蘇州絲綢工學(xué)院 徐秀雯 李明 朱玲 喬海艷
1.前言
用纖維素酶來(lái)處理棉麻織物，使織物表面均勻、光潔、富有光澤，織物柔軟滑爽，而且不會(huì)引起環(huán)境污染，不會(huì)損傷皮膚，廢水容易生物降解，因而越來(lái)越受到染整行業(yè)的重視。
本論文通過(guò)對(duì)棉麻纖維的性能分析，運(yùn)用纖維素酶生物減量整理的原理，討論其生物減量的因素，并結(jié)合染整加工特點(diǎn)，初步比較了浸漬法和機(jī)械法對(duì)減量效果的影響。
2.原理
據(jù)目前研究，纖維素主要包括三類(lèi)性質(zhì)不同的酶。
2.1.Ｃ1酶
Ｃ1酶是纖維素酶系中的重要部分，它水解作用于纖維素的結(jié)晶部分，主要產(chǎn)物是纖維素二糖。
2.2.Ｃｘ
Ｃｘ酶又分為外切β-1，４－葡聚糖酶和內(nèi)切β-1－４葡聚糖酶。Ｃｘ酶作用于纖維素的無(wú)定形區(qū)。
2.3.β－葡萄糖甙酶
β－葡萄糖甙酶水解纖維素二糖和短鏈生成葡萄糖。
纖維素酶使纖維素轉(zhuǎn)化成葡萄糖過(guò)程至今不太清楚，對(duì)于酶系的作用方式，許多學(xué)者也有不同看法。Ｒｅｅｓｅ［1，２］提出Ｃ1－Ｃｘ假說(shuō)，認(rèn)為Ｃ1酶首先作用于結(jié)晶纖維素，使其可改變成可被Ｃｘ酶作用的形式；Ｃｘ隨機(jī)水解非結(jié)晶纖維素，可溶性纖維素衍生物，β－葡萄糖甙酶將纖維素二糖、三糖水解成葡萄糖，但是Ｒｅｅｓｅ等提出Ｃ1，Ｃｘ分階段水解纖維素的假想在以后的實(shí)驗(yàn)中并未得以證實(shí)。Ｗｏｏｄ和中國(guó)科學(xué)院微生物研究所纖維素酶組報(bào)道［３，４］，若把以上多組份酶系分離開(kāi)，它們各自就失去活性，若把分離的組分再按比例混合則可恢復(fù)活性，所以纖維素酶依靠幾個(gè)組份相互協(xié)同作用，完成對(duì)纖維素底物的作用。纖維素酶的多組份在纖維素降解過(guò)程中各組份的協(xié)同作用，已經(jīng)得到實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。Ｎｉｓｉｚａｗａ等人認(rèn)為Ｃｘ先作用于纖維素，產(chǎn)生聚合度較低的碎片，Ｃ1酶以這些碎片末端開(kāi)始將其水解成可溶性糖。從這個(gè)意義而言，認(rèn)為ＲｅｅｓｅＣ假設(shè)的1－Ｃｘ的作用應(yīng)該顛倒過(guò)來(lái)。
3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
3.1.試驗(yàn)材料
純棉細(xì)布(廠方提供，煮煉漂
純苧麻坯布(廠方提供，原坯).２1ｓ×２1ｓ.５８×５８
棉麻混紡布(廠方提供，煮煉漂白).２1ｓ×２1ｓ.５８×５８
3.2.試驗(yàn)儀器
風(fēng)格儀（ＫＥＳ－ＦＢ），強(qiáng)力測(cè)定儀（ＹＧ０２６）懸垂儀（ＹＧ８11），白云泉洗衣機(jī)，７２型分光光度計(jì)。
3.3.試驗(yàn)藥品
纖維素酶液——纖維素酶Ｌ，結(jié)晶醋酸鈉(分析純)，醋酸(分析純)等。
3.4.實(shí)驗(yàn)方法和步驟
3.4.1.纖維素酶活力測(cè)定方法和步驟：按濾紙?zhí)抢w維素酶活力測(cè)定方法進(jìn)行［５］［６］。
3.4.2.生物整理方法
浸漬法：將配制酶液在燒杯中恒溫，放入退漿洗凈的坯布均勻浸潤(rùn)，作用一定時(shí)間后，取出煮沸終止酶促反應(yīng)，水洗晾干，備用。
機(jī)械法：將酶液置于洗衣機(jī)中恒溫，放入織物，開(kāi)啟洗衣機(jī)，作用一定時(shí)間后，取出煮沸終止酶促反應(yīng)，水洗晾干，備用。
3.5.織物性能測(cè)試
3.5.1.減量率測(cè)試
將試樣放入恒溫烘箱，于1０５℃下恒重，干燥器中冷卻，稱(chēng)重，計(jì)算其減量率。
減量率＝（處理前布重－處理后布重）/處理前布重×1００％
3.5.2.強(qiáng)力測(cè)試
在ＹＧ０２６ 強(qiáng)力試驗(yàn)儀上進(jìn)行。
3.5.3.懸垂性測(cè)試
在ＹＧ８11懸垂儀上進(jìn)行。
3.5.4.壓縮率測(cè)定
在ＫＥＳ－ＦＢ風(fēng)格儀上進(jìn)行
Ｔｏ：表觀厚度，即織物受０.５９ｇ／ｃｍ２壓力時(shí)厚度（ｍｍ）
