复合酶降低苎麻机织物刺痒感工艺研究

罗凤香，刘海燕 ，周衡书，曾照婕，李新纲

（1.湖南工程学院 纺织服装学院，湘潭 411104；2.湖南工程学院 湖南省新型纤维面料及加工工程技术研究中心，湘潭 411104）

苎麻别称“中国草”，我国苎麻资源丰富、产品远销海外，广受欢迎，销量居世界榜首［1］.苎麻纺织品因具轻便、挺括、凉爽、透气、抗菌、风格自然等多种独特性质，在服装、家纺、产业用纺织品中应用广泛［2］.

但苎麻的纤维粗硬，抱合力差，纱线结构较松散，毛羽较多，制成的面料贴身穿着时会引起刺痒感，导致苎麻产品附加值不高、流行范围不广.

影响苎麻纺织品刺痒感的因素比较复杂，包括纤维性状、毛羽、纱线和面料组织结构等［3，4］.目前，解决苎麻产品刺痒感的主要思路包括：减少表面毛羽数量、降低毛羽长度、柔软纤维、降低毛羽刚度、钝化毛羽头端及增加纤维表面的光滑性［5］.例如，水洗和砂洗［6，7］、烧毛、剪毛或毛羽倒伏法、柔软剂法［8，9］及碱、液氨、N-甲基吗啉等化学试剂处理［10］，但这些方法还存在不足：水洗、砂洗或剪毛、烧毛之后织物的毛羽会增加或变粗；化学处理后织物手感粗糙；柔软剂处理后透气性降低.而纤维素酶能水解苎麻纤维素、降低刺痒感，并且生物酶制剂具有高效、专一、清洁和环保的特性，因此酶处理是目前主要的发展方向之一.高锡光［11］的研究表明，纤维素酶可降低苎麻针织物的刺痒感，其最适条件为：纤维素酶用量 3%（owf），pH 值 5、浴比 1∶20、温度45 ℃、时间45 min.有研究表明，使用纤维素酶处理夏布和丝光苎麻机织物后，其强力明显下降［12，13］，纯苎麻织物降强率甚至可以达到三分之二以上［14］.因此为了降低苎麻产品的刺痒感，同时减少过度损伤，需要严格控制工艺条件.单一的纤维素酶降低刺痒感的效果难以完全满足实际需要，但含不同复合酶处理的退浆的斜纹苎麻织物的机械性能和弹性差异较大［15］.

为了开发高效的、可降低苎麻刺痒感的复合酶技术，并提高苎麻产品的舒适性，本文以中等纱支制备的苎麻机织坯布为原料，以刺痒感程度和强力损失率为主要参考指标，研究了纤维素酶和果胶酶单独处理对该苎麻机织物的刺痒感和力学性能的影响，比较了两种酶复合的作用效果，并优选出高效的复合酶配方.最后使用优选的复合酶处理几种不同成分和结构的苎麻机织坯布，验证其可行性.

1 实验部分

1.1 实验材料

纤维素酶和果胶酶由山东隆科特酶制剂有限公司提供，化料均为国产分析纯.苎麻机织坯布购自湖南华升洞庭麻业有限公司和株洲雪松有限公司，主要规格如表1 所示.

表1 实验原料的规格

1.2 纤维素酶处理效果

以规格为50 cm×60 cm 的纯苎麻机织坯布作为试样，称重后放入2 L 大烧杯中，并置于55 ℃恒温水浴锅，按照1∶30（w/w）加入0.1 mol/L 的Briton-Robinsin 缓冲液（pH 5.0），预热并充分润湿.然后，分别加入坯布质量1.0%、1.25%、1.5%、1.75%、2.0%和2.5%的纤维素酶，在55 ℃恒温水浴锅中保温并不断搅拌（搅拌杆转速为500 r/min），50 min 后，取出放入 1∶30 的100 ℃水洗2 遍，每次 2 min，用镊子将试样取出，放入105 ℃烘箱展平烘干，然后分别测试处理前后试样的刺痒感、断裂强力，恒重后测定试样的单位面积质量.

1.3 果胶酶处理效果

实验方法同1.2，加入不同用量（1.0%、1.25%、1.5%、1.75%、2.0%和2.5%）的果胶酶，浴液pH 值为5.0，温度55 ℃，处理时间50 min.

