酶制剂在纺织工业中的应用【一类优选】

1、酶制剂在纺织工业中的应用,1,行业内部,前言,酶的应用已经成为纺织加工中一个组成部分，尽管在几十年前酶就已经应用在退浆上，但在最近几年里由于新品种的不断产生，酶的应用已日趋广。 随着人们对环保越来越重视，酶已成为最佳选择，因为酶的生物降解性好，工作条件温和，并且节约能源，酶是一种生物催化剂，具有高效的专一性。,2,行业内部,中国纺织酶剂发展现状,中国纺织工业总体存在严重污染的问题，尤其是在印染加工过程中，传统工艺耗费大量的水和化学品，同时造成环境污染井破坏生态平衡。据2010年第一次全国污染源普查公报，造纸行业污水排放量和COD总量均为第一，纺织行业分别为第五和第二，因此基于酶技术的纺织生物技

2、术对纺织工业提高产品质量，实现环境友好工艺和生物材料(纤维功能化)加工，从而促进中国传统纺织产业的升级改造将起到重要的作用。,3,行业内部,进入21世纪以后中国酶制剂在纺织工业中的应用领域逐步扩大，包括纤维改性、原麻脱胶、印染前处理、印染废水处理、服装成衣加工等领域。目前，纺织用酶制剂加工工艺已涉及到几乎所有的纺织湿加工领域，市场规模呈稳定递增趋势,4,行业内部,实现生态整理、绿色染整成为印染行业的当务之急，此时生物酶退浆处理工艺应运而生在纺织物处理过程中，应用碱性淀粉酶可使退浆与精练工艺合并，此工艺具有如下优点：高预洗涤效果，高织物质量，高预处理效益，低污染，高纤维表面效果，节省时间，更小的

3、织物损坏，极大提高了产品市场竞争力和经济效益。 对织物前处理进行进一步分析发现，将退浆与精练两步合并，成本并没有降至最低。如果碱性淀粉酶具有一定的抗过氧化氢能力，则退浆、精练与漂白可合为一步，这样既节省了时间，对织物造成的损坏会降至最低，极大提高了经济效益，是下一步棉织物前处理的发展趋势,5,行业内部,目前无论是在学术界还是工业界。以开发新型高效复合酶制剂用于染整前处理(碱性果胶裂解酶、角质酶等)、织物后整理(腈水合酶、角质酶等)、棉织物漂白(过氧化氢酶)和麻类生物脱胶(果胶酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶等)为主导，包括原料改造、工艺改进、材料改性等内涵的纺织生物技术在同际上形成了新的热潮。 随着纺

4、织工业节能减排和清洁生产技术的大力推广，中国纺织用酶制剂将得到更快发展。,6,行业内部,我国纺织酶产业存在的问题：,中国纺织酶制剂加工技术在加工理论和加工工艺以及酶制剂的性能方面与世界先进水甲仍存在较大差距，主要体现在以下几个方面： 1)同内酶制剂研究、生产单位缺乏对纺织加工领域的认识，不熟悉各种纺织加工的特点，对纺织加工中能用到的酶处理技术并未引起足够的重视和兴趣。 2)纺织行业无法自行开发相应的纺织专用酶制剂，只能采用传统食品领域生化试剂。由于传统食品领域生化试剂不适合纺织纤维加工特点和要求，性能上尚存在很大差距难以实际应用。 3)国内纺织酶产品品种少、生产水平低、与纺织工业生产处理适应性

5、差、缺少工业应用研究。市场长久被国外酶制剂公司垄断，价格居高不下，纺织酶处理工艺在国内一直没有得到大规模推广。,7,行业内部,酶剂的分类及在纺织工业中的应用,淀粉酶和退浆 脂肪酶和助理退浆 纤维素酶及其表面处理 蛋白酶与羊毛、真丝的加工 氧化还原酶,8,行业内部,酶制剂在纺织工业中的应用,-淀粉酶 棉织物退浆工艺 纤维素酶 返旧整理，生物抛光 果胶酶 生物煮练取代碱液煮练 蛋白酶 羊毛和丝纤维表面改性,9,行业内部,酶制剂在纺织工业中的应用,脂肪酶 聚酯纤维的改良；去除蚕丝、羊毛纤维和皮革中的油脂；精炼加工 过氧化氢酶 染色工艺中去除双氧水 漆酶 牛仔服饰的特殊风格整理，染液废液的脱色 葡萄糖

