环境友好的棉布前处理新工艺——酶闭环体系简述

杨栋樑 王焕祥

一、前言

棉布的前处理对染整化学加工来说，犹如基本建设开工前的对土地进行三通一平工作类似。棉布的前处理主要是由退浆、煮练和漂白三个化学处理组成。虽然，棉布前处理中通常还有丝光加工，这是为了进一步提高产品质量(光泽、上

染率和缩水率)而进行的。退浆是去除织物经纱上的浆料(主要淀粉等)；煮练是去除棉纤维上一些妨碍染液等渗透的非纤维素共生物(如油脂、蜡质、果胶质和半纤维素等)；漂白是破坏棉纤维上的一些有色化合物。以上一些化学加工都必需在高温碱性以及含氧化剂(如双氧水)的溶液中处理较长的时间，之后要用大量清水洗净棉布上的碱质，同时很难防止在处理过程中棉纤维不受到化学性损伤，尤其在漂白时如有金属离子存在的情况。

生物技术在二十世纪50年代就进入染整化学加工领域。生物酶退浆替代传统的碱或酸退浆，条件温和，质量稳定，酶退桨已广泛被工厂采用，为生物技术在染整行业的应用开了一个好头。生物酶煮练的推广应用也将近10年了，只是个别工厂在一些特定棉布品种上开始应用。文献已有报导生物酶可用于木纸浆漂白和污水处理中的脱色。同时发现美国Auburn大学以G.Buschle-Diller为首的课题组，在研究对环境友好化合物过程中，提出一个新设想，介绍一个闭环体系

作为环境友好的前处理新工艺。其基本原理是将酶退浆和酶煮练残液中的葡萄糖与葡萄糖氧化酶作用生成的双氧水进行漂白。酶处理不仅节能省水，又可减轻废水中的污染程度，此课题内容切合当今潮流的要求，其进展如何?前景怎样?不

是值得业界同仁们关注的吗?今简介于后，以飨同好。

二、退浆、煮练和漂白用酶的筛选

1、退浆酶

应用淀粉酶使棉布上的淀粉等浆料水解成低分子量糖类，直至葡萄糖，再将其用水洗清的工艺早就应用了。为建立闭环体系，供尔后能与葡萄糖氧化酶作用产生双氧水漂白，应选用淀粉葡萄糖酶(

2、煮练酶

煮练是设法除去纤维素之外一些共生物，其数量视棉花品质而异，且集中分布于棉纤维的表层和初生层中，包括油脂、蜡质、果胶质和矿物质等，使棉纤维成为真正的亲水性材料，以便染色或印花等后续加工能顺利地进行。曾选用果胶酶、纤维素酶，木聚糖酶，脂肪酶等分别及联合进行试验，结果如表1所示：

表1 酶煮练的失重与相对吸水性

注：·以传统煮练漂白棉布为对比样。酶煮练系在耐洗牢度仪上，50"C处理1小时，转速为42rpm，并加5粒钢珠／克织物。

表1表明：果胶酶单独

子显微镜扫描观察，棉纤维表面有特殊的裂纹和剥蚀现象；与木聚糖酶混用后试样的吸水性优于纤维素酶，且强力损失也较小；当所有的酶都一起混用时，试样的失重最大，吸水性接近对比样，意义不大。

现已查明，原棉中的蛋白质对棉纤维的性能影响极小，毋需选专用酶进行处理，因此，可根据棉花品质，选用以果胶酶为主的复合酶作为煮练酶。

众所周知，传统的煮练和漂白，容易损伤棉纤维(纤维素的聚合度下降)，尤其是双氧水漂白时的游离基会切断纤维素的分子链，生物酶煮练就无这种缺点，其试样的聚合度测定结果如表2所示

表2 几种试样的聚合度

注：实验室的试样，是由’Fe

由表2、3知，生物煮练的优越性是显而易见的。

3、漂白酶

用于漂白的酶制剂，尚处于开发阶段，曾研究过有三种途径：一是漆酶，它已成功地用于木质纸浆的漂白，需要有合适的传递介质化合物与它配套应用，因它是非专一性的酶，需由传递介质能传递电子才能起作用。目前使用的传递介质

如N-羟基苯三唑(N-hydroxybenzotriazole,HBT)及紫尿酸(Violuric acid)，其效率和毒性方面尚存在问题。二是，过氧化物酶，它通常是促进各种氧化剂的活化，例如过氧化氢酶用于除去织物上的过氧化氢(双氧水)的分解，迄今未见于漂白方面的报导。三是葡萄糖氧化酶是最有希望的，它对B.D.葡萄糖有很强的专一性，能使葡萄糖在有氧气参与的情况下，催化生成过氧化氢(H202)和葡萄糖酸内酯(Gluconolactone)，其简单的催化反应如下:

