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碱性果胶酶在纺织工业上的应用
来源: | 作者:大久生物 | 发布时间: 2017-08-21 | 3433 次浏览 | 分享到:
果胶酶在纺织工业上的应用


碱性果胶酶在纺织工业上的应用



 

    碱性果胶酶一般指聚半乳糖醛酸裂解酶 (E.C.4.2.2.2, 简称PGL), 其*适pH8~10, 可以在高 pH 条件下以反式消去作用断开果胶
聚合物主链
, 产生  4:5 不饱和的寡聚半乳糖醛酸。碱性果胶酶来源广泛, 普遍存在于真菌、细菌、酵母菌、植物和一些寄生线虫内。
不同来源的碱性果胶酶生化性
质差异较为明显。


    近年来, 由于环境污染和能源危机等问题日益 加剧, 而纺织工业本身就是一个高污染、高能耗的行业, 所以清洁生产, 绿色纺织便
成为人们关注的话题。生物法处理纺织品比传统的化学法具有节能、
节水、低污染等优势。碱性果胶酶可用于纺织品前 处理的精练
工艺
, 从而取代传统的碱煮法, 不但能 够降低能耗和废水处理难度, 同时还可以提高产品 质量, 提升产品的国际竞争力, 是目前纺织生
物技
术领域的一个研究热点。


     
植物及其果实表面都有一保护层, 以抵御外界 对其产生的侵害。作为棉花纤维, 保护层为其初生 胞壁。当棉花收获时, 棉纤维与
种子分开
, 保护层一 直附着于种子表面。棉纤维的主要成分是角质层、初生胞壁、次生胞壁和胞腔。棉纤维中的天然杂质要集中
在初生胞壁和角质层中。在初生胞壁中含有
52%的纤维素、12%果胶质、12%蛋白质、7%蜡质、 3%灰份及 14%的其他化合物。
在棉织物的精练工艺
, 果胶质及其他一些杂质是主要处理对象。在传 统工艺中, 一般用氢氧化钠的强碱溶液在高温下, 有时甚至
超过水沸点情况下
, 处理退浆后棉织物, 以除去表面的非纤维素成分。在此过程中, 必须加 以仔细控制, 否则棉纤维会形成氧化纤维
素而损
伤。另一方面, 棉纤维表面因去除了大量起润滑作用的蜡质而失去应有的手感。但更重要的是其对环境产生的负面影响。传
统碱精练工艺中除了要加入
大量强碱, 还要加入润湿剂、螯合剂、还原剂和软化剂, 并且由于碱精练残液具有很高的 pH, 需要加入
硫酸或二氧化碳进行中和
, 无论是用硫酸还是用 二氧化碳都会增加排出废水的盐浓度, 使废水具有 较高 COD/BOD, 增加了废水处
理的难度。

 
   
近年, 越来越多的研究表明, 生物酶处理法可 大大改善棉纺织预处理工艺对产品成本及环境的影响。酶精练工艺是指应用酶将
纤维表面的杂质去除
以提高织物的润湿性和染色性的工艺。酶可以以某种可及度到达棉纤维内部, 且棉纤维表面比纤维主体内部
更容易发生酶水解
, 为除去剩余的蜡质提供 便利。因此在酶精练工艺中不再用到烧碱, 取而代之的是果胶酶。首先, 果胶酶和果胶
质生成复合物
, 进而将之水解。这样, 原先不溶性的果胶质被分裂, 脱离纤维,这一过程将连续不断地发生。果胶质从纤维初生胞壁
溶解后
, 为蜡质的去除提供了便利。 与传统的碱精练相比, 酶精练具有以下优势: 1) 显著降低水耗、能耗, 废水量显著减少并且容
易处理
; 2) 节省染料并获得更稳定的染色效果; 3) 织物的 柔软度更好、强度更高; 4) 操作更加安全和简便; 5) 由于用量少, 在使用
成本上也具有竞争力
, 因而成为纺织工业清洁生产技术的未来发展方向。

 



   
在碱性条件下, 作为棉纤维主体的纤维素有润胀的趋势,果胶酶降解果胶, 分散纤维, 又可极大限度地防止纤维的降解, 同时体
系具有天然的抗杂菌污染的能力。与传统工艺相比
, 生物法处理后的棉织物更加柔软, 其原因为处理后的棉织物表面能保留有一定
数量的有益蜡质
, 而又不影响织物良好的吸水性能。有一些专家认为棉蜡和甲酯化的果胶及钙、镁离子交联的果胶酸盐是影响纤维
润湿性的主要因素
, 并在此基础上提出了果胶酶精练机理假设模型: 果胶酶精练中酶液首先通过表皮层的裂纹或微孔渗透进表皮层,
果胶酶与果胶质接触并将其催化水解, 从而导致部分表皮层被去除或破坏了表皮层的连续性, 从而改善了纤维的润湿性。同时, 他们
还认为采用适当浓度的非离子表面活性剂以及适度的机械搅拌作用可提高酶精练效果。果胶酶通过去除棉纤维初生胞壁中的果胶质

