亞麻纖維多元復(fù)合酶的研制

亞麻纖維多元復(fù)合酶的研制

長期以來，前處理和加工結(jié)果表明，采用高溫濃堿等化學(xué)品進行污泥和精煉，并用次氯酸鈉和雙氧水進行漂白。其效果是白度高、毛效好;但工藝條件復(fù)雜劇烈,織物損傷大;工藝流程長,能源浪費大,污水排放量大,污染嚴重,且在次氯酸鈉漂白過程中產(chǎn)生高毒性的可吸附性有機鹵化物(AOX),這些化合物的排放將對人類造成嚴重的危害。因此許多國家早已規(guī)定了嚴格的AOX排放極限。一些發(fā)達國家對pH值、甲酸、氯、磷、揮發(fā)性物質(zhì)、氣味等明確提出了限量標準和測試方法,傳統(tǒng)工藝面臨淘汰。針對這些問題,深圳新龍亞麻紡織漂染有限公司在丹麥諾維信(中國)投資有限公司的大力支持配合下,同清華大學(xué)深圳研究生院合作立項研究開發(fā)生物酶在亞麻織物前處理加工中的應(yīng)用,為實現(xiàn)清潔生產(chǎn),生產(chǎn)出符合環(huán)保要求的產(chǎn)品開創(chuàng)新路。1復(fù)合酶前處理亞麻屬于韌皮纖維植物。如何在前處理過程中充分去除雜質(zhì),使纖維具有優(yōu)良的回彈性,又不過分降低強力,是亞麻前處理的關(guān)鍵。經(jīng)多次實驗證明,生物酶技術(shù)用于亞麻織物前處理是一種方便、迅速、有效、安全、清潔衛(wèi)生、減少環(huán)境污染、根除AOX危害、節(jié)約資源和能耗的新技術(shù)。應(yīng)用于染整加工的生物酶主要有纖維素酶、淀粉酶、蛋白酶、脂酶、漆酶、果膠酶和過氧化氫酶等,根據(jù)酶催化作用的高效性、高度的專一性和條件比較緩和的特點,采用丹麥諾維信產(chǎn)的Scourzyme酶系列等,研究出一種專用于亞麻前處理的多元復(fù)合酶,其組成為:果膠酶、纖維素酶、淀粉酶、漆酶等。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),該復(fù)合酶在一定條件下,產(chǎn)生優(yōu)良的協(xié)同效應(yīng),通過這種協(xié)同作用可有效地催化分解亞麻織物中的非纖維雜質(zhì)——即纖維素伴生物果膠質(zhì)、蠟質(zhì)、木質(zhì)素、灰分等雜質(zhì)。這種協(xié)同作用效果是單一酶的作用效果總和,既可達到去除雜質(zhì)的目的,又幾乎不損傷亞麻工藝纖維(表皮層、韌皮層、形成層的外皮薄壁纖維束)。同時,還可以獲得蓬松、厚實和柔軟的效果,從而使織物性能、手感得到明顯改善。中性纖維素酶可以作用于纖維結(jié)晶區(qū),使織物獲得蓬松、厚實的效果,它與織物接觸面積大,參與作用的機會多,可去除亞麻織物表面的毛羽,能在一定程度上改善產(chǎn)品的刺癢感,并使織物外觀光潔,增加織物表面對光線的規(guī)則反射,從而使織物獲得燒毛及其它整理難以達到的效果。果膠酶在去除果膠的同時,對蠟質(zhì)也有較好的去除效果,可改善和提高織物的吸水性,實驗結(jié)果表明,果膠酶處理4~24h,水滴在織物上5~10s內(nèi)即被吸收。木質(zhì)素在麻纖維中的存在,使麻纖維較剛硬,所以,要想改善麻織物的手感,必須去除木質(zhì)素,在復(fù)合酶制劑中,加適量的漆酶(氧化還原酶)催化分解木質(zhì)素。脂酶可去除纖維中的蠟質(zhì)和織造、貯存過程中沾上的油污。淀粉酶可去除織物上的漿料。即應(yīng)用淀粉酶對淀粉的分解作用,迅速降低分子量,降低溶液的粘度,使織物迅速脫漿。亞麻經(jīng)酶處理后,原纖無定形區(qū)分子的部分水解,使結(jié)晶區(qū)的微隙加大;結(jié)晶區(qū)分子的部分水解,使結(jié)晶區(qū)的尺寸變小;纖維素伴生物被催化分解。因此,在受到外力作用下結(jié)晶區(qū)之間容易產(chǎn)生相對運動,纖維的抗彎曲性能降低,剛度減弱,從而使纖維素伴生物易于去除,并使織物的服用性能得到改善。2多元復(fù)合酶用于預(yù)處理亞硝酸鹽的可行實驗2.1實驗材料實驗用織物品種及規(guī)格見表1。2.2燒堿助劑的用量亞麻織物精煉加工的傳統(tǒng)工藝是在102~105℃溫度條件下,用燒堿及其它助劑處理完成的。