生物酶在紡織工業(yè)中的應(yīng)用

生物酶在紡織工業(yè)中的應(yīng)用

1生物酶技術(shù)的應(yīng)用在國外，生物酶的生產(chǎn)和應(yīng)用已經(jīng)使用了90多年。早在30年代已應(yīng)用于洗滌劑中,酶可改進(jìn)去污能力,并使織物平滑光潔。在紡織印染工業(yè)上,酶首先用于織物退漿。80年代后,生物酶不斷研究和開發(fā),用于織物生物打光和酶處理,代替石磨洗等,已取得了較大的進(jìn)展。生物酶具有專一性和高效性,用于紡織品印染加工具有獨特優(yōu)點,能顯著改善織物的外觀和手感,并能取代一部分酸、堿、氯、磷化合物等化工原料,從而減少污染,有利于環(huán)保。酶處理已被公認(rèn)為一種符合環(huán)保要求的印染加工方法。當(dāng)今全球普遍重視生態(tài)環(huán)保,生物酶技術(shù)已成為重點關(guān)注的技術(shù)。本文重點對生物酶的應(yīng)用及研究現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹,并就目前存在的一些問題提出了相應(yīng)的解決辦法。2生物酶的一般概念2.1紡織印染用酶制劑的種類生物酶經(jīng)過科學(xué)家一個多世紀(jì)的研究,已被認(rèn)知達(dá)3000多種,目前在紡織印染加工中使用較廣泛的酶制劑主要是纖維素酶、蛋白酶、淀粉酶、果膠酶、脂肪酶、過氧化酶、漆酶、葡萄糖氧化酶八類。2.1.1第1代溶酶原激活劑:葡萄糖苷酶、cbi酶和cbh酶纖維素酶是一種能將纖維素水解成葡萄糖的復(fù)合體,主要有三種組分:葡萄糖苷酶、CBIⅠ酶和CBHⅡ酶。天然纖維素大分子是由大量的結(jié)晶區(qū)和維系其間的少量無定形區(qū)組成的,水解反應(yīng)首先發(fā)生在無定形區(qū),然后發(fā)生在結(jié)晶區(qū)。三種纖維素酶協(xié)同作用使纖維發(fā)生降解。2.1.2果膠酯酶解纖維原料的制備果膠酶主要由果膠裂解酶、果膠酯酶、聚半乳糖醛酸酶和果膠酸鹽裂解酶組成。果膠酶作用于棉纖維表面的不溶性果膠,將其催化分解為水溶性果膠(多聚半乳糖醛酸的甲酶),再利用果膠酯酶和聚半乳糖醛酸酶的作用,將多聚半乳糖醛酸的甲酯進(jìn)一步水解為溶解性更大的半乳糖醛酸和甲醇,最終去除果膠質(zhì)。隨著果膠質(zhì)的脫落,纖維素表面的其它雜質(zhì)隨之脫落,達(dá)到煮練的目的。2.1.3脂肪酶脂肪酶能將脂肪水解成甘油和脂肪酸,脂肪酸可進(jìn)一步氧化合成糖類。2.1.4過氧化氫漂白劑過氧化氫酶是一種氧化還原性酶,它可以催化分解過氧化氫,生成水和氧氣。過氧化氫是現(xiàn)今使用最為普遍的漂白劑,但殘留的過氧化氫會損傷纖維,所以水洗負(fù)擔(dān)加大。用過氧化氫酶去除殘余的過氧化氫,其工藝簡單、能耗小、去除徹底,只對過氧化氫酶起作用,不損傷織物。2.1.5酶葡萄酶由微生物分泌的蛋白酶由于所用菌種不同而差別很大,但大體是一樣的,就是由蛋白酶將蛋白質(zhì)分解為肽,肽再水解生成氨基酸。2.1.6淀粉酶催化水解織物淀粉酶是水解淀粉和糖原的酶類總稱,通常通過淀粉酶催化水解織物上的淀粉漿料,由于淀粉酶的高效性及專一性,酶退漿的退漿率高,退漿快,污染少,產(chǎn)品比酸法、堿法更柔軟,且不損傷纖維。2.1.7ilitiiis型黑曲霉漆酶漆酶是一種氧化還原酶,諾維信公司的DenilitIIS就是通過基因改性的黑曲霉漆酶,可以進(jìn)行牛仔服裝仿舊整理工藝,獲得的織物手感厚實、表面光潔、色澤明快、淡雅。2.1.8葡萄糖氧化酶系統(tǒng)成分配織物葡萄糖氧化酶主要進(jìn)行織物的漂白整理,漂白原理是葡萄糖在葡萄糖氧化酶的催化作用下,生成葡萄糖酸內(nèi)酯和雙氧水,利用產(chǎn)物雙氧水對織物進(jìn)行漂白,處理后織物手感柔軟、豐滿。葡萄糖氧化酶被認(rèn)為是最有可能被推廣的酶漂白劑。2.2染工業(yè)的優(yōu)越性生物酶是一種無毒、無害,對環(huán)境友好的生物催化劑。生物酶用于紡織印染工業(yè)具有較大的優(yōu)越性:(1)作為一種生物催化劑,無毒無害;(2)生產(chǎn)過程中處理條件溫和,作用專一;(3)需用量少,節(jié)約成本;(4)反應(yīng)后釋放的酶可繼續(xù)催化另一個反應(yīng);(5)產(chǎn)生的污染容易處理。