蛋白酶水解作用對(duì)于毛滌混紡織物性能的影響*

任 軍, 張振雄，計(jì)紅梅，張 蓉，王加成

（1 吳江新民化纖有限公司 江蘇蘇州 215006；2 蘇州新民紡織有限公司 江蘇蘇州 215006；3 蘇州市纖維檢驗(yàn)所 江蘇蘇州 215009；4 蘇州必誠(chéng)檢測(cè)技術(shù)服務(wù)有限公司 江蘇蘇州 215009）

蛋白酶水解作用對(duì)于毛滌混紡織物性能的影響*

任 軍1, 張振雄2，計(jì)紅梅2，張 蓉3，王加成4

（1 吳江新民化纖有限公司 江蘇蘇州 215006；2 蘇州新民紡織有限公司 江蘇蘇州 215006；3 蘇州市纖維檢驗(yàn)所 江蘇蘇州 215009；4 蘇州必誠(chéng)檢測(cè)技術(shù)服務(wù)有限公司 江蘇蘇州 215009）

本文采用堿性蛋白酶對(duì)不同比例毛滌混紡的織物進(jìn)行酶水解處理，分析比較蛋白酶處理前后織物的透氣性、透濕性、懸垂性、耐磨性等性能的變化。結(jié)果表明：毛織物經(jīng)堿性蛋白酶處理后，產(chǎn)生失重現(xiàn)象，手感也變得柔軟。在織物酶處理的可承受范圍內(nèi)，隨著酶濃度的增加，織物的透氣性能、透濕性能、懸垂系數(shù)、和耐磨損失變化呈現(xiàn)先減后增的趨勢(shì)。

一浴法蛋白酶；毛滌混紡；水解；失重率；透氣性；透濕性；懸垂性；耐磨性

前言

羊毛是一種復(fù)雜的天然纖維，主要由97%蛋白質(zhì)和3%的油脂組成，是蛋白酶和脂肪酶的理想基質(zhì)。羊毛具有許多優(yōu)良特性，如彈性好、吸濕性強(qiáng)、保暖性好、不易沾污、光澤柔和。這些性能是毛織物具有各種獨(dú)特風(fēng)格。雖然羊毛有如此多的優(yōu)勢(shì)，但也存在弊端，羊毛的氈縮性[1]。滌綸是合成纖維中的一個(gè)重要品種，是我國(guó)聚酯纖維的商品名稱。滌綸面料作為日常生活中用的非常多的一種化纖服裝面料，其最大的優(yōu)點(diǎn)是抗皺性和保形性很好，因此，適合做外套服裝[2]。毛滌混紡織物集合了羊毛和滌綸的優(yōu)點(diǎn)，質(zhì)地輕薄、折皺回復(fù)性好，褶皺持久，尺寸穩(wěn)定，易洗快干，堅(jiān)牢耐用。

酶能顯著地降低反應(yīng)活化能，故表現(xiàn)為高度的催化效率。酶在國(guó)外已被用于羊毛的新加工，如生物洗、生物脫脂、生物柔軟等。它可以取代氯化，用于羊毛的防氈縮加工，適用的酶有三類，即蛋白酶、脂肪酶和脂蛋白脂肪酶[3-4]。蛋白酶是對(duì)蛋白質(zhì)的水解作用的酶。它是氨基酸鏈組成。本文主要針對(duì)蛋白酶處理前后羊毛與滌綸混紡面料在各項(xiàng)性能上的差異做深層次的研究，從而了解蛋白酶在酶處理中的重要作用。

1 實(shí)驗(yàn)材料、儀器與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器

蛋白酶（分析純，寧夏夏盛實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司）、一塊成分為50w/50p的混紡織物標(biāo)記為試樣1、一塊成分為70w/30p的混紡織物標(biāo)記為試樣2、HH-S6數(shù)顯恒溫水浴鍋（金壇市金玻實(shí)驗(yàn)儀器廠）、蒸餾水（分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）、碳酸氫二鈉（分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）、ALC-210.4 電子天平（北京賽多利儀器系統(tǒng)有限公司）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

