復(fù)合生物酶在亞麻粗紗處理中的應(yīng)用

復(fù)合生物酶在亞麻粗紗處理中的應(yīng)用

亞麻棉紗通常采用濕紡，其粗線應(yīng)經(jīng)過(guò)加工過(guò)程，如織機(jī)操作、漂白等。亞麻粗紗化學(xué)脫膠工藝目的主要是去除部分果膠、木質(zhì)素等雜質(zhì),提高亞麻纖維的分裂度,進(jìn)而提高亞麻工藝?yán)w維的可紡性。在亞麻粗紗的化學(xué)煮練漂白的脫膠工藝中,采用燒堿煮練、亞氯酸鈉漂白、雙氧水漂白(亞—氧漂)。該工藝形成的廢水污染較難治理,對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重。除此之外,燒堿煮練和亞—氧漂工藝對(duì)纖維處理有一定的失重,造成紡紗企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失。為此有必要尋求新的亞麻粗紗處理的工藝方法。在研究過(guò)程中,采用果膠酶、纖維素酶、木聚糖酶等酶制劑復(fù)配成復(fù)合生物酶對(duì)亞麻粗紗進(jìn)行生物酶處理,然后采用雙氧水漂白。經(jīng)過(guò)生物酶的復(fù)配脫膠處理,亞麻脫膠取得了較好的效果,具有較好的應(yīng)用前景。1亞麻粗紗脫膠試驗(yàn)采用果膠酶、纖維素酶、木聚糖酶等生物酶進(jìn)行復(fù)配組合形成復(fù)合生物酶,然后進(jìn)行亞麻粗紗脫膠的應(yīng)用試驗(yàn),試驗(yàn)指標(biāo)為纖維的分裂度(纖維細(xì)度)、失重率檢驗(yàn)。1.1試驗(yàn)材料1.1.1亞麻織物的制備采用的亞麻纖維有國(guó)產(chǎn)溫水麻長(zhǎng)麻和法國(guó)進(jìn)口的雨露麻長(zhǎng)麻,均經(jīng)過(guò)櫛梳機(jī)、成條、針梳、成條、粗紗等工序紡成相同支數(shù)的亞麻粗紗進(jìn)行生物脫膠。脫膠前亞麻纖維分裂度在450公支左右。1.1.2復(fù)合生物酶的制備針對(duì)亞麻纖維中含有果膠、木質(zhì)素、半纖維素等雜質(zhì)的含量,選用果膠酶、纖維素酶、木聚糖酶等生物酶進(jìn)行混合配比,輔以其他必要的制劑制成復(fù)合生物酶。1.1.3其他化學(xué)品氫氧化鈉、碳酸鈉、水玻璃、硫酸、草酸、雙氧水(30%)均為化學(xué)純。1.1.4設(shè)備1.2測(cè)試方法1.2.1亞麻粗紡脫膠試驗(yàn)1.2.1.1試驗(yàn)流程亞麻粗紗→酸洗→水洗(→烘干稱重)→復(fù)合生物酶脫膠→水洗→草酸洗→雙氧水漂白→水洗→烘干→稱重、檢驗(yàn)纖維分裂度。1.2.1.2.試驗(yàn)條件復(fù)合生物酶脫膠條件:采用正交試驗(yàn)因素,如表1所示。1.2.1.3、試驗(yàn)稱重計(jì)算失重率:檢驗(yàn)纖維分裂度:采用棉麻纖維支數(shù)試驗(yàn)方法。1.2.2纖維分裂度法亞麻粗紗→酸洗→水洗(→烘干稱重)→復(fù)合生物酶處理→水洗→草酸洗→雙氧水漂白→水洗→(烘干→稱重、檢驗(yàn)纖維分裂度)→紡細(xì)紗→烘干。堿煮—亞漂工藝試驗(yàn):亞麻粗紗→酸洗→水洗(→烘干稱重)→燒堿煮練→水洗→亞氯酸鈉漂白→水洗→雙氧水漂白→水洗(→烘干→稱重、檢驗(yàn)纖維分裂度)→紡細(xì)紗→烘干。