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前处理在羊毛针织物蛋白酶防毡缩整理中的作用

来源:化拓教育网
维普资讯 http://www.cqvip.com 2002年第4期 石访甜技 一25一 前处理在羊毛针织物蛋白酶防毡缩整理中的作用 樊增禄 ,戴瑾瑾 ,朱 泉 (1.西北工程科技学院,陕西西安710048;2.东华大学,上海200051) 摘要:选择了2个氧化剂——过一硫酸盐(Basolan 2448)和双氧水,以及2个脂肪酶——Lipolase lOOT和脂 肪酶F,研究了它们在毛织物蛋白酶防毡缩整理时作为前处理剂的作用,测试了氧化剂、脂肪酶浓度和处理时间 对毛织物毡缩率的影响。结果表明,Basolan 2448前处理效果最好,脂肪酶前处理对毛织物毡缩率没有显著的影响。 关键词:羊毛;针织物;防毡缩;氧化剂;酶制剂 中图分类号:TS195.5 6 文献标识码:A 文章编号:1003—1456(2002)04—0025—40 羊毛降解法防毡缩的主要特点是纤维角质层 1 实验 部分胱氨酸二硫键及部分蛋白质肽键被切断并产 1.1试验及其准备 生强吸水性的基团,引起胶质细胞在水中软化,因 试样为(31.25 tex×2)×2单面平针纯羊毛 而纤维定向摩擦效应减小,毡缩性降低。蛋白酶 (60支美利奴羊毛)针织物(上海开开羊毛衫厂)。 能够攻击蛋白质某些氨基酸残基形成的肽键,催 试验前在SME672—32型工业洗衣机中进行洗涤 化水解蛋白质,但不能作用于二硫键。由于羊毛 及松弛处理,处理工艺为209洗剂5%(owl"),42 纤维外表皮层对化学试剂及蛋白酶的作用具有很 ℃,浴比1:40,滚动2 min,浸4 min,脱水2 min, 高的阻抗性…,外角质层又含有较高的二硫交联, 烘干。 而且蛋白酶的分子量较大 ,因此它很难扩散进 1.2酶及其主要化学品 入纤维外角质层并进行有效的催化水解作用,所 试验用蛋白酶如表1所示。 以仅用蛋白酶处理,羊毛的抗毡缩效果并不明显。 表1试验用酶制剂 如果通过某种前处理预先去除或破坏纤维的 测试活力 推荐推荐温度生产 外表皮层,或者打开纤维表面层附近胱氨酸二硫 蛋白酶名称 标称活力 ,(u.g一-)/(U・g一 ) pH但 pH值 /qC 厂商 J茼 交键,就可能有利于蛋白酶对羊毛表面层蛋白质 的作用,改善毛织物的抗毡缩性。正是基于这样 的考虑,各种氧化剂和还原剂前处理被用于羊毛 的蛋白酶处理防毡缩研究。 本文选用了2种无氯氧化剂——双氧水和 其它化学试剂Basolan 2448(BASF),平平加O Basolan 2448作前处理剂,对它们的作用进行了比 (上海助剂厂),H2O:(35%)、Na2SO3、Na2CO,、 较。另外,还选用了2个脂肪酶——Lipolase 100T NaHCO 、HAc(80%)均为化学纯。 和脂肪酶F作前处理剂,探讨它们对蛋白酶处理 1.3实验方法及工艺 防毡缩效果的影响。 试样的氧化及酶处理均在ZY一1062型高温 收稿日期:2001一l1—19 高压染样机(上海染料化工厂)上进行。 作者简介:樊增禄(1959一),男,博i,西安工程科技学院 H,O,处理:试样在浴比1:30,pH值8.5的不 化学化工系副主任,副教授,主要从事纺织品染整工艺及 同浓度H2O:溶液中于45℃处理一定时间。 理论的研究。 Basolan 2448处理:试样先在一定浓度的Ba. 维普资讯 http://www.cqvip.com 一26一 名饽科技 solan 2448、pH值4.0、浴比1:30的溶液中于30℃ 处理不同时间,然后在3.0%(owf)Na2SO 、pH值 8.5、浴比1:30的溶液于35℃还原15 min。 的毡缩率进一步减小,但效果并不显著。 表3氧化剂处理后试样的毡缩率 (%) Maxacal L蛋白酶处理:酶浓度2.0%(owf),平 平加0 0.5%,pH值9.0,温度60cI二,时间30 min, 浴比1:30。 注:氧化剂处理时I司30 min。 Novozyme 680T蛋白酶处理:酶浓度2.0% (owf),平平加0 0.5%,pH值9.0,温度65 cI二,时间 30 min,浴比1:30。 