預(yù)處理工藝對蛋白酶脫膠影響

劉姝瑞，張明宇，譚艷君，馬佳利，霍倩，李文燕

(1.西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院,陜西西安 710048;

2.偉格仕紡織助劑(江門)有限公司，廣東江門 529000;

3．西安工程大學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心,陜西西安 710048)

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預(yù)處理工藝對蛋白酶脫膠影響

劉姝瑞1，張明宇2，譚艷君1，馬佳利1，霍倩3，李文燕1

(1.西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院,陜西西安 710048;

2.偉格仕紡織助劑(江門)有限公司，廣東江門 529000;

3．西安工程大學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心,陜西西安 710048)

摘要：主要研究蛋白酶生絲脫膠的預(yù)處理工藝，通過對生絲預(yù)處理前后和脫膠前后織物的白度、毛效、失重率的測試，發(fā)現(xiàn)預(yù)處理階段主要使絲織物表面雜質(zhì)去除，其失重率較小，織物脫膠工藝有影響。預(yù)處理就溫度過高，會使織物毛效降低，溫度過低會影響織物白度；Na2CO3的使用可以提高織物白度和毛效，但用量過高會導(dǎo)致織物毛效顯著降低，用量需要在1g/L以內(nèi)，最終得到最佳預(yù)處理工藝：溫度60℃，Na2CO3用量1g/L，時間30min。

關(guān)鍵詞：蛋白酶生絲脫膠預(yù)處理工藝織物失重

酶是一種特殊的催化劑，具有高催化效率、高度的專一性，同時反應(yīng)條件溫和。酶催化反應(yīng)都在弱酸、弱堿或中性條件下進行，對環(huán)境污染小，對設(shè)備的腐蝕小，生產(chǎn)安全性高[1]。酶催化反應(yīng)的效率取決于酶的濃度、反應(yīng)物濃度、保溫或反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度、系統(tǒng)的pH值、所存在的活化劑及阻化劑。

蛋白酶是水解蛋白質(zhì)肽鍵的一類酶的總稱。按其水解多肽的方式，可將其分為內(nèi)肽酶和外肽酶兩類[2]。工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的蛋白酶，主要是內(nèi)肽酶[3]。在紡織上，蛋白酶主要用于蠶絲脫膠和羊毛的處理[4]。蠶絲的精練就是絲膠的溶解和去除。在熱、酸、堿，重金屬離子的作用下，絲膠性狀發(fā)生變化，遇熱水特別是含堿劑的熱水易溶解，而絲素卻難溶解，利用這種溶解性的差異，可進行蠶絲精練。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)酶處理對絲素的損傷較小[5，6]。在蛋白酶脫膠前，一般需要用堿對蠶絲進行預(yù)處理[7]，使蠶絲發(fā)生溶脹，利于脫膠。生物酶很容易變性失活，不僅脫膠過程需對工藝條件嚴(yán)格控制，而且預(yù)處理工藝條件也需要嚴(yán)格控制。

1實驗部分

1.1實驗材料及儀器

實驗材料：真絲坯布

實驗藥品：碳酸鈉(西安三浦化學(xué)試劑有限公司)，蛋白酶(天津市化學(xué)試劑二廠)。

實驗儀器：見表1

表1　實驗儀器

1.2蛋白酶生絲脫膠實驗

準(zhǔn)備七組300mm×50mm未脫膠生絲，用電子天平稱其重量，在不同的預(yù)處理工藝下，探討其對蛋白酶生絲脫膠的影響。

表2　預(yù)處理工藝

注：經(jīng)測試pH值在10左右，0#不經(jīng)過蛋白酶處理。 蛋白酶脫膠工藝參數(shù)：

蛋白酶1g/L

Na2CO31g/L

時間：30min

pH：10

1.3織物失重

由于使用的均為同一胚布，其上漿率相同，因此織物失重可以直觀的反映出退漿后織物的退漿率。

1.3.1棉織物失重計算

在棉織物退漿前，將織物置于恒溫恒濕箱內(nèi)烘干24h后，用電子天平稱量其重量(Wo)。在棉織物退漿以后，將織物置于恒溫恒濕箱烘干24h后，用電子天平稱量其重量(Wt)。棉織物退漿失重率Ri(%)表示如下：

(公式1)

1.3.2生絲失重計算

生絲織物在預(yù)處理之前，將生絲置于恒溫恒濕箱內(nèi)烘干24h后，用電子天平稱量其重量(Wio),生絲經(jīng)預(yù)處理后重量為Wi1，經(jīng)蛋白酶退漿后，將織物置于恒溫恒濕箱內(nèi)烘干24h,用電子天平稱量其重量(Wit)。其中為方便實驗進行只對0#樣進行預(yù)處理后稱重，0#樣預(yù)處理后置于恒溫恒濕箱烘干24h,用電子天平稱量其重量為W01。

絲織物經(jīng)預(yù)處理后的失重率R1i為：

(公式2)

