空调纤维/棉针织物的精练9-70

张琳琳      河北科技大学

原载：第九届全国染整前处理学术讨论会论文集；508-514

 

【摘要】粘胶基智能调温纤维与棉混纺针织物需要进行精练，以去除织物上的杂质。针对碱精练存在的弊端，本文选用果胶酶和CBS酶对织物进行精练，分析pH值、温度、处理时间、酶用量、处理方式等因素对精练效果的影响，得出最优精练工艺。将最优精练工艺与碱精练对比，酶精练在织物的毛效、强力、染色时的上染率和得色率，对纤维功能性的保护方面均优于碱处理。

【关键词】空调纤维；针织物；酶精练；碱精练

 

1  试验材料药品及仪器

智能调温纤维与棉混纺针织物（50/50 ，80/20）（际华3543针织服饰有限公司）。果胶酶（石家庄美施达生物化工）Colozym BS精练酶（德冠化工）。JFC（浙江传化）自制毛效架 721型分光光度计（上海第三分析仪器厂）。WSB-Ⅱ型白度仪（温州仪器仪表有限公司）。DSC 204 F1差示扫描量热仪（德国耐驰仪器制造有限公司）。SW-12Ⅱ型耐洗色牢度试验机（温州大荣纺织仪器有限公司）。YG026PC型多功能电子织物强力机（温州大荣纺织仪器有限公司）。

2  测试方法

（1）毛效将试样剪成25 cm×5 cm的布条，测得30min时蒸馏水沿试样上升的高度。数值越大，表示织物的导湿性能越好。

（2）白度在白度仪上测定，数值越大，表示织物的白度越好。

（3）顶破强力将试样剪成直径为6 cm的圆片，用电子织物强力仪测定。

（4）相变焓用DSC 204 F1差示扫描量热仪测定。

（5）上染率采用分光光度计测定残液浓度法测定［2］。

3  结果与讨论

3.1  果胶酶处理

（1）pH值的影响

将织物在温度为40℃，酶用量2mL/L，浴比为20∶1条件下酶精练40min，pH值分别为6，7，8，9，10，结束后测试织物毛效、白度、强力，选取酶精练的适宜pH值。

表1  pH值对织物性能的影响

pH值

6

7

8

9

10

白度

63.1

62.7

62.3

62.4

61.2

毛效/cm

13.1

8.7

4.0

5.2

4.7

强力/N

340.5

373.5

370.8

370.2

369.6

通过表1可以看出，在pH值为6时，白度和毛效较好，强力下降较多，这是因为智能调温纤维是再生纤维素纤维，具有纤维素纤维耐碱不耐酸的性质，且由于无定形区的增大，有利于酸的进入，加剧了降解。当pH值超过7后，织物的毛效、白度下降，强力变化不大，说明果胶酶的适宜pH值为6左右。为了保证酶的活力的同时兼顾强力，选择pH值为7。

（2）温度的影响

将织物在酶用量2mL/L，pH值分别为7，浴比为20﹕1条件下酶精练40min，精练温度分别为40℃，45℃，50℃，55℃，60℃，结束后测试织物毛效白度、强力，选取酶精练的适宜温度。

表2  温度对织物性能的影响

温度/℃

40

45

50

55

60

白度

62.7

62.9

63.1

63.5

62.6

毛效/cm

8.7

9.5

10.3

15.5

12.2

强力/N

373.5

370.8

370.7

368.5

370.2

由表2可以看出，随着温度的上升，白度和毛效先有所提高，当温度达到55℃时，织物的白度、毛效达到最大；温度超过55℃，白度、毛效下降，强力的变化很小。这说明55℃时，果胶酶的活力最高，其去除果胶及其附生杂质的效果最强，因此，毛效和白度最高。

（3）酶用量的影响

将织物在pH值为7，温度为55℃，浴比为20﹕1条件下处理40 min，酶用量分别为1 mL/L，2 mL/L，3 mL/L，4 mL/L，5 mL/L，结束后测试织物毛效、白度、强力，选取酶精练的适宜酶用量。

