純棉針織物果膠酶精練工藝優(yōu)化及效果分析

姚繼明，鄭明遠(yuǎn)

(河北科技大學(xué)紡織服裝學(xué)院，河北石家莊 050018)

純棉針織物果膠酶精練工藝優(yōu)化及效果分析

姚繼明，鄭明遠(yuǎn)

(河北科技大學(xué)紡織服裝學(xué)院，河北石家莊 050018)

利用KDN果膠酶，采用田口實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法，控制酶濃度、溫度、pH值和時間，分別處理純棉緯編針織物，通過測試處理后織物的白度、毛細(xì)效應(yīng)、頂破強(qiáng)力、質(zhì)量損失等性能，分析果膠酶處理織物的效果。結(jié)果表明純棉緯編針織物經(jīng)果膠酶處理后毛細(xì)效應(yīng)得到很大改善，白度增加，但織物頂破強(qiáng)力下降，質(zhì)量減輕。綜合各項(xiàng)指標(biāo)，通過統(tǒng)計(jì)分析得出KDN果膠酶最優(yōu)處理工藝如下：酶質(zhì)量濃度1.5 g/L，溫度50 ℃，pH值為6，時間40 min。與堿精練相比，毛細(xì)效應(yīng)變好，白度稍差，織物強(qiáng)力及質(zhì)量損失小。

純棉緯編針織物；果膠酶；田口設(shè)計(jì)；精練

棉織物具有柔軟舒適、吸濕透氣等優(yōu)異的性能，深受廣大消費(fèi)者喜愛。但是棉纖維的潤濕性能易受其本身的伴生物及后期紡紗織造過程中附加雜質(zhì)的影響，因此需要對棉織物進(jìn)行精練處理。傳統(tǒng)織物精練一般為堿精練，而堿精練工藝有纖維損傷大、廢水不易處理等問題。應(yīng)用果膠酶代替高溫強(qiáng)堿的傳統(tǒng)工藝對棉織物進(jìn)行精練不僅使生產(chǎn)條件得到改善，而且減少了大量強(qiáng)堿性廢水的排放，更有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境和人體健康，且果膠酶精練處理?xiàng)l件溫和，工藝流程短，設(shè)備簡單，生產(chǎn)效率高，能量消耗小，故具有廣闊的發(fā)展前景[1-2]。應(yīng)用果膠酶精練處理過程中，酶濃度、處理溫度以及處理時間都對結(jié)果有一定的影響，因此合理地選擇工藝配方也相當(dāng)重要[3-4]。本文采用Minitab中的田口設(shè)計(jì)法，對不同工藝條件下經(jīng)酶處理后的純棉針織物的白度、毛細(xì)效應(yīng)、頂破強(qiáng)力、織物質(zhì)量等性能進(jìn)行測試并對比分析，得出酶濃度、溫度、pH值和時間這4個因素對果膠酶精練效果的影響程度以及果膠酶精練工藝的最佳工藝方案，并與堿精練工藝作對比，測試2組不同處理織物的精練效果。

1 試驗(yàn)部分

1.1材料、試劑及儀器

材料及試劑：純棉緯編針織布(石家莊第二經(jīng)編廠提供，織物規(guī)格為32支純棉汗布，質(zhì)量為160 g/m2)，KDN果膠酶(山東康地恩生物科技有限公司提供)、滲透劑WPS(石家莊美施達(dá)生物化工有限公司提供)，磷酸二氫鈉、碳酸氫鈉、碳酸鈉、精練劑SK、氫氧化鈉等為分析純級試劑。

儀器：高溫染色機(jī)(上海一派印染技術(shù)有限公司提供)，WSB-Ⅱ d/o白度儀(上?？_卡超儀器有限公司提供)，YG(B)871型毛細(xì)管效應(yīng)測定儀(溫州大榮紡織儀器有限公司提供)，YG(L)031型電子織物破裂強(qiáng)度儀(紹興力必信儀器有限公司提供)，THZ-82A型水浴恒溫振蕩器(金壇市榮華儀器制造有限公司提供)，恒溫水浴鍋，酸式滴定管，電子天平，燒杯，玻璃棒，剪刀等。