6、氧化酶 织物的漂白,10,行业内部,-淀粉酶,1949年，由于日本采用深层培养法生产细菌-淀粉酶获得成功，才使酶制剂的生产和应用进入工业化的阶段。 -淀粉酶是纺织中最早使用的工业酶制剂，广泛应用于淀粉浆料的退浆。 在纺织工业中，为了增强纤维的强度和光滑性，便于纺织，需要先上浆，然后在漂白、印染之前又需退浆。,11,行业内部,-淀粉酶,上浆 将淀粉用-淀粉酶处理一段时间，使粘度达到一定程度以用作上浆的浆料。 退浆 纺织品在漂白、印染之前，需将附着在其上的浆料除去。,12,行业内部,-淀粉酶,退浆 防染枧油（Lerkamscour 系列） 洗去织物上的浆料及剥落的染料； 防止返染 渗透剂 加快浆料

7、的溶胀脱落 纯碱 白坯偏黄时，用它轻煮及精练 用于PVA、PA、淀粉等浆料的退浆 -淀粉酶 用于淀粉类浆料的退浆,13,行业内部,-淀粉酶,退浆注意点 退浆不净或不匀不仅染料不易剥落，而且还会产生水线，严重影响布面整理质量，成衣退浆前需做手针，布面较硬的要打水泡,14,行业内部,纤维素酶,纤维素酶的组分 纤维素酶是复合酶 纤维素内切酶 纤维素外切酶 纤维二糖酶,15,行业内部,纤维素酶,纤维素酶对纤维素水解过程 目前认为纤维素酶水解纤维素是-1,4-内切葡聚糖酶（EG，Cx酶）、 -1,4-外切葡聚糖酶（CBH，C1酶）和-葡萄糖苷酶（BG）协同作用下进行的。,16,行业内部,纤维素酶,影响纤

8、维素酶催化效率的因素 pH值 温度 纤维素酶的来源 纤维素的超分子结构 抑制剂 活化剂,17,行业内部,纤维素酶,纤维素酶作为一种高效生物催化剂，因其具有可降解性及对织物能产生可控的整理而广泛应用于纺织行业。 牛仔布的仿旧整理及纺织品的生物抛光是纤维素酶最成功的应用。,18,行业内部,纤维素酶,返旧整理 蓝色牛仔服在近些年来越来越受到人们的青睐。在20世纪70年代后期及80年代初期,工业上主要采用浮石洗工艺去除纤维表面的染料,以达到霜白效果。,19,行业内部,纤维素酶,这种磨损的效果主要是通过用浮石去除表面的靛蓝染料获得的，并得到磨损的外表。浮石整理的主要问题是由于消耗的浮石在废水缸里沉积的大

9、量污泥，这些污泥必须与废水相分离，并且去除掉。 纤维素酶取代或减少了浮石的使用，这种酶作用在面纱上，促使靛蓝染料从纱线表面褪去。纤维素酶破坏纱线表面的纤维，同时使得靛蓝层疏松，比机械磨损更易去除染料。,20,行业内部,纤维素酶,采用纤维素酶洗涤不仅能对纤维表层进行可控的“刻蚀”，使织物产生不均匀的褪色，而且对织物内部纤维的强力不会过度损伤。 纤维素酶的使用一方面有利于保护环境；另一方面，处理后的织物手感细腻、柔软、耐用性增强，因而纤维素酶洗工艺已广泛取代了传统的石磨水洗。,21,行业内部,纤维素酶,生物抛光 为了防止及除去织物表面的毛球，运用纤维素酶对织物进行生物抛光显得格外必要。 用纤维素酶

