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羊毛织物的酶整理新工艺研究

来源:印染在线 发布时间:2008年08月22日

羊毛织物的酶整理新工艺研究

张瑞萍蔡再生(1东华大学化学化工学院,上海 226007;2南通大学化学化工学院,江苏南通 226019) 摘要:文章探讨了不同前处理剂、蛋白酶和TG酶对羊毛织物抗毡缩性能及对纤维损伤和织物强力等的影响。结果表明:通过TG酶的作用,可以提高织物的强力,降低纤维的碱溶度,使羊毛纤维的损伤得到补救;采用氧化前处理与蛋白酶及TG酶三者结合新工艺,可以在保证纤维损伤小的前提下,提高织物的抗毡缩性。关键词:羊毛织物;蛋白酶;TG酶;防毡缩整理中图分类号:TS19229 文献标识码:A 文章编号:10031456(2007)01001004 近几年,由于环境问题日益为人们所重视,寻找合适的酶制剂代替氯化工艺已成为羊毛防毡缩研究的热点。用蛋白酶对羊毛进行减量处理,进而使羊毛织物达到防毡缩目的的研究国内外均见报道。但由于蛋白酶对羊毛处理的不均匀性,造成了羊毛纤维较大的损伤,限制了其工业化应用。本研究选用一种新型生物酶,与传统的氧化、蛋白酶处理结合共同处理羊毛织物,使蛋白质改性,达到防毡缩的同时,还可减少织物强力损失。1 实验部分11 实验材料及主要化学药品纯毛织物,释氯剂DCCA,二氯异氰尿酸钠(工业用),次氯酸钠(分析纯),双氧水30%(分析纯),水玻璃(工业品),蛋白酶(工业品),TG酶(日本)。12 前处理H2O2处理条件:温度50℃,浴比1∶20,时间60min,JFC适量;DCCA处理条件:温度25℃,浴比1∶20,时间60min,JFC适量,pH值40;NaClO处理条件:温度25℃,浴比1∶20,时间60min,JFC适量,pH值30;脱氯工艺:Na2SO33%(owf),温度30℃,浴比1∶20,时间20min,NaCO3调节pH值至8~9之间处理8min,温度45℃。1.3 酶处理根据工艺参数配置酶液,把羊毛浸入其中,在一定温度下处理一定时

