纖維素酶處理方式對(duì)棉織物染色性能影響分析
生意社1月7日訊
1、前言
棉織物由于具有良好的舒適性,在紡織品中占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì);而酶處理?xiàng)l件緩和,對(duì)人體無(wú)害,不會(huì)引起環(huán)境污染,處理后織物手感柔軟,能夠提高織物的附加值,因而棉織物的生物酶處理越來(lái)越受到人們的關(guān)注。本文主要討論纖維素酶處理方式對(duì)棉織物染色性能的影響。
2、纖維素酶對(duì)棉織物的作用原理
纖維素酶對(duì)棉織物的處理主要是利用對(duì)纖維素的減量處理,其實(shí)質(zhì)是纖維素水解。在纖維素酶的催化水解作用下,纖維素大分子鏈β1,4苷鍵斷裂,產(chǎn)生較小的分子鏈,當(dāng)聚合度降到一定程度時(shí),便易溶于水中,促使纖維減量。水解作用充分,則減量多,纖維的損傷程度也越大。
纖維素酶水解有兩種方式:一種是從纖維素大分子鏈的一端開(kāi)始水解(即外切型斷裂);另一種是從纖維素大分子鏈的中間斷裂(即內(nèi)切型斷裂)。隨著水解的不斷進(jìn)行,纖維素分子的聚合度逐漸下降。水解獲得的小分子化合物被水洗除去,織物獲得減量效果。
隨著棉纖維表面纖維素的水解,纖維素酶逐漸向內(nèi)部滲透,部分地改變了分子的組織排列結(jié)構(gòu),使纖維無(wú)定形區(qū)增加,結(jié)晶度下降,剛度降低和細(xì)度增加。與此同時(shí),較硬的表層分子水解后,纖維直徑變小,在織物交織點(diǎn)的經(jīng)緯紗之間產(chǎn)生相對(duì)滑移時(shí),受到的摩擦力變小、剛度減弱,織物手感變得柔軟,服用性能得到改善。
3、試驗(yàn).
3.1、試驗(yàn)材料
20×20108×58純棉絲光紗卡織物。
3.2試驗(yàn)藥品
纖維素酶DE106、洗衣粉、直接大紅4BS、活性紫KN2R(以上均為工業(yè)品);醋酸、醋酸鈉、純堿、食鹽以上均為分析純)。
3.3試驗(yàn)設(shè)備及測(cè)試儀器
PHS25型酸度計(jì)、HHS恒溫水浴鍋、CS101型電熱鼓風(fēng)干燥箱、ASD24常溫小樣機(jī)、Y571B染色摩擦牢度儀、電腦測(cè)色配色儀DatacolorDF100、721型分光光度計(jì)。
3.4性能測(cè)定減量率、
將酶處理前后的2塊試樣放入恒溫箱中,于105℃烘至恒重,放置干燥皿中冷卻,分別稱(chēng)重并計(jì)算其減量率:
色差、在測(cè)色配色儀DatacolorDF 100上測(cè)定。
摩擦牢度、在Y571B型染色摩擦牢度儀上按GB/T3920 97標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定。
上染率、用721型分光光度計(jì)測(cè)定染后殘液的吸收波長(zhǎng),從標(biāo)準(zhǔn)曲線上找出各染液的相對(duì)百分濃度(C%)。
上染百分率(%)=100-C
固色率(%)=100-X
X(%)=AbVb/AaVa×100
式中:X———染色殘液的染料量,以占總量的百分率;
Va———空白染浴沖稀后的體積;
Aa———空白染浴沖稀后的吸光度;
Vb———染色浴沖稀后的體積;
Ab———染色浴沖稀后的吸光度。
3.5、處理工藝
酶處理工藝流程、酶處理(時(shí)間45min,浴比1∶20)→酶失活處理(用2g/L碳酸鈉調(diào)節(jié)整理液pH值至8.5~9.0,恒溫處理30min)→水洗→烘干
直接染料染色工藝流程、染色[大紅4BS(owf)x%,食鹽4g/L,浴比1∶50]→固色(固色劑Y1mL/L,溫度70℃,時(shí)間20min,浴比1∶50)→水洗→皂洗(洗衣粉5g/L,92℃×5min)→水洗→烘干
工藝曲線
活性染料染色工藝流程(一浴二步法)、布樣→染色(60℃×15min→加1/2NaCl,15min→加1/2NaCl,15min)→固色(Na2CO315g/L,浴比1∶20,時(shí)間30min)→皂洗(92℃×5min)→水洗→烘干
4、結(jié)果與討論
4.1、酶處理工藝優(yōu)化
溫度、pH值、酶用量是影響酶活力的主要因素。
4.1.1、酶用量
從表1可知,隨酶用量增加,減量率增大。浴比一定時(shí),酶用量越大,纖維素酶濃度越高;在相同時(shí)間下,纖維素酶水解的纖維素越多,減量越大,織物強(qiáng)力下降越大。若減量過(guò)小,雖然強(qiáng)力下降不大,但整理效果不理想??紤]到織物的強(qiáng)力,應(yīng)盡量避免纖維素酶過(guò)量。酶用量選擇2%(owf)較適宜。
