2、生物酶在麻紡織行業(yè)中的應(yīng)用

  2.1、應(yīng)用歷史

  生物用于麻類脫膠可追溯到公元前6世紀(jì)“東門之池,可以漚麻”,也就是把苧麻直接浸入水中,利用水和麻皮上網(wǎng)絡(luò)的微生物大量生長(zhǎng)繁殖的同時(shí),分解除去麻纖維上膠質(zhì)物以達(dá)到脫膠的目的。

  到上世紀(jì)50年代,對(duì)麻類浸解作用的研究主要集中在分離具有脫膠能力的微生物及其酶。1958年AE.M.M提出利用果膠酶進(jìn)行麻類(如亞麻、大麻、苧麻)的脫膠;60年代以后,對(duì)于果膠酶的研究逐漸深入;1972年第1次報(bào)道產(chǎn)生果膠酶的微生物或果膠酶制劑在脫膠工業(yè)中加以利用;1973年根據(jù)果膠酶的作用機(jī)理將果膠酶分為兩大類,即果膠酯酶和解聚酶;1990年,分離到一株產(chǎn)果膠裂解酶的芽孢桿菌,對(duì)苧麻脫膠作出了很大貢獻(xiàn)。與此同時(shí),隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展和人們對(duì)麻類織物性能的進(jìn)一步追求,應(yīng)運(yùn)而生了麻類織物生物整理技術(shù),如酶洗、酶退漿、精練、漂白、廢液處理、生物軟麻、改性。

  2.2、可應(yīng)用的酶

  麻類纖維主要成分為纖維素,與棉纖維同屬于纖維素纖維,所不同的是麻纖維的非纖維素成分(統(tǒng)稱膠質(zhì))含量高。膠質(zhì)內(nèi)又含有半纖維素、果膠、木質(zhì)素等多種物質(zhì),紡織用麻纖維即是指從原麻中脫去部分或幾乎全部膠質(zhì)而分離出纖維。因此,決定在麻紡織品加工過程中目前可以利用的生物酶有果膠酶、半纖維素酶、纖維素酶、木質(zhì)素酶、過氧化氫酶、淀粉酶以及漆酶等。

  2.3、應(yīng)用領(lǐng)域

  2.3.1脫膠

  目前,麻纖維的脫膠方法有化學(xué)脫膠、微生物脫膠以及生物與化學(xué)聯(lián)合脫膠。脫膠中生物酶的利用主要是依據(jù)酶的高度專一性,其脫膠原理如下。

  ① 麻纖維生物酶脫膠將酶劑稀釋在水中,浸漬原麻進(jìn)行脫膠。微生物脫膠與常規(guī)化學(xué)脫膠相比,脫膠制成率、強(qiáng)力得到提高,殘膠減少,所得精干麻手感松散、柔軟,大大了麻纖維的可紡性能,其制成的紗麻粒、毛羽明顯減少,條干均勻。此外,該脫膠加工中能耗減小,成本降低,有利于環(huán)境保護(hù)。

  ② 麻纖維生物—化學(xué)聯(lián)合脫膠利用生物酶(主要是果膠酶和半纖維素酶)的作用分解原麻中的大部分膠質(zhì),然后輔以化學(xué)脫膠的部分工序脫去膠質(zhì)后生產(chǎn)出精干麻,脫膠過程中堿煮前的生物酶處理可以使膠質(zhì)和纖維之間的結(jié)合松動(dòng),有利于堿煮時(shí)膠質(zhì)的去除。其優(yōu)點(diǎn)是可大大減小環(huán)境污染、減少能源和化學(xué)藥品消耗,纖維損傷小,得到的精干麻品質(zhì)優(yōu)良,手感蓬松柔軟。

  ③ 麻纖維化學(xué)—生物聯(lián)合脫膠利用化學(xué)前處理可以去除脂蠟質(zhì)、部分果膠、半纖維素和木質(zhì)素,從而有利于后道工序中酶對(duì)底物的進(jìn)攻,進(jìn)而充分利用生物酶的專一性去除堿煮中難以去除而留下的膠質(zhì)。而且酶處理可以增加橫向膨化,使纖維細(xì)孔容積增加,并擴(kuò)大木質(zhì)素表面積,以利于后續(xù)過氧化物漂白過程中使氧化劑能容易地和膠質(zhì)接觸而不損傷纖維。該脫膠方法除具有麻纖維生物—化學(xué)聯(lián)合脫膠的優(yōu)點(diǎn)外,還具有類似生物酶改性麻纖維的特性。2.3.2、生物軟麻劑

  由于麻纖維結(jié)晶度普遍較高,故剛性較大,柔軟性較差,導(dǎo)致其成紗抱合力差,而且在紡紗工藝中,纖維的轉(zhuǎn)移頻率低,纖維脫膠后,還殘存少量膠質(zhì),如果膠、木質(zhì)素等,從而導(dǎo)致纖維不易梳理,相互纏結(jié),產(chǎn)生并絲和硬條。為此,在精干麻紡紗之前,要采用乳化油劑進(jìn)行二次給油和堆倉,以降低纖維剛性,增加纖維的柔軟性,達(dá)到和提高可紡性之目的。但是由于乳化油劑多經(jīng)皂化而成,不耐硬水,若乳化條件控制不當(dāng),還會(huì)使乳化液破乳分層降低纖維的可紡性。而采用以生物酶CDF為主的復(fù)合生物軟麻劑(CDF纖維素酶與表面活性劑A和B復(fù)配),取代乳化油劑對(duì)精干麻進(jìn)行紡前處理,既能借助 酶對(duì)麻纖維的剝蝕來降低纖維的結(jié)晶度與剛性,從而避免或減少紡紗過程中常見的毛羽斷頭等疵病。