先將兩塊織物洗干凈晾干再進(jìn)行操作。取四個(gè)大燒杯分成兩組，一組配蛋白酶濃度為4g/L的溶液，另一組配蛋白酶濃度為8g/L的溶液，加入碳酸氫二鈉將四杯溶液配成pH=9，將水浴鍋加熱至55℃，再將兩塊混紡織物裁剪分別放入兩組溶液中，并攪拌加熱2小時(shí)。經(jīng)水解作用后將試樣取出晾干待用。然后比較兩種試樣在不同濃度蛋白酶處理前后性能的變化。

1.3 測(cè)試指標(biāo)

1.3.1 織物失重率測(cè)試

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。

上式中W1、W2分別為酶水解處理前后織物的重量（g）。試樣規(guī)格：10*10mm的布樣。

1.3.2 織物透氣性測(cè)試

依據(jù)GB/T 5453-1997 《紡織品 織物透氣性的測(cè)定》采用YG461E數(shù)字式透氣量?jī)x進(jìn)行透氣性測(cè)試。設(shè)定試驗(yàn)面積20cm2,壓強(qiáng)100Pa，然后選擇合適的噴嘴，放在試樣密封氣，啟動(dòng)工作，測(cè)不同織物的透濕率，同一樣品的不同部位重復(fù)測(cè)定至少10次取算術(shù)平均值。

1.3.3 織物透濕性測(cè)試

依據(jù)GB/T 12704.2-2009 《紡織品 織物透濕性試驗(yàn)方法 第2部分 蒸發(fā)法》采用YG601-I/II型電腦式織物透濕儀。條件：溫度38℃，相對(duì)濕度50%，氣流速度0.5m/s。透濕杯內(nèi)注入34ml水，試樣測(cè)試面向下放置在透濕杯上，放置在試驗(yàn)箱內(nèi)，經(jīng)過0.5小時(shí)平衡后逐一稱量。隨后經(jīng)過1小時(shí)試驗(yàn)后再次稱量，計(jì)算透濕量。

1.3.4 織物懸垂性測(cè)試

織物懸垂性參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23329—2009《紡織品 織物懸垂性的測(cè)定》，LFY-206型織物懸垂性風(fēng)格測(cè)試儀，試樣：每個(gè)樣品離布邊150mm，取直徑為 240mm的圓形無折痕試樣三塊，每塊圓心開一直徑為4mm的定位小孔。同一樣品，測(cè)試3塊，然后取平均值。

1.3.5 織物耐磨性測(cè)試

織物的耐磨性參照GB/T 21196-2007《紡織品馬丁代爾法織物耐磨性的測(cè)定》與《Y522型圓盤式織物平磨儀說明書》。試樣:直徑為125MM的圓形，共有5塊，并且在式樣中間剪一個(gè)小孔。先將圓形織物試樣固定在工作圓盤上，然后工作圓盤勻速旋轉(zhuǎn)，在一定的壓力下，試樣受到砂輪的摩擦，產(chǎn)生環(huán)狀磨損。根據(jù)織物表面的磨損程度或織物物理性能的變化，評(píng)定織物的耐磨性能[5]。

圖1 織物水解前后失重率測(cè)試結(jié)果

2 結(jié)果與分析

2.1 失重率分析

圖1結(jié)果顯示，酶處理前后，織物的重量減輕，手感也變得柔軟。羊毛是由蛋白質(zhì)組成，羊毛經(jīng)蛋白酶處理時(shí)，其表面鱗片層最先發(fā)生反應(yīng)。隨著酶反應(yīng)的進(jìn)行，其組成基質(zhì)蛋白質(zhì)發(fā)生水解反應(yīng)，氨基酸鏈發(fā)生斷裂、損傷。蛋白質(zhì)水解后溶于蛋白酶溶液中，羊毛本身質(zhì)量也就相對(duì)減少。同時(shí)，反應(yīng)的進(jìn)行使羊毛表面出現(xiàn)較多空隙，羊毛的質(zhì)感也就更加柔軟。從圖表中還能看出幾點(diǎn)：即相同的面料品質(zhì)，經(jīng)不同酶濃度處理時(shí)，酶濃度增加，反應(yīng)的效率增加，織物的重量減少，變化也更加明顯。當(dāng)兩塊成分含量不同的織物，進(jìn)行相同的酶處理時(shí)，所含蛋白質(zhì)成分多的面料，由于反應(yīng)物蛋白質(zhì)較多，反應(yīng)進(jìn)行的較為集中，重量減輕的較為明顯。面料的組織結(jié)構(gòu)也與失重變化有著緊密的聯(lián)系。相同的酶濃度，結(jié)構(gòu)稀疏的面料由于與酶接觸的面積大，反應(yīng)相同時(shí)間，效率也更高，失重現(xiàn)象也更加明顯。

