生物精练酶对棉纱线前处理工艺的探讨9-24

胡敏亚  朱  斌

无锡市天然纺织实业有限公司

原载：第九届全国染整前处理学术讨论会论文集；214-222

 

【摘要】采用生物精练酶CBS对棉纤维进行前处理，分析了PH值、酶浓度、温度、时间与渗透剂等因素对酶精练效果的影响。通过实验确定工艺为：温度65-70℃、PH值9.5、酶浓度2 g/L、处理时间为60分钟、渗透剂1-1.5 g/L。实验结果表明，经生物精练酶CBS处理后的棉纱在强力、得色量、手感、失重率等方面较传统工艺好，并且节约成本，缩短加工时间。

【关键词】前处理；生物酶；棉纤维；毛效

 

前  言：

我们知道棉纤维中含有6%-10%的杂质，如蜡状物质、灰分、含氮物质、有机酸、果胶质、多糖类等。棉前处理的目的是去除棉纤维中的杂质，使棉获得良好的润湿性，便于后道的漂白与染色。传统的棉及其混纺纱线通常采用烧碱、双氧水煮漂工艺，由于烧碱与双氧水的协同性差，需使用氧漂稳定剂、精练剂，由于大量使用碱，处理后又需加酸中和，多次漂洗，不仅工序繁杂，而且加重污水处理负担又对纺织品强力造成损伤。

生物酶精练技术是对传统前处理工艺的突破，是一种全新温和的绿色的精练方式。生物精练利用酶的专一性，有效分解去除果胶质及其共生物杂质，从而达到精练效果，纤维本身并未受到损伤。因此，经生物精练的棉纤维能最大程度的保持纤维强度，失重小，手感柔软富有弹性。

CBS酶是无锡市德冠生物科技有限公司生产，用于纤维素纤维前处理的多功能混合酶，其中的果胶酶消化棉角质层的果胶，纤维素酶则消化棉角质层中间的纤维素初生胞壁，碱性脂肪酶分解天然脂肪酸及酯类污物。由于果胶位于纤维与蜡质之间，将蜡质粘合在纤维上，果胶质的去除使得棉蜡质在表面活性剂的渗透、乳化和净洗的作用下去除，多种酶的协同作用起到精练效果，提高棉纤维的润湿性能。

1  实验内容

1.1  实验材料及设备

纱线  23.3tex（50s/2）精棉、29.1tex（40s/2）丝光棉、16.6tex（70s/2）丝光棉、40s/1（14.6tex）棉/绢/麻（20/40/40）

染化料助剂  精练酶CBS（德冠生物科技）、渗透剂LFD-30（上海雅运）、精练剂SSS（上海雅运）、精练剂SF-1（宁波新科）、氧漂稳定剂HG-2000（宁波新科）、 片碱（工业用）、双氧水（27.5％，工业用）、除氧酶DTX（苏州祥源）、醋酸（98%，工业用）、纯碱（工业用）、烧碱（48%，工业用）、盐（工业用）、永光H型活性染料、科华素活性染料、匀染剂DY（上海佳和）等。

设备  常温振荡式小样机、YG020B电子单纱强力机、Y571-A摩擦牢度试验机、SW-12A耐洗色牢度试验机、Datacolor SF600X测色仪、Y802N恒温烘箱

1.2  实验方法

1.2.1  传统前处理工艺（筒染）

配方/g/L

①稳定剂HG-2000     1          ④双氧水            4-7

②精练剂SF-1        1.5         ⑤醋酸              0.5

③片碱 或纯碱        2.5-3       ⑥除氧酶            0.13

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工艺图1：（浴比 1∶10）

1.2.2  传统前处理工艺（丝光棉）

配方/g/L

①精练剂SSS        1.0       ④醋酸              0.7

②烧碱              2.5       ⑤除氧酶            0.13

③双氧水            5.5    

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工艺图2:（浴比 1：15）

1.2.3  精练酶CBS前处理工艺

配方/g/L

① 精练酶CBS     X

② 渗透剂LFD-30  Y

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图3  精棉筒染酶处理工艺（浴比 1∶10）

 

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图4  丝光棉酶处理工艺（浴比 1∶15）

1.2.5  染色工艺

按活性染料的常规工艺进行，精棉用中温型活性染料，丝光棉用高温型活性染料染色，具体工艺如图5。

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图5  染色工艺

1.3  性能测试

1.3.1  毛效测定

按标准定时法（30min）测定。毛效值越大，表明纱线的润湿性越好。

1.3.2  失重率测定

失重率=（坯纱净重－精练后的纱净重）/坯纱净重×100%

1.3.3  白度测定

通过Datacolor SF600X测色仪测定，测三次，取算术平均值，白度值越大，试样越白。

1.3.4  得色量测定

用Datacolor SF600X测色仪测定染色样的K/S值，比较碱精练处理与酶精练处理染色纱线的表观染色深度，K/S值越大，得色越深。

1.3.5  色花评定

任取24倍数的纱线织布片，目测每24路纱线中的的布片样颜色的均匀程度，分为无色花、轻微色花、中度色花、严重色花。

1.3.6  强力测定

经过前处理烘干后平衡24小时的纱线与胚纱由YG020B电子单纱强力机测定十次，取算术平均值。

1.3.7  牢度测定

在Y571-A摩擦牢度试验机上按GB/T3920-1997测摩擦牢度；在SW-12A耐洗色牢度试验机上按GB/T3921.3-1997测耐洗牢度。并按GB250《评定变色用灰色样卡》、GB251《评定沾色用灰色样卡》评级。