1.2試驗(yàn)方法

將純棉緯編針織布剪成40 cm×40 cm大小相近的正方形，每塊布質(zhì)量為25 g。根據(jù)田口實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方案將剪好的樣布在染色機(jī)中進(jìn)行酶精練處理，處理浴的浴比為1∶10，滲透劑WPS為1 g/L。其中，pH值為6，采用磷酸二氫鈉調(diào)節(jié)；pH值為8，采用碳酸氫鈉調(diào)節(jié)；pH值為10，采用碳酸鈉調(diào)節(jié)。處理后的織物用清水清洗2次，自然晾干并測試其性能。

1.3測試方法

1.3.1 白度測試

采用WSB-Ⅱd/o白度儀對織物的白度進(jìn)行測定，在不同部位測定5次，得出平均值。

1.3.2 織物毛細(xì)效應(yīng)測試

按FZ/T 01071—1999《紡織品毛細(xì)效應(yīng)試驗(yàn)方法》，利用YG(B)871型毛細(xì)管效應(yīng)測定儀沿織物經(jīng)向進(jìn)行測定，取2塊布樣讀數(shù)的平均值為測定結(jié)果。

1.3.3 織物頂破強(qiáng)力測試

根據(jù)GB/T 19976—2005《紡織品頂破強(qiáng)力的測定 鋼球法》標(biāo)準(zhǔn)，利用YG(L)031型電子織物破裂強(qiáng)度儀對織物進(jìn)行頂破強(qiáng)力測試，取3次測量平均值為最終結(jié)果。

1.3.4 織物質(zhì)量保持率測試

把精練前后的織物于105 ℃烘干2 h，按照式(1)計(jì)算質(zhì)量保持率，經(jīng)多次測試求取平均值：

(1)

式中：W0為織物經(jīng)酶處理前的干重；W1為織物經(jīng)酶處理后的干重。

2 結(jié)果與討論

2.1果膠酶精練處理對針織物白度及毛細(xì)效應(yīng)的影響

天然棉纖維中所含的雜質(zhì)對棉織物吸水性有一定影響，其中果膠將蠟質(zhì)粘在纖維素上阻礙了染料和整理劑的滲透，并且果膠質(zhì)影響織物潤濕性和染色牢度。而果膠酶和纖維中的果膠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，能使果膠呈游離狀態(tài)，并且使網(wǎng)狀果膠上的蠟狀疏水性雜質(zhì)脫落游離，從而達(dá)到織物精練的目的，改善織物的柔軟性、吸水性[5-7]。同時酶處理過程中織物上殘留的雜質(zhì)及纖維表面蠟質(zhì)得到一定程度的去除，也能部分改善織物白度和毛細(xì)效應(yīng)。酶處理后織物的白度和毛細(xì)效應(yīng)變化見表1，各因素的作用影響強(qiáng)弱見表2。

表1 棉針織物經(jīng)酶處理后白度及織物毛細(xì)效應(yīng)測試數(shù)據(jù)

表2 直觀分析表

由表1及表2可以看出，經(jīng)果膠酶精練處理后的棉針織物白度明顯提高，吸濕性能也得到了改善。對經(jīng)酶處理后的針織物白度效果及毛細(xì)效應(yīng)而言，溫度都是酶精練處理的最顯著影響因素。這可能是由于溫度對酶的活性及反應(yīng)速率影響敏感有關(guān)。酶催化反應(yīng)速度一般隨溫度的升高而增大，但酶催化反應(yīng)速度和溫度并不是完全成正比，溫度過高會使酶失活。只有在適當(dāng)?shù)臏囟认拢覆拍苡凶畲蟮拇呋俣?。對于處理后針織物白度效果而言，KDN果膠酶精練最優(yōu)方案為酶用量1.5 g/L，溫度60 ℃，pH值為8，時間40 min；經(jīng)田口設(shè)計(jì)預(yù)測分析可知，在最優(yōu)條件下經(jīng)酶處理后織物白度預(yù)測值為66.4。對于針織物毛細(xì)效應(yīng)而言，酶處理最優(yōu)條件為酶用量1.5 g/L，溫度60 ℃，pH值為6，時間80 min；利用田口設(shè)計(jì)預(yù)測分析，織物經(jīng)KDN酶在最優(yōu)工藝下處理后毛細(xì)管效應(yīng)預(yù)測為11.18 cm。

