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酶在棉織物染整中的應(yīng)用及存在問(wèn)題

來(lái)源:印染在線 發(fā)布時(shí)間:2009年03月06日

酶在棉織物染整中的應(yīng)用及存在問(wèn)題

范雪榮

【摘要】本文介紹了生物酶在棉織物染整加工中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)、范圍和局限性,較為詳細(xì)地討論了淀粉酶、PVA分解酶、果膠酶、葡萄糖氧化酶和過(guò)氧化氫酶在棉織物退漿、煮練、漂白,纖維素酶和漆酶在牛仔服裝酶洗中應(yīng)用的情況和存在問(wèn)題。指出,生物酶是棉織物生態(tài)染整加工的理想方法,但應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)研究,以拓展其應(yīng)用范圍。

【關(guān)鍵詞】棉織物;生物酶;染整;應(yīng)用;問(wèn)題

一、概述

(一)酶在染整中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)

1、高效性:可大大提高反應(yīng)速度,節(jié)省時(shí)間;

2、專一性:僅對(duì)特定的底物起作用,對(duì)基質(zhì)損傷小或無(wú)損傷;

3、溫和性:反應(yīng)條件溫和;

4、操作安全,易控制;

5、可取代強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等化學(xué)品;

6、環(huán)保性:無(wú)毒,可生物降解;

7、降低水以及能量的消耗。

(二)酶在染整加工中的應(yīng)用范圍

表1 酶在染整加工中的應(yīng)用

纖維

加工工序

酶種類

纖維素纖維

退漿

α-淀粉酶

精練

果膠酶、纖維素酶

漂白

葡萄糖氧化酶、過(guò)氧化氫酶

漚麻

半纖維素酶、木質(zhì)素酶、果膠酶

拋光整理

纖維素酶

牛仔服酶洗

纖維素酶、漆酶

染色后去浮色

漆酶

蛋白質(zhì)纖維

真絲纖維

精練(脫膠)

蛋白酶

羊毛

炭化

纖維素酶、木質(zhì)素酶、半纖維素酶

洗毛

脂肪酶

防氈縮

蛋白酶

提高強(qiáng)力

谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶

聚酯纖維

表面改性處理

聚酯酶

(三)酶應(yīng)用的現(xiàn)狀

酶的種類很多,但在印染中應(yīng)用的主要是水解酶,如淀粉酶、纖維素酶、蛋白酶、脂肪酶、果膠酶等。也有少量的氧化還原酶如過(guò)氧化氫酶、漆酶和轉(zhuǎn)移酶如谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶。

酶在印染中的應(yīng)用主要在前處理,主要是去除纖維上的天然雜質(zhì)和附加雜質(zhì)如漿料等,其次是用于后整理,主要是對(duì)纖維表面的處理。

酶在印染中的應(yīng)用有些方面非常成熟,如淀粉酶退漿、纖維素織物生物拋光、牛仔服酶洗、真絲脫膠等;

有些方面盡管研究了很多年,但不很成熟,還需做大量工作,如棉織物的煮練、漂白等;

有些方面還未開發(fā)或很不成熟,而且近期內(nèi)難以突破。

另外,目前酶的應(yīng)用主要集中在對(duì)天然纖維(包括再生纖維素纖維的處理上),而對(duì)合成纖維的處理還很不成熟。

主要原因在于:

1、天然纖維,包括天然纖維上的各類雜質(zhì)已在自然界中長(zhǎng)期存在,已有相應(yīng)的酶能對(duì)其作用。而

合成聚合物,如合成纖維、聚乙烯醇等在自然界出現(xiàn)的時(shí)間不長(zhǎng),以及其本身結(jié)構(gòu)等原因,還沒(méi)有相應(yīng)的、合適的酶能對(duì)其作用。

2、酶具有很強(qiáng)的專一性,一般來(lái)說(shuō),一種酶只能分解一種或一類物質(zhì),而天然纖維除了纖維本身外,還含有多種雜質(zhì),只靠一種酶是不能將其全部分解的,必須要多種酶配合起來(lái)。但不同的酶的共適條件不同,這樣會(huì)影響酶的協(xié)同作用效果。

