羊毛织物的蛋白酶预处理阻燃整理yd14025
孙艳辉, 王树根, 范雪荣, 王强, 田秀枝 江南大学生态纺织教育部重点实验室,江苏无锡214122
收稿日期:2009-12-22
基金项目:国家”863”项目(2008AA02Z203)资助.
作者简介:孙艳辉(1984-),女,黑龙江人,在读硕士研究生,研究方向为纺织品生态加工技术.
通讯作者:王树根,E-mail:wahugen@yahoo.com.cn
原载:<印染>2010/4;7-10
【摘要】羊毛织物用Savinase蛋白酶预处理，再进行Pyrovatex CP阻燃整理，探讨了蛋白酶预处理和阻燃整理的主要工艺参数对阻燃效果的影响，优化的预工艺为Savinase蛋白酶2%(owf)，pH值8，浴比I:25，50℃处理60min；优化的阻燃整理工艺为Pyrovatex CP阻燃剂250g/L，交联剂50g/L,磷酸7.5g/L，JFC O.5g/L，pH值7，带液率95％，90℃预烘3min,130℃焙烘3min，结果表明，蛋白酶预处理阻燃整理羊毛织物的阻燃性能比单阻燃整理的有显著提高,且整理织物的强力损伤和白度变化不大。
【关键词】阻燃整理;蛋白酶;阻燃剂;羊毛
【中图分类号】TS195.592 文献标识码：A 文章编号：1000-4017(2010)04-0007-04
Zirpro工艺是应用比较成熟的羊毛织物阻燃整理工艺，其原理是在酸性条件下，通过浸渍方法使带负电荷的钛和锆的络合物被带正电荷的羊毛纤维吸附。此方法成本较低，应用方便，耐久性较好，但工艺中使用的重金属对环境有影响。因此，开发新型环保的羊毛织物阻燃工艺成为发展趋势。
研究发现，棉织物耐久阻燃剂Pyrovatex CP即N-羟甲基-3(二甲氧基膦酰基)丙酰胺(CP)可以通过轧烘焙工艺应用在真丝织物的阻燃整理中[1]。早在20世纪90年代中期，日本加古武(Kako G)、片山明(Katayama A)采用此有机膦系阻燃剂对真丝织物进行阻燃整理，并获得了耐久性阻燃整理效果[2].由于真丝和羊毛都是含有氨基的蛋白质纤维，CP中的羟基应该也可以与羊毛中的氨基反应交联[反应式(1)][2-4]。
关于阻燃剂Pyrovatex CP在羊毛阻燃整理中的应用，目前国内未见文献报道.
生物物酶可以去除羊毛鳞片,减小纤维直径,适度破坏水解角质层和皮质层大分子蛋白质,以及羊毛的交联程度[5-6],已经广泛用于羊毛织物的风格整理中。
本试验选用木瓜蛋白酶和Savinase蛋白酶分别对羊毛织物进行预处理,然后用阻燃剂Pyrovatex CP进行行阻燃整理,研究酶预处理羊毛织物的阻燃效果。
l 试验
1.1材料与仪器
织物 羊毛织物(全毛华达呢,220g/cm2,无锡协新毛纺厂)
试剂 木瓜蛋白酶(南宁庞博生物工程有限公司)，Savinase蛋白酶(酶活200 000 U／mL,诺维信中国生物技术有限公司);阻燃剂Pyrovatex CP(亨斯迈公司)，渗透剂JFC(工业级)；柠檬酸,酒石酸锑钠,钼酸铵,抗坏血酸,浓硫酸,浓硝酸,磷酸二氢钠,亚硫酸氢钠,碳酸钠，磷酸,氢氧化钠,磷酸二氢钠(以上均为分析纯,国药集团化学试剂有限公司)。
仪器 UV-28025型紫外可见分光光度计《上海尤尼柯有限公司)，YG(B)026D-250型电子织物强力机(温州大学纺织机械仪器厂),YG815型垂直法阻燃性能测试仪(山东安丘江北纺织仪器有限公司),HC-2型氧指数测定仪(江宁分析仪器厂),WSD-111型自动白度仪(北京康光仪器有限公司),MH686型焙烘机(江都宝源印染机械有限公司),MU5O5T型台式轧车(北京纺织机械器材研究所)等。
1.2整理工艺
工艺流程 羊毛织物→碳酸钠清洗→蛋白酶预处理→阻燃整理
1.2.1 碳酸钠清洗
