環保助劑酶在紡織行業中的應用

李 偉，周 利，楊樹梅，鄧 勇，陳聲才，周 維，張貴英*

(1.貴陽寶藍環保科技有限公司，貴州 貴陽 550002；2.貴州省化工研究院，貴州 貴陽 550002)

酶已是紡織行業重要的助劑，扮演著重要的角色。近年來，隨著新產品的推出，酶的應用范圍不斷擴大。隨著人們對環境問題的不斷強調，更是使得酶的應用范圍不斷的擴大。酶是具有可生物降解性，在溫和條件下工作，節約了大量的能源。酶具有很強的特異性催化作用，使用量小，包裝耗費少，運輸成本低。酶是由植物、動物和微生物的活細胞產生的長鏈氨基酸組成的大蛋白質分子，例如細菌和真菌。酶通過改變反應的活化能來加速特定的化學反應。它們通過形成中間酶-反應底物復合物來實現這一目的。酶本身具有驚人的催化能力。一個典型的用于紡織工業的酶的突出例子是過氧化氫酶。一分子過氧化氫酶能在1min內將5×106個分子的過氧化氫轉化為水和氧[1-4]。下面將一一介紹不同酶在紡織加工過程中的應用。

1 酶在紡織工業中的應用

酶在紡織工業中的應用是因為它們可以替代很多環境不友好的化學物質，同時又具有快速的反應能力，反應的專一性，反應條件溫和，安全可靠，易于控制和生物降解。下面分別對紡織工業中幾種常用的酶展開介紹。

1.1 纖維素酶

纖維素酶的興起最初與牛仔褲的褪色工藝有關。這類酶作用于棉紗，有助于從紗線表面去除靛藍染料。細胞烏拉酶使紗線表面的纖維斷裂，從而使靛藍層松脫。然后通過機械磨損更容易去除染料。商業纖維素酶是內葡聚糖酶、纖維二水解酶和纖維二糖酶的混合物。內切葡聚糖酶隨機攻擊纖維素并水解內部糖苷鍵，而纖維二糖水解酶則從纖維素酶鏈兩端去除末端纖維二糖殘基。纖維二糖酶水解小纖維二糖為葡萄糖。這一原理使得纖維素酶可以用來修飾纖維素纖維和織物表面，以達到預期的手部或表面效果。纖維素酶的使用有效減輕了廢水處理的難度。它還具有減少織物洗滌次數，節約用水的作用[5-7]。

1.2 果膠酶

紡織廠的生產包括一系列將纖維轉化為織物的過程。灰色織物或紗線通過不同的濕處理步驟(如退漿、煮練和漂白)轉化為完全可濕、可漂和可染的形式。精練時需要使用高濃度的氫氧化鈉和高溫，以保證雜質的有效去除，使織物表面易于染色。果膠酶的使用可替代傳統的堿洗。通常果膠酶和纖維素酶被用來精練棉纖維。精練的主要目標是富含蠟的角質層，是導致織物不能充分潤濕的主要因素。其原理是去除果膠，果膠起到將蠟與纖維粘合的作用，通過去除果膠后，可以通過乳液過濾有效地去除蠟等雜質[8-10]。

1.3 漆酶

牛仔布經漂白后形成各種色調。通常，次氯酸鈉或漂白粉用于牛仔服裝的漂白。通過控制漂白過程，可以產生不同的水洗效果，如冰洗和巴塔洗。該工藝的主要缺點是使用了不環保的氯基漂白劑，同時也增加了工作環境的危險性。漆酶是一種能夠使靛藍脫色的酶。在牛仔布的處理和整理中具有重要的作用。其作用過程是酶和介質相互結合作用的結果，單靠酶并不能分解靛藍，然而，在水介質的存在下，酶被氧化，轉化為自由基，這些自由基進攻靛藍分子并將其轉化為氧化產物。這種酶體系可替代氯基漂白劑的使用，與次氯酸鹽相比，酶體系可在很大程度上對工藝進行控制[11-13]。

1.4 過氧化氫酶

在紡織工業中，使用過氧化物漂白，因為它比氯漂白毒性小。如果紗線或織物上殘留任何漂白劑，則會導致染色不均勻。在正常的漂白過程中，傳統的還原劑如亞硫酸氫鈉被用來中和殘留的過氧化氫。大多數還原劑需要高溫才能有效地與過氧化氫反應，從而增加能耗。過氧化氫酶是中和殘留漂白劑的一種有吸引力的替代物。它不經清洗就能去除過氧化氫。過氧化氫酶在冷水中起作用，因而節省了能源。一般情況下，每公斤織物需要30～40 L的水進行漂洗，以去除多余的還原劑。過氧化氫酶處理后，完全不需要漂洗，從而節省了大量的水。過氧化氫分解成水和氧氣，不會增加污染負荷。使用還原劑時，廢水中不存在硫酸鹽或氮鹽。因此，過氧化氫酶的使用不僅節約了水、時間和能源，而且在一定程度上減少了污染負荷[14-15]。

1.5 蛋白酶

蛋白酶催化蛋白質分子中某些肽鍵的水解反應。在紡織工業中，蛋白酶被用來去除生絲中的絲膠層，以達到改善光澤和柔軟度的目的。蛋白酶處理后可以改變羊毛和絲綢纖維的表面性能，提供新的，甚至是獨特的整理性能。蠶絲的絲素細絲與蛋白質絲膠自然粘合在一起。從生絲中去除絲膠被稱為脫膠。傳統的脫膠方法，如肥皂脫膠和堿脫膠，消耗大量的能量和苛性的化學物質，如蘇打灰、馬賽香皂等。酶脫膠是利用一種不攻擊絲素的特殊蛋白酶對絲膠進行水解降解。由于酶法脫膠可以采用較溫和的機械處理方法，因此成品絲比皂法脫膠更光滑。酶處理顯著提高了蠶絲對活性染料的親和力，大大降低了對環境的負荷[16-18]。

1.6 脂肪酶

聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一種疏水性纖維，堿水解是改善其潤濕性的有效途徑。堿水解的主要缺點是強度損失和堿排放。研究表明，脂肪酶比堿解更能改善水的潤濕性和截留性。酶反應需要在2℃下處理10 min，且不影響強度。脂肪酶對磺化和聚酯纖維也有效[19-20]。

2 未來發展趨勢

現在隨著現代生物技術的不斷發展，定向進化和基因重組等技術不斷出現和應用，由此產生了許多具有更強功能的新酶，這些酶在不斷的投入到商業應用領域。在不久的將來，生物漂白、分散促進劑和絲光等生物整理工藝也會不斷的出現。