2.2 織物透氣性測(cè)試

圖2 織物水解前后透氣性能測(cè)試結(jié)果

經(jīng)蛋白酶處理后的羊毛織物，由于羊毛纖維表面鱗片層水解，羊毛結(jié)構(gòu)變得蓬松，織物間間隙減小，所以可垂直透過的氣流量也就減少。酶濃度增加后，羊毛纖維表面鱗片層水解量增加，羊毛結(jié)構(gòu)變得更加蓬松，能垂直透過的氣流量減少更明顯，所以透氣性較原樣降低更明顯[6]。經(jīng)8g/l的蛋白酶處理的羊毛織物樣布2，透氣性再次增加，原因可能是以下兩點(diǎn)：

（1）實(shí)驗(yàn)誤差。由于實(shí)驗(yàn)時(shí)操作不當(dāng)，選用噴嘴型號(hào)不對(duì)或?qū)嶒?yàn)時(shí)周圍氣流受到噪聲影響處于不穩(wěn)定狀態(tài)，引起實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)生誤差。

（2）蛋白質(zhì)將鱗片層水解完畢，進(jìn)一步水解羊毛內(nèi)部結(jié)構(gòu)，羊毛受損嚴(yán)重，內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，孔隙變多，面料間間隙變大，可垂直透過的氣流量增加，透氣性也就出現(xiàn)增加。

2.3 織物透濕性測(cè)試

圖3 織物水解前后透濕性能測(cè)試結(jié)果

據(jù)眾多資料文獻(xiàn)表明，透濕性是測(cè)定在恒定的水蒸汽壓的條件下，規(guī)定時(shí)間內(nèi)通過單位面積織物的水蒸氣的標(biāo)準(zhǔn)。由以上數(shù)據(jù)，我們可以看出其變化的趨勢(shì)是先減后增的。經(jīng)4g/l酶濃度處理后，可透過水蒸汽量減少，原因是由于酶的作用，使得織物變得蓬松，織物間隙減少，水分子難以從中透過。另外，羊毛鱗片層受損，羊毛纖維表面呈現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)，具有吸收及鎖住水分的作用，減少了水分的蒸發(fā)。在相同實(shí)驗(yàn)條件下，經(jīng)過不同酶濃度處理的試樣1，可透過的水蒸氣量發(fā)生以上變化，具體原因可以總結(jié)如下：（1）經(jīng)8g/l酶濃度處理以后，樣布1受損嚴(yán)重，羊毛纖維減少過多，造成織物間間隙過大，從而水分子透過量增加，重量損失也就增加。（2）鱗片層受損的羊毛纖維，蓄水量達(dá)到飽和，不能鎖住更多的水分，從而導(dǎo)致水分子溢出，蒸發(fā)的量就隨之增加，質(zhì)量損失就增加了。

同時(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，經(jīng)蛋白酶處理的樣布2，在不同濃度的蛋白酶處理下，透濕量變化前是呈現(xiàn)增加趨勢(shì)的。其原因歸結(jié)為：（1）在蛋白酶作用下，羊毛表面鱗片層受損嚴(yán)重，羊毛纖維減少過多，造成織物間間隙過大，從而水分子透過量增加，重量損失也就增加。（2）鱗片層受損的羊毛纖維，蓄水量達(dá)到飽和，不能鎖住更多的水分，從而導(dǎo)致水分子溢出，蒸發(fā)的量就隨之增加，質(zhì)量損失就增加了。

2.4 織物懸垂性測(cè)試

圖4 織物水解前后懸垂性能測(cè)試結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：樣布1在經(jīng)不同酶濃度處理后，無論是靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)，懸垂系數(shù)呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，據(jù)我們所知，懸垂系數(shù)定義為：試樣下垂部分的投影面積與原面積之比的百分率。該值愈大，懸垂性愈差。即處理過后的樣布，懸垂性能變好。就硬挺度系數(shù)而言，也呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，即樣布經(jīng)處理過后手感變得更加柔軟。產(chǎn)生這樣變化的原因是，由于酶的作用，羊毛纖維表面鱗片層發(fā)生水解，纖維表面出現(xiàn)孔隙，結(jié)構(gòu)變得蓬松，所以手感也變得柔軟。硬挺度降低后，面料變得更加垂順，所以下垂部分的陰影面積減小，懸垂系數(shù)減小。

