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纖維素酶整理純棉針織物的性能與工藝研究（一）

來源：印染在線　發(fā)布時間：2009年08月17日

棉、麻、粘膠、Tencel、人絲等織物均是纖維素纖維,其大分子結(jié)構(gòu)中的葡萄糖?；ㄟ^β-1,4糖苷鍵相結(jié)合。利用纖維素酶(一種能使纖維素降解的蛋白質(zhì)),可對纖維素起催化降解作用,使之減量。纖維素纖維經(jīng)酶處理后,其無定形區(qū)部分水解,使結(jié)晶區(qū)之間的空隙變大,結(jié)晶區(qū)的部分水解使晶區(qū)尺寸變小。因而,在受到外力作用時,結(jié)晶區(qū)之間容易產(chǎn)生相對運(yùn)動,纖維抗彎能力降低,剛度下降,從而使整理后的織物光潔柔軟、蓬松,服用性能得到改善,提高了棉針織物產(chǎn)品的檔次和附加值[1,2]。作者探討了純棉針織物的纖維素酶處理工藝,分析影響酶處理效果的各因素,并以減量率、斷裂強(qiáng)力、吸濕性和透氣性為綜合指標(biāo),優(yōu)化了純棉針織物的酶整理工藝,并得出了纖維素酶整理純棉針織物(厚型)的最佳工藝配方。

1　材料與方法1.1　試驗(yàn)材料和藥品織物:20S/1半畦編組織(厚型純棉針織物)。主要藥品:纖維素酶R-10(YakultofJapan)活力為10000μ·g-1;滲透劑JFC(工業(yè)品,非離子型表面活性劑,它在水溶液中不能電離,因此對酶的活性影響不大);醋酸、醋酸鈉;MgCl2·6H2O(均為AR級)。1.2　酶整理工藝流程針織物前處理(堿縮、煮練、H2O2漂白)→配制整理液→升溫至所需溫度→加入針織物→在恒溫振蕩搖床上浸漬規(guī)定時間(往復(fù)速度50次·min-1)→取出針織物→熱水洗(80～85℃)15min→溫水洗(60℃)10min→冷水洗三道→在烘箱中(105～110℃)烘至恒重→稱量→測試針織物各項(xiàng)性能指標(biāo)。1.3　性能測試方法1.3.1　酶減量率測定減量率/%=(A-B)/A×100(1) 式中:A-酶處理前針織物絕干(g);B-酶處理后

針織物絕干(g)。將酶處理前后的樣布在烘箱中105℃烘至恒重,采用箱外熱稱法稱量樣布重量(g)。1.3.2　測試指標(biāo)及方法根據(jù)GB5453-85,用YG461型織物中壓透氣量儀測定織物透氣量(L·m-2·s-1),噴嘴直徑5cm;用YGW-871型毛細(xì)管效應(yīng)測定儀測定織物吸水量(cm·30min-1),織物寬5cm,長30cm;根據(jù)GB3916-83,用YG021A-3型強(qiáng)力儀測定織物的斷裂強(qiáng)力(N)。1.4　試樣制備在實(shí)驗(yàn)室條件下將樣布在干燥器內(nèi)平衡放置24h后,距布邊5cm以上沿縱向均勻剪取試樣若干塊。本試驗(yàn)所用織物為20S/1半畦編純棉針織物(厚型),每塊5g。本試驗(yàn)所用樣布(厚型針織物)處理前各測試指標(biāo)為:縱向拉伸斷裂強(qiáng)力116.81N,透氣量320L·m-2·s-1,毛效每30min為10.2cm。

2　結(jié)果與討論2.1　影響酶洗工藝條件的單因素試驗(yàn)2.1.1　酶用量及酶活力對減量率的影響　纖維素酶用量對棉織物的處理效果有重要影響,生化酶用量與減量率關(guān)系如圖1所示。酶用量在6%(owf)以下時,減量率增加明顯;并且酶用量與減量率基本上成線性關(guān)系。但酶用量超過8%(owf)后,其減量率變化趨于平緩。根據(jù)酶解反應(yīng)動力學(xué)模型[3,4]可知,纖維素酶(E)分解纖維素分子(S)的反應(yīng)歷程為:

由纖維的酶解速率或產(chǎn)物的生成速率決定于酶與纖維形成的絡(luò)合物(ES)的濃度,因而可得酶解反應(yīng)速度公式:r=d[P]/dt=K2[ES](3)　式中:[ES]為酶∽纖維絡(luò)合物濃度;[P]為產(chǎn)物濃度;K1、K-1、K2均為反應(yīng)速率常數(shù)。用穩(wěn)態(tài)法處理,得:

變形得:

解微分方程,可得:

,故r=K2[E][S]/KM(4)　式中:KM=(K-1+K2)/K1為米氏常數(shù)。由(4)式可見,纖維素酶水解纖維的酶解速率與用量[E]成正比。然而

,針織物在處理液中的酶解反應(yīng)是非均相反應(yīng),這可能是因?yàn)槔w維素酶在催化水解纖維時,酶首先必須和纖維表面結(jié)合形成絡(luò)合物(ES),且反應(yīng)速率受織物表面酶—底絡(luò)合物(ES)濃度控制。根據(jù)多相催化原理,(ES)量并不隨(E)的量增加而無限增加,即(ES)有一個飽和值,因?yàn)閱挝毁|(zhì)量纖維的特性表面積(Asp)和可供酶形成絡(luò)合物的位置數(shù)(n)是一定的[3,4],所以在達(dá)到比飽和值后,酶濃度的增加不會使絡(luò)合物濃度[ES]有明顯的變化,從而使反應(yīng)速率增加不明顯。這種關(guān)系在酶用量與針織物減量率關(guān)系曲線上也反映出來。由此可見,在纖維素酶處理針織物工藝過程中,使用過高的酶用量對針織物進(jìn)行處理是不經(jīng)濟(jì)的,會大大增加生產(chǎn)工藝的成本。此外,在實(shí)際生產(chǎn)中,酶的活力越高,要達(dá)到相同效果的減量率,則酶用量就越少。

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