張瑞萍(南通大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院 )
1 前言
隨著人們生活水平的提高,對(duì)衣著更加要求舒適、自然和柔軟。纖維素酶對(duì)處理纖維素纖維及其混紡織物的應(yīng)用主要集中在兩個(gè)方面[1]:一是纖維素纖維及其混紡織物(包括針織、機(jī)織物)的光潔(生物拋光,Bio-polishing)、柔軟整理(生物柔軟,Bio-softening);二是牛仔服的酶洗整理(Bio-washing)。
纖維素酶的應(yīng)用與服裝和織物的染色加工是分不開的。一般織物大多需要染色和印花,纖維素酶對(duì)染料的作用及對(duì)染色織物色光的影響是應(yīng)用纖維素酶時(shí)必須考慮的問題。本文從纖維素酶對(duì)幾種活性、直接染料最大吸收波長(zhǎng)和吸收強(qiáng)度的變化,分析了纖維素酶對(duì)染料的作用;以未經(jīng)酶整理的染色織物為標(biāo)樣,以酶整理后染色或染色后酶整理的織物為試樣,分析染色前后的纖維素酶處理對(duì)染色織物色光的影響,為合理運(yùn)用纖維素酶,保證產(chǎn)品品質(zhì)提供參考。
2 實(shí)驗(yàn)
2.1 主要實(shí)驗(yàn)材料和化學(xué)藥品
全棉紗卡29.5tex×19.5tex 425根/
直接黃棕D
還原藍(lán)RSN(工業(yè)級(jí))上海染料公司,纖維素酶Cellulase A (Novo Nordisk公司)
2.2 纖維素酶對(duì)染料的作用實(shí)驗(yàn)
配制不同濃度纖維素酶的染料溶液,在
2.3 酶處理工藝
纖維素酶x%(o.w.f),pH值4-5,溫度
2.4 染色工藝
分別按常規(guī)染色工藝進(jìn)行[2]。
2.5 染色織物色度學(xué)指標(biāo)的測(cè)定
在思維士測(cè)色配色儀上進(jìn)行。以未經(jīng)酶整理的染色織物為標(biāo)樣,以酶整理后染色或染色后酶整理的織物為試樣,測(cè)標(biāo)樣與試樣的△E(總色差)、△L(明度差)、△C
3 結(jié)果與討論
3.1 纖維素酶對(duì)染料的作用
為了探討纖維素酶對(duì)染料的作用,采用不同濃度的纖維素酶與棉織物的常用染料(如直接、活性染料)分別作用15min和45min,測(cè)試這些染料在紫外-可見光范圍內(nèi)的吸收情況,結(jié)果如圖1至圖7所示。圖中曲線從上到下染液中酶濃度依次為0、4、8、12ml/l。
從圖1至圖7可見,直接棕D
表1 染料-酶溶液在不同條件下的最大吸收波長(zhǎng)(nm)
| 酶用量(ml/l) | 0 | 4 | 8 | 12 | ||||
| 染料 | 15min | 45min | 15min | 45min | 15min | 45min | 15min | 45min |
| 直接棕D | 447.3 | 446.0 | 446.4 | 445.9 | 446.1 | 445.0 | 446.6 | 445.9 |
| 活性紅X-3B | 523.2 | 523.2 | 522.1 | 523.1 | 522.0 | 524.2 | 522.7 | 524.3 |
| 活性蘭KGL | 602.7 | 603.0 | 603.8 | 603.6 | 605.8 | 604.4 | 607.2 | 605.3 |
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染料在加入酶溶液后,吸收光譜的變化原因可分析如下:
① 由于酶溶液的吸收造成了透過峰的下降。我們?yōu)榇俗髁思兠溉芤旱淖贤馕展庾V如圖8所示,所用的酶濃度為8ml/l。從圖7中可見,酶溶液在330-800nm之間的透光率隨波長(zhǎng)的增加而增
② 另一個(gè)原因是由于酶與染料可能發(fā)生了反應(yīng)。有研究者[3]推測(cè)它們之間可能發(fā)生了絡(luò)合反應(yīng),生成了一個(gè)比酶不活潑的絡(luò)合物,這種絡(luò)合物的形成會(huì)改變?nèi)玖先芤旱奈展庾V,同時(shí)也會(huì)改變?nèi)玖系淖畲笪詹ㄩL(zhǎng)。但我們?cè)趲追N不同酶濃度的染料的吸收曲線上未發(fā)現(xiàn)染料最大吸收波長(zhǎng)的顯著改變(如表1所示),而且,從圖1至圖7可見,這幾種染料-酶溶液的吸收光譜曲線,隨作用時(shí)間從15min延長(zhǎng)至45min幾乎無變化。
所以,我們推測(cè)第一種原因的可能性大,即是由于酶溶液的吸收,造成了染料-酶溶液吸收光譜的變化;從吸收光譜上看,沒有染料與酶生成絡(luò)合物的跡象。