1.4 纤维素酶与果胶酶复合处理效果

实验方法同1.2，同时加入不同用量的纤维素酶和果胶酶，浴液pH 值为5.0，温度55 ℃，处理时间50 min.

1.5 苎麻机织物性能测试

1.5.1 苎麻机织物力学性能实验

参考GB/T 6529-2008《纺织品调湿和试验用标准大气》对试样进行调湿，参考GB/T 3923.1-2013《纺织品织物拉伸性能》第1 部分：断裂强力和断裂伸长率的测定（条样法），采用HD026N 型电子织物强力仪测试试样的经向和纬向断裂强力，实验参数如下，试验温度：20±2 ℃；试验湿度：65±2%RH；预张力：2 N；试验速度：100 mm/min；夹持长度：200 mm；取样宽度：50 mm.每个样品经向和纬向各测量5次取平均值.断裂强力损失率的计算见式（1）.

1.5.2 苎麻机织物刺痒感测试

参考标准FZ/T30004-2009 苎麻织物刺痒感测定方法，采用YM-06Z 程式化刺痒感分析测定仪进行测试：苎麻试样裁剪成7.5 cm×30 cm，以正反面各五块试样压缩功的平均值作为评价刺痒感的指标，压缩比功越大，表明试样越刺痒.试样刺痒感降低率按式（2）计算.

1.5.3 苎麻机织物单位面积质量

参考标准GB/T4669-2008《纺织品机织物单位长度质量和单位面积质量的测定》，用圆盘取样器在试样上中下方各取五块100 cm2的试样，将裁剪好的试样放入烘箱中烘至恒重，然后称重并按照式（3）计算试样的减重率.

2 结果与讨论

2.1 纤维素酶处理效果

在实验条件下，不同用量的纤维素酶对苎麻机织物的刺痒感、断裂强力和单位面积质量的影响如表2 所示.

表2 纤维素酶处理对苎麻机织物性能的影响

从表2 可以看出，在其他条件一定时，纤维素酶用量对苎麻机织物刺痒感（以压缩比功表示）的影响呈非线性相关，酶用量低于1.5%时，酶用量增大，压缩比功降低，苎麻机织物刺痒感降低，但酶用量再增大，压缩比功略有增加.这是由于刺痒感分析测定仪是通过测定毛羽被压缩部分的压缩功和压缩比功、主体毛羽压缩硬度、表面毛羽长度等指标来衡量刺痒感，所测得刺痒感结果与实际穿着时的感受不完全吻合，故通过10 人专家组进行主观测试以校正.因为酶用量越大，对纤维素的破坏越强，许多粗硬的毛羽被酶水解后转变成细小的毛羽仍然能够被仪器检测到，部分原本在苎麻机织物内部的毛羽也暴露于表面被检测到，因此，毛羽的数量变多，且细度变细，总的压缩比功略有增加，但由于毛羽细小而柔软，在测试过程中，低于产生刺痒感的力学阈值，故主观测试时感觉并不刺痒.综上所述，纤维素酶用量越大，苎麻机织物越不刺痒.

表2 也表明，纤维素酶用量增大导致苎麻机织物的面密度单位面积质量损失增大、经纬向断裂强力的损失增大.与文献［15］报道的纤维素酶法能够降低苎麻刺痒感，但会破坏苎麻纤维素、降低其强度的结果一致，以纤维素酶用量为自变量，分别以苎麻机织物经向断裂强力和纬向断裂强力为因变量进行线性拟合，得到苎麻机织物的断裂强力大小和酶用量之间的关系分别为y = 527.59286 - 45.92571x，R2=0.95236和y=538.43571-62.29143x，R2=0.96176.因此，为了保证酶处理后对苎麻机织物的断裂强力损失不超过20%，纤维素酶用量不宜超过2.0%.

2.2 果胶酶处理效果

由于苎麻纤维中的果胶组分与纤维素、半纤维素紧密结合，苎麻纤维间残留的胶质可能阻碍毛羽的相互滑移，进而对刺痒感产生一定的影响［16］，果胶酶能够水解苎麻中的胶质，故研究了果胶酶处理对苎麻机织物刺痒感的效果.不同用量的纤维素酶对苎麻机织物刺痒感、断裂强力和单位面积质量的影响如表3 所示.

