酶在紡織濕加工中的應(yīng)用

酶在紡織濕加工中的應(yīng)用

1酶在紡織品中的應(yīng)用隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，越來(lái)越多的紡織廠(chǎng)已經(jīng)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用了能夠在環(huán)境中無(wú)害、節(jié)水、節(jié)能和節(jié)時(shí)等節(jié)水技術(shù)的先進(jìn)技術(shù)。其中,生物技術(shù)在紡織品濕加工中的應(yīng)用可謂是對(duì)環(huán)境保護(hù)的一大貢獻(xiàn)。經(jīng)過(guò)對(duì)酶在紡織品中的應(yīng)用研究證明,與傳統(tǒng)工藝相比,生物技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)緣于酶的生物降解性,生物技術(shù)是一種無(wú)害于健康的環(huán)境技術(shù);(2)廢水排出量少,其中含鹽量和其它有害環(huán)境的藥劑量也少;(3)酶可重復(fù)利用;(4)酶具有專(zhuān)一性,比如淀粉酶僅僅溶解淀粉而不會(huì)影響到纖維;(5)在加工需求的選擇上可以實(shí)現(xiàn)多樣化。鑒于以上酶的幾大優(yōu)點(diǎn),酶在紡織工業(yè)中的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣,其前途光明。下面把至今已應(yīng)用于紡織和相關(guān)工藝中的幾種酶進(jìn)行分類(lèi),并進(jìn)行簡(jiǎn)要的討論。2酶的分類(lèi)和應(yīng)用2.1合成聚合物作為棉織物經(jīng)紗上漿淀粉酶是對(duì)淀粉或膠淀粉聚合物水解起催化作用的酶。通常被認(rèn)為是一種漿—水溶性糖。將酶應(yīng)用于紡織品退漿,已有百年歷史。通過(guò)淀粉酶,可以除去織物上的淀粉漿料。雖然目前已有許多新的合成聚合物用來(lái)作為棉織物經(jīng)紗的漿料,但由于淀粉漿的價(jià)格便宜,仍是經(jīng)紗上漿的常用選擇。只要漿繼續(xù)被廣泛地使用,淀粉酶就將繼續(xù)作為優(yōu)選的退漿劑。除了價(jià)格便宜之外,選取淀粉酶退漿的另一原因是比其它退漿劑(如酸或氧化劑)更利于環(huán)保。淀粉酶的產(chǎn)品有BactosolPHT,BelsolPZ,SevolaseHT和SevolaseKWE等。前者是一種在高溫80℃條件下去除淀粉漿的淀粉酶;其二是一種可縮短反應(yīng)時(shí)間,在沸騰條件下分解淀粉漿的熱穩(wěn)定細(xì)菌酶。2.2建立以成堿為酰氯的缺乏通常的脂肪是含有甘油和多脂酸的脂類(lèi),而脂肪酶是對(duì)脂肪水解起催化作用的酶。脂肪酶破壞了這些脂肪的酯鍵后,重新生成水溶性甘油和多脂酸,然后加入堿類(lèi)轉(zhuǎn)化成溶于水的鹽類(lèi)。為提高上漿經(jīng)紗的潤(rùn)滑度,常常把脂肪加入漿料中,但這些脂肪單用淀粉酶退漿是很難去除的,當(dāng)加入含有脂肪酶的淀粉酶后,則能夠有效地去除淀粉漿和多脂的潤(rùn)滑油。2.3建立棉、堿和hc組合酶系統(tǒng)果膠酶是對(duì)果膠質(zhì)水解起催化作用的酶。果膠酶中含有半乳糖醛酸的線(xiàn)型聚合物,能以甲醇酯類(lèi)或以鎂鹽兩種形式存在。在棉纖維中,果膠質(zhì)與角質(zhì)層纖維外層結(jié)合在一起,雖然僅占原棉重量的1%,但卻會(huì)影響吸水性。傳統(tǒng)方法是用堿煮練,去除棉纖維的果膠、蠟和色素,但無(wú)法去除種子皮等雜質(zhì)。現(xiàn)經(jīng)研究證明:目前用于木材工業(yè)的木糖膠酶是解決這一難題的方法。把煮練酶通過(guò)脫果膠質(zhì),可使棉的吸水性提高,保持纖維柔軟的風(fēng)格;同時(shí),還能在50℃左右的低溫下進(jìn)行處理,是節(jié)能、保護(hù)環(huán)境的優(yōu)良方法。如果用果膠酶和纖維素酶的混合物來(lái)煮練棉,則能夠提高處理速度,增加棉纖維的均勻度。2.4纖維素酶處理棉織物纖維素酶是對(duì)纖維素的水解起催化作用的酶。