復(fù)合酶降低苧麻機(jī)織物刺癢感工藝研究

羅鳳香，劉海燕 ，周衡書(shū)，曾照婕，李新綱

（1.湖南工程學(xué)院 紡織服裝學(xué)院，湘潭 411104；2.湖南工程學(xué)院 湖南省新型纖維面料及加工工程技術(shù)研究中心，湘潭 411104）

苧麻別稱“中國(guó)草”，我國(guó)苧麻資源豐富、產(chǎn)品遠(yuǎn)銷海外，廣受歡迎，銷量居世界榜首［1］.苧麻紡織品因具輕便、挺括、涼爽、透氣、抗菌、風(fēng)格自然等多種獨(dú)特性質(zhì)，在服裝、家紡、產(chǎn)業(yè)用紡織品中應(yīng)用廣泛［2］.

但苧麻的纖維粗硬，抱合力差，紗線結(jié)構(gòu)較松散，毛羽較多，制成的面料貼身穿著時(shí)會(huì)引起刺癢感，導(dǎo)致苧麻產(chǎn)品附加值不高、流行范圍不廣.

影響苧麻紡織品刺癢感的因素比較復(fù)雜，包括纖維性狀、毛羽、紗線和面料組織結(jié)構(gòu)等［3，4］.目前，解決苧麻產(chǎn)品刺癢感的主要思路包括：減少表面毛羽數(shù)量、降低毛羽長(zhǎng)度、柔軟纖維、降低毛羽剛度、鈍化毛羽頭端及增加纖維表面的光滑性［5］.例如，水洗和砂洗［6，7］、燒毛、剪毛或毛羽倒伏法、柔軟劑法［8，9］及堿、液氨、N-甲基嗎啉等化學(xué)試劑處理［10］，但這些方法還存在不足：水洗、砂洗或剪毛、燒毛之后織物的毛羽會(huì)增加或變粗；化學(xué)處理后織物手感粗糙；柔軟劑處理后透氣性降低.而纖維素酶能水解苧麻纖維素、降低刺癢感，并且生物酶制劑具有高效、專一、清潔和環(huán)保的特性，因此酶處理是目前主要的發(fā)展方向之一.高錫光［11］的研究表明，纖維素酶可降低苧麻針織物的刺癢感，其最適條件為：纖維素酶用量 3%（owf），pH 值 5、浴比 1∶20、溫度45 ℃、時(shí)間45 min.有研究表明，使用纖維素酶處理夏布和絲光苧麻機(jī)織物后，其強(qiáng)力明顯下降［12，13］，純苧麻織物降強(qiáng)率甚至可以達(dá)到三分之二以上［14］.因此為了降低苧麻產(chǎn)品的刺癢感，同時(shí)減少過(guò)度損傷，需要嚴(yán)格控制工藝條件.單一的纖維素酶降低刺癢感的效果難以完全滿足實(shí)際需要，但含不同復(fù)合酶處理的退漿的斜紋苧麻織物的機(jī)械性能和彈性差異較大［15］.

為了開(kāi)發(fā)高效的、可降低苧麻刺癢感的復(fù)合酶技術(shù)，并提高苧麻產(chǎn)品的舒適性，本文以中等紗支制備的苧麻機(jī)織坯布為原料，以刺癢感程度和強(qiáng)力損失率為主要參考指標(biāo)，研究了纖維素酶和果膠酶單獨(dú)處理對(duì)該苧麻機(jī)織物的刺癢感和力學(xué)性能的影響，比較了兩種酶復(fù)合的作用效果，并優(yōu)選出高效的復(fù)合酶配方.最后使用優(yōu)選的復(fù)合酶處理幾種不同成分和結(jié)構(gòu)的苧麻機(jī)織坯布，驗(yàn)證其可行性.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

纖維素酶和果膠酶由山東隆科特酶制劑有限公司提供，化料均為國(guó)產(chǎn)分析純.苧麻機(jī)織坯布購(gòu)自湖南華升洞庭麻業(yè)有限公司和株洲雪松有限公司，主要規(guī)格如表1 所示.

