纤维素酶和漆酶联合处理对麻织物性能的影响毕业论文.doc
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1、纤维素酶和漆酶联合处理对麻织物性能的影响 摘要:本试验用漆酶,纤维素酶以及漆酶和纤维素酶联合处理对麻织物进行预处理,研究其对麻织物的性能的影响,主要涉及失重率,白度,断裂强力,毛效,硬挺度等。通过设计四因素三水平正交试验,分析了pH值、温度、处理时间、酶浓度等因素对麻织物性能的影响。并确定了酶处理的最佳工艺。试验结果表明,单一纤维素酶对麻织物处理后,最佳工艺条件为:温度为50,pH为5,酶浓度为3gL,时间为90min,在最佳条件白度降低了1.1%,硬挺度降低了10.6%,毛效提高了2.5%。单一漆酶处理的最佳条件为温度为50,pH为4,酶浓度为25ml300ml,时间为30min,在最佳条件
2、白度为提高了6.1%,硬挺度下降了3.1%,毛效提高了1.9%。酶联合处理的最佳条件为温度为60,pH为4,酶浓度为20ml300ml,时间为45min,在最佳条件下白度提高7.2%,硬挺度降低了5.6%,毛效提高了2.7%。关键词:纤维素酶;漆酶;麻织物;硬挺度;毛效 1 引言 随着人们对纺织品性能的要求和环境意识的提高,绿色纺织品这样一个新概念诞生了1。开发和应用对环境无污染对人体无害的新型纺织原料,运用不会带来环境污染的生产工艺成为今后纺织新产品研发的发展趋势。而且作为纺织行业中组成部分的麻纺织业,就使其找到了与生物酶技术的交叉点2。 麻织物以其卫生性能好、抗静电、不易沾污、抑菌、抗紫外
3、线、穿着舒适,并且外观粗犷、色调柔和大方、面料挺括等一系列优良的服用特性。但麻纤维的机械性能主要表现在其强力高伸长性能低而且初始模量较大,导致其手感的硬挺,而且麻织物还表现为易起皱,洗可穿性差,成型能力差导致线条僵硬,无飘逸感,形成的褶皱少而且有刺痒感3。因此,消除它的刺痒感,提高抗折皱性,成了改善纯麻织物服用性能的关键问题。所以以生物酶为主角的煮练前处理的工艺对传统的工艺提出挑战。生物酶是一种能生物降解且不会对环境污染,另外还具有对作用底物的专一性,这些独特的优点使得它可以在麻纺织行业中的得以应用。生物酶的开发和应用满足了绿色生产加工以及可持续发展的要求,生物酶作为绿色生物制剂是促进今后行业
4、发展的重要载体。到目前为止,应用于纺织行业的生物酶主要有漆酶,纤维素酶,蛋白酶和果胶酶等4 。 本文采用的就是两种常用的生物酶:纤维素酶和漆酶对麻织物进行处理。纤维素酶是一种比较重要的酶产品,也是一种复合酶,主要是由外切葡聚糖酶(Cx酶),内切葡聚糖酶(C1酶),-葡萄糖苷酶(简称C)又称纤维二糖水解酶。C1-酶主要作用于不溶性的纤维素表面,使纤维素结晶链裂开、纤维素分子长链的末端部分游离,从而使纤维素长链易于水解。Cx-酶主要包括有两种:内切-1,4葡聚糖酶以及外切-1,4葡聚糖酶,主要作用于经C1-酶催化的纤维素链,将其分解成-1,4糖苷键。而前者是从聚合物高分子内部任意位置切开-1,4键
5、,作用后主要生成纤维二糖、纤维三糖等,后者主要作用于低分子多糖,从不具有还原性的末端游离出葡萄糖。另外-葡萄糖苷酶就是进一步将纤维二糖、纤维三糖和其它低分子糖分解为葡萄糖5;漆酶是在漆树的树液中发现能使“树漆”氧化硬化的酶,后来经人们研究了东南亚产的漆中的酶,命名为漆酶。漆酶(Laccases)是一种能够结合多个铜离子的蛋白质,属于铜蓝氧化酶,漆酶可以在空气中存活,发生反应后的产物只有水,因此漆酶本质上是一种环保型酵素。另外漆酶也是一种氧化还原酶,它能在氧气存在的情况下催化酚或羟基形成苯氧自由基和水,从而引发自由基反应。漆酶具有独特的催化特性使其在生物检测中具有广泛的应用。主要用来对织物进行染