2  结果与讨论

2.1  精练酶工艺确定

影响酶精练效果的主要因素有PH值，酶浓度，温度，时间与渗透剂的用量。酶精练效果的一项重要指标是纤维的润湿性，本实验中以30分钟毛效来比较润湿性能。

2.1.1  酶精练液PH值的确定

酶的活力与溶液的PH值关系密切，PH值对酶活力的影响是由酶本身的化学性质决定的。因此，我们根据所用酶的性质确定其溶液的PH值为8.5-10。

2.1.2  酶处理的温度、时间对棉纤维毛效的影响

表1  酶处理温度对棉纤维毛效的影响

温度/℃

50

60

70

80

毛效/cm

0.5

6.5

9.5

11

注：PH值9.5，酶浓度1 g/L，渗透剂1 g/L，处理60分。

温度对酶有双重影响：一方面，在一定的温度范围内，温度越高，酶的活化分子数增加，有利于催化反应进行；另一方面，酶蛋白会逐渐变性失活。由表1可知，在60℃-80℃范围内酶都能发挥较好的活力，综合考虑成本与效率，选择酶精练温度为65-70度。同时比较了精练时间为45与60分钟对润湿性的差异，时间延长差异不大。

2.1.3  渗透剂用量对棉纤维毛效的影响

棉纤维在未经处理前的吸湿性很差，主要是因为纤维中存在空气和纤维上被疏水性的油脂、棉蜡等包覆，为了促进酶精练液渗透，须加入能降低表面张力和水——油间界面张力的渗透剂。由表2可知，渗透剂用量在1 g/L以上能有效降低表面张力，与酶协同作用提高棉纤维润湿性。

表2  渗透剂用量对棉纤维毛效的影响

渗透剂用量/g/L

0

0.5

1

2

毛效/cm

0.5

2.0

6.5

10.5

注：PH值9.5，酶浓度2 g/L，温度65℃，处理60分。

2.1.4  酶浓度对棉纤维毛效的影响

选取0-4 g/L酶浓度对棉纱进行处理，结果如表3。

酶浓度/ g/L

0

1

2

3

4

毛效/cm

0.5

7

9

12

13

注：PH值9.5，渗透剂1 .5g/L，温度65℃，处理60分，浴比1：15。

从表3看出，随着酶浓度的增加，棉纱的毛效随之增加，但当酶浓度达到一定值时，纤维的润湿性将不会再随之有明显升高。这是由于底物的量一定，使酶底物中间产物的量也一定，从而使底物的转化率稳定，因此纤维的润湿性不再随之有明显升高。

2.2  纱线品质比较

2.2.1  棉纱前处理本色样品质

根据以上实验，确定较为优化的酶CBS精练工艺为PH值9.5，酶浓度2 g/L，渗透剂1 .5g/L，温度65-70℃，处理60分。

表4-1  50s/2（23.3tex）精棉不同方法前处理的物理指标参数

处理方法

断裂强力cN

断裂强度

cN/tex

伸长率

%

变异系数%

白度

WI

手感

损耗

（失重）

毛效

Cm

CBS

酶处理

492

21.13

7.94

4.88

36.16

柔软

3.8%

6.5

489

21.00

7.23

2.04

32.18

4.4%

7

烧碱煮漂

427

19.81

6.05

4.65

78.25

一般

7.6%

12

原纱

488

20.97

6.33

4.71

21.94

/

/

/

475

20.38

6.28

6.58

表4-2  40s/1（14.6tex）棉/绢/麻（20/40/40）不同方法前处理的物理指标

处理方法

断裂强力

cN

断裂强度

cN/tex

伸长率

%

变异系数

%

白度

WI

毛效

Cm

胚纱

243

16.63

4.50

9.74

25.97

/

CB酶处理

256

17.29

5.96

8.07

30.32

13

纯碱煮漂

202

13.87

4.27

10.39

56.29

10.5

由表4-1、4-2可知，相对传统工艺，精练酶CBS由于没有使用烧碱或纯碱，失重率较小，并且单纱强力有所提高，白度有所提高，只是由于没有双氧水漂白，棉纤维纱的天然色素与棉籽壳无法去除干净，纱线白度较差。从表4-2可见，由于绢、毛等蛋白质纤维的耐碱性较差，纯碱煮漂对上述混纺纱的强力损伤较大，而精练酶CBS工艺对该纱强力几乎无影响，可见精练酶CBS工艺适合加工棉/丝、棉/毛、棉/麻等混纺产品。

