超声波协同纤维素酶消除亚麻刺痒感工艺研究yd16804

孙颖1，姜海艳1，李杰1，张季芳2    1.齐齐哈尔大学轻工纺织学院，黑龙江齐齐哈尔161000；2.亚麻技术加工研发中心.黑龙江齐齐哈尔161000

收稿日期2013年3月4日

作者简介：孙颖(1971-)，女，副教授，博士生。主要从事亚麻针织的研究。

原载：针织工业，2013/10；29-32

 

【摘要】采用超声波协同纤维素酶处理方法对纯亚麻针织物进行消除刺痒感的工艺处理，在减量率低

于5％ 、强力损失率低于10％ 的要求下，通过单因素实验和正交实验寻找最佳的工艺方案，并对优选方案试样进行柔软整理.之后对经过复合处理后的纯亚麻针织物进行性能测试。结果表明，纯亚麻针织物消除刺痒感最佳工艺：超声波的功率500 W，频率40 kHz，pH值4.5，温度45℃，处理时间45 min，纤维素酶浓度2.5 g／L.处理效果优于单独使用酸性纤维素酶处理，且织物弯曲性能和摩擦性能均有较大改善。

【关键词】亚麻；针织物；刺痒感；超声波；纤维素酶；柔软剂；减量率；强力损失率

【中图分类号】TS 195.6 文献标志码：A 文章编号：1000-4033(2013)10-0029-04

 

亚麻针织物对人体产生刺痒感的主要原因是亚麻纤维有较大的弯曲刚度.编织中可绕曲性差，使得针织物表面有较多的毛羽 毛羽越短，其刺痒感越强；另外，亚麻针织物密度的大小与其产生刺痒感的轻重成正比关系.密度大则毛羽和短纤与皮肤的接触机会就多.刺痒感就比较严重。因此，在合理选用针织物密度的同时.消除亚麻针织物刺痒感的思路为：第一，使亚麻纤维柔软化，刚度降低：第二.使亚麻纤维末端不露出织物的表面或大幅度地降低其露出数量 常采取的方法有：烧毛工艺、丝光工艺、碱化工艺、液氨处理工艺、酶处理工艺[1]。各种方法处理后的亚麻针织物刺痒感虽得到一定的改善.可针织物的有些优良性能也被破坏了.如强力和吸湿性会受到影响。

生物酶处理具有反应条件温和，工艺简单，节能降耗.绿色环保等特点[2]，但同时伴随的是织物质量损失和强力下降[3]：超声波和酶一起共同作用.有助于提高纺织品的各种性能及加快处理过程：柔软剂使纤维在纱体中的自由度提高，使纤维受力时可以有较大的回退余地.降低毛羽位移阻力.减少对皮肤的冲击刺压[4]本文主要探讨超声波协同纤维素酶作用后再进行柔软剂处理的方法.寻找在保证强力、质量损失较合理的情况下.最佳的消除纯亚麻针织品刺痒感的工艺。

1  实验

1.1  材料与试剂

材料：120 g／m2纯亚麻针织物，平针组织.横密为11.7纵行／cm.纵密为12.0横列／cm。

试剂：冰醋酸、醋酸钠(均为分析纯，中天药业公司)，碳酸钠(分析纯，北京康普汇维公司)，酸性纤维素酶(苏柯汉生物有限公司).柔软剂(硅油YC)。

1.2  实验方法

纤维素酶处理工艺流程：配制酶处理溶液→调节pH值→放人织物(浸润)→升温酶处理(放人超声波清洗器)→加碱失活→温水冲洗→烘干(105℃)→恒质量→测试。

根据纤维素酶处理工艺流程.在超声波协同作用下依次改变酶的pH 值、温度、时间、酶用量等工艺参数.用减量率、强力损失率确定各工艺参数的选择范围 通过正交实验得出纤维素酶的最佳工艺参数.然后柔软处理.并对处理后的针织物进行各项性能测试。