6、色和漂白方面的应用6。 纯麻织物的酶处理是一种绿色整理的过程,这成为了二十一世纪生态纺织品的开发的重要方向,其必将为麻纺织业带来新的发展契机7。2 试验部分2.1 试验材料织物:麻织物 438g/m2药品:纤维素酶(BR,活力1:1000)、漆酶(液体,活力1:10000)、氢氧化钠(分析纯)、磷酸三钠(分析纯)、亚硫酸钠(分析纯)、硅酸钠(分析纯)、30%双氧水(分析纯)、磷酸氢二钠(分析纯)、柠檬酸(分析纯)、乙酸(分析纯)、三水乙酸钠(分析纯)、高锰酸钾(分析纯)、火棉胶、精密pH试纸等2.2 试验仪器表1 试验仪器仪器型号生产厂家电子织物强力机YG(B)026D-259温州大荣纺织标准
7、仪器厂自动织物硬挺度试验仪YG(B)022D数显白度仪SBDY-1上海悦丰仪器仪表有限公司织物折皱弹性仪YG541B宁波纺织仪器厂纤维细度仪BEIONF6 (BEION V2.20系统软件)上海北昂科学仪器有限公司电热鼓风干燥箱101-3型电子天平JY2002恒温水浴锅HH-S显微镜XSP-15型2.3 试验方法 2.3.1 麻织物的煮练将买来的麻织物进行退浆煮练,主要运用碱退浆煮练一浴法。 配置练液(氢氧化钠(分析纯)25g/L、磷酸三钠(分析纯)3g/L、亚硫酸钠(分析纯)2g/L)将麻织物在5060水中润湿将织物投入9095练液中处理一小时取出并用热水(60)洗5分钟(23次)再用冷水充
8、分冲洗放在DHG-9240型电热恒温鼓风干燥箱中烘干(注意烘箱的温度不能太高)。2.3.2 麻织物的漂白处理 对煮练过的麻织物进行漂白处理,主要是运用双氧水漂白工艺。 按处方要求配置漂液(30%双氧水(分析纯)10mL、35%硅酸钠(分析纯)6.7g/L、氢氧化钠(分析纯)调节PH=10.5-11,用氢氧化钠调节pH值到规定范围)取退浆漂练的麻织物浸泡在8595的漂液中45分钟烘干备用。2.3.3麻织物的裁剪和称重将麻织物裁剪成25cm 20cm 称重并记录数据后供后续试验使用。2.3.4麻织物的漆酶和纤维素酶单独预处理 1、漆酶预处理取麻织物放在缓冲溶液处理,由磷酸氢二钠(分析纯)5g/L、
9、柠檬酸(分析纯)6g/L配置,根据浴比计算出缓冲溶液的体积(浴比为1:20),再用磷酸氢二钠和柠檬酸调节pH值在4.24.4之间,处理时间45min,处理温度为55,而漆酶用量为25ml/300ml。处理后将温度加到100保持5min将酶进行灭活处理,充分清洗并烘干,空气中平衡后称重。对比麻织物白度和失重率。 2、麻织物的纤维素酶预处理取麻织物放在缓冲溶液处理,由乙酸(分析纯)1.7mL、三水乙酸钠(分析纯)23.94g配置,根据浴比计算缓冲溶液的体积(浴比为1:20),再用乙酸和三水乙酸钠调节pH值在5.0左右,处理时间60min,处理温度为50,纤维素酶用量为3g/L。处理后将温度加到10
10、0保持5min为了将酶进行灭活处理,充分清洗并烘干,空气中平衡后称重。对比麻织物白度和失重率。2.3.5正交试验以及联合处理 1、纤维素酶的正交试验 通过预试验测出的数据运用正交试验的设计方法,试验因素为纤维素酶处理的温度、酶的浓度、pH值、处理时间每个因素取三水平,如表2、表3所示,浴比为1:20。表2 纤维素酶处理因素水平表水平温度()pH值酶浓度(g/L)处理时间(min)140323025043603605490 表3 纤维素酶处理正交试验表试验号温度()pH值 酶浓度 (g/L)处理时间(min)14032302404360340549045044305505260650339076
