纖維素酶水解作用對(duì)織物性能的影響

牛建濤，張小英，官偉波

（蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 輕紡系，江蘇 蘇州215009）

纖維素是天然高分子化合物，由D－葡萄糖以β－1，4糖苷鍵聯(lián)接而成的大分子多糖，纖維素纖維主要包括天然纖維素纖維和再生纖維素纖維。纖維素酶是一種能將纖維素水解成纖維二糖和葡萄糖等產(chǎn)物的酶集合體，可從多種微生物、動(dòng)植物中提取，習(xí)慣上將纖維素酶分成三類，內(nèi)切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β－葡糖苷酶，三者協(xié)同對(duì)纖維素發(fā)生催化水解作用［1］。纖維素酶可用來切斷毛茸、使織物表面光潔、色澤鮮艷，可提高抗起球性，也可進(jìn)行柔軟整理，風(fēng)格特殊化整理等［2］。用纖維素酶處理棉、麻、粘膠等纖維素織物的整理技術(shù)是一種符合環(huán)保要求的整理工藝，目前在紡織行業(yè)已得到廣泛應(yīng)用。

紡織工業(yè)常用的纖維素酶分為酸性、中性和弱堿性，一般常用酸性和中性纖維素酶。酸性纖維素酶一般來自里氏木霉，最適pH值為4.5～5.5，作用溫度為45～55℃，活力較高，對(duì)纖維素纖維有高度的侵蝕作用。纖維素織物經(jīng)纖維素酶水解處理后，其纖維結(jié)構(gòu)遭到侵蝕、破壞，織物的染色和力學(xué)性能均會(huì)發(fā)生一定的變化。為了進(jìn)一步了解纖維素酶整理對(duì)織物性能的影響，本文研究了酸性纖維素酶對(duì)棉、粘膠和竹漿織物水解處理后織物性能的變化。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料

液態(tài)酸性纖維素酶（最佳作用溫度為50℃，pH值為4.8，邢臺(tái)市太和生物化學(xué)技術(shù)有限公司），棉和粘膠（蘇州市伊可迪針織科技有限公司），竹漿織物（際華三五四二紡織有限公司）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

將酸性纖維素酶配成濃度為15%的溶液，利用冰醋酸調(diào)節(jié)pH值為4.8，用水浴鍋加熱至50℃。將所選的3種試樣分別投入酸性纖維素酶溶液中，并攪拌加熱1h，經(jīng)水解作用后，將試樣取出，分別用水清洗后自然晾干待用。

1.3 性能測試

1.3.1 失重率

將纖維素酶水解處理前后的織物分別烘干，稱重，按下式計(jì)算失重率。

式中 W1、W2分別為酶水解處理前后織物的重量（g）。

1.3.2 拉伸斷裂強(qiáng)力

采用南通宏大實(shí)驗(yàn)儀器有限公司的HD026N＋電子織物強(qiáng)力儀進(jìn)行測試，參照GB／T 3923.1——1997《紡織品——織物拉伸性能：條樣法測定斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長》，試樣尺寸為250mm×50mm，拉伸速度為200mm／min，試樣夾持長度為200mm。同一樣品，經(jīng)向測試5塊，取平均值。

1.3.3 折皺彈性

采用寧波紡織儀器廠生產(chǎn)的YG541B型折皺彈性儀，參照GB／T 3819——1997《紡織品織物折皺回復(fù)性的測定：回復(fù)角法》進(jìn)行測試，測定5min后的緩彈性折痕回復(fù)角。同一樣品，經(jīng)向測試5次，取平均值。

1.3.4 硬挺度

采用萊州電子儀器有限公司生產(chǎn)的LLY－01型電子硬挺度儀，參照GB／T 7689.1——2001《增強(qiáng)材料機(jī)織物試驗(yàn)方法：彎曲硬挺度的測定》進(jìn)行測試，試樣尺寸為250mm×25mm，經(jīng)向6塊，取平均值。

1.3.5 懸垂性

采用寧波紡織儀器廠生產(chǎn)的LFY－206型織物懸垂性風(fēng)格測試儀，參照GB／T 23329——2009《紡織品織物懸垂性的測定》進(jìn)行測試，試樣尺寸為D＝240 mm的圓形無折痕布樣，每塊試樣圓心開一直徑為4 mm的定位小孔。同一樣品，測試3塊，取平均值。

2 結(jié)果與分析

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測試，棉、粘膠、竹漿織物在酸性纖維素酶水解處理前后的主要服用性能測試結(jié)果如表1所示。試樣的測試結(jié)果是一致的，棉、粘膠、竹漿織物經(jīng)纖維素酶水解后堅(jiān)牢性、外觀形態(tài)保持性均有所降低。

表1 織物水解前后主要性能測試結(jié)果

2.1 失重率

從表1可看出，酸性纖維素酶對(duì)不同纖維素織物表現(xiàn)不同的水解能力。棉為天然纖維素纖維，粘膠和竹漿纖維均為再生纖維素纖維，純棉纖維的分子聚合度為6 000～15 000，結(jié)晶度為65%～72%，相對(duì)來說，結(jié)構(gòu)較為緊密，酸性纖維素酶對(duì)棉的水解能力相對(duì)較弱，失重率最??；普通的粘膠纖維分子聚合度低于棉，一般為250～550，且結(jié)晶度只有35%左右，結(jié)構(gòu)疏松，對(duì)酶蛋白的飽和吸附量大，對(duì)酶水解非常敏感［1］，因此酸性纖維素酶對(duì)粘膠的水解能力較強(qiáng)，失重率比棉大；竹漿纖維橫向存在比粘膠纖維更多的孔隙和明顯的裂縫，且縱向表面有無數(shù)的微細(xì)溝槽［3］，使得竹漿纖維的表皮層比粘膠、棉纖維更容易吸收酸性纖維素酶，竹漿織物的失重率最高，達(dá)到6.7%。

