（纺织化学与染整工程专业论文）苎麻蚕丝针织物的纤维素酶整理研究.pdf

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k s 值增加 有机硅柔软整理后 在织物表面形成了一层均匀的低折射率树 脂薄膜 相应降低了织物的折射率 使织物表观色泽增深 等离子体处理后织物的表 面形成许多微小凹坑和微细裂纹 增加染料的吸附率 实验结果表明 等离子体 鲁 道夫酶 硅油综合整理后的织物染色效果最好 关键词 苎麻 蚕丝 纤维素酶 刺痒感 超声波 等离子体 作者 郭双华 指导教师 陈国强 r e s e a r c ho nt h ef i n i s h i n go fs i l k r a m i ef a b r i cb yc e l l u l a s e a b s t r a c t r a m i e s i l kk n i t t e df a b r i ck e p tn o to n l yr a m i e sc o o ls t y l e b u ta l s os i l k yl u s t e ra n da c e r t a i nd e g r e eo fd r a p e w h i c hw a sh i g h g r a d es u m m e rf a b r i c h o w e v e r d u et ot h eh i g h c r y s t a l l i n i t y r i g i d n e s sa n dr o u g h n e s so fr a m i ef i b e r i th a ds t r o n gp r i c k l e t h e r e f o r e t h e e l i m i n a t i o no f p r i c k l ea n dh a n d l ei m p r o v e m e n tw a st h ek e yt oi m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo f t h er a m i e s i l kk n i t t e df a b r i c i nt h i sp a p e f r u d o l fa n dl s n 3 0w e r es e l e c t e da st h ee x p e r i m e n t a le n z y m e sf r o m d i f f e r e n tc e l l u l a s e s d e p e n d i n go nt h er a t eo ff a b r i cs t r e n g t hl o s sa n dr e d u c t i o n t h e o r t h o g o n a lt e s tw a su s e dt od e t e r m i n et h eo p t i m u mp a r a m e t e r so ft h et w oc e l l u l a s e s a f t e r e n z y m et r e a t m e n t t h ef a b r i cb e c a m em o r ef l u f f y t h ea m o u n to ff a b r i ch a i r i n e s sr e d u c e d d r a p ec o e f f i c i e n t a i rp e r m e a b i l i t y w h i t e n e s sa n dc a p i l l a r ye f f e c tw e r ei m p r o v e dt os o m e e x t e n t t h ep r i c k l ew a sb a s i c a l l ye l i m i n a t e da n dt h ef l e x i b i l i t yw a si n c r e a s e db yf i n i s h i n g w i t hs i l i c o n eo i l w h i c hb a s i c a l l ym e tt h er e q u i r e m e n t so ft h ew e a r i n gp r o p e r t y h o w e v e l d u et ot h es t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c so fs i l i c o n eo i li t s e l f i te a s i l y b r o u g h tt h ef a b r i c y e l l o w i n g t h ef a b r i ch y d r o p h i l i cn a t u r