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1、1酶在棉织物的前处理中的应用及探讨摘要：在环境污染和社会化生产之间的矛盾日益严重的今天，绿色染整加工已成为纺织业可持续发展的基础。随着国家环保标准的日趋严格，企业对清洁生产的认识逐步增强，节能环保的新技术、新工艺、新设备的推广应用将是大势所趋。生物酶制剂，作为一种节能减排、对环境友好的助剂，正在纺织印染加工中扮演着越来越重要的角色。文章主要对生物酶的性质和特点，酶退浆的原理和工艺，酶煮练的原理和工艺，以及过氧化氢酶的漂白进行了研究及探讨，并对酶的发展前景进行了分析。关键词：生物酶 棉织物 退浆 煮练 漂白1前言织物前处理是染整生产过程中的基础工序，它对稳定提高后道工序(染色、印花、后整理)的产
2、品质量，起着重要作用,尤其是纯棉织物的前处理工艺，其加工目的，是要去除织物上的天然杂质和在纺织过程中附加的浆料、助剂及玷污物，包括去除化纤织物上的各种油剂及助剂，使织物具有良好的润湿性，均匀的白度、较好的清洁外观、光泽、手感和稳定的尺寸、强力，还要满足近年来客户及消费者对产品色差、色牢度、色泽鲜艳度、纯正度、实物外观、缩水率、手感及生态环境等方面越来越高的要求，这更显示出其重要性。再由于染整前处理工序的能耗在总能耗中占有较大比例，据报导其能耗约为染整过程总能耗的 70%以上(耗水量占 60%以上)。同时前处理工序产生的污水对环境污染影响极大，其污染程度也要占到 70%以上，因此，染整前处理工序
3、的重要性是不言而喻的。纯棉织物的前处理生产工艺，传统上一直采用高温强碱的化学方法，这种工艺消耗大量能源，并产生大量对环境有害的物质。在环境污染和社会化生产之间的矛盾日益严重的今天，绿色染整加工已成为纺织业可持续发展的基础。为此，国际上早在 20世纪 90 年代初就研究采用生物酶技术进行纯棉织物的前处理工艺，以取代传统的高温强碱工艺，我国近几年也开始采用这一新工艺。棉织物生物酶前处理是有利于环保的新兴技术。在棉织物的退浆、煮练、漂白工序都有应用酶的研究，其优点是有利于生物降解、低温节能和手感柔软，但与常规棉织物的前处理相比，还存在加工成本高等问题。因此，需要对酶进行不断的改进，或研究找到性能更好
4、的酶，不断满足棉织物生物酶前处理的需要。棉织物用传统前处理碱退浆、碱煮练和过氧化氢(或次氯酸纳)漂白已有很久的历史。随着生态要求和环保意识的提高，人们在各个方面都作出了以环保为方向的革新。印染行业环保清洁化生产应运而生，前处理废水量在印染废水总量中占有较大比例。用生物酶技术应用在棉织物的退浆、煮练、漂白的工序中，以解决棉织物前处理生态环境问题。本文将对目前生物酶前处理分工序研究进行综合分析，通过对棉织物生物2酶前处理与传统前处理比较，提出酶前处理的优点与其发展前景 【1】 。1.1 棉织物的前处理工艺简介棉织物的前处理包括：原布准备、烧毛、退浆、煮练、漂白、开幅、轧水、烘干和丝光工序。通过前处
5、理，去除棉纤维上所含有的天然杂质以及纺织加工过程中施加的浆料和粘上的油污等，改善织物的外观，提高织物的内在质量。本文主要研究棉织物前处理中的退浆、煮练和漂白三道工序。1.1.1 退浆棉织物在织造过程中，经纱受到较大的张力和摩擦，常有断经现象发生。为了减少断经，提高织造效率和坯 布 质量，在织造前，经纱一般都要经上浆处理，使纱线中的纤维黏着抱合起来，并在纱线表面形成一层坚韧的薄膜，增加经纱表面的光滑度，从而提高经纱的断裂强度和耐磨性能。经纱上浆有利于织造的顺利进行，但却给后续的染整加工带来了一定的困难，它不仅影响织物的润湿、渗透性，阻碍染料、化学药品和纤维的接触，增大染化料的耗用量，增加练漂加工