樣布2在酶處理過后與樣布1在性能上變化趨勢(shì)是相反的。隨著酶濃度的增加，織物的懸垂系數(shù)呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，懸垂性變差，硬挺度呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，面料手感變得僵硬。以上結(jié)果可總結(jié)為一句，物極必反。羊毛纖維在蛋白酶的作用下，表面鱗片層水解后進(jìn)而破壞羊毛內(nèi)部結(jié)構(gòu)，造成過多的孔隙，導(dǎo)致羊毛改性，變得僵硬，從而硬挺度增加，面料垂順感減弱，下垂部分陰影面積增大，懸垂系數(shù)增加。

2.5 織物耐磨性測(cè)試

圖5 織物水解前后耐磨性能測(cè)試結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：經(jīng)蛋白酶處理后的樣布，摩擦后重量損失變化呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)。原因歸結(jié)如下:經(jīng)4g/l蛋白酶處理后的樣布，由于羊毛纖維表面鱗片層發(fā)生水解，內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到損傷，所以比較脆弱易斷，重量磨損也就比較明顯。而經(jīng)8g/l蛋白酶處理的樣布，由于羊毛纖維大部分已受損，滌綸成分居多，較受損的羊毛纖維，滌綸纖維較為堅(jiān)韌，不易磨損，所以重量磨損減少。

樣布2在經(jīng)蛋白酶處理后，重量損失呈現(xiàn)的規(guī)律同樣布1，都是先增后減，但不同的是，樣布2在8g/l處理后，受損變化減輕的沒那么明顯。原因可歸結(jié)于布羊毛成分比較多，滌綸成分少，在摩擦中，承受的主體仍是羊毛纖維，從而重量損失沒有減輕那么多[7]。

3 結(jié)束語

毛/滌混紡面料在蛋白酶作用下，各方面性能指標(biāo)發(fā)生改變。毛織物經(jīng)堿性蛋白酶處理后，產(chǎn)生失重現(xiàn)象。酶濃度低時(shí)，失重不明顯；當(dāng)酶濃度高時(shí)，失重嚴(yán)重。

經(jīng)不同濃度蛋白酶處理后的織物，織物的透氣性能發(fā)生改變，在一定的可承受范圍內(nèi)，透氣性、透濕性和懸垂系數(shù)呈現(xiàn)減弱的趨勢(shì)，當(dāng)超過這一承受范圍，透氣性、透濕性和懸垂系數(shù)就呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，而懸垂系數(shù)的增加意味著懸垂性能變差。與織物其他性能相比，織物的耐磨性能是用重量損失來表示，重量損失呈現(xiàn)的趨勢(shì)是先增后減，即在一定可承受范圍內(nèi)，重量損失較多，超出承受范圍后，重量減少變少。

[1]陳堅(jiān)，等.紡織生物技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[2]陳衍夏，蘭建武.纖維材料改性[M].北京：中國(guó)紡織出版社，2009.

[3]嚴(yán)瑛，高亞寧.紡織材料檢測(cè)實(shí)訓(xùn)教程[M].上海：東華大學(xué)出版社，2012.

[4]李群，趙昔慧.酶在紡織印染工業(yè)中的應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[5]李南，楊秀穩(wěn).紡織品檢測(cè)實(shí)訓(xùn)[M].北京：中國(guó)紡織出版社，2010.

[6]田恬.紡織品檢驗(yàn)[M].北京：中國(guó)紡織出版社，2006.

[7]張曙光.現(xiàn)代棉紡技術(shù)[M].上海：東華大學(xué)出版社，2007.

TS135

A

10.3969/j.issn.1673-0968.2017.09.012

*資助項(xiàng)目：2015年中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技指導(dǎo)性項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)2015060）；2017年蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院校級(jí)課題《天然環(huán)保功能型絲綢面料的開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化》和《真絲/化纖復(fù)合絲及傳統(tǒng)絲綢產(chǎn)品的研發(fā)》資助。

任軍（1969-），男，大學(xué)本科，工程師，主要從事紡織品新材料開發(fā)和新型纖維染整工藝研究。