2.3現(xiàn)有生產(chǎn)方式1紡織印染工業(yè)應(yīng)用的酶制劑的生產(chǎn)一般有兩種方式:(1)以動植物為原料從動物的臟器、腺體或植物的果實、種子提取。由于數(shù)量有限,遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)發(fā)展中對酶制劑供應(yīng)的要求,目前采用這種生產(chǎn)方式的數(shù)量不多。(2)用微生物生產(chǎn)酶制劑,來源豐富,大部分制劑都用這種方式生產(chǎn)。但酶制劑整個研制過程要求較高且復(fù)雜,在紡織印染工業(yè)上要研究開發(fā)一個合適高效專一的品種,也要花一定時間和精力。3生物酶廣泛應(yīng)用于印章上3.1在預(yù)處理中的應(yīng)用3.1.1消消汁料的種類酶退漿是應(yīng)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(yīng)使織物上淀粉大分子發(fā)生分解,達(dá)到既完全破壞淀粉,又不損傷纖維素。3.1.2纖維素酶的作用棉織物酶煮練常用的酶制劑包括堿性果膠酶、纖維素酶和脂肪酶等。果膠酶雖然不能去除蠟質(zhì),但能分解初生胞壁中果膠質(zhì),對纖維表面結(jié)構(gòu)起到松懈作用,有利于棉蠟等非纖維素物質(zhì)從棉纖維分離。纖維素酶對煮練酶去除果膠質(zhì)有一定的協(xié)同作用,能夠通過分解角皮層下初生胞壁中的纖維素破壞角皮層,使果膠酶更容易接近纖維中的果膠。此外,纖維素酶對棉織物表面的棉籽殼也有一定去除作用。脂肪酶在煮練中有兩方面的作用,一方面用于分解漿料中殘留的甘油三酸酯等潤滑劑,通過脂肪酶完全水解成甘油;另一方面,能將蠟質(zhì)水解成甘油和脂肪酸。但試驗表明,脂肪酶在改善棉織物的潤濕性方面不像果膠酶或纖維素酶那樣有效,可能是蠟質(zhì)的可及性低,或者是脂肪酶對棉纖維中蠟質(zhì)的分解作用效果不強(qiáng)。3.1.3物酶在棉織物漂后的應(yīng)用目前,棉織物的漂白仍以雙氧水漂白為主。生物酶在棉織物漂白中的應(yīng)用主要集中在氧漂結(jié)束后,使用過氧化氫酶進(jìn)行脫氧,去除練漂后布面殘留的雙氧水,減少對后道染色工序的影響。3.2織物整理中的酶整理生物酶技術(shù)在印染整理工業(yè)中成功應(yīng)用的另一個領(lǐng)域是棉紡織物的生物酶整理加工。棉紡織物經(jīng)過纖維素酶整理后,手感和外觀可以獲得大大改善。C.Lchong等人也研究了纖維酶用量,織物間的磨擦、機(jī)械攪拌作用對織物整理性能的影響。所有這些研究,在當(dāng)今最廣泛應(yīng)用于牛仔布整理中。大多數(shù)的牛仔衣都要經(jīng)過洗磨過程使其外觀陳舊,在傳統(tǒng)的石洗過程中,浮石打磨去一些染料使牛仔布的色彩變淡,而應(yīng)用纖維素酶處理,進(jìn)行生物石洗,就可以達(dá)到良好的效果,使其具有新型的外觀、較低的價格、更短的處理時間和較少的固體殘留物等優(yōu)點。3.3羧甲基淀粉鈉印花糊料在日益環(huán)保的今天,難以處理的印花糊料漸漸被人們所拋棄,各科研院所紛紛研制新型環(huán)保印花糊料,四平市科學(xué)技術(shù)研究院李雪晶,馬嘶鳴等研制的復(fù)合型羧甲基淀粉鈉印花糊料從根本上解決了淀粉類印花糊料打漿困難,手感不好,后處理麻煩等缺點,提出了在印花后處理上添加少量淀粉活性酶制劑,就可以使印花效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的海藻酸鈉和阿可印,并環(huán)保價廉,現(xiàn)已在國內(nèi)數(shù)家大型印染企業(yè)批量應(yīng)用,取得良好效果。3.4不同因素對織物風(fēng)格的整理生物酶除了在紡織印染前處理及后整理中得到廣泛應(yīng)用外,在其它方面也有所應(yīng)用。用生物酶制劑對紡織物進(jìn)行風(fēng)格整理可使棉布變得像天鵝絨,使粘膠布像真絲,使麻變得柔軟,使羊毛變得像羊絨,使真絲變?yōu)椤疤焓沟钠つw”,使整理后的織物呈現(xiàn)出特有的風(fēng)格,如Tencel、粘膠等人造絲織物用酶處理,去除初級原纖維化的原纖部分,再經(jīng)過次級原纖化,可使織物獲得桃皮絨觸感。