酶精练:果胶酶Y-9403的试验及应用
李剑略
卢妍
佛山市尤兴纺织材料有限公司
2017-11-25

酶精练:果胶酶Y-9403的试验及应用

李剑略,卢妍

(佛山市尤兴纺织材料有限公司  广东佛山  528041)

       摘要:从棉纤维的结构和性能来看,其本身具有良好的吸水性和渗透性,但实际上针织棉坯布的吸水,渗透性均很差,其原因是棉纤维中除纤维素外,还存在大量的纤维素共生物,这些共生物大多数是拒水性的,它们大量存在于初生胞壁中,形成了一个拒水膜,这给印染加工时染料和助剂的渗透带来很大的困难。为此,在印染加工前必须除去这些共生物和其他杂质,使纤维具有良好的吸水性和渗透性,以利于后续印染加工。本文根据优乐酶 果胶酶Y-9403的性能特点,就酶精练法与传统高温强碱精练法的对比,简述酶精练的优点。

       关键词:酶精练;果胶酶;针对性强;低损伤;生物降解
 

1.前言

       煮练就是用化学的和物理的方法去除杂质,精练提纯纤维的过程,简言之,就是纤维和织物的净化工程,而在纤维净化工程中,即前处理过程中煮练是非常重要的工序。

       棉布煮练最古老的方法是用草木灰(主要含碳酸钾)煮练,以后逐步发展到用石灰、纯碱煮练,直到20世纪初开始用烧碱煮练并沿用至今。煮练助剂也由于精细化工和表面活性剂、酶制剂的出现而得到迅速发展。目前,溶剂煮练、酶煮练、退煮漂一浴法的前处理工艺还在不断的发展。

       在纤维素共生物中影响吸水、渗透性最严重的是蜡状物质和果胶质。蜡状物质都是拒水性的有机物,通常在棉纤维中成连续覆盖状态分布,形成一个拒水膜,因此严重影响纤维的吸水性。当坯布经适当揉搓和摩擦,使蜡状物质的连续分布状态遭到破坏,则无论蜡状物质是否去尽,吸水性都会显著提高。

       蜡状物质的存在虽然影响纤维的吸水性,但是它能够改善棉针织物的光泽和手感,同时对缝纫时防止产生针洞也有好处,因此在精练过程中不需要全部去除,只要破坏它的连续分布状态,使纤维具有良好的吸水性即可。而果胶质的存在,对棉针织物吸水性的影响也很大。果胶质不仅仅本身是拒水物质,而且能与纤维素分子链中的羟基生成脂,使这些羟基封闭,因而使纤维的拒水性增加。

       因此,生物酶精练的高速技术发展证实,利用酶的高效性、专一性和温和的反应条件来代替高温强碱的精练处理是可行的,也是未来发展的主要方向。在实际应用中,可单独采用果胶酶的工艺,也可以采用果胶酶与纤维素酶、果胶酶与退浆酶等复合酶的工艺。

       与碱精练工艺相比,酶精练工艺用水少(约为碱精练工艺的50%),处理液中的污染物少(其废水中COD,BOD值比碱精练少50%~75%),但是其精练效果,对比碱精练在吸水性及棉籽壳的去除效果上会稍差一些。

       碱精练工艺消耗大量的水和能源,产生的碱性废水使COD/BOD(即化学需氧量/生化需氧量)相当高,且纤维因为在较浓烧碱和长时间较高温度的作用下,容易导致棉型织物中的合成纤维(如涤纶)发生损伤。生物法去除棉纤维中杂质的酶精练技术,属于环保节能的新工艺,有效的降低了精练废水中碱的浓度。

2.果胶酶的种类与作用

       果胶酶是分解果胶一类的酶,它主要包括以下四种类型。

       2.1 果胶脂酶

       分解果胶分子中聚半乳糖醛酸脂中的甲氧基与半乳糖醛酸之间的脂键,形成聚半乳糖醛酸(聚半乳糖醛酸是细胞壁多糖(果胶)的主要组成部分)。

       2.2 聚半乳糖醛酸酶

       切断聚半乳糖醛酸的α-1,4-苷键。聚半乳糖醛酸酶又分为端解酶和内切酶,端解酶从聚半乳糖醛酸的末端切断α-1,4-苷键,形成D-半乳糖醛酸;内切酶从聚半乳糖醛酸的分子内部切断α-1,4-苷键,生成低聚半乳糖醛酸。