1.3試驗(yàn)結(jié)果1.3.1亞麻粗紡脫膠試驗(yàn)1.3.1.不同工藝條件對(duì)復(fù)合生物酶活性的影響試驗(yàn)因素的影響順序:復(fù)合生物酶濃度(R1=92.7)、溫度(R2=33.4)、時(shí)間(R3=22.1)。建議選擇處理工藝條件:復(fù)合生物酶3%~5%(owf)、溫度60℃、時(shí)間45~60min。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。級(jí)差:R1=92.7;R2=33.4;R3=22.1。1.3.1.雙氧水漂后雙氧水漂干非織造紗亞麻粗紗→酸洗→水洗(→烘干稱重)→復(fù)合生物酶處理→水洗→草酸洗→雙氧水漂白→水洗→(烘干→稱重、檢驗(yàn)纖維分裂度)→紡細(xì)紗→烘干。復(fù)合生物酶處理工藝條件:復(fù)合生物酶3%~5%(owf)、溫度60℃、時(shí)間60min。1.3.2亞麻紡織小樣品的試驗(yàn)采用生物酶脫膠,并與亞麻粗紗小樣機(jī)試驗(yàn)“堿煮—亞漂工藝試驗(yàn)”作工藝對(duì)比。1.3.2.1.重量和分裂率的比較由表3可知,兩種工藝的試驗(yàn)數(shù)據(jù)差別不大,均符合紡紗要求。1.3.2.細(xì)紗的色特征經(jīng)兩種不同工藝在粗紗小樣機(jī)處理的粗紗,在進(jìn)行生產(chǎn)性設(shè)備試紡紗,其產(chǎn)品在試驗(yàn)室進(jìn)行了對(duì)比,條干、麻粒子等細(xì)紗指標(biāo)均符合要求。但兩種細(xì)紗的白度具有較大的差別。生物酶加工的細(xì)紗白度主要來(lái)自氧漂,具有雙氧水漂白的色光特征。燒堿煮練-亞氧漂具有亞氯酸鈉漂白的色光特征。2亞麻含銅紗加工特點(diǎn)復(fù)合生物酶用于亞麻粗紗的脫膠工藝具有較強(qiáng)的專一性和高效性,有不損傷纖維的強(qiáng)力和聚合度等加工特點(diǎn)。具有亞麻紗的重量損失少、減少亞麻粗紗加工的化學(xué)藥品成本和能源成本、亞麻粗紗煮漂設(shè)備的投資少等特點(diǎn),經(jīng)濟(jì)效益好。同時(shí)不使用亞氯酸鈉,減少操作環(huán)境的污染,減輕廢水處理負(fù)擔(dān)。2.1助劑對(duì)復(fù)合生物酶的影響采用復(fù)合生物酶進(jìn)行亞麻粗紗的脫膠具有助劑的針對(duì)性強(qiáng)、高效,對(duì)纖維的損傷小,并可根據(jù)纖維的組成不同調(diào)節(jié)酶制劑的組成,增強(qiáng)了復(fù)合生物酶的應(yīng)用可行性。2.1.1纖維素酶在亞麻粗紗脫膠和一聚體上的利用生物酶制劑的特點(diǎn)就是具有專一的針對(duì)性和高效性。例如淀粉酶可有效分解淀粉成為可溶于水的多糖或單糖;果膠酶具有分解果膠成為溶于水的物質(zhì),起到了亞麻粗紗的脫膠作用;纖維素酶具有分解纖維素成為溶于水的物質(zhì)的作用,且先分解聚合度較小的纖維素,再分解聚合度較大的纖維素,利用纖維素酶的這種作用即可以作為“蝕毛劑”使用,也可以在亞麻粗紗脫膠工藝中作為提高纖維素整齊度的助劑,分解半纖維素;木聚糖酶在亞麻粗紗的脫膠工藝中可以分解部分木聚糖(部分木質(zhì)素)形成溶于水的物質(zhì),漆酶也可以分解其他部分木質(zhì)素。