酶工程在纺织领域的应用

专选课纺织生物技术基础大作业 姓 名 学 号 班 级 轻化工程 酶工程在染整前处理中的应用摘要 本文主要介绍了生物酶的种类和特点，以及其在染整工业前处理中的应用,讨论了目前这些生物技术用于染整工业的优势及存在的主要问题 ,展望了生物技术应用于染整工业的前景。关键字 生物酶；纺织染整；前处理；展望Application of Enzyme Engineering in Dyeing and Finishing PretreatmentAbstract This paper mainly describes the types and characteristics of enzymes, and elaborate the application in pretreatment of dyeing and finishing industry. The article also discusses advantages and main problems of biotechnology for dyeing and finishing industry , looks to the prospects of biotechnology applied to dyeing and finishing industry.Key words Enzyme; Textile Dyeing and Finishing; Pretreatment; Future development.随着世界人口的迅速增长,纺织染整工业不断发展。传统的染整工艺需要耗用大量的水和化学物质,不仅消耗资源,而且产生严重污染。随着生物工程技术的发展及纺织绿色加工要求的提高，酶工艺已成为纺织加工的重要发展方向之一。目前，纺织酶加工工艺已涉及了几乎所有的纺织湿加工领域，酶制剂的种类不断丰富，出现了一系列的高性能纺织专用酶产品。纺织酶加工理论、酶加工设备和工艺也有了很大发展。纺织酶加工作为生化技术在传统纺织行业中的成功应用，是纺织加工的新领域，它和传统的纺织湿加工技术有很大的不同，纺织加工的特点决定了纺织用酶制剂是一个富有开拓前景的领域。目前国际上关于生物酶在染整工业中应用的研究十分活跃,本文将对生物酶在纺织染整前处理领域的应用作相应的介绍。11染整用生物酶制剂的种类及特点酶是一种由生物体产生的高效生物催化剂广泛地存在于动物内脏、植物茎叶果实和微生物体中生物体新陈代谢的生化反应。绝大多数是在酶催化下进行的。酶可以引起氧化还原、水解裂解和凝聚等反应酶的品种繁多。随着遗传学生物工程学的发展酶的生产与应用也得到了进一步的重视和发展，在纺织上使用酶对纤维材料进行处理已有多年历史。最初大多集中在丝麻的脱胶和棉织物的退浆方面，近几十年来采用酶对纤维素纤维和羊毛纤维进行的减量加工或改性加工。2在欧美和日本得到大力开发，特别是用纤维素酶处理纤维素纤维使其表面光洁，从而改善织物手感和服用性能，其工业化应用日趋广泛。进入80年代后用蛋白酶对羊毛纤维进行减量加工，即剥鳞片处理从而使其细度变小光泽更好，加工后的产品手感轻薄柔软滑爽，且具有防缩性和抗起球性，可作为夏季服装面料可见酶在纺织加工中有着广泛的用途。1.1 -淀粉酶 -淀粉酶用在染整前处理的退浆工艺中，主要用来处理以淀粉浆为主的浆料，是应用比较成功的酶制剂。我国有很好的-淀粉酶菌种，尤其适用于原纤化Lyocell产品的退浆，能够保证处理质量的稳定。目前已研发出了淀粉酶制剂的宽域（pH值和温度）产品，这对酶退浆工艺的控制十分有利。同时还研发了耐高温的-淀粉酶制剂，这种酶制剂可适应连续化的高温退浆工艺，有利于缩短工艺时间，提高退浆效率。1.2纤维素酶纤维素酶是目前应用最为成功的纺织酶制剂，可对纤维素纤维织物进行有效处理，即在织物强度损伤可接受的情况下使处理织物获得需要的效果。纤维素酶主要用在棉织物的抛光整理（光洁整理）和牛仔布的返旧整理，并已成为染整加工的常规工艺。纤维素酶制剂中最重要的组分是内切酶，它在生物抛光、石磨水洗返旧整理中起到了关键作用。3纤维素酶还被作为洗涤剂的添加剂，以加强去污效果。据文献报道，纤维素酶与其他酶制剂（如淀粉酶、果胶酶、蛋白酶等）复合，进行棉织物的退浆、精练等处理效果显著。1.3果胶酶果胶酶主要用于替代棉织物碱精练用的碱剂。