1 前 言 人类生存环境已愈来愈受到全球的关注。生物技术的发展使印染工业减少和取消有害化学品 从而有可能降低或消除污染。同时纤维的生物处理改善了织物的性能 为产品开发提供了又一条途径。生物酶是一种专一的、强力的催化剂。生物酶的催化作用速度很快 并使化学反应的活化自由能明显降低。
2 生物酶在印染工业中的应用 生物酶在印染工业中 应用较早较成熟的是淀粉退浆酶 分别有低温酶(适用于卷染机) 、中温酶(适用于卷染机、J - BOX及轧蒸退浆) 、高温酶(适用于J - BOX 和轧蒸退浆) 和真丝脱胶的蛋白酶 90 年代以来 纤维素酶用于牛仔布水洗 也日益广泛(有酸性、弱碱性和中性酶 分别用于产生不同的处理效果) 。近几年来 纤维素酶用于抛光整理或光洁整理 最近 又将纤维素酶用于Tencel 纤维 以消除Tencel 原纤化后所带来的表面茸毛。上述这些生物酶在印染工业中的应用 已十分普遍 其技术已被广泛掌握 而生物酶技术及应用的最新进展将对印染产品的开发和清洁工艺的采用带来深远的影响 本文着重对若干新品种进行介绍。
2.1 H2O2 分解酶 这是一种稳定的过氧化氢分解酶 能将过氧化氢分解成水和氧气 而对纤维和染料没有影响 因而漂白后染色前 通过H2O2 分解酶去除漂白织物上和染缸中残留的过氧化氢 以避免纤维的进一步氧化和染色时染料的氧化。同时能缩短加工时间减少水洗用水 降低废水量。尤其对纱线、筒子纱和针织物更为适用。 同样 过氧化氢分解酶随pH 值和温度的改变 其活力随之变化 在pH7 左右和30～40 ℃活性最大。过氧化氢浓度增大 会加快分解反应速度 但必须注意当浓度大于一定量时 酶的作用将减弱 这样过多的残留H2O2 对纤维和染料是不利的。所以不能因为有了H2O2 分解酶 就能任意地加大H2O2 的用量。 使用时 通常要注意H2O2 分解酶对常用表面活性剂和H2O2 稳定剂的相容性 实际生产应用pH为6～8 温度20～55 ℃ 酶用量5～10KCLU/ 升时间10～20min。此技术已慢慢地被国内所认识和接受 它对提高活性染料色泽鲜艳度很有利。 要说明的是用酶可促进漂白的进行 羊毛在含有蛋白酶Bactosol ST的过氧化氢漂液中漂白 可显著提高羊毛的白度和亲水性。这是由于酶促进羊毛纤维初始受到快速的浸蚀 致使羊毛漂白较易进行。从此原理出发 将蛋白酶对羊毛先预处理 使纤维表面裸露 再进行漂白 显然效果更好 且纤维损伤也易控制。
2.2 靛蓝漂白酶Denilite
这是一种作用于靛蓝染料发色体系分解靛蓝染料 破坏其发色的生物酶 用于靛蓝染色织物 能去除靛蓝色泽。它不同于纤维素酶牛仔布的水洗泛旧及传统的牛仔布石磨 其主要特点是不损伤纤维 保持织物良好的强力 并能较好地控制靛蓝染料的分解 从而控制靛蓝漂白程度 使靛蓝织物漂白更容易 赋予服装独特的整理效果。同时 也减少了处理残液的色度 降低废水量。 靛蓝漂白酶在不同温度和pH 值下活性不同以55～65 ℃和pH5.5～6.5 为最大 在以上范围之外 活性明显下降。其生产中应用的条件为: 用量0.5 %～2 % (o. w. f) 温度55～65 ℃ pH 值5.5～6.5 时间15～30min。这种生物酶及应用工艺至今未引入国内 在世界上有应用 值得引起有关企业的重视。
