棉/粘膠彈力交織物的生物酶前處理工藝

岳仕芳

(1. 常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學院, 江蘇 常州 213164; 2. 常州市新型紡織材料重點實驗室, 江蘇 常州 213164)

棉/粘膠彈力交織物的生物酶前處理工藝

岳仕芳1，2

(1. 常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學院, 江蘇 常州 213164; 2. 常州市新型紡織材料重點實驗室, 江蘇 常州 213164)

為減少織物損傷，降低前處理污水排放濃度和排放量，采用生物酶工藝處理棉/粘膠彈力交織物。采用滲透性和乳化性優(yōu)異的表面活性劑與生物酶結(jié)合協(xié)同處理坯布，使坯布上的雜質(zhì)發(fā)生生物降解、乳化、增溶，再結(jié)合氧漂工藝完成織物的前處理。采用平行試驗與正交試驗，考察織物的果膠去除率、毛細效應、白度、強力損傷率及排放污水的污染物濃度。結(jié)果表明：處理后織物果膠去除率達到89.3%；30 min毛細效應為9.5 cm；白度為85.9%；強力損傷率比常規(guī)生產(chǎn)的試樣小；試樣質(zhì)量符合常規(guī)半制品的要求。該生物酶退煮與氧漂工藝產(chǎn)生廢水的化學需氧量比常規(guī)工藝產(chǎn)生的廢水低35.9%，廢水的色度下降56倍，廢水的pH值下降1.7，減排效果明顯。

棉/粘膠彈力交織物； 前處理； 生物酶； 節(jié)能減排

Abstract In order to avoid fabric damage and reduce discharge concentration and quantity of waste water, a biological enzyme pretreatment process on cotton-rayon elastic fabrics was put forward. An efficient surfactant with excellent permeability and emulsifying properties was selected to combine with biological enzyme in the treatment of grey cloth. Therefore, the impurities on grey cloth were degraded, emulsified and solubilized. Then the oxygen bleaching process were conducted in the following pretreatment process. The removal rate of pectin, capillary effect, whiteness, strength damage rate and pollutant concentration were investigated by parallel and orthogonal experiments. The results showed that the removal rate of pectin reached 89.3%, capillary effect was 9.5 cm (30 min), and the whiteness reached 85.9%. The strength damage rate was less than that of conventional process. The sample quality meet the requirement of the semi-finished products. The COD value of wastewater was 35.9% lower than that produced during regular process. In the meanwhile, color degree reduced by 56 times and pH value decreased by 1.7 in comparison with the conventional process used in factory. The biological enzyme pretreatment process had obvious effect on emission reduction.

Keywords cotton/rayon elastic fabric; pretreatment; enzyme; energy conservation and emission reduction

棉/粘膠交織彈力直貢緞經(jīng)向為全棉，緯向是粘膠氨綸包芯紗，吸濕排汗性好，穿著舒適，抗起皺性能改善，在市場上占有一定的份額[1]。粘膠纖維吸濕后顯著膨脹，手感變硬，濕強力僅為干強力的1/2[2]，經(jīng)氫氧化鈉(1.25 mol/L)處理8 min后強力損失達16%，用氫氧化鈉(0.5 mol/L)處理相同時間后強力損失4.1%[3]，耐酸、堿、氧化劑性能遠低于棉纖維，因此印染前處理加工過程中應避免使用強堿濃堿[4]。棉/粘膠交織彈力坯布的雜質(zhì)主要是棉經(jīng)紗上的天然雜質(zhì)和漿料，緯紗上的雜質(zhì)主要是紡絲油劑。傳統(tǒng)前處理工藝在強堿高溫條件下進行，對粘膠纖維和氨綸都欠妥當，且強堿高溫煮練工序?qū)椢锷系臐{料無降解作用，煮練后水洗要求高，產(chǎn)生的污水COD、pH值、色度都較高[5]。若采用新型堿氧軋蒸工藝處理比傳統(tǒng)堿氧軋蒸工藝處理在節(jié)能和排污方面有一定的優(yōu)勢，但織物強力下降較大[6]。本文針對棉/粘彈力交織坯布采用生物酶退煮一步處理，研究無堿退煮工藝，減少對粘膠和氨綸的損傷，降低其前處理污水排放濃度和排放量。生物酶催化作用的特點是顯著降低反應的活化能，故可在較低溫度下完成反應，避免傳統(tǒng)工藝的高溫，有利于節(jié)能；另一特點表現(xiàn)為專一性，即僅能催化特定物質(zhì)、特定化學鍵及特定化學變化的催化劑[7]，選用酶制劑前處理，不用強堿，可減少對織物的損傷。但目前生物酶用于前處理的主要是退漿酶和果膠酶，色素與棉籽殼的去除尚未見用生物酶處理。