表1 實(shí)驗(yàn)原料的規(guī)格

1.2 纖維素酶處理效果

以規(guī)格為50 cm×60 cm 的純苧麻機(jī)織坯布作為試樣，稱重后放入2 L 大燒杯中，并置于55 ℃恒溫水浴鍋，按照1∶30（w/w）加入0.1 mol/L 的Briton-Robinsin 緩沖液（pH 5.0），預(yù)熱并充分潤(rùn)濕.然后，分別加入坯布質(zhì)量1.0%、1.25%、1.5%、1.75%、2.0%和2.5%的纖維素酶，在55 ℃恒溫水浴鍋中保溫并不斷攪拌（攪拌桿轉(zhuǎn)速為500 r/min），50 min 后，取出放入 1∶30 的100 ℃水洗2 遍，每次 2 min，用鑷子將試樣取出，放入105 ℃烘箱展平烘干，然后分別測(cè)試處理前后試樣的刺癢感、斷裂強(qiáng)力，恒重后測(cè)定試樣的單位面積質(zhì)量.

1.3 果膠酶處理效果

實(shí)驗(yàn)方法同1.2，加入不同用量（1.0%、1.25%、1.5%、1.75%、2.0%和2.5%）的果膠酶，浴液pH 值為5.0，溫度55 ℃，處理時(shí)間50 min.

1.4 纖維素酶與果膠酶復(fù)合處理效果

實(shí)驗(yàn)方法同1.2，同時(shí)加入不同用量的纖維素酶和果膠酶，浴液pH 值為5.0，溫度55 ℃，處理時(shí)間50 min.

1.5 苧麻機(jī)織物性能測(cè)試

1.5.1 苧麻機(jī)織物力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)

參考GB/T 6529-2008《紡織品調(diào)濕和試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)大氣》對(duì)試樣進(jìn)行調(diào)濕，參考GB/T 3923.1-2013《紡織品織物拉伸性能》第1 部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定（條樣法），采用HD026N 型電子織物強(qiáng)力儀測(cè)試試樣的經(jīng)向和緯向斷裂強(qiáng)力，實(shí)驗(yàn)參數(shù)如下，試驗(yàn)溫度：20±2 ℃；試驗(yàn)濕度：65±2%RH；預(yù)張力：2 N；試驗(yàn)速度：100 mm/min；夾持長(zhǎng)度：200 mm；取樣寬度：50 mm.每個(gè)樣品經(jīng)向和緯向各測(cè)量5次取平均值.斷裂強(qiáng)力損失率的計(jì)算見(jiàn)式（1）.

1.5.2 苧麻機(jī)織物刺癢感測(cè)試

參考標(biāo)準(zhǔn)FZ/T30004-2009 苧麻織物刺癢感測(cè)定方法，采用YM-06Z 程式化刺癢感分析測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)試：苧麻試樣裁剪成7.5 cm×30 cm，以正反面各五塊試樣壓縮功的平均值作為評(píng)價(jià)刺癢感的指標(biāo)，壓縮比功越大，表明試樣越刺癢.試樣刺癢感降低率按式（2）計(jì)算.

1.5.3 苧麻機(jī)織物單位面積質(zhì)量

參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T4669-2008《紡織品機(jī)織物單位長(zhǎng)度質(zhì)量和單位面積質(zhì)量的測(cè)定》，用圓盤取樣器在試樣上中下方各取五塊100 cm2的試樣，將裁剪好的試樣放入烘箱中烘至恒重，然后稱重并按照式（3）計(jì)算試樣的減重率.

2 結(jié)果與討論

2.1 纖維素酶處理效果

在實(shí)驗(yàn)條件下，不同用量的纖維素酶對(duì)苧麻機(jī)織物的刺癢感、斷裂強(qiáng)力和單位面積質(zhì)量的影響如表2 所示.