ew a sr e d u c e da n dt h ep e r m e a b i l i t yw a sd e c l i n e d t w ok i n do fn e w e n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l yf i n i s h i n gp r o c e s s e s u l t r a s o u n da n dp l a s m a w e r ec o m b i n e dw i t hc e l l u l a s ef i n i s h i n g u l t r a s o u n dc o u l di n c r e a s et h ee n z y m ea c t i v i t ya n d h e l pt h eh a i r sf a l lo f ff r o mt h ef a b r i cs u r f a c e a f t e rt h ep l a s m af i n i s h i n g t h ef a b r i cs u r f a c e h a df i n el i n e sa n dp i t s a n dt h ef r i c t i o nb e t w e e nt h ef i b e r sw a si n c r e a s e d w h i c hc o u l d e f f e c t i v e l yi m p r o v et h ef a b r i cs t r e n g t hl o s s e s x r dr e s u l t ss h o w e dt h a tt h ec r y s t a l l i z a t i o no ft h ef i n i s h e df a b r i cs l i g h t l yc h a n g e d a n d t h em a i n l yr o l ew a sc e l l u l a s ef i n i s h i n g u l t r a s o u n da n dp l a s m aa l m o s th a dn oe f f e c to n c r y s t a l l i z a t i o n t h eq u a l i t a t i v ea n a l y s i so ft h ei n f r a r e ds p e c t r as h o w e dt h a tw i t ht h e d e e p e n i n go ft h et r e a t m e n te f f e c t m o r ea l d e h y d eg r o u p sw e r ee m e r g e d a n dm o r es e r i o u s l y t h ef i b e r sw e r ei n j u r e d p l a s m at r e a t m e n tc o u l dr e d u c et h en u m b e ro fa l d e h y d ei nt h ef i b e r s w h i c hi n d i c a t e dt h a tp l a s m at r e a t m e n tc o u l dr e d u c et h ed a m a g ee x t e n to ff a b r i ca n d e f f e c t i v e l yi m p r o v et h ef a b r i cs t r e n g t hl o s s e s 1 i r r e s e a r c ho nt h ef i n i s h i n go fs i l k r a m i ef a b r i cb yc e l l u l a s e a b s t r a c t f r o mt h ep o i n to fd y e i n gr e s u l t s t h ed y e i n ge f f e c to ff a b r i ca f t e re n z y m ef i n i s h i n gw a s b e t t e rt h a nb e f o r e d y e i n gr a t ea n dk sv a l u eo ff a b r i cw e r ea l li n c r e a s e d a f t e rs o f t e n i n g t r e a t m e n tb ys i l i c o n eo i l t h ef a b r i cs u r f a c ew o u l df o r mal a y e ro fl o wu n i f o r mr e f r a c t i v e i n d e xr e