1引言

棉织物具有吸湿、透气、柔软等特点,深受消费者欢迎。但是,由于棉纤维本身的共生物(即含有的非纤维素物质,如蜡质、果胶、含氮物质、灰染整助剂分等)以及在纺织加工中加入的各种浆料和沾染的油污,降低了织物的润湿性,且手感粗糙、色泽不白,在染色、印花过程中还会妨碍染料上染,使色泽不艳,染色牢度不好。因此,漂白、印花或染色产品均需要进行前处理加工。传统工艺采用重碱煮漂的处理方法,有些品种的ＮａＯＨ用量高达40～50ｇ/Ｌ,并且会发生强烈的化学反应,工艺流程长、能耗大、污染严重,不符合绿色环保的要求。本研究采用生物酶并借助于精练剂、氧漂,对棉织物进行前处理。结果表明,酶的反应条件温和,针对性强,能耗低,对前处理设备的要求低,环境污染少,处理后产品的性能指标比传统碱处理产品好。

2前处理原理

棉纤维是一种植物组织,外层由次生胞壁和覆盖在其上的初生胞壁构成。最外层的初生胞壁占棉纤维总厚度的1%,其中的纤维素含量低,占52%;而果胶质、蜡质、色素等疏水性杂质占48%,后者不利于染整后加工,必须除去。另外,棉织物在织造前所上的浆液会影响织物的透水性,妨碍化学药剂和染料与纤维的接触,多耗用染化药品,增加练漂工艺负担,造成印染疵病,故在练漂前要退浆。

2.1酶处理原理

酶的催化效率极高,比无机催化剂高出10万到上亿倍。由于酶的催化专一性强,一种酶只能催化一种或一类反应,因此对于被催化染整助剂物质的选择也很严格[1]。

本实验采用的煮练酶是一种新型多元复合酶,由淀粉酶、果胶酶、纤维素酶、脂肪酶和木质素酶等组成。煮练酶的作用就是准确、高效、彻底地分解存在于纤维中的共生物和其它杂质,既准确完善地清除杂质、又对纤维本身不造成影响。淀粉酶能催化淀粉大分子链水解,而生成分子量较小、粘度较低、溶解度较高的低分子化合物,再经水洗除去水解产物而达到退浆的目的。果胶质为多糖结构,其主链为聚半乳糖醛酸,支链为鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖和木糖结构。这种多糖类结构,把纤维素基质内次生胞壁中的非纤维素成分(如蛋白质、脂肪醇、脂肪酸及其酯类、胆甾醇及其它碳氢化合物组成的蜡质等)通过主链和支染整助剂链粘合,形成以果胶质为骨架的、庞大的疏水性网状层。果胶酶能快速催化初生胞壁中的聚半乳糖醛酸水解,切开初生胞壁,果胶质的游离使初生胞壁中的其它非纤维素物质容易通过精练剂的乳化、分解和溶解。纤维素酶中的Ｃ1酶作用于纤维结晶部分,去除草籽;Ｃｘ酶作用于纤维无定型部分,膨化纤维,使织物手感柔软;β―葡萄糖苷酶作用于纤维素二糖、三糖类物质,最终成为单糖;脂肪酶可除去脂肪类杂质;木质素酶能催化木质素大分子链中醚键降解,使棉籽壳基本解体。

2.2氧漂原理

Ｈ2Ｏ2在碱性条件下不稳定,分解速度快。这是因为在此条件下,容易形成ＨＯ-2。而ＨＯ-2是一种亲核试剂,会引发Ｈ2Ｏ2分解,产生游离基(ＨＯ-2和ＨＯ・)。游离基能破坏棉纤维中的色素,赋予棉织物必要的白度,同时棉织物上残留的其它杂质(如棉籽壳、蜡质、含氮物质等)也可在漂白中进一步除去,提高织物的润湿性。

2.3精练原理

在生物精练过程中,酶作用后的分解物以及游离的蜡质等物质,以小分子或碎片的形式仍然附着于织物中,需要外加化学品才能更有效地去除。精练剂集乳化、分散、络染整助剂合、渗透为一体,可提高酶的可接近度,洗涤乳化性,在酶切开初生胞壁后,将果胶盐中的Ｃａ2+、Ｆｅ3+、Ｍｇ2+等金属离子络合,从而加速果胶质从表皮中游离。

3实验材料及测试方法

3.1材料

织物:纯棉坯布20Ｓ×20Ｓ。

药品:煮练酶(由项目研究组复配),精练剂(由项目研究组复配),ＮａＯＨ(分析纯),30%Ｈ2Ｏ2,Ｎａ2ＣＯ3(无水),Ｎａ2ＳｉＯ4(化学纯),Ｎａ2ＳＯ3(化学纯),ＪＦＣ。

仪器:思维思测色配色系统,分析天平,恒温电热水浴锅,酸度计,烧杯,高温高压小样机,强力测定仪,简易毛效测定装置,小轧车。

3.2实验方法

3.2.1工艺过程

采用一定浓度的煮练酶,在规定温度下对纯棉坯布进行二浸二轧处理(轧液率100%);室温堆置至规定时间后,将布样洗净,再室温二浸二轧处理(轧液率100%),使用一定浓度的精练剂,然后汽蒸萃取至规定时间;取出布样洗净后,最后用Ｈ2Ｏ2进行漂白至规定时间;将布样洗净,测定毛效、白度、断裂强力。

