羊毛蛋白酶防毡缩处理的研究

中国纺织大学纺化系 孙铠

浙江丝绸工学院纤维分院 周文龙

【摘要】本文介绍了以蛋白酶一步法及以双氧水蛋白酶处理羊毛织物以防毡缩的研究工作，认为以蛋白酶SZ进行Perzym工艺可得到效果独特的结果。既改善了防毡缩性能和亲水性能，机械性能损失又在可接受范围之内，而其他酶则无此功能。

【关键词】 羊毛 防毡缩 蛋白酶 Perzym工艺

0．前言

? 长期以来，氯化—树脂法进行羊毛织物防毡缩处理已得到成功广泛的应用。但由于该工艺的处理废液中含有大量对环境有危害作用的有机氯化物(AOX)，该工艺从环境保护的角度看迟早要被淘汰，因而，对新型羊毛防毡缩处理工艺的研究已经成为世界范围的研究热点。用生化的方法对羊毛进行防毡缩整理已被认为是最有可能替代氯代法的羊毛防毡缩处理的手段之一，然而，目前仍然未有理想的、可替代氯化法的羊毛蛋白酶防毡缩处理工艺开发成功的报道。从研究报道看［１～３］用蛋白酶对羊毛直接处理，羊毛(织物)虽然能获得一定的防毡缩效果，但和机可洗的目标相差甚远；在用氧化剂或还原剂，进行预处理然后用蛋白酶处理的情况下，羊毛织物仍然很难达到机可洗的水平。因而在选择经济有效的羊毛蛋白酶防毡缩处理工艺方面仍然有大量的工作要做。本文对羊毛经双氧水预处理然后用蛋白酶处理的工艺进行了研究，并发现了对羊毛织物具有非常独特的防毡缩处理效果的蛋白酶制剂SZ。

1．实验材料与测试方法

?1。1 酶制剂

表1 酶制剂及性能一览表

1.2 羊毛材料

?32s/2羊毛纱(纤维直径23.3μm)及由此织成的1×1的罗纹织物。

1.3 双氧水预处理

?配方：

Na２SiO3·9H2O 0.7%

?Na２CO3 0.2%

?H2O2(＞30%) x%

?浴比 25︰1

?温度 50℃，时间 4

?处理后的样品用蒸馏水洗净晾干备用。

1.4 羊毛蛋白酶处理

?表2 羊毛蛋白酶处理条件

1.5 羊毛减量率的测定

?羊毛减量率由下式计算：

?Ψ减=(Ｗ０-Ｗ１)／Ｗ０×１００％ （１）

?式中：Ｗ０——羊毛处理前的干重

?Ｗ１——羊毛处理后的干重〖ZK〗〗

?Ｗ１的测定用烘干称重法进行。羊毛化学处理完毕后，在清水中漂洗干净，然后将处理后的羊毛在No101—1型烘箱105±3℃的温度下烘至恒重，最后用AEU—210电子天平称得羊毛的干重即为Ｗ１。

?Ｗ0的测定则不能用烘干称重法进行，因为，羊毛在105℃温度下长时间焙烘，会使羊毛蛋白有变性的可能，从而影响到羊毛的化学处理特别是酶处理的性能。在本文的实验中，为了获得羊毛处理前的干重(Ｗ0)，首先要测定处理前羊毛的

?Ｗ0=Ｗm·1/(1＋r/100) (2)

?式中：Ｗm——羊毛的潮重

? r——回潮率(%)?

1.6 羊毛织物洗缩方法的确定

?由于实验室中不具备国际羊毛局规定的机可洗设备，因而本文中的洗缩试验在Xps50-505s洗衣机(上海水仙电器有限公司)上进行，为了使本文中的洗缩数据和国际羊毛局的测试结果具有可比性，根据本课题组长期以来对羊毛针织物防毡缩研究的经验，确定洗缩条件如下：洗液温度40℃(初始)，洗衣粉0.5g/l，加水40升，控制浴比40︰1(若洗缩样品不到1Kg，则加入适量的尺寸为40×40cm的机织物，使洗缩织物的重量达到规定的要求)，采用中档洗缩，洗缩时间为180分钟。洗缩后清水洗两次，然后脱水烘干，将洗缩后的织物尺寸，按下式计算面积收缩率：

?面积收缩率(%)=(1-洗后织物面积/洗前织物面积)×100 (3)?