s i nf i l m a c c o r d i n g l y i tr e d u c e dt h er e f r a c t i v ei n d e xo ft h ef a b r i c a n dt h er e f l e c t e d l i g h to ft h ef a b r i cs u r f a c ew a sl e s st h a nb e f o r e a n dt h ea p p a r e n tc o l o ro ft h ef a b r i cw a s d e e p a f t e rp l a s m at r e a t e d t h ef a b r i cs u r f a c eh a dm a n ys m a l lp i t sa n df i n ec r a c k sw h i c h c o u l di n c r e a s et h er a t eo fd y ea d s o r p t i o n e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a tt h ef a b r i c t r e a t e db yp l a s m a r u d o l fe n z y m e s i l i c o n eo i lw o u l dh a v eb e s td y e i n gr e s u l t s k e y w o r d s r a m i e s i l k c e l l u l a s e p r i c k l e u l t r a s o n i c p l a s m a w r i t t e nb y g u os h u a n g h u a s u p e r v i s e db y c h e ng u o q i a n g 目录 第一章前言 1 1 1 麻纤维的概述及苎麻纤维的结构与化学组成 1 1 1 1 麻的定义及种类 1 1 1 2 麻型织物的品种 2 1 1 3 苎麻纤维的结构 3 1 1 4 苎麻纤维化学成分 5 1 2 苎麻织物产生刺痒感的原因分析及改善途径 5 1 2 1 苎麻织物产生刺痒感的原因分析 5 1 2 2 改善苎麻针织物刺痒感的途径 6 1 3 苎麻 桑蚕丝混纺织物的特点 7 1 4 酶的概述及纤维素酶的作用机理 9 1 4 1 酶的概述 一9 1 4 2 纤维素酶的作用机理及影响因素 1 1 1 5 国内外研究现状和本课题研究的主要内容 1 2 1 5 1 国内外研究现状 1 2 1 5 2 本课题研究的主要内容 1 3 第二章纤维素酶整理苎麻 蚕丝织物 1 6 2 1 实验内容 l6 2 1 1 实验材料 1 6 2 1 2 实验药品 17 2 1 3 实验仪器 l7 2 1 4 实验方法 l8 2 1 5 测试 18 2 2 结果与讨论 2 2 2 2 1 纤维素酶筛选结果 2 2 2 2 2 纤维素酶活力的测试结果 2 3 2 2 3 各因素对纤维素酶整理效果的影响 2 4 2 2 4 酶整理工艺的优化 3 2 2 2 5 氨基硅油柔软整理 3 5 2 2 6 织物的性能测试评价 3 5 2 2 7s e m 结果分析 3 8 2 2 8x r d 结果分析 3 9 2 2 9 红外谱图分析 4 0 2 3 本章小结 4 l 第三章其它工艺结合纤维素酶整理 4 4 3 1 实验内容 4 5 3 1 1 实验材料 4 5 3 1 2 实验药品 4 6 3 1 3 实验仪器 4 6 3 1 4 实验方法 4 6 3 1 5 测试 4 7 3 2 结果与讨论 4 7 3 2 1 超声波 纤维素酶预处理 4 7 3 2 2 等离子体 纤维素酶预处理 5 2 3 3 本章小结 5 9 第四章苎麻 蚕丝针织物的染色 6 1 4 1 实验内容 6 2 4 1 1 实验材料 6 2 4 1 2 实验药品 6 2 4 1 3 实验仪器 6 3 4 1 4 实验方法 6 3 4 1 5 测试 6 4 4 2 结果与讨论 6 4 4 2 1 纤维素酶处理对织物上染率的影响 6 4 4 2 2 纤维素酶处理对织物染色色度的影响 6 5 4 3 本章小结 6 7 第五章总结语 6 9 硕士期间发表的论文 7 1 致谢 7 2 求 而是更加注重舒适和休闲 绿色纺织纤维的特性正好满足了人们的这种潜在需求 从近几年纯棉 麻 丝 毛制品的流行到国际组织及国家大力倡导绿色生态纺织 品充分体现了这一发展趋势 因此 棉 麻 丝 毛作为传统意义上的四大天然纤维 再次被人类重视起来 麻纤维使用的历史可以追溯到大约1 0 万年之前 那时候人们就 开始剥制和利用麻类植物的茎和皮来制作绳一类的东西 l 1 1 麻纤维的概述及苎麻纤维的结构与化学组成 1 1 1 麻的定义及种类 麻属于植物性纤维 是剥取植物茎部的皮层纤维或叶子里的维管束纤维而得 是 多细胞的长纤维 麻的种类很多 根据其性质可以分为两类 