3、目前商品化的酶的品種還不多,纖維上的許多雜質(zhì)還缺乏相應(yīng)的商品酶對(duì)其進(jìn)行分解,如分解聚乙烯醇的PVA酶、木質(zhì)素酶、半纖維素酶都還沒(méi)有商品化。另外有些成分的雜質(zhì)如棉蠟(主要成分是高碳數(shù)的碳?xì)浠衔?到目前還沒(méi)有相應(yīng)的酶能對(duì)其進(jìn)行分解。

4、酶與纖維的作用屬于液-固相作用,另外酶也屬于高分子物質(zhì),分子量很高,很難滲透到纖維內(nèi),只能在纖維表面起作用,這樣會(huì)影響到其作用效率。

二、酶退漿

(一)淀粉酶

淀粉酶的種類按作用方式分為α-淀粉酶、β-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、支鏈淀粉酶和異淀粉酶等。

α-淀粉酶屬于內(nèi)切型淀粉酶,它作用于淀粉時(shí)從淀粉分子內(nèi)部以隨機(jī)的方式切斷α-1,4 苷鍵,最終水解產(chǎn)物為葡萄糖、麥芽糖和低聚糖,能快速降低淀粉的粘度,是最重要的一類淀粉酶。目前退漿用的淀粉酶都是α-淀粉酶。

不同來(lái)源的α-淀粉酶具有不同的熱穩(wěn)定性和最適反應(yīng)溫度。目前市售的淀粉酶制劑可以分為四類:

1、耐高溫α-淀粉酶:以地衣芽抱桿菌所產(chǎn)的α-淀粉酶耐熱性最高,其最適反應(yīng)溫度達(dá)95℃左右,瞬間可達(dá)105~110℃,因此該酶又稱耐高溫α-淀粉酶。

2、中溫淀粉酶:由枯草桿菌所產(chǎn)的α-淀粉酶,最適反應(yīng)溫度為70℃,又稱中溫淀粉酶。

3、非耐熱性α-淀粉酶:來(lái)源于真菌的α-淀粉酶,最適反應(yīng)溫度僅為55℃左右,屬非耐熱性α-淀粉酶。這類淀粉酶一般不

用作退漿酶。

4、寬溫幅淀粉酶:通過(guò)基因重組技術(shù)開發(fā)的能在較寬溫度范圍內(nèi)使用的酶,最佳使用溫度視產(chǎn)品而異,如Novozymes公司的Suhong Desizyme 2000L,其使用溫度范圍為20-95℃,石家莊聯(lián)邦科特化工有限公司的液體寬溫幅淀粉酶OPT-260的使用溫度范圍為40-110℃

目前淀粉酶退漿已在向其它產(chǎn)品拓展,如彩棉織物、大豆蛋白纖維/聚乙烯醇復(fù)合纖維織物等。因?yàn)檫@類織物的耐堿、耐溫性較差。

另外也在研究超聲波在酶退漿中的應(yīng)用。超聲波作用的特殊性主要是通過(guò)空穴效應(yīng)的振蕩、分散作用,將漿料與織物的結(jié)合力變?nèi)?,可加?qiáng)酶與漿料之間的反應(yīng),從而實(shí)現(xiàn)低溫、短時(shí)間加工。超聲波分別為40℃50℃條件下退漿30min,相當(dāng)于用常規(guī)方法分別在80℃90℃條件下處理90 min。由此可見,應(yīng)用超聲波技術(shù)可以明顯地節(jié)能、節(jié)時(shí)。

但超聲波的能量只能在水介質(zhì)中傳播,所以超聲波淀粉酶退漿只適用于卷染機(jī)和匹染機(jī)的間歇退漿,不適用于連續(xù)軋蒸退漿工藝。、

目前使用的淀粉類漿料主要是變性淀粉,各類淀粉酶對(duì)各類變性淀粉的分解程度有所差異,其排列次序?yàn)椋涸矸郏痉请x子變性淀粉>陰離子變性淀粉>陽(yáng)離子變性淀粉,如圖1所示(指分解為還原糖的量)。

圖1 碘量法測(cè)定中溫α-淀粉酶對(duì)各類淀粉的分解率

淀粉酶退漿僅適用于純淀粉漿或以淀粉漿為主的、PVA含量較低的漿料上漿的織物。若混合漿中PVA含量較高或以PVA漿料為主上漿的織物,則必須采用其他退漿方法。

(二) PVA分解酶

PVA確實(shí)是可以生物降解的人工合成的乙烯聚合物。但是,在自然環(huán)境中,可降解PVA的微生物非常少,通常只出現(xiàn)在被PVA污染的環(huán)境中。