2.3 Novolan 碱性蛋白酶 此种碱性蛋白酶不同于真丝脱胶的蛋白酶 主要用于毛织物改性、改善羊毛织物质量 赋予羊毛针织物柔软、滑爽的手感和良好的悬垂性 降低毛织物起毛起球现象。 羊毛表面被表皮细胞(外皮细胞、鳞片) 覆盖 这种外皮由外层薄膜、外表皮、内表皮三层组成 其中内表皮是非角蛋白质 易被蛋白分解酶消化、萃取 但覆盖在最外层表面的外层薄膜及第二层的外表皮是角蛋白质 它们都含大量胱氨酸 酶难以分解。 若要获得最佳的酶整理改性效果 须在酶整理前 对羊毛进行表面氯化处理。Novolan 碱性蛋白酶活力同样受pH 值和温度影响 以pH8.5 和55 ℃活性最大。而酶的反应速度较快 通常在很短的时间内可得到好的处理结果。若延长反应时间 将会进一步提高处理效果 若提高酶的浓度也有同样的结果。 需要注意的是酶处理会损伤纤维 因此与纤维素酶处理一样 处理结束时应终止酶的反应。若染前酶处理可由沸染时 使酶变性而终止 而染色织物酶处理 则可将处理浴的温度升至75 ℃ 在pH4.0 时 处理5min 即可终止酶反应。 Novolan 碱性蛋白酶与传统的非离子、阴离子表面活性剂及大部分普通的缓冲剂 染料及染色助剂相容 所以使用十分方便。 羊毛酶处理后 基本不影响染色性 手感变得柔软 并有防缩和抗起球作用。光泽也有所提高。 需要说明的是酶处理时加盐会使织物柔软度降低显然这是盐对酶分解抑制所造成。 羊毛的酶处理对改善毛织物性能十分有效 值得我们重视。 国外在羊毛织物上的应用工艺如下:
1 前 言 人类生存环境已愈来愈受到全球的关注。生物技术的发展使印染工业减少和取消有害化学品 从而有可能降低或消除污染。同时纤维的生物处理改善了织物的性能 为产品开发提供了又一条途径。生物酶是一种专一的、强力的催化剂。生物酶的催化作用速度很快 并使化学反应的活化自由能明显降低。
2 生物酶在印染工业中的应用 生物酶在印染工业中 应用较早较成熟的是淀粉退浆酶 分别有低温酶(适用于卷染机) 、中温酶(适用于卷染机、J - BOX及轧蒸退浆) 、高温酶(适用于J - BOX 和轧蒸退浆) 和真丝脱胶的蛋白酶 90 年代以来 纤维素酶用于牛仔布水洗 也日益广泛(有酸性、弱碱性和中性酶 分别用于产生不同的处理效果) 。近几年来 纤维素酶用于抛光整理或光洁整理 最近 又将纤维素酶用于Tencel 纤维 以消除Tencel 原纤化后所带来的表面茸毛。上述这些生物酶在印染工业中的应用 已十分普遍 其技术已被广泛掌握 而生物酶技术及应用的最新进展将对印染产品的开发和清洁工艺的采用带来深远的影响 本文着重对若干新品种进行介绍。
2.1 H2O2 分解酶 这是一种稳定的过氧化氢分解酶 能将过氧化氢分解成水和氧气 而对纤维和染料没有影响 因而漂白后染色前 通过H2O2 分解酶去除漂白织物上和染缸中残留的过氧化氢 以避免纤维的进一步氧化和染色时染料的氧化。同时能缩短加工时间减少水洗用水 降低废水量。尤其对纱线、筒子纱和针织物更为适用。 同样 过氧化氢分解酶随pH 值和温度的改变 其活力随之变化 在pH7 左右和30～40 ℃活性最大。过氧化氢浓度增大 会加快分解反应速度 但必须注意当浓度大于一定量时 酶的作用将减弱 这样过多的残留H2O2 对纤维和染料是不利的。