環(huán)保助劑酶在紡織行業(yè)中的應(yīng)用

李 偉，周 利，楊樹梅，鄧 勇，陳聲才，周 維，張貴英*

(1.貴陽寶藍(lán)環(huán)?？萍加邢薰荆F州 貴陽 550002；2.貴州省化工研究院，貴州 貴陽 550002)

酶已是紡織行業(yè)重要的助劑，扮演著重要的角色。近年來，隨著新產(chǎn)品的推出，酶的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。隨著人們對環(huán)境問題的不斷強(qiáng)調(diào)，更是使得酶的應(yīng)用范圍不斷的擴(kuò)大。酶是具有可生物降解性，在溫和條件下工作，節(jié)約了大量的能源。酶具有很強(qiáng)的特異性催化作用，使用量小，包裝耗費(fèi)少，運(yùn)輸成本低。酶是由植物、動物和微生物的活細(xì)胞產(chǎn)生的長鏈氨基酸組成的大蛋白質(zhì)分子，例如細(xì)菌和真菌。酶通過改變反應(yīng)的活化能來加速特定的化學(xué)反應(yīng)。它們通過形成中間酶-反應(yīng)底物復(fù)合物來實(shí)現(xiàn)這一目的。酶本身具有驚人的催化能力。一個(gè)典型的用于紡織工業(yè)的酶的突出例子是過氧化氫酶。一分子過氧化氫酶能在1min內(nèi)將5×106個(gè)分子的過氧化氫轉(zhuǎn)化為水和氧[1-4]。下面將一一介紹不同酶在紡織加工過程中的應(yīng)用。

1 酶在紡織工業(yè)中的應(yīng)用

酶在紡織工業(yè)中的應(yīng)用是因?yàn)樗鼈兛梢蕴娲芏喹h(huán)境不友好的化學(xué)物質(zhì)，同時(shí)又具有快速的反應(yīng)能力，反應(yīng)的專一性，反應(yīng)條件溫和，安全可靠，易于控制和生物降解。下面分別對紡織工業(yè)中幾種常用的酶展開介紹。

1.1 纖維素酶

纖維素酶的興起最初與牛仔褲的褪色工藝有關(guān)。這類酶作用于棉紗，有助于從紗線表面去除靛藍(lán)染料。細(xì)胞烏拉酶使紗線表面的纖維斷裂，從而使靛藍(lán)層松脫。然后通過機(jī)械磨損更容易去除染料。商業(yè)纖維素酶是內(nèi)葡聚糖酶、纖維二水解酶和纖維二糖酶的混合物。內(nèi)切葡聚糖酶隨機(jī)攻擊纖維素并水解內(nèi)部糖苷鍵，而纖維二糖水解酶則從纖維素酶鏈兩端去除末端纖維二糖殘基。纖維二糖酶水解小纖維二糖為葡萄糖。這一原理使得纖維素酶可以用來修飾纖維素纖維和織物表面，以達(dá)到預(yù)期的手部或表面效果。纖維素酶的使用有效減輕了廢水處理的難度。它還具有減少織物洗滌次數(shù)，節(jié)約用水的作用[5-7]。

1.2 果膠酶

紡織廠的生產(chǎn)包括一系列將纖維轉(zhuǎn)化為織物的過程。灰色織物或紗線通過不同的濕處理步驟(如退漿、煮練和漂白)轉(zhuǎn)化為完全可濕、可漂和可染的形式。精練時(shí)需要使用高濃度的氫氧化鈉和高溫，以保證雜質(zhì)的有效去除，使織物表面易于染色。果膠酶的使用可替代傳統(tǒng)的堿洗。通常果膠酶和纖維素酶被用來精練棉纖維。精練的主要目標(biāo)是富含蠟的角質(zhì)層，是導(dǎo)致織物不能充分潤濕的主要因素。其原理是去除果膠，果膠起到將蠟與纖維粘合的作用，通過去除果膠后，可以通過乳液過濾有效地去除蠟等雜質(zhì)[8-10]。