結(jié)果表明，酸性纖維素酶對(duì)不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)的纖維素纖維水解作用差異較大，在用酶處理纖維素混紡織物時(shí)要注意，避免某些組分的過度水解損傷。

2.2 拉伸斷裂強(qiáng)力

酶水解作用時(shí)，酸性纖維素切斷了棉、粘膠、竹漿織物表面的纖維毛茸，且進(jìn)入纖維內(nèi)部，將纖維素水解成纖維二糖和葡萄糖等產(chǎn)物，纖維結(jié)構(gòu)及紗線結(jié)構(gòu)均遭到破壞，斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率均明顯降低。一般認(rèn)為纖維素酶的EGs組分只能降解纖維素的無定形區(qū)［4］，從纖維素大分子鏈的內(nèi)部隨機(jī)切斷β－1，4葡萄糖苷鍵。棉纖維是一種高結(jié)晶度的天然纖維素纖維，而粘膠、竹漿纖維都是再生纖維素纖維，結(jié)晶度低，無定形區(qū)大，棉織物的斷裂強(qiáng)力損失率相對(duì)較?。?］，而粘膠、竹漿織物斷裂強(qiáng)力損傷較大，尤其是粘膠纖維，強(qiáng)力損失高達(dá)62%。纖維素織物在經(jīng)酶整理后，不但單根纖維強(qiáng)力下降，且纖維彈性伸長率降低，織物的斷裂伸長率明顯下降，棉、竹漿織物的斷裂伸長率損失最大。

2.3 折皺彈性

折皺回復(fù)性是指織物在搓揉外力作用下產(chǎn)生折痕的回復(fù)程度，一般用折痕回復(fù)角來表示。從表1可看出，棉、粘膠、竹漿織物經(jīng)酸性纖維素酶水解作用后，緩彈性回復(fù)角減小明顯，抗皺性能均有所降低。在纖維素酶的作用下，纖維素大分子鏈、纖維素支鏈及纖維素分子鏈末端被降解，纖維素纖維性能發(fā)生變化，纖維彈性損失。棉和竹漿纖維織物相對(duì)于粘膠織物，彈性回復(fù)性損失嚴(yán)重，與棉、竹漿纖維織物的斷裂伸長率損失變化趨勢一致。

2.4 硬挺度

抗彎剛度越大，織物越難彎曲，手感比較挺爽。從表1可觀察到，棉、粘膠和竹漿織物經(jīng)纖維素酶水解作用后，硬挺度均有所降低，織物柔軟度提高。纖維素酶對(duì)纖維素織物的處理，屬于生物拋光技術(shù)，可水解織物表面的絨毛纖維，織物的柔軟度得到改善。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看，竹漿纖維織物的硬挺度損傷最大，主要是因?yàn)橹駶{纖維結(jié)構(gòu)疏松，孔隙較多，水解失重率最大，纖維結(jié)構(gòu)遭到破壞嚴(yán)重，硬挺度降低較多。

2.5 懸垂性

織物因自重下垂的程度及形態(tài)稱為懸垂性，懸垂性好的面料能充分顯示服裝的輪廓美。表1結(jié)果顯示，棉、粘膠、竹漿織物經(jīng)纖維素酶整理后，靜態(tài)懸垂系數(shù)降低明顯，懸垂性提高，純棉織物提高最為明顯。竹漿纖維織物與常規(guī)的純棉、粘膠織物相比，手感滑爽，吸濕放濕更快，懸垂性更為優(yōu)良［6］，相比較而言，純棉織物的懸垂性最差。經(jīng)酸性纖維素酶柔軟處理后，棉、粘膠、竹漿織物的懸垂性均得到改善，而純棉織物的提高最為顯著。

3 結(jié)論

棉、粘膠、竹漿織物經(jīng)酸性纖維素酶水解處理后，由于纖維結(jié)構(gòu)不同，水解性能有所差異，竹漿織物的水解失重率最大，其次是粘膠織物。酶水解作用后，粘膠、竹漿織物斷裂強(qiáng)力損傷較嚴(yán)重，尤其是粘膠纖維；純棉、竹漿織物的斷裂伸長、折皺回復(fù)性消失嚴(yán)重，竹漿織物的硬挺度損傷最大。棉、粘膠、竹漿織物的懸垂性均得到改善，純棉織物提高的最為顯著。

［1］郝龍?jiān)?，蔡玉?酸性酶對(duì)纖維素的水解性能［J］.印染，2008，（10）：6－8.

［2］何中琴，譯.纖維素酶處理后的纖維素纖維染色性和力學(xué)性質(zhì)［J］.印染譯叢，2001，（3）：78－81.

［3］杜衛(wèi)平.竹漿纖維的基本形態(tài)結(jié)構(gòu)分析［J］.上海紡織科技，2006，（6）：7－11.

［4］呂家華.纖維素酶對(duì)纖維素纖維的作用［D］.上海：東華大學(xué)，2003.

［5］尉 霞，李紀(jì)強(qiáng).纖維素酶整理后棉織物的機(jī)械性能［J］.北京紡織，2001，（4）：36－38.

［6］劉 貴，楊瑜榕，王明葵.竹漿纖維與粘膠纖維的鑒別［J］.上海紡織科技，2010，（12）：49－52.