3.2 纖維素酶整理對(duì)織物染色色度的影響
以未經(jīng)酶整理的染色織物為標(biāo)樣,以酶整理后染色或染色后酶整理的織物為試樣,測(cè)試標(biāo)樣與試樣的△E(總色差)、△L(明度差)、△C(艷度差)、△H(色相差)、△(K/S)(表面深度差),確定染色前后的纖維素酶處理對(duì)染色織
染色織物的表面深度用表面深度值K/S來表示。K/S值越大,表示顏色越深。K/S是波長(zhǎng)的函數(shù),在不同的吸收波長(zhǎng)有不同的值,在一般的計(jì)算中,取最大吸收波長(zhǎng)下的K/S值為染色的色深值。
從表2的數(shù)據(jù)可以看出:將酶整理后再染色的工藝與未經(jīng)酶整理的常規(guī)染色工藝相比,除活性紅X-3B在染料用量為1%時(shí)染色織物的△(K/S)>0外,其余染料染色織物的△(K/S)值均小于0,這說明酶處理后染色色光變淺。一般認(rèn)為[4],結(jié)晶區(qū)由于排列規(guī)整,結(jié)構(gòu)致密,酶分子很難可及,纖維素酶進(jìn)攻纖維素基質(zhì)的無定形區(qū),促使無定型區(qū)纖維素的水解,染料的上染是在棉的無定形區(qū),所以棉織物在酶處理后色深值下降;另一種可能是,與滌綸的堿減量結(jié)果相似[5 ],棉織物經(jīng)纖維素酶處理后,纖維變細(xì),比表面增加,織物對(duì)光的漫反射增加,所以,染料的視覺濃度變小。
將染色后酶整理的工藝與只進(jìn)行染色的常規(guī)工藝相比,在最大吸收波長(zhǎng)處,除直接黃RS、活性艷紅M-8B、活性藍(lán)KGR、還原藍(lán)RSN在染料用量為4%時(shí)染色織物的△(K/S)>0外,其余染料染色織物的△(K/S)值均小于0。這說明染色后再進(jìn)行酶處理會(huì)使大部分染色織物的色光變淺。常用染料染色的棉織物,對(duì)纖維素酶的催化水解有一定的阻滯作用,且隨染料結(jié)構(gòu)、上染的染料量的不同而異[3]。所以,以上四種染料在用量為4%時(shí),纖維素酶對(duì)其染色織物作用不大,表現(xiàn)為色深值變化出現(xiàn)例外情況。而其余染色織物的色深值△(K/S)小于0,其原因如前所述,棉織物經(jīng)纖維素酶處理后,纖維變細(xì),比表面增加,織物對(duì)光的漫反射增加,所以,染料的視覺濃度變??;另一原因,酶處理對(duì)染色織物會(huì)產(chǎn)生剝色作用。
表2 酶整理對(duì)染色色度的影響
| | △(K/S) | △E | △L | △C | △H | ||
| 染 色 后 酶 處 理 | 直接黃棕 | (4%) | -0.635 | 4.4591 | -0.3721 | -4.3431 | 0.9398 |
| (1%) | -0.331 | 4.0563 | -0.2306 | -3.9102 | 1.0536 | ||
| 直接黃RS | (4%) | 0.002 | 0.8558 | -0.2245 | -0.0827 | -0.8217 | |
| 活性紅X-3B | (4%) | -0.515 | 0.9399 | 0.6609 | -0.6521 | 0.1469 | |
| (1%) | -0.074 | 1.6223 | 0.2470 | -1.1885 | 1.0762 | ||
| 活性紅M-8B | (4%) | 0.081 | 1.9766 | 0.6041 | 0.9723 | 1.6113 | |
| (1%) | -0.734 | 1.8340 | 1.6168 | -0.0986 | 0.8600 | ||
| 活性藍(lán)KGR | (4%) | 0.338 | 1.0982 | -0.9157 | -0.4688 | -0.3843 | |
| (1%) | -0.008 | 0.8895 | -0.1463 | -0.7805 | -0.4009 | ||
| 活性黑KN-R | (4%) | -0.060 | 0.2256 | 0.1575 | 0.1241 | -0.1035 | |
| (1%) | -0.411 | 0.7856 | 0.7299 | -0.2709 | 0.1051 | ||
| 還原蘭RSN | (4%) | 0.801 | 1.3744 | -1.0539 | -0.6976 | 0.5410 | |
| 酶 處 理 后 再 染 色 | 直接黃棕 | (4%) | -0.523 | 1.8727 | 1.7671 | -0.2184 | 0.5800 |
| (1%) | -0.179 | 1.3894 | 0.4569 | -1.1954 | -0.5411 | ||
