饰品之家讯：1.前言

用纤维素酶来处理棉麻织物，使织物表面均匀、光洁、富有光泽，织物柔软滑爽，而且不会引起环境污染，不会损伤皮肤，废水容易生物降解，因而越来越受到染整行业的重视。

本论文通过对棉麻纤维的性能分析，运用纤维素酶生物减量整理的原理，讨论其生物减量的因素，并结合染整加工特点，初步比较了浸渍法和机械法对减量效果的影响。

2.原理

据目前研究，纤维素主要包括三类性质不同的酶。

2.1.Ｃ1酶

Ｃ1酶是纤维素酶系中的重要部分，它水解作用于纤维素的结晶部分，主要产物是纤维素二糖。

2.2.Ｃｘ

Ｃｘ酶又分为外切β-1，４－葡聚糖酶和内切β-1－４葡聚糖酶。Ｃｘ酶作用于纤维素的无定形区。

2.3.β－葡萄糖甙酶

β－葡萄糖甙酶水解纤维素二糖和短链生成葡萄糖。

纤维素酶使纤维素转化成葡萄糖过程至今不太清楚，对于酶系的作用方式，许多学者也有不同看法。Ｒｅｅｓｅ［1，２］提出Ｃ1－Ｃｘ假说，认为Ｃ1酶首先作用于结晶纤维素，使其可改变成可被Ｃｘ酶作用的形式；Ｃｘ随机水解非结晶纤维素，可溶性纤维素衍生物，β－葡萄糖甙酶将纤维素二糖、三糖水解成葡萄糖，但是Ｒｅｅｓｅ等提出Ｃ1，Ｃｘ分阶段水解纤维素的假想在以后的实验中并未得以证实。Ｗｏｏｄ和中国科学院微生物研究所纤维素酶组报道［３，４］，若把以上多组份酶系分离开，它们各自就失去活性，若把分离的组分再按比例混合则可恢复活性，所以纤维素酶依靠几个组份相互协同作用，完成对纤维素底物的作用。纤维素酶的多组份在纤维素降解过程中各组份的协同作用，已经得到实验的证实。Ｎｉｓｉｚａｗａ等人认为Ｃｘ先作用于纤维素，产生聚合度较低的碎片，Ｃ1酶以这些碎片末端开始将其水解成可溶性糖。从这个意义而言，认为ＲｅｅｓｅＣ假设的1－Ｃｘ的作用应该颠倒过来。

3.实验内容

3.1.试验材料

纯棉细布(厂方提供，煮炼漂

白).２０ｓ×２０ｓ.６０×６０

纯苎麻坯布(厂方提供，原坯).２1ｓ×２1ｓ.５８×５８

棉麻混纺布(厂方提供，煮炼漂白).２1ｓ×２1ｓ.５８×５８

3.2.试验仪器

风格仪（ＫＥＳ－ＦＢ），强力测定仪（ＹＧ０２６）悬垂仪（ＹＧ８11），白云泉洗衣机，７２型分光光度计。

3.3.试验药品

纤维素酶液——纤维素酶Ｌ，结晶醋酸钠(分析纯)，醋酸(分析纯)等。

3.4.实验方法和步骤

3.4.1.纤维素酶活力测定方法和步骤：按滤纸糖纤维素酶活力测定方法进行［５］［６］。

3.4.2.生物整理方法

浸渍法：将配制酶液在烧杯中恒温，放入退浆洗净的坯布均匀浸润，作用一定时间后，取出煮沸终止酶促反应，水洗晾干，备用。

机械法：将酶液置于洗衣机中恒温，放入织物，开启洗衣机，作用一定时间后，取出煮沸终止酶促反应，水洗晾干，备用。

3.5.织物性能测试

3.5.1.减量率测试

将试样放入恒温烘箱，于1０５℃下恒重，干燥器中冷却，称重，计算其减量率。

减量率＝（处理前布重－处理后布重）/处理前布重×1００％

3.5.2.强力测试

在ＹＧ０２６ 强力试验仪上进行。

3.5.3.悬垂性测试

在ＹＧ８11悬垂仪上进行。

3.5.4.压缩率测定

在ＫＥＳ－ＦＢ风格仪上进行

Ｔｏ：表观厚度，即织物受０.５９ｇ／ｃｍ２压力时厚度（ｍｍ）

Ｔｍ：稳定厚度，即织物受５０ｇ／ｃｍ２压力时厚度（ｍｍ）

压缩率ＥＭＣ＝（Ｔｏ－Ｔｍ）/Ｔｏ×1００％

4.实验结果和讨论

4.1.纤维素酶最佳ｐＨ值和最佳作用温度

纤维素酶能否有效地对纤维素β－1，４－甙链的水解起催化作用，关键在于活力，活力大小首先与纤维素酶菌种有直接关系。另外，影响其活力的主要因素有温度、ｐＨ值和某些被称为激活剂和抑制剂的化学物质。