由表3可见,在本文所选的实验条件下,仅用 双氧化或Basolan 2448处理,毛织物的毡缩率和未 处理织物比较并无明显的差异,双氧水处理后即 使再经亚硫酸钠还原,织物的毡缩率亦没有明显 降低,Basolan 2448处理后的毛织物若再经过亚硫 酸钠还原,毡缩率则明显降低,但仍远不能满足机 可洗的防毡缩要求。 从表2和表3的结果可知,毛织物仅用蛋白 酶或氧化剂处理都不足以产生理想的防毡缩效 HAP蛋白酶处理:酶浓度2.0%(owf),平平加 0 0.5%,pH值9.5,温度55 cI二,时间30 min,浴比 1:30。 蛋白酶处理的试样经洗涤后,立即在pH值5 左右、85 cI二的水溶液中失活处理15 min。 脂肪酶(Lipolase 100T和脂肪酶F)处理:脂肪 酶浓度2%、5%,平平加0 0.5%,pH值9.5,温度 35℃,时间30、60 min,浴比1:30。 1.4毡缩率测试 果。进一步的研究表明,若将2种处理结合起来, 可产生协同作用,显著降低毛织物的毡缩性能。 氧化剂及前处理条件的选择也至关重要,氯化处 理无疑是最有效的前处理方法,但因环保方面的 原因,它必将要被淘汰。本文选择了2个非氯氧 参照GB8628—88、GB8629—88及IWS TM No. 31方法,测试针织物的毡缩率。 面积毡缩率(%)=选塑 堕 鬈 森差蒿 × 00 化剂作为前处理剂,下面将从氧化剂浓度和处理 洗涤试验在松下NA一18型家用洗衣机中进 行,水量15 L,洗涤剂1 g/L,总装织物量0.5 kg(试 样加陪试织物),30℃洗涤60 min。 2结果与讨论 时间2个方面来探讨毛织物氧化前处理对随后进 行的蛋白酶处理防毡缩的影响,氧化处理的pH 值和温度则参考有关文献确定 。在研究氧化前 处理条件的影响时,每个蛋白酶后处理均采用了 相同的工艺,Basolan 2448前处理包括了亚硫酸钠 的还原。 2.1羊毛针织物用蛋白酶或氧化剂单独处理的 毡缩率 未经任何前处理的羊毛针织物试样,分别用 所选的3个蛋白酶——Maxacal L、Novozyme 680T 2.2氧化剂浓度对羊毛针织物蛋白酶处理毡缩 率的影响 表4和表5分别为双氧水和Basolan 2448前 和HAP在各自最适作用温度和pH值条件下处理 不同时间后的毡缩率(面积毡缩率,下同)见表2。 处理浓度对毛织物经由蛋白酶处理后毡缩率的 影响。 表4 H O 浓度对试样毡缩率的影响 (%) 考虑到3个蛋白酶的活力不同,为了便于比较,实 验中选用了活力接近的酶浓度。试样经氧化剂 (及还原剂)处理后的毡缩率测试结果见表3。 表2蛋白酶处理后试样的毡缩率 (%) 表2的结果表明,毛织物经蛋白酶处理后毡 从表4可以看到,当双氧水处理浓度为30 ml/L时,Maxacal L、Novozyme 680T和HAP蛋白酶 缩率有一定程度的降低。延长处理时间,毛织物 维普资讯 http://www.cqvip.com 2002年第4期 石饽甜技 处理后毛织物的毡缩率分别为16.5%、18.3%和 20:7%,在同样条件下仅用蛋白酶处理,毡缩率分 别为30.1%、31.6%和33.2%(见表2),而相同条 件下仅用双氧水处理,毛织物的毡缩率为36.1% (见表3)。对比表2、表3和表5中用Basolan 2448 作前处理的情况,结果和双氧水前处理是一致的。 由此可见,氧化前处理的确能够显著改善毛织物 蛋白酶处理的防毡缩性能。 表5 Basolan 2448浓度对试样毡缩率的影响(%) 表4和表5的结果还表明,前处理时氧化剂 浓度增加,蛋白酶处理后毛织物的毡缩率降低。2 种氧化剂比较,在试验浓度范围内,Basolan 2448 前处理较双氧水前处理效果好。 2.3氧化处理时间对羊毛针织物蛋白酶处理毡 缩率的影响 表6为2种氧化剂前处理时间对毛织物毡缩 率的影响。结果表明,蛋白酶处理后毛织物毡缩 率随氧化前处理时间的增加而降低,在相类同的 条件下,Basolan 2448前处理效果比双氧水要好。 表6氧化处理时间对试样毡缩率的影响 (%) 根据降解法防毡缩的原理,羊毛要获得防毡 缩性,角质层尤其是外角质层蛋白质的降解具有 重要的意义。