棉織物生物酶前處理的前期研究

棉織物生物酶前處理的前期研究

1棉織物生物酶前處理傳統(tǒng)的純棉織物處理方法是用氫氧化鈉溶液進(jìn)行煮熟，然后漂白。這種工藝對環(huán)境污染嚴(yán)重,且其較強(qiáng)的堿性和較高的溫度會損傷其它纖維,限制了棉與其它纖維混紡。當(dāng)有氧存在時,纖維素的最外層會受到嚴(yán)重?fù)p傷,引起強(qiáng)力損失。但由于堿煮練、漂白后棉織物具有良好的潤濕性,能滿足后道染色和印花的要求,使得這一傳統(tǒng)前處理工藝仍具有較大的應(yīng)用空間。然而,由于環(huán)境污染日益嚴(yán)重和人們對環(huán)保呼聲的日益高漲,以及社會對紡織品高檔化和高附加值加工的追求,使得生物酶代替燒堿對棉織物進(jìn)行前處理顯得非常迫切。本項(xiàng)目主要研究堿煮練、雙氧水漂白對去除棉織物上共生物和潤濕性的影響,為棉織物生物酶前處理作前期研究。目前認(rèn)為,在棉纖維上棉蠟和果膠是影響棉纖維潤濕性的主要因素;蛋白質(zhì)的含量可能與棉纖維的呈色有關(guān);無機(jī)物(灰分)含量幾乎不影響棉纖維的潤濕性。但完全去除棉纖維上的蠟質(zhì)和果膠質(zhì),未必就有好的毛效和浸透能力,即棉纖維的潤濕性與棉蠟和果膠質(zhì)含量沒有直接的因果關(guān)系。因此有人認(rèn)為,棉纖維潤濕性與蠟質(zhì)在棉纖維表面的分布狀態(tài),或棉纖維表面狀態(tài)的改變有關(guān)。2試驗(yàn)部分2.1材料表面2.1.1示例14.5tex×14.5tex133根/10cm×72根/10cm燒毛精梳府綢。2.1.2氯化碳、酸鈉,濃硫酸銅氫氧化鈉,30%雙氧水,硅酸鈉,草酸銨,四氯化碳,硼酸,硫酸鉀,無水硫酸銅,濃硫酸,乙醇(以上均為分析純);水玻璃,滲透劑DX-2(以上均為工業(yè)級)。2.2rapod-3萃取器和儀器FA2004型電子天平,101A-1型電熱鼓風(fēng)干燥箱,HHS型恒溫水浴鍋,721型分光光度計(jì),WHF-2F全封閉恒溫振蕩器,RAPID均勻軋車,汽蒸鍋,MJ-180B-Ⅱ型恒溫恒濕箱,YG(B)-871型毛效儀,微量凱氏定氮儀,坩堝,脂肪萃取器。2.3試驗(yàn)工藝2.3.1堿性煮工藝流程預(yù)處理→晾干→堿煮練(100%NaOHxg/L,滲透劑DX-2yg/L,98℃×60min)→水洗→烘干2.3.2滲透劑的制備工藝流程預(yù)處理→晾干→酶退漿(L2000淀粉酶4g/L,滲透劑DX-22g/L,90℃×60min)→水洗→晾干→氧漂(30%H2O2Ag/L,Na2SiO3Bg/L,滲透劑DX-2Cg/L,98℃×60min)→水洗→烘干2.3.3工藝及設(shè)備特點(diǎn)工藝流程預(yù)處理(冷水浸一次,90℃熱水洗三次)→晾干→堿煮練(100%NaOHxg/L,滲透劑DX-2yg/L,98℃×60min)→水洗(90℃熱水洗三次,冷水洗三次)→晾干(室溫)→氧漂(30%H2O2Ag/L,Na2SiO3Bg/L,滲透劑DX-2Cg/L,98℃×60min)→水洗→烘干(105℃×1.5h)所有工藝均為二浸二軋,帶液率50%。2.4測試2.4.1潤濕試驗(yàn)(1)蒸餾高度的測定將105℃烘干試樣在恒溫恒濕(溫度20℃,濕度65%)條件下平衡24h,剪成經(jīng)向5cm,緯向30cm的布條,在離一端1cm處沿緯向用鉛筆作一條平行線,將有平行線的一端放入蒸餾水中,且與液面對齊。記錄30min時蒸餾水沿織物上升的高度(cm)。若液面參差不齊,取最低值。(2)織物排水效果測定將105℃烘干試樣在恒溫恒濕條件下平衡24h,平鋪于桌面,在距布面1cm處滴一滴蒸餾水,記錄水滴被織物全部吸收所需的時間,在同一塊試樣上連續(xù)測10個點(diǎn),取平均值。2.4.2測定了雜質(zhì)含量(1)在水浸浴中的應(yīng)用精確稱取干重1.5000g織物,剪碎后放入250mL燒瓶中,加入100mL0.5%草酸銨溶液,接上冷凝管,在沸水浴中處理1.5h,過濾。