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酶在纺织前处理过程中的应用
集萃印花网  2009-12-05 00:00:00

    【集萃网观察】一 简 介

    酶是生物催化剂,具有在化学反应中用量少,且不被消耗的优点。在化学反应中能加速或减缓化学反应的速率。当一次化学反应结束后,酶会被释放出来,进行下一次化学反应。在理论上催化剂可以被无限次的使用,但在实际应用中,大多数催化剂受到稳定性的限制,经过一段时间的使用,它们会失去活性。通常,大多数酶在被用过一次之后就完成了使命,不能再用。

    与无机催化剂如酸、碱、金属和金属氧化物相比,酶具有其特殊性,它能分解一些特定化合物。在某些情况下,它的活性受到与之反应的化合物的一些基团限制。与酶发生反应的分子被称作酶作用物,酶与之发生反应之后,酶作用物转化成一种或者多种产物。大型酶分子的一部分与酶作用物发生可逆的结合,结合物具有另一种特殊的结构,然后酶分子中的另一特殊部分会对结合部分进行催化,使之转化成为另一种化合物。酶分子中不同部分发生的反应大体可以分为6大类:水解,氧化,降解,合成,转移,以及分子异构。在工业生产过程中,由于与酶发生反应的化合物范围很广,所以不可避免会有少量副产物生成。

    酶在常压,合适的温度及酸性(pH值)条件下发生反应。大多数酶发生反应的温度是30℃-70℃,pH值接近中性(pH=7)。目前,人们也开发了一些特殊的酶,用于特殊高温条件下使用。酶的使用节约了能源,也节省了对抗高温、高压、腐蚀等特殊设备的投资。由于酶具有反应效率高,可发生特定反应、条件温和以及降解率高等优点,它在工业生产过程中应用广泛。

    酶存在于所有生物体中。它们来自于自然界,当它们降解为氨基酸后又能被自然界快速吸收。酶只与再生原材料发生反应,水果,谷物,牛奶,脂肪,肉,棉花,皮革,木材等都是生成酶的典型原料。多数酶化作用产生的可用产品或副产品都是无毒的并可很快降解。工业生产用的酶可以以污泥作为原料通过生态循环方式生产。

    酶能加速化学反应,它与特定的基质在温和条件下发生反应,反应安全且易于控制,而且它能代替刺激的化学药品,容易生物降解,因此被广泛应用于纺织业中。

    二 酶在纺织前处理过程中的应用概述

    1、退浆

    棉纤维和棉混纺纤维在织造的时候,为增加强力,在它们表面涂上一层浆料(淀粉或者淀粉衍生物),这样避免纤维在织造过程中断裂。在织造的过程中经线承受机械加工力,因此通常给经线上浆。上浆的材料通常是淀粉或者淀粉衍生物,它的应用非常广泛(约有75%的纺织工来使用淀粉),淀粉通常是从土豆、玉米和水稻中制得。

    由于浆料的存在会影响湿处理的均匀性,因此,织物在漂白和染色之前,需要进行退浆,可供选择的退浆方式有很多。如果纤维表面的浆料是水溶性的,则在退浆过程会用到碱、表面活性剂、氧化性化学物质,如过硫酸盐或者碱,也可能用到溴化物,(或者漂白过程也会用到)。

    在纺织工业中,淀粉酶用于去除淀粉浆料,以改善湿处理的均匀性。淀粉酶是水解酶,它能促进淀粉的分解,降低其中食糖、糊精、麦芽糖的含量。这种酶的优点是只对淀粉起作用,并且对所附纤维(棉纤维和棉混纺纤维)本身没有损伤。淀粉酶能在低温下退浆,最合适的温度是30-60℃,最合适的pH是5.5-6.5。

    2、煮炼

    煮炼是去除织物上天然的或者后加工产生的杂物的过程,这些杂质包括脂肪、蜡、沙、尘土、油等。通常煮炼是把织物浸入含有烧碱的溶液中,在70-90℃的温度下进行的。传统使用强碱的煮炼过程会对纤维重量造成损失,且污染环境。使用酶化的方法煮炼则对纤维本身和环境都没有负面影响。由于操作者不再接触强腐蚀性的化学药品,因此这对其健康的影响也降到了最低。