      2.3 果胶裂解酶

       果胶裂解酶发生β-消除反应,分裂聚半乳糖醛酸的α-1,4-苷键,生成不饱和糖。


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图1  各种果胶酶分解果胶示意图


       2.4 原果胶酶

       原果胶酶能将植物细胞彼此分开(离析),使不溶性的原果胶水解为水溶性果胶。原果胶酶又分为A型和B型,A型原果胶酶直接作用于原果胶的内部位置(inner site),切断原果胶中的聚半乳糖醛酸分子链;B型原果胶酶从原果胶的末端位置(outer site)切断其与细胞壁组分的连接而从纤维分子上分离(见图2)。

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图2  原果胶酶分解果胶示意图

3.优乐酶 果胶酶Y-9403的原理与性能

       已经知道蜡状物质、果胶等杂质主要存在于角皮层和初生胞壁中,由于在棉纤维表面存在找许多微孔和裂缝,使酶能够通过这些微孔和裂缝渗透到角皮层和初生胞壁中,从而接触到杂质并将其降解。在果胶酶的精练中,一般需要加入表面活性剂作为助练剂。果胶酶先与果胶形成一个复合物,然后,又与这个复合物继续反应,使其变成水溶性产物而从纤维上溶解下来。纤维表面层的果胶和蜡状物质是互相附生的,果胶具有将蜡状物质黏附在纤维中的功能。随着果胶从纤维表面的角皮层和初生胞壁中溶解下来,残留的蜡状物质结构发生松动,很容易与表面活性剂接触而被乳化去除。

       酶的精练可以采用间歇式、半连续式和连续式的方式进行。在酶精练研究的初期,果胶酶多为中温型的酶,处理温度在40~65℃之间,需要较长的处理时间,加之机械外力有助于果胶的水解和蜡状物质的乳化,所有一些应用性实验多用间歇式方式,在溢流、喷射或者绞盘染色机上进行;也有采用浸轧、堆置和水洗的半连续式方法。

       优乐酶 果胶酶Y-9403是利用基因改造工程的非病原体性霉菌,经过深层发酵而生产的的特殊果胶酶,可采用浸轧和80℃汽蒸的连续化生产酶精练工艺,也可以应用于酶退浆和酶精练一步法的工艺中。优乐酶 果胶酶Y-9403适用于针织织物及梭织织物的酶精练,能分解棉纤维内细胞壁内的果胶,经过热水清洗,将蜡质有效清除,从而给织物提供优良的渗透性。优乐酶 果胶酶Y-9403与大部分的渗透剂及表面活性剂配伍,螯合剂能帮助果胶的清除,可适用于任何浸轧处理设备。

4.优乐酶 果胶酶Y-9403的针织织物应用试验

       4.1 试验材料与试验步骤

       4.1.1 材料,染化料药剂和仪器

       4.1.1.1 材料

       32s 全棉针织平纹布。

       4.1.1.2 染化料药剂

       优乐酶 果胶酶Y-9403,优乐酶 除氧酶Y-9018,除油剂,渗透剂,浴中防皱剂,醋酸,烧碱,双氧水,钌红试液 (36%可作为电镜组织学用着色剂,与戊二醛一同使用进行黏多糖染色,与四氧化锇一同使用增加对比度)等。

       4.1.1.3仪器设备

       电子台秤,小样溢流机,胶头滴管,色差仪,顶破强力机,烧杯(250ml,500ml),量筒(100ml),温度计(100℃),刻度吸管(10ml),吸球,角匙,玻璃棒等。

       4.1.2 试验工艺

       4.1.2.1 传统碱精练工艺

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       4.1.2.2 酶精练工艺

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       4.2 试验数据

       4.2.1 毛效对比数据

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       4.2.2 果胶去除效果对比(钌红试液法)

