纖維素酶水解作用對織物性能的影響

牛建濤，張小英，官偉波

（蘇州經貿職業技術學院 輕紡系，江蘇 蘇州215009）

纖維素是天然高分子化合物，由D－葡萄糖以β－1，4糖苷鍵聯接而成的大分子多糖，纖維素纖維主要包括天然纖維素纖維和再生纖維素纖維。纖維素酶是一種能將纖維素水解成纖維二糖和葡萄糖等產物的酶集合體，可從多種微生物、動植物中提取，習慣上將纖維素酶分成三類，內切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β－葡糖苷酶，三者協同對纖維素發生催化水解作用［1］。纖維素酶可用來切斷毛茸、使織物表面光潔、色澤鮮艷，可提高抗起球性，也可進行柔軟整理，風格特殊化整理等［2］。用纖維素酶處理棉、麻、粘膠等纖維素織物的整理技術是一種符合環保要求的整理工藝，目前在紡織行業已得到廣泛應用。

紡織工業常用的纖維素酶分為酸性、中性和弱堿性，一般常用酸性和中性纖維素酶。酸性纖維素酶一般來自里氏木霉，最適pH值為4.5～5.5，作用溫度為45～55℃，活力較高，對纖維素纖維有高度的侵蝕作用。纖維素織物經纖維素酶水解處理后，其纖維結構遭到侵蝕、破壞，織物的染色和力學性能均會發生一定的變化。為了進一步了解纖維素酶整理對織物性能的影響，本文研究了酸性纖維素酶對棉、粘膠和竹漿織物水解處理后織物性能的變化。

1 實驗部分

1.1 材料

液態酸性纖維素酶（最佳作用溫度為50℃，pH值為4.8，邢臺市太和生物化學技術有限公司），棉和粘膠（蘇州市伊可迪針織科技有限公司），竹漿織物（際華三五四二紡織有限公司）。

1.2 實驗方法

將酸性纖維素酶配成濃度為15%的溶液，利用冰醋酸調節pH值為4.8，用水浴鍋加熱至50℃。將所選的3種試樣分別投入酸性纖維素酶溶液中，并攪拌加熱1h，經水解作用后，將試樣取出，分別用水清洗后自然晾干待用。

1.3 性能測試

1.3.1 失重率

將纖維素酶水解處理前后的織物分別烘干，稱重，按下式計算失重率。

式中 W1、W2分別為酶水解處理前后織物的重量（g）。

1.3.2 拉伸斷裂強力

采用南通宏大實驗儀器有限公司的HD026N＋電子織物強力儀進行測試，參照GB／T 3923.1——1997《紡織品——織物拉伸性能：條樣法測定斷裂強度和斷裂伸長》，試樣尺寸為250mm×50mm，拉伸速度為200mm／min，試樣夾持長度為200mm。同一樣品，經向測試5塊，取平均值。

1.3.3 折皺彈性

采用寧波紡織儀器廠生產的YG541B型折皺彈性儀，參照GB／T 3819——1997《紡織品織物折皺回復性的測定：回復角法》進行測試，測定5min后的緩彈性折痕回復角。同一樣品，經向測試5次，取平均值。

1.3.4 硬挺度

采用萊州電子儀器有限公司生產的LLY－01型電子硬挺度儀，參照GB／T 7689.1——2001《增強材料機織物試驗方法：彎曲硬挺度的測定》進行測試，試樣尺寸為250mm×25mm，經向6塊，取平均值。

1.3.5 懸垂性

采用寧波紡織儀器廠生產的LFY－206型織物懸垂性風格測試儀，參照GB／T 23329——2009《紡織品織物懸垂性的測定》進行測試，試樣尺寸為D＝240 mm的圓形無折痕布樣，每塊試樣圓心開一直徑為4 mm的定位小孔。同一樣品，測試3塊，取平均值。

2 結果與分析

經過實驗測試，棉、粘膠、竹漿織物在酸性纖維素酶水解處理前后的主要服用性能測試結果如表1所示。試樣的測試結果是一致的，棉、粘膠、竹漿織物經纖維素酶水解后堅牢性、外觀形態保持性均有所降低。

表1 織物水解前后主要性能測試結果

2.1 失重率

從表1可看出，酸性纖維素酶對不同纖維素織物表現不同的水解能力。棉為天然纖維素纖維，粘膠和竹漿纖維均為再生纖維素纖維，純棉纖維的分子聚合度為6 000～15 000，結晶度為65%～72%，相對來說，結構較為緊密，酸性纖維素酶對棉的水解能力相對較弱，失重率最小；普通的粘膠纖維分子聚合度低于棉，一般為250～550，且結晶度只有35%左右，結構疏松，對酶蛋白的飽和吸附量大，對酶水解非常敏感［1］，因此酸性纖維素酶對粘膠的水解能力較強，失重率比棉大；竹漿纖維橫向存在比粘膠纖維更多的孔隙和明顯的裂縫，且縱向表面有無數的微細溝槽［3］，使得竹漿纖維的表皮層比粘膠、棉纖維更容易吸收酸性纖維素酶，竹漿織物的失重率最高，達到6.7%。