一类是从双子叶植物的茎部剥下的韧皮纤维 质地较柔软叫做软质纤维 这类纤 维有木质和非木质之分 含木质较多的叫木质纤维 它的质地较粗硬 只宜做麻袋和 麻绳的原料 如洋麻 黄麻和剑麻等 含木质较少的叫非木质纤维 质地比较柔软 适宜纺织加工 如苎麻 亚麻 大麻等 另一类是从单子叶植物的叶身或叶脉中取出的维管束纤维 如马尼拉麻 凤梨麻 等 这类纤维很粗硬称为硬质纤维 不适宜做纺织原料 因为其韧力大 耐水性强 主要用于制作麻绳 鱼网等 在麻类纤维中 苎麻纤维的品质最为优良 麻质服装多采用苎麻为原料经高科技 处理加工而成 苎麻原产于我国 俗称 中国草 如 诗经 陈风 中 东门之池 可 以沤 的记载 说明早在春秋战国时期我国就开始种植苎麻 l 考古资料表明 我国 已有5 0 0 0 多年的苎麻纺织历史 而1 9 7 2 年 湖南马王堆出土的 薄纱蝉翼 服饰更证实 早在2 1 0 0 多年前 我国人民就将苎麻纤维加工成了精美华丽的服饰 自2 0 世纪8 0 年代 世界掀起绿色消费的浪潮以来 我国的苎麻产业在国际上逐渐展现出 特色经济 的地 位 引起了世界范围内的广泛关注 2 1 第一章 前言苎麻 蚕丝针织物的纤维素酶整理研究 苎麻具有以下特点 良好的吸湿散湿与透气的功能 传热导热快 凉爽挺括 出 汗不贴身 质地轻 强力大 防虫防霉 静电少 织物不易污染 色调柔和大方 粗 犷 适宜人体皮肤的排泄和分秘 是理想的高级衣料 也是独具风格的高级春秋时装 面料 3 1 它的屏蔽紫外线功能和抑菌功能均为我国权威机构所测试鉴定 但由于其弹 性差 抗皱性及耐磨性差 有刺痒感等 使麻类纤维的品种开发一直受到局限 但随 着各种前处理和后加工技术的发展 它的一些天然缺陷得到了极大的完善 经研究表 明 在众多的纺织纤维中 麻纤维是最具潜在功能的天然纤维 麻纤维历来是我国重 要的纺织纤维之一 在世界上享有盛誉 目前 我国苎麻无论是栽培面积还是产量都 占全世界9 0 以上 苎麻纤维及其织物 织品是我国重要工业原料和传统的出i i o t l 汇 产品 1 1 2 麻型织物的品种 麻型织物的品种比棉布和呢绒少得多 但因有其独特的粗犷风格和凉爽透湿性 能 加之近年来的回归自然潮 使其品种日趋丰富起来 4 1 苎麻织物 苎麻织物是由苎麻纤维纺织而成的面料 分手工与机织两类 手工苎麻布俗称夏 布 因其质量好坏不均一 故多用作蚊帐 麻衬 衬布用料 而机织苎麻布品质与外 观均优于手工制夏布 布面紧密平整 匀净光洁 经漂白或染色后可制做各种服装 苎麻服装穿着挺爽 透气出汗 实属理想的夏季面料 2 亚麻织物 亚麻织物是由亚麻纤维加工而成 分原色和漂白两种 原色亚麻布不经漂白 染 色 具亚麻纤维的天然色泽 漂白亚麻布经过漂炼 丝光 比原色布柔软光滑 洁白 有弹性 亚麻布因布面细洁平整 手感柔软有弹性 穿着凉爽舒适 出汗不贴身等优 点而成为各式夏令服装之面料 如外衣 衬衣 窗帘 沙发布等 3 其他麻织物 除苎麻布 亚麻布外 还有许多其它麻纤维织物 如黄麻布 剑麻布 蕉麻布等 这些麻织物在服装上很少使用 多用于包装袋 渔船绳索等 另外 近年来非常热门 的罗布麻服装作为一种保健服饰 也同益为人们所认识和接受 苎麻 亚麻纤维均可与其它纤维混纺或交织 大多为低比例麻纤维与化纤 天然 纤维混纺或交织 目的是集各类纤维之长 补其所短 使面料性能更加优良 同时也 2 苎麻 蚕丝针织物的纤维素酶整理研究 第一章前言 可降低成本价格 受到消费者的欢迎 4 麻棉混纺交织织物 麻棉混纺布一般采用5 5 麻与4 5 棉或麻 棉各5 0 l l 例进行混纺 外观上保持 了麻织物独特的粗犷挺括风格 又具有棉织物柔软的特性 改善了麻织物不够细洁 易起毛的缺点 棉麻交织布多为棉作经 麻作纬的交织物 质地坚牢爽滑 手感软于 纯麻布 麻棉混纺交织织物多为轻薄型 适合夏季服装 5 毛麻混纺织物 采用不同毛麻混纺比例纱织成的各种织物 其中包括毛麻人字呢和各种毛麻花 呢 毛麻混纺布具有手感滑爽 挺括 弹性好的特点 适合制作男女青年服装 套装 套裙 马夹等 6 丝麻混纺织物 丝麻砂洗织物是近年来利用砂洗工艺开发出的新产品 它兼有真丝织物和麻织物 的优良特性 同时还克服了真丝砂洗织物强度下降的弱点 产生了爽而有弹性的手感 此面料适合制作夏令服装 7 麻与化纤混纺织物 包括麻与一种化纤混纺的织物 麻与两种以上化纤混纺的织物 如 涤麻 维麻 粘麻等织物和 三合一 织物 本文中的丝麻混纺针织物指的是桑蚕丝和苎麻纤维的混纺针织面料 1 1 3 苎麻纤维的结构 苎麻纤维在结构上可以分3 层 1 单分子层 纤维素单分子即葡萄糖的高分子 聚合物 2 超分子层 自组装的结晶的纤维素晶体 3 原纤结构层 纤维素晶体 和无定形纤维素分子组成的基元原纤等进一步组装的各种更大的纤维结构以及在其 中的各种孔径的微孔等 纤维素原纤是一种细小 伸展的单元 这种单元构成纤维素的主体结构 并使长 的分子链在某一方向上聚集成束 在苎麻纤维的细胞中 由于多级原纤结构的逐步演 变而存在许多级的结合体 其中结晶区和非晶区不仅大小和排列方向不尽相同 而且 