酶被称为“生物催化剂”,它与人类的生活有着不解之缘。无论是在动植物还是在微生物中,到处都可以找到它的踪迹。人们对酶的利用可以追溯到4000a以前,那时,我国劳动人民已经能制麦芽糖、酿酒和造酱醋。现今随着科学技术的发展,生物技术日新月异,酶的品种日益增多,用途也日益广泛。生物酶不仅用于食品发酵、纺织、制革、医药、造纸等轻化工业上,而且还用于能源开发和环境治理中。在染整工业中,酶最早主要应用于棉织物退浆和蚕丝的脱胶,而今人们发现利用生物酶处理纺织品不仅能使服用性能得到改善和提高,而且有利于生态环境的保护。应用生物酶处理纺织品的工艺属于绿色生产工艺,很有发展前景。
1、生物酶的结构和特性
生物酶是具有催化功能的蛋白质。象其他蛋白质一样的酶分子由氨基酸长链组成。其中一部分链成螺旋状,一部分成折叠的薄片结构,而这两部分由不折叠的氨基酸链连接起来,从而使整个酶分子成为特定的三维结构。
生物酶是从生物体中产生的,它具有特殊的催化功能。它与一般催化剂相比具有如下特点[1]:1)催化效率高。酶的催化效率是一般无机催化剂的 103～106倍。2)专一性强。一般催化剂对底物专一性比较差,而酶对底物有严格的选择性(某一种酶往往只能对某一类物质起催化作用)。3)反应条件温 和。酶催化反应不象一般催化剂需要高温、高压、强酸、强碱等剧烈条件,而可在较温和的常温、常压下进行。4)具有调节能力。许多酶的催化活性可受到多种调 节机制的灵活调节。
酶的种类很多,不同的酶最适合作用的条件也各异。影响酶催化活性的因素很多,如酶的浓度、底物浓度、反应温度、pH值、时间等。要想使生物酶更好地应用在染整工业中,就需要坚持不懈的研究开发和实践。
2、生物酶在染整工业中的开发与应用
2.1、酶退浆
2.1.1、淀粉酶退浆
用淀粉酶对含有淀粉的棉织物退浆是生物酶最早应用于染整前处理加工的工艺。棉织物采用碱退浆对淀粉浆的退除率较低,采用氧化剂或酸退浆如果工艺条件控 制不当又会使织物强力受到严重损伤。而采用能分解淀粉浆的淀粉酶,在较温和的温度和pH值条件下,使淀粉转变成溶解状态,不但退浆率高,而且对棉织物无损 伤,产品手感柔软。因此棉织物采用酶退浆是人们一直公认的理想退浆工艺。过去因淀粉酶成本较碱高得多,再加上它对其他浆料无去除作用,限制了它的应用。随 着生物技术的发展,淀粉酶的价格不断降低,因此,该工艺又重新引起人们的重视。
2.1.2、脂肪酶辅助退浆、
采用脂肪酶辅助退浆工艺国外也有报道[2]。在传统上浆工艺中,淀粉和以动植物为基础的润滑剂(甘油三酸脂)常被用作上浆组分。这主要是由于它们是可 以不断供应的天然原料,容易买到,价格相当便宜。采用传统的退浆/精练工艺,只有低于10%的动植物被皂化。而以甘油三酸脂为主的润滑剂几乎能全部被脂肪酶水解。因此,对于用淀粉/动植物混合浆料上浆的织物,可以采用淀粉酶和脂肪酶的混合退浆剂退浆。
退浆采用轧堆法,工艺条件为脂肪酶浓度5000LU/kg棉,淀粉酶浓度25NAU/kg棉pH值为7,温度75℃,2h,浴比1∶1,退浆率为98%。
退浆采用高温短蒸法:脂肪酶浓度100LU/kg棉,淀粉酶浓度50NAU/kg棉,pH为7,温度90℃以上,时间5min,浴比1∶20,退浆率90%以上。
采用上述工艺退浆均匀性好,织物手感柔软,可减轻环境污染和精炼负担。若采用90℃以上短蒸处理,还可缩短退浆时间。
2.2、酶精练
棉织物采用烧碱精练的方法已有很长历史,到目前为止几乎所有的棉织物都采用碱精练。但是随着人类对保护生态环境的需求,采用酶精练的研究正在兴起。据有关资料介绍,采用果胶酶和纤维素酶协同作用,对棉织物进行处理,能显著地改善织物的润湿性,织物损伤小。
酶精练的具体工艺如下:果胶酶2.2%(owf),纤维素酶4.4%(owf),pH值为5(HAcNaAc缓冲液),温度50℃,时间60min,浴比1∶12。
与碱精练相比,酶精练反应条件温和、能源消耗低、设备要求简单,没有废水处理问题。酶精练后的织物手感蓬松、柔软。经酶练后的染色织物,色泽鲜艳、光泽明亮,外观效果明显优于碱精练。由此可见,酶精练工艺是最有希望取代碱精练的工艺。
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