10年前国内外棉织物生物酶精练技术

Ｆｎ染（２００１　Ｎｏ．　９）ｒｖｗｉｖ　ｃｄ为，　ｃｏｍ．　ｃｉｒ国内外棉织物生物酶精练技术李海静顾拮栋吴禅娟朱泉东华大学化学与化工学院（２０００５１）上海雅运纺织化工有限会司２０００２３）摘要随着生物技术的发展．　　　　生物酌用于纺织染整一业的技术倍受关注本文概括介绍国内外棉织物生物酶精练的厂ｒ川情况。以及生物酶的种类、机理、使用的条件丰川尤缺点叙　　　　词：前处理精练生物酶棉织物中图分类号：ＴＳ１　　　　９２．７４１６棉以其特有的吸湿、透气、　　　　保暖等特点而拥有众多消费者据统计，侮年全世界纺织用棉纤维价值可达１－（、亿英镑、们是由于棉纤维本身的伴生物以及在棉纤维的纺纱织造过程中所附加的杂质影响其润湿性能，所以桐织物一般要进行前处理加工传统的前处理过程是发生激烈的化学反应的过程，其工艺路线长、耗能多、污染严重这与当今逐渐提高的环保要求及“绿色生户”引｝矛盾，干是新丁艺、新技术层出不穷，棉织物的酶精练技术应运而生且受到国内外研究者［２　－ｓ＿的犷！岔、月一已取得一些成果用酶对锦纤维进行前处理具加〕＿条件比化学方法温和，耗能低，废弃物也容易处理，该技术可望被少’泛应用１碱精练　　　　ｌ；｝棉纤维由以纤维素为上要成分的次生膜和覆盖在其卜的初生膜和表皮组成其杂质上要存在于初生脱和表皮中。存在于原棉中的杂质因棉花的种类、产地的才、同而异，一般为棉纤维组成的４　ｉ；一５％川，如表ｌ所示棉精练丁＿序在织物漂白、染色等加工过程之前是以去除这些杂质，提高织物的吸湿性为目的的加７过程表１棉纤维（原棉）的组成　　　　　　　　　　　　　　　　　　成才１，个纤纷环初９：胞＋ｔｅ　，万含下Ｎｉ，之：、；１蜡质生自质果胶质灰分Ｊ１他　　　　　　　　牛精练加工　　　　＿过程通常使用大量的碱和表面活性剂进行高温处理，使锦的伴生物分解、乳化而去除。为此，必须用酸中和以及大量的水冲洗，因此废液中盐的浓度很高，仲废液中的ｆｉｅｆ）　ｒ升，同时使纤维失重、强度下降　，　３Ｑｎ万方数据２酶精练　　　　酶在温和条件下具有催化效率高和专一性强的特点，用酶代替碱进行精练能够解决上述问题‘“’」。国内外研究者根据不同伴生物作为去除对象而选月Ｉ不同酶进行处理，最终达到去除杂质的目的。２．　１纤维素酶／果胶酶困内外部分研究者１　　　　ｅ月采用纤维素酶与果胶酶处理棉纤维，利用它们的协同效应，即果胶酶使棉纤维中的果胶分解，纤维素酶使初生胞壁中的纤维素大分子分解，将棉纤维表面杂质及部分初生胞壁去除．达到精练的目的其中，纤维素酶一１月是一种含有相互协同作用的多种组分的复合酶，它对纤维素纤维的作用主要通过三部分完成Ｃ、酶作用于纤维的结晶部分；Ｃｌ酶，膨化纤维素，作用于纤维的无定形部分，井最终形成可溶性的产物；俘葡萄糖昔酶，作用于纤维素二糖、三糖类物质．使它们最终分解为单糖。北京联合大学纺织工程学院［　　　　Ｕ‘一’‘二利用此两种酶对棉纤维进行前处理，４将精练后的棉精梳针织物用天然色素染色，此工艺可改变作业环境、降低环境污染。酶洗的工艺配方为：纤维素酶２　，Ｙ（ｏｗｆ）、果胶酶４Ｙ，（ｏｗｆ），ｐＨ值为４．　