棉织物酶精练工艺探讨
传统的棉织物精练方法是采用氢氧化钠溶液,并在润湿剂和螯合剂存在下通过高温碱煮完成。大多数非纤维杂质是在强碱的作用下变得具有可溶性,然后通过充分水洗去除。因此,传统的精练工艺对设备的要求高,加工过程中能源消耗大,同时由于大量碱及助剂的存在对环境有很大的破坏作用。为改变这一状况,近年来随着生物技术的发展,酶在精练中的应用受到了重视。酶的反应条件比较温和,具有较高的专一性,反应生成物易于水解,在工业化生产中具有降低能源、减少资源消耗的特点。酶用于织物精练还具有精练设备要求低,废水处理简单,环境污染小,处理后的织物具有更好的柔软性等优点。
1 酶精练机理
天然棉纤维是一种植物组织,含有部分原生质,由主要成分为纤维素的再生膜和覆盖于再生膜上的初生物组成[1 ] 。在棉纤维中存在的天然杂质,因棉花的品种和产地不同而有所差别,含量约为4 %～5 %。棉纤维的杂质主要存在于初生膜中,该膜呈层状结构,由含果胶、棉腊、蛋白质等的外皮层和网状层组成。棉纤维的杂质主要存在于初生胞壁中,初生胞壁纤维素占54 % ,蛋白质占14 % ,果胶占9 % ,棉腊占3 % ,其中棉腊和果胶的疏水性是造成天然棉具有不润湿性的主要原因[2 ] 。因此,精练是靠烧碱的作用,使果胶、腊质、蛋白质及棉籽壳都脱落下来,初生胞壁几乎全部去除,使织物达到良好的吸湿性能。酶精练的机理[3]是利用原果胶酶与不溶性果胶之间的反应,不仅使果胶成游离状态,还可以使表面其他杂质脱落达到精练的目的。在精练过程中,能保护初生胞壁中的纤维素成分达到手感丰满的效果。但是,棉纤维的初生胞壁中的纤维素分子占有很高的比例,同时果胶并不是连续成膜地分布在纤维表面,而是分布在纤维素大分子之间。如果单纯使用果胶酶不仅所需时间长,并且精练后的织物还须要在纤维素酶的作用下进一步进行减量加工,以使纤维表面的初生胞壁得以去除。因此,在通常情况下是利用纤维素酶和果胶酶复配来进行精练。在纤维素酶和果胶酶共同作用时,由于不溶性果胶在纤维表面存在,纤维素酶难于进入纤维内部,反应只局限于表面,从而保护了纤维主体不受破坏,强力没有明显的下降。由于表面果胶分子与纤维分子同时受到分解作用,比单纯果胶分子的分解会更迅速、更有效,去除纤维表面的杂质也比较干净。基于此理论,下面就影响酶精练效果的因素如酶的用量、pH 值、温度、时间等进行实验分析,以期得到一个相对合理的工艺条件,为酶精练生产制定工艺提供参考。
2 酶精练实验
2.1.1 表面活性剂的选择
离子型表面活性剂能使酶变性,破坏其结构,对酶有抑制作用。非离子表面活性剂不与酶蛋白质结合,除非他在溶液中的浓度大大超过了其临界胶束浓度,否则酶在其溶液中将保持催化活性。非离子型表面活性剂帮助酶向棉表面的微孔和裂缝中渗透,并使自身向着催化作用有利的位置取向。因此,在酶精练工艺中应选择非离子型表面活性剂(例如JFC) 作助剂。
2.1.2 酶用量对精练效果的影响
选择不同浓度的酶,按下面工艺对棉织物进行处理,再对处理后的织物进行性能测试。实验材料40 ×40/ 120 ×60 府绸(酶退浆,以下实验均相同) ,工艺条件pH 值8 ,温度50 ℃,表面活性剂2g/ L ,时间30min ,浴比30∶1。
结果表明,当果胶酶、纤维素酶浓度分别为115 %和310 %时,处理后的织物各项性能最好。
棉织物酶精练工艺探讨
传统的棉织物精练方法是采用氢氧化钠溶液,并在润湿剂和螯合剂存在下通过高温碱煮完成。大多数非纤维杂质是在强碱的作用下变得具有可溶性,然后通过充分水洗去除。因此,传统的精练工艺对设备的要求高,加工过程中能源消耗大,同时由于大量碱及助剂的存在对环境有很大的破坏作用。为改变这一状况,近年来随着生物技术的发展,酶在精练中的应用受到了重视。酶的反应条件比较温和,具有较高的专一性,反应生成物易于水解,在工业化生产中具有降低能源、减少资源消耗的特点。酶用于织物精练还具有精练设备要求低,废水处理简单,环境污染小,处理后的织物具有更好的柔软性等优点。
1 酶精练机理