碳酸钠清洗目的是洗除织物上纺丝油剂.渗透剂JFC 0.5g/L, 碳酸钠2g/L,于40℃处理20 min,水洗烘干待用。
1.2.2 蛋白酶预处理
(1)木瓜蛋白酶预处理[7-8]
亚硫酸氢钠预处理→水洗→木瓜蛋白酶处理→水洗→烘干
亚硫酸氢钠预处理工艺处方及条件
亚硫酸氢钠／％(owf) 3
pH
7
浴比 1:30
温度／℃ 40
时间／min 45
木瓜蛋白酶处理工艺处方及条件
木瓜蛋白酶/％(owf)
2
JFC／(g/L)
0.5
pH值
7
浴比 l:25
温度/℃ 50
时间／min 60
(2)Savinase蛋白酶预处理[9-10]
Savinase蛋白酶处理一水洗—烘干
Savinase蛋白酶预处理工艺处方及条件
Savinase蛋白酶(owf) 2
JFC／(g/L)
0.5
pH值
8
浴比
1:25
温度/℃ 50
时间／min 20-60
1.2.3 阻燃整理
二浸二轧(带液率95％)→预烘(90℃×3 min)→焙烘(130℃×3 min)→水洗→烘干
阻燃整理工艺处方
Pyrovatex CP／(g/L) 250
交联剂(g/L)
50
磷酸(g/L)
7.5
JFC/(g/L)
0.5
pH值
7
1.3 性能测试
1.3.1 织物的磷含量
按CB 11893-1989(水质总磷的测定钼酸铵分光光度法)测定阻燃整理后羊毛织物中的磷含量。
织物阻燃整理后,其磷含量可以间接反映出织物的阻燃性能。这是因为纤维受热后,含磷阻燃剂分解生成磷酸,纤维脱水,带走部分热量使燃烧难以继续,所以磷含量越多越有利于阻燃。磷含量标准工作曲线如图1所示。
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1.3.2 织物增重率
织物于105℃烘干2h，置于干燥器中干燥,平衡后测其质量，按式(1)计算增重率：
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增重率= |
m1-m0 |
×100％ |
|
m0 |
式中：m0——整理前织物质量／g
m1——整理后织物质量／g,
1.3.3
垂直燃烧试验
采用垂直法阻燃性能测试仪,按GB/T 5436-1997《纺织品燃烧性能垂直方向试样火焰蔓延性能的测定》测定。
1.3.4 极限氧指数(LOI)
采用氧指数测定仪，按GB／T 5454-1997《纺织品燃烧性能试验氧指数法》测试。
1.3.5 断裂强力
采用电子织物强力机，按GB／T3923，1-1997《纺织品织物拉伸性能第一部分：断裂强力和断裂伸长率的测定条样法》测试。
1.3.6 白度
采用 WSD-111型自动白度仪测试。
2 结果与讨论
2.1 酶种类及阻燃整理pH值的影响
按1.2.2节，分别用木瓜蛋白酶和Savinase蛋白酶对羊毛织物进行预处理，再按1.2.3节进行阻燃整理，考察酶种类和阻燃整理pH值对整理织物磷含量的影响，结果如图2所示。
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由图2可知，PH=3时，酶预处理CP阻燃整理织物的磷含量较未预处理织的小；pH=4-8时,Savinase酶预处理CP阻燃整理织物的磷含量都高于未预处理整理织物,其中pH=6-7时的效果最显著,整理织物的磷含量是未预处理阻燃整理织物的2倍。而木瓜蛋白酶预处理对CP阻燃效果的提升相对较差。这是因为酶预处理可使羊毛角质层及皮质层的大分子蛋白质被蛋白酶酶解，羊毛结构疏松，纤维膨胀度提高，从而使阻燃剂CP中的羟基更容易与羊毛中的氨基发生交联，使羊毛对阻燃剂的吸附量增加，增重率提高。因此，以下试验中，羊毛织物采用Savinase蛋白酶预处理CP阻燃整理的pH值选择7。
2.2 Savinase蛋白酶用量的影响
改变Savinase蛋白酶用量，考察羊毛织物的增重率和LOI值(极限氧指数)的变化，结果如图3所示。