５、时ｆｌｕ为１０　ｍｉｎ、浴比１　：１Ｃ、水洗条件为９０　Ｃ，１０　ｍｉｎ，最后再用清水净洗，江苏省无锡江南学院与无锡维新漂染有限公司Ｌ　　　　，＿对棉府绸织物的前处理工艺进行厂探讨，将酶处理的退煮一步法冷堆工艺和先退浆后煮练的工艺进行了比较，考察了纤维素酶与果胶酶相混合的最佳浓度，以及时问、温度、ｐＨ值、渗透剂用量对酶处理的影响。筛选出工艺效果较好的处理液的组成，以及适用于实际生产的前处理工艺。２．２蛋白酶Ｙｏｕｌ　　　　ｏ．　Ｈｓｉｅｈ　ａｎｄ　Ｌｉｓａ　Ｃｒａｍｕｅ，以蛋白酶作为棉的煮练剂，他们认为虽然纤维素酶可以提高织物的吸湿性，但是强力及织物失重严重，含有纤维素酶的果胶酶也存在这种缺陷。考虑到蛋白质在杂质中的含量较ｍ）率布晰嘴ｔｔ幽呀ｍａ宠印染（２００１　Ｎｏ．　９）高便用蛋白质水解酶作煮练剂，根据蛋白质水解酶引起作用的位置的不同而分为外蛋白质水解酶和内蛋白质水解酶。作者曾选用十种蛋白酶做试验，先用四种蛋白酶对经过沸水短时间预处理过的织物进行作用结果发现，几乎不能提高润湿性．即使稍有提高，偏差也很大改变预处理的条件，发现可以提高织物的润湿性能，若用最有效的酶在最优化的条件下，可使润湿角比常规的煮练织物低（工厂），但高于实验煮练的织物润２．３．２原果胶酶在日本阪本龙公司［　　　　’”」１的研究室里已单体分离出了几种原果胶酶（ＰＰＡＳＥ）．　ＰＰ八ＳＥ是催化不溶性原果胶分解出游离水溶性果胶质的酶的总称。他们将ＰＰＡＳＥ用于棉纤维的精练，根据其作用机理，可以分为八、Ｂ两种类型：八型能切断原果胶质中聚半乳糖醛酸部分，聚半乳糖醛酶、果胶质裂合酶、果胶酸盐裂合酶属于此类；Ｒ型分解聚半乳糖醛酸以外的部分，是使湿角蛋白酶较之纤维家酶／果胶酶的复合酶而言，其处理时间短、温度低、失重小．ＰＨ值范围大。２．３果胶酶果胶酶在棉精练中的作用越来越受到研究者的注　　　　意，除了普通的果胶酶以外，原果胶酶和碱性果胶酶也是近来研究的热点２３．　１普通果胶酶　　　　ＳＴＯＫＩＫＳＡＷＡＤＡ．ＮＯ和ＭＵＥＤＡ＂‘一‘，〕等人用果胶酶进行生物煮练，发现单纯用果胶酶煮练的棉织物的吸水性比传统的差，如果其后用热水处理则效果更差，原因是有蜡质存在。果胶酶体系的煮练能力可以通过加人混合型表面活性剂和Ｄ－竺烯而大大增加，其煮练效果可以达到传统精练的效果，在有表面活性剂和竺烯存在「残余的蜡质明显减少。但此种煮练的缺点是煮练时间长或使用的酶的浓度高。可以通过使用微胶束系统，在异辛烷中加人表面活性剂使之形成胶束，酶位于胶束的水中，此时酶的活性不变甚至高于一般条件下的酶的活性，蜡质的去除主要藉有机溶剂的胶束系统。用此系统处理后，织物的吸水性与传统碱处理后的吸水性相当，井且在处理果胶质时所需酶的浓度、时间均减少，但存在从有机物中去除杂质再利用的１句题水溶性果胶质游离的酶，阿拉伯酶、鼠李半乳糖醛酶属于此类结果用原果胶酶处理的棉纱可达到露出纤维素纤维的程度，所得的精练效果和氢氧化钠精练效果相同。此外，原果胶酶对纤维素不起作用，所以可抑制酶处理后纤维强度降低，且生物精练的织物能进行无染斑染色得色量比化学梢练织物高。该技术的缺点是成本高，应开发耐热型酶。