| 直接黃RS | (4%) | -0.391 | 3.1740 | 0.0170 | -3.0886 | 0.7310 | |
| (1%) | -0.182 | 1.5103 | 0.4524 | -1.1557 | 0.8607 | ||
| 活性紅X-3B | (4%) | -0.319 | 1.6342 | 0.7070 | -1.4047 | -0.4443 | |
| (1%) | 0.004 | 0.4943 | -0.1310 | -0.2194 | 0.4231 | 活性紅M-8B | (4%) | -0.384 | 1.0058 | 0.5277 | 0.3053 | -0.8000 |
| (1%) | -0.631 | 1.0206 | 0.6353 | -0.7046 | -0.3762 | ||
| 活性藍(lán)KGR | (4%) | -0.291 | 1.8718 | 1.6450 | -0.8593 | -0.2438 | |
| (1%) | -0.094 | 1.0826 | 0.9259 | -0.5220 | -0.2057 | ||
| 活性黑KN-R | (4%) | -1.298 | 1.2708 | 1.2359 | 0.0098 | -0.2963 | |
| (1%) | -0.499 | 1.7317 | 1.6314 | -0.4513 | -0.3656 | ||
| 還原蘭RSN | (4%) | -2.751 | 2.3651 | 1.9393 | -0.6996 | -1.1589 | |
| (1%) | -0.885 | 2.4549 | 2.4138 | -0.4320 | -0.1149 |
注:表中“染色+酶”表示織物先進(jìn)行染色再進(jìn)行纖維素酶整理
“酶+染色”表示織物先進(jìn)行纖維素酶整理再進(jìn)行染色
1%和4%表示染料的用量對(duì)織物重的百分比
①明度L
彩色物體表面的光反射率越高,則明度越高。反之,則明度越低。由上表可知,將酶處理后染色工藝與常規(guī)染色工藝相比,上述各種染料的染色織物,除活性紅X-3B的△L為-0.131外,其余均大于0。說明經(jīng)纖維素酶整理后再染色的織物明度增加,即對(duì)光的反射率增加。這是由于經(jīng)酶處理后,去除了織物表面的絨毛,光潔了織物的表面;另
將染色后再進(jìn)行酶處理工藝與只進(jìn)行染色的常規(guī)工藝相比,用活性紅X-3B、艷紅M-8B、黑KN-R 染料染色織物的明度增加;而直接、活性藍(lán)KGR、還原染料染色織物的明度降低。這些不同的結(jié)果一方面與酶的作用有關(guān),另一方面,也與所選染料在弱酸性環(huán)境下的穩(wěn)定性有關(guān)。
②艷度C
艷度C即飽和度,表示顏色的鮮艷程度,也就是對(duì)光吸收的選擇性。C值越高,則吸收曲線有高的選擇性,顏色就越鮮艷,反之,則顏色灰暗。
由上表可知,無論是染色后再酶處理,還是酶處理后再染色,與常規(guī)染色工藝相比,染色織物的顏色鮮艷度基本上是下降的;對(duì)直接染料,特別是原來鮮艷度較高的直接黃RS影響較大(△C為3-4),對(duì)其他染料的鮮艷度影響不大,△C在1左右。這一方面與染料在弱酸性環(huán)境下的穩(wěn)定性有關(guān);另一方面,也與酶處理后的堿性高溫殺酶工藝有關(guān)。
③色相角H
由上表可知,對(duì)于先染色后酶處理和先酶處理后染色這兩工藝,與常規(guī)染色工藝相比,色相角在同一象限,而且,大多數(shù)染料的△H小于1度,最大不超過1.6,這說明它們色相相近。
根據(jù)色差公式,△E=(△L2+△C2+△H2)1/2,總色差△E與染色織物的明度L、艷度C、色相角H的變化有關(guān)[61]。由上表可知,與常規(guī)工藝相比,大多數(shù)染料染色織物的△L、△H和△C都小于1,個(gè)別在3左右,故上述各染料除還原、直接染料的△E在2-4.5之間,其余染色織物的△E均在1左右。
4 結(jié)論
4.1 從活性紅X-3B、藍(lán)KGL、直接棕D
4.2 對(duì)于酶整理后再染色的工藝,與原工藝相比,活性紅X-3B在染料用量為1%時(shí)織物得色變深外,其余染料的染色織物得色變淺;明度增加;顏色鮮艷度稍下降;色相角在同一象限,色相相近。
4.3
4.4 無論是染色后再酶處理工藝,還是酶處理后再染色工藝,試驗(yàn)用還原、直接染料的△E在2-4.5之間,其余活性染料染色織物的△E均在1左右。
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