3.2.2测试方法

白度测试:采用思维思测色配色系统,将仪器的照明光源在可见光区(400～700ｎｍ)的光谱能量分布与Ｄ65标准照明体相符合,并且通过一个紫外含量标尺(ＵＶＣａｌｉｂｒａｔｏｒ),将仪器的光源中紫外含量调整到与Ｄ65标准照明体一致。完整的ＧＡＮＺ白度公式具有下列一般表达式:

Ｗ=(Ｄ*Ｙ)+(Ｐ*ｘ)+(Ｑ*ｙ)+Ｃ

上述白度公式表明了下述特性:在ｘ、ｙ、Ｙ三维ＣＩＥ色度空间中,等白面是一些平面;而公式参数Ｄ、Ｐ、Ｑ和Ｃ则确定了这些等白面在空中的倾斜率和截距。在校正该仪器光源的紫外含量后,求出各个参数Ｄ、Ｐ、Ｑ和Ｃ。将待测布样放入仪器测试孔,即可直接读出白度值Ｗ。

毛效:按染整工艺学实验测定。

断裂强度:按国标ＧＢ2923-28法测定,取平均值。

4结果与讨论

4.1酶液ｐＨ值对织物毛效、白度、强力的影响(见图1～3)

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酶液ｐＨ值会影响酶蛋白的构象和酶分子及底物分子的解析状态,从而影响酶的活性。实验数据表明,当ｐＨ=8.5～9.0时,织物的毛效、白度、强度最佳。如ｐＨ值过低,酶的活力就低,且纤维素纤维不耐酸,织物有泛黄现象;如ｐＨ值过高,酶蛋白又会失去活力,因此,应控制酶液ｐＨ值为呈弱碱性,织物上的蜡质和脂肪类物质易分解,可保证酶蛋白起到最佳的催化作用,促进生化反应的正常进行。

4.2酶处理(冷堆)时间对织物毛效、白度、强度的影响(见表1)

由表1可知,随着冷堆时间的延长,使织物的毛效、白度、强度增加。采用酶对棉织物进行精炼时,室温冷堆时间较短,酶促反应速度较慢,不能达到良好效果。实验证明,用酶处理后的棉织物,在室温下冷堆15ｈ左右,可取得良好效果;但若冷堆时间过长,酶充分发挥作用,表面纤维水解严重,变成可溶性物质,会使棉的聚合度下降,织物的强度下降,织物的毛效、白度也随之降低。

4.3酶液浓度对织物毛效、白度、强度的影响(见图4～6)

随着酶液浓度的增加,反应速度逐渐增加,底物的有效转化也增加,织物的毛效、白度、强度也随之增加;但若酶液浓度过大,又会使棉纤维过度水解而产生崩解,影响织物的毛效、白度和强度。图6表明,高浓度酶液使织物的强度损失最大。实验表明,酶液浓度在6ｇ/Ｌ左右时合适。

4.4精练剂浓度对织物毛效、白度、强度的影响(见表2)

由表2可知,随着精练剂浓度的增加,能提高酶的可接近度,提高洗涤乳化性能,从而有效地除去棉蜡等物质,使织物的白度和毛效提高;但若精练剂浓度过高,织物的性能指标反而下降;精练剂浓度对织物强度的影响较小。实验表明,精练剂为10ｇ/Ｌ时,在织物强度差不多的情况下,织物的白度、毛效最好。

4.5汽蒸时间对织物毛效、白度、强度的影响(见图7～9)

当延长汽蒸时间时,可增加酶制剂、精练剂的可接近度,让酶制剂、精练剂充分与棉织物作用,发挥酶制剂、精练剂的功能,从而提高棉织物的处理效果,使织物的白度、毛效和强度提高。实验表明,采用60ｍｉｎ汽蒸时,对棉织物处理的效果最佳。

4.6氧漂Ｈ2Ｏ2浓度对织物毛效、白度、强度的影响(见表3)

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Ｈ2Ｏ2浓度是影响织物白度和强度的主要因素之一,也是影响生产成本的一个重要原因。Ｈ2Ｏ2浓度应以“既能达到满意的白度和除杂效果,又能使纤维损伤较小”为原则。

在实验中,控制漂白溶液ｐＨ=10.5左右,测出Ｈ2Ｏ2浓度对棉织物处理结果的影响。从表3可知,当30%Ｈ2Ｏ2用量为23ｇ/Ｌ左右时,效果最好。就漂白而言,若Ｈ2Ｏ2浓度过低,则有效成分少,在碱性条件下分解出的游离基少,对织物色素的破坏少,漂白效果差。若Ｈ2Ｏ2浓度过高,Ｈ2Ｏ2发生剧烈无效分解,分解成Ｏ2和Ｈ2Ｏ,而Ｏ2不具有漂白作用。就强度而言,在30%Ｈ2Ｏ2达到最佳浓度(即23ｇ/Ｌ)时,织物强度较高;在Ｈ2Ｏ2浓度超过最佳浓度之后,织物强度有所下降。

5结论

用煮练酶对纯棉织物进行前处理时的最佳工艺为:

(1)轧酶:6ｇ/Ｌ,温度60℃,ｐＨ8.5～9.0;

(2)堆置:常温堆置15ｈ;

(3)汽蒸萃取:精练剂10ｇ/Ｌ,温度100℃,时间1ｈ;

(4)氧漂:30%Ｈ2Ｏ223ｇ/Ｌ,温度100℃,时间1ｈ,ｐＨ10.5