1.3 漆酶

牛仔布經(jīng)漂白后形成各種色調(diào)。通常，次氯酸鈉或漂白粉用于牛仔服裝的漂白。通過控制漂白過程，可以產(chǎn)生不同的水洗效果，如冰洗和巴塔洗。該工藝的主要缺點(diǎn)是使用了不環(huán)保的氯基漂白劑，同時(shí)也增加了工作環(huán)境的危險(xiǎn)性。漆酶是一種能夠使靛藍(lán)脫色的酶。在牛仔布的處理和整理中具有重要的作用。其作用過程是酶和介質(zhì)相互結(jié)合作用的結(jié)果，單靠酶并不能分解靛藍(lán)，然而，在水介質(zhì)的存在下，酶被氧化，轉(zhuǎn)化為自由基，這些自由基進(jìn)攻靛藍(lán)分子并將其轉(zhuǎn)化為氧化產(chǎn)物。這種酶體系可替代氯基漂白劑的使用，與次氯酸鹽相比，酶體系可在很大程度上對工藝進(jìn)行控制[11-13]。

1.4 過氧化氫酶

在紡織工業(yè)中，使用過氧化物漂白，因?yàn)樗嚷绕锥拘孕?。如果紗線或織物上殘留任何漂白劑，則會導(dǎo)致染色不均勻。在正常的漂白過程中，傳統(tǒng)的還原劑如亞硫酸氫鈉被用來中和殘留的過氧化氫。大多數(shù)還原劑需要高溫才能有效地與過氧化氫反應(yīng)，從而增加能耗。過氧化氫酶是中和殘留漂白劑的一種有吸引力的替代物。它不經(jīng)清洗就能去除過氧化氫。過氧化氫酶在冷水中起作用，因而節(jié)省了能源。一般情況下，每公斤織物需要30～40 L的水進(jìn)行漂洗，以去除多余的還原劑。過氧化氫酶處理后，完全不需要漂洗，從而節(jié)省了大量的水。過氧化氫分解成水和氧氣，不會增加污染負(fù)荷。使用還原劑時(shí)，廢水中不存在硫酸鹽或氮鹽。因此，過氧化氫酶的使用不僅節(jié)約了水、時(shí)間和能源，而且在一定程度上減少了污染負(fù)荷[14-15]。

1.5 蛋白酶

蛋白酶催化蛋白質(zhì)分子中某些肽鍵的水解反應(yīng)。在紡織工業(yè)中，蛋白酶被用來去除生絲中的絲膠層，以達(dá)到改善光澤和柔軟度的目的。蛋白酶處理后可以改變羊毛和絲綢纖維的表面性能，提供新的，甚至是獨(dú)特的整理性能。蠶絲的絲素細(xì)絲與蛋白質(zhì)絲膠自然粘合在一起。從生絲中去除絲膠被稱為脫膠。傳統(tǒng)的脫膠方法，如肥皂脫膠和堿脫膠，消耗大量的能量和苛性的化學(xué)物質(zhì)，如蘇打灰、馬賽香皂等。酶脫膠是利用一種不攻擊絲素的特殊蛋白酶對絲膠進(jìn)行水解降解。由于酶法脫膠可以采用較溫和的機(jī)械處理方法，因此成品絲比皂法脫膠更光滑。酶處理顯著提高了蠶絲對活性染料的親和力，大大降低了對環(huán)境的負(fù)荷[16-18]。

1.6 脂肪酶

聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一種疏水性纖維，堿水解是改善其潤濕性的有效途徑。堿水解的主要缺點(diǎn)是強(qiáng)度損失和堿排放。研究表明，脂肪酶比堿解更能改善水的潤濕性和截留性。酶反應(yīng)需要在2℃下處理10 min，且不影響強(qiáng)度。脂肪酶對磺化和聚酯纖維也有效[19-20]。

2 未來發(fā)展趨勢

現(xiàn)在隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的不斷發(fā)展，定向進(jìn)化和基因重組等技術(shù)不斷出現(xiàn)和應(yīng)用，由此產(chǎn)生了許多具有更強(qiáng)功能的新酶，這些酶在不斷的投入到商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。在不久的將來，生物漂白、分散促進(jìn)劑和絲光等生物整理工藝也會不斷的出現(xiàn)。