Ｔｍ：穩(wěn)定厚度，即織物受５０ｇ／ｃｍ２壓力時(shí)厚度（ｍｍ）
壓縮率ＥＭＣ＝（Ｔｏ－Ｔｍ）/Ｔｏ×1００％
4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論
4.1.纖維素酶最佳ｐＨ值和最佳作用溫度
纖維素酶能否有效地對(duì)纖維素β－1，４－甙鏈的水解起催化作用，關(guān)鍵在于活力，活力大小首先與纖維素酶菌種有直接關(guān)系。另外，影響其活力的主要因素有溫度、ｐＨ值和某些被稱(chēng)為激活劑和抑制劑的化學(xué)物質(zhì)。
本文所用的纖維素酶為酸性纖維素酶，其最佳ｐ
4.2.纖維素酶用量對(duì)生物整理減量率的影響
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圖1、圖2分別表示纖維素酶用量對(duì)苧麻織物、純棉織物的減量率和影響。以機(jī)械法為例，當(dāng)ｏ.ｗ.ｆ從1％增加到５％時(shí)，苧麻織物的減量率由1.９％逐漸增加到３.９％，純棉織物的減量率由1.０％逐漸增加到1.７％，純棉織物的減量率增加幅度小，相同的用量，苧麻織物的減量率大于純棉織物。若繼續(xù)增加用量，苧麻織物的纖維素酶用量與減量率的關(guān)系曲線(xiàn)，有繼續(xù)上升之勢(shì)，而純棉織物的相應(yīng)曲線(xiàn)卻十分平坦，隨用量的增加，減量率幾乎不再提高。由此可見(jiàn)，生物整理劑用量應(yīng)隨織物纖維種類(lèi)的不同而變化。苧麻織物對(duì)纖維素酶的作用較為靈敏，這是因?yàn)槠r麻纖維的縱向表面有裂紋，橫向有開(kāi)裂和不開(kāi)裂的橫節(jié)和麻結(jié)，在生物整理時(shí)，易受纖維素酶的侵入，因而不僅在纖維表面，而且與纖維的縱橫向的裂紋，橫節(jié)和麻結(jié)中，纖維素大分子鍵的β－1，４－甙鏈斷裂，失重較多。
圖1、圖2比較了用機(jī)械法和浸漬法來(lái)生物整理苧麻織物、棉織物的減量率，由圖可知，不管是苧麻還是棉，在相同用量時(shí)，機(jī)械法的減量率大于浸漬法的減量率。
4.3.作用時(shí)間對(duì)生物減量率的影響
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作用時(shí)間也是影響纖維素酶生物減量率的因素之一。圖3、圖4表示苧麻、純棉織物的作用時(shí)間與減量率關(guān)系。由圖可知，隨著時(shí)間的增加，苧麻、純棉織物
4.4.浴比大小對(duì)生物整理減量率的影響
表1列舉了浴比對(duì)苧麻織物減量率的影響。
表1. 浴比對(duì)苧麻織物減量率影響
| 方法 | 指標(biāo) | 浴比 | |||
| 1∶1０ | 1∶1５ | 1∶３０ | 1∶５０ | ||
| 浸漬法 | 減量率(%) | 1.５ | 1.３ | 1.1 | ０.３ |
| 機(jī)械法 | 減量率(%) | ４.５ | ４.０ | ３.２ | ２.２ |
注；試驗(yàn)條件：ｐＨ4.6～４.８，５０℃，ｏｗｆ４％，1ｈｒ。
由表1可知，隨著浴比的增大，減量率下降。當(dāng)纖維素酶用量相同時(shí)，浴比小，相當(dāng)于提高生物整理劑的濃度，織物的減量較多；當(dāng)浴比增大時(shí)，相當(dāng)于降低了生物整理劑濃度，織物減量相應(yīng)減小，茸毛不易除盡，布面不夠光潔，手感也較差。在酶用量和時(shí)間正常的情況下，浴比一般選擇(1∶２０～1∶３０）。
4.5.外觀和內(nèi)在質(zhì)量的評(píng)定
4.5.1.外觀
經(jīng)過(guò)纖維素酶整理過(guò)的苧麻、純棉和棉麻混紡織物表面光潔而有光澤，布面紋路清晰?？椢锸指腥彳?，其柔軟和舒適效果是耐久性的，是一般柔軟劑所不能及的。由于纖維素酶整理過(guò)的織物具有以上特點(diǎn)，所以纖維素酶整理也稱(chēng)為生物拋光。
4.5.2.內(nèi)在質(zhì)量
ａ.懸垂性
表2表示在純棉、棉麻混紡織物的懸垂系數(shù)。
表2. 純棉、棉麻混紡織物懸垂系數(shù)值
| 織物 | 懸垂系數(shù)(%) | ||
| 經(jīng)過(guò)前處理 | 生物整理后 | 比較 | |