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       4.2.3 果胶去除效果对比(DE色差法)

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       4.2.4 织物顶破强力对比(测试标准:GB/T 19976-2005)

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       4.2.5 织物失重率对比

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       4.3 结论

       优乐酶 果胶酶Y-9403酶精练法与传统碱精练法工艺的布面毛效均大于1分钟;在去除果胶效果上:钌红试液法显示,布面颜色越红,说明果胶含量越高,表明果胶去除率越低,则优乐酶 果胶酶Y-9403酶精练法与传统碱精练法工艺布面去除效果接近;DE色差值法显示,DE值越高说明布面果胶含量越高,表明果胶去除率越低,则优乐酶 果胶酶Y-9403酶精练法比传统碱精练法工艺布面去除效果略好。优乐酶 果胶酶Y-9403酶精练法比传统碱精练法工艺的顶破强力及失重率方面均有提高。

5.优乐酶 果胶酶Y-9403的梭织织物应用试验

       5.1 试验材料与试验步骤

       5.1.1 材料

       染化料药剂和仪器。

       5.1.1.1 材料

       60S×60S全棉细纺布、7S×6S斜纹布、弹力色丁布、灯芯绒、麻/棉混纺布。

       5.1.1.2 染化料药剂

       优乐酶 果胶酶Y-9403,除油剂,渗透剂,络合剂,稳定剂,醋酸,碱,双氧水,盐等。

       5.1.1.3 仪器设备

       电子台秤,冷堆架,胶头滴管,色差仪,烧杯(250ml,500ml),量筒(100ml),温度计(100℃),刻度吸管(10ml),吸球,角匙,玻璃棒等。

       5.1.2 试验工艺

       5.1.2.1 传统碱退浆-精练工艺

       退浆剂→打卷冷漂(16h)→热水洗→烘干。

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       5.1.2.2 酶退浆-精练工艺

       浸酶工作液→打卷堆置(8h)→热水洗→打卷漂白(12h)→水洗→烘干。

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       5.2 试验数据

       5.2.1 毛效对比数据

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       5.2.1.1 碱退浆-精练工艺毛效数据

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       5.2.5 碱退浆-精练织物失重率数据


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       5.2.5 酶退浆-精练织物失重率数据

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       5.3 结论

       优乐酶 果胶酶Y-9403酶退浆-精练法与传统碱退浆-精练法工艺的布面毛效,除了在灯芯绒织物上外,其他布种的效果均为优乐酶 果胶酶Y-9403酶退浆-精练法为佳;优乐酶 果胶酶Y-9403酶退浆-精练法比传统碱退浆-精练法工艺在失重率方面也有提高。

 

参考文献:

[1]蔡苏英.染整技术实验[M].中国纺织出版社.

[2]张红霞.纺织品检测实务[M].中国纺织出版社.

[3]陶乃杰.染整工程[M].中国纺织出版社.

[4]姜怀.纺织材料学[M].中国纺织出版社.

[5]张国文.生物化学品生产技术[M].江西科学技术出版社.

[6]段毅力.酶制剂应用技术问答[M].中国轻工业出版社.

[7]阎克路.染整工艺与原理[M].中国纺织出版社.

[8]索尔维公司.漂白手册[M].中国纺织出版社.

[9]何瑾鑫.染料化学[M].中国纺织出版社.

 

作者简介:

①李剑略,2007年毕业于广东纺织职业技术学院染整工程系,从事印染、洗水后整工作9年,拥有两项发明专利,目前主要负责纺织染整助剂应用及市场开发,擅长产品推广,市场营销。

手机:18925948880

QQ号:329766513

邮箱:329766513@qq.com

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②卢妍,2006年毕业于广东纺织职业技术学院,2016年毕业于西安工程大学。从事纺织品检测及纺织染整助剂工作10年,擅长体系认证,项目申报,致力于纺织染整助剂的开发应用,专利撰写及贯标认证,展会策划。

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