1.7 羊毛纱机械性能的测定

?羊毛首先在温度20±3℃，湿度65±5%的大气环境下平衡24小时，然后在该大气条件下进行测试。测试仪器为YG021A-1单纱强力机，试样夹距25cm，拉伸速度300mm/min。每个试样共测定50个数据。

1.8 用Wihemy法测定羊毛与水之间的液-固接触角

?当液滴在固体平面上处于平衡时，在固-液-汽交界处表面张力的关系可以由杨氏方程给出，即：

?γLVCOSθ=γＳＶ-γＳＬ (4)

?在此，γ表示界面张力，θ为接触角，下标S，L，V分别表示固体、液体和汽体，γLVCOSθ可以定义为表面比润湿力W。但若直接测定液体在固体表面的润湿角将会受到表面的平整度的影响，可靠性很有限，通常采用间接法，这就是著名的Wilhelmy法

?FＷ＝γLVＰＣＯＳθ-Ｆb (5)

?式中，γLV——液体的表面张力，

? P——固体和液体接触的周长，

? θ——接触角，

? Fb——液体给予固体的浮力。

?

?当固体插入液体尺寸很小时，Fb可以忽略，则：

? θ=COS-１（FＷ/γＬＶ·P） (6)

FＷ≈W·P (7)

?由于纤维很细，浮力的影响可以忽略不计，因而，羊毛和水之间的液-固接触角可以用式(6)进行计算。

1.9 羊毛上染速率曲线的测定

?染料的浓度用72式分光光度计进行测定，染色配方：

?普拉艳红10B 1%(owf)

?元明粉 10%(owf)

?pH(HAC调节) 5-6

?浴比 50︰1

?染色温度 X

2. 结果与讨论?

2.1 蛋白酶直接处理对羊毛防毡缩性能的影响

?在酶处理以前，将羊毛用中性洗涤剂清洗直至羊毛附着液pH=6-7

表3 蛋白酶处理一步法防毡缩情况

从表3的结果看，酶处理一步法虽然能使羊毛针织物获得一定的防毡缩性能，但和机可洗的要求相差甚远。从减量的角度看，M酶处理后，织物的减量率已达6.9%，但防毡缩效果仍然不理想，延长M酶处理时间，羊毛针织物的防毡缩性能未见改善(表4)。可见，酶处理一步法即使羊毛针织物达到很大的减量率，其防毡缩效果仍然不理想。

表4 M酶一步法处理，时间和毡缩率的关系

2.2 Perzym(双氧水预处理然后蛋白酶)工艺处理后的防毡缩效果

?从表5的实验结果看，采用Perzym工艺处理，羊毛针织物都能获得不同程度的防缩效果，但差异很大，大部分酶均不能达到机可洗的要求。在本文选用的酶制剂中仅SZ酶在本文的洗缩条件下具有较小的毡缩率(实际上是面积有所增加)，SZ酶处理织物洗缩面积增加可能存在两方面的原因：a?由于毛片获得了一定的减量率(7.1%)，毛纱(纤维)变细，织物结构变松，在洗涤时由于机械力的作用而被拉长。b?在本实验的条件下，纤维的机械性能，特别是弹性有所损伤。然而，从表5的结果看，SZ酶采用Perzym工艺，其防毡缩效果是可以肯定的。

?从表中的数据还可以看出，酶减量率和防毡缩效果从实验的结果看并没有明显的对应关系，减量大，防毡缩效果并不一定理想，这和有关的报道一致［１～３］。如M酶，它对羊毛减量作用非常大，但防毡缩效果却并不理想，而且通常强力损伤比较大，在M酶处理30min、45min情况下，减量率分别达12.1%和19.1%，但织物由于强力损伤大，在洗缩1小时后，织物破损严重，已没有使用价值。

