亚麻纤维多元复合酶的研制

亚麻纤维多元复合酶的研制

长期以来，前处理和加工结果表明，采用高温浓碱等化学品进行污泥和精炼，并用次氯酸钠和双氧水进行漂白。其效果是白度高、毛效好;但工艺条件复杂剧烈,织物损伤大;工艺流程长,能源浪费大,污水排放量大,污染严重,且在次氯酸钠漂白过程中产生高毒性的可吸附性有机卤化物(AOX),这些化合物的排放将对人类造成严重的危害。因此许多国家早已规定了严格的AOX排放极限。一些发达国家对pH值、甲酸、氯、磷、挥发性物质、气味等明确提出了限量标准和测试方法,传统工艺面临淘汰。针对这些问题,深圳新龙亚麻纺织漂染有限公司在丹麦诺维信(中国)投资有限公司的大力支持配合下,同清华大学深圳研究生院合作立项研究开发生物酶在亚麻织物前处理加工中的应用,为实现清洁生产,生产出符合环保要求的产品开创新路。1复合酶前处理亚麻属于韧皮纤维植物。如何在前处理过程中充分去除杂质,使纤维具有优良的回弹性,又不过分降低强力,是亚麻前处理的关键。经多次实验证明,生物酶技术用于亚麻织物前处理是一种方便、迅速、有效、安全、清洁卫生、减少环境污染、根除AOX危害、节约资源和能耗的新技术。应用于染整加工的生物酶主要有纤维素酶、淀粉酶、蛋白酶、脂酶、漆酶、果胶酶和过氧化氢酶等,根据酶催化作用的高效性、高度的专一性和条件比较缓和的特点,采用丹麦诺维信产的Scourzyme酶系列等,研究出一种专用于亚麻前处理的多元复合酶,其组成为:果胶酶、纤维素酶、淀粉酶、漆酶等。经研究发现,该复合酶在一定条件下,产生优良的协同效应,通过这种协同作用可有效地催化分解亚麻织物中的非纤维杂质——即纤维素伴生物果胶质、蜡质、木质素、灰分等杂质。这种协同作用效果是单一酶的作用效果总和,既可达到去除杂质的目的,又几乎不损伤亚麻工艺纤维(表皮层、韧皮层、形成层的外皮薄壁纤维束)。同时,还可以获得蓬松、厚实和柔软的效果,从而使织物性能、手感得到明显改善。中性纤维素酶可以作用于纤维结晶区,使织物获得蓬松、厚实的效果,它与织物接触面积大,参与作用的机会多,可去除亚麻织物表面的毛羽,能在一定程度上改善产品的刺痒感,并使织物外观光洁,增加织物表面对光线的规则反射,从而使织物获得烧毛及其它整理难以达到的效果。果胶酶在去除果胶的同时,对蜡质也有较好的去除效果,可改善和提高织物的吸水性,实验结果表明,果胶酶处理4~24h,水滴在织物上5~10s内即被吸收。木质素在麻纤维中的存在,使麻纤维较刚硬,所以,要想改善麻织物的手感,必须去除木质素,在复合酶制剂中,加适量的漆酶(氧化还原酶)催化分解木质素。脂酶可去除纤维中的蜡质和织造、贮存过程中沾上的油污。淀粉酶可去除织物上的浆料。即应用淀粉酶对淀粉的分解作用,迅速降低分子量,降低溶液的粘度,使织物迅速脱浆。亚麻经酶处理后,原纤无定形区分子的部分水解,使结晶区的微隙加大;结晶区分子的部分水解,使结晶区的尺寸变小;纤维素伴生物被催化分解。因此,在受到外力作用下结晶区之间容易产生相对运动,纤维的抗弯曲性能降低,刚度减弱,从而使纤维素伴生物易于去除,并使织物的服用性能得到改善。2多元复合酶用于预处理亚硝酸盐的可行实验2.1实验材料实验用织物品种及规格见表1。2.2烧碱助剂的用量亚麻织物精炼加工的传统工艺是在102~105℃温度条件下,用烧碱及其它助剂处理完成的。而该多元复合酶在温度50~55℃,pH值7~8范围内,具有较高的活性,在此条件下对亚麻织物进行处理,结果如下。2.2.1ph值对酶活性的影响pH值对酶活力的影响见图1。