對(duì)PVA生物降解研究較多的是日本和意大利。日本1973年開始研究PVA的生物降解。

1、PV

A的生物降解機(jī)理

目前已正式報(bào)道的PVA 降解酶主要有三種:PVA氧化酶(仲醇氧化酶)、PVA脫氫酶和氧化型PVA水解酶(β-雙酮水解酶)。

PVA須經(jīng)兩步酶催化反應(yīng)才能得以降解:

①PVA氧化酶在以 為電子受體的條件下,或由PVA 脫氫酶以吡咯并喹啉醌(PQQ)為電子受體的情況下,將PVA鏈上的羥基脫氫氧化成羰基,生成PVA β-雙酮結(jié)構(gòu)類物質(zhì)。

②隨后氧化型PVA水解酶對(duì)PVA β-雙酮結(jié)構(gòu)類物質(zhì)進(jìn)行催化水解,生成以羧酸和甲基酮為端點(diǎn)的PVA斷鏈,使PVA長(zhǎng)鏈斷裂,PVA 溶液粘度下降。也有觀點(diǎn)認(rèn)為氧化型PVA的水解反應(yīng)是自發(fā)進(jìn)行的,水解反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行主要是由于其分子結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定造成的,氧化型PVA 水解酶能加速這種水解反應(yīng)。

圖2為PVA生物降解的可能途經(jīng)。

圖2 PVA生物降解的可能途經(jīng)

2、PVA降解酶難以商業(yè)化的原因

到目前為止采用PVA降解酶對(duì)PVA進(jìn)行降解還只停留在實(shí)驗(yàn)室水平。諾維信、杰能科等大型酶制劑公司至今未推出PVA 降解酶的商品酶,該市場(chǎng)尚處于真空狀態(tài)。造成PVA降解酶難以商業(yè)化的原因主要有以下幾點(diǎn):

①能夠降解PVA的微生物在自然界中的分布并不廣泛,一般僅存在于被PVA污染的環(huán)境中。在篩選過(guò)程中必須以PVA作為篩選培養(yǎng)基的唯一碳源,以形成一個(gè)PVA脅迫的環(huán)境,才能篩選到PVA降解微生物。

②靠單一微生物實(shí)現(xiàn)對(duì)PVA的徹底降解非常困難,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的培養(yǎng)仍難以達(dá)到徹底降解PVA的目的。只有通過(guò)馴化混合菌群才能實(shí)現(xiàn)對(duì)這種高聚物的徹底降解。

③PVA的不徹底降解會(huì)造成PVA降解酶的提取困難,因?yàn)樵谔崛∵^(guò)程中PVA和蛋白質(zhì)會(huì)形成一種乳白色的凝膠狀物質(zhì)使PVA降解酶無(wú)法提取。

④共生細(xì)菌產(chǎn)生的PVA脫氫酶位于細(xì)胞膜上,提取不易,而且在其降解PVA

的過(guò)程中必須外加生長(zhǎng)因子吡咯并喹啉醌,使用成本昂貴。

⑤PVA降解酶的酶活低。

三、酶精練

(一)目的

傳統(tǒng)的棉精練是在高溫和燒堿的共同作用下,去除棉纖維上的果膠、蠟質(zhì)和蛋白質(zhì)等非纖維素物質(zhì),使棉獲得良好的吸水性,便于后道的漂白及印染加工。

堿精練過(guò)程中大量使用了堿和表面活性劑,處理后又需要用大量的水清洗,因此,被處理的棉纖維減量大,強(qiáng)度損傷嚴(yán)重,處理廢液中COD值很高,而且工藝用水量大、能耗高、耗時(shí)長(zhǎng),是一種非綠色的加工工藝。(二)生物精練的優(yōu)點(diǎn) 1、全面提升棉制品的處理效果 (1)不損傷纖維,織物失重降低,可提高棉織物品質(zhì); (2)改善染色性能,勻染性提高、得色量上升,染色次品率大幅下降; (3)織物手感柔軟、豐滿,布面亮澤、紋理清晰;

