复合生物酶在亚麻粗纱处理中的应用

复合生物酶在亚麻粗纱处理中的应用

亚麻棉纱通常采用湿纺，其粗线应经过加工过程，如织机操作、漂白等。亚麻粗纱化学脱胶工艺目的主要是去除部分果胶、木质素等杂质,提高亚麻纤维的分裂度,进而提高亚麻工艺纤维的可纺性。在亚麻粗纱的化学煮练漂白的脱胶工艺中,采用烧碱煮练、亚氯酸钠漂白、双氧水漂白(亚—氧漂)。该工艺形成的废水污染较难治理,对环境污染严重。除此之外,烧碱煮练和亚—氧漂工艺对纤维处理有一定的失重,造成纺纱企业的经济损失。为此有必要寻求新的亚麻粗纱处理的工艺方法。在研究过程中,采用果胶酶、纤维素酶、木聚糖酶等酶制剂复配成复合生物酶对亚麻粗纱进行生物酶处理,然后采用双氧水漂白。经过生物酶的复配脱胶处理,亚麻脱胶取得了较好的效果,具有较好的应用前景。1亚麻粗纱脱胶试验采用果胶酶、纤维素酶、木聚糖酶等生物酶进行复配组合形成复合生物酶,然后进行亚麻粗纱脱胶的应用试验,试验指标为纤维的分裂度(纤维细度)、失重率检验。1.1试验材料1.1.1亚麻织物的制备采用的亚麻纤维有国产温水麻长麻和法国进口的雨露麻长麻,均经过栉梳机、成条、针梳、成条、粗纱等工序纺成相同支数的亚麻粗纱进行生物脱胶。脱胶前亚麻纤维分裂度在450公支左右。1.1.2复合生物酶的制备针对亚麻纤维中含有果胶、木质素、半纤维素等杂质的含量,选用果胶酶、纤维素酶、木聚糖酶等生物酶进行混合配比,辅以其他必要的制剂制成复合生物酶。1.1.3其他化学品氢氧化钠、碳酸钠、水玻璃、硫酸、草酸、双氧水(30%)均为化学纯。1.1.4设备1.2测试方法1.2.1亚麻粗纺脱胶试验1.2.1.1试验流程亚麻粗纱→酸洗→水洗(→烘干称重)→复合生物酶脱胶→水洗→草酸洗→双氧水漂白→水洗→烘干→称重、检验纤维分裂度。1.2.1.2.试验条件复合生物酶脱胶条件:采用正交试验因素,如表1所示。1.2.1.3、试验称重计算失重率:检验纤维分裂度:采用棉麻纤维支数试验方法。1.2.2纤维分裂度法亚麻粗纱→酸洗→水洗(→烘干称重)→复合生物酶处理→水洗→草酸洗→双氧水漂白→水洗→(烘干→称重、检验纤维分裂度)→纺细纱→烘干。碱煮—亚漂工艺试验:亚麻粗纱→酸洗→水洗(→烘干称重)→烧碱煮练→水洗→亚氯酸钠漂白→水洗→双氧水漂白→水洗(→烘干→称重、检验纤维分裂度)→纺细纱→烘干。1.3试验结果1.3.1亚麻粗纺脱胶试验1.3.1.不同工艺条件对复合生物酶活性的影响试验因素的影响顺序:复合生物酶浓度(R1=92.7)、温度(R2=33.4)、时间(R3=22.1)。建议选择处理工艺条件:复合生物酶3%~5%(owf)、温度60℃、时间45~60min。试验数据如表2所示。级差:R1=92.7;R2=33.4;R3=22.1。1.3.1.双氧水漂后双氧水漂干非织造纱亚麻粗纱→酸洗→水洗(→烘干称重)→复合生物酶处理→水洗→草酸洗→双氧水漂白→水洗→(烘干→称重、检验纤维分裂度)→纺细纱→烘干。复合生物酶处理工艺条件:复合生物酶3%~5%(owf)、温度60℃、时间60min。