10、处理在织物表面改性方面开辟出了新领域。,22,行业内部,纤维素酶,在酶洗过程中，因纤维素酶分子比水分子要大1千倍以上，不能透入棉纤维的内部。所以只有接近纤维素纤维表面的-1,4-葡萄糖苷键受到影响。 织物表面的纤细纤维在生物降解和机械力作用的影响下脱落，得到了平滑的纤维表面。 织物经纤维素酶处理后，大大降低了起毛起球的趋势；而且手感柔软，悬垂性好；吸水性也得到了改善。,23,行业内部,对应用工厂来说,纤维素酶制剂的性能和品质是需要考察的,而采取测试酶活力的方法却又是不可靠的,且没有实际意义。 通过对其应用效果的考察来评价纤维素酶制剂的性能和品质则是既直接又容易操作的。 对于考察内容,可以根据生

11、产加工的目的、要求着重测试、对比某些项目。 至于其技术经济指标或性价比,当测试完性能和品质后,性价比的问题自然有结论。,24,行业内部,果胶酶,传统的纺织工厂中生产棉产品要通过一系列工序，才能使纤维变成织物。 坯布或纱线要通过不同的湿处理工序如退浆、煮练和漂白才能具有可湿润、可 白和染色的性能。 煮练需要浓烧碱和高温条件以确保有效去除杂质，使织物易于染色。,25,行业内部,果胶酶,生物预处理这一新概念已逐渐受到重视，这是对传统碱煮练的挑战。 果胶酶和纤维素酶的混合物用于棉的煮练，煮练的主要目的是去除表面和蜡质，蜡质是吸湿性最大的障碍。 生物预处理的原理是果胶酶像胶水似的把蜡质粘结合在纤维表面通

12、过乳化作用去除果胶的主要部分，从而有效去除蜡质。,26,行业内部,果胶酶,传统的煮练用氢氧化钠，由于氢氧化钠的强碱特性，因此浓缩液态的氢氧化钠具有较强的腐蚀性，又由于它的不专一性和苛刻的工作条件，碱性煮练对纤维素有破坏作用，导致棉花较大的失重，这会增加环境负荷，由于用高浓度的烧碱（通常用硫酸中和），需要大量的水漂洗，又导致高的总溶解固体量。,27,行业内部,果胶酶,酶煮练只需低温，温和的酸性条件 酶是可生物降解的，BOD/COD可以减少到正常水平的50%废水中的盐含量大大降低，这道工序可节约50%以上的漂洗水。,28,行业内部,蛋白酶,蛋白酶催化蛋白质分子上特定的肽键的水解反应。 蛋白酶用于从

13、原丝的丝胶表面去除坚硬、无光的胶质、以改善光泽柔软度。 蛋白酶整理可以使羊毛和丝纤维表面改性，是一种新颖、独性特的整理方法。,29,行业内部,蛋白酶,丝的脱胶 蚕丝的丝心蛋白长丝，天然地被蛋白质丝胶粘在一起。从原丝上去除丝胶的工艺叫脱胶。传统的脱胶方法，如皂液脱胶、碱液脱胶，要消耗大量能源和碱性极强的化学试剂，如苏打粉、马赛皂等。酶脱胶而不伤害丝心蛋白。酶脱胶的丝要光滑的多，丝对不知性染料的亲和力也赤著增加，同时降低了环境负荷。,30,行业内部,蛋白酶,羊毛加工 羊毛衫具有天然的缩水缩绒的性质，这点很受消费者的欢迎，可洗的羊毛制品是当今的需要，缩绒性是由于羊毛表皮层结构中的鳞片质，许多化学改良