(4)對(duì)特殊敏感型纖維的精練更具安全性和可靠性,如天然彩棉,棉/毛、棉/絲、棉/麻等。

2、對(duì)環(huán)境、操作人員及設(shè)備無(wú)害 (1)低能耗、低水耗,降低廢水中TDS、COD、BOD指數(shù),減少環(huán)境污染; (2) 作業(yè)環(huán)境安全; (3) 減低對(duì)設(shè)備損傷。

3、縮短加工時(shí)間,降低綜合成本 (1)合并酶退漿工序,可縮短工藝時(shí)間,提高生產(chǎn)效率; (2)上染率提高,節(jié)省染料; (3) 減輕污水處理壓力,降低污水治理費(fèi)用。

(三)原理

1、果膠酶:去除果膠質(zhì)。同時(shí),由于果膠質(zhì)位于蠟質(zhì)與纖維之間,因此有人將它稱為“膠水”,其作用相當(dāng)于將蠟質(zhì)粘合在纖維上,因此將果膠質(zhì)去除后,蠟質(zhì)與纖維的結(jié)合力降低,可在隨后的高溫浴中經(jīng)乳化去除。另外,在果膠質(zhì)去除的同時(shí),也有部分棉蠟被去除。

(1)酸性果膠酶:對(duì)棉纖維有一定影響,而且效果不及傳統(tǒng)工藝。所以在棉精練中不使用酸性果膠酶。

(2)堿性果膠酶:是20世紀(jì)90年代由丹麥諾維信公司分離得到的,其最佳作用溫度55-60℃,最佳pH值8。目前用于棉精練的果膠酶就是這一種酶。

(3)原果膠酶:是催化不溶性原果膠分解出游離水溶性果膠

質(zhì)的酶的總稱,由日本學(xué)者發(fā)現(xiàn)的。但這種酶沒(méi)有商品化。

2、纖維素酶:使棉籽殼附著在織物上的微小纖維產(chǎn)生水解,使棉籽殼成為自由飄浮的殼屑,隨后再加以煮練或漂白,可使織物表面無(wú)棉籽殼存在。

3、淀粉酶:可將酶煮練與酶退漿同浴。

(四)存在問(wèn)題

1、生物酶精練對(duì)棉蠟的去除效果沒(méi)有堿精練好。表2是純棉府綢分別經(jīng)不同工序處理后的棉蠟含量及棉蠟去除率。

表2 純棉府綢經(jīng)不同工序處理后的棉蠟含量及棉蠟去除率

工序

酶退漿

酶退漿→堿煮

酶退漿→酶煮練

酶退漿

→酶精練

→漂白

果膠酶0.1g/L,

纖維素酶0.3g/L,TW-60 0g/L

果膠酶0.1g/L,

纖維素酶0.3g/L,TW-60 2g/L

棉蠟含量(%)

0.41

0.27

0.35

0.315

0.22

棉蠟去除率(%)

本工序

-

34.12

14.6

23.17

30.16

對(duì)退漿

織物

-

34.12

14.6

23.17

46.34

由表可見,堿煮練對(duì)棉蠟的去除效果比酶精練好,酶精練時(shí)加入滲透劑有利于棉蠟的去除,漂白本身能去除一定的棉蠟。

表3是純棉棉毛織物經(jīng)不同工序處理后的棉蠟去除率。

表3 純棉棉毛織物經(jīng)不同工序處理后的棉蠟去除率

處理工藝

堿煮練

果膠酶精練

纖維素酶-果膠酶精練

TX-10 Og/L

TX-10 1g/L

TX-10 Og/L

TX-10 1g/L

TX-10 Og/L

TX-10 1g/L

棉蠟去除率(%)

23.4

41.44

22.52

27.0

13.5

35.14

由表可見,果膠酶或與纖維素酶的混合對(duì)棉蠟的去除有一定效果,但沒(méi)有堿煮練的去除效果好。在酶精練或堿煮練時(shí)加入滲透劑都能比較明顯地提高棉蠟的去除效果。

正是由于酶精練對(duì)棉蠟的去除率較低,所以酶精練織物的手感優(yōu)于堿精練織物

2、酶精練

織物的潤(rùn)濕性沒(méi)有堿精練織物好

表4 果膠質(zhì)去除率對(duì)潤(rùn)濕性的影響(所有處理都不加任何表面活性劑)

處理方式

果膠質(zhì)去除率(%)

