棉織物生物酶前處理工藝研究

奉先波，賀江平

（西安工程大學(xué) 紡織與材料學(xué)院，陜西 西安 710048）

棉織物精練通常是在長(zhǎng)時(shí)間高溫強(qiáng)堿條件下進(jìn)行的，不僅織物損傷大，且耗能、耗時(shí)、耗水，污染排放大嚴(yán)重制約了印染行業(yè)的發(fā)展。因此綠色染整加工越來(lái)越表現(xiàn)出其重要性［1］。近年來(lái)利用酶的高效、專(zhuān)一、溫和性對(duì)棉織物進(jìn)行前處理［2］，其節(jié)能、高效、無(wú)毒、無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)引起人們極大關(guān)注。本文用高濃退漿酶、精練酶DM-8654對(duì)棉織物進(jìn)行前處理，較為系統(tǒng)地研究了其處理工藝。

1 試驗(yàn)部分

1.1 材料和儀器

織物：淀粉上漿棉織物；材料：蘇宏牌高濃退漿酶（諾維信生物技術(shù)有限公司）；DM-8654（廣東德美精細(xì)化工股份有限公司）。

儀器：可見(jiàn)分光光度儀722型（上海精密科學(xué)儀器有限公司）；X-Rite color i7型愛(ài)色麗測(cè)色儀（上海嘉恩科技有限公司）；電子強(qiáng)力機(jī)（南通宏大實(shí)驗(yàn)儀器有限公司）；pH計(jì)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 酶退漿處方及工藝

高濃退漿酶／g·L-1a

滲透劑JFC／g·L-12

醋酸、碳酸鈉調(diào)節(jié)pH值X

退漿溫度／℃T

退漿時(shí)間／mint

浴 比 1∶50

采用單因素法按照處方配制工作液，用醋酸和碳酸鈉調(diào)節(jié)不同pH值。將淀粉上漿的棉坯布浸入退漿液中并升溫至T℃，不斷攪拌保溫處理tmin，取出織物，充分洗滌。

1.2.2 酶煮練處方及工藝

DM-8654精練酶／g·L-1b

滲透劑JFC／g·L-12

醋酸、碳酸鈉調(diào)節(jié)pH值X

煮練溫度／℃T

煮練時(shí)間／mint

浴 比 1∶50

采用單因素法按照處方配制工作液，用醋酸和碳酸鈉調(diào)節(jié)不同pH值。將已用高濃退漿酶退漿過(guò)的棉織物浸入工作液中并升溫至T℃，不斷攪拌保溫處理tmin，取出織物，充分洗滌。

1.2.3 酶退煮一浴一步法處方及工藝

高濃退漿酶／g·L-1a

DM-8654精練酶／g·L-1b

滲透劑JFC／g·L-13

醋酸、碳酸鈉調(diào)節(jié)pH值X

退煮溫度／℃T

退煮時(shí)間／mint

浴 比 1∶50

采用正交試驗(yàn)法按照處方配制工作液，用醋酸和碳酸鈉調(diào)節(jié)不同pH值。將用淀粉上漿的棉織物浸入工作液中升溫至T℃，不斷攪拌保溫處理tmin，取出織物，充分洗滌。