棉纤维中的果胶质位于蜡质与纤维之间，若能把果胶质去除，就可降低蜡质与纤维的结合力，从而有利于在随后的高温浴中乳化去除蜡质。4果胶酶用于棉纤维的精练时处理速率较慢，在时间充足的情况下，也能达到碱精练的减量水平，但处理后织物的亲水性相对较低。从生产实践看，仅通过果胶酶处理基本无法去除棉纤维表面的蜡质。有文献表明，在酶处理时加入非离子表面活性剂可明显促进去除作用，从而改善了织物的亲水性。这主要是因为果胶酶和表面活性剂配合后对去除蜡质有协同效应。也有文献介绍，果胶酶和角质酶复配后能产生协同作用，可显著提高棉蜡的去除率和织物的亲水性。有研究文献介绍果胶酶和淀粉酶、纤维素酶等具有很好的协同作用，可实现退浆精练一浴法和退浆精练生物抛光一浴法处理。1.4蛋白酶蛋白酶是我国纺织工业最早应用的生物酶制剂之一，蛋白酶用于真丝脱胶砂洗、皮革脱毛、毛皮软化等已成为产业化应用的常规工艺。蛋白酶对羊毛的处理，主要是防毡缩，在抗起毛起球、改善光泽及低温染色等方面也有研究和应用。蛋白酶还可用于蛋白上浆材料的退浆处理。也有文献报道，蛋白酶可与其它酶制剂（如纤维素酶、果胶酶等）复配用于棉织物的精练加工。2 酶制剂在染整前处理中的应用纺织工业是最早运用生物技术的工业生产领域之一。生物酶可作用于纺织品上天然杂质及工艺化学品的去除，并改善织物的物理性质。目前生物酶主要应用于纺织品精练、染色及整理等湿法加工过程，以取代传统操作过程中大量使用的高浓化学品，如苛性碱等。与传统工艺相比，生物酶工艺具有以下优势：(1)工艺步骤减少，缩短工艺时间，提高设备产出；(2)降低用水量，降低排污量；(3)操作条件温和，降低能耗，改善工人工作环境；(4)改善织物手感，降低强力损失；(5)降低操作成本。酶在棉织物印染前处理中的应用已涉及以下领域：2.1生物酶在退浆中的应用采用酶法退浆，具有以下特点。 （1）酶退浆废水pH值低，可生化性好，符合清洁生产和绿色环保要求。（2）酶退浆作用快，效果好，退浆率高达 7 级，而传统碱退浆只能达到 4 级。（3）碱退浆使浆料疏松、膨化，未将其分解为小分子物质，因此对水洗要求较高，水量、温度控制不当，会使浆料重新凝结、聚集，沾污布面，形成浆斑，从而造成大批量半制品回修。而酶退浆则使浆料在酶的作用下催化分解为水溶性很高的小分子物质，浆液粘稠度低，不会再次凝结。（4）酶退浆半制品手感柔软，强力损伤小。对强降比较严重的功能性整理（如免烫、阻燃整理等）品种，特别适合采用酶退浆。淀粉酶是纺织工业中早进行工业化应用的酶制剂之一，如采用淀粉酶代替碱去除坯布上的淀粉浆料。5使用淀粉酶退浆能将淀粉分解成可溶性低分子糖的酶（葡聚糖酶），而且用酶处理产生的分解物无毒性，但这些分解物必须经处理后再排放，否则会提高退浆废水中的BOD。 2.2 生物酶在精练中的应用传统的棉织物精练是在热碱液中进行的，效果非常显著，缺点是由于添加润湿或渗透剂、鳌合剂等化学品造成了印染废水处理的沉重负担，精练废水含碱量大，pH值高，要耗用大量的酸中和，并需用大量的水冲洗，且使废水中COD/BOD的比率增高，污染了环境。6据统计，印染废水的70% 来自前处理中的精练。而且，如果在碱精练中工艺条件控制不严格，还易造成纤维素的氧化损伤，强力下降。另外，由于在浓碱液中精练，会致使棉织物的局部碱浓度过高，产生较大的收缩，给后续加工质量带来很大的影响。近年来人们尝试用生物酶进行棉织物的精练，可在温和的温度及pH值条件下有效去除棉的脂蜡，而且对纤维的结构和强力没有损伤。生物酶代替传统的碱精练将具有继续研究和扩大应用的趋势，除了环保这一因素，从经济的角度来看，酶精练的实际成本并不高于传统的碱精练，综合考虑所节约的能源和水，有时可能更经济。72.3 生物酶在漂白中的应用目前棉织物漂白一般采用过氧化氢法，但是漂白时金属离子的催化作用会引起纤维的损伤。生物酶漂白尚处于开发阶段，目前研究较多的是3种氧化还原酶在漂白中的应用，即漆酶、过氧化物酶和葡萄糖氧化酶。棉纺织品或其它纤维纺织品经过氧化氢漂白后，部分纺织品要进行染色或印花，如果残留有过氧化氢，在染色和印花时会破坏染料或使染色不匀，或降低上染率。为了除尽残留的过氧化氢，在漂白后用过氧化氢酶处理纺织品，将残留的过氧化氢分解成水和氧而提高水洗效率，改善纺织品的染色性能。因此，过氧化氢酶处理不仅可以去除织物上残留的过氧化氢，而且可以直接染色，具有高效、节能、无污染的优点，是绿色染整技术的重要工艺之一。