| 純棉 | ６1.1 | ５４.４ | 提高11％ |
| 棉麻混紡 | ６９.４ | ６５.５ | 提高６％ |
注；試驗(yàn)條件ｐＨ４.６～４.８，５０℃～５５℃，ｏｗｆ７％，1∶３０，３０‘
從表2純棉、棉麻、混紡織物懸垂性數(shù)值可知，同一試驗(yàn)條件下，生物整理后純棉、
ｂ.壓縮性
表3列舉了純棉、苧麻、棉麻混紡織物的表觀厚度、穩(wěn)定厚度和壓縮率數(shù)值。
表3. 純棉、苧麻、棉麻紡織物壓縮性數(shù)值
| 織物 | 指標(biāo) | |||
| 表觀厚度 | 穩(wěn)定厚度 | 壓縮率 | ||
| 純棉 | 整理前 | ０.５７５ | ０.３８８ | ３２.５ |
| 整理后 | ０.６７０ | ０.４1５ | ３８.1 | |
| 純棉 | 整理前 | ０.５００ | ０.３1０ | ３７ |
| 整理后 | ０.６４０ | ０.３６０ | ４４ | |
| 純棉 | 整理前 | ０.５５０ | ０.３４５ | ３７ |
| < 理后 | ０.５９０ | ０.３４０ | ４３ |
注；ｐＨ４.６～４.８，５０℃，1∶３０，５０?，ｏｗｆ（４～５％）
由表3可知，用纖維素酶整理的上述織物表觀厚度、穩(wěn)定厚度數(shù)值均比整理前高，壓縮率也提高。壓縮率越大，說(shuō)明織物蓬松，膨化好。盡管生物整理具有表面拋光作用，使織物表面的茸毛除去，布面光潔，但是這種多組份酶系不僅使織物表面蓬松，而且使纖維和織物膨化，所以從總的效果看來(lái)，纖維素酶整理后壓縮率提高了。
ｃ.織物拉伸斷裂強(qiáng)度
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圖７、圖８分別表示苧麻、純棉織物酶用量與強(qiáng)降之間的關(guān)系。從圖1和圖5、6可知，隨酶用量的增大，纖維素的水解反應(yīng)速度越快，苧麻、純棉織物的失重越多，強(qiáng)降越大。酶用量相同時(shí)，苧麻織物的強(qiáng)降大于純棉織物的強(qiáng)降。這是因?yàn)槠r麻纖維縱橫向有裂紋、麻結(jié)和橫節(jié)容易受到纖維素酶的侵蝕，水解劇烈，形成更多更深缺陷，在外力作用下容易破壞。就苧麻的浸漬法，酶用量增大，減量率增加，而強(qiáng)降陡然上升，幾乎與機(jī)械法強(qiáng)降相仿，但此時(shí)，織物表面茸毛除去有限，表面粗糙，手感較硬。機(jī)械法生物整理，隨酶用量增加，減量率上升很快，強(qiáng)降比浸漬法大些，但織物外觀光潔、光澤好，紋路清晰，織物的懸垂性和蓬松性都較好。由圖7、8可知，纖維素酶整理苧麻、純棉織物強(qiáng)降是不可避免的。當(dāng)織物減量比較大，整理效果好，但強(qiáng)降明顯增加。減量太小，雖然強(qiáng)降不大，但整理效果不夠理想?？梢?jiàn)，外觀質(zhì)量、內(nèi)在指標(biāo)與強(qiáng)降是一對(duì)孿生矛盾。考慮到纖維素織物不遭受?chē)?yán)重?fù)p傷，織物又能具備生物拋光、柔軟整理的效果，強(qiáng)降保持適度或可接受范圍，應(yīng)盡量避免纖維素酶的過(guò)量過(guò)度處理，否則會(huì)造成強(qiáng)力損傷的致命傷。
5.結(jié)論
本文用酶性纖維酶對(duì)棉麻織物進(jìn)行生物減量?？疾炝颂幚矸椒ā⒚赣昧俊⑻幚頃r(shí)間、浴比等因素對(duì)減量率的影響，并對(duì)整理前后織物的外觀、懸垂
5.1.分別用浸漬法和機(jī)械法處理織物，機(jī)械法整理的減量率大于浸漬法。
5.2.纖維素酶對(duì)棉、苧麻減量率不同，苧麻對(duì)纖維素酶較敏感，減量率較高。
5.3.隨酶用量增加，織物減量率增加，當(dāng)棉織物上纖維素酶用量大于５％時(shí)，減量率變化不明顯。
5.4.隨處理時(shí)間的增加，織物減量率增加。超過(guò)一小時(shí)，棉減量率不明顯。
5.5.浴比增加，減量率下降。
5.6.整理后織物的強(qiáng)力下降。苧麻織物的強(qiáng)降尤為明顯。
5.7.整理后織物表面光潔，富有光澤，手感柔軟，懸垂系數(shù)下降，壓縮率提高，具備有一般柔軟劑整理不能達(dá)到的效果。
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