而該多元復(fù)合酶在溫度50~55℃,pH值7~8范圍內(nèi),具有較高的活性,在此條件下對亞麻織物進行處理,結(jié)果如下。2.2.1ph值對酶活性的影響pH值對酶活力的影響見圖1。2.2.2ph值對天麻前處理效果的影響pH值對亞麻前處理效果的影響如表2所示。2.2.3溫度對酶活性的影響溫度對酶活力的影響如圖2所示。2.2.4整理后的分散整理工藝溫度對亞麻前處理效果的影響見表3。由此可見,該復(fù)合酶精煉的最佳工藝條件為激活溫度50~55℃,工作液pH值7~8。酶處理織物時,在上述條件下,多浸一軋(或多軋)后,進行充分堆置,水洗。即工藝流程為:坯布→燒毛浸漬酶液→堆置→水洗。在生產(chǎn)過程中,酶精煉過程對織物處理是否勻透、充分是非常關(guān)鍵的,為使酶能與底物充分作用,織物浸漬酶液后,將織物打卷轉(zhuǎn)動堆置10~16h,使酶液能夠均勻地吸附在織物表面,并進而向纖維內(nèi)部擴散,堆置后充分水洗,去除雜質(zhì)。2.3實驗方法在多次小實驗的基礎(chǔ)上,采用同一坯布廠家的坯布,對傳統(tǒng)工藝和酶處理工藝進行對比中試生產(chǎn)。實驗設(shè)備:退煮漂聯(lián)合機、冷軋堆、平洗機。2.3.1純亞洲麻的傳統(tǒng)處理燒毛→退煮→水洗→復(fù)煮→水洗→氯漂→堆置→水洗→氯漂→堆置→水洗→(酸洗)→氧漂→絲光→酸洗→染色。2.3.1.u3000中酸、堿分別煮岸.退漿:100%NaOH45~50g/L,精練滲透劑10g/L,氧化退漿劑6~10g/L,磷酸三鈉4g/L,汽蒸溫度100~102℃,汽蒸時間60~70min,水洗溫度70~80℃。復(fù)煮:100%NaOH45~50g/L,精練滲透劑10g/L,亞硫酸鈉6g/L,磷酸三鈉4g/L,汽蒸溫度100~102℃,汽蒸時間60~70min,水洗溫度70~80℃。氯漂:次氯酸鈉(有效氯)5~6g/L,H2SO40.10~0.15g/L,室溫堆置30~40min。氧漂:H2O25~6g/L,水玻璃3g/L,穩(wěn)定劑5g/L,絡(luò)合劑1g/L,蒸汽溫度90~95℃,汽蒸時間60~70min,水洗溫度70~80℃。2.3.2純亞洲麻酶處理燒毛→酶處理→汽蒸平洗→氧漂→(復(fù)氧漂)→絲光。2.3.2.u3000汽蒸時間及溫度酶處理:復(fù)合酶12g/L,非離子滲透劑3g/L,pH值7~8,溫度50~55℃,堆置8~12h。汽蒸溫度100~102℃,汽蒸時間90s,水洗溫度70~80℃。氧漂、復(fù)氧漂工藝條件相同,100%H2O27~8g/L,穩(wěn)定劑8g/L,絡(luò)合劑1g/L,滲透劑2g/L,汽蒸溫度90~95℃,汽蒸時間60min,pH值(用NaOH調(diào)節(jié))10.5~11。2.3.3亞麻紡織機的制備工藝燒毛→退煮→水洗→氯漂→堆置→水洗→氯漂→堆置→水洗→氧漂→(酸洗)→絲光→酸洗→染色。2.3.3.次氯酸鈉/hso煮煉:100%NaOH45~50g/L,氧化退漿劑6g/L,磷酸三鈉4g/L,精煉滲透劑8g/L,汽蒸溫度100~102℃,汽蒸時間60~70min,水洗溫度70~80℃。氯漂:次氯酸鈉(有效氧)3~3.5g/L,H2SO40.08~0.10g/L,室溫堆置30~40min。氧漂:100%H2O23~3.5g/L,穩(wěn)定劑4g/L,絡(luò)合劑1g/L,滲透劑2g/L,pH值(用NaOH調(diào)節(jié))10.5~11,汽蒸溫度90~95℃,汽蒸時間60~70min,水洗溫度70~80℃。2.3.4亞麻和棉紡織機的酶處理燒毛→酶處理→汽蒸平洗→氧漂→(復(fù)氧漂)→絲光。2.3.4.汽蒸平洗酶處理:復(fù)合酶12g/L,非離子表面活劑3g/L,pH值7~8,溫度50~55℃,堆置12~16h。汽蒸平洗:汽蒸溫度100~102℃,汽蒸時間90s,水洗溫度70~80℃。氧漂:100%H2O25~6g/L,穩(wěn)定劑4g/L,絡(luò)合劑1g/L,滲透劑2g/L,溫度90~95℃,堆置時間60~70min,pH值(用NaOH調(diào)節(jié))10.5~11。2.3.5亞麻/棉紡織機的制備燒毛→退漿→水洗→煮練→水洗→煮練→水洗→氯漂→水洗→氧漂→水洗→復(fù)氯漂→水洗→復(fù)氧漂→水洗→烘干。