纤维素酶水解作用对织物性能的影响_牛建涛

纤维素酶水解作用对织物性能的影响 牛建涛，张小英，官伟波 （苏州经贸职业技术学院 轻纺系，江苏 苏州２１５００９） 摘　要：采用酸性纤维素酶对纯棉、粘胶、竹浆织物进行酶水解处理，比较了水解处理前后织物的质量、断裂强 力、折皱弹性、硬挺度、悬垂性等性能变化。结果表明棉、粘胶、竹浆织物经酸性纤维素酶水解处理后，竹浆织物的水解失 重率最大，其次是粘胶织物；酶水解作用后，棉、粘胶、竹浆织物的坚牢性、外观形态保持性均降低，粘胶织物断裂强力损伤 最严重，棉、竹浆织物的断裂伸长、折皱回复性降低严重，竹浆织物的硬挺度损伤最大，同时棉、粘胶、竹浆织物的悬垂性均 得到改善，纯棉织物的提高最为显著。 关键词：纤维素纤维；纤维素酶；水解作用；断裂强力；悬垂性 中图分类号：ＴＳ１９２．７　　　　　　　　文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３－０３５６（２０１３）０１－００３８－０３ 收稿日期：２０１２－１２－０３；修回日期：２０１２－１２－１０ 基金项目：苏州市科技计划项目（ＳＹＧ２０１０２１） 作者简介：牛建涛（１９８０－），男，硕士，研究方向为纺织材料生物降解，Ｅ－ ｍａｉｌ：ｔｊｐｕｎｊｔ＠１２６．ｃｏｍ。 　　纤维素是天然高分子化合物，由Ｄ－葡萄糖以β－１，４ 糖苷键联接而成的大分子多糖，纤维素纤维主要包括 天然纤维素纤维和再生纤维素纤维。纤维素酶是一种 能将纤维素水解成纤维二糖和葡萄糖等产物的酶集合 体，可从多种微生物、动植物中提取，习惯上将纤维素 酶分成三类，内切葡聚糖酶、外切葡聚糖酶和β－葡糖苷 酶，三者协同对纤维素发生催化水解作用［１］。纤维素 酶可用来切断毛茸、使织物表面光洁、色泽鲜艳，可提 高抗起球性，也可进行柔软整理，风格特殊化整理 等［２］。用纤维素酶处理棉、麻、粘胶等纤维素织物的整 理技术是一种符合环保要求的整理工艺，目前在纺织 行业已得到广泛应用。 纺织工业常用的纤维素酶分为酸性、中性和弱碱 性，一般常用酸性和中性纤维素酶。酸性纤维素酶一 般来自里氏木霉，最适ｐＨ值为４．５～５．５，作用温度为 ４５～５５℃，活力较高，对纤维素纤维有高度的侵蚀作 用。纤维素织物经纤维素酶水解处理后，其纤维结构 遭到侵蚀、破坏，织物的染色和力学性能均会发生一定 的变化。为了进一步了解纤维素酶整理对织物性能的 影响，本文研究了酸性纤维素酶对棉、粘胶和竹浆织物 水解处理后织物性能的变化。 １　实验部分 １．１　材料 液态酸性纤维素酶（最佳作用温度为５０℃，ｐＨ值 为４．８，邢台市太和生物化学技术有限公司），棉和粘胶 （苏州市伊可迪针织科技有限公司），竹浆织物（际华三 五四二纺织有限公司）。 １．２　实验方法 将酸性纤维素酶配成浓度为１５％的溶液，利用冰 醋酸调节ｐＨ值为４．８，用水浴锅加热至５０℃。将所 选的３种试样分别投入酸性纤维素酶溶液中，并搅拌 加热１ｈ，经水解作用后，将试样取出，分别用水清洗后 自然晾干待用。 １．３　性能测试 １．３．１ 失重率 将纤维素酶水解处理前后的织物分别烘干，称重， 按下式计算失重率。 失重率（％）＝ ［（Ｗ１－Ｗ２）／Ｗ１］×１００ 式中　Ｗ１、Ｗ２ 分别为酶水解处理前后织物的重量 （ｇ）。 １．３．２ 拉伸断裂强力 采用南通宏大实验仪器有限公司的 ＨＤ０２６Ｎ＋电 子织物强力仪进行测试，参照 ＧＢ／Ｔ　３９２３．１———１９９７ 《纺织品———织物拉伸性能：条样法测定断裂强度和断 裂伸长》，试样尺寸为２５０ｍｍ×５０ｍｍ，拉伸速度为 ２００ｍｍ／ｍｉｎ，试样夹持长度为２００ｍｍ。同一样品，经 向测试５块，取平均值。 １．３．３ 折皱弹性 采用宁波纺织仪器厂生产的ＹＧ５４１Ｂ型折皱弹性 仪，参照ＧＢ／Ｔ　３８１９———１９９７《纺织品织物折皱回复性 的测定：回复角法》进行测试，测定５ｍｉｎ后的缓弹性 折痕回复角。同一样品，经向测试５次，取平均值。 １．３．４ 硬挺度 采用莱州电子仪器有限公司生产的ＬＬＹ－０１型电 ·８３· 纺织科技进展 　　　　　　　　　　　２０１３年第１期　　　　　  子硬挺度仪，参照ＧＢ／Ｔ　７６８９．１———２００１《增强材料　 机织物试验方法：弯曲硬挺度的测定》进行测试，试样 尺寸为２５０ｍｍ×２５ｍｍ，经向６块，取平均值。 １．３．５ 悬垂性 采用宁波纺织仪器厂生产的ＬＦＹ－２０６型织物悬 垂性风格测试仪，参照ＧＢ／Ｔ　２３３２９———２００９《纺织品 　织物悬垂性的测定》进行测试，试样尺寸为Ｄ＝２４０ ｍｍ的圆形无折痕布样，每块试样圆心开一直径为４ ｍｍ的定位小孔。同一样品，测试３块，取平均值。 ２　结果与分析 经过实验测试，棉、粘胶、竹浆织物在酸性纤维素 酶水解处理前后的主要服用性能测试结果如表１所 示。试样的测试结果是一致的，棉、粘胶、竹浆织物经 纤维素酶水解后坚牢性、外观形态保持性均有所降低。 表１　织物水解前后主要性能测试结果 织　物 降解率／％ 经向断裂强力／Ｎ 断裂伸长率／％ 缓弹性回复角／° 硬挺度／Ｌ·ｍｍ－１ 静态悬垂系数／％ 处理前 处理后 处理前 处理后 处理前 处理后 处理前 处理后 处理前 处理后 棉 ３．５　 ３２０．５　 １５６．２　 １２．１　 ９．４　 ７９．４　 ５４．７　 １９．５　 １８．２　 ８７．４　 ７３．８ 粘　胶 ４．２　 ５０３．５　 １９０．８　 １３．８　 １１．５　 ９６．２　 ８０．１　 ２１．９　 ２０．４　 ６７．１　 ６２．６ 竹　浆 ６．７　 ３３６．８　 １５９．２　 ２３．１　 １６．５　 ９０．６　 ６８．０　 ２３．６　 ２１．６　 ６６．４　 ５９．９ ２．１　失重率 从表１可看出，酸性纤维素酶对不同纤维素织物 表现不同的水解能力。棉为天然纤维素纤维，粘胶和 竹浆纤维均为再生纤维素纤维，纯棉纤维的分子聚合 度为６　０００～１５　０００，结晶度为６５％～７２％，相对来说， 结构较为紧密，酸性纤维素酶对棉的水解能力相对较 弱，失重率最小；普通的粘胶纤维分子聚合度低于棉， 一般为２５０～５５０，且结晶度只有３５％左右，结构疏松， 对酶蛋白的饱和吸附量大，对酶水解非常敏感［１］，因此 酸性纤维素酶对粘胶的水解能力较强，失重率比棉大； 竹浆纤维横向存在比粘胶纤维更多的孔隙和明显的裂 缝，且纵向表面有无数的微细沟槽［３］，使得竹浆纤维的 表皮层比粘胶、棉纤维更容易吸收酸性纤维素酶，竹浆 织物的失重率最高，达到６．７％。 结果表明，酸性纤维素酶对不同内部结构的纤维 素纤维水解作用差异较大，在用酶处理纤维素混纺织 物时要注意，避免某些组分的过度水解损伤。 ２．２　拉伸断裂强力 酶水解作用时，酸性纤维素切断了棉、粘胶、竹浆 织物表面的纤维毛茸，且进入纤维内部，将纤维素水解 成纤维二糖和葡萄糖等产物，纤维结构及纱线结构均 遭到破坏，断裂强力和断裂伸长率均明显降低。一般 认为纤维素酶的ＥＧｓ组分只能降解纤维素的无定形 区［４］，从纤维素大分子链的内部随机切断β－１，４葡萄糖 苷键。棉纤维是一种高结晶度的天然纤维素纤维，而 粘胶、竹浆纤维都是再生纤维素纤维，结晶度低，无定 形区大，棉织物的断裂强力损失率相对较小［５］，而粘 胶、竹浆织物断裂强力损伤较大，尤其是粘胶纤维，强 力损失高达６２％。纤维素织物在经酶整理后，不但单 根纤维强力下降，且纤维弹性伸长率降低，织物的断裂 伸长率明显下降，棉、竹浆织物的断裂伸长率损失最 大。 ２．３　折皱弹性 折皱回复性是指织物在搓揉外力作用下产生折痕 的回复程度，一般用折痕回复角来表示。从表１可看 出，棉、粘胶、竹浆织物经酸性纤维素酶水解作用后，缓 弹性回复角减小明显，抗皱性能均有所降低。在纤维 素酶的作用下，纤维素大分子链、纤维素支链及纤维素 分子链末端被降解，纤维素纤维性能发生变化，纤维弹 性损失。棉和竹浆纤维织物相对于粘胶织物，弹性回 复性损失严重，与棉、竹浆纤维织物的断裂伸长率损失 变化趋势一致。 ２．４　硬挺度 抗弯刚度越大，织物越难弯曲，手感比较挺爽。从 表１可观察到，棉、粘胶和竹浆织物经纤维素酶水解作 用后，硬挺度均有所降低，织物柔软度提高。纤维素酶 对纤维素织物的处理，属于生物抛光技术，可水解织物 表面的绒毛纤维，织物的柔软度得到改善。从实验数 据看，竹浆纤维织物的硬挺度损伤最大，主要是因为竹 浆纤维结构疏松，孔隙较多，水解失重率最大，纤维结 构遭到破坏严重，硬挺度降低较多。 ２．５　悬垂性 织物因自重下垂的程度及形态称为悬垂性，悬垂 性好的面料能充分显示服装的轮廓美。