表2 纖維素酶處理對(duì)苧麻機(jī)織物性能的影響

從表2 可以看出，在其他條件一定時(shí)，纖維素酶用量對(duì)苧麻機(jī)織物刺癢感（以壓縮比功表示）的影響呈非線性相關(guān)，酶用量低于1.5%時(shí)，酶用量增大，壓縮比功降低，苧麻機(jī)織物刺癢感降低，但酶用量再增大，壓縮比功略有增加.這是由于刺癢感分析測(cè)定儀是通過(guò)測(cè)定毛羽被壓縮部分的壓縮功和壓縮比功、主體毛羽壓縮硬度、表面毛羽長(zhǎng)度等指標(biāo)來(lái)衡量刺癢感，所測(cè)得刺癢感結(jié)果與實(shí)際穿著時(shí)的感受不完全吻合，故通過(guò)10 人專家組進(jìn)行主觀測(cè)試以校正.因?yàn)槊赣昧吭酱?，?duì)纖維素的破壞越強(qiáng)，許多粗硬的毛羽被酶水解后轉(zhuǎn)變成細(xì)小的毛羽仍然能夠被儀器檢測(cè)到，部分原本在苧麻機(jī)織物內(nèi)部的毛羽也暴露于表面被檢測(cè)到，因此，毛羽的數(shù)量變多，且細(xì)度變細(xì)，總的壓縮比功略有增加，但由于毛羽細(xì)小而柔軟，在測(cè)試過(guò)程中，低于產(chǎn)生刺癢感的力學(xué)閾值，故主觀測(cè)試時(shí)感覺(jué)并不刺癢.綜上所述，纖維素酶用量越大，苧麻機(jī)織物越不刺癢.

表2 也表明，纖維素酶用量增大導(dǎo)致苧麻機(jī)織物的面密度單位面積質(zhì)量損失增大、經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)力的損失增大.與文獻(xiàn)［15］報(bào)道的纖維素酶法能夠降低苧麻刺癢感，但會(huì)破壞苧麻纖維素、降低其強(qiáng)度的結(jié)果一致，以纖維素酶用量為自變量，分別以苧麻機(jī)織物經(jīng)向斷裂強(qiáng)力和緯向斷裂強(qiáng)力為因變量進(jìn)行線性擬合，得到苧麻機(jī)織物的斷裂強(qiáng)力大小和酶用量之間的關(guān)系分別為y = 527.59286 - 45.92571x，R2=0.95236和y=538.43571-62.29143x，R2=0.96176.因此，為了保證酶處理后對(duì)苧麻機(jī)織物的斷裂強(qiáng)力損失不超過(guò)20%，纖維素酶用量不宜超過(guò)2.0%.

2.2 果膠酶處理效果

由于苧麻纖維中的果膠組分與纖維素、半纖維素緊密結(jié)合，苧麻纖維間殘留的膠質(zhì)可能阻礙毛羽的相互滑移，進(jìn)而對(duì)刺癢感產(chǎn)生一定的影響［16］，果膠酶能夠水解苧麻中的膠質(zhì)，故研究了果膠酶處理對(duì)苧麻機(jī)織物刺癢感的效果.不同用量的纖維素酶對(duì)苧麻機(jī)織物刺癢感、斷裂強(qiáng)力和單位面積質(zhì)量的影響如表3 所示.

表3 纖維素酶處理對(duì)苧麻機(jī)織物性能的影響

表3 結(jié)果表明果膠酶對(duì)苧麻坯布的影響與纖維素酶類似，但效果不如纖維素酶.果膠酶用量低于1.5%時(shí)，隨著酶用量的增大，坯布刺癢感（以壓縮比功表示）降低，超過(guò)1.5%后，刺癢感略有增加，但主觀測(cè)試法則表明，隨著果膠酶用量的增大，刺癢感明顯降低.此外，使用果膠酶處理會(huì)降低苧麻機(jī)織物單位面積質(zhì)量和經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)力.以果膠酶用量為自變量，分別以苧麻機(jī)織物經(jīng)向斷裂強(qiáng)力和緯向斷裂強(qiáng)力為因變量進(jìn)行線性擬合，得到苧麻機(jī)織物強(qiáng)力大小和酶用量呈線性相關(guān)，其線性方程分別為y=538.75355-37.2538x，R2=0.96335 和 y=545.68986 - 62.61475x，R2= 0.93844.

綜上所述，為了保證果膠酶處理后苧麻機(jī)織物刺癢感降低又不過(guò)度損傷織物性能，果膠酶的用量不宜超過(guò)苧麻機(jī)織物質(zhì)量的2.5%.