4生物酶的研究4.1前處理酶制劑的應(yīng)用穩(wěn)定性有待提高(1)生物酶的成本較高。以棉織物煮練為例,傳統(tǒng)堿煮練以燒堿為煮練劑,價格較低廉,而果膠酶或其它復(fù)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。(2)生物酶的活性穩(wěn)定性低。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(wěn)定性,也是生物工程需要進(jìn)一步研究的問題。(3)生產(chǎn)條件的限制。以棉織物前處理為例,生物酶反應(yīng)條件緩和,采用浸漬方式(如繩狀或溢流染色機(jī))加工,能獲得更好的處理效果。而現(xiàn)有棉織物前處理加工的設(shè)備多為連續(xù)軋蒸式,車速較快。因此,要完全實現(xiàn)酶法的連續(xù)化前處理加工,還需對現(xiàn)有設(shè)備作適當(dāng)改進(jìn)。(4)新型高效復(fù)合酶制劑有待進(jìn)一步開發(fā)。目前,應(yīng)用于紡織品加工中的酶制劑種類較多,國內(nèi)外不少廠家也開發(fā)出了適用于前處理的復(fù)合酶制劑,但有些商品復(fù)合酶制劑在應(yīng)用中尚存在一些問題,如酶精練中生物酶起到的作用較小等。不少紡織品酶法前處理加工仍停留在實驗室階段,與實際工業(yè)化生產(chǎn)之間仍有一定距離。4.2生物酶技術(shù)的應(yīng)用前景展望(1)不斷研究新產(chǎn)品,進(jìn)一步開發(fā)新型高效復(fù)合酶制劑。復(fù)合酶制劑在生產(chǎn)和應(yīng)用中尚存在一些問題要進(jìn)一步解決,減小與實際工業(yè)化生產(chǎn)之間的距離。目前所開發(fā)和應(yīng)用于印染領(lǐng)域的酶,僅僅是生物酶中的一部分,隨著生物工藝學(xué)的不斷進(jìn)步,要開發(fā)出更多適合于印染加工的酶,對印染工藝進(jìn)行改造和革新。酶在印染工業(yè)上的應(yīng)用具有較大的發(fā)展?jié)摿Α?2)加強(qiáng)與生化部門的合作,降低生產(chǎn)成本。生物酶的生產(chǎn)制備要求較高,菌種的來源、培養(yǎng)、工藝條件和純化方法等對其成分和性能影響比較大,要尋找或選用一種效果明顯且能適用于印染特定某一用途的品種要花一定力量;要連續(xù)批量或大量生產(chǎn)效果好、性能穩(wěn)定的酶產(chǎn)品,也必須設(shè)計合理的設(shè)備和嚴(yán)格控制生產(chǎn)條件。這些工作,以后還必須加強(qiáng)依靠與生化部門的合作,以促進(jìn)生物酶的普遍推廣和應(yīng)用。(3)加強(qiáng)生物酶處理工藝的研究。印染工作者可研究不同類型酶處理工藝,生產(chǎn)出高質(zhì)量的紡織產(chǎn)品。酶處理的工藝條件對其作用效果影響較大,通過改善工藝可以大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量,減少對織物的損傷。綜上所述,生物酶技術(shù)在紡織印染工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用前景。我們應(yīng)當(dāng)不失時機(jī)地抓緊對各種生物酶制劑的研制,解決紡織印染中的一些難題,盡可能減少纖維強(qiáng)力下降,酶制劑的效率不高的問題,開發(fā)耐高溫的酶種,擴(kuò)大蛋白酶應(yīng)用的范圍,加速我國紡織印染工業(yè)的技術(shù)改造,使我國的紡織印染加工技術(shù)盡快趕上世界先進(jìn)水平。5織物上的短纖化生物酶在印染工業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展較快,很多工藝已經(jīng)成熟。用生物酶對織物進(jìn)行染整加工,既符合環(huán)保要求,又能明顯改善織物性能。結(jié)合傳統(tǒng)染整工藝,協(xié)同生物酶技術(shù)可以明顯地減少織物表面絨毛、改善光澤、賦予織物柔軟滑爽的手感、改善織物風(fēng)格、