所以不能因为有了H2O2 分解酶 就能任意地加大H2O2 的用量。 使用时 通常要注意H2O2 分解酶对常用表面活性剂和H2O2 稳定剂的相容性 实际生产应用pH为6～8 温度20～55 ℃ 酶用量5～10KCLU/ 升时间10～20min。此技术已慢慢地被国内所认识和接受 它对提高活性染料色泽鲜艳度很有利。 要说明的是用酶可促进漂白的进行 羊毛在含有蛋白酶Bactosol ST的过氧化氢漂液中漂白 可显著提高羊毛的白度和亲水性。这是由于酶促进羊毛纤维初始受到快速的浸蚀 致使羊毛漂白较易进行。从此原理出发 将蛋白酶对羊毛先预处理 使纤维表面裸露 再进行漂白 显然效果更好 且纤维损伤也易控制。
2.2 靛蓝漂白酶Denilite
这是一种作用于靛蓝染料发色体系分解靛蓝染料 破坏其发色的生物酶 用于靛蓝染色织物 能去除靛蓝色泽。它不同于纤维素酶牛仔布的水洗泛旧及传统的牛仔布石磨 其主要特点是不损伤纤维 保持织物良好的强力 并能较好地控制靛蓝染料的分解 从而控制靛蓝漂白程度 使靛蓝织物漂白更容易 赋予服装独特的整理效果。同时 也减少了处理残液的色度 降低废水量。 靛蓝漂白酶在不同温度和pH 值下活性不同以55～65 ℃和pH5.5～6.5 为最大 在以上范围之外 活性明显下降。其生产中应用的条件为: 用量0.5 %～2 % (o. w. f) 温度55～65 ℃ pH 值5.5～6.5 时间15～30min。这种生物酶及应用工艺至今未引入国内 在世界上有应用 值得引起有关企业的重视。
2.3 Novolan 碱性蛋白酶 此种碱性蛋白酶不同于真丝脱胶的蛋白酶 主要用于毛织物改性、改善羊毛织物质量 赋予羊毛针织物柔软、滑爽的手感和良好的悬垂性 降低毛织物起毛起球现象。 羊毛表面被表皮细胞(外皮细胞、鳞片) 覆盖 这种外皮由外层薄膜、外表皮、内表皮三层组成 其中内表皮是非角蛋白质 易被蛋白分解酶消化、萃取 但覆盖在最外层表面的外层薄膜及第二层的外表皮是角蛋白质 它们都含大量胱氨酸 酶难以分解。 若要获得最佳的酶整理改性效果 须在酶整理前 对羊毛进行表面氯化处理。Novolan 碱性蛋白酶活力同样受pH 值和温度影响 以pH8.5 和55 ℃活性最大。而酶的反应速度较快 通常在很短的时间内可得到好的处理结果。若延长反应时间 将会进一步提高处理效果 若提高酶的浓度也有同样的结果。 需要注意的是酶处理会损伤纤维 因此与纤维素酶处理一样 处理结束时应终止酶的反应。若染前酶处理可由沸染时 使酶变性而终止 而染色织物酶处理 则可将处理浴的温度升至75 ℃ 在pH4.0 时 处理5min 即可终止酶反应。 Novolan 碱性蛋白酶与传统的非离子、阴离子表面活性剂及大部分普通的缓冲剂 染料及染色助剂相容 所以使用十分方便。 羊毛酶处理后 基本不影响染色性 手感变得柔软 并有防缩和抗起球作用。光泽也有所提高。 需要说明的是酶处理时加盐会使织物柔软度降低显然这是盐对酶分解抑制所造成。 羊毛的酶处理对改善毛织物性能十分有效 值得我们重视。 国外在羊毛织物上的应用工艺如下:
2.3.1 染前抗起毛和柔软处理(氯化羊毛针织物、边浆式染色机)
a) 酶处理 生物酶0.5 %～1.0 % (o. w. f) ;浴比10～40∶1 ; 温度45～55 ℃;非离子表面活性剂1g/ 1 ; pH 值815 ; 时间30min。