2.3 纖維素酶與果膠酶復(fù)合處理效果

根據(jù)前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，纖維素酶和果膠酶均能降低刺癢感，故探究了兩種酶復(fù)合處理對(duì)苧麻機(jī)織物的刺癢感、斷裂強(qiáng)力和單位面積質(zhì)量的影響，結(jié)果如表4 所示.

表4 結(jié)果表明復(fù)合酶處理能使苧麻機(jī)織物的刺癢感降低37.7%～51.2%.隨著兩種酶用量增大，苧麻機(jī)織物減重率大幅上升.綜合考慮刺癢感、斷裂強(qiáng)力和減重率等性能指標(biāo)以及成本因素，在纖維素酶用量為1.5%，果膠酶用量為1.75%時(shí)，對(duì)降低刺癢感的效果最好，成本較低，此時(shí)經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)力損失率分別為14.3%和19.0%，苧麻機(jī)織物的減重率為12.2%.

2.4 復(fù)合酶對(duì)不同苧麻紡織品處理效果

由于刺癢感和酶的作用效果受纖維組成、性狀、紗線和織物結(jié)構(gòu)的影響較大，故用優(yōu)選的復(fù)合酶工藝（1.75%果膠酶，1.5%纖維素酶；浴比1∶30；水浴溫度55℃；處理時(shí)間50 min）處理不同來(lái)源、不同組織結(jié)構(gòu)以及混紡的苧麻機(jī)織物，以研究該復(fù)合酶工藝的普適性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5 所示.

表5 復(fù)合酶處理對(duì)不同苧麻機(jī)織物性能的影響

表5 結(jié)果表明，對(duì)不同來(lái)源、不同編織結(jié)構(gòu)的純苧麻或苧麻棉混紡機(jī)織物，該復(fù)合酶工藝均可大幅度降低其刺癢感，降低范圍為32.57%～57.53%.而且苧麻機(jī)織物的減重率低于23.6%，經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)力損失率也低于20.32%，對(duì)苧麻機(jī)織物本身結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的破壞較小，在可接受范圍內(nèi).說(shuō)明該復(fù)合酶工藝能夠適應(yīng)于多種苧麻機(jī)織物，適應(yīng)范圍廣.

3 結(jié)論

本文分別研究了纖維素酶、果膠酶以及纖維素酶/果膠酶復(fù)合酶技術(shù)對(duì)苧麻機(jī)織物刺癢感的影響.結(jié)果表明：

（1）在pH 值為5.0，溫度為55℃，處理50 min 條件下，1.25%的纖維素酶或果膠酶可使苧麻機(jī)織物的刺癢感降低30%以上，但纖維素酶超過(guò)2.0%或果膠酶超過(guò)2.5%則苧麻機(jī)織物減重率較大，斷裂強(qiáng)力的損失也較大.

（2）1.75%果膠酶和1.5%纖維素酶復(fù)合工藝可使多種不同組成和結(jié)構(gòu)的苧麻機(jī)織物的刺癢感降低32.57%～57.53%，而且坯布減重率和經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)力損失均低于23.6%.

以生物酶處理苧麻紡織品時(shí)，其刺癢感的降低是以試樣本身結(jié)構(gòu)的破壞和強(qiáng)力的降低為代價(jià)的.為了達(dá)到生物酶技術(shù)有效降低苧麻刺癢感，且減少對(duì)苧麻本身結(jié)構(gòu)的破壞，必須確保酶作用程度適當(dāng)、條件可控.由于影響紡織品刺癢感最主要的因素是其表面的毛羽，故探究生物酶處理工藝時(shí)，必須保證酶制劑僅作用于纖維或面料表面的毛羽，避免內(nèi)部的毛羽暴露出來(lái)，避免破壞內(nèi)部結(jié)構(gòu).由于酶的種類、用量和作用條件對(duì)苧麻的結(jié)構(gòu)、苧麻刺癢感和力學(xué)性能的影響較大，因此，以生物酶法降低苧麻刺癢感的技術(shù)中，在酶作用的機(jī)理和調(diào)控方面還值得更深入的研究.