棉/粘胶弹力交织物的生物酶前处理工艺

岳仕芳

(1. 常州纺织服装职业技术学院, 江苏 常州 213164; 2. 常州市新型纺织材料重点实验室, 江苏 常州 213164)

棉/粘胶弹力交织物的生物酶前处理工艺

岳仕芳1，2

(1. 常州纺织服装职业技术学院, 江苏 常州 213164; 2. 常州市新型纺织材料重点实验室, 江苏 常州 213164)

为减少织物损伤，降低前处理污水排放浓度和排放量，采用生物酶工艺处理棉/粘胶弹力交织物。采用渗透性和乳化性优异的表面活性剂与生物酶结合协同处理坯布，使坯布上的杂质发生生物降解、乳化、增溶，再结合氧漂工艺完成织物的前处理。采用平行试验与正交试验，考察织物的果胶去除率、毛细效应、白度、强力损伤率及排放污水的污染物浓度。结果表明：处理后织物果胶去除率达到89.3%；30 min毛细效应为9.5 cm；白度为85.9%；强力损伤率比常规生产的试样小；试样质量符合常规半制品的要求。该生物酶退煮与氧漂工艺产生废水的化学需氧量比常规工艺产生的废水低35.9%，废水的色度下降56倍，废水的pH值下降1.7，减排效果明显。

棉/粘胶弹力交织物； 前处理； 生物酶； 节能减排

Abstract In order to avoid fabric damage and reduce discharge concentration and quantity of waste water, a biological enzyme pretreatment process on cotton-rayon elastic fabrics was put forward. An efficient surfactant with excellent permeability and emulsifying properties was selected to combine with biological enzyme in the treatment of grey cloth. Therefore, the impurities on grey cloth were degraded, emulsified and solubilized. Then the oxygen bleaching process were conducted in the following pretreatment process. The removal rate of pectin, capillary effect, whiteness, strength damage rate and pollutant concentration were investigated by parallel and orthogonal experiments. The results showed that the removal rate of pectin reached 89.3%, capillary effect was 9.5 cm (30 min), and the whiteness reached 85.9%. The strength damage rate was less than that of conventional process. The sample quality meet the requirement of the semi-finished products. The COD value of wastewater was 35.9% lower than that produced during regular process. In the meanwhile, color degree reduced by 56 times and pH value decreased by 1.7 in comparison with the conventional process used in factory. The biological enzyme pretreatment process had obvious effect on emission reduction.

Keywords cotton/rayon elastic fabric; pretreatment; enzyme; energy conservation and emission reduction

棉/粘胶交织弹力直贡缎经向为全棉，纬向是粘胶氨纶包芯纱，吸湿排汗性好，穿着舒适，抗起皱性能改善，在市场上占有一定的份额[1]。粘胶纤维吸湿后显著膨胀，手感变硬，湿强力仅为干强力的1/2[2]，经氢氧化钠(1.25 mol/L)处理8 min后强力损失达16%，用氢氧化钠(0.5 mol/L)处理相同时间后强力损失4.1%[3]，耐酸、碱、氧化剂性能远低于棉纤维，因此印染前处理加工过程中应避免使用强碱浓碱[4]。棉/粘胶交织弹力坯布的杂质主要是棉经纱上的天然杂质和浆料，纬纱上的杂质主要是纺丝油剂。传统前处理工艺在强碱高温条件下进行，对粘胶纤维和氨纶都欠妥当，且强碱高温煮练工序对织物上的浆料无降解作用，煮练后水洗要求高，产生的污水COD、pH值、色度都较高[5]。若采用新型碱氧轧蒸工艺处理比传统碱氧轧蒸工艺处理在节能和排污方面有一定的优势，但织物强力下降较大[6]。本文针对棉/粘弹力交织坯布采用生物酶退煮一步处理，研究无碱退煮工艺，减少对粘胶和氨纶的损伤，降低其前处理污水排放浓度和排放量。生物酶催化作用的特点是显著降低反应的活化能，故可在较低温度下完成反应，避免传统工艺的高温，有利于节能；另一特点表现为专一性，即仅能催化特定物质、特定化学键及特定化学变化的催化剂[7]，选用酶制剂前处理，不用强碱，可减少对织物的损伤。但目前生物酶用于前处理的主要是退浆酶和果胶酶，色素与棉籽壳的去除尚未见用生物酶处理。