本文前處理研究仍借助于氧漂工藝與混合酶退煮工藝協(xié)同作用完成。選用具有光潔拋光功能、pH值適宜范圍為5～7、最佳使用溫度為60～65 ℃的新型復合酶制劑歐若蘭COMLI，溫度和pH值適應較寬的淀粉酶歐諾蘭DL及果膠酶歐諾蘭BTM 3種酶與高效表面活性劑結(jié)合，對坯布進行處理?；旌厦竻f(xié)同作用于織物上的漿料、棉籽殼及共生物，發(fā)生潤濕、乳化、生物降解、增溶與螯合分散等物理化學反應。多酶協(xié)同對織物進行前處理，漿料首先分解，其次纖維茸毛降解與果膠分解交替進行，相互增效；非水溶性無機鹽通過螯合分散去除；棉蠟因初生胞壁中的果膠、纖維降解而裸露，借力于滲透乳化能力強的表面活性劑乳化增溶洗除[9]。由此漿料和大部分共生物得以去除，且促進了棉籽殼膨化[10]。殘余雜質(zhì)、色素及棉籽殼通過后續(xù)氧漂去除。

1 試驗方法

1.1 材 料

坯布的經(jīng)紗是滌綸，線密度為18.2 tex，緯紗是粘膠包氨綸的包芯紗，線密度為27.8 tex+4.44 tex,經(jīng)緯密為549根/10 cm×216根/10 cm，白度為60.4%，經(jīng)向強力為1 160 N，緯向強力為396 N，經(jīng)紗上漿料為淀粉漿。

1.2 主要儀器設備

小軋車，Datacolor SF-600 PLUS型電腦測色儀，YG-065型電子織物強力儀，pHS-3C酸度計，5B-1型COD快速測定儀，UV-1800PC紫外可見分光光度計。

1.3 主要化學藥品

2A精練劑，精練乳化劑，歐諾蘭DL，歐諾蘭COMLI，歐諾蘭 BTM，螯合分散劑，穩(wěn)定劑等均為工業(yè)品；H2O2(30%)，液體石蠟，濃硫酸，乙醇，草酸銨等均為分析純。

1.4 性能測試方法

滲透力按照HG/T 2575—1994 《表面活性劑 潤濕力的測定 浸沒法》測定；乳化力參考GB/T 6369—2008《表面活性劑乳化力的測試 比色法》測定；GANZ白度采用電腦測色儀測試；毛效按照FZ/T 01071—2008《紡織品 毛細效應試驗方法》 測試；斷裂強力按GB/T 3923.2—2013 《紡織品 織物拉伸性能第I部分(條樣法)》測試；化學需氧量CODcr按照GB 11914—1989《水質(zhì)化學需氧量的測定 重鉻酸鹽法》進行測定；pH值用pHS-3C酸度計測試；色度按稀釋倍數(shù)法測定；殘余果膠含量按草酸銨萃取-咔唑比色法測定。