由于高浓度胱氨酸的存在,蛋白酶 不易进入外角质层并对其中的蛋白质进行催化水 解,当纤维预先经氧化剂处理,二硫交联被打开, 外角质层的可及程度增大,因而容易受到蛋白酶 的攻击,所以,氧化剂和蛋白酶联合处理,毛织物 的毡缩率比单独的酶处理显著降低。前处理时氧 化剂浓度增大,处理时间延长,纤维中二硫键及部 分肽键的断裂程度增大,这样就为蛋白酶在纤维 外角质层的扩散和反应提供了方便,因此,毛织物 的防毡缩性能提高。 不同氧化剂和羊毛的反应性、反应速率以及 胱氨酸氧化产物是不同的,研究表明 ],Base 1an 2448和羊毛的反应速率大于双氧水的反应速率, 应用衰减全反射技术付里叶变换红外光谱法对羊 毛表面层进行研究发现,经过双氧水处理的羊毛 表面层中,只有少量胱氨酸二硫键被氧化成一氧 化物R—SO—SR和二氧化物R—SO,一SR的中间 氧化态,以及很少量的磺酸基R—sO ,即使再经 亚硫酸盐还原,各种氧化产物的浓度也几乎没有 什么变化。而经过Basolan 2448处理后,羊毛表面 层胱氨酸二硫键较多地被氧化成磺酸基和胱氨酸 一氧化物,若再经过亚硫酸盐还原,则有大量的硫 代磺酸基(Bute salt)R—ssO 生成H 。由于2种 氧化剂对羊毛中作用的程度及反应的产物不同, 因而造成纤维富硫区可及性的差异,二硫键断裂 的愈多,蛋白酶分子愈易于在纤维中扩散。所以, Basolan 2448(以及亚硫酸钠)前处理比双氧水前处 理更为有效。 2.4脂肪酶前处理羊毛针织物蛋白酶处理毡缩 率的影响 在羊毛的外表皮层中含有约1/4的类脂 物 ],其中主要为脂肪酸混合物。这些脂肪酸以 2种状态存在于羊毛中,一种为游离状态,一种为 和羊毛蛋白质共价键合的状态“’ ,前者可用有机 溶剂萃取或经洗涤剂洗除,后者则需要用醇的碱 溶液或酸性氯的水溶液处理才能除去 。尽管 类脂物在整个羊毛纤维中仅占约2%,但它却使 羊毛具有十分重要的物理和化学特性,去除羊毛 表面层的类脂物,能够减小纤维的疏水性,增加纤 维对染料的吸附性和聚合物的粘合性 。 蛋白酶对羊毛的作用有2条可能的途径,一 是通过外表皮层向纤维外角质层的渗透作用,二 是通过角质细胞之间的细胞膜复合物(CMC)向纤 维中的扩散作用。若蛋白酶是通过第1条途径作 用的,那么,设法减小或除去纤维外表皮结合的脂 肪酸,则可能会有利于蛋白酶对羊毛表面层的作 维普资讯 http://www.cqvip.com 一28一 名访甜技 用,从而影响其毡缩性。 物蛋白酶处理后的防毡缩性能,其中Basolan 2448 脂肪酶是催化水解脂肪的酶种 ,而纤维表 的效果比双氧水好。随着前处理时氧化剂浓度和 面又含有较多结合的脂肪酸,本文选用了2个脂 处理时间的增加,毛织物蛋白酶处理后的毡缩率 肪酶作为前处理剂,探讨它对随后进行的蛋白酶 1降低。脂肪酶前处理对毛织物蛋白酶处理防毡缩  Oo 2 防毡缩效果的影响。为了提高羊毛用蛋白酶处理 效果没有显著的影响。” 2 9 8  的防缩效果,以前的研究多集中于对纤维角质层 9 拍 二硫键的氧化或还原改性方面,而用脂肪酶作为 参考文献:7 3  4, ” 1 前处理则尚未见到报道。表7为经脂肪酶和蛋白 [1]Ne A P,Cornell H J.A model for the surface of Keratin fibers 9 ∞ 3 酶先后处理的毛织物毡缩率测试结果。 [J].Text.Res.如 7 J.,1993,63:109 表7脂肪酶前处理对毛织物毡缩率的影响(%) 勰 ●[2] 6 张树政.酶制剂工业(下册)[M].北京:科学技术出版社,7  1984.387. 7[3] 7 如  Cegarra J The bleachi3 ng of wool with Hydrogen peroxide[J]. 8 2 Woo5l  Sci.Rev.,1983.59:2. [4]Dening R J,Freeland G N,et a1.Reaction ofwool with permono・ Maxacal L sulfate and related oxidants[J].Text.Rex.J.,1994,64:413. [5]Douthwaite F J,Lewis D M,Schumacher・Hamedat U.Reaction of Novozyme 680T cystine residues in wool with peroxy conpounds[J].Text.Res.J., HAP 1993.63:177. 