6、的负担，而且还会造成印染疵病，影响印染产品质量。因此，棉织物在煮练、漂白前一般都要进行退浆处理。退浆不仅可以去除织物上的染料，而且还可以去除棉纤维上的天然杂质 2。1.1.2 煮练棉织物经过退浆后，虽然大部分浆料和部分天然杂质已被去除，但是仍残留有少量的浆料和大部分的天然杂质，这些杂质的存在不仅使布面表面发黄而影响织物的外观，而且使棉织物的吸湿性降低，润湿渗透性差，有碍后续加工的顺利进行。因此，棉织物在退浆以后，大都需要进行不同程度的煮练，以去除大部分的天然杂质和残留的浆料，精炼提纯纤维素，从而改进织物的外观，提高织物的吸湿性，以利于印染后加工。煮练是一个很复杂的过程，在这一过程中常同时伴随有
7、水解、皂化、乳化、复分解、溶解等多种作用的发生，棉纤维中的杂质也正是借助于这些作用而被去除的 2 。1.1.3 漂白棉织物经过煮练后，虽然大部分的杂质已被去除，织物的吸湿性有了很大程度的提高，但天然色素依然存在，这不仅影响织物的白度，而且也影响染色和印花织物的色泽鲜艳度。因此，除少数品种外，一般经退浆、煮练后，还要经过漂白加工。漂白是前处理的主要工序，它不仅能去除织物上的色素，提高织物的白度或色泽鲜艳度；同时也可继续去除织物上残留的杂质如棉籽壳、蜡质等，从而进一步提高棉织物的吸湿性。常用的漂白剂主要有两大类，即氧化型漂白剂和还原型漂白剂。织物的漂白方式主要有浸漂、淋漂和轧漂三种 【2】 。31
8、.2 生物酶的类型、特性及其影响因素1.2.1 酶的类型目前应用于棉织物前处理工艺的生物酶主要有淀粉酶、果胶酶、纤维素酶、过氧化氢分解酶等。按 AATCC 试验方法得出的结论是：果胶酶、纤维素酶、淀粉酶最为有效,特别是果胶酶和纤维素酶的拼混使用更为有效；蛋白酶和脂肪酶在棉织物上应用，经试验效果不佳，有待进一步研究,其他新的酶种还有待开发 3。1.2.2 酶的特性(1)专一性酶最大的特性是专一性，它对所作用的底物有严格的选择性。正所谓一物降一物，一种酶只能催化降解一种或一类物质，不同的酶，其专一性程度也不同。有的酶对底物的要求非常严格，它只作用于某一种物质，而不作用于其他物质；有的酶只能作用于一
9、定的化学键，对键两端基团无严格要求；但另有一些酶对底物的要求不那么严格，可作用的底物不止一个。(2)高效性酶的催化反应可在常温常压和温和的 pH 值条件下进行。一个酶分子在一分钟内能引起数百万个底物分子的转化。(3)酶的活性酶活是以国际单位(IU)测量的。如一个国际单位的纤维素酶，定义为从一个规定的纤维素基质上，在规定的 pH 值和温度下，1 h 内释放出 1.0mol 的葡萄糖。又如一个国际单位的果胶酶，定义为从一个规定的聚半乳糖醛酸基质上，在规定的 pH 值和温度下，1 h 内释放出 1.0mol 半乳糖醛酸。每种酶都有一个优化的 pH 值及其活化范围，其活性行为是由于酶蛋白质中支链上的氨
10、基酸残基的静电状态，改变了 pH 值范围而产生的。在极端 pH 值状态下，酶的三度空间被破坏，因而酶失去了催化作用。另外，酶的活性及其催化反应的速率是随温度变化的。有的酶其催化反应的速率是随温度每增加 10而加倍。这是由于温度提高后,增加了酶与基质间的碰撞的结果，这种趋势随着温度增加一直到达最佳温度为止。若高于此温度，将破坏酶的三度空间而使酶失去活性和催化功能。因此，为充分发挥酶的催化能力，必须找出它的最佳 pH 值和最佳温度活性值 3。1.2.3 影响酶活和酶促反应速率的因素增强酶活和酶促反应速率的物质称为激活剂，反之称为抑制剂。影响酶活和酶促反应速率的因素较多，主要有几种:(1)pH 值p
11、H 值会影响酶蛋白的构象和酶分子的解析状态，从而影响酶的活性。在某一 pH 值4下，酶促反应速率达到最大值，称为该酶促反应的最佳 pH 值。经测试，常用酶的最适合 pH 值在 4.58 之间，如淀粉酶为 59.5，果胶酶为 411(其范围较大)，纤维素酶为 4.55.5。(2)温度温度对酶促反应速率的影响很大。随着加工温度的升高，一方面酶促反应速率加快(温度每升高 10，反应速率增加 12 倍)，另一方面酶蛋白会逐渐变性失活。酶促反应有最适合的温度范围，如淀粉酶在 20120，果胶酶在 25100，纤维素酶在4060。(3)酶浓度增加酶浓度，酶促反应速率会不断增加。(4)机械搅动机械搅动可促使