2.2.2ph值对天麻前处理效果的影响pH值对亚麻前处理效果的影响如表2所示。2.2.3温度对酶活性的影响温度对酶活力的影响如图2所示。2.2.4整理后的分散整理工艺温度对亚麻前处理效果的影响见表3。由此可见,该复合酶精炼的最佳工艺条件为激活温度50~55℃,工作液pH值7~8。酶处理织物时,在上述条件下,多浸一轧(或多轧)后,进行充分堆置,水洗。即工艺流程为:坯布→烧毛浸渍酶液→堆置→水洗。在生产过程中,酶精炼过程对织物处理是否匀透、充分是非常关键的,为使酶能与底物充分作用,织物浸渍酶液后,将织物打卷转动堆置10~16h,使酶液能够均匀地吸附在织物表面,并进而向纤维内部扩散,堆置后充分水洗,去除杂质。2.3实验方法在多次小实验的基础上,采用同一坯布厂家的坯布,对传统工艺和酶处理工艺进行对比中试生产。实验设备:退煮漂联合机、冷轧堆、平洗机。2.3.1纯亚洲麻的传统处理烧毛→退煮→水洗→复煮→水洗→氯漂→堆置→水洗→氯漂→堆置→水洗→(酸洗)→氧漂→丝光→酸洗→染色。2.3.1.u3000中酸、碱分别煮岸.退浆:100%NaOH45~50g/L,精练渗透剂10g/L,氧化退浆剂6~10g/L,磷酸三钠4g/L,汽蒸温度100~102℃,汽蒸时间60~70min,水洗温度70~80℃。复煮:100%NaOH45~50g/L,精练渗透剂10g/L,亚硫酸钠6g/L,磷酸三钠4g/L,汽蒸温度100~102℃,汽蒸时间60~70min,水洗温度70~80℃。氯漂:次氯酸钠(有效氯)5~6g/L,H2SO40.10~0.15g/L,室温堆置30~40min。氧漂:H2O25~6g/L,水玻璃3g/L,稳定剂5g/L,络合剂1g/L,蒸汽温度90~95℃,汽蒸时间60~70min,水洗温度70~80℃。2.3.2纯亚洲麻酶处理烧毛→酶处理→汽蒸平洗→氧漂→(复氧漂)→丝光。2.3.2.u3000汽蒸时间及温度酶处理:复合酶12g/L,非离子渗透剂3g/L,pH值7~8,温度50~55℃,堆置8~12h。汽蒸温度100~102℃,汽蒸时间90s,水洗温度70~80℃。氧漂、复氧漂工艺条件相同,100%H2O27~8g/L,稳定剂8g/L,络合剂1g/L,渗透剂2g/L,汽蒸温度90~95℃,汽蒸时间60min,pH值(用NaOH调节)10.5~11。2.3.3亚麻纺织机的制备工艺烧毛→退煮→水洗→氯漂→堆置→水洗→氯漂→堆置→水洗→氧漂→(酸洗)→丝光→酸洗→染色。2.3.3.次氯酸钠/hso煮炼:100%NaOH45~50g/L,氧化退浆剂6g/L,磷酸三钠4g/L,精炼渗透剂8g/L,汽蒸温度100~102℃,汽蒸时间60~70min,水洗温度70~80℃。氯漂:次氯酸钠(有效氧)3~3.5g/L,H2SO40.08~0.10g/L,室温堆置30~40min。氧漂:100%H2O23~3.5g/L,稳定剂4g/L,络合剂1g/L,渗透剂2g/L,pH值(用NaOH调节)10.5~11,汽蒸温度90~95℃,汽蒸时间60~70min,水洗温度70~80℃。2.3.4亚麻和棉纺织机的酶处理烧毛→酶处理→汽蒸平洗→氧漂→(复氧漂)→丝光。2.3.4.汽蒸平洗酶处理:复合酶12g/L,非离子表面活剂3g/L,pH值7~8,温度50~55℃,堆置12~16h。汽蒸平洗:汽蒸温度100~102℃,汽蒸时间90s,水洗温度70~80℃。氧漂:100%H2O25~6g/L,稳定剂4g/L,络合剂1g/L,渗透剂2g/L,温度90~95℃,堆置时间60~70min,pH值(用NaOH调节)10.5~11。