本文所用的纤维素酶为酸性纤维素酶，其最佳ｐ

Ｈ值大约在４.６～４.８，该酶不耐强酸、强碱，当ｐＨ值为2时，此酶相对活力只有～４３％，而强碱（ｐＨ＝1２）时，相对活力降低到66%。由此可见，在最佳ｐＨ值时（４.６～４.８）该酶发挥最大效用。随着温度升高，酶的相对活力提高，到５０℃，相对活力达1００％，再升高温度，酶的活力相对减小，７０℃时酶严重失活，相对活力只剩下1４％。由上述数据可以看出，温度升高对酶产生两种相反的影响，一方面酶催化反应的速度加大，另一方面也加速了酶的活性丧失，当它条件一定时，酶反应可有一个最适温度，即５０℃，上述两种倾向维持平衡，酶活性最大。

4.2.纤维素酶用量对生物整理减量率的影响

图1、图2分别表示纤维素酶用量对苎麻织物、纯棉织物的减量率和影响。以机械法为例，当ｏ.ｗ.ｆ从1％增加到５％时，苎麻织物的减量率由1.９％逐渐增加到３.９％，纯棉织物的减量率由1.０％逐渐增加到1.７％，纯棉织物的减量率增加幅度小，相同的用量，苎麻织物的减量率大于纯棉织物。若继续增加用量，苎麻织物的纤维素酶用量与减量率的关系曲线，有继续上升之势，而纯棉织物的相应曲线却十分平坦，随用量的增加，减量率几乎不再提高。由此可见，生物整理剂用量应随织物纤维种类的不同而变化。苎麻织物对纤维素酶的作用较为灵敏，这是因为苎麻纤维的纵向表面有裂纹，横向有开裂和不开裂的横节和麻结，在生物整理时，易受纤维素酶的侵入，因而不仅在纤维表面，而且与纤维的纵横向的裂纹，横节和麻结中，纤维素大分子键的β－1，４－甙链断裂，失重较多。

图1、图2比较了用机械法和浸渍法来生物整理苎麻织物、棉织物的减量率，由图可知，不管是苎麻还是棉，在相同用量时，机械法的减量率大于浸渍法的减量率。

4.3.作用时间对生物减量率的影响

作用时间也是影响纤维素酶生物减量率的因素之一。图3、图4表示苎麻、纯棉织物的作用时间与减量率关系。由图可知，随着时间的增加，苎麻、纯棉织物

的减量率增加。同类织物，时间相同，用机械法生物整理的减量率大于浸渍法的减量率。四条作用时间与减量关系曲线呈折曲状，用浸渍法整理的苎麻和纯棉织物，转折点相应时间为６０’，５０’，用机械法处理的转折点相应时间４０’，５０’。时间小于转折时间，直线斜率较高，表示随时间增加，减量率增加较多。在转折时间以上，直线斜率小，减量率随时间的增加较小。时间过短，生物减量作用不充分，减量小，茸毛去除不净，布面不够光洁，织物的手感较硬。所以时间一般不低于３０’。但是，时间也不是越长越好，就棉来讲，６０’以后，纯棉减量率不明显。就苎麻来讲，因苎麻对纤维素酶较灵敏，时间过长，减量增加，使纤维强降大，织物受损严重，故一般也不超过６０’。

4.4.浴比大小对生物整理减量率的影响

表1列举了浴比对苎麻织物减量率的影响。

表1. 浴比对苎麻织物减量率影响

方法

指标

浴比

1∶1０

1∶1５

1∶３０

1∶５０

浸渍法

减量率(%)

1.５

1.３

1.1

０.３

机械法

减量率(%)

４.５

４.０

３.２

２.２

注；试验条件：ｐＨ4.6～４.８，５０℃，ｏｗｆ４％，1ｈｒ。

由表1可知，随着浴比的增大，减量率下降。当纤维素酶用量相同时，浴比小，相当于提高生物整理剂的浓度，织物的减量较多；当浴比增大时，相当于降低了生物整理剂浓度，织物减量相应减小，茸毛不易除尽，布面不够光洁，手感也较差。在酶用量和时间正常的情况下，浴比一般选择(1∶２０～1∶３０）。