晾干潤(rùn)濕性

烘干潤(rùn)濕性

毛效/cm

水滴吸收時(shí)間/s

毛效/cm

水滴吸收時(shí)間/s

果膠酶處理

90

0

不吸收

0

不吸收

EDTA處理

92

7.5

2.5

0

不吸收

堿處理

95

4.5

24

0

不吸收

漂白處理

91

10

6

0

32

所以,在酶精練時(shí)一定要加入高性能的

潤(rùn)濕劑。

3、酶處理對(duì)纖維的表層結(jié)構(gòu)基本無(wú)影響,而堿處理能破壞纖維的表皮結(jié)構(gòu)

將纖維用銅氨溶液浸泡,溶脹后在生物顯微鏡下觀察,結(jié)果如圖3所示。

(a)未處理;(b) 0.6%owf 果膠酶處理;(c) 堿處理

圖3 經(jīng)不同方式處理后棕棉纖維在銅氨溶液中的溶脹情況

從圖3可見,果膠酶處理后的彩色棉纖維經(jīng)銅氨溶液處理后,纖維的結(jié)構(gòu)比較完整,僅是選擇性溶脹,而堿處理后的彩色棉纖維經(jīng)銅氨溶液處理后,纖維次生層無(wú)限溶脹,說(shuō)明堿處理后彩色棉纖維的表皮致密結(jié)構(gòu)被破壞。

4、酶處理對(duì)棉籽殼基本無(wú)作用,而堿處理對(duì)棉籽殼有溶脹作用,有利于在漂白時(shí)將棉籽殼去除

由于酶處理對(duì)棉籽殼基本無(wú)作用,所以必須加強(qiáng)后道的漂白工藝,提高雙氧水用量。這一方法對(duì)棉籽殼含量少的精梳棉是有效的,但對(duì)棉籽殼含量較高的普梳棉或低級(jí)棉,在酶處理后還需增加一道低堿蒸工藝。

(五)工藝1. 針織、紗線及散纖 對(duì)于中深色針織、紗線及散纖,生物精練可以在間歇式設(shè)備如溢流機(jī)、散纖/紗線染色機(jī)中進(jìn)行。諾維信精練酶Scourzyme® 301 L在50-60℃下,中性至弱堿性pH范圍,經(jīng)過(guò)20-40分鐘即可完成精練工序。對(duì)于淺色亮色產(chǎn)品, 在酶精練后需進(jìn)行常規(guī)漂白工藝。但對(duì)于針織物來(lái)說(shuō),一般都是采用煮漂一步法工藝的,這樣一來(lái)反而增加了工序。

2. 機(jī)織物 對(duì)于輕薄及高支棉織物,諾維信精練酶Scourzyme® 301 L退煮工序完成后只需做常規(guī)氧漂工序。對(duì)于厚重及低支棉織物,諾維信精練酶Scourzyme® 301 L處理后可添加一道低堿蒸工藝。這一工藝也有稱萃取的,其工藝為:100%NaOH

10-15g/L,三A 4g/L,JFC 4g/L,100℃,45min。

(六)非生物酶冒充生物酶

前幾年,國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了很多用于棉織物前處理的復(fù)合生物酶。這類復(fù)合酶制劑本身pH值較高,如有的品種1%水溶液的pH值就達(dá)到11-12,而且還能與雙氧水在高溫(98℃以上)、高pH值(pH=10.5-11)下對(duì)棉織物進(jìn)行一浴法練漂前處理。另外,這類復(fù)合酶與雙氧水一浴法處理時(shí),雙氧水的用量很高,100%雙氧水用量達(dá)到12-15g/L。

這類復(fù)合酶實(shí)際上都是假的,里面不含一點(diǎn)酶,實(shí)際上是由堿性物質(zhì)和表面活性劑組成的。這類復(fù)合酶制劑如:

酶1#:軋蒸(酶1# 30g/L,100%雙氧水12-14g/L,精練劑2g/L,pH11-12,汽蒸溫度100℃,汽蒸時(shí)間60min)。

酶2#:浸軋工作液(酶2# 25g/L,100%雙氧水 15g/L,精練劑5g/L)。

酶3#:浸軋漂液(酶3# 30g/L,100%雙氧水14g/L,精練劑5g/L,汽蒸溫度100℃,汽蒸時(shí)間50min)。

某復(fù)合酶A的失活與否對(duì)府綢、卡其兩種織物處理效果的影響

表5 某復(fù)合酶A的失活與否對(duì)府綢、卡其兩種織物處理效果的影響

織 物

府 綢

卡 其

酶處理

復(fù)合酶A(g/L)