表5 双氧水预处理随后酶处理(Perzym process)羊毛针织物的防毡缩效果

注：a酶处理时间为20min

?既然用蛋白酶SZ处理，羊毛获得了独特的防毡缩效果，因而，下面将主要对SZ蛋白酶Perzym工艺处理羊毛的性能进行探讨。

2.3 羊毛用SZ蛋白酶(Perzym工艺)处理后的机械性能、防毡缩性能和减量性能

从图3可以看出，蛋白酶处理30-45分钟、减量率约在5-9%。从图4看出，羊毛织物获得预期的防毡缩效果时，在此处理条件下，羊毛的强度损失小于10%。虽然断裂伸长的损失略高于一些，但从总体上

2.4 双氧水预处理对羊毛表面亲水性能的影响

?在羊毛表面有一层厚约5nm的类脂层［５］，当羊毛表面的类脂层完整时羊毛将表现出疏水的性能，而当羊毛表面的类脂层被去除或不完整，羊毛表面的蛋白层外露，羊毛将表现出亲水性或亲水性有明显的提高。从图5的结果可以看出，随着双氧水处理的进行，羊毛表面和水的接触角将明显减小，这说明该处理使羊毛表面的类脂减少了。这样，如果蛋白酶对羊毛表层蛋白有减量能力的话，氧化预处理将使蛋白酶有可能攻击羊毛的表面蛋白而使羊毛获得有效的减量，达到理想的防毡缩效果。

2.5 蛋白酶处理采用Perzym工艺处理对羊毛表面亲水性能的影响

表6 Perzym工艺处理对羊毛表面亲水性能的影响

表6显示Peyzym工艺处理后羊毛表面亲水性能的变化。从表中可以看出，虽然W、1398和M蛋白酶都能使羊毛获得很大的减量率，但羊毛表面的亲水性却没有明显的改善。然而，蛋白酶SZ处理却使羊毛表面的亲水性大大改善，接触角从61.6°下降到36.4°。 意味着羊毛表面的类脂层已经被蛋白酶SZ去除或部分去除。既然类脂不是蛋白酶的理想底物，因而，类脂很可能是因为蛋白酶SZ在催化水解羊毛表面蛋白使羊毛获得减量的同时，类脂也随之被去除了，也就是说蛋白酶SZ具有对羊毛表面蛋白有催化水解的功能。由于其它蛋白酶没有这个独特的性能，因而，可以肯定这些蛋白酶没有对羊毛表面蛋白的水解性能。

2.6 SZ酶Peyzym工艺处理对羊毛染色性能的影响

[注：1.原毛60℃染色；2.原毛95℃染色；3.SZ酶处理40℃染色；4.SZ酶处理50℃染色；5.SZ酶处理60℃染色；6.SZ酶处理80℃染色；7.SZ酶处理95℃染色。]

从图6可以看出，羊毛经SZ蛋白酶Perxym工艺处理后，上染性能有了明显的改善。和原毛染色上染速率曲线相比，在同等的染色温度下，上染速率明显提高，平衡上染率也有所提高。将图中的几条上染速率曲线进行比较可以发现，SZ酶处理的羊毛在40℃时的上染速率和原毛60℃时的上染速率曲线相近，而<

3.结论

?直接用蛋白酶处理，羊毛获得的防毡缩效果非常有限。在双氧水预处理的情况下，绝大数蛋白酶仍然不能使羊毛获得理想的防毡缩效果。本文在研究中获得了一种在双氧水预处理然后蛋白酶处理使羊毛获得理想防毡缩效果的酶制剂SZ，性能非常独特。双氧水预处理可使羊毛表面的类脂部分去除，从而使羊毛表面蛋白外露，为蛋白酶SZ攻击羊毛表面蛋白提供了可能。由于蛋白酶SZ具有对羊毛表面的催化水解性能(研究表明其它蛋白酶不具有此性能)，因而在双氧水预处理的情况下可以使羊毛获得有效的减量，防毡缩性能良好。用SZ蛋白酶Perzym工艺处理后，羊毛的机械性能损失可以接受并可获得良好的低〖LL〗温染色性能，因而，蛋白酶SZ是一只非常有应用前景的羊毛生化处理剂。

参考文献

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?［

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