1.3.2亚麻纺织小样品的试验采用生物酶脱胶,并与亚麻粗纱小样机试验“碱煮—亚漂工艺试验”作工艺对比。1.3.2.1.重量和分裂率的比较由表3可知,两种工艺的试验数据差别不大,均符合纺纱要求。1.3.2.细纱的色特征经两种不同工艺在粗纱小样机处理的粗纱,在进行生产性设备试纺纱,其产品在试验室进行了对比,条干、麻粒子等细纱指标均符合要求。但两种细纱的白度具有较大的差别。生物酶加工的细纱白度主要来自氧漂,具有双氧水漂白的色光特征。烧碱煮练-亚氧漂具有亚氯酸钠漂白的色光特征。2亚麻含铜纱加工特点复合生物酶用于亚麻粗纱的脱胶工艺具有较强的专一性和高效性,有不损伤纤维的强力和聚合度等加工特点。具有亚麻纱的重量损失少、减少亚麻粗纱加工的化学药品成本和能源成本、亚麻粗纱煮漂设备的投资少等特点,经济效益好。同时不使用亚氯酸钠,减少操作环境的污染,减轻废水处理负担。2.1助剂对复合生物酶的影响采用复合生物酶进行亚麻粗纱的脱胶具有助剂的针对性强、高效,对纤维的损伤小,并可根据纤维的组成不同调节酶制剂的组成,增强了复合生物酶的应用可行性。2.1.1纤维素酶在亚麻粗纱脱胶和一聚体上的利用生物酶制剂的特点就是具有专一的针对性和高效性。例如淀粉酶可有效分解淀粉成为可溶于水的多糖或单糖;果胶酶具有分解果胶成为溶于水的物质,起到了亚麻粗纱的脱胶作用;纤维素酶具有分解纤维素成为溶于水的物质的作用,且先分解聚合度较小的纤维素,再分解聚合度较大的纤维素,利用纤维素酶的这种作用即可以作为“蚀毛剂”使用,也可以在亚麻粗纱脱胶工艺中作为提高纤维素整齐度的助剂,分解半纤维素;木聚糖酶在亚麻粗纱的脱胶工艺中可以分解部分木聚糖(部分木质素)形成溶于水的物质,漆酶也可以分解其他部分木质素。2.1.2亚麻纤维的处理亚麻粗纱碱煮亚漂的脱胶工艺中纤维有一定的损伤,并且只有该工艺的重量损失在化学脱胶中是最小的,亚漂工艺去除亚麻木质素效果最好,所以沿用至今。长时间的烧碱煮练工艺,对纤维素形成一定的损伤,亚麻纤维的聚合度均有一定程度的下降。通过复合生物酶处理亚麻粗纱理论上对亚麻纤维没有任何损伤,只是对纤维杂质有去除作用,形成一定的重量损失。没有发现纤维素的聚合度下降。经粗纱、细纱小样初步测定,亚麻纤维素聚合度略有提高。2.1.3调节工艺参数的选择亚麻粗纱的碱煮亚漂工艺在各亚麻纺织企业不尽相同,不同产地的纤维形成的粗纱处理工艺也不相同。主要原因是纤维的组成差别较大所致。调节工艺参数主要是化学药品的浓度、时间等。而采用复合生物酶亚麻粗纱脱胶工艺,可以根据亚麻纤维原料的含杂情况,确定生物酶的品种、比例等条件。与亚麻粗纱的化学处理相比,具有调节更精细、准确的特点。2.2亚麻粗纱的化学加工亚麻粗纱的生物脱胶与化学脱胶相比具有较好的经济意义,主要体现在降低了亚麻粗纱化学加工的重量损失,不损伤亚麻纤维,保证了亚麻纤维的强力和质量,加工用化学品的成本降低和加热能源成本下降,以及对加工设备的要求条件降低,减少了设备投资等方面。2.2.1减少亚麻粗纱的重量损失亚麻粗纱的重量损失一直是亚麻纺纱企业非常重视的问题。在亚麻粗纱的化学脱胶工艺中,高温碱煮练、亚-氧漂等工艺均对亚麻纤维形成重量损失。