在染整工業(yè)中,酶最早主要應(yīng)用于棉織物退漿和蠶絲的脫膠,而今人們發(fā)現(xiàn)利用生物酶處理紡織品不僅能使服用性能得到改善和提高,而且有利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。應(yīng)用生物酶處理紡織品的工藝屬于綠色生產(chǎn)工藝,很有發(fā)展前景。
1、生物酶的結(jié)構(gòu)和特性
生物酶是具有催化功能的蛋白質(zhì)。象其他蛋白質(zhì)一樣的酶分子由氨基酸長鏈組成。其中一部分鏈成螺旋狀,一部分成折疊的薄片結(jié)構(gòu),而這兩部分由不折疊的氨基酸鏈連接起來,從而使整個(gè)酶分子成為特定的三維結(jié)構(gòu)。
生物酶是從生物體中產(chǎn)生的,它具有特殊的催化功能。它與一般催化劑相比具有如下特點(diǎn)[1]:1)催化效率高。酶的催化效率是一般無機(jī)催化劑的103～106倍。2)專一性強(qiáng)。一般催化劑對底物專一性比較差,而酶對底物有嚴(yán)格的選擇性(某一種酶往往只能對某一類物質(zhì)起催化作用)。3)反應(yīng)條件溫和。酶催化反應(yīng)不象一般催化劑需要高溫、高壓、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等劇烈條件,而可在較溫和的常溫、常壓下進(jìn)行。4)具有調(diào)節(jié)能力。許多酶的催化活性可受到多種調(diào)節(jié)機(jī)制的靈活調(diào)節(jié)。
酶的種類很多,不同的酶最適合作用的條件也各異。影響酶催化活性的因素很多,如酶的濃度、底物濃度、反應(yīng)溫度、pH值、時(shí)間等。要想使生物酶更好地應(yīng)用在染整工業(yè)中,就需要堅(jiān)持不懈的研究開發(fā)和實(shí)踐。
2、生物酶在染整工業(yè)中的開發(fā)與應(yīng)用
2.1、酶退漿
2.1.1、淀粉酶退漿
用淀粉酶對含有淀粉的棉織物退漿是生物酶最早應(yīng)用于染整前處理加工的工藝。棉織物采用堿退漿對淀粉漿的退除率較低,采用氧化劑或酸退漿如果工藝條件控制不當(dāng)又會使織物強(qiáng)力受到嚴(yán)重?fù)p傷。而采用能分解淀粉漿的淀粉酶,在較溫和的溫度和pH值條件下,使淀粉轉(zhuǎn)變成溶解狀態(tài),不但退漿率高,而且對棉織物無損傷,產(chǎn)品手感柔軟。因此棉織物采用酶退漿是人們一直公認(rèn)的理想退漿工藝。過去因淀粉酶成本較堿高得多,再加上它對其他漿料無去除作用,限制了它的應(yīng)用。隨著生物技術(shù)的發(fā)展,淀粉酶的價(jià)格不斷降低,因此,該工藝又重新引
2.1.2、脂肪酶輔助退漿、
采用脂肪酶輔助退漿工藝國外也有報(bào)道[2]。在傳統(tǒng)上漿工藝中,淀粉和以動植物為基礎(chǔ)的潤滑劑(甘油三酸脂)常被用作上漿組分。這主要是由于它們是可以不斷供應(yīng)的天然原料,容易買到,價(jià)格相當(dāng)便宜。采用傳統(tǒng)的退漿/精練工藝,只有低于10%的動植物被皂化。而以甘油三酸脂為主的潤滑劑幾乎能全部被脂肪酶水解。因此,對于用淀粉/動植物混合漿料上漿的織物,可以采用淀粉酶和脂肪酶的混合退漿劑退漿。
退漿采用軋堆法,工藝條件為脂肪酶濃度5000LU/kg棉,淀粉酶濃度25NAU/kg棉pH值為7,溫度75℃,2h,浴比1∶1,退漿率為98%。
退漿采用高溫短蒸法:脂肪酶濃度100LU/kg棉,淀粉酶濃度50NAU/kg棉,pH為7,溫度90℃以上,時(shí)間5min,浴比1∶20,退漿率90%以上。
采用上述工藝退漿均勻性好,織物手感柔軟,可減輕環(huán)境污染和精煉負(fù)擔(dān)。若采用90℃以上短蒸處理,還可縮短退漿時(shí)間。
2.2、酶精練
棉織物采用燒堿精練的方法已有很長歷史,到目前為止幾乎所有的棉織物都采用堿精練。但是隨著人類對保護(hù)生態(tài)環(huán)境的需求,采用酶精練的研究正在興起。據(jù)有關(guān)資料介紹,采用果膠酶和纖維素酶協(xié)同作用,對棉織物進(jìn)行處理,能顯著地改善織物的潤濕性,織物損傷小。
酶精練的具體工藝如下:果膠酶2.2%(owf),纖維素酶4.4%(owf),pH值為5(HAcNaAc緩沖液),溫度50℃,時(shí)間60min,浴比1∶12。