由于所有絲織物經(jīng)過相同的蛋白酶生絲脫膠工藝，假設(shè)此過程中絲織物的失重率相等(脫膠率)，那么真絲織物脫膠率R2i(%)為：

(公式3)

真絲織物在預(yù)處理和蛋白酶生絲脫膠的失重率Ri為：

(公式4)

將公式2、公式3代入公式4得：

(公式5)

由于0#樣和2#樣預(yù)處理工藝相同，所以R10=R12；又因為1#、5#樣均使用蛋白酶脫膠的同種工藝，所以R22=R2i。

所以絲織物的預(yù)處理失重率R1i為：

(公式7)

1.4白度測試

將0#～6#棉樣置于白度測試儀上進行測試，將絲織物0#～5#樣置于白度儀上進行測試。每樣正反兩面各選4個點共8個點進行測試后，求其平均值。

1.5毛效測試

棉織物0#～6#樣，每樣選取300mm×50mm樣進行毛效測試。

1.6手工扎染染色

應(yīng)用優(yōu)選出的預(yù)處理工藝對蠶絲織物進行脫膠，并對脫膠后的蠶絲進行手工扎染。用直接染料紅對其進行染色。染色曲線為：

2結(jié)果與討論

2.1預(yù)處理溫度對蛋白酶脫膠的影響

2.1.1預(yù)處理階段織物的失重率

圖1　預(yù)處理階段織物的失重率

由圖1所示，隨著預(yù)處理溫度升高，織物在預(yù)處理階段的失重率增加，在30℃時織物幾乎沒有失重，反而重量增加，說明織物表面的雜質(zhì)沒有減少，反而引入新的雜質(zhì)，而在60℃～90℃之間，增加特別迅速，90℃的失重率直接為60℃的兩倍，說明預(yù)處理溫度在90℃時，織物大量失重，有可能織物此時已經(jīng)開始脫膠。

2.1.2預(yù)處理溫度對蛋白酶脫膠白度的影響

圖2　預(yù)處理溫度對織物白度的影響

由圖2可知，織物預(yù)處理過程溫度也是直接影響蛋白酶脫膠過程的白度。溫度越高，白度越高，上升趨勢與織物失重率基本一致，說明織物在預(yù)處理過程中就已經(jīng)開始部分脫膠，尤其是溫度達到90℃時，織物白度大于66，說明溫度在90℃時織物已經(jīng)發(fā)生脫膠。

2.1.3預(yù)處理溫度對織物毛細管效應(yīng)的影響

圖3　毛細管高度受預(yù)處理溫度的影響

由圖3可知，隨著預(yù)處理溫度的增加，織物毛細管效應(yīng)有所變化，30℃到60℃時，毛細管效應(yīng)明顯增大，60℃時，毛細管高度已經(jīng)插不進接近50mm，毛效果顯著，但是溫度繼續(xù)升高，當(dāng)預(yù)處理溫度達到90℃時，毛效卻有所降低，說明預(yù)處理階段過高的溫度，對絲織物有所損失，影響織物毛效。

綜上所述，預(yù)處理溫度影響織物的白度和毛細管效應(yīng)，絲織物在預(yù)處理階段溫度達到90℃時，在預(yù)處理階段失重偏大，且影響織物毛效。預(yù)處理溫度30℃時，織物不僅沒有失重，反而引入雜質(zhì)，影響織物毛效。所以預(yù)處理溫度不宜偏低，也不宜過高，因此選擇中溫60℃左右即可

2.2預(yù)處理工藝Na2CO3用量對蛋白酶脫膠的影響

2.2.1預(yù)處理階段失重率的影響

圖4　Na2CO3用量對預(yù)處理階段織物失重率的影響

由圖4可知，Na2CO3用量影響織物在預(yù)處理階段的失重，當(dāng)用量在0.5g～1g時，織物失重很小，失重率幾乎沒有變化；當(dāng)用量在2.0g/L時，織物失重超過5%，幾乎是1.0g/L時的2.5倍。而一般情況下，預(yù)處理階段織物的失重應(yīng)該很小，只是將織物表面雜質(zhì)去除，而當(dāng)用量在2.0g/L時，織物失重高達2.75%，說明此時預(yù)處理階段，絲織物已經(jīng)開始脫膠。

2.2.2預(yù)處理階段Na2CO3用量對絲織物脫膠白度的影響

圖5　預(yù)處理Na2CO3用量對脫膠白度的影響

由圖5所示，織物白度隨Na2CO3用量變化而變化，用量在0.5g/L～1g/L時，白度略有降低，但是變化不大，且白度均大于64.5；當(dāng)用量為2.0g/L時，白度明顯增加。說明當(dāng)Na2CO3用量為2.0g/L時，織物在預(yù)處理階段就已經(jīng)開始脫膠。

2.2.3預(yù)處理Na2CO3用量對絲織物脫膠后毛效的影響

圖6　Na2CO3用量對絲織物毛效影響

預(yù)處理用量的變化對織物毛效有影響，在1g/L用量內(nèi)，毛效增加；用量大于1.0g/L，毛效降低；且毛效在2.0g/L時，毛效降低到近40mm；1g/L時，毛效最大，幾乎接近五十。說明適當(dāng)?shù)腘a2CO3用量會增加織物的毛效，但當(dāng)Na2CO3用量過高時，會影響織物毛效，因此碳酸鈉用量不能過高。