还存在着许多级不同尺寸的缝隙和孔洞 由于原纤聚集的大小不同 可以细分为基元 原纤 e l e m e n t a r y f i b r i l 微原纤 m i c r o f i b r i d 和巨原纤 m a c r o f i b r i l 微原纤由基元原纤 所构成 尺寸比较固定 巨原纤由多个微原纤构成 其大小随原料来源或者加工条件 第一章前言苎麻 蚕丝针织物的纤维素酶整理研究 不同而异 巨原纤多数趋向纤维轴向排列 巨原纤直径为1 0 0 3 0 0 n m 不等 在纤维 细胞存在着形态各异 分而不匀的结节和孔洞 纤维素分子由于氢键和范德华力的作用 聚集形成截面积约为3 n m x 3 n m 长度 约为3 0 9 m 的基元原纤 基元原纤中分布着结晶的纤维素晶体和无定型的纤维素高分 子 纤维素基元原纤聚集形成横截面约为1 2 n mx 1 2 n m 长度不固定的微原纤 微原 纤周围分布着无定形的半纤维素和木质素 纤维素微原纤聚集形成横截面约为2 0 0 n mx 2 0 0 n m 长度不固定的巨原纤 微原纤 周围分布着无定形的半纤维素 巨原纤周围分布着无定形的半纤维素和木质素 其纤 维结构和化学组成以及分布也随原料来源和加工条件而异 纤维素是苎麻纤维细胞壁的骨架物质 纤维素大分子是大量1 3 葡萄糖剩基彼此以 1 4 甙键连接而成的线型高分子化合物 分子式为 c 6 h 1 0 0 5 1 1 式中的 n 称为聚 合度 可表示如图 h o o h 纤维素大分子链段有些沿纤维轴向几乎相互平行地排列 甚至每个基团或原子都 处于三维空间相对一定的位置上或区域内 成为整齐的点阵结构 结晶区 有些链段 则处于无序状态 大分子排列松散紊乱 有较大的缝隙和孔洞 非晶区 在纤维细胞 中 纤维素大分子可能间隔地穿越几个结晶区和非晶区 在结晶区内大分子间的结合 力使它们紧密地结合在一起 通过两个以上结晶区的大分子使各个结晶区联系在一 起 并由组织结构比较松散的非晶区将各个结晶区彼此间隔开来 从而使纤维细胞成 为疏密相间 结构有序的有机整体 纤维素大分子排列方向与纤维轴向的符合程度以聚向度表示 结晶区占纤维细胞 总体积的百分率称为结晶度 它们与聚合度一样 是纤维超分子结构优劣的重要参数 苎麻纤维的聚合度较大 一般在2 0 0 0 以上 结晶度和取向度较高 在7 0 左右 取向 指数约为0 9 3 从而赋予了苎麻纤维刚性有余而弹性不足的特性 4 苎麻 蚕丝针织物的纤维素酶整理研究 第一章前言 1 1 4 苎麻纤维化学成分 苎麻纤维和其他麻类纤维一样 主要化学成分为纤维素 同时还存在半纤维素 木质素 果胶和脂肪蜡质等伴生物 为非纯净的纤维素纤维 一般说来纤维中纤维素 含量越高 非纤维素成分 胶质 含量越低 纤维品质越好 半纤维素是与纤维素共存于纤维细胞壁的多缩戊糖和多缩己糖类化合物 可溶于 烧碱而不溶于水 半纤维素含量越高 纤维品质越低 尤其对纤维的强力影响较大 由于半纤维素中存在酸性基团 是亲水胶体 因此它的存在能增强纤维的吸湿性 木质素是一种含有羟基和甲氧基的芳香族化合物 是苯丙烷的衍生物 与半纤维 素 样 有些单独存在于细胞壁的各级缝隙和孔洞中 有些与纤维长链分子的个别活 性基团以某种化学键结合在一起 木质素含量高 其纤维脆硬 弹性不足 并且易氧 化 受光照易发生分子结构的转变 生成有色基团 使纤维不耐久 因此 要尽量除 去纤维中的木质素 以免影响纤维的强力 色泽和弹性 果胶是多种酸性的高聚合度的胶状碳水化合物的复合体 分布在中胶层和初生壁 的一些缝隙中 苎麻纤维中果胶含量高 手感粗硬 色泽差 但强力强 苎麻纤维中可为有机溶剂提取的部分称为脂肪蜡质 以蜡质为主 蜡质的主要成 分为饱和烃化合物及其衍生物 高级脂酸酷 类似醛类等物质 这些物质大多分布在 纤维的表皮层 蜡质脂肪含量高 纤维柔软 光泽较好 在纺织过程中 可以减少纤 维与机件的摩擦 起润滑作用 并使纤维不缠绕成团 但不利于纱线的强度 也不利 于纤维的染色和吸湿 1 2 苎麻织物产生刺痒感的原因分析及改善途径 1 2 1 苎麻织物产生刺痒感的原因分析 织物的刺痒感属于织物触觉舒适的范畴 是织物表面和与之相接触的皮肤相互作 用所产生的 5 皮肤与服装接触时产生的感觉在很大程度上影响人们的整体舒适状 态 在皮肤与织物相互作用引起的不舒适的感觉中 刺扎和发痒也许是最常见而且最 令人厌恶的 织物的刺扎常常被描绘为类似 很多针尖的轻扎 的感觉1 7 发痒一般是 刺扎感的一部分感觉或是刺扎之后的感觉 这种感觉会使人产生搔抓的渴求以减轻这 种感觉 而搔抓又会进一步刺激皮肤并使瘁感更加严重 有刺扎的织物会引起一些人 的皮肤反应 发炎 尤其是长期接触之后 对织物刺扎的敏感程度因人而异 不同国 第一章前言苎麻 蚕丝针织物的纤维素酶整理研究 家地区 民族 性别 年龄的人会有一定的差异 针织物的稀密程度的大小是影响刺痒感的一个重要因素 毛羽的一端伸展在织物 表面 另一端与抱合在纱线中的纤维主体连接 被纱线握持着 我们将前者称为 自 由端 后者称为 握持端 织物越松散 纱线捻度越小 