11、053待添加的隐藏文字内容13086034609604290处理过后对织物进行称重并记录。 2、漆酶的正交试验 在预备试验的基础上,对麻织物的漆酶处理正交设计试验方案,影响因素有酶处理的温度、酶的浓度、pH值、处理时间等,每个因素取三水平,构成四因素三水平试验,如表4、表5所示,浴比为1:20。 表4 漆酶处理因素水平表水平温度()pH值酶浓度(ml/300ml)处理时间(min)140320302504254536053060根据四因素三水平表可以得出正交试验表,如下:表5 漆酶处理正交试验表试验号温度()pH值酶浓度(ml/300ml)处理时间(min)140320302404254534
12、053060450430605505203065032545760525458603306096042030注意:计算酶用量的时候要注意浴比。3、 纤维素酶和漆酶联合处理在联合处理时先做用漆酶的正交试验处理织物,做好后取出大约25cm30cm的一部分来进行硬挺度,毛效,褶皱回复角测试,断裂强力的测试就可以了(其中的一部分做完硬挺度还可以做毛效,只要能够满足断裂强力和褶皱回复角测试就可以)。剩余的部分再用纤维素酶也运用正交试验对其进行联合处理,将经过联合处理过的麻织物进行白度,毛效,硬挺度,失重率,折皱回复性等项目的测试。2.3.6酶处理后麻织物失重率测定麻织物经过退浆煮练及酶处理的正交试验后,
13、测试漆酶和纤维素酶预处理过后织物,主要测试的是纤维素酶的失重。试验仪器为JY2002电子天平。注意记录处理前后的重量数据并进行计算。2.3.7酶处理后麻织物白度测定 试验材料是未处理和酶处理的麻织物。参照GB/T9338-2008,在SBDY-1数显白度仪上测定。将漆酶预处理过后漂白和未经其预处理漂白的织物放在测试仪器上进行测定,读取白度值,并记录数据。2.3.8酶处理后织麻物断裂强力测定在本试验中测定织物断裂强力使用的方法为拆纱条样法,参照GB/T 3923.1-1997标准方法,每种样品经向测3次并取平均值,在YG(B)026D-259型电子织物强力机(温州大荣纺织标准仪器厂)上测试。将仪
14、器上夹持的长度改为10cm,将式样夹持在上下夹头处,注意断裂的位置,测试经过退浆煮练及酶处理的麻织物,并记录数据。2.3.9酶处理后麻织物毛效的测定 试验材料是经过退浆煮练的麻织物,和经过酶处理过后织物。用0.5%的高锰酸钾溶液测试。将织物剪成25200mm的条状,在一端画一条水平线,将布条划线的部分浸在盛有0.5%的高锰酸钾的溶液中,上端悬挂起来,注意不能贴近烧杯壁,处理30min,取出,用尺子量取高锰酸钾溶液在织物内上升的高度,并记录。2.3.10 酶处理后麻织物折皱回复角测定 试验材料是经过退浆煮练及酶处理过后织物,按照GB3819-1997标准在YG541B型织物折皱弹性仪上测试,每种
15、样品测5经5纬并取平均值,折皱回复角(WRA)为织物经向和纬向的折皱回复角之和。校对机器中的显示数据,使仪器能正常工作。然后将剪成凸形(4040mm)的织物放在夹持器上,放下重锤时间定为3min,取下过15s用仪器上的量角器测量急弹性回复角,过3min后测量缓弹性回复角,并记录数据。2.3.11 酶处理后麻织物硬挺度测定试验材料是经过退浆煮练漂白的麻织物以及经过酶处理过后织物。参照GB/T 7690.4-2001。YG(B)022D型自动织物硬挺度试验仪上测试,计算出测试织物平方米克重数,输入数据,将麻织物放在试验台上,调节测试角度(43),得出相应的数据,并记录。2.3.12 酶处理后的显微
16、结构观察试验材料是未经任何处理的麻织物,经过退浆煮练漂白的麻织物以及经过酶漆酶和纤维素酶预处理过后织物。试验仪器是BEIONF6纤维细度仪( BEION V2.20系统软件)在麻织物中取一根纱线,在从纱线中拉出成根的单纤维,放在调试好的细度仪上观察,注意拍照时要调整好纤维的清晰度,并保存照片。3 结果与讨论在此列出未处理的麻织物的各项性能参数和经过煮练漂后的织物的各项性能参数,以便于进行对比处理的性能参数。纤维素酶处理织物失重率的计算方法:未处理的麻织物的白度为37.5,煮练漂后的麻织物的白度为55.1。未处理的麻织物的断裂强力为1069.5N,煮练漂后的断裂强力为711.8N。未处理的麻织物