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图3 Savinase蛋白酶用量对增重率和LOI值的影响 |
由图3可知，随着酶用量的增加，织物增重率和LOI值都增大。酶用量在2％(owf)时，LOI值可达到28％。而未经酶预处理羊毛试样的LOI值为25.2％；酶用量为2-4%(owf)时,LOI值变化不大,因此,Savinase蛋白酶预处理用量选用 2％(owf)。
2.3 预处理时间的影响
Savinase蛋白酶用量2%(owf),改变预处理时间,对羊毛织物进行预处理，然后进行CP阻燃整理，织物增重率和LOI值的变化如图4所示。
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图4 Savinase蛋白酶处理时间对增重率和LOI值的影响 |
由图4可知,随着酶处理时间的延长,织物的L0I值明显增大，处理60 min 时,织物的LOI值最大,可达28%.酶处理时间为30-60 min时,织物的增重率为3.41％-3.78％，已趋平衡.因此,Savinase蛋白酶预处理时间选择60min。
2.4 阻燃剂用量的影响
羊毛织物用Savinase蛋白酶预处理后，用不同用量CP进行阻燃整理，织物的增重率和LOI值的变化如图5所示。
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由图5可知,阻燃剂CP用量为200-300g/L时,织物的增重率和LOI值变化不大。表明CP用量为200-300g/L时,阻燃剂在羊毛上的吸附接近饱和。因此,阻燃剂CP的适宜用量为250g/L。
2.5 阻燃整理后织物的性能变化
酶预处理阻燃羊毛织物的各项性能如表l所示。
表1 Savinase蛋白酶预处理CP整理羊毛织物的各项性能
|
样品 |
增重率/% |
白度 |
强力/N |
炭长/cm |
LOI/% |
|
未处理 |
- |
72.57 |
649.7 |
烧光 |
|
|
CP整理 |
2.45 |
80.95 |
581.9 |
15.9 |
26.2 |
|
酶+CP |
3.70 |
79.98 |
589.0 |
10.3 |
28.0 |
由表1可知,酶预处理后再经CP阻燃整理,羊毛织物的阻燃效果比单用CP阻燃整理有很大程度的提高。酶预处理CP阻燃整理织物的LO I值可达28%,比单用CP阻燃整理织物的LO I值提高1. 8%,达到阻燃产品B1 级的标准,即损毁长度< 15 cm, LO I值>28%。酶预处理CP阻燃整理织物的炭长比单用CP阻燃整理织物减少1 /3。
3 结论
(1)羊毛织物用Savinase蛋白酶预处理后再进行CP阻燃整理,可提高织物对阻燃剂的吸收量,整理织物含磷量增加,阻燃性能比直接用CP阻燃整理羊毛织物的明显提高。
(2)优化的羊毛织物Savinase蛋白酶预处理工艺为: Savinase蛋白酶2% (owf) , pH值8,浴比1∶25,渗透剂JFC 0. 5 g/L,处理温度50 ℃,时间60 min。
优化的CP阻燃整理工艺为: 二浸二轧(阻燃剂Pyrovatex CP 250 g/L,交联剂50 g/L,磷酸7. 5 g/L,
pH值7,渗透剂JFC 0. 5 g/L,带液率95% )→预烘(90℃×3 min)→焙烘(130℃×3 min)
(3)本试验研究的主要侧重点是酶预处理能否提高阻燃整理羊毛的阻燃性能。阻燃性能提高了,要达到同样的阻燃效果可减少阻燃剂用量,甲醛含量也相应减少。关于甲醛含量问题,笔者另文阐述。
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