5、生物酶在羊毛改性及毛紡織品后整理中的應(yīng)用
毛紡織品后整理中使用主要是蛋白酶。蛋白酶是水解肽鍵的一類酶,大量研究表明,中性蛋白酶和堿性蛋白酶對(duì)羊毛表面鱗片的催化作用大于酸性蛋白酶,尤以堿性蛋白酶為最好。蛋白酶對(duì)羊毛減量有兩個(gè)模式:酶減量剝離模式和酶減量的水解模式。酶減量剝離模式是指羊毛在蛋白酶的作用下,通過(guò)蛋白酶對(duì)羊毛CMC球狀蛋白的水解,使羊毛細(xì)胞(包括鱗片細(xì)胞和皮質(zhì)細(xì)胞)剝離纖維主體的減量形式(物理減量),由于羊毛的CMC對(duì)羊毛的機(jī)械性能至關(guān)重要,因而剝離模式對(duì)羊毛的機(jī)械性能損傷很大;酶減量的水解模式是指蛋白酶對(duì)羊毛的減量是通過(guò)化學(xué)水解達(dá)到(化學(xué)減量),水解模式要求蛋白酶對(duì)通?;瘜W(xué)惰性結(jié)構(gòu)——鱗片表層蛋白或細(xì)胞膜蛋白能夠以較快的速度水解,研究表明:水解模式將蛋白酶的作用集中在羊毛表面,因而對(duì)羊毛的機(jī)械性能損傷小。
蛋白酶對(duì)羊毛的減量作用已經(jīng)得到肯定,并對(duì)羊毛的防氈縮,低溫染色,抗起毛起球,柔軟整理和生物拋光等方面起著良好的作用[8]。
5.2.1防氈縮改性處理
通過(guò)酶處理部分或全部剝蝕羊毛表面的鱗片層,減小或降低羊毛的定向摩擦效應(yīng)。
目前用蛋白酶對(duì)羊毛進(jìn)行防氈縮處理主要可歸納為有二步法和三步法。二步法防氈縮處理主要是氧化(或還原)—酶處理方法,用氧化劑或還原劑對(duì)毛織物進(jìn)行預(yù)處理,再經(jīng)蛋白酶處理,毛織物可獲得較好的防氈縮性。Cornell等人研究了氧化一酶處理一聚合物三步防氈縮工藝,該工藝防縮效果非常好,但成本相對(duì)較高。
5.2.2低溫染色的改性處理
通過(guò)蛋白酶對(duì)鱗片層的水解(水解模式),或通過(guò)蛋白酶優(yōu)先催化水解纖維細(xì)胞間的粘合物(剝離模式),達(dá)到縮短染料擴(kuò)散通道和減少染料擴(kuò)散阻力的效果,即使在低溫條件下,染色速率也很快。Dr V A Shenai采用蛋白酶Novlan(Novo)對(duì)毛織物進(jìn)行改性處理后,織物對(duì)染料的吸收作用增加,可顯著提高上染速率。
5.2.3土種綿羊底絨仿山羊絨及羊毛細(xì)化改性處理
采用預(yù)處理—蛋白酶法對(duì)土種綿羊底絨進(jìn)行剝鱗片處理,對(duì)其進(jìn)行仿山羊絨改性處理,纖維細(xì)度可降低2um,這恰好使其品質(zhì)支數(shù)提高1個(gè)等級(jí),粗支羊毛細(xì)度降低可提高其可紡性,改變以往粗羊毛只用來(lái)生產(chǎn)地毯等產(chǎn)品的狀況。采用NaCl飽和溶液預(yù)處理,枯草桿菌蛋白酶ASl398脫鱗片,使纖維變細(xì),取得了較好的仿山羊絨織物的效果。采用“生物絲光一聚氨酯處理一柔軟處理”三步法對(duì)羊毛衫進(jìn)行仿山羊絨處理,也取得了很好的效果。但該方法存在處理不勻、對(duì)纖維損傷大、成本較高的缺點(diǎn),因此,至今還沒(méi)有成熟的工業(yè)化應(yīng)用。