以使退煮一步法进行，以降低成本２．３．　３碱性果胶酶Ｎｏｖｏ　　　　　Ｎｏｒｄｉｓｋ的科学家ｃ，，－　，近来成功地分离出碱性果胶酶，这种果胶酶适用温度为．＞．）〔’左右、ｐＨ值为９．５左右使用条件温和，稳定性好可以和鳌合剂、润湿剂拼用。在吸水性方面，碱煮练和该种生物煮练的织物没有显著的差别；在染色和移染性方面也无明显的差别，而织物的手感比传统处理的柔软对碱性果胶酶进行了工厂试验．获得了相当于常规煮练的吸水性，成本比常规前处理低，织物手感比较柔软２．３．４其他日本研究者（　　　　ｉ－Ｉ在果胶酶分解棉果胶质的基础上研究了酶的再利用、拼用退浆酶的加工、对染色性的影响、废液污染负荷等。研究表明ｖ（１）随着酶浓度的增加，去除果胶质所用的时间减少；（２）为了和淀粉酶拼用使工艺简化，发现失活的淀粉酶对果胶质的去除速度有阻碍作用，但尚未经确认，认为是淀粉酶中的二价　　　　此外，也有关于果胶酶和它在棉纤维精练中的应用的报道〔’月。由于果胶分子与钙镁及铁离子结合、纤维素和半纤维素等细胞壁多搪与果胶分子形成共价键、果胶分子中的经基与细胞壁的组分形成离子键、果胶分子彼此间与其他成分间的物理缠绕等等，而使果胶以原果胶的形式存在，所以用果胶酶来进行煮练结果表明，生物煮练的润湿性能不亚于常规煮练。果胶质的游离量近似甚至高于常规煮练；生物梢练的织物手感柔软且厚实；在染色性能等方面以及染色的均匀性方面与常规煮练无差距；生物精练后织物的强力比化学精练高；在与后面的纤维素酶的处理的匹配性方面生物精练织物用纤维素酶处理的结果比化学精练的缓和。作者在酶的选择上注意了酶的培养可能性、安全性、稳定性以及价格钙离子对果胶酶的活性有抑制作用：（；；）如果酶的浓度较高．则处理一次后酶尚有活性存在、在废液中再补充一点酶，就可以重复利用；（们通过染色试验发现，酶精练织物的外观稍带黄色，鲜艳度差，上染浓度高，牢度较好；（５）用水洗机和染色机的对比试验表明，果胶酶对果胶质的去除不需要机械搅拌和摩擦等作用；（６）精练废液的有机物污染负荷来自于棉的天然成分，与高温高压精练相比，ｃｏｎ高，ＢＯＤ低，但含有缓冲液的酶的废液有机污染负荷反而增高：（７）酶精练可以去除表皮上的果胶质，露出纤维卷绕层：（８）成本较高２．４棉籽壳的酶处理对于传统煮练工艺，　　　　还要求去除坯布上的棉籽壳，万方数据印染（２００１　Ｎｏ．　９）这个间题长期困扰着染整工作者一般认为棉籽壳Ｉ－要由木质素组成，其基本结构为昆经基松醇，也有人认为其基本结构单元为芦荃甘油ＩＰ－愈创木基醚。亚氯酸钠、氯及次氯酸及其盐是有效的去除木质素的药剂，通常认为是先亲电攻击再氧化再转化成可溶性物质；或被氯化成氯化木质素，在碱作用ｈ溶出。Ｂｖｒｎ。提出现在应用于木聚糖酶可能提供一个最终的解决”ｎ另外，也有研究者１２』对棉籽壳进行了专门的研究，发现它由五部分组成（如表艺〕表２棉籽壳的组成　　　　　　　　　　　　　　　　　　层次层次名粕组织成分细胞壁　　　　　　　　细胞腔内层与层之间１表皮Ｉ１果胶、纤维水、半纤维素含氨物、色素迁外色系层１（ｆ仁素含氮物、色索　　　　　　　　　　３　　无色细胞层木质术、纤维ｖｔ果胶Ｉ　　棚状绷）ＩＮ层木质索　Ｊ　（维水内色苏层　　　　　　纤维素含氮物、色素　　　　他们认为在棉布卜见到的大多数棉籽壳实际只有两层并无木质素存在因为第二层和第三层连接程度很弱．