申保雷，趙 尚，魏玉娟，陳名洋，肖永和

（河北科技大學(xué)紡織服裝學(xué)院，河北石家莊 050000）

目前，環(huán)境問題越來越受到人們的重視，減少污染、保護(hù)環(huán)境已成為重要任務(wù)。傳統(tǒng)的洗絨炭化方法是利用酸使植物性雜質(zhì)降解，此方法不僅對(duì)羊絨纖維有損傷，還會(huì)造成環(huán)境污染。需要進(jìn)一步研究高效、環(huán)保的生態(tài)洗絨炭化工藝以減少環(huán)境污染，并以此來響應(yīng)保護(hù)環(huán)境的號(hào)召。生物酶是一種高效、環(huán)保、可再生、可降解的產(chǎn)品，因而可以嘗試用生物酶取代傳統(tǒng)工藝中有毒、污染環(huán)境、不可再生的化學(xué)制劑。生物酶是一種高效、專一、反應(yīng)條件溫和、對(duì)人體無(wú)害、不污染環(huán)境，具有許多優(yōu)良性能的生物制劑［1］。

原絨中有植物性雜質(zhì)，而組成植物細(xì)胞壁的成分有木質(zhì)素、果膠、纖維素等［2］。生物酶是具有催化功能的蛋白質(zhì)，具有專一性，能有針對(duì)性地去除羊絨中的雜質(zhì)而不損傷纖維［3］。木質(zhì)素酶主要對(duì)植物性雜質(zhì)起作用，以合適的條件處理羊絨，能夠達(dá)到去雜而不損傷羊絨物理化學(xué)性能的效果。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料和儀器

材料：原羊絨，木質(zhì)素酶（分析純，河南億昌食品配料有限公司），98%濃硫酸（工業(yè)級(jí)，上海佳余化工有限公司）。

儀器：HH-4 恒溫水浴鍋（常州國(guó)宇儀器制造有限公司），WSB-Ⅱ白度儀（溫州儀器儀表有限公司），101-3AB 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（天津市泰斯特儀器有限公司），YG（B）008E 型電子單纖維強(qiáng)力機(jī)（溫州市大榮紡織儀器有限公司）。

1.2 工藝流程

傳統(tǒng)酸炭化工藝：稱絨（0.5 g）→室溫水浸漬（20～30 min）→軋水（或脫水）→配液（酸60 g/L）→浸酸（室溫，10～15 min，浴比1∶30）→烘干（60～70 ℃，30～45 min）→焙烘（100 ℃，30～45 min）→水洗→烘干（70～80 ℃，3 h）［4］。

生物酶洗絨炭化工藝：稱絨（0.5 g）→洗絨→軋水（或脫水）→配液（浴比1∶30）→水浴加熱→清水洗→烘干（80 ℃，3 h）。

1.3 測(cè)試

白度：按照GB/T 8424.2—1997《紡織品相對(duì)白度的儀器評(píng)定方法》進(jìn)行測(cè)試。

單纖維斷裂強(qiáng)力：按照FZ/T 98009—2011《電子單纖維強(qiáng)力儀測(cè)定實(shí)驗(yàn)》進(jìn)行測(cè)試。每組樣品測(cè)4 次求平均值，以減小實(shí)驗(yàn)誤差。

失重率：原羊絨在果膠酶處理前用電子天平稱質(zhì)量為m0，用果膠酶處理的羊絨烘干后在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上擱置30 min，再在空氣中回潮充分后用電子天平稱質(zhì)量為m，計(jì)算失重率=(1-m/m0)×100%。

2 結(jié)果與討論

2.1 傳統(tǒng)酸炭化的缺點(diǎn)

羊絨中的草雜去除不凈將給后道工序帶來不少麻煩，如造成紗線條干不均勻、斷頭增加，染色時(shí)不吸色造成染疵，影響成品外觀質(zhì)量等［5］。傳統(tǒng)酸炭化工藝是一種利用羊絨與草雜對(duì)酸穩(wěn)定程度不同來去除草雜的加工方法，即草雜本質(zhì)是纖維素等物質(zhì)，吸收酸液后，在高溫作用下，糖苷鍵斷裂，整體結(jié)構(gòu)遭到破壞而脆化，加之機(jī)械作用易于粉碎去除［6］。傳統(tǒng)酸炭化工藝有污染環(huán)境、纖維損傷大等缺點(diǎn)［7］，處理后羊絨纖維的單纖維斷裂強(qiáng)力為7.34 cN，白度為25.0%，失重率為53.3%。由此可知，傳統(tǒng)酸炭化工藝的去雜效果較好，但單纖維斷裂強(qiáng)力損傷較大；此外，在酸炭化過程中，羊絨浸酸后進(jìn)行高溫焙烘，導(dǎo)致羊絨泛黃，白度不高。

2.2 生物酶洗絨炭化工藝優(yōu)化

影響酶催化反應(yīng)的因素有木質(zhì)素酶用量、溫度、時(shí)間、pH 等［8］。隨著木質(zhì)素酶用量的增加、溫度的升高、處理時(shí)間的延長(zhǎng)，羊絨纖維受到的損傷越嚴(yán)重；而且在溫度較高時(shí)，pH 對(duì)羊絨纖維損傷程度的影響比處理時(shí)間大［9］，本實(shí)驗(yàn)采用稀硫酸調(diào)節(jié)pH。