  2.3.3生物酶整理

  生物酶在紡織整理上的應(yīng)用非常廣,如牛仔布砂洗、生物拋光、羊毛的防氈縮處理等,其目的主要是織物的表面性能及手感,增進(jìn)織物的吸水性,織物與染料的親和力、給色率和色光[6]。

  ① 生物拋光整理

      生物拋光整理(又稱生物光潔)是一種新型的酶催化整理技術(shù),主要用于含有纖維素的布料以及成衣的后整理。酶制劑使織物表面纖維絨毛發(fā)生有控制的部分水解,大大減少了織物表面的絨毛,從而了織物表面性能。

  ② 酶洗

       生物酶洗在苧麻后整理技術(shù)上的應(yīng)用是上世紀(jì)90年代才得到我國同行認(rèn)識(shí)的新領(lǐng)域,由于麻纖維在穿著過程中與皮膚接觸時(shí),易產(chǎn)生刺癢感,在消除苧麻刺癢感方面,基于纖維素酶對(duì)纖維的水解催化的酶洗是一門新技術(shù),酶洗可改變纖維素纖維的微觀結(jié)構(gòu),使麻纖維縱向裂痕加深加寬,孔隙增多增大,利于柔軟劑分子滲入,經(jīng)酶洗后麻纖維的彎曲剛性降低,懸垂性提高,手感柔軟,而且消除了刺癢感。從而使織物的手感得以明顯,且光澤柔和,有良好的懸垂性和抗折皺性。

  ③ 退漿

      傳統(tǒng)的退漿為堿、酸或氧化劑等,操作不當(dāng),易使織物強(qiáng)力受到嚴(yán)重?fù)p失,而且酸堿和氧化劑對(duì)環(huán)境有污染。利用生物酶如淀粉酶退漿,不僅能節(jié)省化工原料,縮短工藝時(shí)間,還可減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,提高產(chǎn)品質(zhì)量。

  ④ 漂白

      纖維素纖維織物酶漂白可采用2種方法:一是直接破壞纖維素進(jìn)行漂白,如在H2O2和O2存在下,過氧化酶與漆酶對(duì)染料脫色;二是將淀粉變?yōu)槠咸烟呛螽a(chǎn)生H2O2,再利用其間接氧化漂白,所用酶為葡萄糖淀粉酶及葡萄糖氧化酶。其作用機(jī)理是,淀粉在葡萄糖淀粉酶的作用下轉(zhuǎn)化為β-D葡萄糖,β-D葡萄糖再在葡萄糖氧化酶的作用下產(chǎn)生H2O2和葡萄糖酸,一方面H2O2對(duì)織物漂白,另一方面葡萄糖酸能和金屬離子螯合,使漂白浴穩(wěn)定,防止纖維脆化,雖然酶漂白的織物白度較常規(guī)相同濃度H2O2堿性漂白的稍差,但其漂白后織物手感柔軟且厚實(shí)。

  ⑤ 染色

       纖維織物經(jīng)過酶前處理、整理或生物酶參與的脫膠后染色,由于纖維素酶處理后,纖維或織物變得多孔疏松,提高了染色速率,但又溶解了無定性區(qū),造成染料對(duì)基質(zhì)物的親和性下降,對(duì)染料分子吸附的有效體積降低,使平衡上染率下降。

  ⑥ 廢液和廢物處理

      紡織濕加工在一定程度上會(huì)給環(huán)境帶來負(fù)擔(dān)———廢液和廢物處理。實(shí)踐證明,酶制劑也能在三廢處理上發(fā)揮很大作用,現(xiàn)在的趨勢(shì)是應(yīng)用固定化酶或固定化微生物處理法代替?zhèn)鹘y(tǒng)采用的微生物爆氣法。

       酶是一種作為代替?zhèn)鹘y(tǒng)化學(xué)催化劑的生物催化劑,具有生物降解性和重復(fù)利用性的特點(diǎn),符合生態(tài)要求。采用生物酶對(duì)紡織品進(jìn)行濕加工,不但服用性能得到提高,不損傷皮膚,而且生產(chǎn)能耗低,廢液易生物降解,符合生態(tài)紡織品的要求。如利用無氯漂白,開發(fā)過氯化無酶進(jìn)行H2O2漂白,即能減少紡織漂染過程中產(chǎn)生的氯氣,減少對(duì)環(huán)境的破壞,車間工作環(huán)境,又可避免含磷類、含硅類穩(wěn)定劑在織物上殘留;利用一種復(fù)合生物酶對(duì)麻纖維進(jìn)行生物處理使纖維分裂度大大提高,纖維柔軟度、整齊度和可紡性也大大提高;一種生物酶可以代替石磨洗靛藍(lán)牛仔服的浮石,意味著對(duì)衣服造成的損傷減少了,對(duì)機(jī)器的磨損減少了,浮石灰塵也減少了。