    果胶酶对煮炼效果有效并对环境无污染。果胶酶能降解棉中的果胶,它能去除其中的蜡、油和其他杂质。诺维信为煮炼提供了一种作用温和的碱性果胶酶,它能彻底去除棉纤维的果胶和其他杂质,并能在纺织业的机械化湿处理中行以广泛应用。这种酶最合适的煮炼温度是50-60℃,pH值在7.5-9之间。

    3、漂白

    通常情况下,漂白过程使用双氧水,最合适的pH值是10.5-11,温度为80-100℃,作用时间在45分钟到5、6个小时之间。漂白完成后,漂白液排掉(因为漂白后的织物要进行印染,这样可以防止漂白与染色过程中的化学物质相互反应),此时织物上还有残存的H202,去除的方法有两种。一种是把织物洗涤数次,或者使用弱的还原剂中和纤维上的H202。在洗涤过程中,消耗大量的水(约40L/Kg织物),这也会导致大量废水的生成。

    酶在漂白过程中能代替些化学药品(如硫代硫酸盐),从而节约水和能源的消耗量。印度的科学家研制出一种过氧化氢酶,与传统去除织物上的过氧化氢方法相比,它在常温条件下就可以直接把织物上残留的H202分解成水和非反应性的氧气。

    3.1 过氧化氢酶在漂白后织物水洗过程中的应用

    2H202→02+2H20

    这个酶化过程可以减少水和能源的浪费。在漂白过后可以直接使用这种酶。下面这个流程图是以溢流染纱为例设计的过程:

    使用过氧化氢酶就可以省略漂白后洗涤织物的步骤,因为织物上的漂白剂可以被染浴中的酶分解,且残余的酶对织物和染料没有影响。

    过氧化氢酶被应用在纺织工业的漂白清洗,它能完全清除掉织物上残存的H202,因而不用任何额外水洗。这种酶适用的工艺条件是温度小于50℃,pH值在4.0-10.0之间。

    3.2 过氧化氢酶在活性染料染色后洗涤过程中的应用

    过氧化氢酶不仅可以应用在漂白过后的洗涤中,还可以应用在活性染料染色后的洗涤过程中,尽管过氧化氢已经被过氧化氢酶完全分解,染浴中由于含有了酶会使得染色织物变色,但是这种变色程度可以通过改变染色过程中的参数来降低,如盐、碱、酶的浓度以及染色温度,然而所有对颜色的影响参数是非常复杂的。因此选择一个各参数间的理想的比例是染色成功的关键所在。

    4、退煮漂同浴

    有两种酶,淀粉葡糖甘酶和葡糖氧化酶,可用于煮炼和漂白同浴两步法。

    第一步,淀粉葡糖苷酶也叫做葡萄糖淀粉酶,它也是一种酵素酶,可水解。它可以逐步的使淀粉聚合物转化为葡萄糖后再去除。它可以使葡萄糖a-1,4 a-1,6键水解,尽管a-1,6水解的速度很慢,但是淀粉葡糖甘酶还是可以明显降低葡萄糖残留物麦芽糖和异麦芽糖的浓度降低。葡萄糖淀粉酶对温度很敏(下转第52页)(上接第41页)感,当温度高于60℃它就会失去反应活性,它的使用最合理的pH值是4.0-4.5,商业用葡萄糖淀粉酶可以用曲霉菌制得。

    第二步,使用葡糖氧化酶的漂白

    在煮炼浴中必须加入葡糖氧化酶。由于氧分子的存在,葡萄糖被葡萄糖氧化酶氧化成葡萄糖酸和双氧水:

    D-葡萄糖酸在漂白过程中是不起作用的,为了制得漂白过程中需要的足量过氧化氢,在煮炼浴中必须加入足量的淀粉葡萄糖酶,这样溶液中葡萄糖酸的浓度至少也要达到250mg/L。

    结 论

    随着人们对环境的日益重视,科学家和技术人员对纺织加工有了新的想法。生物技术已经不是新名词,传统产业,包括面包,啤酒,奶酪,白酒,以及酸乳酪,都应用酶技术。但是在纺织领域人们的意识还比较淡薄,因此,应该给纺织行业提供更多应用生物技术的机会。在纺织品前处理如退浆,煮炼,漂白过程中,酶的应用已经取得较大成功。酶处理与传统的处理方法取得的结果是相同的,但是酶处理可以降低水,能源的消耗量,可以节约时间,减少污染,并且可以提高产品质量。因此在现代纺织工业中,应该加大推广力度。

    来源:中国印染行业协会   作者:董淑秀

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