12、棉的初生胞壁与次生胞壁间的连接松弛，由于分子间松弛程度增大，使棉纤维表面的微孔裂缝变大。因而增加了酶进入微孔和裂隙的机会，从而也提高了酶促反应速率。但是,搅动剪切力过剧烈，反而使酶的三维空间结构遭受破坏而使酶失活。另据文献介绍，若将超声波引入到棉织物酶处理的反应中，可减少加工时间，节约酶的用量，提高处理效果，降低生产成本。(5)表面活性剂表面活性剂对酶活影响也非常明显。如阴离子表面活性剂可与酶蛋白生成复合物，而破坏其蛋白结构；阳离子表面活性剂对酶蛋白的亲和力小，因而对酶失活的作用较小，但在高浓度下，与酶蛋白结合生成伸展的棒状复合体，而破坏蛋白结构。只有非离子表面活性剂，通常不与酶蛋白结合，不干
13、预酶的三维空间结构，所以能保持酶本身的活性，但浓度也不能高于 CMC(临界胶束浓度)。在 CMC 浓度以下，能帮助酶向基质渗透，提高酶促反应速率 【3】 。2 酶在前处理中的使用研究在印染工业前处理工艺中，烧碱是漂练车间生产消耗量最大的化工原料,同时又是造成水污染的主要原因。烧碱应用量最大的两个工序是丝光和退煮漂。在大多数印染厂，丝光碱是回收利用的，回收率在 85 %90 %以上,而退煮漂用碱则全部排入废水中。至目前为止，还没有一个完全无碱的工艺成功使用，而无碱退煮漂工艺是今后的发展方向。用高温退浆酶和煮练酶开发无碱退煮漂工艺，与采用传统工艺的半制品比较，效果相当，且染色效果可以和传统的有碱工
14、艺织物媲美 【4】 。2.1 酶退浆酶退浆法适用于淀粉浆料。酶的作用对象具有专一性，淀粉酶只能使淀粉水解而不损伤纤维素纤维，这是酶退浆的独特优点，而其他退浆法会在不同程度上损伤纤维。酶的另一个优点是易于生化降解，酶退浆使淀粉水解成糊精，糊精能为生物所降解。5在酶退浆的废水中，虽然生物耗氧量指标较高,但盐和有害化学品的含量很低，化学耗氧量指标极低。用酶退浆法产生的废水危害性较小，不属于废水污染源。2.1.1 酶退浆原理酶的作用对象是淀粉，可用于织物退浆处理，其作用机理是：通过催化淀粉分子链中 -甙键，使淀粉糊化，并从织物上降解脱落，从而达到退除淀粉浆的目的。L-2000 退浆酶是温宽型 -淀粉酶
15、，能在较宽温度范围内对 -1.4 甙键起催化作用，使淀粉水解成分子量较小的化合物，再经水洗去除。在退浆的同时，还能去除织物上部分其它杂质。2.1.2 酶退浆工艺苏宏酶（工业品，诺维信苏州生产）是酶退浆工艺中的一种酶。下面主要研究了苏宏酶在退浆中的三种工艺方法：（1）浸渍法工艺流程：酶退浆热水洗温水洗冷水洗烘干采用正交实验法确定酶处理工艺结果，见表 1【5】 。表 1 正交实验法确定酶处理工艺结果编号 pH 值A温度（0C）B时间（min）C浓度（%）D毛效（cm/30min）白度指数强力（N）退浆效果去除棉籽壳123456789555777999507090507090507090204060
16、6020404060200.512120.520.5111.0010.8012.509.008.0013.008.3010.2011.5010.6712.7515.0712.0713.7914.8710.6810.4912.69335321332332315331327316331中中良中良优差差差一般一般一般一般一般一般差差差由表可以看出，温度影响最大，温度提高，退浆效果也明显提高；其次是浓度和pH 值；影响最小的是时间。由此可得出酶退浆最佳工艺：苏宏酶 2000L 为 0.5%（o.w.f ） ；JFC-10 为0.1%（o.w.f ） ；pH 值=7；温度 9095；时间 40min；浴比为 110。在苏宏酶 2000L 退浆中，JFC-10 是一高效渗透剂，实验证明与苏宏酶有协同作用，可明显提高织物的毛效。6（2）汽蒸法工艺流程：坯布浸轧退浆液（室温，二浸二轧，轧余率 100%110%）汽蒸（98100，4550min）热水洗（85