1.3  测试方法

1.3.1  针织物减量率

将原样和处理后的针织物试样放人烘箱.在105℃ 下烘干至恒质量.然后称取质量。

针织物减量率=(针织物原样质量-处理后针织物质量)／针织物原样质量x100％

1.3.2  顶破强力的测试

用YG(B)026E型电子织物强力机测得针织物的顶破强度力.计算平均值。

1.3.3  织物弯曲和摩擦性能测试

通过YG821L型织物风格仪进行测试 弯曲性能测试主要是评价织物产品的活络性、刚柔程度，是评价织物风格的重要指标之一。而摩擦性能测试主要是评价织物表面的光滑、粗糙和匀爽程度 两个织物风格的性能指标都从侧面反映了织物的刺痒感程度的变化。

2  实验数据及分析

2.1  酸性纤维素酶处理工艺各项参数的选择范围

纤维素酶减量处理是利用纤维素酶的降解作用.断开纤维素的1,4-β甙键，使纤维素纤维的结晶区变小.非结晶区部分水解.结晶区之间的空隙增大.聚合度降低.纤维刚度减小[5]：另一方面酶处理可以使纤维头端变得圆滑.扩大接触面积.降低皮肤单位面积所承受的刺压力超声波对消除针织物刺痒感中的作用主要是超声波的“空化效应”和“机械效应”：利用超声波在液体中形成的小气泡瞬间爆裂形成的冲击力和超声波的类似于机械搅拌的作用.可以使被纤维素酶水解的绒毛从针织物表面脱落[6]。

影响纤维素酶反应活力的因素很多，主要包括：酶浓度、pH值、温度、时间、机械搅拌速度等。在超声波的功率500 W.频率40 kHz的条件下，主要考察pH值、温度、处理时间和酶浓度的选择范围。本实验以亚麻针织物减量率和强力损失率为主要性能指标.将织物强力损伤控制在10％ 以内.质量损伤在5％ 以内 酸性纤维素酶参考工艺：pH值4.5.温度50℃.酶用量3％ .时间45 min.浴比1:15。

2.1.1  pH值的影响

依据参考工艺，改变pH值，pH值与减量率和顶破强力损失率之间的关系分别见图1和图2。

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图1 pH值与减量率的关系

图2 pH值与顶破强力损失率的关系

由图1、图2可以看出.减量率大，说明亚麻针织物上的毛羽减少的多，纤维素酶处理的效果好。但是减量率越大.纤维的损伤就越严重.亚麻针织物的强力损失率就大，影响使用；而当纤维素酶的pH值4～5时.无论是否有超声波协同作用.亚麻针织物的减量率和顶破强力损失率均较适合。

2.1.2  温度的影响

依据参考工艺.改变温度.温度与减量率和顶破强力损失率之间关系分别见图3和图4。

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图3 温度与减量率的关系

图4 温度与顶破强力损失率的关系

由于纤维素酶在一定温度范围内才会表现出较好的活性.因此在图3中.随着温度的升高.两种情况的减量率都在逐渐提高.当温度达到50℃、55℃时。减量率分别达到最大值.而两者之后的减量率都随着温度的升高而下降。同样.图4顶破强力损失率的变化也如此。因此.温度的范围在45 -55℃，纤维素酶的活性较好。

2.1.3  酶用量的影响

依据参考工艺.改变酶用量.酶用量与减量率和顶破强力损失率之间关系分别见图5和图6

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图5 酶用量与减量率的关系

图6 酶用量与顶破强力损失率的关系

由图5可知.两种情况下随着酶用量的增加.会使更多的纤维素被降解.减量率也在增加.但在一次较大的增幅(2.5～3.5 g／L)后.增加的幅度在减缓：随着酶用量的增加.图6强力损失率也在增加 相对于单独使用纤维素酶，有超声波协同作用的减量率和顶破强力损失率略高 这说明超声波有助于提高酶的活力.一般认为超声波对酶反应的催化作用主要源于超声波振荡加速了底物与酶的接触和产物的释放.且超声波的作用不至于影响到酶的三维结构而使其发生变性[7]。当酶用量在2.5-3.S g／L时，减量率和顶破强力损失率都较合适。