未失活酶

失活酶

未失活酶

失活酶

25

25

25

25

pH

13

溫度(℃)

98

時(shí)間(min)

60

效果

烘干毛效(cm/30min)

6.6

7.0

7.4

8.5

白度

63.41

61.05

61.97

63.29

果膠去除率(%)

76.3

70.9

73.7

65.9

棉蠟去除率(%)

62.9

64.5

62.2

52.0

從表5看出,未失活的復(fù)合酶A對(duì)棉織物的煮練效果較好,其烘干毛效能達(dá)到6- 7cm/30min,果膠質(zhì)的去除率達(dá)到70%以上,棉蠟的去除率也在60%以上。但復(fù)合酶 A經(jīng)高溫高壓失活后,對(duì)棉織物的煮練效果依然較好,說(shuō)明復(fù)合酶A失活與否對(duì)棉織物的處理效果影響不大。另外,25g/L的復(fù)合酶A

溶液的pH值達(dá)到13,處理溫度98℃,這些完全是高溫強(qiáng)堿的煮練條件,這一條件本身對(duì)果膠質(zhì)和棉蠟有一定的去除作用。

四、在漂白中的應(yīng)用

(一)漂白:利用葡萄糖氧化酶(GOD)

1、原理

β-D-葡萄糖在葡萄糖氧化酶的催化作用下,生成葡萄糖酸內(nèi)酯和雙氧水,利用產(chǎn)物雙氧水對(duì)織物進(jìn)行漂白。

葡萄糖酸內(nèi)酯水解生成的葡萄糖酸對(duì)金屬離子具有很強(qiáng)的螯合能力,因此漂白時(shí)無(wú)需加入雙氧水穩(wěn)定劑。葡萄糖可從酶退漿的產(chǎn)物葡萄糖獲得,使資源得以再利用,或直接加入淀粉和葡萄糖淀粉酶,或者直接加入葡萄糖。

2、問(wèn)題

(1) 生成的雙氧水的濃度很低

圖4 葡萄糖濃度和過(guò)氧化氫產(chǎn)生量的關(guān)系

(2)為避免酶失活,處理浴應(yīng)調(diào)節(jié)至微酸性-中性,溫度也應(yīng)較低,這樣織物的白度較低(其工藝為:在pH為5的條件下加入葡萄糖淀粉酶和淀粉,在50℃下處理30min,獲得需要的葡萄糖,然后加入葡萄糖氧化酶,在50℃下處理60min,然后升溫到95℃處理120min)。但由于天然油脂成分的殘留,織物手感柔軟,有厚實(shí)感。

(3)成本高。因?yàn)樯a(chǎn)的葡萄糖氧化酶通常還有過(guò)氧化氫酶存在,因而普通的葡萄糖氧化酶不能用于漂白處理,需要對(duì)葡萄糖氧化酶進(jìn)行精制,去除其中的過(guò)氧化氫酶,這樣就大大增加了酶制劑的成本。

(二)去除氧漂后殘留的雙氧水:利用過(guò)氧化氫酶

1、優(yōu)點(diǎn)

表6 過(guò)氧化氫酶去除氧漂后殘留雙氧水的優(yōu)點(diǎn)

工藝

處理時(shí)間

用水量

能量消耗

對(duì)染色影響

對(duì)環(huán)境影響

傳統(tǒng)水洗工藝

1

1

1

可能有

可能有

生物凈化工藝

0.40

0.25

0.5

無(wú)

無(wú)

2、存在問(wèn)題

(1) 僅適用于間歇工藝:因?yàn)檫^(guò)氧化氫酶對(duì)雙氧水的分解需要一定時(shí)間(工藝規(guī)定一般為15min),所以只適用于間歇工藝,不適用于連續(xù)工藝。但實(shí)際上只要把連續(xù)工藝的設(shè)備稍作改造就能用過(guò)氧化氫酶去除氧漂后殘余雙氧水。