4.1.2、pH值
pH值主要影響酶分子活力中心上相關(guān)基團(tuán)的解離,從而影響酶與底物的結(jié)合。適宜的pH值能給酶劑提供發(fā)揮最佳活力的環(huán)境,平衡其在反應(yīng)過(guò)程中的酸堿度,從而最大限度地發(fā)揮酶劑的作用。
從表2可看出,pH值4.5時(shí),織物的減量率最高,但在酸性條件下棉織物的損傷比較大。因此,選擇pH值為5.5較適宜。
4.1.3、溫度
從表3可以看出,在一定溫度范圍內(nèi),隨著溫度升高,棉纖維的減量率也隨之增大。溫度對(duì)酶活力影響較大,溫度升高,活化分子數(shù)增加,有利于催化反應(yīng),但溫度太高,酶蛋白會(huì)逐漸變性失活。考慮到酶活力及酶在處理過(guò)程中的熱穩(wěn)定性,反應(yīng)溫度以60℃為宜。
通過(guò)以上分析可得出,棉織物較適宜的酶處理工藝為:pH值5.5、酶用量2%(owf)、溫度60℃、時(shí)間45min、浴比1∶20。
4.2、酶處理對(duì)染色性能的影響
4.2.1、先酶處理后染色
表4、5中的ΔE提供總的色差數(shù)據(jù),結(jié)合L(亮 暗)、A(紅 綠)和B(黃 藍(lán))值的變化,即Δa值為正偏紅、負(fù)偏綠;Δb值為正偏黃、負(fù)偏藍(lán)。棉織物經(jīng)酶處理后染色,隨染料濃度增加,K/S值增大,但上染率或固色率減小。直接染料染色的棉織物,當(dāng)染料濃度為0.5%時(shí),上染率最大;濃度為 1.5%時(shí),鮮艷度值和色差值最大。活性染料染色棉織物,染料濃度為1.5%時(shí),固色率最大,色差值最小。染料濃度變化對(duì)染色牢度的影響不大,但濃度過(guò)高時(shí),濕摩擦牢度偏低。
造成這些現(xiàn)象的原因是纖維素酶處理對(duì)纖維素纖維染色性能的影響,主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:
(1)纖維素分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。酶處理主要是切斷纖維素分子鏈,每次反應(yīng)只在一端分子鏈上增加一個(gè)還原性潛在醛基,其他基團(tuán)變化不大。
(2)纖維素纖維超分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化后,引起染色性能的變化。纖維素酶首先在無(wú)定形區(qū)發(fā)生催化水解作用對(duì)結(jié)晶區(qū)也可從表面開(kāi)始反應(yīng),一些酶還可以使結(jié)晶區(qū)不斷形成微隙,逐步深入進(jìn)行催化水解。隨酶用量的增加這種作用不斷加強(qiáng),分子鏈段水解后被去除,無(wú)定形區(qū)減小,染料可及度降低,引起染料的吸附量減少。
4.2.2、先染色后酶處理
從表6、7可看出,棉織物染色后經(jīng)酶處理,隨著染料濃度增加,K/S值增大,上染率下降,固色率呈無(wú)規(guī)則變化。直接染料濃度為0.5%時(shí),上染率最大;濃度為1.5%時(shí),色差值最小,而鮮艷度最大。活性染料濃度為1.5%時(shí),固色率最大,色差值最小;濃度為3%時(shí),鮮艷度最大。
比較表4~7可看出,在相同酶處理?xiàng)l件及染色條件下,先酶處理后染色,棉織物的K/S值及上染率或固色率比染色后酶處理大,酶處理的先后對(duì)染色牢度的影響不大。先用直接染料染色后酶處理的棉織物鮮艷度比先酶處理后染色的稍大;而用活性染料染色的鮮艷度和色差值正好相反。其原因是棉織物染色后經(jīng)酶處理,纖維上的染料對(duì)纖維素酶的作用有明顯的抑制作用,不同的染料,抑制程度不同。直接染料和活性染料均是陰離子染料,由于離子染料的吸附作用,在棉基質(zhì)上形成電荷,有可能改變酶的催化性能或?qū)γ傅幕钚耘c結(jié)合部位進(jìn)行覆蓋,從而影響酶的催化效率[11]。
5、結(jié)論
5.1、上染于棉的染料能夠抑制纖維素酶的水解作用,染料類(lèi)型不同,抑制程度不同。
5.2、先酶處理后染色,棉織物K/S值、上染率、固色率高于先染色后酶處理。
5.3、酶處理與染色的先后順序?qū)θ旧味鹊挠绊懖淮?但染料濃度高時(shí),濕摩擦牢度偏低。