本文前处理研究仍借助于氧漂工艺与混合酶退煮工艺协同作用完成。选用具有光洁抛光功能、pH值适宜范围为5～7、最佳使用温度为60～65 ℃的新型复合酶制剂欧若兰COMLI，温度和pH值适应较宽的淀粉酶欧诺兰DL及果胶酶欧诺兰BTM 3种酶与高效表面活性剂结合，对坯布进行处理。混合酶协同作用于织物上的浆料、棉籽壳及共生物，发生润湿、乳化、生物降解、增溶与螯合分散等物理化学反应。多酶协同对织物进行前处理，浆料首先分解，其次纤维茸毛降解与果胶分解交替进行，相互增效；非水溶性无机盐通过螯合分散去除；棉蜡因初生胞壁中的果胶、纤维降解而裸露，借力于渗透乳化能力强的表面活性剂乳化增溶洗除[9]。由此浆料和大部分共生物得以去除，且促进了棉籽壳膨化[10]。残余杂质、色素及棉籽壳通过后续氧漂去除。

1 试验方法

1.1 材 料

坯布的经纱是涤纶，线密度为18.2 tex，纬纱是粘胶包氨纶的包芯纱，线密度为27.8 tex+4.44 tex,经纬密为549根/10 cm×216根/10 cm，白度为60.4%，经向强力为1 160 N，纬向强力为396 N，经纱上浆料为淀粉浆。

1.2 主要仪器设备

小轧车，Datacolor SF-600 PLUS型电脑测色仪，YG-065型电子织物强力仪，pHS-3C酸度计，5B-1型COD快速测定仪，UV-1800PC紫外可见分光光度计。

1.3 主要化学药品

2A精练剂，精练乳化剂，欧诺兰DL，欧诺兰COMLI，欧诺兰 BTM，螯合分散剂，稳定剂等均为工业品；H2O2(30%)，液体石蜡，浓硫酸，乙醇，草酸铵等均为分析纯。

1.4 性能测试方法

渗透力按照HG/T 2575—1994 《表面活性剂 润湿力的测定 浸没法》测定；乳化力参考GB/T 6369—2008《表面活性剂乳化力的测试 比色法》测定；GANZ白度采用电脑测色仪测试；毛效按照FZ/T 01071—2008《纺织品 毛细效应试验方法》 测试；断裂强力按GB/T 3923.2—2013 《纺织品 织物拉伸性能第I部分(条样法)》测试；化学需氧量CODcr按照GB 11914—1989《水质化学需氧量的测定 重铬酸盐法》进行测定；pH值用pHS-3C酸度计测试；色度按稀释倍数法测定；残余果胶含量按草酸铵萃取-咔唑比色法测定。

2 高效表面活性剂优选

按照助剂分析方法测试助剂的渗透力和乳化力，选取渗透和乳化性能突出的高效表面活性剂，以便更好地协同生物酶发挥作用，实现无碱煮，有效去除棉/粘交织弹力坯布的杂质。

2.1 渗透力比较

配制系列浓度的精练乳化剂与2A精练剂，取500 mL于烧杯中，按照HG/T 2575—1994《表面活性剂 润湿力的测定 浸没法》测定坯布的沉降时间，测试结果见表1。

表1 渗透力测试结果

从表1看出，2A精练剂质量浓度达到0.5 g/L后，沉降时间已小于20 s，继续提高浓度对沉降速度影响不大，已能满足织物浸轧液的要求;精练乳化剂质量浓度达到1.25 g/L后，沉降时间在20 s以内，能较好地满足织物浸轧带液要求。从表1数据还可看出,2A精练剂的润湿渗透性好于精练乳化剂。

2.2 乳化力比较

按照GB/T 6369—2008进行乳化力测试，记录分层所用时间。试验结果表明2A精练剂和精练乳化剂放置12 h不分离，2种精练剂的乳化力都很好。

2.3 应用效果比较

采用生物酶退煮与氧漂工艺结合的方法完成该织物的前处理，先退煮后氧漂或先氧漂后退煮2条路线，通过应用试验比较2A精练剂、精练乳化剂的应用效果和2条工艺路线的优劣。

2.3.1 退煮及氧漂处方

退煮及氧漂处方见表2。

表2 工作液处方列表

2.3.2 工艺路线

1)复合酶退煮工艺：织物→浸轧退煮液(55～60 ℃、轧余率90%)→堆置(60 ℃、60 min)→热水洗(85 ℃以上)→温水洗(75～80 ℃)→冷水洗→轧干。