b) 染色 将染色助剂加到酶处理浴中 再加染料 按常规染色方法染色、清洗。
c) 柔软处理 有机硅柔软剂1 % ～ 2 %(o. w. f) ;30 ℃×20min。
2.3.2 染色织物抗起毛和柔软处理(氯化、染色羊毛针织物 边浆式、绞盘式、喷射式设备)
a) 酶处理 酶处理同上 处理后排液。
b) 终止 pH 为4 ; 75 ℃×20min ; 浴比10～40∶1 ;冷却 冲洗。
c) 柔软 有机硅柔软剂1 %～2 % (o. w. f) ;pH610 ; 30 ℃×20min。
2.3.3 超柔软处理(织物和设备同2.3.1)
a) 酶处理 生物酶0.3 %～01. % (o. w. f) 其余同1。
b) 染色(同2.3.1)
c) 酶处理 生物酶0.3 % - 0.5 % (o. w. f)
其余同2。
d) 终止和柔软处理同2.3.2。 上述工艺也能用于纯毛纱、机织物和毛混纺产品 然而处理效果则随毛含量、组织结构和处理条件而变 若毛/ 棉及毛/ 粘类产品 可将蛋白酶与纤维素酶结合使用 也能获得极佳的效果。
2.4 生物精练酶Bioprep
生物精练酶Bioprep 是一只果胶酶 它能促使棉纤维中果胶质反应溶解而去除 然而棉纤维前处理除要去除果胶质外 还必须去除脂肪蜡质。生物精练酶为果胶酶 虽然对去除脂肪及蜡质无效 但它可以使蜡质更易去除 因而 在生物精练中 通过溶解果胶质 并在高温和乳化剂的存在下 可使脂肪蜡质充分乳化而除去 这样完成整个精练过程 从上述叙述中不难发现 生物精练中 乳化水洗显得十分重要。 织物润湿性与棉纤维中果胶的去除量有关 而蜡质的存在影响纤维的润湿性。虽然果胶酶对蜡质无作用 但果胶的去除有利于蜡质的乳化。为更好地去除蜡质 可通过优异的乳化剂在良好的乳化条件下乳化 并用螯合分散剂使之稳定 不再重新沾污。果胶酶在pH8.5 和55 ℃下显示最大活性。 用酶精练棉织物 主要有预洗、酶处理、乳化、热水洗和冷水洗五个步骤。
2.4.1 针织物酶前处理 由于生物酶对色素和棉籽作用有限 所以染中浅色及白织物需要增加漂白工序 生物精练、漂白同浴处理还在研究之中。针织物酶前处理基本工艺:
A 预洗润湿剂0.5 ～ 1g/ l ; 浴比1 ∶8 ～ 30 50 ℃×10min。
B 酶前处理酶( Bioprep3000ASPU/ g ) 0.02 % ～ 0.7 %(o.w.f) 浴比1∶5～30 ;
乳化剂1g/ l pH 值为8.0～9.5 ;
缓冲剂2mM 50～65 ℃×5～30min ;
螯合剂0～0.5 % (o. w. f)
酶在溶液达处理温度时加入。
C 乳化乳化剂110g/ l ; 螯合剂0.05～1g/ l ; 80 ℃以上×5～10min。
D 热水洗60～75 ℃×50～30min ;
E 冷水洗室温水洗5～10min ;
酶0.02 %～0.07 % 轧余率70 %～100 % 25 ℃退煮一步(淀粉浆) 另可加淀粉酶。缓冲剂0.5～1g/ l 起始pH 约9。非离子表面活性剂2～5g/ l 阴离子表面活性剂1～2g/ l 聚磷酸盐5g/ l 。轧蒸工艺过程与轧卷相同 只是将卷堆改成汽蒸 汽蒸条件为55～95 ℃×5～6min。