表１结果显 示，棉、粘胶、竹浆织物经纤维素酶整理后，静态悬垂系 数降低明显，悬垂性提高，纯棉织物提高最为明显。竹 ·９３·　　　　　２０１３年第１期 　　　　　　　　　　　　研究开发  浆纤维织物与常规的纯棉、粘胶织物相比，手感滑爽， 吸湿放湿更快，悬垂性更为优良［６］，相比较而言，纯棉 织物的悬垂性最差。经酸性纤维素酶柔软处理后，棉、 粘胶、竹浆织物的悬垂性均得到改善，而纯棉织物的提 高最为显著。 ３　结论 棉、粘胶、竹浆织物经酸性纤维素酶水解处理后， 由于纤维结构不同，水解性能有所差异，竹浆织物的水 解失重率最大，其次是粘胶织物。酶水解作用后，粘 胶、竹浆织物断裂强力损伤较严重，尤其是粘胶纤维； 纯棉、竹浆织物的断裂伸长、折皱回复性消失严重，竹 浆织物的硬挺度损伤最大。棉、粘胶、竹浆织物的悬垂 性均得到改善，纯棉织物提高的最为显著。 参考文献： ［１］　郝龙云，蔡玉青．酸性酶对纤维素的水解性能［Ｊ］．印染， ２００８，（１０）：６－８． ［２］　何中琴，译．纤维素酶处理后的纤维素纤维染色性和力学 性质［Ｊ］．印染译丛，２００１，（３）：７８－８１． ［３］　杜卫平．竹浆纤维的基本形态结构分析［Ｊ］．上海纺织科 技，２００６，（６）：７－１１． ［４］　吕家华．纤维素酶对纤维素纤维的作用［Ｄ］．上海：东华大 学，２００３． ［５］　尉　霞，李纪强．纤维素酶整理后棉织物的机械性能［Ｊ］． 北京纺织，２００１，（４）：３６－３８． ［６］　刘　贵，杨瑜榕，王明葵．竹浆纤维与粘胶纤维的鉴别［Ｊ］． 上海纺织科技，２０１０，（１２）：４９－５２． Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ａｃｉｄ　Ｃｅｌｌｕｌａｓｅ　Ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ ｏｎ　ｔｈｅ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ　Ｆａｂｒｉｃ ＮＩＵ　Ｊｉａｎ－ｔａｏ，ＺＨＡＮＧ　Ｘｉａｏ－ｙｉｎｇ，ＧＵＡＮ　Ｗｅｉ－ｂｏ （Ｓｕｚｈｏｕ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｒａｄｅ　＆Ｃｏｍｍｅｒｃｅ，Ｓｕｚｈｏｕ　２１５００９，Ｃｈｉｎａ） 　　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｉｄ　ｃｅｌｌｕｌａｓｅ　ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　ｐｕｒｅ　ｃｏｔｔｏｎ，ｖｉｓｃｏｓｅ　ａｎｄ　ｂａｍｂｏｏ　ｆａｂｒｉｃ．Ｔｈｅ　ｗｅｉｇｈｔ　ａｎｄ　ｆａｂｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｂｒｅａｋｉｎｇ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｗｒｉｎｋｌｅ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ，ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｄｒａｐａｂｉｌｉｔｙ　ｂｅｆｏｒｅ　ａｎｄ　ａｆｔｅｒ　ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｗｅｒｅ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｐｕｒｅ　ｃｏｔｔｏｎ，ｖｉｓｃｏｓｅ　ａｎｄ　ｂａｍｂｏｏ　ｆａｂｒｉｃ　ｔｒｅａｔｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ａｃｉｄ　ｃｅｌｌｕｌａｓｅ，ｔｈｅ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｗｅｉｇｈｔ　ｌｏｓｓ　ｏｆ　ｂａｍ－ 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