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超聲波對(duì)生物酶用于處理棉織物的作用(下)

唐志翔 上海市印染技術(shù)研究所 200020

上期提要：生物酶在紡織品染整生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍正在不斷擴(kuò)大，但存在成本高、處理時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題。如在纖維素酶處理時(shí)應(yīng)用超聲波，可以顯著提高酶的活性，而基本不影響棉織物的斷裂強(qiáng)力，因而可以在生產(chǎn)中減少酶的用量和加工時(shí)間，克服酶應(yīng)用存在的成本高、時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)。

3 超聲波對(duì)果膠酶生物煮練的作用[9]

棉織物的煮練一般應(yīng)用氫氧化鈉沸液，需要大量地用水和能源，產(chǎn)生大量的堿性廢水，嚴(yán)重影響了環(huán)境。生物酶用于棉織物煮練，國(guó)內(nèi)外巳進(jìn)行了很多研究工作。加工所需溫度較低，約為40-50℃，顯著降低了能耗；排出廢水易于降解，不致對(duì)環(huán)保有不利影響。但反應(yīng)速率較慢、加工成本較高是其缺點(diǎn)。

設(shè)想酶生物煮練時(shí)引入超聲波，其空穴作用所產(chǎn)生的沖擊波會(huì)對(duì)液體邊界層形成強(qiáng)烈的攪動(dòng)，顯著改善龐大的酶分子向纖維表面的傳遞，并且提高總的反應(yīng)速率。同時(shí)，空穴作用對(duì)多相體系的紡織品濕加工特別有利。因此，本試驗(yàn)?zāi)康谋闶茄芯砍暡▽?duì)棉坯布用酸性或堿性果膠酶進(jìn)行生物煮練的影響。

本試驗(yàn)的處理參數(shù)仍是酶液用量、超聲波能量功率、處理時(shí)間、機(jī)械攪動(dòng)(循環(huán))速率。分別用兩種果膠酶進(jìn)行試驗(yàn)外，還進(jìn)行了生物煮練結(jié)合退漿、后洗滌的試驗(yàn)，其相應(yīng)的結(jié)果，以潤(rùn)濕性、白度指數(shù)、均勻性、斷裂強(qiáng)力來(lái)表示。

3·1 實(shí)驗(yàn)

3·1·1 織物

Testfabrics公司棉印花原坯布(122g/m2)織物試樣(508mm×330mm)縫邊。每塊試樣稱重約25g。

3·1·4 生物酶

兩種果膠酶：酸性果膠酶Viscozyme L和堿性果膠酶Bioprep L，都來(lái)自Novo Nordisk生化公司。生物酶處理時(shí)所用緩沖劑、pH、溫使等條件見(jiàn)表5。

表5 生物酶和反應(yīng)條件

3·1·3 設(shè)備

同本文2·1·3中所述。

3·1·4 測(cè)定

測(cè)定了用酶和酶加超聲波在各種條件下處理所有試樣的潤(rùn)濕性、斷強(qiáng)和白度指數(shù)，并用棉印花原坯布樣進(jìn)行比較，所有測(cè)定都在恒定條件(21℃和65%相對(duì)濕度)下調(diào)濕24h。每塊布樣經(jīng)、緯向各切割三條布條（2.5cm×l7.8cm），并在相同條件下測(cè)定。

潤(rùn)濕性測(cè)定：按AATCC芯吸試驗(yàn)法評(píng)價(jià)試樣的潤(rùn)濕性，測(cè)定水分通過(guò)試樣布條芯吸上升3cm的時(shí)間。經(jīng)、緯向各分別重復(fù)測(cè)試三塊布條試樣。

斷裂強(qiáng)力測(cè)定：按標(biāo)準(zhǔn)方法ASTM D5035-95(布條法)在lnstron試驗(yàn)儀上測(cè)定經(jīng)、緯向的斷裂強(qiáng)力。

白度指數(shù)測(cè)定：根據(jù)AATCC試驗(yàn)方法l10-1995。

所有酶生物煮練試驗(yàn)的說(shuō)明、處理時(shí)間及編號(hào)如表6所示:

表6煮練試驗(yàn)的說(shuō)明及處理時(shí)間

3·2 結(jié)果和討論

3·2·1酸性果膠酶生物煮練試驗(yàn)