2.1.4  时间的影响

依据参考工艺. 改变作用时间.时间与减量率和顶破强力损失率之间关系分别见图7和图8

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图7 时间与减量率的关系

图8 时间与顶破强力损失率的关系

由图7、图8可知，减量率和顶破强力损失率随时间的增加而增大。但分成了3个阶段：先是增加幅度缓慢再较快，然后又缓慢。说明再延长时间也不能收到好的效果了.因为酶逐渐失去活性。因此.将酶外理时间控制在40-50 min。从图7、图8中曲线比较还可以发现.在超声波协同作用下.用较短的时间.就可以达到较好的效果。

2.2  酸性纤维素酶处理工艺优化

在各单因素实验的基础上.通过正交实验优化工艺.因素水平如表l 正交实验结果及极差分析见表2、表3所示。

表1 实验因素与水平

水平

A

B

C

D

pH值

温度／℃

酶用量(g/L )

时间min

1

4.O

45

2.5

40

2

4.5

50

3.O

45

3

5.0

55

3.5

50

 

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由表2、表3可知，在超声协同作用下.对于减量率来说.最佳的工艺为A2B1C1D2(试样1)，即pH值4.5、温度45℃ 、处理时间45 min和酶浓度2.5 g／L：对于顶破强力损失率而言，最佳的工艺为A3B1C1D2 (试样2)，即当pH值5.0、温度45℃、处理时间45 min和酶浓度2.5 g／L。

由表2、表3还可知，在单独纤维素酶作用下.对于减量率来说.最佳的工艺为A3B2C3D2 (试样3)，也就是当pH值5.0、温度50℃、处理时间45 min和酶浓度3.5 g／L对于强力损失率而言.最佳的工艺为A3B1C3D2 (试样4)，也就是当pH值5.0、温度45℃、处理时间45 min和酶浓度3.5 g／L。

2.3  柔软剂处理

工艺处方：

柔软剂 20 g／L

浴比 1：15

温度 25℃

时间 30 min

将上述优化后的4种工艺试样进行柔软剂处理.然后进行冲洗、烘干至恒质量。待测试使用。

2.4  各项性能测试

纯亚麻针织物复合处理后各项性能见表4所示。

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从表4纯亚麻针织物各项性能测试数据可以看出.经过超声波协同酸性纤维素酶作用后.再进行柔软剂处理.纯亚麻针织物的弯曲性能和摩擦性能均有较大的改善.比单独酸性纤维素酶作用的性能好.其中试样1的性能变化更为明显 说明超声波对酸性纤维素酶活力发挥有较大的帮助.纤维之间空隙变大.柔软剂更容易与纤维吸附.织物柔软性能提高.毛羽减少.刺痒感降低。

3  结论

3.1  超声波作用可以提高酶的活力.有助于织物表面被酶水解的绒毛从织物表面脱落.从而有助于消除纯亚麻针织物的刺痒感 经织物风格测试后.弯曲性能和摩擦性能均有较大改善。

3.2  经过比较.在有超声波协同作用下.酸性纤维素酶作用后的纯亚麻针织物的刺痒感消除效果要优于单独使用酸性纤维素酶。

3.3  超声波协同下的酸性纤维素酶和柔软剂共同作用下的最佳工艺：超声波的功率500 W.频率40kHz，pH值4.5、温度45℃、处理时间45 min和酶浓度2.5 g／L，处理后的纯亚麻针织物的减量率控制在了5％ 以下.顶破强力损失率控制在10％ 以下。

参考文献

[1] 李显波.碱化处理与生物酶整理结合消除亚麻刺痒感『J1.针织工业，2007(6)：47-48.

[2] 王强，范雪荣，周兴峰.酶精练棉针织物漂白工艺研究『J].针织工业。2005(6)：25-27.

[3] 季英超，姜凤琴，邓丽.亚麻织物的生物抛光整理[J].印染，2003(5)：30-31 .

[4] 韩露，于伟东，张元明.苎麻织物刺痒感研究[J].东华大学学报，2002，28(2)：133-135.

[5] 孙惠芬，潘劲，隋新庆.应用酶处理解决苎麻织物的刺痒感[J].上海纺织科技，1996(5)：38-45.

[6] 王亓杰.汉麻纤维超声波紫外冷冻骤热脱胶工艺研究[D].太原：太原理工大学.2011.

[7] 高大维，于淑娟，闰亚光.超声波对纤维素酶活力的影响『J].华南理工大学学报，1997(11)：22-25.