它已廣泛應(yīng)用于粗斜紋布或牛仔布的砂洗,棉纖維的生物拋光,以及Tencel纖維的原纖化和羊毛酶處理。與其它種類(lèi)的酶相比,纖維素酶對(duì)于環(huán)保更為有利。目前,使用纖維素酶進(jìn)行牛仔布砂洗的酶分為兩類(lèi),即中性酶和酸性酶。它們均是由內(nèi)切纖維素酶、外切纖維素酶和β—葡萄糖甙酶組成的。一般建議用中性纖維素酶,因?yàn)檫@種酶在脫色時(shí)較易控制,不會(huì)使服裝產(chǎn)生白斑。而中性和酸性纖維素酶的作用各不相同,其中,酸性纖維素酶可進(jìn)行快速處理;中性纖維素酶處理劇烈,可使服裝有較強(qiáng)的穿舊感。對(duì)棉纖維進(jìn)行生物拋光的目的,是利用纖維素酶去除棉纖維表面的原纖。這一過(guò)程包括纖維素纖維的適當(dāng)水解,促進(jìn)纖維表面原纖化;原纖從纖維表面脫落;織物外觀改善。其整理效果無(wú)需借助機(jī)械作用,但取決于酶的應(yīng)用條件,包括pH值、溫度和處理時(shí)間。生物拋光能使棉織物表面潔凈、色彩明艷,手感柔軟和更具抗起球能力。纖維素酶還可用于Tencel或其它Lyocell纖維的原纖化控制,這些纖維的主要特征之一就是易于原纖化。為了測(cè)定去除原纖化性能的效果和織物強(qiáng)力的損失,實(shí)驗(yàn)中利用3只不同組分的纖維素酶(1只內(nèi)切和外切混合的酸性酶,2只濃縮內(nèi)切酶),來(lái)處理Lyocell纖維及其混紡織物。結(jié)果顯示:攻擊性強(qiáng)的纖維素酶具有高的去原纖化作用,可用于100%Lyocell織物或厚重織物;經(jīng)2只濃縮內(nèi)切酶處理的織物,強(qiáng)力損失低于酸性混合酶的10%～20%。因此,在處理不同織物時(shí),要正確選擇纖維素酶。日本有一家企業(yè)專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)酶制劑,共有3種纖維素酶。一種是酸性型纖維素酶,專(zhuān)用于處理棉、麻等天然纖維素纖維,可以獲得用化學(xué)柔軟劑不能獲得的自然柔軟性,同時(shí)還可除去纖維表面的絨毛,提高光澤度。另一種是弱酸性型纖維素酶,專(zhuān)為T(mén)encel與波利諾西克纖維等特定纖維開(kāi)發(fā)的,去除絨毛的效果優(yōu)于前者外,處理時(shí)間也可減少一半,織物經(jīng)處理后,柔軟性和縣垂性均有所改善。還有一種是中性型纖維素酶,其特征是對(duì)纖維素結(jié)晶部分完全不起作用,故不會(huì)使棉、麻纖維脆損,而對(duì)除去Tencel及波利諾西克纖維絨毛的效果良好。2.5溫度調(diào)節(jié)織物染色蛋白酶是對(duì)蛋白質(zhì)的水解起催化作用的酶,它由氨基酸鏈組成。實(shí)際上,它本身就是蛋白質(zhì)。在紡織品生產(chǎn)中,蛋白質(zhì)基物質(zhì)有羊毛、絲和毛皮。將蛋白酶用于處理這些紡織品,已有不少文獻(xiàn)作過(guò)報(bào)道。其一是蛋白酶的羊毛防縮處理。羊毛收縮是由纖維表面的連結(jié)鱗片引起的,采用酶去除羊毛鱗片技術(shù),能使羊毛衣服易于水洗。其二是蛋白酶的羊毛針織品染色和整理。國(guó)際羊毛局和丹麥NovoNordisk公司對(duì)蛋白酶BiosoftPW進(jìn)行了應(yīng)用研究,生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)證明,經(jīng)處理后的成衣,可提高手感、柔軟性,改善起毛起球性、表面外觀及懸垂性。經(jīng)推斷,蛋白酶還可用于機(jī)織物的染色和整理,絞色染色和羊毛混紡織物染色。其三是日本倉(cāng)紡公司的氧化/酶技術(shù)。首先要對(duì)獸毛纖維進(jìn)行氧化處理,然后再在無(wú)機(jī)飽和或接近飽和的溶液中,用蛋白質(zhì)分解酶處理,主要是枯草菌蛋白酶及放射菌蛋白酶等細(xì)菌蛋白分解酶。該工藝能賦予山羊絨織物柔軟的手感,機(jī)械可洗;使針織物產(chǎn)品幾乎不起球,且回彈性好。其四是蛋白酶的羊毛增強(qiáng)漂白。在過(guò)氧化氫漂白液中加入蛋白酶,對(duì)羊毛進(jìn)行氧化漂白,能夠提高羊毛的白度和親水性,或在保證相同白度條件下縮短一半漂白時(shí)間,但對(duì)羊毛重量和強(qiáng)度的損失較大,故處理時(shí)間不易過(guò)長(zhǎng)。