圖5 過(guò)氧化氫酶對(duì)過(guò)氧化氫的分解與時(shí)間的關(guān)系

(2)酶的來(lái)源不同,酶學(xué)性質(zhì)基本接近,但酶的貯存穩(wěn)定性有較大差異。

表7 過(guò)氧化氫酶的來(lái)源

酶的來(lái)源

動(dòng)物內(nèi)臟提取

生物發(fā)酵

舉例

綠康酶A50

諾維信公司:Terminox Ultra 50L Terminox Ultra 10L

杰能科公司:Catalase T100

圖6 綠康酶A50(提取酶)與Terminox Ultra(發(fā)酵酶)的最適溫度<

圖7 綠康酶A50(提取酶)與Terminox Ultra(發(fā)酵酶)的最適pH

五、酶在后整理中的應(yīng)用(只討論牛仔布的酶洗)

(一)纖維素酶

1、原理:通過(guò)纖維素酶對(duì)織物表面纖維的剝蝕作用,使表面纖維被磨損,染料被剝離,產(chǎn)生水洗石磨的外觀。

2、酶的種類

(1)酸性纖維素酶:

對(duì)棉等纖維素纖維具有較高的減量特性,可以在較短的時(shí)間內(nèi)獲得有效的返舊整理效果。處理成本低;對(duì)織物機(jī)械性能損傷大,而且容易引起返沾色。

(2)中性纖維素酶:

對(duì)棉等纖維素纖維的作用比酸性纖維素酶弱,要達(dá)到同等的返舊整理效果需要較長(zhǎng)的處理時(shí)間或需要較高的酶濃度進(jìn)行處理;對(duì)織物機(jī)械性能損傷小,如果工藝處置恰當(dāng),可以很少、甚至沒(méi)有返沾色。

圖8 中性和酸性纖維素酶返舊整理效果比較

(3)弱堿性纖維素酶(不常用)

3、存在問(wèn)題

(1)返沾色:其中酸性纖維素酶處理的返沾色較嚴(yán)重,而中性纖維素酶處理的返沾色接近沒(méi)有纖維素酶處理的情況。

圖9 返沾色和纖維素酶性質(zhì)的關(guān)系

返沾色的原因:纖維素酶蛋白和靛藍(lán)染料具有親和性,當(dāng)纖維素酶在織物表面吸附并進(jìn)行催化反應(yīng)時(shí),靛藍(lán)染料隨之跟著吸附,使織物形成返沾色。

(二)漆酶

漆酶是一種多酚氧化酶,能降解多種芳香族染料。它們都能氧化不溶性的靛藍(lán)染料,生成靛紅(吲哚一2,3-二酮),然后進(jìn)一步降解為2一氨基苯甲酸。理論上漆酶可應(yīng)用于牛仔服的水洗整理,利用漆酶對(duì)靛藍(lán)的脫色作用,不但可以減少染整廢水中的靛藍(lán)含量,降低環(huán)境污染,而且由于漆酶對(duì)纖維素纖維不起作用,因而不

會(huì)對(duì)纖維造成損傷。

1、存在問(wèn)題

漆酶雖然能夠催化很多酚型化合物的氧化反應(yīng),但由于其氧化還原電勢(shì)較低,只能夠氧化酚型木素結(jié)構(gòu),而對(duì)非酚型類木素結(jié)構(gòu)化合物如靛藍(lán)不能氧化降解。但若在某些氧化還原介質(zhì)幫助下,漆酶能夠氧化非酚型的有機(jī)化合物。但現(xiàn)在使用的介質(zhì)都存在效能和毒性方面的問(wèn)題。這些介質(zhì)如HBT溶液(1-羥基苯并三唑)、紫尿酸(VA)、對(duì)二甲氨基苯甲醛等。因此關(guān)鍵問(wèn)題之一是找到合適的介質(zhì)。另一個(gè)問(wèn)題是降低應(yīng)用成本。

2、漆酶對(duì)靛藍(lán)的脫色作用

(1)漆酶直接脫色靛藍(lán):實(shí)驗(yàn)中采用漆酶直接脫色靛藍(lán),反應(yīng)24h后仍末見溶液吸光度的變化,說(shuō)明在沒(méi)有介質(zhì)存在的情況下,漆酶不能單獨(dú)作用脫色降解靛藍(lán)。

(2)漆酶/HBT體系中pH=4.5-5.0時(shí),對(duì)靛藍(lán)有很好的脫色效果,脫色率達(dá)到75%以上,當(dāng)pH=4.5時(shí),脫色率最高可達(dá)到82%。但需注意,在這種脫色體系中,靛藍(lán)溶液的濃度為0.05g/L。因此,濃度一提高,脫色效果就下降。