1.2.4 漂白處方及工藝

30%雙氧水／g·L-115

氧漂穩(wěn)定劑（硅酸鈉）／g·L-12

氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值 10.5～11.0

滲透劑JFC／g·L-12

漂白溫度／℃ 90

漂白時(shí)間／min 60

浴 比 1∶50

按處方配置工作液并水浴加熱至90℃，投入已退煮過(guò)的棉織物保溫浸漂處理60min，取出織物充分洗滌。如需同浴漂白，退煮后直接加入試劑按工藝條件處理。

1.2.5 棉織物傳統(tǒng)退煮漂一浴一步法處方及工藝

氫氧化鈉／g·L-110

30%雙氧水／g·L-110

雙氧水穩(wěn)定劑／g·L-13

高效精煉劑／g·L-12

溫 度／℃ 85

時(shí) 間／min 60

浴 比 1∶50

按照處方配制工作液，將用淀粉上漿的棉織物浸入工作液中并升溫至85℃，不斷攪拌保溫處理60 min，取出織物充分洗滌。

1.3 測(cè)試方法

（1）退漿率 采用高氯酸法［3］，先繪制工作曲線(xiàn)，再測(cè)定退漿率。

（2）毛細(xì)效應(yīng) 用LCK-800紡織品毛細(xì)效應(yīng)測(cè)試儀測(cè)定，毛效越好，織物潤(rùn)濕性越好。

（3）失重率 稱(chēng)重處理前后的織物都須事先在標(biāo)準(zhǔn)氣候箱中平衡2h。

（4）織物斷裂強(qiáng)力 織物斷裂強(qiáng)力的測(cè)定按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)GB／T 3923-1997《紡織品織物拉伸性能 第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)的測(cè)定條樣法》進(jìn)行。

（5）織物白度 白度測(cè)試按照DSBD-1數(shù)字白度儀操作規(guī)程進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 退漿酶的退漿工藝

2.1.1 溫度對(duì)退漿率的影響

以a=1g／L，pH=6，t=40min為定量，溫度分別為20、30、40、45、50、55、60、65、70、75、80、90 ℃的條件下進(jìn)行退漿處理。在每個(gè)溫度下做未加退漿酶及酶先經(jīng)85、100℃處理10min后的對(duì)照試驗(yàn)。溫度與退漿率的關(guān)系曲線(xiàn)如圖1所示。

圖1 溫度對(duì)退漿酶退漿率的影響

從圖1可看出，退漿酶在較低溫度時(shí)就有明顯作用。隨著溫度升高，未加退漿酶的對(duì)照組退漿率增加較快，最終與酶退漿的退漿率相近，這可能是因?yàn)樵撆鞑忌蠞{所用淀粉漿料以可溶性直鏈淀粉為主之故。退漿酶經(jīng)過(guò)85℃處理10min后，仍具有很強(qiáng)的活性；在100℃的高溫下處理10min，活性下降較大。用該退漿酶處理織物其處理溫度在60～70℃時(shí)，退漿率已達(dá)90%以上，且溫度高于70℃時(shí)退漿率增加緩慢?？紤]到節(jié)能、高效等因素，本試驗(yàn)酶退漿溫度選為65℃。

2.1.2 其他工藝條件對(duì)退漿率的影響

先以a=1g／L，T=65℃，t=40min為定量，在pH 值分別為3、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、10的條件下進(jìn)行退漿處理，以退漿率為選擇指標(biāo)確定最佳pH值。按此方法依次確定酶處理濃度和處理時(shí)間。退漿酶濃度變量分別為0、0.05、0.1、0.2、0.5、0.75、1、1.25、1.5、2、2.5、3g／L。處理時(shí)間變量分別為10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、70min。處理結(jié)果見(jiàn)圖2～4。

圖4 處理時(shí)間對(duì)退漿酶退漿率的影響

從圖2可看出，pH值對(duì)酶的退漿率影響較大，pH值在6～7之間時(shí)退漿率達(dá)到最大值。酶屬于蛋白質(zhì)對(duì)酸堿較為敏感，在過(guò)酸或過(guò)堿條件下該退漿酶的活性都會(huì)下降，甚至喪失；在中性條件下其活性較好，可以獲得最佳加工效果。因此pH值選在6～7之間為好，此處選為6.5。

從圖3可看出，酶用量在低濃度時(shí)隨著濃度的增加退漿率上升顯著，當(dāng)酶濃度在0.75g／L時(shí)退漿率達(dá)到90%以上，之后曲線(xiàn)上升緩慢并趨近平滑?？紤]實(shí)際生產(chǎn)等因素，本試驗(yàn)退漿酶的用量選為1g／L。