表3  酶用量对织物性能的影响

酶用量mL/L

1

2

3

4

5

白度

63.1

63.5

64.2

63.1

63.3

毛效/cm

13.6

15.5

15.9

14.2

14.9

强力/N

374.0

368.5

368.9

362.5

351.8

由表3可以看出，随着酶用量的提高，织物的毛效、白度有所提高，强力呈下降趋势；当酶用量为3mL/L时，织物的白度，毛效均是最大的；超过3 mL/L以后，织物的毛效、白度稍有下降。因此，我们可以知道酶的用量在3 mL/L时能够最大限度地去除杂质，这说明酶的用量并不是越多越好，果胶酶用量为1 mL/L时，已经达到很好的处理效果，成倍增加酶的用量，对提高处理效果的作用不大。因此，选择酶用量为1 mL/L～2 mL/L。并且酶是一种可重复利用的催化剂，减少酶的用量与增加酶处理时间应具有一定的等效性，可以通过适当延长酶处理的时间来提高精练效果。

（4）处理时间的影响

将织物在pH值为7，温度为55℃，酶用量为1 mL/L，浴比为20﹕1条件下处理，处理时间分别为20min，40 min，60 min，80 min，100 min，结束后测试织物毛效、白度、强力，选取酶精练的适宜处理时间。

表4  处理时间对织物性能的影响

处理时间/min

20

40

60

80

100

白度

62.1

63.1

63.1

63.4

63.9

毛效/cm

10.5

13.6

13.8

14.5

14.8

强力/N

378.6

374.0

365.2

347

346

由表4可以看出，随着处理时间的延长，织物的白度、毛效有所增大，强力下降；处理时间超过60min时，强力下降已经很明显，说明酶处理的时间也不是越长越好。因此，选择处理时间为40 min。可以得出，在pH值为7，酶用量为1 mL/L，温度为55℃，浴比为20︰1的条件下处理40 min，织物的精练效果为：白度63.1，毛效13.6，强力下降不多。

（5）处理方法的影响

酶前处理后，原来附生与纤维上的蜡状物质逐渐与纤维分离，升高温度有利于杂质的去除，并且只有温度上升到80℃以上，高于蜡状物质的熔点，效果才明显［3］。我们就通过具体的实验数据来说明酶处理后升温和恒温酶处理的区别。

方式一：将织物在pH值为7，温度为55℃，酶用量为1 mL/L，浴比为20﹕1条件下处理40 min；方式二：在同样条件下处理40 min后，升温至85℃，继续处理10 min。结束后测试织物毛效、白度、强力，选取较优的酶精练方式。

表5  酶处理方式对处理效果的影响

测试项目

毛效/cm

强力/N

白度

结晶焓/J/g

熔融焓/J/g

未升温

13.6

374.0

63.1

2.09

2.512

升温

18.8

371.1

63.9

3.089

2.327

表5表明，酶处理后期再升温到85℃处理一段时间，一方面可以使酶失活，另一方面有利于已经从纤维上剥离的杂质的去除，织物的毛效、白度均有所上升，毛效的上升最明显，且强力变化不大。说明酶处理后升温非常有利于果胶及与其附生的杂质的去除。因此，采用酶处理结束后升温的方式是非常合理的。通过酶精练后相变焓的数据可以看出，两种处理方式对织物的调温性基本没有影响。相变焓值存在的差异是由纤维本身和测量过程中的差异而产生的。

（6）助剂的影响

将织物在pH值为7，温度为55℃，酶用量为1 mL/L，乳化剂1 mL/L，浴比为20﹕1条件下处理40 min，升温至85℃，继续处理10 min。处理结束后测试织物的毛效、白度和强力，并与未加乳化剂的织物对比处理效果的差异。

