酶用于纺织行业的历史悠久,最初是应用于退浆。近年来,利用纤维素酶在纺织品加工中的应用日益广泛。目前,国内外纺织行业已将这一生物整理技术广泛应用于工业生产中。

1纤维素酶的作用原理

纤维素酶是水解纤维素、生成葡萄糖的一组酶的总称。它主要包括3类性质不同的酶:内切型-β-葡聚糖酶、外切型-β-葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶。在纤维素降解过程中,首先由内切酶作用于微纤维的非结晶区,使其露出许多末端供外切酶作用,产生纤维二糖,最后由β-葡萄糖苷酶作用将其分解成葡萄糖。作为纺织工业用纤维素酶,它不需要将棉纤维素分解成葡萄糖,而只要破坏棉纤维束分子间的氢键,松散棉纤维束的结构,或者部分降解纤维素分子长链,即可达到工艺要求。

2纤维素酶在纺织品生物整理中的应用

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。其中,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。

2.1牛仔布的仿旧整理

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。

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。

2.2纺织品的生物抛光

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。

用纤维素酶处理在织物表面改性方面开辟出了新领域。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β-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。

3存在的问题和拟采取的措施

纤维素酶生物整理已成为织物后整理的一种新颖的高科技纺织技术。但是从技术上看,目前还存在不少问题,需进一步探讨解决。

3.1返沾色

纤维素酶洗过程中从织物表面去除的靛蓝染料,会再次沉积到服装背面、内袋以及织物白色部分,给出较浅的蓝色背景。这种现象被称为返沾色。据资料显示,纤维素酶蛋白的性质是影响靛蓝返沾色的真正原因,而纤维素酶洗过程中的ｐＨ值只是间接地影响返沾色的程度。

为了有效地减少返沾色,获得所希望得到的色泽对比度,可采取以下措施:1)为了减轻纤维素酶蛋白在纤维素表面的吸附状态,可以考虑将纤维素酶的ＣＢＤ(纤维素酶的结合区域)和酶的活性核分离,以达到减少返沾色的目的。2)因专一的单组分酶比多组分酶系具有较低的返沾色,故可分离纯化多组分酶。3)加入一定量的靛蓝染料分散剂,来减少返沾色程度。如ＳａｎｄｏｃｌｅａｒＩＤＳ,具有形成胶束的能力,能溶解靛蓝染料,从而促进返沾色的去除。4)加入靛蓝染料分解酶———漆酶,再配合特定的介质ＡＢＴＳ、1-羟基苯并三唑(ＨＯＢＴ)或4-羟基苯磺酸(ＰＨＢＳ)等,可有效地将靛蓝氧化成无色物质,实现减少返沾色的目的。5)由于纤维素酶结合棉基质的能力,在靛蓝返沾色中起着主要作用。因此,可以应用蛋白酶以去除织物上的结合酶蛋白,从而减少靛蓝染料的吸附位点。但是要注意添加蛋白酶的时间,建议在复洗处理时加入,一方面降低了返沾色程度;另一方面由于蛋白酶对纤维素酶蛋白的水解,还可消除纤维素酶的活性,简化了处理工艺。

3.2重现性

酶整理织物效果的重现性与酶处理液ｐＨ有关。酸性纤维素酶处理ｐＨ值的适用范围窄,ｐＨ值变化0.5就会引起20%～30%的酶活性变化。一般酶处理中,经常使用醋酸-醋酸钠作为酶处理的ｐＨ缓冲剂,因为它比较稳定且使用方便。但据有关报道,在ＨＡｃ-ＮａＡｃ缓冲体系下,ｐＨ值的变动会给纤维素酶的活力带来较大的影响。而在ＲＪ-6体系,ｐＨ值的变动不会更大地影响纤维素酶的活力。因此选用恰当的ｐＨ缓冲剂是获得良好重现性的一种途径。另外在实验过程中应避免使用高浓度酶处理,且严格将温度控制在酶的最适温度范围内。

在纤维素酶处理过程中,还易出现折印、色光变化及过度的强力损失等问题。虽然目前的处理工艺中仍然存在一些问题,但通过对纤维素酶制剂的改进以及服装水洗工艺的优化,定会逐步解决上述问题。

4工艺优化及酶制剂的发展

纤维素酶处理织物效果的好坏及工作效率的高低并不完全取决于纤维素酶本身,因为影响效果的因素诸多,如工艺条件以及工艺组合等。