2.1.2亞麻纖維的處理亞麻粗紗堿煮亞漂的脫膠工藝中纖維有一定的損傷,并且只有該工藝的重量損失在化學(xué)脫膠中是最小的,亞漂工藝去除亞麻木質(zhì)素效果最好,所以沿用至今。長(zhǎng)時(shí)間的燒堿煮練工藝,對(duì)纖維素形成一定的損傷,亞麻纖維的聚合度均有一定程度的下降。通過(guò)復(fù)合生物酶處理亞麻粗紗理論上對(duì)亞麻纖維沒(méi)有任何損傷,只是對(duì)纖維雜質(zhì)有去除作用,形成一定的重量損失。沒(méi)有發(fā)現(xiàn)纖維素的聚合度下降。經(jīng)粗紗、細(xì)紗小樣初步測(cè)定,亞麻纖維素聚合度略有提高。2.1.3調(diào)節(jié)工藝參數(shù)的選擇亞麻粗紗的堿煮亞漂工藝在各亞麻紡織企業(yè)不盡相同,不同產(chǎn)地的纖維形成的粗紗處理工藝也不相同。主要原因是纖維的組成差別較大所致。調(diào)節(jié)工藝參數(shù)主要是化學(xué)藥品的濃度、時(shí)間等。而采用復(fù)合生物酶亞麻粗紗脫膠工藝,可以根據(jù)亞麻纖維原料的含雜情況,確定生物酶的品種、比例等條件。與亞麻粗紗的化學(xué)處理相比,具有調(diào)節(jié)更精細(xì)、準(zhǔn)確的特點(diǎn)。2.2亞麻粗紗的化學(xué)加工亞麻粗紗的生物脫膠與化學(xué)脫膠相比具有較好的經(jīng)濟(jì)意義,主要體現(xiàn)在降低了亞麻粗紗化學(xué)加工的重量損失,不損傷亞麻纖維,保證了亞麻纖維的強(qiáng)力和質(zhì)量,加工用化學(xué)品的成本降低和加熱能源成本下降,以及對(duì)加工設(shè)備的要求條件降低,減少了設(shè)備投資等方面。2.2.1減少亞麻粗紗的重量損失亞麻粗紗的重量損失一直是亞麻紡紗企業(yè)非常重視的問(wèn)題。在亞麻粗紗的化學(xué)脫膠工藝中,高溫堿煮練、亞-氧漂等工藝均對(duì)亞麻纖維形成重量損失。采用生物酶處理,可以使亞麻粗紗中的無(wú)害雜質(zhì)最大限度的保持,有針對(duì)性地去除對(duì)紡紗有害的雜質(zhì),達(dá)到可控制亞麻粗紗的重量損失。例如減少果膠生物酶的用量,可以降低果膠物質(zhì)的分解量,不僅可以降低亞麻纖維中果膠的損失,還可最大限度的保持亞麻織物的風(fēng)格;通過(guò)控制纖維素酶的用量,可控制和調(diào)節(jié)亞麻纖維中半纖維素的重量損失和含量等。2.2.2亞麻織物的煮練和活化亞麻纖維制品的強(qiáng)力一直是業(yè)內(nèi)關(guān)注的問(wèn)題,主要強(qiáng)力損失來(lái)自于纖維及織物的化學(xué)處理。在亞麻纖維制品的化學(xué)處理過(guò)程中,主要針對(duì)亞麻皮的去除而進(jìn)行亞麻織物的長(zhǎng)時(shí)間煮練、漂白,導(dǎo)致亞麻纖維的聚合度(粘度比)降低。采用復(fù)合生物酶對(duì)亞麻粗紗脫膠,針對(duì)構(gòu)成亞麻皮的成份木質(zhì)素進(jìn)行了木聚糖酶、漆酶等具有針對(duì)性的處理,在后續(xù)的亞麻粗紗氧漂過(guò)程中已經(jīng)大部分分解和去除,降低了織物的化學(xué)加工負(fù)擔(dān),減少了亞麻纖維聚合度的下降,保證了纖維強(qiáng)力。