纤维之间的空陷越大 纤 维的 自由度 越大 毛羽 握持端 的活动余地越大 当毛羽 自由端 受外力时 整个 毛羽向 握持端 的活动越容易进行 由于毛羽这种向 握持端 的退却 使 自由端 与 皮肤之间的作用力减少 刺激程度降低 刺痒感减轻 当外漏在纱线表面的黄麻短纤 有足够的刚度时 它与皮肤形成接触点 产生刺痒感 引 一定范围内点接触越多 刺 痒感越强烈 换句话说 如果针织物单位面积内的密度越高 接触的机会越多 刺痒 感越严重 1 2 2 改善苎麻针织物刺痒感的途径 改善贴身穿着麻类织物时的刺痒感 从原理上来说 就是减少单位面积织物表面 上引起刺痒感的高承载纤维端 毛羽 的数量 从而减少刺激总量 进而降低甚至消除 织物刺痒感 提高面料的服用舒适性 消除织物穿着时产生的刺痒感 解决措施大致 可分为如下3 种思路 6 1 减少毛羽数量和毛羽长度 即采取移走的方法尽可能消除布面毛羽 如烧毛 剪毛 毛羽倒伏 上胶 包缠纱 2 柔软纤维 降低毛羽刚度 如碱或液氨变性处理 稀无机酸减量处理 水洗 砂洗等 减小毛羽所能承受的弯曲载荷 从而减少能形成刺激源的高承载纤维端的相 对数量 3 增加纤维表面的光滑性 钝化毛羽头端 如柔软剂处理 生物酶整理等 烧 毛 剪毛都能减少织物表面毛羽的数量和长度 一般苎麻织物需经过两次烧毛 才能 达到良好的去毛羽效果 剪毛工艺只是针对织物 这两种工艺对消除刺痒感有着双重 作用 即在减少毛羽数量的同时 使得大部分的长毛羽变成短毛羽 毛羽的抗弯高度 大大提高 刺痒感加剧 5 j 水洗或砂洗是机械强制柔软处理过程 在水洗或砂洗过程中 由于织物表面与水 流 沙砾 之间的相对运动 织物表面的毛羽受到水流 沙砾 的往复冲击作用 毛羽产 生疲劳损伤 刚度降低和易于折断或原纤化 使得刺痒感得以消除 但是砂洗后的织 物的毛羽会大量增加 0 1 6 苎麻 蚕丝针织物的纤维素酶整理研究 第一章前言 碱变性或液氨处理会使纤维膨润和微细结构发生变化 l 卜1 2 从微观上看 碱变性 或液氨处理降低了纤维大分子的结晶度和取向度 有利于分子链段的内旋转 纤维分 子的柔性增加 纤维得到软化 宏观上看 膨润作用增强了纤维的可挠性和可及性 降低纤维模量 有利于纺纱和毛羽减少 n a o h 对纤维的膨化作用强烈 处理后的织 物门幅收缩严重 影响产品质量 液氨处理相对缓和 但在液氨处理的过程中 如果 织物受机械阔幅的张力过大 很容易使外层纤维松弛 游离出纱体 使织物表面毛羽 增加 导致刺痒感增加 1 3 柔软剂处理是将油脂或阴离子表面活性剂沉积在织物表面形成润滑层 从而降低 纤维与纤维之间的摩擦因数 柔软纱体 其作用是 使纤维在纱体中的自由度提高 使纤维受力时可以有较大的回退余地 降低毛羽位移阻力 减少对皮肤的冲击刺压 纤维素酶减量处理是利用纤维素酶的降解作用 断开纤维素的1 4 一p 甙键 使 纤维素纤维的结晶区变小 非结晶区部分水解 结晶区之间的空隙大 聚合度降低 纤维刚度减小 1 4 1 6 另一方面酶处理可以使纤维头端变得圆滑 扩大接触面积 降低 皮肤单位面积所承受的刺压力 苎麻织物的刺痒感改善是一项复杂的工艺 处理后的织物刺痒感虽得到改善 但同时织物原有一些优良性能也得到破坏 如在酶处理过程中 刺痒感的改善和织物 强力的损失始终是一对无法调和的矛盾 浓碱处理的织物会使织物的手感变得更加粗 糙 柔软剂处理会影响织物的透气性等 1 3 苎麻 桑蚕丝混纺织物的特点 近年来 随着生活水平的提高 人们对服装的舒适性和卫生保健功能越来越重 视 既要求穿着舒适 卫生 又要求高雅华贵 特别是春夏秋三季 人体活动量增加 汗液增多 人们希望在穿着美观的同时 又能将汗液迅速引离皮肤 散发到空气中 故对织物的吸湿透气性提出了更高的要求 天然蚕丝是一种天然蛋白质纤维 具有手 感柔软光滑 光泽柔和悦目 吸湿透气性好等优点 自古就有 纤维皇后 之美誉 但 蚕丝同时存在织物软而不挺 易变形起皱 价格昂贵等不足 天然麻类纤维是有机多 糖类韧皮纤维素纤维 其纤维热传导率大 放热性优良 吸放湿性强 干湿透气性好 织物粗犷挺括不贴身 抗菌抗霉 卫生性好 据称 夏天穿麻类面料 体表温度比穿 其它面料要低 但其柔软性和弹性恢复性较差 手感较硬 利用这两种纤维开发的混 纺 混 交 织类产品 既保持了天然蚕丝和麻类产品的吸放湿性好 透气性好 穿 7 第一章前言苎麻 蚕丝针织物的纤维素酶整理研究 着凉爽等优点 又克服了真丝抗皱性差 无挺括性 吸汗贴身等不足及麻类纤维的柔 软性较差 触感不适等缺点 所制成的小样织物既保持了两种纤维的各自优异风格 又改善了服用性能 降低了成本 使产品的高功能性和高感性融为一体 使美与健康 在面料中同时体现 两种不同性质的原料混纺 交织 后整理工艺是一个不可忽视的重要环节 丝 麻混纺 混织织物本身是由丝和麻两种性能差别较大的纤维组成 前者为蛋白质纤维 后者为纤维素纤维 本研究中麻纤维含量较高 手感不如全真丝织物 适当地进行柔 软整理不但可使织物柔软 滑爽 而且可提高其悬垂性和折皱回复性等 技术难点在 于蚕丝耐酸不耐碱 而苎麻则相反 