14、工艺，大部分都是氯基化学物和聚合物。氯的应用导致废水中的AOX含量增加，应用蛋白酶可以均匀降解角质层，增加抗缩性，抗缩绒酶化是一个生态的清洁工序。,31,行业内部,脂肪酶,PET是疏水性纤维，改良其吸湿性的有效方法是碱液水解。 碱液水解的主要缺点是强力损失和苛化作用。 研究发现，用脂肪酶比用碱液能更好地改善吸湿性的保型性。 酶反应需要25下作用10min，不影响强力。,32,行业内部,过氧化氢酶,应用双氧水漂白，是因为它比氯漂毒性小，如果任何漂白物残留在纱线或织物上，会导致染色不均。 在常用的工序，漂白后要有传统的还原剂像重硫酸钠来中和多余的双氧水，为了有效去除双氧水，大部分还原剂需要高温条件

15、，这必然增加能耗。,33,行业内部,过氧化氢酶,过氧化氢酶可以中和多余的漂白残留物，它不用漂洗水就可以去除多余的双氧水。 过氧化氢酶在冷水中作用，可节约大量能源。 正常情况下，每公斤织物需要3040L水去漂洗掉多余的还原剂。 用过氧化氢酶处理后，根本不需要漂洗，可节约大量的水。,34,行业内部,过氧化氢酶,过氧化氢酶将双氧水分解成水和氧气。 这两种物质都不增加污染。 过氧化氢酶的应用不仅节约水、时间和能源，同时也显著减少了环境负荷。,35,行业内部,漆酶,漂白的劳动布上会有许多斑点。 用次氯酸钠或漂白过程，使用不同的洗涤方式如水洗和巴塔洗。 这种工艺的主要缺点是应用氯漂白，不利于环保，而且工作

16、环境恶劣。 漆酶可以使靛蓝褪色，在整理劳动布服装，为控制漂白过程，使用不同的洗涤方式如水洗和巴塔洗。,36,行业内部,漆酶,漆酶可以使靛蓝褪色，在整理劳动布织物时起重要作用。 这个系统是酶和催化剂的混合物，酶本身不能破坏靛蓝，然而水溶性中间介质的存在使酶被氧化，然后媒质反应，反它转化成自由基，自由基再作用靛蓝染料，反靛蓝染料转化成氧化物。 漆酶使得不用氯漂白剂成为可能，在这种系统中，酶的控制比次氯酸盐容易得多。,37,行业内部,未来可能的应用,棉布漂白 交联催化剂 废水杂色去除 合成纤维的降解,38,行业内部,棉布漂白,在不久的将来, 人们或许能通过应用某些酶的混合物来再现自然的酶漂白工艺。比

17、如, 选择和应用某些特定的杀虫剂, 氧化还原酶, 木糖胶酶或其它酶来漂白棉纤维。,39,行业内部,交联催化剂,一些化学催化剂(如氯化镁) 目前已用于纤维素和各种交联剂反应的催化, 以产生棉质衣服的耐久定形特性。交联反应通常在350u 以上高温的情况下、在短时间内发生, 但这种加工过程会降低棉质服装的强度。若在室温下应用酶来催化交联反应, 以提高棉布的耐久定形性也是有可能的。比如, 在无水的情况下, 把聚合有机酸和脂肪酶加入进去, 使棉中纤维素链之间形成酯链等等。,40,行业内部,废水杂色去除：染整工厂排出的废水所含的杂色中, 大部分是由现代合成染料中的偶氮基和酮基团引起的。通过用精选的酶来处理染料废水, 将其催化分解为某些化合物是有可能实现的。 合成纤维的降解：用合成纤维生产的地毯或其它纺织品, 用后成为垃圾填埋时, 因不易分解而加重了对环境的污染。为此, 急需开发一些能分解这类物质的催化酶, 如尼龙酶、聚酯酶、聚丙烯酶或其它类似的酶, 将有可能减轻环境污染, 甚至可将这些垃圾分解成肥料。,41,行业内部,总结,(1) 酶在纺织品湿加工中的应用, 不但能减少对环境的污染, 而且