綜上所述，Na2CO3用量過高，織物在預(yù)處理階段失重就較大，毛效降低。雖然白度提高，但是在預(yù)處理工程就對織物失重，且增加企業(yè)成本。所以預(yù)處理的Na2CO3用量因小于1g/L，在小于1g/L的用量狀態(tài)下，白度和毛效的變化不大。

2.3預(yù)處理工藝對蛋白酶脫膠的影響

2.3.1預(yù)處理工藝對蛋白酶脫膠率的影響

由于在預(yù)處理階段，Na2CO3用量在1g/L以內(nèi)，溫度在60℃時，織物失重率很小，在0.2%左右，失重可忽略不計，因此可直接將預(yù)處理和脫膠過程中的織物失重率Ri看成是織物的脫膠率R2i。在60℃,1g/L的預(yù)處理條件下，其脫膠率為16.89%，整個過程即2#樣的失重率為17.18%，可通過此兩項，判斷絲織物預(yù)處理工藝對蛋白酶脫膠的影響。

圖7　預(yù)處理工藝對織物脫膠率的影響

由圖7所示，織物的脫膠率受溫度和Na2CO3影響，說明溫度在低溫時脫膠率較低，溫度高于60℃，脫膠率均大于16.89%，隨著Na2CO3用量增加，織物失重率增加，脫膠率增加。同時可以發(fā)現(xiàn)，Na2CO3用量對織物脫膠率的影響大于溫度對織物脫膠率的影響，而Na2CO3用量在1.0g/L以內(nèi)，脫膠率變化不大。因此只要有Na2CO3的存在，脫膠率都很好。

2.3.2預(yù)處理工藝對蛋白酶脫膠絲織物白度的影響

圖8　預(yù)處理工藝對織物脫膠白度的影響

由圖8所示，預(yù)處理過程可以提高織物白度，這是由于預(yù)處理過程中將織物上的雜質(zhì)去除，白度提高，織物再經(jīng)過蛋白酶脫膠以后，白度大幅提高，說明蛋白酶對真絲有良好的脫膠效果。預(yù)處理過程對織物白度有一定的提高，但主要還是蛋白酶處理過程提高織物白度。

2.3.3預(yù)處理工藝對蛋白酶脫膠織物的毛效影響

圖9　預(yù)處理工藝對織物脫膠毛效的影響

由圖9所示，織物經(jīng)過預(yù)處理，毛細管高度略有增加，這是由于織物上原有的雜質(zhì)被去除，織物經(jīng)過蛋白酶脫膠，毛細管高度大幅上升，說明預(yù)處理工藝對毛效的影響很小，織物毛細管高度的提高主要還是在蛋白酶脫膠過程。

綜上所示，預(yù)處理工藝對織物的白度、脫膠率和毛效都有一定影響，其中主要影響蛋白酶脫膠過程的脫膠率，其次是白度，對毛效影響較小。

2.4脫膠后蠶絲的手工扎染

蠶絲經(jīng)最佳預(yù)處理工藝處理后進行生絲脫膠，再用直接染料染色得到手工扎染絲織物布樣如圖10所示。

圖10　手工扎染蠶絲織物

經(jīng)觸摸，扎染后蠶絲織物柔軟，手感良好，不易起皺，顏色鮮艷，說明預(yù)處理工藝不影響扎染中的手感、顏色鮮艷度。同時經(jīng)預(yù)處理后，染色溫度有所降低，可節(jié)約能源。

3結(jié)論

本文通過白度、毛效、織物失重率等探討蠶絲預(yù)處理工藝對絲脫膠的影響，最終得出以下結(jié)論：

(1)處理溫度影響織物的白度和毛細管效應(yīng)，絲織物在預(yù)處理階段溫度達到90℃時，在預(yù)處理階段失重偏大，且影響織物毛效。預(yù)處理溫度30℃時，織物不僅沒有失重，反而引入雜質(zhì)，影響織物毛效。所以預(yù)處理溫度不宜偏低，也不宜過高，因此選擇中溫60℃左右即可。

(2)Na2CO3用量過高，雖然織物白度提高，但是織物在預(yù)處理階段失重就較大，毛效降低，所以預(yù)處理的Na2CO3用量因小于1g/L，在小于1g/L的用量狀態(tài)下，白度和毛效的變化不大。

(3)預(yù)處理工藝主要影響蛋白酶脫膠的脫膠率，其次是白度，對毛效影響較小。

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中圖分類號：TS195.644

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1008-5580(2016)02-0110-05

通訊作者：譚艷君(1963-)，女，教授級高級工程師，碩士生導(dǎo)師。

收稿日期：2016-02-20

第一作者：劉姝瑞(1992-)，女，碩士研究生，研究方向：紡織印染新材料、新助劑、新技術(shù)的研發(fā)。