间,取出烘干至恒重,测定减量率、毡缩率、白度、强力、碱溶度。14 分析及性能测试羊毛纤维损伤采用碱溶度法测定及计算,式中,G———含水率(%),W———碱处理后残留试样重(g)。毡缩率的测定及计算:皂片1gL,浴比1∶30,洗液温度30℃,洗涤时间1h,烘干,待织物吸湿平衡后按下式计算毡缩率。织物减量率的测定:将酶处理前后的试样在105℃的烘箱中烘至恒重。白度的测定:在智能式色度白度仪上按标准方法测定。织物强力的测定:在Y501型强力测试仪上按标准方法测定。2 结果与讨论21 不同前处理剂对羊毛性能的影响采用不同浓度的H2O2(35,40,45mlL)、DCCA(1%,3%,5%)、NaClO(1%,3%,5%)对羊毛织物进行处理,分析其对羊毛主要性能的影响,结果如表1所示。 由表1可知,羊毛织物经H2O2、DCCA、NaClO处理后减量率增加;H2O2处理白度有了较大提高;与洗毛织物相比,随着前处理剂用量的增加,H2O2处理织物毡缩率变化不大,DCCA、NaClO处理后织物的毡缩率下降较明显,但后2种处理也使织物的碱溶度显著增加;织物强力下降较大,说明氯化处理使羊毛纤维发生了较大损伤。如果氯化工艺条件过于激烈,不仅会破坏羊毛纤维表面的—S—S键,而且会损伤羊毛的皮质层细胞。综合减量率、毡缩性、白度与纤维损伤等性能,选择H2O2(40mlL)作为合适的前处理剂。22 蛋白酶对羊毛性能的影响采用不同浓度的蛋白酶与洗毛后的织物作用,及其与前处理相结合,探讨蛋白酶对羊毛性能的影响,其处理条件为温度50℃,浴比1∶20,时间40min,pH值85.单纯用蛋白酶处理羊毛织物,对织物的抗毡缩性能影响不大。羊毛最外面鳞片层有较多的胱氨酸,存在二硫键,所以,水解稳定性较高。通过H2O2预处理和不
同浓度的蛋白酶结合,则随着蛋白酶用量的增加,织物抗毡缩性明显提高。适当的前处理,使羊毛鳞片外角质层中的二硫键打开,使大分子的蛋白酶容易接近蛋白质分子链,发生吸附和催化反应,从而使蛋白酶通过对鳞片层的水解,提高了织物的抗毡缩性能。双氧水预处理后的蛋白酶处理对毛纤维的损伤,采用双氧水+蛋白酶整理工艺,随着蛋白酶用量的增加,织物强力下降,羊毛的碱溶度增加,这说明蛋白酶在处理羊毛时,其作用并不只发生在表皮层,鳞片层内部及角质层可能也受到了损伤,即蛋白酶处理时并不是理想的由表及里均匀水解,也存在着不均匀的纵向水解。有资料认为:蛋白酶对羊毛减量有2个模式:酶减量剥离模式和酶减量的水解模式。酶减量剥离模式是指羊毛在蛋白酶的作用下,通过蛋白酶对羊毛CMC球状蛋白的水解,使羊毛细胞(包括鳞片细胞和皮质细胞)剥离纤维主体的减量形式(物理减量),从目前研究看,动物蛋白酶和微生物蛋白酶主要采用剥离模式对羊毛进行减量的,由于羊毛的CMC对羊毛的机械性能至关重要,因而剥离模式对羊毛的机械性能损伤很大。23 TG酶对羊毛性能的影响采取不同浓度的TG酶、以及H2O2前处理+TG酶、H2O2前处理+蛋白酶+TG酶工艺,分析TG酶对羊毛织物性能的影响。TG酶处理对洗毛后织物的强力有较大提高(由4201N增加到4588N)并使其碱溶度下降(由1321%减至1170%);采用不同的前处理工艺与TG酶相结合,共同处理羊毛织物,经过双氧水前处理,再用TG酶处理,强力显著提高(由352N增至449N);碱溶度下降(由1765%减至1544%)。羊毛纤维由于前处理造成的损伤,通过TG酶的作用得到补救。TG酶能够催化肽或蛋白基团中谷氨酰胺残基的γ-酰胺基团和伯胺之间的酰基—转移反应:(1)酰基—TG反应:(2)蛋白质谷氨酰胺残基和赖氨酸残基之间的交联反应:式中:TG为TG酶,Gln为谷氨酰胺(Glu
tamine),Lys为赖氨酸(Lysine)。通过这种酰基—转移反应,利用肽链上的谷氨酰胺残基的γ-甲酰胺基为乙酰基供体,采用与蛋白质中ε-氨基团结合的赖氨酸残基,或游离氨基酸上的胺基、伯胺基等作为TG酶的受体,这样,分子间和分子内的ε-(γ-谷氨酸)赖氨酸便会出现交联反应,促使蛋白质聚合,形成蛋白质分子内和分子间的网状结构。羊毛中谷酰胺加谷氨酸的质量分数为149%,赖氨酸残基占31%,通过TG酶催化上述反应,从而使羊毛蛋白质纤维的强力增加,碱溶度下降。从以上结果可得出:TG酶对纤维的损伤有补救作用,而减量率、白度、毡缩率与单独前处理工艺效果相比变化不大,说明TG酶对织物的减量率、白度和毡缩性影响小,如图4所示。双氧水+蛋白酶处理赋予织物抗毡缩性能,TG酶可以补救抗毡缩整理带来的纤维损伤。所以,要提高羊毛织物的抗毡缩性,并且控制其强力损伤,可以采用双氧水、蛋白酶与TG酶联合处理工艺。由图4可知,按不同加入顺序进行H2O2、蛋白酶、TG酶联合处理时,TG酶+H2O2+蛋白酶整理工艺中,毡缩率小于5%,织物强力390N左右。即此复合酶处理工艺能在保护纤维强力的前提下,使羊毛织物抗毡缩性获得较大提高。这是由于在TG酶的作用下,在羊毛角蛋白分子中形成纤维内和界面的异肽键,稳定蛋白质分子,它的使用使得纤维和织物的强力增加;H2O2和蛋白酶处理,由于对鳞片层的催化水解作用,使织物抗毡缩性能提高。而TG酶的作用避免了以上2步对织物产生的强力过度下降和纤维的损伤。3 结论①随着氯化、氧化前处理剂用量的增加,织物毡缩率有所减小,纤维的碱溶度增加,织物强力急剧下降,特别是氯化还易引起纤维泛黄;双氧水前处理对纤维的损伤比氯化小,而且提高了织物的白度。 ②蛋白酶单独处理,对织物的毡缩率影响不显著,与氧化前处理结合,可以提高织物的抗毡缩性能和白度,但由于处理不均匀,也会造成纤维的较大损
伤。③TG酶单独处理,对织物的减量率、白度和抗毡缩性影响不显著,但能够明显地提高织物的强力,并使碱溶度下降。④将氧化前处理与蛋白酶及TG酶三者结合,可以在保证纤维损伤小的前提下,提高织物的抗毡缩性。参考文献:[1] LeveneR.Applyingproteasestoconferimprovedshrinkresisitancetowool[J].J.S.D.C.,1996,112:6-10.[2] JovancicP,JocicD,MolinaR.Acomparativestudyoftwowoolenzymetreatments[J].IndianJournalofFiberandTextileResearch,2002,27(4):408-416.[3] CornellHJ,RivettDE.Themodificationofthesurfacediffusionbarrierofwool[J].J.S.D.C.,1993,109:296-303.[4] SHENAIVA.Woolenzymereaction[J].TheIndianTextileJournal,2002,(8):109-113.[5] LeveneR.Woolfibersofenhancedlustreobtainedbyenzymaticdescaling[J].J.S.D.C.,1995,111:352-359.[6] 周文龙.酶在纺织中的应用[M].北京:中国纺织出版社,2002.[7] 樊增禄.前处理在羊毛针织物蛋白酶防毡缩整理中的作用[J].毛纺科技,2002,(4):25-27.[8] 金咸襄.染整工艺实验[M].北京:中国纺织出版社,1992.[9] 朱文生.微生物TG酶的开发与应用[J].食品工业,1998,30(4):30-32.


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