2.2果膠酶精練處理對針織物頂破強(qiáng)力及織物質(zhì)量的影響

果膠酶應(yīng)用于棉織物的精練作用是通過消除反應(yīng)達(dá)到的。其主要原理是切斷棉纖維上果膠酸及果膠酸酯分子中的α- 1，4苷鍵，再經(jīng)乳化、水洗等工序去除纖維表面果膠和雜質(zhì)。故經(jīng)果膠酶處理后會造成一定的纖維損傷，使織物強(qiáng)力下降[4,8-9]。由于精練和洗滌的雙重作用，織物的質(zhì)量也會有一定程度的減少。果膠酶處理對織物頂破強(qiáng)力和質(zhì)量保持率的影響見表3和表4。

表3 棉針織物經(jīng)酶處理后織物頂破強(qiáng)力及質(zhì)量保持率測試數(shù)據(jù)

表4 直觀分析表

由表3及表4可以看出：經(jīng)KDN果膠酶精練處理后織物頂破強(qiáng)力及織物質(zhì)量都有下降。對于精練處理后織物頂破強(qiáng)力而言，反應(yīng)時間和溫度對其影響非常顯著，最優(yōu)方案為酶用量1.5 g/L，溫度50 ℃，pH值為6，時間40 min；經(jīng)田口設(shè)計(jì)預(yù)測分析可知，在果膠酶最優(yōu)工藝條件下處理后的織物頂破強(qiáng)力可達(dá)339.47 N。而影響處理后織物質(zhì)量保持率的主要因素是時間和pH值，最優(yōu)試驗(yàn)方案如下：酶用量1.5 g/L，溫度50 ℃，pH值8，時間40 min；經(jīng)田口設(shè)計(jì)預(yù)測分析可知，經(jīng)KDN酶最優(yōu)工藝處理后，織物質(zhì)量保持率預(yù)計(jì)高達(dá)98.39%。

2.3果膠酶精練處理最優(yōu)方案的確定及驗(yàn)證

利用Minitab軟件對果膠酶處理后織物的白度、毛細(xì)效應(yīng)、頂破強(qiáng)力、質(zhì)量保持率4項(xiàng)性能進(jìn)行測試，對測試數(shù)據(jù)綜合分析得出綜合影響因素均值響應(yīng)表，見表5，均值主效應(yīng)圖見圖1。

表5 綜合4項(xiàng)性能測試數(shù)據(jù)均值響應(yīng)表

圖1 綜合果膠酶處理之后的4項(xiàng)性能測試數(shù)據(jù)得出的均值主效應(yīng)圖Fig.1 Mean main effects plot of four performance test data after comprehensive pectinase treatment

由表5及圖1可得出，時間是影響KDN果膠酶精練處理的最顯著因素。KDN果膠酶處理后織物性能綜合測試最優(yōu)工藝方案如下：酶質(zhì)量濃度1.5 g/L，溫度50 ℃，pH值為6，時間40 min。在最優(yōu)工藝下對純棉針織物進(jìn)行果膠酶精練處理，測試處理后織物的各項(xiàng)性能，其測試結(jié)果如表6所示。

表6 綜合4項(xiàng)性能測試最優(yōu)方案處理后織物測試試驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過對比試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在綜合4項(xiàng)性能得出最優(yōu)工藝方案下處理的各項(xiàng)織物性能幾乎都能達(dá)到最優(yōu)，說明此次試驗(yàn)得出的最優(yōu)工藝方案高效實(shí)用且具有可重復(fù)性。