取濾液2mL加入到12mL濃硫酸中,并用冰水冷卻,然后在沸水浴中煮10min,再用冰水冷卻,最后加入0.15%咔唑無水乙醇溶液1mL,混合均勻后靜置30min,用721型分光光度計(jì)在530nm波長下,用1cm的比色皿測定吸光值,由標(biāo)準(zhǔn)曲線測算出半乳糖醛酸的含量,再換算為果膠質(zhì)的百分含量。(2)萃取器的制備精確稱取經(jīng)剪碎并預(yù)先在105℃烘箱中烘至恒重的試樣約10g,放在濾紙紙筒中,紙筒置于脂肪萃取器中,筒的高度高于萃取器虹吸管上端1~1.5cm,試樣在濾紙筒中的高度要低于虹吸管頂端1~1.5cm。在脂肪萃取器的燒瓶中加入120mL四氯化碳,置于恒溫水浴中,調(diào)節(jié)溫度,保持溶劑每小時虹吸循環(huán)3~4次。萃取3h后冷卻,將萃取器燒瓶中含有蠟狀物質(zhì)的萃取液濾入已知重量的三角瓶中。將萃取器的燒瓶、濾紙和漏斗用溶劑洗三次,在水浴鍋上加熱蒸餾。待溶劑全部蒸出后,將三角瓶置于烘箱中,于105℃烘至恒重,在干燥器中冷卻后精確稱重(精確至0.0001g)。蠟狀物質(zhì)含量(%)=瓶及蠟狀物質(zhì)質(zhì)量?空瓶質(zhì)量試樣干重×100(%)=瓶及蠟狀物質(zhì)質(zhì)量-空瓶質(zhì)量試樣干重×100(3)鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液體積的測定精確稱取5.000g試樣,放入250mL干燥凱氏燒瓶內(nèi),加入6g硫酸鉀、1g無水硫酸銅和40mL96%以上的濃硫酸。在電爐上炭化,直至瓶壁不附有碳化物,且瓶內(nèi)液體呈澄清淺綠色,再加熱30min。待液體冷卻后移入100mL容量瓶中,定容。向改良式微量凱氏定氮儀的接受瓶內(nèi)加入10mL2%的硼酸溶液,以及由1份0.1%甲基紅乙醇溶液與5份0.1%溴甲酚綠乙醇溶液組成的混合指示劑1滴,在蒸餾瓶中加入5.0mL樣品消化液和10mL40%氫氧化鈉溶液,打開冷凝水后開始蒸餾,至硼酸接收液變?yōu)樗{(lán)綠色時,再蒸餾約5min。用10mL酸式微量滴定管和已標(biāo)定的約0.01mol/L的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定瓶內(nèi)液體,直至溶液變?yōu)榛疑?。記下耗用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積,同時做試劑空白測定。含氮量(%)=(V1?V0)×C×0.014×100m(100?H)×5/100×100(%)=(V1-V0)×C×0.014×100m(100-Η)×5/100×100式中:C——鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度(mol/L);V0——空白測定所用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液體積(mL);V1——樣品測定所用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液體積(mL);m——樣品質(zhì)量(g);H——樣品水分(%);0.014——1mL(1mol/L)鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液相當(dāng)于氮的質(zhì)量(g);5/100——稀釋比。3結(jié)果與討論3.1堿煮練堿后棉織物的潤濕性能目前堿煮練被認(rèn)為是惟一能去除棉纖維中幾乎所有雜質(zhì)的工業(yè)化方法,表1中的數(shù)據(jù)也說明工廠采用堿煮練工藝能去除棉纖維上絕大部分的果膠、棉蠟和蛋白質(zhì)(含氮物質(zhì))。燒堿可使果膠、棉蠟、蛋白質(zhì)和棉籽殼等大部分雜質(zhì)脫落下來,初生胞壁幾乎全部去除。