ACP-l和ACP-6兩種試驗(yàn)的處理參數(shù)如表7所示：

表7 酸性果膠酶試驗(yàn)的處理參數(shù)

注：試驗(yàn)電流是指產(chǎn)生超聲波能量的電流量

上述兩種試驗(yàn)中原坯的、酸性果膠酶處理的以及酶加以超產(chǎn)波處理的三塊重復(fù)試驗(yàn)樣的平均潤(rùn)濕性(經(jīng)+緯)，分別表示于圖2和圖3中，

由圖2、圖3可以看出：

(1)酸性果膠酶生物煮練的潤(rùn)濕性和原坯布相比，ACP-l略有改善;而ACP-6則有較大的改善，但處理時(shí)間增加了5僧，而且所得潤(rùn)濕性仍然較差(芯吸葉間約200s)。

(2)酶加超聲波處理，兩種試驗(yàn)都可顯著改進(jìn)酶的性能，即潤(rùn)濕性都可顯著改善。

說(shuō)明：如本文2·2·1中所述，由于試驗(yàn)設(shè)備原因，只是織物試樣總面積的-半經(jīng)受超聲波的作用。

3·2·2 堿性果膠酶生物煮練試驗(yàn)

Novo公司開(kāi)發(fā)的堿性果膠酶，據(jù)說(shuō)對(duì)棉纖維并不損傷，且在溫和的堿性條件下處理。本試驗(yàn)中除了處理時(shí)間采用了較實(shí)用的2h外，其他試驗(yàn)參數(shù)都同酸性果膠酶。

堿性果膠酶生物煮練的三塊重復(fù)試樣 (ALP-2分別的潤(rùn)濕性數(shù)據(jù)表示在圖4中；其斷強(qiáng)和白度指數(shù)的平均數(shù)據(jù)表示在圖5、圖6中。

由圖4～圖7討論如下：

(1)根據(jù)圖4中堿性果膠酶生物煮練的三塊重復(fù)試樣的潤(rùn)濕性汁算出來(lái)的平均值，比原坯布(見(jiàn)圖2)略有改善；而各只重復(fù)試樣之間的差異很大，例如圖4中試樣2的潤(rùn)濕性(芯吸時(shí)間)約110s，而試樣1約為2200s，兩者相差約20倍，說(shuō)明處理很不均勻。酶加超聲波處理

(2)根據(jù)圖5，堿性果膠酶生物煮練試樣同原坯布樣和常規(guī)強(qiáng)堿煮練試樣相比，斷強(qiáng)無(wú)明顯差異。酶加超聲波處理，斷強(qiáng)則略有增加。

(3)根據(jù)圖6，堿性果膠酶生物煮練試樣的白度指數(shù)，比原坯布樣可有顯著的改善。酶加超聲波處理的白度指數(shù)略降，但還遠(yuǎn)優(yōu)于原坯布樣。

(4)圖2、圖4(平均值)及圖6中數(shù)據(jù)表明：用堿性果膠酶生物煮練的棉坯織物與用酸性果膠酶的ACP-l相比，有較好的潤(rùn)濕性和白度指數(shù)。

針對(duì)堿性果膠酶生物煮練試樣之間性能方面的不均勻情況，決定將加工工序進(jìn)行一些變動(dòng)，結(jié)合應(yīng)用了退漿和(或)溫和的后洗滌，以去除基質(zhì)物內(nèi)果膠物質(zhì)經(jīng)果膠酶水解后的產(chǎn)物。表8列出了新的一系列堿性果膠酶生物煮練試樣[試驗(yàn)ALP(C)-2]的處理組成，設(shè)計(jì)用以研究各種工序如退漿、后洗滌和引入超聲波處理及其各種結(jié)合對(duì)棉印花坯布酶生物煮練的影響。

表8堿性果膠酶生物煮練處理 [試驗(yàn)ALP（C）-2]的各種處理組合

后洗滌工序是在0.1%非離子表面活性劑Triton X-l00液中、82℃處理2min。對(duì)試驗(yàn)ALP(C)-2所用其他處理參數(shù)，如堿性果膠酶用量、加工溶液循