故要严格控制反应浴的p h 值 桑蚕丝 苎麻纤 维的组成如表1 1 1 2 所示 7 1 表1 1 桑蚕丝的主要成分 组分桑蚕丝 丝素 丝胶 油蜡质 灰分 其它可溶性物 色素 7 0 8 0 2 0 3 0 0 4 0 8 0 7 o 7 0 2 表1 2苎麻的主要成分 组分苎麻 纤维素 半纤维素 木质素 果胶 水溶物 脂蜡质 灰分 6 5 7 5 1 4 1 6 0 8 1 5 4 5 4 8 o 5 1 0 2 5 两种纤维的部分理化性能比较如表1 3 由表1 3 可见 苎麻的杨氏模量高 断裂 伸长度小 刚性要远远大于丝纤维 苎麻纤维短 支数高 抱合力差 这些特性使得 其纯纺产品 挺而不硬 轻而不飘 但缺乏弹性 织物表面绒毛多 丝纤维的杨氏模 量约为苎麻的二分之一 断裂延伸度为苎麻的1 0 倍 特别是丝纤维湿强度低 拉伸易 变形且易断裂 这一点在后期整理中应引起注意 苎麻纤维含杂较高 其纤维素 木 质素 脂蜡质等对化学试剂相对较稳定 杂志难以除尽 苎麻纤维稀释性明显低于丝 纤维 同样条件下上染性能不及丝纤维 丝纤维化学稳定性不及苎麻 尤其不耐碱 除非采用温和的工艺条件 否则丝纤维损伤过大 既影响加工的顺利进行 更影响产 品的内在质量l l 引 8 7 苎麻 蚕丝针织物的纤维素酶整理研究 第一章前言 表1 3 桑蚕丝 苎麻部分理化性能比较 名称桑蚕丝 苎麻 杨氏模量 o n r e x 断裂强度 c n t e x 湿强 干强 断裂伸长 吸湿 弹性同复率 耐碱性 对氧化剂的稳定性 耐酸性 热稳定性 7 4 9 1 3 0 一3 5 7 0 约2 0 1 1 5 4 5 5 8 差 1 n a o h 5 m i n 大分子溶解 较差 丝素略好 好 较筹0 0 0 c 长时间泛黄 手感糙 1 6 8 8 3 9 3 3 1 0 0 2 3 7 7 较好 较好 较差 较好 1 4 酶的概述及纤维素酶的作用机理 1 4 1 酶的概述 酶作为蛋白质 是结构极为复杂的大分子 1 9 1 酶分子比催化反应中的反应物或 物分子 或大底物的受作用部位 要大得多 实验证明 酶的催化作用直接牵涉到的只 是酶分子上的一小部分 也就是酶蛋白分子上只有少数的一些特定的氨基酸残基与催 化活力直接有关 这些残基往往分散在相距较远的氨基酸序列中 有的分布在不同肤 链上 但这些特异的氨基酸通过盘曲折叠 组成比较集中的区域 成为酶的 活性部 位 和 活性中心 酶活性中心的氨基酸侧链基团 又可分为结合部位 酶与底物特异 性结合的有关部位 也是酶专一性催化的决定部位 和催化部位 直接参与催化 底物 的敏感键在此部位被作用形成相应的产物 实验还发现 酶在催化反应过程中 活 性部位的特定构相会发生变化 酶除了活性中心以外 还具有多种活性亚部位或别物 书位 它们的功能是分别与底物特定的其他部位或其他方式结合 引起酶分子的构相 变化 导致酶活性的改变 酶是一种生物催化剂 与一般催化剂一样 在一定条件下 加速化学反应速度 而不改变化学反应的平衡 而且在反应前后本身不发生变化 酶与一般催化剂相比又 有如下特点 2 0 1 9 苎麻 蚕丝针织物的纤维素酶整理研究 物 酶因有特异结构 能识别其独有 底物分子而进行作用 定向地引起反应 酶的专一性归纳约为三种类型 其一 反应专一性 即某种酶只能催化某一类型反应 其二 底物专一性 指对某一特定底物或某一对特定底物的催化 其三 立体专一性 如d l 立体构型专一性及几何异物专一性等 3 酶催化的反应条件温和 一般酶的催化反应均在2 5 c 5 0 c 范围内进行 仅少数酶可在较高温度下进行 酶催化反应都在较弱酸性条件 p h 3 5 弱碱性条件 p h 9 1 2 中性条件 p h 7 8 下进行 这既可节约大量热能 同时对底物以外的物质损伤极轻 加之高度的专一性 底物以外的物质在化学反应中是极安全的 所能 根本 要设 般不 催化 苎麻 蚕丝针织物的纤维素酶整理研究第一章前言 生物酶是一种无毒无害的催化剂 处理织物后产生的废水可生物降解 减少了对 环境的危害 节约了能量 1 4 2 纤维素酶的作用机理及影响因素 纤维素酶和其他酶一样是一种具有催化作用的活性蛋白质 能使纤维素长链大 分子分解成低分子类或单分子葡萄糖 2 1 1 1 9 5 0 年r e e s e 等人首先提出了纤维素酶的多 组分性质 具有两种主要组分 内p 1 4 一葡萄糖酶和外葡萄糖酶 随着以后研究的不 断深入 到目前为止 一般认为 纤维素酶是由至少三种在一起起协同作用的酶体系 所组成的化学复合体 纤维素复合酶系中内切酶 c x 的主要作用是在纤维素内部的非结晶区随机切断 纤维素长链的伊1 4 糖苷键 生成纤维寡糖 纤维三糖或纤维二糖等长度不等的短链 低聚糖 这些低聚糖再经纤维二糖酶进一步水解生成终产物葡萄糖 2 2 1 外切型纤维素酶 c i 主要由催化域 c a t a l y t i cd o m a i n c d 和结合 c e l l u l o s e b i n d i n gd o m a i n c b d 两部分构成 