2.2.1 木質(zhì)素酶用量

由表1 可知，隨著木質(zhì)素酶用量的增加，羊絨纖維的斷裂強(qiáng)力降低，白度和失重率先升高后趨于平穩(wěn)。原因是木質(zhì)素酶用量較低時(shí)，羊絨中的雜質(zhì)去除不充分，因此白度和失重率均較小；隨著木質(zhì)素酶用量的不斷增加，羊絨中的雜質(zhì)去除越來越充分，因此白度和失重率逐漸增大；但當(dāng)木質(zhì)素酶用量達(dá)到一定程度時(shí)，羊絨中的雜質(zhì)基本被分解完全，繼續(xù)增加木質(zhì)素酶用量，羊絨白度和失重率基本不發(fā)生變化，但對(duì)羊絨纖維的損傷越來越大。木質(zhì)素酶的適宜用量為2.0%(omf)。

表1 木質(zhì)素酶用量對(duì)羊絨性能的影響

2.2.2 溫度

由表2 可以看出，隨著溫度的升高，羊絨纖維的斷裂強(qiáng)力降低，白度和失重率先升高后降低。說明當(dāng)溫度較低時(shí)，羊絨中的雜質(zhì)去除不充分，因此白度和失重率均較小；隨著溫度的升高，木質(zhì)素酶的活性不斷增加，對(duì)羊絨中雜質(zhì)的去除效果不斷增強(qiáng)，此時(shí)羊絨白度和失重率不斷增大；但溫度過高會(huì)使木質(zhì)素酶活性受到抑制甚至變性，羊絨雜質(zhì)去除效果也越來越差，白度和失重率逐漸降低，而且羊絨纖維受到的損傷也在逐漸增大，因此斷裂強(qiáng)力不斷降低。綜合考慮羊絨的各項(xiàng)性能，確定木質(zhì)素酶的適宜處理溫度為50 ℃。

表2 溫度對(duì)羊絨性能的影響

2.2.3 時(shí)間

由表3 可知，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，羊絨纖維的斷裂強(qiáng)力降低，白度和失重率先增加后趨于平穩(wěn)。原因是隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，除雜效果逐漸變好，羊絨的白度和失重率逐漸增大；當(dāng)雜質(zhì)基本去除完全后，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，羊絨的白度和失重率不再增加，但羊絨纖維受到的損傷越來越大，因此斷裂強(qiáng)力不斷降低。綜合考慮羊絨的各項(xiàng)性能，確定木質(zhì)素酶處理的適宜時(shí)間為40 min。

表3 時(shí)間對(duì)羊絨性能的影響

2.2.4 pH

由表4 可以看出，隨著pH 的增大，羊絨纖維斷裂強(qiáng)力先不發(fā)生變化后逐漸降低，白度和失重率先升高后降低。原因是羊絨纖維耐酸不耐堿，因此在弱酸性條件下處理，羊絨纖維損傷較小，斷裂強(qiáng)力基本不發(fā)生變化；但是隨著堿性逐漸增強(qiáng)，羊絨纖維受到的損傷越來越大，斷裂強(qiáng)力逐漸降低。此外，pH 會(huì)影響木質(zhì)素酶的活性，不同pH 條件下木質(zhì)素酶活性不同，酶活性越高除雜效果越好，白度和失重率越大，反之亦然。pH 為6.0 時(shí)，羊絨的白度和失重率相對(duì)最大，斷裂強(qiáng)力也較大，因此確定木質(zhì)素酶處理的適宜pH 為6.0。

表4 pH 對(duì)羊絨性能的影響

2.3 正交實(shí)驗(yàn)

由單因素實(shí)驗(yàn)得出木質(zhì)素酶洗絨炭化的適宜工藝：木質(zhì)素酶用量2%(omf)、溫度50 ℃、時(shí)間40 min、pH 6.0。為進(jìn)一步找出主次因素及優(yōu)化洗絨炭化工藝，設(shè)計(jì)了4 因素3 水平L9(34)正交實(shí)驗(yàn)［10］。由表5 可知，羊絨失重率影響因素的主次順序?yàn)椋耗举|(zhì)素酶用量、時(shí)間、溫度、pH；白度影響因素的主次順序?yàn)椋耗举|(zhì)素酶用量、溫度、時(shí)間、pH；單纖維斷裂強(qiáng)力影響因素的主次順序?yàn)椋簆H、溫度、木質(zhì)素酶用量、時(shí)間。綜合考慮，優(yōu)化處理工藝為：木質(zhì)素酶用量1.5%(omf)，溫度45 ℃，時(shí)間35 min，pH 5.5。

表5 木質(zhì)素酶洗絨炭化工藝正交實(shí)驗(yàn)表

3 結(jié)論

（1）對(duì)羊絨失重率和白度影響最大的因素均為木質(zhì)素酶用量；對(duì)羊絨纖維斷裂強(qiáng)力影響最大的因素為pH。

（2）木質(zhì)素酶洗絨炭化的優(yōu)化工藝為：木質(zhì)素酶用量1.5%(omf)，溫度45 ℃，時(shí)間35 min，pH 5.5。與傳統(tǒng)的酸炭化工藝相比，木質(zhì)素酶洗絨炭化優(yōu)化工藝處理后單纖維斷裂強(qiáng)力和白度分別提高68.94%和68.8%，失重率下降26.8%。