2.4酶精練與堿精練效果比較

燒堿精練工藝條件如下：布質(zhì)量(20 g),浴比(1∶10),精練劑SK(2 g/L),氫氧化鈉(10 g/L),煮練(60 min)。

按照此工藝對純棉緯編針織物進(jìn)行精練處理，處理后用清水對織物清洗2次，自然晾干，測試其試驗(yàn)數(shù)據(jù)，測試結(jié)果如表7所示。

表7 針織物經(jīng)堿精練工藝處理后的測試度驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表6、表7對比可知，與堿精練相比，經(jīng)果膠酶精練處理后的針織物吸濕性能更好，耐頂破強(qiáng)力下降少，質(zhì)量損失小，織物白度比堿精練稍差。

3 結(jié) 論

純棉緯編針織物經(jīng)果膠酶精練處理后吸濕性能得到大幅改善，白度增加，織物耐頂破強(qiáng)力有所下降，織物質(zhì)量略減。其中，處理時間是影響KDF果膠酶精練處理的最顯著因素。KDF果膠酶處理后織物性能綜合測試最優(yōu)工藝方案如下：酶質(zhì)量濃度1.5 g/L，溫度50 ℃，pH值為6，時間40 min。與堿精練效果相比，針織物經(jīng)果膠酶精練處理后織物吸濕性能更好，耐頂破強(qiáng)力下降減少，質(zhì)量損失小，織物白度比堿精練稍差。

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向本期載文的審稿專家致謝

本期《河北工業(yè)科技》共發(fā)表論文18篇。這些論文的發(fā)表是與有關(guān)專家的認(rèn)真審讀、細(xì)查資料、推敲分析、中肯評價分不開的。對此，本刊編輯部特向這些專家表示敬意，對他們的辛勤勞動表示感謝。

本期載文的審稿專家名單如下(按姓名的漢語拼音字母順序排列)：

陳 愛 陳 穎 陳祖銘 程學(xué)珍 崔玉龍 丁玉坤 高 凱
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劉振法 魯金鳳 羅 勇 桑亞新 沈麗如 檀柏紅 王艾萌
王景春 王玖河 王碩禾 王勇軍 吳建華 信昆侖 顏景龍
楊發(fā)展 于海豐 余子鵬 曾泳春 張炳燭 張煥禎 張 軍
張忠義 趙志國 周 律

(本刊編輯部)

Optimization and performance analysis of pectinase scouring to cotton knitted fabric

YAO Jiming， ZHENG Mingyuan

(School of Textile and Garment, Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang Hebei 050018, China )

Scouring process of the cotton knitted fabric by using KDN pectinase were carried out by controlling the enzyme dosage, reaction temperatures, pH and time according to Taguchi experimental design. The whiteness, capillary effect, weight loss, bursting strength of treated fabrics were measured and analyzed. The results show that the water absorption ability and whiteness are improved greatly, and the fabric bursting strength and weight decreased.The optimal treatment condition of KDN pectinase obtained by statistical analysis is that the dosage of catalase of 1.5 g/L, 50 ℃, pH 6, 40 min.Compared to sodium hydroxide scouring, pectinase scouring exhibits better capillary effect, lower strength and weight loss and slightly low whiteness.

cotton weft knitted fabrics; pectinase; Taguchi design; scouring

1008-1534(2014)04-0311-05

2014-02-28;

2014-03-19；責(zé)任編輯：張 軍

姚繼明(1966-)， 男，河北寬城人，副教授，博士，主要從事紡織生化方面的研究。

E-mail:yaojiming66@126.com

TS192

A

10.7535/hbgykj.2014yx04009

姚繼明，鄭明遠(yuǎn).純棉針織物果膠酶精練工藝優(yōu)化及效果分析[J].河北工業(yè)科技,2014,31(4):311-315. YAO Jiming，ZHENG Mingyuan.Optimization and performance analysis of pectinase scouring to cotton knitted fabric[J].Hebei Journal of Industrial Science and Technology,2014,31(4):311-315.