件不穩(wěn)定,麻纖維質(zhì)量波動大。為穩(wěn)定麻纖維的質(zhì)量,提高生產(chǎn)效率,可添加果膠酶等進(jìn)行全酶法直接生物脫膠。果膠酶直接進(jìn)行麻原莖半脫膠時,為提高脫膠效果,可先進(jìn)行熱水預(yù)處理。在近沸條件下,通過水煮預(yù)處理使麻纖維溶脹,部分水溶性果膠質(zhì)溶解,促使單纖維間松解,有利于果膠酶擴(kuò)散進(jìn)入纖維束,對果膠質(zhì)進(jìn)行分解。以紅麻為例,采用天津利華酶制劑廠果膠酶和半纖維素酶復(fù)合酶制劑進(jìn)行生物酶半脫膠,參考工藝:熱水預(yù)處理溫度98℃,時間30min;酶脫膠處理復(fù)合酶0.3g/L,pH2.5,溫度50℃,時間8h,浴比1∶15。3真絲綸的酶練傳統(tǒng)真絲綢精練采用皂堿法或快速精練法,由于脫膠過程中溫度和練浴pH值都過高,精練過程不易控制,易造成綢面“灰傷”、“皺印”等練疵,尤其在染深色的品種時其弊端表現(xiàn)尤為明顯,嚴(yán)重影響了織物的外觀質(zhì)量。傳統(tǒng)的真絲綢精練方法還具有能耗大,排放的練液COD值高,污染嚴(yán)重的缺點(diǎn)。采用生物酶進(jìn)行真絲的脫膠加工,不但脫膠均勻,絲素?fù)p傷很小,綢面光澤好,手感優(yōu)良,而且酶練過程中低溫低堿,克服了傳統(tǒng)的精練方法對真絲綢產(chǎn)生的不良影響,減少甚至避免了練疵。應(yīng)用于真絲綢酶練的蛋白酶有酸性、中性和堿性蛋白酶,國內(nèi)以中性蛋白酶和堿性蛋白酶為主,國外還有酸性蛋白酶。以往采用的蛋白酶活力低,精練時需經(jīng)過預(yù)處理、酶練、復(fù)練等過程,工藝復(fù)雜,時間長,生產(chǎn)效率低。近年來,隨著生物技術(shù)不斷發(fā)展,不少高效蛋白酶在真絲綢的酶練中得到應(yīng)用,如中性蛋白酶有木瓜酶(南寧悅豐生物),堿性蛋白酶有2709(海寧金潮實(shí)業(yè))、Mu823(上海大祥化工)、CAP(德清生物化學(xué))和Alcalase(諾維信公司)等。堿性蛋白酶由于在低溫弱堿性條件下脫膠,有利于絲膠膨化,對酶脫膠有促進(jìn)作用,使精練效率提高。根據(jù)不同酶制劑的特點(diǎn),可選用一浴法酶練,也有結(jié)合純堿高溫預(yù)處理,再進(jìn)行酶練的二浴法。以真絲針織綢(90g/m2)為例,采用堿性復(fù)合蛋白酶SY蛋白酶進(jìn)行一浴法酶精練的工藝為:復(fù)合蛋白酶SY0.5g/L,助練劑T3.0g/L,pH9.5,溫度55℃,時間60min,浴比1∶40。4毛枝生物洗脫和植物雜質(zhì)4.1提高洗滌劑毛的硬度和去蛋白的活性常規(guī)的洗毛工藝難達(dá)到較高的白度,必須通過氧化或還原漂白來實(shí)現(xiàn),但漂白易造成纖維的損傷。通過對影響洗凈毛白度的影響因素的分析,發(fā)現(xiàn)原毛表面除含有羊毛脂、羊汗、草屑等污染物外,還存在一種由細(xì)胞碎片和軟角質(zhì)蛋白原生質(zhì)構(gòu)成的蛋白質(zhì)污染物。這種蛋白質(zhì)污染物與纖維間存在較強(qiáng)的氫鍵結(jié)合力,在洗毛中難以去除,其包裹的細(xì)小雜質(zhì)由于洗滌不凈,最終影響洗凈毛的白度。