2.2.2  染色样颜色品质

根据优化工艺参数对丝光棉酶精练后进行大生产染色，对大货样高温黑、中温黑色的颜色色光、色花与色牢度评级见表5。

表5  染色样颜色品质

色号/处方（%）

色光

色花

色牢度

变色/棉沾

干/湿摩擦

高温黑

（70s/2）

H-E4R 7

H-E3B 1

H-ER  12

比传统碱煮漂得色深 5-15%

 

 

无色花

4/4

4/2-3

中温黑

（40s/2）

3RS 0.8

3BS 0.58

KN-G2RC 6.8

无色花

4/4

4/2-3

中温藏青

（40s/1）

3RS 0.72

3BS 0.45

KN-B  5.5

无色花

4/4

4/2-3

由表5可知，色牢度、色花情况与以往常规工艺进行前处理的大货相比基本无差异，但得色量有所提高。

2.3  前处理生产用时比较

表6  不同工艺生产用时比较

工艺

煮漂

水洗

酸中和

除氧

合计

精棉传统工艺/min

80

40

25

25

170

丝光棉传统工艺/min

75

25

25

25

150

精练酶工艺/min

95-100

100

由表6可知，精练酶工艺由于减少了水洗、酸中和、除氧几个步骤，比传统工艺节约用时1/3-1/2，大大提高了生产效率。

2.4  成本比较

由于精棉与丝光棉的处理工艺不同，分别比较成本见表7、表8。

表7  以1吨精棉纱计算（浴比为1∶10）

项目名称

传统工艺

精练酶CBS工艺

精练酶CBS/（g/L）

-

2.0-2.5

渗透剂/（g/L）

-

1.0

稳定剂/（g/L）

1.0

-

精练剂/（g/L）

1.5

-

片碱/（g/L）

2.5-3

-

双氧水/（g/L）

4-7

-

醋酸/（g/L）

0.5

-

除氧酶/（g/L）

0.13

-

原料成本/元

460.00

642.00

水/t

50

135.00

20

54.00

电/kwh

320

230.00

188

135.00

汽/m3

4

760.00

1.7

323.00

能耗成本/元

1125.00

512.00

总成本/元

1585.00

1154.00

注：水：2.70/t，电：0.72/kwh，汽：190/ m3

表8  以1吨丝光棉纱计算（浴比为1∶15）

项目名称

传统工艺

精练酶CBS工艺

精练酶CBS/（g/L）

-

2.5

渗透剂/（g/L）

-

1.0

精练剂/（g/L）

1.0

-

烧碱/（g/L）

2.5

-

双氧水/（g/L）

5.5

-

醋酸/（g/L）

0.7

-

除氧酶/（g/L）

0.13

-

原料成本/元

450.00

963.00

水/t

60

162.00

45

121.00

电/kwh

450

324.00

300

216.00

汽/m3

9

1710.00

3.6

684.00

能耗成本/元

2196.00

1021.00

总成本/元

2646.00

1984.00

注：水：2.70/t，电：0.72/kwh，汽：190/ m3

由表7、表8可知，虽然精练酶CBS工艺增加了原料成本，但水、电、汽的消耗大大降低，总成本节约显著。由于丝光棉的浴比较大，通常在1：15至1：20之间，能耗成本占的比例大，可见在丝光棉上精练酶CBS工艺成本优势更明显。

3  结  论

3.1  影响酶精练效果的主要因素有PH值，酶浓度，温度，时间与渗透剂的用量等，通过实验确定工艺为：温度65-70℃、PH值9.5、酶浓度2 g/L、处理60分、渗透剂1-1.5 g/L。

3.2  CBS酶精练的棉纱和碱精练后，分别在同一处方工艺条件下染色，耐洗牢度、摩擦牢度差异很小，酶精练的染色物得色量高出5-15%。

3.3  CBS酶精练工艺温和，对棉纤维损伤小，失重率低，手感柔软，适合加工棉/丝、棉/毛、棉/麻等混纺产品。

3.4  CBS酶精练工艺流程短，经大生产实践证明：纱线质量稳定，生产效率高，符合节能减排的生产要求。

 

参考文献：

［1］冯宝国，丁玉燕. 精练酶301L的筒纱应用实践.［J］印染，2007（4）：13-14

［2］张瑞萍. 国产果胶酶在棉针织物前处理中的应用实践.［J］印染，2003（8）：8-11

［3］袁霞等. 前处理对去除棉共生物和润湿性的影响.［J］印染，2004（17）：1-4