2.3.5.u3000酸蒸法退漿:100%NaOH50~60g/L,氧化退漿劑6g/L,磷酸三鈉6g/L,滲透劑6g/L,汽蒸溫度100~102℃,汽蒸時間60~70min,水洗溫度70~80℃。煮練:100%NaOH50~60g/L,亞硫酸鈉6g/L,磷酸三鈉6g/L,精練滲透劑8g/L,汽蒸溫度100~102℃,汽蒸時間60~70min,水洗溫度70~80℃。氯漂:次氯酸鈉(有效氯)5~6g/L,硫酸0.13~0.15g/L,室溫堆置30~45min。氧漂:100%H2O25~6g/L,絡(luò)合劑2g/L,穩(wěn)定劑6g/L,滲透劑3g/L,pH值10.5~11(用NaOH調(diào)節(jié)),汽蒸溫度90~95℃,堆置時間60~70min。2.3.6亞麻和棉紡混合酶的處理燒毛→浸軋復(fù)合酶→堆置→淡堿汽蒸→氧漂→(復(fù)氧漂)。2.3.6.堆置催化劑酶處理:復(fù)合酶15g/L,非離子滲透劑5g/L,pH值7~8,溫度50~55℃,堆置16~20h。氧漂:100%H2O27~8g/L,穩(wěn)定劑8g/L,粘合劑2g/L,滲透劑3g/L,pH值10.5~11(用NaOH調(diào)節(jié)),汽蒸溫度90~95℃,堆置時間60~70min。2.4結(jié)果與討論2.4.1處理工藝對染色質(zhì)量的影響表4為不同工藝條件下半漂布的物理指標對比。從表4可以看出,生物酶處理工藝與傳統(tǒng)工藝相比,白度、毛效相近,斷裂強度較高,失重較小,達到了染前半制品的質(zhì)量要求。表5為不同工藝條件下染色質(zhì)量的評價。由表5可見,經(jīng)酶處理的制品得色深,色澤鮮艷,質(zhì)地松軟,染色牢度較好。2.4.2第一處理廢水的污染率純亞麻、麻棉交織及麻棉混紡織物污水排放指標見表6。2.4.3經(jīng)濟效益測算本項目做了20萬m布的生產(chǎn)實驗,以此為依據(jù)測算年產(chǎn)2500萬m布的經(jīng)濟效益。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為:純亞麻50%,麻棉交織20%,麻棉混紡30%。2.4.3.1.材料成本分析原材料成本分析及效益測算見表7。2.4.3.工藝用量和生物酶用量耗水及污水排放成本見表8。年產(chǎn)2500萬m布傳統(tǒng)工藝用水量為109.5萬t,生物酶工藝用水量為54.7萬t,全年節(jié)約用水量為54.7萬t。綜上可見,全年節(jié)約成本504.7萬元(人工及其它固定成本未計)。2.4.4亞麻織物染整加工的應(yīng)用前景生物酶用于亞麻及其交織混紡織物的前處理加工是可行的,其特點是:①縮短了工藝流程,降低了資源和能源的消耗,減少了燒堿及其它化學(xué)藥劑的消耗,水污染物和污水排放量降低了50%以上,減輕了環(huán)境污染,減輕污水處理的負擔(dān)及處理費用,有利于實現(xiàn)清潔生產(chǎn)。②廢除了次氯酸鈉漂白工序,根除了嚴重的AOX危害,改善了生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境,生產(chǎn)出環(huán)保產(chǎn)品,有利于人類健康。③生物酶工藝取代傳統(tǒng)的高溫、濃堿的煮煉方法,工藝條件溫和,對織物損傷小。半漂布白度、毛效都可以達到染前半制品的質(zhì)量要求。且質(zhì)地蓬松,提高了上色率。成品與傳統(tǒng)工藝相比,色澤鮮艷,改善了手感及刺癢感,質(zhì)地豐滿,布面光亮,勻染性好,斷裂強力及克重均有所提高。④綜合成本有較大幅度降低。其中純亞麻及交織織物可降低45%左右;亞麻/棉混紡織物比傳統(tǒng)工藝綜合成本降低35%左右。⑤亞麻混紡織物的前處理,對于中厚織物麻皮去除的效果和半漂布白度略低于傳統(tǒng)工藝。對生物酶質(zhì)量、基質(zhì)和工藝條件的影響因素等生產(chǎn)在線控制及活力測定尚無可操作的方法,有待尋求一個好的檢測方法。通過對生物酶在亞麻及其交織、混紡織物前處理的探討,中試生產(chǎn)結(jié)果證明多元復(fù)合生物酶用