但也有人認(rèn)為:無(wú)論從羊毛的結(jié)構(gòu)還是從蛋白酶對(duì)羊毛的作用機(jī)理來(lái)看,減量對(duì)羊毛直徑的變小是非常有限的,除非有新的羊毛增強(qiáng)技術(shù)。
5.2.4羊毛的絲光改性處理
采用蛋白酶對(duì)羊毛進(jìn)行絲光處理,可使羊毛表面光滑平整,對(duì)光線呈有規(guī)則的反射,從而顯現(xiàn)較好的光澤。采用琉基乙酸銨預(yù)處理,復(fù)合酶處理的工藝,使毛織物的光澤得到明顯提高,粗絨毛光澤提高了25%,細(xì)絨毛由于光澤本身較好,只提高了15%。
5.2.5抗起毛起球處理
用蛋白酶對(duì)羊毛進(jìn)行處理,角質(zhì)層硬的部分被水解,所以纖維間的摩擦起球被抑制,顯示了抗起球的特點(diǎn);羊毛的鱗片被部分被剝除,其機(jī)械性能受到一定的損傷,因而受到摩擦作用時(shí)毛茸容易脫落,可提高毛織物的抗起毛起球等級(jí)。
5.2.6柔軟改性處理
用蛋白酶MaxacalL處理毛織物,羊毛采用預(yù)處理—蛋白酶聯(lián)合處理,毛纖維的剛度降低,可使織物的柔軟度增加,并具有良好的懸垂性。在柔軟劑配合下,羊毛織物可以獲得超柔軟效果,解釋原因與纖維素酶柔軟機(jī)理相似,即蛋白酶處理在羊毛纖維表面形成微孔,使柔軟劑易于吸附。
另外,將蛋白酶用于毛織物的染前預(yù)處理,結(jié)果手感柔軟、質(zhì)地潔白,染后得色鮮艷;將印花后毛織物或色織物在室溫條件下用蛋白酶處理,結(jié)果白地白度增加、花紋色澤鮮艷,手感柔軟;用蛋白酶對(duì)純羊毛毛毯進(jìn)行風(fēng)格整理,使鱗片大部分去除,由此產(chǎn)生光澤和堅(jiān)挺的觸感,在使用中不產(chǎn)生纏結(jié),效果基本上與傳統(tǒng)的氯堿法相當(dāng),且具有環(huán)保無(wú)腐蝕的特點(diǎn)。
目前,蛋白酶整理研究中存在的一個(gè)主要問(wèn)題是如何保證酶整理的均勻性,控制羊毛纖維的損傷,這樣才能使蛋白酶對(duì)羊毛整理具有工業(yè)化應(yīng)用的實(shí)際意義。這方面最近的研究進(jìn)展表現(xiàn)在以下幾方面:
首先,要從本質(zhì)上改善微生物蛋白酶對(duì)羊毛的水解性能,要通過(guò)生物工程手段,尋找和培養(yǎng)可對(duì)羊毛鱗片表層蛋白進(jìn)行水解的菌種,獲得以水解模式進(jìn)行減量的微生物蛋白酶,這樣才能有效地改變羊毛的某些性質(zhì)、而并不過(guò)度地?fù)p傷它的結(jié)構(gòu)。2002年日本報(bào)道一種水解角蛋白的酶種,在防氈縮處理過(guò)程中纖維損傷較小。也有通過(guò)蛋白酶的固定化和改性,阻止酶對(duì)纖維內(nèi)部的侵蝕的研究報(bào)道,Artur Cavaco[9]報(bào)道通過(guò)聚乙二醇對(duì)蛋白酶的改性,防止和減少了蛋白酶對(duì)纖維內(nèi)部的損傷。
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