表6  助剂的加入对酶处理效果的影响

测试项目

白度

毛效/cm（20min）

果胶酶

61.8

15

果胶酶加乳化剂

62.5

16.3

CBS

62.8

16.8

CBS酶加乳化剂

63.7

17.4

通过表6数据可以得出：乳化剂的加入，有利于纤维表面蜡状物质的去除，改善毛效和白度，提高了织物精练的效果。并且还可以得出，CBS酶的精练效果略优于果胶酶。虽然本次实验所得的白度数据较低，这可能是由于酶处理后水洗不充分造成的，但是横向比较助剂加入的影响还是很科学的。当然毛效的上升也有可能是乳化剂去除的不够充分造成表面活性剂的残留，进而造成毛效上升的假象，但是白度数据上升也能说明加入乳化剂的去杂情况。

水洗工序也会使处理后织物毛效、白度出现差异，这是由于水洗时机械力大小、洗涤时间、水温等综合因素造成的。误差的出现在所难免。

3.2  CBS精练酶处理

Colozym BS系列产品是果胶酶、脂肪酶等酶产品的复合制剂。它的适宜温度为55℃，在纯碱为0.1 g/L活性较高。厂家提供的处方和工艺为：

CBS酶2 mL/L，纯碱0.1 g/L，在55℃下处理40min→升温至85℃处理10 min→水洗→晾干。

酶是一种生物催化剂，作用原理是催化底物的反应，而本身并没有变化。因此，理论上讲，延长酶的作用时间与减少酶的用量具有一定程度上的等效性。

将织物按如下工艺处理：

工艺1：CBS 酶用量为1 mL/L，纯碱0.1 g/L，55℃处理40 min；

工艺2：CBS 酶用量为2 mL/L，纯碱0.1 g/L，55℃处理20 min；

工艺3：CBS 酶用量为3 mL/L，纯碱0.1 g/L，55℃处理13 min。

工艺路线为：将织物浸入精练液中→升温至55℃处理40 min→以2.5℃/min的速率升温至85℃，继续处理10 min→取出→冷水洗→热水洗→冷水洗→晾干。处理结束后比较CBS酶用量与处理时间的等效性，选取较优的处理工艺。

表7  延长处理时间与提高酶用量的对比

工艺

酶用量/mL/L

时间/min

毛效/cm

白度

强力/N

工艺1

1

40

19.1

64.7

374.5

工艺2

2

20

20

64.8

370.4

工艺3

3

13

18.8

64.9

368.5

由表7可以看出，三种工艺条件处理的结果相差不多，说明酶浓度增加，酶促反应速率会不断增加。CBS厂家提供的工艺毛效最好，但是与其它两种工艺的处理结果也差距不大；从强力上可以看出，酶用量越大，织物的强力损失越多。这表明延长处理时间与提高酶的用量具有一定程度上的等效性，但是提高酶用量对纤维强力有些影响。因此，实验选取工艺1处理空调纤维与棉混纺针织物。

3.3  酶精练及传统碱精练工艺的对比

将织物在如下工艺下碱精练：烧碱分别为5 g/L，10 g/L，15 g/L，温度95℃，煮练剂1 g/L，时间40 min。精练结束后测试织物的白度、毛效和强力，比较酶精练与碱精练的处理效果。