果膠在燒堿的作用下,一部分發(fā)生水解,生成的果膠酸轉(zhuǎn)變成果膠酸鈉鹽;另一部分被解聚,并且提高了果膠在水中的溶解度,從而得到較為徹底的去除。棉蠟中的脂肪酸酯與燒堿發(fā)生皂化反應(yīng),生成可溶性的肥皂;肥皂再使不能皂化的蠟質(zhì)乳化去除;含氮物質(zhì)在熱堿液作用下,分子中的酰胺鍵發(fā)生水解斷裂,生成可溶性氨基酸鈉鹽而被去除。有資料報(bào)道,采用不同濃度的氫氧化鈉溶液對棉織物沸煮,即使在高濃度的氫氧化鈉溶液中長時間沸煮,也不能完全除凈含氮物質(zhì)(表2)。雖然棉織物堿煮練后的雜質(zhì)含量已大大降低,如果膠質(zhì)能去除90%以上,棉蠟、含氮物質(zhì)也能去除60%以上,但棉織物經(jīng)堿煮練烘干后的潤濕性仍極差(表3)。表3表明,隨著氫氧化鈉濃度的提高,棉織物烘干后的潤濕性并沒有明顯改善,即使在極高濃度的堿煮練液中添加滲透劑DX-2,也不能顯著提高堿煮練后棉織物的潤濕性。這說明僅僅通過堿煮練不能顯示出棉織物潤濕性的改善。3.2雙氧水濃度對棉織物潤濕性的影響一般認(rèn)為,漂白的目的是在保證棉纖維不受明顯氧化損傷的前提下破壞色素,賦予織物所需白度(表4)。由表4知,漂白時隨著雙氧水濃度的提高,棉織物的潤濕性有所增加。雙氧水濃度較低時,即使添加滲透劑DX-2,棉織物潤濕性幾乎沒有改善。當(dāng)雙氧水濃度提高時,由于雙氧水能對棉織物上疏水性雜質(zhì)起劇烈的氧化破壞作用,所以改善了棉織物的潤濕性,但同時也引起棉纖維的氧化損傷。因此,不能單依靠提高雙氧水濃度來改善棉織物的潤濕性。對棉針織物進(jìn)行單一的氧漂浸漬法前處理,分析果膠、棉蠟兩種雜質(zhì)含量的變化和潤濕性的改善情況,結(jié)果見表5。由表5可知,在不加任何精練劑的情況下,單一的過氧化氫漂白與堿煮練一樣也能去除90%以上的果膠質(zhì),但對棉蠟的去除幾乎沒有作用,而且對棉針織物的烘干潤濕性也沒有任何改善作用。3.3棉機(jī)織物堿煮練后含雜量的變化當(dāng)棉織物用堿煮練后再經(jīng)過氧化氫漂白,雖然棉纖維上雜質(zhì)含量比堿煮練后有所降低,但對棉織物潤濕性的影響卻很大。測定上述堿煮-氧漂織物的潤濕性:水滴吸收時間<1s,毛效11.5cm/30min(表6)。棉織物經(jīng)堿煮練、過氧化氫漂白后,不僅去除了大部分色素,提高織物白度,而且去除了棉織物上殘留的大部分棉籽殼、蠟質(zhì)和含氮物質(zhì)等雜質(zhì),使棉具有優(yōu)良的潤濕性,能滿足后道工序要求。對棉針織物漂白前后的含雜量的比較見表7。從表7中煮練后蠟質(zhì)和蛋白質(zhì)的去除率來看,僅僅煮練就能去除大部分的雜質(zhì);再經(jīng)次氯酸鈉漂白,雜質(zhì)含量稍微有所降低,其數(shù)據(jù)范圍與表6試驗(yàn)結(jié)果基本一致。但從表2、3的試驗(yàn)結(jié)果看,棉機(jī)織物經(jīng)堿煮練后潤濕性極差,再經(jīng)漂白處理后潤濕性顯著改善(表7)。這充分說明,去除果膠、棉蠟和蛋白質(zhì)(含氮物質(zhì)),并不一定能顯著改善棉織物的潤濕性。堿煮練后必須經(jīng)過氧化氫漂白,才能體現(xiàn)堿煮練去除雜質(zhì),或?qū)γ蘩w維表面狀態(tài)改變的效果,明顯提高棉織物的潤濕性。堿煮練后再經(jīng)過氧化氫漂白,棉織物潤濕性顯著改善,其原因可能是雙氧水對棉纖維中的蛋白質(zhì)進(jìn)行氧化破壞,而棉纖維中的蛋白質(zhì)主要存在于胞腔內(nèi),使得胞腔中的大部分雜質(zhì)得以去除。由于胞腔是棉纖維染色和進(jìn)行化學(xué)處理的重要通道,因此通過漂白打通了棉纖維對水和染液等處理液的吸收路徑,而堿煮練已使棉纖維表面絕大部分非纖維素雜質(zhì)被去除,或已引起棉纖維表面狀態(tài)的改變,為棉織物的漂白處理奠定了基礎(chǔ)。4堿煮練后溫度對棉織物潤濕性的影響主要考4.