(2)其它體系,如漆酶/紫尿酸(脫色率20%)、漆酶/對(duì)二甲氨基苯甲醛(脫色1h,脫色率67%)。所以最關(guān)鍵是脫色率低。

(三)酸性纖維素酶/漆酶混合體系對(duì)漆酶的脫色

當(dāng)漆酶與酸性纖維素酶協(xié)同作用時(shí),既可使牛仔服在除毛、剝色等方面保持酸性纖維素酶的處理效果,又可顯著減少返沾色,提高服裝色澤對(duì)比度,獲得獨(dú)特的“雪花”效果。

1、酸性纖維素酶和中性纖維素酶對(duì)牛仔布的水洗效果

分別采用酸性纖維素酶和中性纖維素酶對(duì)牛仔布進(jìn)行水洗,其結(jié)果如表8所示。酸性纖維素酶對(duì)牛仔布的除毛效果好、剝色率高,但在酶洗過(guò)程中去除的靛藍(lán)染料會(huì)再次吸附到牛仔布表面,影響服裝的檔次和質(zhì)量。廢水中靛藍(lán)質(zhì)量濃度比較高,達(dá)到74.4 mg/L。采用中性纖維素酶對(duì)牛仔布進(jìn)行水洗,可以減少返沾色的出現(xiàn),但除毛效果差,剝色率僅為6.5 %。通過(guò)延長(zhǎng)水洗整理時(shí)間,可以提高除毛和剝色效果。

表8 纖維素酶對(duì)牛仔

布生物整理的影響

酶種類

牛仔布失重率/%

剝色率%

牛仔布除毛效果

靛藍(lán)質(zhì)量

濃度 (mg/L)

白布上藍(lán)色相對(duì)值/%

牛仔布的返沾色程度/%

酸性

纖維素酶

12.41

12. 5

良好

74. 4

100

100

中性

纖維素酶

9.81

6. 5

一般

64. 7

16

16

2、漆酶和酸性纖維素酶的協(xié)同水洗效果

在酸性纖維素酶(20g/kg牛仔布) 添加量相同的情況下,考察漆酶添加量對(duì)牛仔布水洗效果的影響,結(jié)果見表9。

表9 漆酶和酸性纖維素酶的協(xié)同水洗效果

漆酶量/g/kg 牛仔布

牛仔布失重率/%

剝色率/%

牛仔布

除毛效果

白布上藍(lán)色相對(duì)值/%

牛仔布的返沾色程

度/%

0

12.41

12.5

良好

100

100

2.5

13.14

13.7

良好

64

64

5.0

13.48

14.6

良好

17

17

7.5

14.45

14.9

良好

15

15

10.0

14.71

15.0

良好

14

14

由表9可見,隨著漆酶用量從0增加到5.0 g/kg牛仔布,白布上藍(lán)色相對(duì)值急劇下降,減少了83 %,有效地減弱了牛仔布上的返沾色程度,同時(shí)剝色率從12.5%增加到14.6%;

漆酶用量繼續(xù)增加,白布上藍(lán)色相對(duì)值都有所減少,剝色率也有所增加,

但效果均不顯著。

因此,漆酶和酸性纖維素酶協(xié)同整理牛仔布,既可以保持酸性纖維素酶剝色速度快,除毛效果好的優(yōu)點(diǎn),又能在很大程度上減少返沾色。

六、結(jié)論

1、生物酶具有高效性、專一性、處理?xiàng)l件的溫和性和無(wú)毒性等特點(diǎn),在染整加工中對(duì)于節(jié)約能源和水資源,提高紡織品的加工效率和加工品質(zhì),保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要意義,是紡織品染整加工的一種理想方法。

2、生物酶在染整加工中的應(yīng)用發(fā)展很快,應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大,很多工藝也非常成熟,如酶退漿工藝,牛仔服酶洗返舊整理、過(guò)氧化氫酶去除雙氧水等,現(xiàn)在又在精練、漂白、染色后去浮色等應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展。

3、但由于酶的品種不足、加工成本偏高、某些酶的使用溫度和使用pH范圍較窄,以及天然纖維上雜質(zhì)的多樣性等原因,在許多方面的應(yīng)用還不很成熟,還需要做大量的工作。這些工作需要紡織印染行業(yè)與生化部門的通力合作。


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