當(dāng)處理溫度、處理液pH值、退漿酶濃度都已確定時(shí)，處理時(shí)間與退漿率的關(guān)系如圖4所示。在保證較高的退漿率前提下，處理時(shí)間越短經(jīng)濟(jì)效益越高，此處退漿酶退漿時(shí)間選為45min。

2.2 精練酶的精練工藝

按照煮練配方配制處理液，先以b=1.5g／L，T=60℃，t=60min為定量，在pH值分別為3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、10 的條件下進(jìn)行精練處理，綜合考慮毛效、失重率等因素確定最佳pH值。按此方法再依次確定精練酶濃度、處理溫度和處理時(shí)間。精練酶濃度變量分別為0、0.05、0.1、0.2、0.5、0.75、1、1.25、1.5、2、2.5、3g／L；處理溫度變量分別為20、30、40、45、50、55、60、65、70、75、80、90 ℃；處理時(shí)間變量分別為20、30、35、40、45、50、55、60、70、80 min。其測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖5-8。

從圖5可看出，在整個(gè)pH值域內(nèi)失重率有兩個(gè)峰值。纖維素大分子是由葡萄糖?；攒真I連接而成，苷鍵在較酸性的條件下易發(fā)生斷鍵，酸性越強(qiáng)，斷鍵越劇烈。一些纖維絮非晶區(qū)較大氫離子可及度高，能被水解掉更多的苷鍵，在外力作用下脫離紗線(xiàn)，從而引起織物失重率增加；但由于果膠、蠟質(zhì)等物質(zhì)去除得少，此時(shí)織物的毛效并不高。當(dāng)處理液pH值為7～8時(shí)，失重率較高，毛效較大。此處pH值選為7。

從圖6可看出，當(dāng)酶的濃度不高時(shí)隨著酶濃度的增加，織物的失重率和毛效迅速提高。酶濃度很低時(shí)酶與底物的有效接觸面積較少，在有限的時(shí)間內(nèi)酶只與部分底物作用；但隨著酶濃度的增加，酶與底物一開(kāi)始就得到較為充分的接觸，作用效果明顯。當(dāng)酶的濃度超過(guò)2g／L后，織物失重率和毛效的增加都較為緩慢。因此選擇精練酶濃度為2g／L。

從圖7可看出，隨溫度升高失重率和毛效都增高，在60℃之后兩者又較為同步地呈下降趨勢(shì)。本試驗(yàn)溫度選為60℃。在處理液pH值、酶濃度、處理溫度已定情況下，根據(jù)圖8曲線(xiàn)所示的處理時(shí)間與失重率和毛效的關(guān)系，選擇處理時(shí)間為50min。

2.3 酶退漿精練一浴一步法工藝

由上述研究可知，高濃退漿酶與DM-8654精練酶在相同的一段pH值區(qū)間和溫度區(qū)間內(nèi)都有著較高活性，因此將兩種酶復(fù)配同時(shí)發(fā)揮作用應(yīng)是有可能的。

采用L25（56）正交試驗(yàn)研究退漿酶濃度、DM-8654精練酶濃度、pH值、處理溫度、處理時(shí)間對(duì)退煮一浴一步法效果的影響，并確定最佳工藝條件。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1，數(shù)據(jù)分析見(jiàn)表2和表3。