若在亞硫酸氫鹽和亞硫酸鹽混合液中,加入木瓜蛋白酶對(duì)羊毛進(jìn)行還原漂白,與用過(guò)氧化氫進(jìn)行漂白相比較,它是既便宜、又快速的生態(tài)工藝。其五是蛋白酶的真絲脫膠,既可避免強(qiáng)力損失,同時(shí)脫膠均勻。經(jīng)處理過(guò)的真絲織物,外觀豐滿(mǎn)、手感厚實(shí),具有細(xì)密效應(yīng);織物頂破強(qiáng)力雖有降低,但其耐磨性能卻明顯變好,從一般服用織物的使用情況來(lái)看,仍能滿(mǎn)足牢度要求。其六是瑞士Clariant公司最新開(kāi)發(fā)的酶整理方面的“碲技術(shù)”SirrixLuna,該技術(shù)兼有物理和酶的作用,由于其纖維是由多層不同物質(zhì)組成的,需用至少3種不同菌種組成的酶。該公司的BastosolWO是由蛋白酶、脂肪酸及脂肪——蛋白酶組成的酶制劑。這樣的產(chǎn)品還有NovoNordisk公司已推向市場(chǎng)的NovoLanL(液體)和NovoLanT(顆粒)。2.6過(guò)氧化氫用于催化水解反應(yīng)氧化還原酶是對(duì)不同化合物起氧化或還原作用的酶。雖然這些酶的種類(lèi)很多,也許要占到所有酶的25%,但在紡織品加工中還是“初露頭角”。其中有一種為過(guò)氧化氫酶,它能對(duì)過(guò)氧化氫水解起催化作用,使之分解為水和氧氣。比如采用日本技術(shù)開(kāi)發(fā)的過(guò)氧化氫酶制劑Oxkil,在優(yōu)化條件下反應(yīng)速度很快,在1min之內(nèi),這種酶的1個(gè)分子能分解50億個(gè)過(guò)氧化氫分子。它只與過(guò)氧化氫反應(yīng),并不影響染色效果。使用這種產(chǎn)品能極大地提高染色質(zhì)量,并能縮短加工周期。氧化還原酶的另一種相關(guān)用途,是在牛仔布服裝的清洗中除去靛。由于它不象纖維素酶那樣引起棉纖維的水解,在除靛過(guò)程中,牛仔布的強(qiáng)度不會(huì)受到不良影響。3未來(lái)的可能應(yīng)用3.1自然酶的混合物來(lái)重現(xiàn)在不久的將來(lái),人們或許能通過(guò)應(yīng)用某些酶的混合物來(lái)再現(xiàn)自然的酶漂白工藝。比如,選擇和應(yīng)用某些特定的殺蟲(chóng)劑,氧化還原酶,木糖膠酶或其它酶來(lái)漂白棉纖維。3.2酶系統(tǒng)好氧漂后的交聯(lián)反應(yīng)一些化學(xué)催化劑(如氯化鎂)目前已用于纖維素和各種交聯(lián)劑反應(yīng)的催化,以產(chǎn)生棉質(zhì)衣服的耐久定形特性。交聯(lián)反應(yīng)通常在350℉以上高溫的情況下、在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生,但這種加工過(guò)程會(huì)降低棉質(zhì)服裝的強(qiáng)度。若在室溫下應(yīng)用酶來(lái)催化交聯(lián)反應(yīng),以提高棉布的耐久定形性也是有可能的。比如,在無(wú)水的情況下,把聚合有機(jī)酸和脂肪酶加入進(jìn)去,使棉中纖維素鏈之間形成酯鏈等等。3.3利用篩選酶作原料染整工廠(chǎng)排出的廢水所含的雜色中,大部分是由現(xiàn)代合成染料中的偶氮基和酮基團(tuán)引起的。通過(guò)用精選的酶來(lái)處理染料廢水,將其催化分解為某些化合物是有可能實(shí)現(xiàn)的。有關(guān)這類(lèi)研究的文獻(xiàn),已有不少報(bào)道。3.4難分解、加重對(duì)環(huán)境的污染用合成纖維生產(chǎn)的地毯或其它紡織品,用后成為垃圾填埋時(shí),因不易分解而加重了對(duì)環(huán)境的污染。為此,急需開(kāi)發(fā)一些能分解這類(lèi)物質(zhì)的催化酶,如尼龍酶、聚酯酶、聚丙烯酶或其它類(lèi)似的酶,將有可能減輕環(huán)境污染,甚至可將這些垃圾分解成肥料。4將淀粉酶pb(1)實(shí)驗(yàn)研究證明,酶在紡織品濕加工中的應(yīng)用,不但能減少對(duì)環(huán)境的污染,而且能改善紡織品的服用和外觀性能,是一種潛在的紡織品濕加工的生態(tài)技術(shù)。(2)由于酶的專(zhuān)一性,酶的種類(lèi)不同,其作用也