从表7的结果看,羊毛经脂肪酶处理后再用 [6]Cart C M,Leeder I H,Hughes A E.X—ray photoelectron sepctor・ 蛋白酶处理,其毡缩率并没有明显变化。这一方 scopic study of the wool fiebr surface[J].Text.Res.J.,1986,56: 457. 面可能是脂肪酶并不能够有效地水解羊毛中结合 [7]Ne A P,Cornell H J,Rivett D E.Effects of processing on the 的脂肪酸,另一方面,即使它能够去除部分脂肪 ebund and free fattv acid levels in wool[J].Text.Res.J.,1992, 酸,可能会影响羊毛对蛋白酶的吸附性,但由于外 62:381. 表皮层中阻抗膜以及外角质层高交联二硫键的存 [8]Leeder J D,Rippon J A.Change induced in the properties ofwool 在,蛋白酶并不一定能通过纤维表面对角质层蛋 by speciifc epicuticle modiifcation[J].JSDC.,1985,11:101. 白质催化水解,因此,脂肪酶前处理对羊毛的蛋白 [9]Lindberg J.Relationship between various surface properties of wool ifebrs[J].Text.Res.J.,1953,67:23. 酶处理防毡缩效果并没有显著的影响。 [10]Leeder J D,Rippon J A,Rivett D E.Use of the trnasmission elec— 3 结语 torn microscope to study dyeing and difusion process[A].Proc. 毛织物仅用所选的蛋白酶处理,并不能获得 7th Int.Wool Text.Res.Conf[C].Tokyo:1985,4:312. 显著的防毡缩效果。氧化前处理能有效改善毛织 Action of pretreatments in shrink—resistance of wool fabric treated by proteases FAN Zeng—lu。,DAI Jin—jin ,ZHU Quan (1.Xi’arI Institute 0f Scienee and Technology,Xi’an 710048,China;2.Donghua University,Shanghai 200051,China) Abstract:Non-ctd0rine 0xidants and lipases were used as pretreatment agents to study the effects on shrink—resistnace of wool ̄bric terated by proteases・ hTe|esuits sh0w that the ef c ve shrink.咒sistance can be obtained when wool ̄bric is pretreated by oxidants and subsequently treated by proteases.The shrinkage of the fabric was not obviously influenced by lipase pretreatments. Key words:wool fabric;shrink.resistance;enzyme;oxidative agent 

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