17、的毛效为0.06cm。煮练漂后的毛效为1.27cm。未经过处理的麻织物的弹性回复角为152。经过煮练漂后的弹性回复角为149。未处理的麻织物的抗弯刚度为2938。煮练漂后麻织物的抗弯刚度为761.8。3.1纤维素酶处理后麻织物性能3.1.1 纤维素酶处理后麻织物的各项性能指标表6 纤维素酶处理正交试验结果试验号测试指标失重率/%白度断裂强力/N毛效/cm折皱回复角抗弯刚度12.7456.8689.00.57189867.322.6452.7721.00.77187814.832.3054.3674.02.20183830.840.6352.8733.01.63176520.051.4950.6
18、738.01.27143739.360.7245.4655.01.07128879.070.2654.4709.02.07146890.582.7152.4631.01.23140698.294.9251.2620.00.93144666.03.1.2纤维素酶处理后的极差分析表7 纤维素酶处理正交试验极差分析失重率温度A/pHB酶浓度C/g/L时间D/mink17.683.633.648.19k22.846.845.646.17k37.897.949.154.05极差5.054.315.514.14白度k154.654.750.852.2k249.651.953.251.5k352.750.3
19、52.953.1极差5.04.42.41.6断裂强力k1694.7710.3695.0691.3k2708.7696.7679.3658.3k3653.3649.7682.3681.0 极差55.460.615.733.0毛效k13.544.273.913.33k23.973.275.062.87k34.234.202.775.54极差0.691.002.292.67折皱回复角k1254233205228k2199211226205k3193202215213极差61312123硬挺度k1837.6759.3861.4667.0k2712.8750.8683.0814.8k3751.6792.
20、0757.5756.2极差124.841.2178.4147.8 从极差值的分析可知,纤维素酶处理对失重率影响的因素按极差值由大到小的排列为酶浓度(C)温度(A)pH值(B)时间(D)。纤维素酶处理对白度影响的因素按极差由大到小的排列为温度(A)pH值(B)酶浓度(C) 时间(D)。纤维素酶处理对断裂强力影响的因素按极差由大到小的排列为pH值(B)温度(A)时间(D)酶浓度(C) 。纤维素酶对毛效的影响因素按极差由大到小的排列为酶浓度(C) 时间(D)pH值(B)温度(A)。纤维素酶对折皱回复性影响的因素按极差由大到小的排列为温度(A)pH值(C)时间(D)酶浓度(B)。纤维素酶对硬挺度影响因
21、素按极差由大到小的排列为酶浓度(C) 时间(D)温度(A)pH值(B)。 通过比较经过煮练漂后的织物的白度与纤维素酶处理处理后的织物白度可以看出酶处理后的麻织物的白度较之未处理都有一定程度上的下降。而纤维素酶单独处理后的织物的断裂强力有一定程度上的下降。另外纤维素酶单独处理后的织物的毛效有一定程度的提高。纤维素酶单独处理后的织物的折皱回复性都一定程度的提高。经过纤维素酶处理后的织物的硬挺度有一定程度上的降低。纤维素酶处理麻纤维的反应,实质是纤维素的水解反应。在纤维素酶的催化及水解作用下,纤维素的大分子链的一14苷键断裂,产生了较小的分子链。当聚合度降低到一定的程度时,纤维便会溶于水中,形成纤维
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