圖7～圖9表示堿性果膠酶生物煮練、退漿、后洗滌、超聲波及其相結(jié)合的處理對(duì)棉印花坯布潤(rùn)濕性或斷強(qiáng)的影響。今加以分析討論如下：

(1)圖7中堿性果膠酶生物煮練(重復(fù)試樣GS-1、2和3)的芯吸時(shí)間或潤(rùn)濕性，比棉原坯樣(見(jiàn)圖2和3)可有顯著的改善，但均勻性很差。

(2)圖7中還表明：只經(jīng)一步處理，不管是堿性果膠酶生物煮練 (重復(fù)試樣GS-1、2和3)還是退漿(重復(fù)試樣D-l、2和3)，并不能增加足夠的潤(rùn)濕性和得到較好的均勻性；只有各種結(jié)合處理，如退漿-生物煮練(重復(fù)試樣DS-1、2和3)或退漿-生物煮練-后洗滌的結(jié)合(重復(fù)試樣DSW-1、2和3)，才使處理的試樣具有足夠的均勻性和潤(rùn)濕性。

文獻(xiàn)[9]中還提到結(jié)合的生物煮練和常規(guī)強(qiáng)堿煮練相比，有可能提供相等、甚至較好的潤(rùn)濕性和均勻性，但缺少有關(guān)的圖、表說(shuō)明。

(3)根據(jù)圖8，如同以前試驗(yàn)情況一樣，引入超聲波處理可顯著改進(jìn)堿性果膠酶生物煮練、退漿-生物煮練、生物煮練-后洗滌、以及退漿-生物煮練-后洗滌的棉原坯布的潤(rùn)濕性，改善了堿性果膠酶的性能，而對(duì)酶的專一活性并無(wú)任何不利影響，而且超聲波使各種結(jié)合處理的作用均勻，并且可有一定程性的加速，

(4)圖9表明，所有各種處理試樣的斷強(qiáng)，同原坯布佯相比并無(wú)影響；而引入超聲波后的斷強(qiáng)，還比酶處理試樣和原坯布樣稍有增加。

3·3 小結(jié)

(1)酸性和堿性果膠酶的生物煮練能有效地用于棉坯織物的煮練工藝，產(chǎn)生良好的潤(rùn)濕性和白度指數(shù)，有助于以后的染整加工，而對(duì)織物的斷強(qiáng)并無(wú)明顯的影響。試驗(yàn)表明：在這些萬(wàn)面，堿性果膠酶似乎比酸性果膠酶更為有效。

(2)確立了堿性果膠酶生物煮練同退漿和后洗滌結(jié)合的工藝，可以提高潤(rùn)濕性和均勻性，相似或較優(yōu)于傳統(tǒng)的強(qiáng)堿煮練。

(3)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中，在上述處理期間引入超聲波，可以顯著改善兩種果膠酶的性能；但并不

4 結(jié)論

(1)超聲波對(duì)生物酶用于處理棉織物，可以顯著改善酶的活性和處理效果，如增加纖維素酶對(duì)纖維素的失重率；提高堿性果膠酶生物煮練棉織物的潤(rùn)濕性和均勻性。其作用原理的假設(shè)見(jiàn)本文2·3·2。

(2)超聲波可改善生物酶對(duì)纖維的擴(kuò)散系數(shù)，深入纖維內(nèi)部，以及改善酶分子通過(guò)棉纖維的遷移作用，而使酶處理較為均勻。超聲波本身對(duì)織物斷強(qiáng)并無(wú)影響，由于上述原因，有可能減少酶處理對(duì)棉織物造成的斷強(qiáng)損失。

(3)由于超聲波處理可以提高生物酶的活性，增加處理效率，因而可以降低處理時(shí)間，改進(jìn)一般生物酶處理時(shí)間較長(zhǎng)的缺點(diǎn)；減少生物酶的用量、顯著降低排放廢水處理負(fù)擔(dān)、能源消耗及總的加工成本。

(4)希望進(jìn)一步進(jìn)行上述超聲波對(duì)生物酶用于處理棉織物的作用的生產(chǎn)性試驗(yàn)，不斷完善，投產(chǎn)應(yīng)用。還希望擴(kuò)大研究超聲波對(duì)生物酶應(yīng)用于其他染整加工中的作用。

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