2)氧漂工艺：织物→浸轧漂液(室温、轧余率90%)→汽蒸(98～100 ℃，50 min)→热水洗(85 ℃以上)→温水洗(75～80 ℃)→冷水洗→烘干→待测。

按上述工艺进行试验，结果见表3。

表3 应用试验结果

对7个工艺路线进行比较可看出：无论哪种表面活性剂协作,先退煮后氧漂的白度、毛效和经向强力均好于先氧漂后退煮工艺路线，纬向强力是后者略好；先氧漂后退煮工艺路线处理的试样质量是2A精练剂处理的试样白度和强力优于精练乳化剂处理的试样，但毛效略低。

综合分析，选用2A精练剂按先退煮后氧漂工艺路线继续优化其他工艺条件。

3 生物酶退煮工艺条件优化

选择欧诺兰DL，欧诺兰COMLI及欧诺兰 BTM及2A精练剂协同作用于织物上浆料及天然杂质，按先退煮后氧漂工艺路线，氧漂工艺同上，通过平行试验与正交试验结合确定各生物酶的用量及最佳pH值。

3.1 单因素试验分析

3.1.1 pH值的影响

在质量浓度分别为：欧诺兰 DL 3.0 g/L，欧诺兰 COMLI 1.5 g/L欧诺兰BTM 2.0 g/L，2A精练剂1.5 g/L,轧余率90%，堆置条件60 ℃、60 min条件下，按2.3.1工艺，变化退煮液pH值，将织物先用混合酶退煮后再氧漂处理,试验结果见表4。

表4 pH值对试样性能的影响

从表4看出：当pH值在5～10范围变化时，织物的白度、毛效先增后减，变化率较小，当pH值为7时强力最高，织物毛效、白度均较好，故混合生物酶退煮液pH值控制7为宜。

3.1.2 退煮堆置时间的影响

工艺流程、条件及处方同上，固定pH值为7，改变退煮堆置时间进行试验，结果如表5所示。

表5 堆置时间对试样性能的影响

从表5可见：随着堆置时间的延长，织物的白度、毛效逐渐递增，但增加幅度较小；经纬向强力随堆置时间延长，强力都明显下降，尤其是纬向强力下降较快，这主要与混合酶中的纤维素酶有关，该酶在与初生胞壁的纤维茸毛反应结束后，如不及时失活，将继续与纤维素纤维的主体发生反应导致强力损伤，纬向强力损伤严重与粘胶纤维的无定型区大、反应性能高有关。时间小于60 min时，织物经向强力损伤也较严重。可能原因是，混合酶制剂中纤维素酶用量及处理时间不当对棉纤维的强力有较大影响，此外，堆置时间短则棉纤维的天然杂质去除不够，内应力消除不充分，棉纤维的延伸性小，因应力不匀导致断裂强力偏低。因此应准确控制欧诺兰 COMLI的用量及处理时间。综合各项指标，堆置时间控制在60 min较为合适。

3.2 正交试验分析

通过正交试验得出退浆酶DL、果胶酶BTN与纤维素酶COMLI的最佳配比，pH值固定为7；轧余率为100%，堆置条件为60 ℃，60 min；2A精练剂质量浓度为1.5 g/L。建立L9(3)3正交试验，A、B、C因素分别为欧诺兰DL、欧诺兰 COMLI、欧若兰BTM的质量浓度，正交试验结果见表6。对表中数据进行分析，结果见表7。从表中数据看出，试样白度、毛效、强力最佳方案是不一致的。按主次因素的分

析法得出最佳方案，A因素对白度、经纬向强力的影响均为第2主要因素，对毛效的影响是最次要因素，经纬向强力均是A2水平最好，当A因素取第2水平时，白度也较高，故A因素取A2；B因素对经纬向强力的影响均为主要因素，对其他指标的影响较次要，且都是B1水平强力最好，故B因素取B1；C因素对毛效和白度的影响均为主要因素，对强力的影响为次要因素，比较白度和毛效的水平值及成本因素，C因素取C2较合适。综上分析，最佳工艺方案为A2B1C2，即混合酶退煮工作液处方为欧诺兰DL的质量浓度为2.0 g/L，欧诺兰 COMLI的质量浓度为1.0 g/L，欧诺兰 BTM的质量浓度为2.0 g/L。

