生物技術進行紡織品前處理加工,主要是以生物酶為主,在較低溫度和近中性條件下進行紡織品的去雜和潤濕性的改善。與一般的前處理精練劑不同,生物酶是由各種氨基酸組成的分子量較大的蛋白質,在較少用量和緩和條件下就具有較高的去雜效率,能促進纖維雜質的分解,且本身生物降解性也較好。在整個生物前處理過程中,酶作為去雜的反應催化劑可循環利用。前處理加工中,生物酶與紡織品的作用機理和過程如下:酶與底物作用形成酶和底物的復合物生化反應形成酶和底物分解物。
1.棉織物生物酶前處理
1.1酶退漿
酶退漿是應用生物酶催化水解織物上的漿料,目前主要以淀粉酶退漿為主。通過淀粉酶選擇性反應使織物上淀粉大分子發生分解,達到既完全破壞淀粉,又不損傷纖維素。應用于棉織物退漿的淀粉酶主要有a淀粉酶、b淀粉酶等,一般使用溫度為50~70℃,pH值6~7。近來用于退漿的淀粉酶主要向寬溫幅、高效率方向發展,如諾維信公司淀粉酶L2000,既可在室溫下堆置退漿,也可以在90!高溫條件下應用。在高溫條件下,由于纖維的溶脹度增加,在去除淀粉漿的同時,還能促進混合漿中PVA等化學漿的去除。
以純棉府綢19.4/19.4(40x40)524/283(133x72)為例,汽蒸方式淀粉酶退漿的參考工藝為:L20001.5g/L,滲透劑F2g/L,pH6.5,軋余率50%,汽蒸溫度90℃,汽蒸時間20~40min。
棉織物常用的漿料除淀粉漿外,常用的還有聚乙烯醇(PVA)漿。PVA為水溶性高分子聚合物,它具有較好的黏附性和成膜性,廣泛應用于坯布經紗的上漿,主要通過堿退漿和熱水水洗去除。對于含淀粉PVA混合漿的織物,若PVA含量較低,可在淀粉酶退漿后,通過水洗去除;但若混合漿中PVA含量較高或均為PVA漿,則必須采用其他方法。由于PVA生物降解性差,對環境污染大,因此,開發和應用能分解PVA的生物酶,對棉織物酶退漿有著重要意義。近年來
2麻纖維生物酶脫膠
傳統麻纖維原莖半脫膠的方法主要采用溫水浸漬法,也稱∃漚麻%,通過將麻原莖裝入漚麻池,加水后利用麻莖和水中微生物的自然發酵作用,產生果膠酶等酶類,使亞麻原莖中的果膠質和半纖維素雜質部分分解。該方法的缺點在于生產周期長,工藝條件不穩定,麻纖維質量波動大。為穩定麻纖維的質量,提高生產效率,可添加果膠酶等
3真絲綢蛋白酶精練
傳統真絲綢精練采用皂堿法或快速精練法,由于脫膠過程中溫度和練浴pH值都過高,精練過程不易控制,易造成綢面“灰傷”、“皺印”等練疵,尤其在染深色的品種時其弊端表現尤為明顯,嚴重影響了織物的外觀質量。傳統的真絲綢精練方法還具有能耗大,排放的練液COD值高,污染嚴重的缺點。采用生物酶進行真絲的脫膠加工,不但脫膠均勻,絲素損傷很小,綢面光澤好,手感優良,而且酶練過程中低溫低堿,克服了傳統的精練方法對真絲綢產生的不良影響,減少甚至避免了練疵。
應用于真絲綢酶練的蛋白酶有酸性、中性和堿性蛋白酶,國內以中性蛋白酶和堿性蛋白酶為主,國外還有酸性蛋白酶。以往采用的蛋白酶活力低,精練時需經過預處理、酶練、復練等過程,工藝復雜,時間長,生產效率低。近年來,隨著生物技術不斷發展,不少高效蛋白酶在真絲綢的酶練中得到應用,如中性蛋白酶有木瓜酶(南寧悅豐生物),堿性蛋白酶有2709(海寧金潮實業)、Mu823(上海大祥化工)、CAP(德清生物化學)和Alcalase(諾維信公司)等。堿性蛋白酶由于在低溫弱堿性條件下脫膠,有利于絲膠膨化,對酶脫膠有促進作用,使精練效率提高。根據不同酶制劑的特點,可選用一浴法酶練,也有結合純堿高溫預處理,再進行酶練的二浴法。以真絲針織綢(90g/m2)為例,采用堿性復合蛋白酶SY蛋白酶進行