2.2.3生物酶的保管使用成本亞麻粗紗使用的亞氯酸鈉屬于危險(xiǎn)品和有毒品,其產(chǎn)品價(jià)格和運(yùn)輸價(jià)格均較高。而生物酶屬于非危險(xiǎn)品,保管使用均比較方便,其價(jià)格也隨著使用量的增加生產(chǎn)成本逐步下降。除此之外,復(fù)合生物酶的加工工藝溫度參數(shù)控制在60℃左右,使亞麻粗紗脫膠工藝加工溫度降低,節(jié)約了能源。2.2.4主要設(shè)備的投資亞麻粗紗亞氯酸鈉漂白需要特殊不銹鋼設(shè)備,其設(shè)備投資較大。亞麻粗紗采用復(fù)合生物酶脫膠可采用普通不銹鋼,只要符合酸洗、雙氧水漂白條件即可。2.3環(huán)境效應(yīng)亞麻粗紗采用復(fù)合生物酶脫膠可改善工人的操作環(huán)境和降低加工廢水治理的難度。2.3.1加酸溶液的污染亞麻粗紗亞氯酸鈉漂白需要在酸性條件下進(jìn)行,配料加酸時(shí)溶液釋出有劇毒氣體,其對(duì)操作環(huán)境污染較大,對(duì)操作工人身體造成危害。亞麻粗紗采用復(fù)合生物酶處理避免了操作環(huán)境的污染,對(duì)操作環(huán)境沒(méi)有影響。2.3.2降低廢水處理的難度亞氯酸鈉漂白的廢水處理難度較大。采用生物酶脫膠工藝使廢水處理比較容易,是值得推廣的加工工藝。2.4問(wèn)題通過(guò)亞麻粗紗復(fù)合生物酶稅膠多次試驗(yàn),并在小樣上機(jī)紡紗試生產(chǎn),取得了一些進(jìn)展,但在工業(yè)化應(yīng)用時(shí)仍應(yīng)注意可能出現(xiàn)的問(wèn)題。2.4.1實(shí)現(xiàn)工業(yè)化可能面臨的問(wèn)題2.4.1.1.生物酶的價(jià)格因?yàn)閼?yīng)用領(lǐng)域和數(shù)量等問(wèn)題生物酶市場(chǎng)價(jià)格較高,大規(guī)模的應(yīng)用有待于生物酶的生產(chǎn)和價(jià)格的降低。2.4.1.2.生物酶脫膠設(shè)備雖然設(shè)備要求降低,但對(duì)于正常生產(chǎn)的企業(yè)來(lái)說(shuō)采用生物酶脫膠設(shè)備配置明顯不足,使產(chǎn)量不平衡,工業(yè)化應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意。2.4.2亞麻粗紗的制備技術(shù)亞麻粗紗的非纖維雜質(zhì)的結(jié)構(gòu)目前尚不十分清楚,有的只了解大類別,采用復(fù)合生物酶處理亞麻粗紗只是對(duì)大類別進(jìn)行了針對(duì)性的加工,在該領(lǐng)域內(nèi)還需要繼續(xù)進(jìn)行探索。3復(fù)合生物酶的應(yīng)用復(fù)合生物酶可用于亞麻粗紗的脫膠工藝,用以替代堿煮、亞漂脫膠的化學(xué)加工工藝;復(fù)合生物酶能有選擇性的去除亞麻纖維中的纖維伴生物——果膠、木質(zhì)素、半纖維素等,并可根據(jù)原料組成的不同需要進(jìn)行各種生物酶的復(fù)配;復(fù)合生物酶的應(yīng)用可控制亞麻粗紗的失重率,為亞麻紡紗企業(yè)提高效益水平提供方法;復(fù)合生物酶的應(yīng)用可以減少亞麻纖維的強(qiáng)力損失,提高產(chǎn)品的正品率;復(fù)合生物酶的應(yīng)用可以為織物的亞麻皮漂白提供便