采用具有較高活性和高度專一性的生物酶,分解去除羊毛表面里層的蛋白質(zhì)污染物,能有效提高洗凈毛的白度。以合成洗滌劑+蛋白酶五槽洗毛為例,前兩槽添加滲透劑和合成洗滌劑,洗除羊毛脂、羊汗等大部分雜質(zhì);第三槽添加2709堿性蛋白酶進(jìn)行生物洗毛,去除蛋白質(zhì)污染物;后兩槽以溫水進(jìn)行漂洗。試驗(yàn)表明,洗凈毛的白度有了較大的提高。以合成洗滌劑+2709蛋白酶二步法洗毛為例,第三槽生物酶洗的參考工藝為:2709蛋白酶0.2g/L,pH10,浴比1∶150,溫度55℃,時間10~15min。采用蛋白酶進(jìn)行生物洗毛時,必須合理控制好蛋白酶濃度及洗毛時間,否則會造成毛纖維強(qiáng)力下降。這是因?yàn)榈鞍酌冈谌コ蛎砻娴奈廴疚飼r,若酶制劑濃度過高或處理時間過長,蛋白酶還會作用于毛纖維,使羊毛表面結(jié)構(gòu)破壞,大分子肽鏈被降解,引起纖維損傷,強(qiáng)力下降。4.2酶系統(tǒng)生物酶法生物方法去除植物性雜質(zhì)主要采用纖維素酶,在低溫條件下進(jìn)行羊毛浸漬處理。通過纖維素酶使羊毛中植物纖維發(fā)生降解,與毛纖維的粘著力下降,植物性雜質(zhì)的物理性能隨之改變,強(qiáng)力和聚合度下降,最終形成短小的纖維素碎片,從原毛中分離出來。由于纖維素酶的專一性較強(qiáng),只作用于植物性雜質(zhì),對毛纖維不發(fā)生反應(yīng),且處理溫度低,因此不會造成毛纖維損傷。與強(qiáng)酸條件下的炭化處理法相比,生物酶處理后不但毛纖維的斷裂強(qiáng)度、平均長度等指標(biāo)變化較小,且羊毛的白度也有所提高。以杰能科公司中性纖維素酶IndiAge為例,對含草雜的羊毛進(jìn)行浸漬處理的參考工藝為:纖維素酶1g/L,pH5.5~6.5,溫度40~45℃,時間40min,浴比1∶10。5紡織生物科技前的處理(1)酶法前處理方面以棉織物煮練為例,傳統(tǒng)堿煮練以燒堿為主練劑,價格較低廉,而果膠酶或其他復(fù)合煮練酶價格較高,不同程度地限制了酶法前處理工藝的推廣。當(dāng)然,在分析紡織品加工成本時,也應(yīng)考慮到生物酶前處理在水、電、汽消耗和廢水處理費(fèi)用方面的優(yōu)勢,綜合評價生物方法加工的經(jīng)濟(jì)效益。(2)溫度對活性的影響不少酶制劑在室溫條件下,能存放較長時間,但也有些酶制劑在高溫高濕的車間條件下,活性隨存放時間變化較大。因此,如何提高前處理酶制劑的活性穩(wěn)定性,也是生物工程需要進(jìn)一步研究的問題。(3)前處理加工設(shè)備以棉織物前處理為例,生物酶反應(yīng)條件緩和,采用浸漬方式(如繩狀或溢流染色機(jī))加工,能獲得更好的處理效果。而現(xiàn)有棉織物前處理加工的設(shè)備多為連續(xù)軋蒸式,車速較快。因此,要完全實(shí)現(xiàn)酶法的連續(xù)化前處理加工,還需對現(xiàn)有設(shè)備作適當(dāng)改進(jìn),如可在軋蒸前增加浸漬槽,延長酶液浸漬時間,增加處理效果等。(4)常用處理雜質(zhì)由于生物酶的專一性較強(qiáng),使得其在處理過程中只能分解特定結(jié)構(gòu)的底物。天然纖維上非纖維組分的雜質(zhì)種類較多,僅使用酶制劑處理,雜質(zhì)并不能全部去除。以真絲綢酶精練為例,若僅使用蛋白酶而不添加其他助