從表2、表3可看出，pH值對(duì)毛效和失重率的影響都最為顯著，在所研究的pH值范圍內(nèi)表現(xiàn)出同增同減一致性。生物酶是一種具有活性的蛋白質(zhì)，只有在適合的酸堿范圍內(nèi)蛋白質(zhì)的活性才能表現(xiàn)出來(lái)。當(dāng)工作液pH值為7時(shí)，毛效和失重率都達(dá)到最大值，前處理效果明顯，故pH值定為7。本正交試驗(yàn)棉織物前處理后表現(xiàn)出的失重主要源于淀粉漿料、果膠、蠟質(zhì)等物質(zhì)的去除。相對(duì)于果膠等物質(zhì)淀粉漿料在織物上的含量要多得多，因此退漿酶對(duì)淀粉漿料的去除情況很大程度上決定失重率的大小。從表3也可看出退漿酶濃度是影響失重率的第二個(gè)重要因素，符合前述分析。當(dāng)退漿酶濃度高于1.25g／L時(shí)，毛效基本保持平衡，失重率增幅不大，故退漿酶濃度選為1.25g／L。DM-8654精練酶是一種復(fù)配酶，以去除果膠等物質(zhì)為主。果膠與蠟質(zhì)是附生的，果膠去除后蠟質(zhì)也會(huì)松動(dòng)，在表面活性劑的作用下經(jīng)機(jī)械洗滌而去除，從而提高織物的潤(rùn)濕性。當(dāng)精練酶濃度為2g／L時(shí)，毛效達(dá)到較高水平，繼續(xù)增大酶用量效果提升并不顯著，故濃度宜選為2g／L。結(jié)合能耗、效果和效率等因素，本試驗(yàn)溫度選為70℃，時(shí)間選為60min。

表1 正交試驗(yàn)結(jié)果

表2 正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析Ⅰ

表3 正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析Ⅱ

2.4 棉織物不同前處理工藝效果對(duì)比

表4 不同前處理工藝處理效果比較

由表4可看出，棉織物生物酶前處理在退漿率、毛效、白度方面都不及相應(yīng)的堿前處理，但其強(qiáng)力遠(yuǎn)好于后者。另外，經(jīng)生物酶前處理的棉織物手感也更為柔軟蓬松。對(duì)比兩種生物酶前處理工藝效果，一浴兩步法的四個(gè)指標(biāo)都好于三浴三步法，這是因?yàn)橥藵{酶和精練酶復(fù)配后具有協(xié)同作用，從而比使用單一酶的效果更佳。

棉織物生物酶退煮漂一浴兩步法不但具有較好的處理效果，也節(jié)約了時(shí)間，減少了能耗，在一些對(duì)棉質(zhì)面料前處理要求很高的生產(chǎn)中具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié)論

（1）高濃退漿酶退漿優(yōu)化工藝：酶用量1g／L，處理液pH值6.5，溫度65℃，保溫45min，浴比1∶50，對(duì)試驗(yàn)所用棉布的退漿率達(dá)到91.76%。

（2）DM-8654精練酶的精練優(yōu)化工藝：酶用量為2g／L，處理液pH值7，溫度60℃，保溫50min，浴比1∶50，對(duì)已用退漿酶退漿的試驗(yàn)所用棉布失重率達(dá)到1.49%，漂白后毛效達(dá)到13.3cm。

（3）高濃退漿酶與DM-8654精練酶復(fù)配優(yōu)化工藝：退漿酶用量1.25g／L，精練酶用量2g／L，處理液pH值7，溫度70℃，保溫60min，浴比1∶50，對(duì)試驗(yàn)所用棉布的退漿率達(dá)到93.12%，漂白后毛效達(dá)到14.1cm。

（4）經(jīng)生物酶退漿、精練后的棉織物，用雙氧水漂白后其退漿率、毛效、白度均次于傳統(tǒng)堿前處理；但織物強(qiáng)力保留率大，手感更良好，工藝條件柔和，污染小，能耗少，應(yīng)具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

［1］ 李海靜.國(guó)內(nèi)外棉織物生物酶精練技術(shù)［J］.印染，2001，（9）：62-64.

［2］ 周文龍.酶在紡織中的應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)紡織出版社，2002.273.

［3］ 陳 英.染整工藝實(shí)驗(yàn)教程［M］.北京：中國(guó)紡織出版社，2009.36-54.