表6 正交试验结果

表7 正交试验分析结果

4 优化工艺与企业生产工艺对比

4.1 工艺比较

4.1.1 企业生产工艺

坯布→多浸二轧碱氧液(NaOH 35 g/L、30%H2O254 g/L、螯合分散剂1 g/L,碱氧稳定剂 6 g/L、2A精练剂 5 g/L，室温，轧余率100%～105%)→打卷堆置(室温,18 h)→汽蒸(100 ℃,20 min)→热水洗(85～90 ℃,2次)→(75～80 ℃,1次) →温水洗(40～60 ℃)→烘干。

4.1.2 生物酶工艺

4.1.2.1 混合酶退煮工艺 坯布→浸轧生物酶退煮液(2A精练剂1.5 g/L，诺兰 DL 2.0 g/L，欧诺兰 COMLI 1.0 g/L，欧诺兰 BTM 2.0 g/L pH值7,温度55～60 ℃、轧余率100%～105%)→堆置(60 ℃、60 min)→热水洗(85 ℃以上)→温水洗(75～80 ℃)→冷水洗→烘干。

4.1.2.2 氧漂工艺 织物→浸轧漂液(30%H2O215 g/L、稳定剂 4 g/L、2A精练剂 1 g/L，室温、轧余率100%～105%)→汽蒸(98～100 ℃，50 min)→热水洗(85 ℃以上)→温水洗(75～80 ℃)→冷水洗→烘干→待测。

混合生物酶退煮工艺无需强碱高温处理，用时较短，因退煮后织物上无碱剂，织物上的浆料已降解为小分子，对水洗温度和水量要求较低，故节能减排效果明显。

4.2 生物酶工艺验证与企业工艺质量对比

按4.1.1和4.1.2工艺进行对比试验，测试结果见表8。由表可知，混合酶退煮-氧漂工艺处理的试样白度与强力损伤率都优于企业实际生产的半制品。虽然毛效略低于企业工艺，但符合半制品质量要求，由于优化工艺在加工过程中采用混合生物酶，退煮时不需要汽蒸，仅在60～65℃下堆置，无需高温，能耗低；所需时间比企业冷堆短蒸工艺短；因退煮后织物含碱量少、浆料已酶解，故水洗温度与用水量减少；优化工艺所耗双氧水的量比传统工艺少,因只用于氧漂，工作液pH值低、损耗也减少，但果胶去除率略低于企业现用的生产工艺。

表8 试样质量性能对比

4.3 优化工艺与企业工艺排放污水比较

取相同量试样分别按企业生产工艺和优化后生物酶工艺进行前处理，收集试样各工序产生的废水，测试废水中污染物指标，结果见表9。

表9 废水污染指标对比

由表9可知，优化生物酶工艺与企业工艺相比，废水的pH值低1.7，废水色度低56倍，CODCr比企业工艺降低了35.9%，明显看出本文混合生物酶前处理工艺比企业工艺对环境的污染小。

5 结 论

1)采用退浆酶DL、欧若兰 COMLI和果胶酶欧诺兰 BTM按一定比例混合后对棉/粘胶交织弹力贡缎退煮合一、再氧漂处理，试样质量符合常规半制品质量要求，强力损伤低于企业现用生产工艺。

2)3种酶混合退煮合一的工艺需在60～65 ℃条件下堆置60 min，时间太长对织物强力损伤增加；pH值以7为好，偏高偏低对织物强力损伤都很大，尤其是纬向强力损伤更严重，生产时需严格控制；混合酶的浓度对织物强力也有影响，复合酶制剂欧若兰COMLI用量不宜过多，需及时失活，否则对织物强力损伤较大。

3)生物酶工艺产生的废水其pH值、色度、CODcr均比企业工艺处理产生的废水低，减排效果明显。

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Biological enzyme pretreatment process for cotton/rayon elastic fabric

YUE Shifang1，2

(1.ChangzhouTextileGarmentInstitute,Changzhou,Jiangsu213164，China; 2.ChangzhouKeyLaboratoryofNewTextileMaterials,Changzhou,Jiangsu213164，China)

10.13475/j.fzxb.20150202706

2015-02-13

2015-08-01

岳仕芳(1963—)，女，副教授，学士。主要研究方向为纺织品清洁染整生产技术。E-mail:yshf1963@163.com。

TS 192.5

A