使露出的棉蜡在随后的热水清洗中容易被洗除, 提高织物的润湿性, 被处理织物的柔软性较传统工艺的好, 并保持较高的强力。该方
法使用条件温和
, 稳定性好, *主要的优点是不破坏棉纤维的纤维素结构。

 
   
PT6是广州大久生物科技有限公司*新推出的果胶酶, 可用于棉、亚麻、大麻及 其混纺织物的生物精练。其机理为: 果胶质位于蜡
质和纤维之间
, 类似于胶水”, 将蜡质粘合在纤维上, 先用果胶酶将果胶质去除后, 蜡质被释 放出来, 并在随后的含乳化剂、螯合剂
高温处理
浴中经乳化去除。经过工厂大量应用实践表明, 利用碱性果胶裂解酶生物精练后的织物润湿性能不亚于常规煮练, 果胶质的
游离量近似甚至高于常规煮练。生物精练的织物手感柔软且厚实
, 在染色性能等方面酶法与传统法两种方法处理后织物的色泽深度没
有明显差异
, 而生物处理织物的染色均匀性更好, 生物精练后织物的强力比化学精练高。在与后面的纤维素酶的处理匹配性方面, 生物
精练织物用纤维素酶处理的结果比化学精练的缓和。使用生物精练工艺
, 与传统工艺相比, 清洗用水至少减少 50%, 不仅节约了大量
, 同时节约了能源(通常 均要用热水清洗)。从某种程度上讲, 利用碱性果胶裂 解酶生物精练的成本比传统的化学精练更经济。有人
对碱性果胶酶在棉织物精练加工中的应用做了大量工作
, 发现果胶酶精练后棉织物的毛细管效应值稍高于传统碱精练, 精练织物染色
与传统碱煮练具有相近的染色
K/S 值。精练的关键在于水洗时有效去除果胶酶降解果胶导致的与纤维结合变得不牢固的表皮层杂
质。
碱性果胶酶对于深色染色棉织物可省去酶精练后的漂白工序。果胶酶精练还可以与染色同浴进行
(一浴三步法: 酶精练染色
化萃取
)或与生物抛光整理同浴完成, 实现短流程加工。一般而言, 棉织物前处理效果的好坏应考察漂白后织物性能。通过测定不同精
练加工的
织物进行过氧化氢漂白后的各项性能可以发现碱性果胶酶精练织物漂白后在润湿性和白度指标上均达到碱精练织物水平
,
在棉籽壳去
除程度上尚略显不足。这是因为碱精练加工时
, 强碱和高温条件下棉籽壳虽不能去除, 但会得到充分溶胀, 有利于其在后续
漂白时加以去除。

 
   
通过研究不同精练法处理后废液的污染物情况, 发现酶煮练与传统碱处理相比, 其废液的碱性大为降低, 有利于生物处理。此外, 由于
酶法处理的条件比较温和
, 且专一性地作用于果胶成分, 对棉纤维中的其他物质如蛋白质、蜡质等去除较少, 使得酶处理后废液中有机物
含量较低
, 表现为CODcr值比较低; 另一方面, 从废液的 BOD5值可以看出, 酶精练废液的BOD5值大于碱精练的, BOD5/CODCr比也
表现出同样结果。一般情况下
, BOD5/CODCr值大于0.5 , 表明废水的可生化性较好, 即较适合于采用生化处理。因此, 综合以上
结果
可以认为, 采用自制酶法煮练虽然果胶去除率略低 于其他两种方法, 但处理后废水的碱性与有机物浓度有较大程度的降低, 且可生
化性得到大幅度的提高
, 有利于降低废水处理环节的能耗与费用, 达到较好的环境效益。 虽然, 酶制剂在棉织物的精练工艺中的应用和
研究已经有了很大的进展
, 市场上也有多种精练酶制剂出售, 但至今未实现大规模的工业化应用。其中酶精练总体效果与碱煮练相比尚
存在一定的差距
是一个主要的原因。与碱煮相比, 酶精练效果差主要 体现在杂质去除率低、织物润湿性不及碱煮练。织物的杂质的残
存往往是影响织物质量的重要因素
, 在批量生产中, 织物质量的微小提高就会带来可观的经济效益。因此, 提高酶精练效果是实现棉织
物练酶制剂工业化应用的必要前提。棉籽壳是棉织物
中*为顽固的杂质, 与棉纤维中其他杂质相比, 它的降解通常需要更为剧烈的处理
条件和更长的时间。因此
, 棉籽壳的去除是实现棉织物酶精练工艺大规模工业化的关键。

 
   
碱性果胶酶作为一种新型酶制剂, 在棉织物的前处理工艺中起着重要的作用, 是实现 纺织工业清洁生产不可或缺的一部分。