2 高效表面活性劑優(yōu)選

按照助劑分析方法測試助劑的滲透力和乳化力，選取滲透和乳化性能突出的高效表面活性劑，以便更好地協(xié)同生物酶發(fā)揮作用，實現(xiàn)無堿煮，有效去除棉/粘交織彈力坯布的雜質(zhì)。

2.1 滲透力比較

配制系列濃度的精練乳化劑與2A精練劑，取500 mL于燒杯中，按照HG/T 2575—1994《表面活性劑 潤濕力的測定 浸沒法》測定坯布的沉降時間，測試結(jié)果見表1。

表1 滲透力測試結(jié)果

從表1看出，2A精練劑質(zhì)量濃度達到0.5 g/L后，沉降時間已小于20 s，繼續(xù)提高濃度對沉降速度影響不大，已能滿足織物浸軋液的要求;精練乳化劑質(zhì)量濃度達到1.25 g/L后，沉降時間在20 s以內(nèi)，能較好地滿足織物浸軋帶液要求。從表1數(shù)據(jù)還可看出,2A精練劑的潤濕滲透性好于精練乳化劑。

2.2 乳化力比較

按照GB/T 6369—2008進行乳化力測試，記錄分層所用時間。試驗結(jié)果表明2A精練劑和精練乳化劑放置12 h不分離，2種精練劑的乳化力都很好。

2.3 應用效果比較

采用生物酶退煮與氧漂工藝結(jié)合的方法完成該織物的前處理，先退煮后氧漂或先氧漂后退煮2條路線，通過應用試驗比較2A精練劑、精練乳化劑的應用效果和2條工藝路線的優(yōu)劣。

2.3.1 退煮及氧漂處方

退煮及氧漂處方見表2。

表2 工作液處方列表

2.3.2 工藝路線

1)復合酶退煮工藝：織物→浸軋退煮液(55～60 ℃、軋余率90%)→堆置(60 ℃、60 min)→熱水洗(85 ℃以上)→溫水洗(75～80 ℃)→冷水洗→軋干。

2)氧漂工藝：織物→浸軋漂液(室溫、軋余率90%)→汽蒸(98～100 ℃，50 min)→熱水洗(85 ℃以上)→溫水洗(75～80 ℃)→冷水洗→烘干→待測。

按上述工藝進行試驗，結(jié)果見表3。

表3 應用試驗結(jié)果

對7個工藝路線進行比較可看出：無論哪種表面活性劑協(xié)作,先退煮后氧漂的白度、毛效和經(jīng)向強力均好于先氧漂后退煮工藝路線，緯向強力是后者略好；先氧漂后退煮工藝路線處理的試樣質(zhì)量是2A精練劑處理的試樣白度和強力優(yōu)于精練乳化劑處理的試樣，但毛效略低。

綜合分析，選用2A精練劑按先退煮后氧漂工藝路線繼續(xù)優(yōu)化其他工藝條件。

3 生物酶退煮工藝條件優(yōu)化

選擇歐諾蘭DL，歐諾蘭COMLI及歐諾蘭 BTM及2A精練劑協(xié)同作用于織物上漿料及天然雜質(zhì)，按先退煮后氧漂工藝路線，氧漂工藝同上，通過平行試驗與正交試驗結(jié)合確定各生物酶的用量及最佳pH值。

3.1 單因素試驗分析

3.1.1 pH值的影響

在質(zhì)量濃度分別為：歐諾蘭 DL 3.0 g/L，歐諾蘭 COMLI 1.5 g/L歐諾蘭BTM 2.0 g/L，2A精練劑1.5 g/L,軋余率90%，堆置條件60 ℃、60 min條件下，按2.3.1工藝，變化退煮液pH值，將織物先用混合酶退煮后再氧漂處理,試驗結(jié)果見表4。

表4 pH值對試樣性能的影響

從表4看出：當pH值在5～10范圍變化時，織物的白度、毛效先增后減，變化率較小，當pH值為7時強力最高，織物毛效、白度均較好，故混合生物酶退煮液pH值控制7為宜。