表3 纤维素酶处理对苎麻机织物性能的影响

表3 结果表明果胶酶对苎麻坯布的影响与纤维素酶类似，但效果不如纤维素酶.果胶酶用量低于1.5%时，随着酶用量的增大，坯布刺痒感（以压缩比功表示）降低，超过1.5%后，刺痒感略有增加，但主观测试法则表明，随着果胶酶用量的增大，刺痒感明显降低.此外，使用果胶酶处理会降低苎麻机织物单位面积质量和经纬向断裂强力.以果胶酶用量为自变量，分别以苎麻机织物经向断裂强力和纬向断裂强力为因变量进行线性拟合，得到苎麻机织物强力大小和酶用量呈线性相关，其线性方程分别为y=538.75355-37.2538x，R2=0.96335 和 y=545.68986 - 62.61475x，R2= 0.93844.

综上所述，为了保证果胶酶处理后苎麻机织物刺痒感降低又不过度损伤织物性能，果胶酶的用量不宜超过苎麻机织物质量的2.5%.

2.3 纤维素酶与果胶酶复合处理效果

根据前期实验结果可知，纤维素酶和果胶酶均能降低刺痒感，故探究了两种酶复合处理对苎麻机织物的刺痒感、断裂强力和单位面积质量的影响，结果如表4 所示.

表4 结果表明复合酶处理能使苎麻机织物的刺痒感降低37.7%～51.2%.随着两种酶用量增大，苎麻机织物减重率大幅上升.综合考虑刺痒感、断裂强力和减重率等性能指标以及成本因素，在纤维素酶用量为1.5%，果胶酶用量为1.75%时，对降低刺痒感的效果最好，成本较低，此时经纬向断裂强力损失率分别为14.3%和19.0%，苎麻机织物的减重率为12.2%.

2.4 复合酶对不同苎麻纺织品处理效果

由于刺痒感和酶的作用效果受纤维组成、性状、纱线和织物结构的影响较大，故用优选的复合酶工艺（1.75%果胶酶，1.5%纤维素酶；浴比1∶30；水浴温度55℃；处理时间50 min）处理不同来源、不同组织结构以及混纺的苎麻机织物，以研究该复合酶工艺的普适性，实验结果如表5 所示.

表5 复合酶处理对不同苎麻机织物性能的影响

表5 结果表明，对不同来源、不同编织结构的纯苎麻或苎麻棉混纺机织物，该复合酶工艺均可大幅度降低其刺痒感，降低范围为32.57%～57.53%.而且苎麻机织物的减重率低于23.6%，经纬向断裂强力损失率也低于20.32%，对苎麻机织物本身结构和强度的破坏较小，在可接受范围内.说明该复合酶工艺能够适应于多种苎麻机织物，适应范围广.

3 结论

本文分别研究了纤维素酶、果胶酶以及纤维素酶/果胶酶复合酶技术对苎麻机织物刺痒感的影响.结果表明：

（1）在pH 值为5.0，温度为55℃，处理50 min 条件下，1.25%的纤维素酶或果胶酶可使苎麻机织物的刺痒感降低30%以上，但纤维素酶超过2.0%或果胶酶超过2.5%则苎麻机织物减重率较大，断裂强力的损失也较大.

（2）1.75%果胶酶和1.5%纤维素酶复合工艺可使多种不同组成和结构的苎麻机织物的刺痒感降低32.57%～57.53%，而且坯布减重率和经纬向断裂强力损失均低于23.6%.

以生物酶处理苎麻纺织品时，其刺痒感的降低是以试样本身结构的破坏和强力的降低为代价的.为了达到生物酶技术有效降低苎麻刺痒感，且减少对苎麻本身结构的破坏，必须确保酶作用程度适当、条件可控.由于影响纺织品刺痒感最主要的因素是其表面的毛羽，故探究生物酶处理工艺时，必须保证酶制剂仅作用于纤维或面料表面的毛羽，避免内部的毛羽暴露出来，避免破坏内部结构.由于酶的种类、用量和作用条件对苎麻的结构、苎麻刺痒感和力学性能的影响较大，因此，以生物酶法降低苎麻刺痒感的技术中，在酶作用的机理和调控方面还值得更深入的研究.