我们看到的黑褐色是由第二层的色素层所形成，经过高温煮练氯漂，色素去除，棉籽壳成为纤维素这次剖析的较大发现是，棉籽壳ｆｉｆ层之问都是由果胶连接的，这为研究棉籽壳的酶处理提供了一定的方向。而ＥＭＩＬＩ　　　　Ａ　ＣＳＩＳＩＡＲ　ＧＹＯＲＧＹ　ＳＩＡＫ八ＣＳ和ＩＳ丁Ｖ八Ｎ　ＲＶＳＩＮ八Ｋ等Ｖｉ　Ｉ则将棉籽壳处理与棉煮练纤维素的酶处理结合起来他们采用纺纱清花间废料采用商品纤维素酶研究由酶处理时化学品溶液渗透到棉籽壳中的效果，以及对壳屑失重的影响；也研究用纤维素酶从棉织物卜去除棉籽壳在仅对棉籽壳研究时，纤维素酶处理后棉籽壳有一定的失重，再碱煮后失重增加．可达到８０％的降解。在将此方法用于棉织物时，作者认为纤维素酶前处理水解了使棉籽壳附着与织物上的微小纤维，成为自由飘浮的壳屑，再加以传统的棉煮练，发现织物表面无棉籽壳存在，且内部棉籽壳量也大大降低白度提高１０厂３结束语　　　　与传统的化学精练相比，生物精练具有以下优点：不污染环境；作业环境安全；能耗低；棉织物手感柔软；棉纤维的强度几乎不降低。所以棉的酶精练是与保护人类和地球环境相适应的技术，但是用于纤维加工的各种酶的使用范围较为狭窄，成本较高，还有许多值得改进的问题。另外，在用酶去除棉籽壳的问题上，值得进一步研究探讨。〔０万方数据［５〕［５］ｆｓ一Ｉ９ｌ［１眨［ＩＩＩ［ＩＳ［一：：｛１６［１７一ｆ１８］匕１９一［２０１［２１二〔：：〕ｗｉｒｗ．　ｃｄｆｎ．　ｃｏｉｎ．　ｅｎ参考文献Ｅｔｔｅｒ＝　ｊ　Ｎ〔一（）Ｉｔ　ｏｎ　Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｗｉｌｌ，　Ａｌｋａｌｉｎｅ　Ｐｅｃｔｍｕ＝ｅ八ｎ　Ｅｍ，ｒｕｎｏ｝ｅｎｒ．，Ｉ入ｄ＂ｎ－　ＩＩ（Ｖ　ｚ．　ＡＤＲ．　ＩＴ）＂＇．　（＂Ｉ）：３３Ｄｒ　　．　Ｄｅｎｐａ　Ｒａｔｈｉ．　Ｅｎｚｖ，ｎｅＡｐｐ６ｃａａｏｎ，Ａｎ　（ｈｅｒ＂ｅｗ．ＭＡＮ－ＭＡＤＥ　　　ＴＥＸＴＩＬＥＳ　ＩＮ　ＩＮＤＩ八．ＩＳｗ＝＇．．：ｒＵ　：．３１Ｋａｒｍａｋｕ＊　Ｐｒｏｆ５Ｒ八ｐｐｌ，ｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　１，ｉ，ｔ－ｈｎｏｌｏｇ，　ｉｎ　ｉｆ，，Ｐｒｅ－ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　　Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　　ｏｆ　　Ｔｅｘｔｉｌｅｓ．　ＣＯＬＯＵＲＡＧＥＡＮＮＩ丁ＡＩ，１９９８．７５一８５．］Ｎｏｌａｎ　Ｅ，ｉｅ　ｒ．．　Ｅｍｅｒｇｉｎｇ　Ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｒｉ－　ｆ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