3.1.2 退煮堆置時間的影響

工藝流程、條件及處方同上，固定pH值為7，改變退煮堆置時間進行試驗，結(jié)果如表5所示。

表5 堆置時間對試樣性能的影響

從表5可見：隨著堆置時間的延長，織物的白度、毛效逐漸遞增，但增加幅度較??；經(jīng)緯向強力隨堆置時間延長，強力都明顯下降，尤其是緯向強力下降較快，這主要與混合酶中的纖維素酶有關(guān)，該酶在與初生胞壁的纖維茸毛反應結(jié)束后，如不及時失活，將繼續(xù)與纖維素纖維的主體發(fā)生反應導致強力損傷，緯向強力損傷嚴重與粘膠纖維的無定型區(qū)大、反應性能高有關(guān)。時間小于60 min時，織物經(jīng)向強力損傷也較嚴重?？赡茉蚴?，混合酶制劑中纖維素酶用量及處理時間不當對棉纖維的強力有較大影響，此外，堆置時間短則棉纖維的天然雜質(zhì)去除不夠，內(nèi)應力消除不充分，棉纖維的延伸性小，因應力不勻?qū)е聰嗔褟娏ζ?。因此應準確控制歐諾蘭 COMLI的用量及處理時間。綜合各項指標，堆置時間控制在60 min較為合適。

3.2 正交試驗分析

通過正交試驗得出退漿酶DL、果膠酶BTN與纖維素酶COMLI的最佳配比，pH值固定為7；軋余率為100%，堆置條件為60 ℃，60 min；2A精練劑質(zhì)量濃度為1.5 g/L。建立L9(3)3正交試驗，A、B、C因素分別為歐諾蘭DL、歐諾蘭 COMLI、歐若蘭BTM的質(zhì)量濃度，正交試驗結(jié)果見表6。對表中數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果見表7。從表中數(shù)據(jù)看出，試樣白度、毛效、強力最佳方案是不一致的。按主次因素的分

析法得出最佳方案，A因素對白度、經(jīng)緯向強力的影響均為第2主要因素，對毛效的影響是最次要因素，經(jīng)緯向強力均是A2水平最好，當A因素取第2水平時，白度也較高，故A因素取A2；B因素對經(jīng)緯向強力的影響均為主要因素，對其他指標的影響較次要，且都是B1水平強力最好，故B因素取B1；C因素對毛效和白度的影響均為主要因素，對強力的影響為次要因素，比較白度和毛效的水平值及成本因素，C因素取C2較合適。綜上分析，最佳工藝方案為A2B1C2，即混合酶退煮工作液處方為歐諾蘭DL的質(zhì)量濃度為2.0 g/L，歐諾蘭 COMLI的質(zhì)量濃度為1.0 g/L，歐諾蘭 BTM的質(zhì)量濃度為2.0 g/L。

表6 正交試驗結(jié)果

表7 正交試驗分析結(jié)果

4 優(yōu)化工藝與企業(yè)生產(chǎn)工藝對比

4.1 工藝比較

4.1.1 企業(yè)生產(chǎn)工藝

坯布→多浸二軋堿氧液(NaOH 35 g/L、30%H2O254 g/L、螯合分散劑1 g/L,堿氧穩(wěn)定劑 6 g/L、2A精練劑 5 g/L，室溫，軋余率100%～105%)→打卷堆置(室溫,18 h)→汽蒸(100 ℃,20 min)→熱水洗(85～90 ℃,2次)→(75～80 ℃,1次) →溫水洗(40～60 ℃)→烘干。

4.1.2 生物酶工藝

4.1.2.1 混合酶退煮工藝 坯布→浸軋生物酶退煮液(2A精練劑1.5 g/L，諾蘭 DL 2.0 g/L，歐諾蘭 COMLI 1.0 g/L，歐諾蘭 BTM 2.0 g/L pH值7,溫度55～60 ℃、軋余率100%～105%)→堆置(60 ℃、60 min)→熱水洗(85 ℃以上)→溫水洗(75～80 ℃)→冷水洗→烘干。