與堿精練相比,酶精練反應(yīng)條件溫和、能源消耗低、設(shè)備要求簡單,沒有廢水處理問題。酶精練后的織物手感蓬松、柔軟。經(jīng)酶練后的染色織物,色澤鮮艷、光澤明亮,外觀效果明顯優(yōu)于堿精練。由此可見,酶精練工藝是最有希望取代堿精練的工藝。
2.3、酶脫膠
蛋白酶脫膠是我國傳統(tǒng)的蠶絲織物脫膠工藝。由于近年來酶的價(jià)格上漲,此工藝成本較高,故隨著快速精練劑的推廣應(yīng)用,酶練工藝逐步被淘汰。然而蛋
有的廠家經(jīng)過幾年的實(shí)驗(yàn)、探討,發(fā)現(xiàn)蛋白酶與快速精練劑合理結(jié)合運(yùn)用,即把2709蛋白酶應(yīng)用在精練的預(yù)處理階段然后再采用精練劑復(fù)練,效果十分理想。具體工藝條件如下:
預(yù)處理:2709蛋白酶0.9g/L,WA分散劑2.7g/L,溫度42～45℃,時(shí)間80min。復(fù)練工藝條件:純堿0.9g/L,水玻璃1g/L,精練劑2g/L,溫度60℃,時(shí)間100min。
采用上述工藝生產(chǎn)真絲縐類織物不僅縮短了精練時(shí)間(比傳統(tǒng)工藝縮短20min),降低了精練溫度,節(jié)約了生產(chǎn)能耗,而且產(chǎn)品的外觀和內(nèi)在質(zhì)量都十分理想。因此,該工藝很有推廣價(jià)值。
2.4、酶低溫染色
傳統(tǒng)的羊毛染色工藝均為100℃下沸染。這種染色工藝不但耗能大而且易損傷羊毛纖維,致使染色產(chǎn)品手感粗糙。選用合適的蛋白酶用于羊毛染色,破壞羊毛纖維表面的膦片結(jié)構(gòu),可促進(jìn)染料向纖維內(nèi)部擴(kuò)散,提高染色速率和上染百分率,從而使羊毛染色可以在較低的溫度下進(jìn)行。據(jù)資料介紹[3]:選用SEP或Alcalase2.0T蛋白酶,在pH值為5.5,染色溫度85℃下,染羊毛,可獲得較好的染色效果。
蛋白酶用于羊毛低溫染色與傳統(tǒng)的沸染工藝相比具有以下優(yōu)點(diǎn):1)染色溫度降低,有利于節(jié)約生產(chǎn)能源,減少纖維損傷;2)節(jié)約了染料用量,減少了環(huán)境污染;3)改善了染品的手感,提高了產(chǎn)品質(zhì)量。此工藝值得推廣。
2.5、酶洗
2.5.1、牛仔布的酶洗、
厚重的棉斜紋牛仔布經(jīng)過石磨水洗,色澤變成蘭白相間,手感變得柔軟舒適。這種服裝由于適合部分人追求外觀新穎、穿著舒適的要求,故風(fēng)行至今。
傳統(tǒng)的牛仔布加工是用浸漬過次氯酸鈉或高錳酸鉀的浮石對織物進(jìn)行“石磨”。其美中不足的是牛仔布強(qiáng)力損傷過大。將纖維素酶用于牛仔布水洗與浮石水洗
牛仔布酶洗分3個(gè)階段:首先是預(yù)水洗及退漿。其次是纖維素酶洗,最后是洗滌劑水洗及清水洗和烘干。由于纖維素酶本身可賦于織物以柔軟的手感,在最后清洗階段,除要求超柔軟外,一般不必再加入柔軟劑。此外,因酶洗在pH值近中性下進(jìn)行,故改善了靛蘭染料對牛仔布的沾染現(xiàn)象。由此可見,中性纖維素酶較適合于牛仔布的水洗。
2.5.2、高檔纖維素織物的酶洗
纖維素酶不但已成功地用于牛仔布的石磨洗滌中,而且對精致的織物或那些容易被纖維素酶水解的織物,也可以有效地進(jìn)行整理。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)[4],對于亞麻和粘膠人造絲等織物只要求溫和的表面打光和磨損時(shí),內(nèi)一濃縮的酸性纖維素酶是最佳的選擇。
酶洗的最佳工藝條件:pH值為5.0～5.5,溫度50～55℃,時(shí)間30min。酶洗后采用升溫到70℃以上,升高pH值到7.5以上,處理10min,使酶迅速失活。
采用上述工藝可以改善亞麻織物的手感,可使粘膠人造絲織物獲得仿真絲織物的風(fēng)格。
3、生物酶的應(yīng)用前景
生物酶作用條件溫和,催化性能專一,催化效率高,是其他任何化學(xué)助劑無法比擬的。經(jīng)生物酶處理后的紡織品手感柔軟,穿著舒適,色澤鮮艷,光澤明亮,產(chǎn)品檔次高。采用生物酶進(jìn)行染整加工,既可節(jié)約染化料,節(jié)省能源,又無環(huán)境污染。因此,隨著人們對“綠色”紡織品的需求,隨著生物酶技術(shù)研究的不斷深入,相信在不遠(yuǎn)的將來,生物酶將會應(yīng)用于染整加工的各道工序中。
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