环保助剂酶在纺织行业中的应用

2020-02-16杨树梅陈声才张贵英

山东化工 2020年15期

李伟，周利，杨树梅，邓勇，陈声才，周维，张贵英*

(1.贵阳宝蓝环保科技有限公司，贵州贵阳 550002；2.贵州省化工研究院，贵州贵阳 550002)

酶已是纺织行业重要的助剂，扮演着重要的角色。近年来，随着新产品的推出，酶的应用范围不断扩大。随着人们对环境问题的不断强调，更是使得酶的应用范围不断的扩大。酶是具有可生物降解性，在温和条件下工作，节约了大量的能源。酶具有很强的特异性催化作用，使用量小，包装耗费少，运输成本低。酶是由植物、动物和微生物的活细胞产生的长链氨基酸组成的大蛋白质分子，例如细菌和真菌。酶通过改变反应的活化能来加速特定的化学反应。它们通过形成中间酶-反应底物复合物来实现这一目的。酶本身具有惊人的催化能力。一个典型的用于纺织工业的酶的突出例子是过氧化氢酶。一分子过氧化氢酶能在1min内将5×106个分子的过氧化氢转化为水和氧[1-4]。下面将一一介绍不同酶在纺织加工过程中的应用。

1 酶在纺织工业中的应用

酶在纺织工业中的应用是因为它们可以替代很多环境不友好的化学物质，同时又具有快速的反应能力，反应的专一性，反应条件温和，安全可靠，易于控制和生物降解。下面分别对纺织工业中几种常用的酶展开介绍。

1.1 纤维素酶

纤维素酶的兴起最初与牛仔裤的褪色工艺有关。这类酶作用于棉纱，有助于从纱线表面去除靛蓝染料。细胞乌拉酶使纱线表面的纤维断裂，从而使靛蓝层松脱。然后通过机械磨损更容易去除染料。商业纤维素酶是内葡聚糖酶、纤维二水解酶和纤维二糖酶的混合物。内切葡聚糖酶随机攻击纤维素并水解内部糖苷键，而纤维二糖水解酶则从纤维素酶链两端去除末端纤维二糖残基。纤维二糖酶水解小纤维二糖为葡萄糖。这一原理使得纤维素酶可以用来修饰纤维素纤维和织物表面，以达到预期的手部或表面效果。纤维素酶的使用有效减轻了废水处理的难度。它还具有减少织物洗涤次数，节约用水的作用[5-7]。

1.2 果胶酶

纺织厂的生产包括一系列将纤维转化为织物的过程。灰色织物或纱线通过不同的湿处理步骤(如退浆、煮练和漂白)转化为完全可湿、可漂和可染的形式。精练时需要使用高浓度的氢氧化钠和高温，以保证杂质的有效去除，使织物表面易于染色。果胶酶的使用可替代传统的碱洗。通常果胶酶和纤维素酶被用来精练棉纤维。精练的主要目标是富含蜡的角质层，是导致织物不能充分润湿的主要因素。其原理是去除果胶，果胶起到将蜡与纤维粘合的作用，通过去除果胶后，可以通过乳液过滤有效地去除蜡等杂质[8-10]。

1.3 漆酶

牛仔布经漂白后形成各种色调。通常，次氯酸钠或漂白粉用于牛仔服装的漂白。通过控制漂白过程，可以产生不同的水洗效果，如冰洗和巴塔洗。该工艺的主要缺点是使用了不环保的氯基漂白剂，同时也增加了工作环境的危险性。漆酶是一种能够使靛蓝脱色的酶。在牛仔布的处理和整理中具有重要的作用。其作用过程是酶和介质相互结合作用的结果，单靠酶并不能分解靛蓝，然而，在水介质的存在下，酶被氧化，转化为自由基，这些自由基进攻靛蓝分子并将其转化为氧化产物。这种酶体系可替代氯基漂白剂的使用，与次氯酸盐相比，酶体系可在很大程度上对工艺进行控制[11-13]。

1.4 过氧化氢酶

在纺织工业中，使用过氧化物漂白，因为它比氯漂白毒性小。如果纱线或织物上残留任何漂白剂，则会导致染色不均匀。在正常的漂白过程中，传统的还原剂如亚硫酸氢钠被用来中和残留的过氧化氢。大多数还原剂需要高温才能有效地与过氧化氢反应，从而增加能耗。过氧化氢酶是中和残留漂白剂的一种有吸引力的替代物。它不经清洗就能去除过氧化氢。过氧化氢酶在冷水中起作用，因而节省了能源。一般情况下，每公斤织物需要30～40 L的水进行漂洗，以去除多余的还原剂。过氧化氢酶处理后，完全不需要漂洗，从而节省了大量的水。过氧化氢分解成水和氧气，不会增加污染负荷。使用还原剂时，废水中不存在硫酸盐或氮盐。因此，过氧化氢酶的使用不仅节约了水、时间和能源，而且在一定程度上减少了污染负荷[14-15]。

1.5 蛋白酶

蛋白酶催化蛋白质分子中某些肽键的水解反应。在纺织工业中，蛋白酶被用来去除生丝中的丝胶层，以达到改善光泽和柔软度的目的。蛋白酶处理后可以改变羊毛和丝绸纤维的表面性能，提供新的，甚至是独特的整理性能。蚕丝的丝素细丝与蛋白质丝胶自然粘合在一起。从生丝中去除丝胶被称为脱胶。传统的脱胶方法，如肥皂脱胶和碱脱胶，消耗大量的能量和苛性的化学物质，如苏打灰、马赛香皂等。酶脱胶是利用一种不攻击丝素的特殊蛋白酶对丝胶进行水解降解。由于酶法脱胶可以采用较温和的机械处理方法，因此成品丝比皂法脱胶更光滑。酶处理显著提高了蚕丝对活性染料的亲和力，大大降低了对环境的负荷[16-18]。