4.1.2.2 氧漂工藝 織物→浸軋漂液(30%H2O215 g/L、穩(wěn)定劑 4 g/L、2A精練劑 1 g/L，室溫、軋余率100%～105%)→汽蒸(98～100 ℃，50 min)→熱水洗(85 ℃以上)→溫水洗(75～80 ℃)→冷水洗→烘干→待測。

混合生物酶退煮工藝無需強堿高溫處理，用時較短，因退煮后織物上無堿劑，織物上的漿料已降解為小分子，對水洗溫度和水量要求較低，故節(jié)能減排效果明顯。

4.2 生物酶工藝驗證與企業(yè)工藝質(zhì)量對比

按4.1.1和4.1.2工藝進行對比試驗，測試結(jié)果見表8。由表可知，混合酶退煮-氧漂工藝處理的試樣白度與強力損傷率都優(yōu)于企業(yè)實際生產(chǎn)的半制品。雖然毛效略低于企業(yè)工藝，但符合半制品質(zhì)量要求，由于優(yōu)化工藝在加工過程中采用混合生物酶，退煮時不需要汽蒸，僅在60～65℃下堆置，無需高溫，能耗低；所需時間比企業(yè)冷堆短蒸工藝短；因退煮后織物含堿量少、漿料已酶解，故水洗溫度與用水量減少；優(yōu)化工藝所耗雙氧水的量比傳統(tǒng)工藝少,因只用于氧漂，工作液pH值低、損耗也減少，但果膠去除率略低于企業(yè)現(xiàn)用的生產(chǎn)工藝。

表8 試樣質(zhì)量性能對比

4.3 優(yōu)化工藝與企業(yè)工藝排放污水比較

取相同量試樣分別按企業(yè)生產(chǎn)工藝和優(yōu)化后生物酶工藝進行前處理，收集試樣各工序產(chǎn)生的廢水，測試廢水中污染物指標，結(jié)果見表9。

表9 廢水污染指標對比

由表9可知，優(yōu)化生物酶工藝與企業(yè)工藝相比，廢水的pH值低1.7，廢水色度低56倍，CODCr比企業(yè)工藝降低了35.9%，明顯看出本文混合生物酶前處理工藝比企業(yè)工藝對環(huán)境的污染小。

5 結(jié) 論

1)采用退漿酶DL、歐若蘭 COMLI和果膠酶歐諾蘭 BTM按一定比例混合后對棉/粘膠交織彈力貢緞退煮合一、再氧漂處理，試樣質(zhì)量符合常規(guī)半制品質(zhì)量要求，強力損傷低于企業(yè)現(xiàn)用生產(chǎn)工藝。

2)3種酶混合退煮合一的工藝需在60～65 ℃條件下堆置60 min，時間太長對織物強力損傷增加；pH值以7為好，偏高偏低對織物強力損傷都很大，尤其是緯向強力損傷更嚴重，生產(chǎn)時需嚴格控制；混合酶的濃度對織物強力也有影響，復合酶制劑歐若蘭COMLI用量不宜過多，需及時失活，否則對織物強力損傷較大。

3)生物酶工藝產(chǎn)生的廢水其pH值、色度、CODcr均比企業(yè)工藝處理產(chǎn)生的廢水低，減排效果明顯。

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Biological enzyme pretreatment process for cotton/rayon elastic fabric

YUE Shifang1，2

(1.ChangzhouTextileGarmentInstitute,Changzhou,Jiangsu213164，China; 2.ChangzhouKeyLaboratoryofNewTextileMaterials,Changzhou,Jiangsu213164，China)

10.13475/j.fzxb.20150202706

2015-02-13

2015-08-01

岳仕芳(1963—)，女，副教授，學士。主要研究方向為紡織品清潔染整生產(chǎn)技術(shù)。E-mail:yshf1963@163.com。

TS 192.5

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