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纖維素酶對(duì)色光的影響

來源:印染在線 發(fā)布時(shí)間:2009年04月08日

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/10cm×228根/10cm.

直接黃棕D-3G、直接黃RS、活性紅X-3B、活性藍(lán)KGL、活性黑KNG、活性艷紅 M-8B、

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50℃恒溫水浴鍋中保溫15min和45min,冷卻至室溫,測(cè)吸光度/透光度曲線(波長(zhǎng)范圍為330-800nm)

2.3 酶處理工藝

纖維素酶x%(o.w.f),pH值4-5,溫度50℃-55℃,時(shí)間60min

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

(艷度差)、△H(色相差)、△(K/S)(表面深度差)。

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D3G在330-450nm之間的透過峰,活性蘭KGL在330-500nm 之間的透過峰,活性紅X-3B在330-500nm之間的透過峰,均在加入纖維素酶后明顯下降,當(dāng)酶濃度為4ml/l時(shí)、8ml/l、12ml/l時(shí),活性紅X-3B的吸收分別約增加8%、14%和18%;活性蘭KGL的吸收分別約增加8%、14%和22%;直接棕D3G的吸收分別約增加4%、12%和17%。這些染料在600-800nm之間的透過率也隨酶濃度的增加而有小的降低;但它們的最大吸收峰的位置并未因加入纖維素酶而發(fā)生顯著改變(如1所示)。這些染料-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。

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D3G

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

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

加,并且在330-600n之間的增加幅度較大,600-800nm較平坦;不同酶濃度的吸收峰在前一波長(zhǎng)段的差異較大。對(duì)照不同酶濃度的活性紅X-3B、直接黃棕D3G和活性藍(lán)KGL的吸收曲線,在這些染料的最大吸收波長(zhǎng)段以前,即330-500nm之間吸收的明顯差異反映了不同濃度酶在此波長(zhǎng)范圍的吸收差異;而在500-560nm之間,是活性紅X-3B染料的最大吸收波長(zhǎng)段,由于活性紅X-3B吸收強(qiáng)度高,從而掩蓋了酶的吸收,表現(xiàn)為各條吸收曲線在此范圍無明顯差異,由于活性蘭KGL和直接黃棕D3G在最大吸收波長(zhǎng)(603nm和447nm)處的吸收強(qiáng)度均比活性紅X-3B(最大吸收波長(zhǎng)為523nm)低,如圖1至6所示,所以在他們的最大吸收波長(zhǎng)段,未能掩蓋不同濃度酶的吸收,表現(xiàn)為各條曲線在此范圍還存在差異;在這些染料的最大吸收波長(zhǎng)段以后,染料的吸收逐漸減小,各條吸收曲線的的微小差異只是反映了不同濃度的酶在此波長(zhǎng)范圍吸收的微小差異。

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

物色度的影響。結(jié)果如表5-8所示。

3.2.1 纖維素酶整理對(duì)織物染色的表面深度的影響

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

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

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

3.2.2 纖維素酶整理對(duì)染色織物明度L、艷度C和色相角H的影響

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

一方面的原因是酶處理后,纖維變細(xì),比表面增加,織物對(duì)光的漫反射增強(qiáng)。

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。

3.2.3 纖維素酶整理對(duì)染色織物總色差△E的影響

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D3G的染料-酶溶液的吸收光譜推測(cè),在溶液中纖維素酶與染料無生成絡(luò)合物的跡象。

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

對(duì)于染色后再進(jìn)行酶整理的工藝,與原工藝相比,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)得色變深,其余染料的染色織物得色均變淺;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;顏色鮮艷度稍下降;色相角在同一象限,色相相近。

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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