其中起到吸附作用的结合域可以结合到不溶纤维 素的表面 并将单个葡萄糖链从纤维素表面疏解下来 2 3 从而破坏纤维局部晶区 结构 使得此区域对内切纤维素酶其后的水解更加敏感 让更多的纤维素长链分子暴 露在外 以便内切酶及纤维二糖酶继续水解 而外切纤维素二糖剩基和任何短链的低 聚物 都可以被第三种酶p 一葡萄糖苷酶水解成为葡萄糖 1 3 一葡萄糖苷酶主要用于水解反应中生成的纤维二糖 纤维二糖对纤维素外切酶 具有较强的可逆竞争性反馈抑制作用 其通过与外切酶的结合域结合使酶分子的构象 发生变化 减弱了结合域对纤维素长链的吸附能力 成为无效吸附2 5 使得底物不 能很好的被催化域水解 且纤维二糖还可以在催化域的活性中心与色氨酸结合生成空 间位阻 导致单个的纤维素分子很难进入细小的活性中心 2 引 不过此种抑制作用为可 逆性抑制 2 只要复合酶系中含有足够的纤维二糖酶就可以消除这种抑制 2 8 1 纤维素酶具有高度的专一性和极高的催化效率 纤维素酶表面具有裂槽 凹坑 孔穴 空洞或孔穴状的活性部位 酶催化作用发生的部位 底物结合于该部位反应 时 纤维素酶的活性部位首先和底物 即纤维素纤维 发生专一性结合 形成络合物 2 9 所以纤维素酶分子应能够非常接近纤维并吸附在纤维素纤维某些部位 通常首先 吸附在纤维表面1 再发生配位络合 形成中问络合物 然后酶分子的活性部位发生 专一性的催化 促使纤维素分子链的苷键水解 使纤维素分子水解 纤维素分子是由 第一章前言苎麻 蚕丝针织物的纤维素酶整理研究 1 4 甙葡萄糖键连接成的直链高分子化合物 纤维素酶对其有特殊的催化作用 纤 维素酶既能从一端水解纤维素聚合物 又能将长纤维素聚合物切割成小分子 纤维素 纤维是由晶区和非晶区组成 水分子易于进入非晶区 无定型区 的纤维素内部而形成 氢键 使纤维素充分膨化 纤维素酶容易通过细孔并吸附于纤维表面产生作用 结晶 区的纤维素分子排列整齐 结构紧密 纤维素酶不易进入内部 纤维素酶处理时 仅 是织物表面 特别是疏松部位的纤维素分子降解 水解和减量 将纤维素表面外露的 微细纤维水解弱化 使之易于从纤维上剥落 使织物变得光滑整洁 纹路清晰 同时 使得纤维表面张力下降 抗弯强力减弱 纤维之间的摩擦系数降低 纤维间无定型区 增大 结构松弛 从而使织物具有蓬松 柔软 吸湿性提高 抗起毛起球等优点 但 是 织物的强力会有所降低 纤维素酶是一种蛋白质 具有一般蛋白质的物理化学性质 而且还具有蛋白质的 一级 二级 三级甚至四级结构 是一种具有非常复杂的立体结构的巨大分子 3 0 l 这 种精细复杂的立体结构决定了酶的独特性质 也是这种性质极易受到外界条件变化的 影响 而且不同种类的酶 其适宜的应用条件也各不相同 为了使酶得到最佳应用 应充分考虑外界因素的影响 影响酶反应活力的因素很多 主要包括 酶浓度 p h 值 温度 时间 浴比 机械搅拌速度 表面活性剂等 由于纤维素酶具有高度的专 一性 仅作用于纤维素纤维 所以在用其对丝 麻针织物进行生物酶处理时 不仅可 以将苎麻纱线表面的毛羽水解溶掉 以除去织物刺痒感 而且不会损伤蚕丝纤维 1 5 国内外研究现状和本课题研究的主要内容 1 5 1 国内外研究现状 2 1 世纪绿色产品将主导世界纺织品和服装消费的新潮流 有着 绿色产品 桂冠和 天然保健功能的苎麻纺织品将呈现广阔的前景 无论是国内还是国外 对麻类织物的 需求都明显加大 因此对麻类织物的后整理就显得尤为重要 目前 国内对消除麻类 织物刺痒感的方法研究的比较多 技术也越来越成熟 最主要的方法就是水洗或者沙 洗 碱变性或液氨处理 苎麻纤维的化学改性 柔软剂整理 纤维素酶整理等等 但 是每种整理方法都有各自的优缺点 处理后的织物刺痒感虽得到改善 但同时织物原 有一些优良性能也得到破坏 如沙洗会增加纤维表面的毛羽量 浓碱处理的织物会使 织物的手感变得更加粗糙 柔软剂处理会影响织物的透气性 酶处理过程中 刺痒感 的改善和织物强力的损失始终是一对无法调和的矛盾等 如何在消除织物刺痒感的同 苎麻 蚕丝针织物的纤维素酶整理研究 第一章前言 时也能保证织物原有的优良性能得到保持 则是我们现在亟待解决的问题 1 5 2 本课题研究的主要内容 本实验主要研究纤维素酶对苎麻 蚕丝混纺针织物的后整理 采用最新型的纤维 素酶 力求在改善织物刺痒感的同时也使织物的强力损失率降低到最小值 并比较了 整理后织物染色性能的变化 1 5 2 1 纤维素酶和硅油柔软剂对苎麻 蚕丝针织物的整理 影响纤维素酶与苎麻 丝混纺针织物作用的因素主要有p h 值 温度 处理时间和 酶浓度等 以酶处理后织物的减量率 强力损失 白度的变化和毛效为主要性能指标 对酶处理的工艺进行优化 得出最佳的纤维素酶整理工艺 并结合硅油柔软整理 比 较整理前后织物的性能变化 1 5 2 2 超声波和等离子体协同纤维素酶整理 利用新型绿色环保技术超声波和等离子体技术协同纤维素酶共同处理苎麻 蚕丝 混纺针织物 通过改变各因素条件 以织物的减量率和强力损失率为主要性能测试指 标 分别得出各自最佳的整理工艺 并通过各项性能指标的测试 对比整理前后织