天然棉纤维是一种植物组织,含有部分原生质,由主要成分为纤维素的再生膜和覆盖于再生膜上的初生物组成[1 ] 。在棉纤维中存在的天然杂质,因棉花的品种和产地不同而有所差别,含量约为4 %～5 %。棉纤维的杂质主要存在于初生膜中,该膜呈层状结构,由含果胶、棉腊、蛋白质等的外皮层和网状层组成。棉纤维的杂质主要存在于初生胞壁中,初生胞壁纤维素占54 % ,蛋白质占14 % ,果胶占9 % ,棉腊占3 % ,其中棉腊和果胶的疏水性是造成天然棉具有不润湿性的主要原因[2 ] 。因此,精练是靠烧碱的作用,使果胶、腊质、蛋白质及棉籽壳都脱落下来,初生胞壁几乎全部去除,使织物达到良好的吸湿性能。酶精练的机理[3]是利用原果胶酶与不溶性果胶之间的反应,不仅使果胶成游离状态,还可以使表面其他杂质脱落达到精练的目的。在精练过程中,能保护初生胞壁中的纤维素成分达到手感丰满的效果。但是,棉纤维的初生胞壁中的纤维素分子占有很高的比例,同时果胶并不是连续成膜地分布在纤维表面,而是分布在纤维素大分子之间。如果单纯使用果胶酶不仅所需时间长,并且精练后的织物还须要在纤维素酶的作用下进一步进行减量加工,以使纤维表面的初生胞壁得以去除。因此,在通常情况下是利用纤维素酶和果胶酶复配来进行精练。在纤维素酶和果胶酶共同作用时,由于不溶性果胶在纤维表面存在,纤维素酶难于进入纤维内部,反应只局限于表面,从而保护了纤维主体不受破坏,强力没有明显的下降。由于表面果胶分子与纤维分子同时受到分解作用,比单纯果胶分子的分解会更迅速、更有效,去除纤维表面的杂质也比较干净。基于此理论,下面就影响酶精练效果的因素如酶的用量、pH 值、温度、时间等进行实验分析,以期得到一个相对合理的工艺条件,为酶精练生产制定工艺提供参考。
2 酶精练实验
2.1.1 表面活性剂的选择
离子型表面活性剂能使酶变性,破坏其结构,对酶有抑制作用。非离子表面活性剂不与酶蛋白质结合,除非他在溶液中的浓度大大超过了其临界胶束浓度,否则酶在其溶液中将保持催化活性。非离子型表面活性剂帮助酶向棉表面的微孔和裂缝中渗透,并使自身向着催化作用有利的位置取向。因此,在酶精练工艺中应选择非离子型表面活性剂(例如JFC) 作助剂。
2.1.2 酶用量对精练效果的影响
选择不同浓度的酶,按下面工艺对棉织物进行处理,再对处理后的织物进行性能测试。实验材料40 ×40/ 120 ×60 府绸(酶退浆,以下实验均相同) ,工艺条件pH 值8 ,温度50 ℃,表面活性剂2g/ L ,时间30min ,浴比30∶1。
结果表明,当果胶酶、纤维素酶浓度分别为115 %和310 %时,处理后的织物各项性能最好。
2.1.3 pH 值对酶精练效果的影响
选择不同pH值,按下面的工艺对棉织物进行处理,然后对处理后的织物进行性能测试。工艺条件 温度50 ℃, 表面活性剂2g/ L , 时间30min ,浴比30∶1 ,果胶酶115 % ,纤维素酶310 %。
结果表明,随着pH 值的增大,精练后的织物性能指标值先增大后减小,在pH 值为8 时,处理后的织物损伤最小,而且润湿性能、白度、K/ S 值都较好。因此在制定工艺时,考虑这两种酶活性pH 值范围的基础上,pH 值定为8 为宜。
2.1.4 温度对酶精练效果的影响
选择不同温度,按下面的工艺对棉织物进行处理,然后对处理后的织物进行性能测试。
工艺条件 pH 值8 , 表面活性剂2g/ L , 时间30min ,浴比30∶1 ,果胶酶115 % ,纤维素酶310 %。
可看出,随着温度的升高,各性能指标值先增大后减小,从毛效和K/ S 值来看50 ℃时效果最好。
2.1.5 时间对精练效果的影响
选择不同时间,按下面的工艺对棉织物进行处理,然后对处理后的织物进行性能测试。
工艺条件 温度50 ℃,表面活性剂2g/ L ,pH 值8 ,果胶酶115 % ,纤维素酶310 % ,浴比30∶1。
由结果可知,随着时间的延长,精练后的织物性能指标值都有所增加,但是增加的幅度不是很大,因此考虑生产效率,时间以30min 为宜。
2.1.6 碱精练与酶精练效果对比
按下面的工艺对棉织物进行处理,然后对处理后的织物进行性能测试。
碱精练工艺 氢氧化钠20 %(owf) ,肥皂2g/ L ,温度100 ℃,时间120min ,浴比30∶1。
酶精练工艺 温度50 ℃,表面活性剂2g/ L ,pH 值8 ,时间30min ,果胶酶115 % ,纤维素酶310 % ,浴比30∶1。
3 结论
实验结果表明,纤维素酶和果胶酶按一定的比例进行复配,并在一定条件下对棉织物进行精练处理,完全可以得到与碱处理同样的效果。