4羊毛生物洗毛與植物性雜質的去除
4.1生物洗毛
常規的洗毛工藝難達到較高的白度,必須通過氧化或還原漂白來實現,但漂白易造成纖維的損傷。通過對影響洗凈毛白度的影響因素的分析,發現原毛表面除含有羊毛脂、羊汗、草屑等污染物外,還存在一種由細胞碎片和軟角質蛋白原生質構成的蛋白質污染物。這種蛋白質污染物與纖維間存在較強的氫鍵結合力,在洗毛中難以去除,其包裹的細小雜質由于洗滌不凈,最終影響洗凈毛的白度。
采用具有較高活性和高度專一性的生物酶,分解去除羊毛表面里層的蛋白質污染物,能有效提高洗凈毛的白度。以合成洗滌劑+蛋白酶五槽洗毛為例,前兩槽添加滲透劑和合成洗滌劑,洗除羊毛脂、羊汗等大部分雜質;第三槽添加2709堿性蛋白酶進行生物洗毛,去除蛋白質污染物;后兩槽以溫水進行漂洗。試驗表明,洗凈毛的白度有了較大的提高。
以合成洗滌劑+2709蛋白酶二步法洗毛為例,第三槽生物酶洗的參考工藝為:2709蛋白酶0.2g/L,pH10,浴比1：150,溫度55℃,時間10~15min。
采用蛋白酶進行生物洗毛時,必須合理控制好蛋白酶濃度及洗毛時間,否則會造成毛纖維強力下降。這是因為蛋白酶在去除羊毛表面的污染物時,若酶制劑濃度過高或處理時間過長,蛋白酶還會作用于毛纖維,使羊毛表面結構破壞,大分子肽鏈被降解,引起纖維損傷,強力下降。
4.2植物性雜質的生物去除
生物方法去除植物性雜質主要采用纖維素酶,在低溫條件下進行羊毛浸漬處理。通過纖維素酶使羊毛中植物纖維發生降解,與毛纖維的粘著力下降,植物性雜質的物理性能隨之改變,強力和聚合度下降,最終形成短小的纖維素碎片,從原毛中分離出來。由于纖維素酶的專一性較強,只作用于植物性雜質,對毛纖維不發生反應,且處理溫度低,因此不會
5紡織品生物技術前處理存在問題
(1)酶制劑的成本較高。以棉織物煮練為例,傳統堿煮練以燒堿為主練劑,價格較低廉,而果膠酶或其他復合煮練酶價格較高,不同程度地限制了酶法前處理工藝的推廣。當然,在分析紡織品加工成本時,也應考慮到生物酶前處理在水、電、汽消耗和廢水處理費用方面的優勢,綜合評價生物方法加工的經濟效益。
(2)酶制劑的活性穩定性。不少酶制劑在室溫條件下,能存放較長時間,但也有些酶制劑在高溫高濕的車間條件下,活性隨存放時間變化較大。因此,如何提高前處理酶制劑的活性穩定性,也是生物工程需要進一步研究的問題。
(3)生產條件的限制。以棉織物前處理為例,生物酶反應條件緩和,采用浸漬方式(如繩狀或溢流染色機)加工,能獲得更好的處理效果。而現有棉織物前處理加工的設備多為連續軋蒸式,車速較快。因此,要完全實現酶法的連續化前處理加工,還需對現有設備作適當改進,如可在軋蒸前增加浸漬槽,延長酶液浸漬時間,增加處理效果等。
(4)酶法前處理加工中仍需其他助練劑。由于生物酶的專一性較強,使得其在處理過程中只能分解特定結構的底物。天然纖維上非纖維組分的雜質種類較多,僅使用酶制劑處理,雜質并不能全部去除。以真絲綢酶精練為例,若僅使用蛋白酶而不添加其他助劑,雖然脫膠率較高,綢面手感也很柔軟,但織物潤濕性極差,烘干后毛效幾乎為0,其原因在于蛋白酶僅能去除絲膠,對絲素外層疏水性蠟質去除效果較小。因此,單純靠生物酶并不能獲得滿意的處理效果。
(5)新型高效復合酶制劑有待進一步開發。目前,應用于紡織
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