但是，如葡萄糖的C1处被取代，则葡萄糖氧化酶的活性会明显下降，或完全停止。

上述催化反应，由二个部分组成，第一部先生成葡萄糖酸内酯，第二部是被还原的葡萄糖氧化酶，它与氧气作用生成双氧水，而葡萄糖酸内酯则会水介生成葡萄糖酸，它对金属离子有很强的螯合能力，因此，毋需另加双氧水的稳定剂了。

根据以前试验结果，为使棉布漂白达到半制品白度要求，双氧水的浓度在500-600mg／L时即可。而不同量的葡萄糖氧化酶能产生的双氧水量的关系如图1所示：

图1表明，葡萄糖氧化酶能产生足够的双氧水浓度，同时，如处理浴中有布存在时，有利于双氧水的生成，达

图2表明，酶漂白织物的白度与葡萄糖氧化酶剂量和PH的关系，由以前试验可知，双氧水浓度随施加剂量提高而提高，PHl0比PH7的漂白效果好。然而，葡萄糖氧化酶达一定剂量，白度会到达某一水平后就没有相关性了，疑似由葡萄糖酸内酯增加而导致生成过量的葡萄糖酸的稳定作用所致。

三、酶前处的闭环体系

在上述试验的基础上，将酶退浆、煮练和漂白三个工序组合起来，建立一个酶前处理闭环体系，并将其废液经处理后回用，从而实现用水少、排污量低和降低能耗的新工艺，其流程示意如图3所示

为了建立闭环处理体系，工作步骤如下：

1、对退浆煮练和漂白三个酶处理工序，先分别进行工艺条件的最优化选择，并均能达到半制品质量要求，再对退浆和煮练废液中葡萄糖含量进行测定。

2、为了联合处理，所选用的酶其应用最优化温度和PH需兼容：此外，其处理残液中仍呈活性状态酶的影响，以及除葡萄糖外的水介产物，对联合处理是 否有抑制作用，必须进行评估。

3、必须保证产生足够的双氧水浓度(500--600mg／L)，才能获得合格白度，葡萄糖的含量以及葡萄氧化酯的剂量要仔细的合理平衡。实验发现，在体系内超量提高双氧水浓度，不会进一步提高织物的白度水平，可能是由于反应中同时产生的葡萄

4、退浆和煮练后的处理液污染很严重，须经过滤和／或离心分离等净化处理后再回用。一则可减轻污染物再沉积到织物上去，其次，可减少由酶生成的双氧水部分消耗于处理液的色素。

5、酶漂白在PH值7时织物白度指数为62-64，经碱液沸煮后白度指数可提高到73，这与传统煮练漂白的白度指数72相当。而且经联合的闭环处理后，织物的机械强度良好，纤维素损伤甚少，吸水性为3-4秒，试样失重约为10-10.6％。

6、关于死棉和棉籽壳问题。在传统煮练漂白后，棉子壳可以全部去除，但死棉仍无法介决。在酶前处理中，漆酶和机械力有助于去除棉籽壳或在很大程度减轻，死棉仍是一个挑战性的问题。

7、酶闭环一浴法处理的棉布的手感，与传统退浆煮练漂白棉布比较，经风格仪(KES-FS)测定，按夏令衬衫料(KNl01-S)公式计算其基本手感值，如表3所示

表3 前处理工艺与半制品手感关系

注：10(强) 1(弱) 表3数据表明，闭环体系试样的手感与传统煮练漂白试样手感没有明显的区别。

四、结语

1、新建立的酶闭环体系前处理新工艺，不仅具有节能省水和减排等优点，又能降低废水的污染程度，如其中分解物葡萄糖转化漂白原料予以利用，在染整加工技术理论上有学术和经济两方面的意义。酶闭环体系的核心是葡萄糖与葡萄糖氧化酶之间，在有氧气存在下的催化反应，生成双氧水及水解的葡萄糖酸要合理平衡。同时

2、酶的闭环体系只适用于以淀粉为主上浆的棉及其混纺织物的前处理，目前只是完成了实验室阶段的工艺技术的开发，肯定还有大量研究工作要做才能推向规模化的应用。其次，葡萄糖氧化酶只有医药检验血糖用的制剂供应，其价格在染整行业来说是无法接受的，今后扩大生产后的价格如何?可能也将是它的一道成本关。

五、参考文献

1、GBuschle-Diller,et．aL，Environmentally Benign Preparatory Processes-Introducing a Closed-L00p System，National Textile Center．Annual Report Nov.1999,C99-A07

2、ibid Auqust,2001

3、Q.Buschle-Diller,et.a1．，Biomimicking Of Enzymes for textile Processing，NTC．Annual Report；Nov,2003 C02-AE02(Formerly C02--A02)

4、王焕祥等葡萄糖氧化酶的棉织物漂白 全国染整新技术协作网简讯第49期(总55期)2008．6．26