采用生物酶处理,可以使亚麻粗纱中的无害杂质最大限度的保持,有针对性地去除对纺纱有害的杂质,达到可控制亚麻粗纱的重量损失。例如减少果胶生物酶的用量,可以降低果胶物质的分解量,不仅可以降低亚麻纤维中果胶的损失,还可最大限度的保持亚麻织物的风格;通过控制纤维素酶的用量,可控制和调节亚麻纤维中半纤维素的重量损失和含量等。2.2.2亚麻织物的煮练和活化亚麻纤维制品的强力一直是业内关注的问题,主要强力损失来自于纤维及织物的化学处理。在亚麻纤维制品的化学处理过程中,主要针对亚麻皮的去除而进行亚麻织物的长时间煮练、漂白,导致亚麻纤维的聚合度(粘度比)降低。采用复合生物酶对亚麻粗纱脱胶,针对构成亚麻皮的成份木质素进行了木聚糖酶、漆酶等具有针对性的处理,在后续的亚麻粗纱氧漂过程中已经大部分分解和去除,降低了织物的化学加工负担,减少了亚麻纤维聚合度的下降,保证了纤维强力。2.2.3生物酶的保管使用成本亚麻粗纱使用的亚氯酸钠属于危险品和有毒品,其产品价格和运输价格均较高。而生物酶属于非危险品,保管使用均比较方便,其价格也随着使用量的增加生产成本逐步下降。除此之外,复合生物酶的加工工艺温度参数控制在60℃左右,使亚麻粗纱脱胶工艺加工温度降低,节约了能源。2.2.4主要设备的投资亚麻粗纱亚氯酸钠漂白需要特殊不锈钢设备,其设备投资较大。亚麻粗纱采用复合生物酶脱胶可采用普通不锈钢,只要符合酸洗、双氧水漂白条件即可。2.3环境效应亚麻粗纱采用复合生物酶脱胶可改善工人的操作环境和降低加工废水治理的难度。2.3.1加酸溶液的污染亚麻粗纱亚氯酸钠漂白需要在酸性条件下进行,配料加酸时溶液释出有剧毒气体,其对操作环境污染较大,对操作工人身体造成危害。亚麻粗纱采用复合生物酶处理避免了操作环境的污染,对操作环境没有影响。2.3.2降低废水处理的难度亚氯酸钠漂白的废水处理难度较大。采用生物酶脱胶工艺使废水处理比较容易,是值得推广的加工工艺。2.4问题通过亚麻粗纱复合生物酶税胶多次试验,并在小样上机纺纱试生产,取得了一些进展,但在工业化应用时仍应注意可能出现的问题。2.4.1实现工业化可能面临的问题2.4.1.1.生物酶的价格因为应用领域和数量等问题生物酶市场价格较高,大规模的应用有待于生物酶的生产和价格的降低。2.4.1.2.生物酶脱胶设备虽然设备要求降低,但对于正常生产的企业来说采用生物酶脱胶设备配置明显不足,使产量不平衡,工业化应用时应注意。2.4.2亚麻粗纱的制备技术亚麻粗纱的非纤维杂质的结构目前尚不十分清楚,有的只了解大类别,采用复合生物酶处理亚麻粗纱只是对大类别进行了针对性的加工,在该领域内还需要继续进行探索。3复合生物酶的应用复合生物酶可用于亚麻粗纱的脱胶工艺,用以替代碱煮、亚漂脱胶的化学加工工艺;复合生物酶能有选择性的去除亚麻纤维中的纤维伴生物——果胶、木质素、半纤维素等,并可根据原料组成的不同需要进行各种生物酶的复配;复合生物酶的应用可控制亚麻粗纱的失重率,为亚麻纺纱企业提高效益水平提供方法;复合生物酶的应用可以减少亚麻纤维的强力损失,提高产品的正品率;复合生物酶的应用可以为织物的亚麻皮漂白提供便