4.5.外观和内在质量的评定

4.5.1.外观

经过纤维素酶整理过的苎麻、纯棉和棉麻混纺织物表面光洁而有光泽，布面纹路清晰。织物手感柔软，其柔软和舒适效果是耐久性的，是一般柔软剂所不能及的。由于纤维素酶整理过的织物具有以上特点，所以纤维素酶整理也称为生物抛光。

4.5.2.内在质量

ａ.悬垂性

表2表示在纯棉、棉麻混纺织物的悬垂系数。

表2. 纯棉、棉麻混纺织物悬垂系数值

织物

悬垂系数(%)

经过前处理

生物整理后

比较

纯棉

６1.1

５４.４

提高11％

棉麻混纺

６９.４

６５.５

提高６％

注；试验条件ｐＨ４.６～４.８，５０℃～５５℃，ｏｗｆ７％，1∶３０，３０‘

从表2纯棉、棉麻、混纺织物悬垂性数值可知，同一试验条件下，生物整理后纯棉、

棉麻混纺织物的悬垂系数均比生物整理前低。悬垂系数越小，则织物柔软性越好，生物整理后以上织物悬垂性提高６～11％。

ｂ.压缩性

表3列举了纯棉、苎麻、棉麻混纺织物的表观厚度、稳定厚度和压缩率数值。

表3. 纯棉、苎麻、棉麻纺织物压缩性数值

织物

指标

表观厚度

稳定厚度

压缩率

纯棉

整理前

０.５７５

０.３８８

３２.５

整理后

０.６７０

０.４1５

３８.1

纯棉

整理前

０.５００

０.３1０

３７

整理后

０.６４０

０.３６０

４４

纯棉

整理前

０.５５０

０.３４５

３７

<理后

０.５９０

０.３４０

４３

注；ｐＨ４.６～４.８，５０℃，1∶３０，５０?，ｏｗｆ（４～５％）

由表3可知，用纤维素酶整理的上述织物表观厚度、稳定厚度数值均比整理前高，压缩率也提高。压缩率越大，说明织物蓬松，膨化好。尽管生物整理具有表面抛光作用，使织物表面的茸毛除去，布面光洁，但是这种多组份酶系不仅使织物表面蓬松，而且使纤维和织物膨化，所以从总的效果看来，纤维素酶整理后压缩率提高了。

ｃ.织物拉伸断裂强度

图７、图８分别表示苎麻、纯棉织物酶用量与强降之间的关系。从图1和图5、6可知，随酶用量的增大，纤维素的水解反应速度越快，苎麻、纯棉织物的失重越多，强降越大。酶用量相同时，苎麻织物的强降大于纯棉织物的强降。这是因为苎麻纤维纵横向有裂纹、麻结和横节容易受到纤维素酶的侵蚀，水解剧烈，形成更多更深缺陷，在外力作用下容易破坏。就苎麻的浸渍法，酶用量增大，减量率增加，而强降陡然上升，几乎与机械法强降相仿，但此时，织物表面茸毛除去有限，表面粗糙，手感较硬。机械法生物整理，随酶用量增加，减量率上升很快，强降比浸渍法大些，但织物外观光洁、光泽好，纹路清晰，织物的悬垂性和蓬松性都较好。由图7、8可知，纤维素酶整理苎麻、纯棉织物强降是不可避免的。当织物减量比较大，整理效果好，但强降明显增加。减量太小，虽然强降不大，但整理效果不够理想。可见，外观质量、内在指标与强降是一对孪生矛盾。考虑到纤维素织物不遭受严重损伤，织物又能具备生物抛光、柔软整理的效果，强降保持适度或可接受范围，应尽量避免纤维素酶的过量过度处理，否则会造成强力损伤的致命伤。

5.结论

本文用酶性纤维酶对棉麻织物进行生物减量。考察了处理方法、酶用量、处理时间、浴比等因素对减量率的影响，并对整理前后织物的外观、悬垂

性、压缩率、强力下降作了对比得结论如下：

5.1.分别用浸渍法和机械法处理织物，机械法整理的减量率大于浸渍法。

5.2.纤维素酶对棉、苎麻减量率不同，苎麻对纤维素酶较敏感，减量率较高。

5.3.随酶用量增加，织物减量率增加，当棉织物上纤维素酶用量大于５％时，减量率变化不明显。

5.4.随处理时间的增加，织物减量率增加。超过一小时，棉减量率不明显。

5.5.浴比增加，减量率下降。

5.6.整理后织物的强力下降。苎麻织物的强降尤为明显。

5.7.整理后织物表面光洁，富有光泽，手感柔软，悬垂系数下降，压缩率提高，具备有一般柔软剂整理不能达到的效果。

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