表8  碱精练的效果

碱用量/g/L

毛效/cm

白度

强力/N

5

15.5

71.4

335.7

10

16.0

75.4

247.3

15

17.5

76.0

234.0

表9  酶精练与碱精练效果的比较

处理方式

碱用量/g/L

酶用量/g/L

白度

毛效/cm

强力/N

果胶酶

--

1

63.9

18.8

371.1

CBS酶

0.1（Na2CO3）

1

64.7

19.1

374.5

碱处理

1 5（NaOH）

--

71.4

15.5

335.7

表8和表9 表明，酶处理明显优于碱处理：

（1）酶处理大大降低碱的用量，甚至不用碱；

（2）酶处理后织物的表面仍残留有蜡状物质，手感柔软；而碱处理后手感较差，如果碱用量过多，会造成织物减量严重。

（3）酶处理温度温和，只有55℃；相对于碱处理的95℃处理40min，大大节约了能源。

（4）在合适的处理工艺条件下，酶处理可以达到很好的毛效，但酶处理的白度不及碱处理，这是因为碱处理后杂质去除率较高，而酶处理仅仅是通过水解果胶（果胶酶的作用）破坏纤维角皮层和初生胞壁中拒水物质的连续性，不能完全去除蜡状物质。并且这种毛效会在较高温度（高于蜡状物质的熔点）的烘干条件下急速下降，甚至消失，但是白度和毛效均可以在后续的漂白工艺中得到改善。

（5）酶处理后强力下降较碱处理低得多，并且这种强力的下降并不是像碱处理纤维一样是由于纤维本身的降解引起的，而是纤维的角皮层和初生胞壁中果胶及蜡状物质的去除造成的。因此，酶处理有效地避免了强碱条件对纤维的降解。

（6）CBS酶精练效果稍优于果胶酶。CBS酶是果胶酶和脂肪酶的混合物，而本实验所用的果胶酶成分单一，说明脂肪酶的加入可以分解纤维中的油脂成分，对于提高精练效果是有利的。当然，这种不同也与不同生产厂家生产的酶的活力不一样有关。

3.4  处理方式对染色性能的影响

选取果胶酶与CBS酶的最优处理工艺，以及碱处理（烧碱5 g/L）的布样进行染色，染色条件为活性红B-2BF2%（o.m.f），恒定温度50℃，元明粉40 g/L（分两次加入），纯碱20 g/L，浴比50﹕1，用分光光度计法测定织物的上染率，比较酶处理与碱处理对织物染色性能的影响。

表10  处理方式对织物染色性能的影响

处理方式

固色率/%

CBS

76.55

果胶酶

75.47

碱处理1

72.33

表10可以看出，酶处理后织物的固色率较碱处理的要高，并且目测酶处理的得色量比碱处理的明显要深，说明酶前处理有利于染料的进入，提高上染率和得色率。

3.5  处理方式对相变焓值的影响

选取果胶酶与CBS酶的最优处理工艺处理的布样，以及碱处理（烧碱5 g/L）布样，用差示扫描量热仪测定精练前后织物相变焓的变化，确定精练对织物功能性的影响。

表11  处理方式对相变焓值的影响

处理方式

熔融温度/℃

熔融焓/J/g

结晶温度/℃

结晶焓/J/g

坯布

27.9

2.6

19.5

3.216

CBS

32.3

1.938

22.1

2.986

果胶酶

33.6

3.089

27.59

2.327

碱处理1

33.8

2.441

22.7

2.441

由表11可以看出，酶处理跟碱处理一样，既能提高织物的相变温度，也对相变焓值产生影响，不过酶精练对相变焓的影响非常小。因此，空调纤维更适宜用酶精练。CBS酶精练后织物的熔融焓较低，而结晶焓较高，分析应该是测量及数据分析过程中引起的。

4  本章小结

（1）果胶酶的精练工艺为：酶用量为1 mL/L，pH为7，温度为55℃，恒温处理40 min后，升温至85℃，处理10 min；

CBS酶的精练工艺为：酶用量1 mL/L，纯碱0.1 g/L，温度为55℃，恒温处理40min后，升温至85℃，处理10 min。两种酶的处理效果接近，并且对织物的功能性影响较小。

（2）两种酶处理工艺的效果相差不多，并且都较传统碱处理的效果要好，且酶处理后的织物染色性能得到改善，对织物的调温性能影响不大。比起传统精练来说，生物酶精练更有利于染料的进入和水的节约。

 

参考文献：

［1］李振峰.丝维尔TM展现智能调温纤维独特风格［J］.纺织服装周刊，2008，14：26

［2］陈英.染整工艺实验教程［M］.北京：中国纺织出版社.2004

［3］阎克路.染整工艺学教程［M］.第一分册.北京：中国纺织出版社，2005