研究表明，采用生物酶法对黄麻织物进行漂白，其白度、亮度、吸湿性、手感及外观均优于传统化学漂白。8且酶精练和漂白工艺全过程均在较低温度下进行，且能达到比较理想的棉籽壳去除率，弥补了酶精练工艺的缺陷。2.4 生物酶在脱胶工艺中的应用目前麻纤维脱胶的主要工艺还是以化学脱胶为主，但会对纤维造成一定的损伤，脱胶后的麻纤维成单纤维状态，大麻单纤维长度仅 20 mm左右，很难直接用于纺织；而且化学脱胶废水色度深，碱性强（pH值高达 13）、有机成分复杂、水质波动大，是一种较难处理的有机废水。从环保角度考虑，酶法及微生物法脱胶被认为是极有发展前途的。有研究表明，大麻纤维采用生物酶脱胶作用条件温和，对纤维损伤小，易掌握脱胶的程度，有利于提高出麻率，在技术上是可行的。92.5 生物酶在丝光工艺中的应用生物酶可用于织物的丝光“生物抛光”，即用纤维素酶对棉织物在无张力状态下处理，可以减少织物表面茸毛、小球，提高织物的光洁性，产品不仅与碱丝光效果相近，还赋予其柔软的特性。生化抛光主要用于棉、麻等天然 纤维以及容易起毛起球的Tencel 等人造纤维织物。此外，还用于去除染色等加工产生的表面茸毛，使纤维和织物表面变得光洁。经生物抛光整理后的织物表面光洁，富有光泽，手感柔软，悬垂系数下降，具备一般柔软剂整理达不到的品质。生物抛光整理后的织物强力下降，下降率应控制在 20%，失重率在 3%，失重率超过 5% 时织物的服用性能就明显受到影响。此外经纤维素酶整理后的亚麻织物，布面光洁，手感柔软，舒适性提高，从而提高了亚麻织物的服用性能及附加值。10纤维素酶对亚麻织物的生物抛光整理，是一种降解减量处理，但工艺控制不当，会使织物强力损失过大，因此要严格控制工艺条件。抛光处理后，若不马上染色，必须进行失活处理，以免织物损伤。3 结论及展望生物酶处理工艺节能节水，其生产成本低于传统工艺，并能提升产品质量，显著降低废水中盐、染料、AOX等 的含量。从长远看，这种绿色环保工艺必将取得长足发展。目前，虽然有些酶工艺已取得了较好效果，具有良好的发展前景，但仍存在较大的局限性。11业界必须认识到目前我国染整用的酶制剂，大部分还是水解酶及少量的裂解酶，从应用角度看，还有很多新的酶制剂值得开发，在工艺上还需开发相应的酶加工设备和相应的配套助剂等。12酶的开发应用是一项系统工程，要完成这项艰巨任务，需要跨学科的合作和相关行业（如助剂行业、印染机械行业等）的紧密配合，以及政府和全社会的支持。通过长时间的考察和实践，要使我国染整行业科技水平赶上国际先进水平，科技人员必须通过刻苦研究和多方合作努力拓展酶在纺织染整中的应用，这也有利于纺织染整行业早日实现全程绿色加工。参考文献：1 吴赞敏. 纺织品染整清洁加工技术M. 北京：中国纺织出版社，2007.2 L Ammayappan，et al. Effect of Silicone and Urethane Finishing Treatment on Performance Properties of Enzyme Treated Wool/ cotton Union FabricJ. Man-made Textiles in India，2010(3):47-51. 3 周爱晖.纤维素酶在纺织品返旧整理中的应用J. 印染助剂，2011，28(2):10-13. 4 陈伟，王强等,角质酶和果胶酶复合酶对棉针织物的精练研究J. 印 染助剂，2011，28(1):39-41.5陈英染整工艺实验教程M.北京,中国纺织出版社，2009.36-54.6 Sho Yeung Kang，Helen H Epps. Effect of Scouring and Enzyme Treatment on Moisture Regain Percentage of Naturally CottonsJ. The Journal of The Textile Institute，2009，100(7):598-606.7 阎贺静，韩晓红等. 棉织物酶精练漂白同浴处理工艺J. 印染，2011（9）：5-9.8 Nimai Chandra Pan，Sambhu Nath Chattopadhyay，Ashim Kumar Roy，et al. Preparat