結果表明，酸性纖維素酶對不同內部結構的纖維素纖維水解作用差異較大，在用酶處理纖維素混紡織物時要注意，避免某些組分的過度水解損傷。

2.2 拉伸斷裂強力

酶水解作用時，酸性纖維素切斷了棉、粘膠、竹漿織物表面的纖維毛茸，且進入纖維內部，將纖維素水解成纖維二糖和葡萄糖等產物，纖維結構及紗線結構均遭到破壞，斷裂強力和斷裂伸長率均明顯降低。一般認為纖維素酶的EGs組分只能降解纖維素的無定形區［4］，從纖維素大分子鏈的內部隨機切斷β－1，4葡萄糖苷鍵。棉纖維是一種高結晶度的天然纖維素纖維，而粘膠、竹漿纖維都是再生纖維素纖維，結晶度低，無定形區大，棉織物的斷裂強力損失率相對較小［5］，而粘膠、竹漿織物斷裂強力損傷較大，尤其是粘膠纖維，強力損失高達62%。纖維素織物在經酶整理后，不但單根纖維強力下降，且纖維彈性伸長率降低，織物的斷裂伸長率明顯下降，棉、竹漿織物的斷裂伸長率損失最大。

2.3 折皺彈性

折皺回復性是指織物在搓揉外力作用下產生折痕的回復程度，一般用折痕回復角來表示。從表1可看出，棉、粘膠、竹漿織物經酸性纖維素酶水解作用后，緩彈性回復角減小明顯，抗皺性能均有所降低。在纖維素酶的作用下，纖維素大分子鏈、纖維素支鏈及纖維素分子鏈末端被降解，纖維素纖維性能發生變化，纖維彈性損失。棉和竹漿纖維織物相對于粘膠織物，彈性回復性損失嚴重，與棉、竹漿纖維織物的斷裂伸長率損失變化趨勢一致。

2.4 硬挺度

抗彎剛度越大，織物越難彎曲，手感比較挺爽。從表1可觀察到，棉、粘膠和竹漿織物經纖維素酶水解作用后，硬挺度均有所降低，織物柔軟度提高。纖維素酶對纖維素織物的處理，屬于生物拋光技術，可水解織物表面的絨毛纖維，織物的柔軟度得到改善。從實驗數據看，竹漿纖維織物的硬挺度損傷最大，主要是因為竹漿纖維結構疏松，孔隙較多，水解失重率最大，纖維結構遭到破壞嚴重，硬挺度降低較多。

2.5 懸垂性

織物因自重下垂的程度及形態稱為懸垂性，懸垂性好的面料能充分顯示服裝的輪廓美。表1結果顯示，棉、粘膠、竹漿織物經纖維素酶整理后，靜態懸垂系數降低明顯，懸垂性提高，純棉織物提高最為明顯。竹漿纖維織物與常規的純棉、粘膠織物相比，手感滑爽，吸濕放濕更快，懸垂性更為優良［6］，相比較而言，純棉織物的懸垂性最差。經酸性纖維素酶柔軟處理后，棉、粘膠、竹漿織物的懸垂性均得到改善，而純棉織物的提高最為顯著。

3 結論

棉、粘膠、竹漿織物經酸性纖維素酶水解處理后，由于纖維結構不同，水解性能有所差異，竹漿織物的水解失重率最大，其次是粘膠織物。酶水解作用后，粘膠、竹漿織物斷裂強力損傷較嚴重，尤其是粘膠纖維；純棉、竹漿織物的斷裂伸長、折皺回復性消失嚴重，竹漿織物的硬挺度損傷最大。棉、粘膠、竹漿織物的懸垂性均得到改善，純棉織物提高的最為顯著。

［1］郝龍云，蔡玉青.酸性酶對纖維素的水解性能［J］.印染，2008，（10）：6－8.

［2］何中琴，譯.纖維素酶處理后的纖維素纖維染色性和力學性質［J］.印染譯叢，2001，（3）：78－81.

［3］杜衛平.竹漿纖維的基本形態結構分析［J］.上海紡織科技，2006，（6）：7－11.

［4］呂家華.纖維素酶對纖維素纖維的作用［D］.上海：東華大學，2003.

［5］尉 霞，李紀強.纖維素酶整理后棉織物的機械性能［J］.北京紡織，2001，（4）：36－38.

［6］劉 貴，楊瑜榕，王明葵.竹漿纖維與粘膠纖維的鑒別［J］.上海紡織科技，2010，（12）：49－52.