2.3.5亚麻/棉纺织机的制备烧毛→退浆→水洗→煮练→水洗→煮练→水洗→氯漂→水洗→氧漂→水洗→复氯漂→水洗→复氧漂→水洗→烘干。2.3.5.u3000酸蒸法退浆:100%NaOH50~60g/L,氧化退浆剂6g/L,磷酸三钠6g/L,渗透剂6g/L,汽蒸温度100~102℃,汽蒸时间60~70min,水洗温度70~80℃。煮练:100%NaOH50~60g/L,亚硫酸钠6g/L,磷酸三钠6g/L,精练渗透剂8g/L,汽蒸温度100~102℃,汽蒸时间60~70min,水洗温度70~80℃。氯漂:次氯酸钠(有效氯)5~6g/L,硫酸0.13~0.15g/L,室温堆置30~45min。氧漂:100%H2O25~6g/L,络合剂2g/L,稳定剂6g/L,渗透剂3g/L,pH值10.5~11(用NaOH调节),汽蒸温度90~95℃,堆置时间60~70min。2.3.6亚麻和棉纺混合酶的处理烧毛→浸轧复合酶→堆置→淡碱汽蒸→氧漂→(复氧漂)。2.3.6.堆置催化剂酶处理:复合酶15g/L,非离子渗透剂5g/L,pH值7~8,温度50~55℃,堆置16~20h。氧漂:100%H2O27~8g/L,稳定剂8g/L,粘合剂2g/L,渗透剂3g/L,pH值10.5~11(用NaOH调节),汽蒸温度90~95℃,堆置时间60~70min。2.4结果与讨论2.4.1处理工艺对染色质量的影响表4为不同工艺条件下半漂布的物理指标对比。从表4可以看出,生物酶处理工艺与传统工艺相比,白度、毛效相近,断裂强度较高,失重较小,达到了染前半制品的质量要求。表5为不同工艺条件下染色质量的评价。由表5可见,经酶处理的制品得色深,色泽鲜艳,质地松软,染色牢度较好。2.4.2第一处理废水的污染率纯亚麻、麻棉交织及麻棉混纺织物污水排放指标见表6。2.4.3经济效益测算本项目做了20万m布的生产实验,以此为依据测算年产2500万m布的经济效益。产品结构为:纯亚麻50%,麻棉交织20%,麻棉混纺30%。2.4.3.1.材料成本分析原材料成本分析及效益测算见表7。2.4.3.工艺用量和生物酶用量耗水及污水排放成本见表8。年产2500万m布传统工艺用水量为109.5万t,生物酶工艺用水量为54.7万t,全年节约用水量为54.7万t。综上可见,全年节约成本504.7万元(人工及其它固定成本未计)。2.4.4亚麻织物染整加工的应用前景生物酶用于亚麻及其交织混纺织物的前处理加工是可行的,其特点是:①缩短了工艺流程,降低了资源和能源的消耗,减少了烧碱及其它化学药剂的消耗,水污染物和污水排放量降低了50%以上,减轻了环境污染,减轻污水处理的负担及处理费用,有利于实现清洁生产。②废除了次氯酸钠漂白工序,根除了严重的AOX危害,改善了生产作业环境,生产出环保产品,有利于人类健康。③生物酶工艺取代传统的高温、浓碱的煮炼方法,工艺条件温和,对织物损伤小。半漂布白度、毛效都可以达到染前半制品的质量要求。且质地蓬松,提高了上色率。成品与传统工艺相比,色泽鲜艳,改善了手感及刺痒感,质地丰满,布面光亮,匀染性好,断裂强力及克重均有所提高。④综合成本有较大幅度降低。其中纯亚麻及交织织物可降低45%左右;亚麻/棉混纺织物比传统工艺综合成本降低35%左右。⑤亚麻混纺织物的前处理,对于中厚织物麻皮去除的效果和半漂布白度略低于传统工艺。对生物酶质量、基质和工艺条件的影响因素等生产在线控制及活力测定尚无可操作的方法,有待寻求一个好的检测方法。通过对生物酶在亚麻及其交织、混纺织物前处理的探讨,中试生产结果证明多元复合生物酶用