環境友好的棉布前處理新工藝——酶閉環體系簡述
楊棟樑 王煥祥
一、前言
棉布的前處理對染整化學加工來說，猶如基本建設開工前的對土地進行三通一平工作類似。棉布的前處理主要是由退漿、煮練和漂白三個化學處理組成。雖然，棉布前處理中通常還有絲光加工，這是為了進一步提高產品質量(光澤、上
染率和縮水率)而進行的。退漿是去除織物經紗上的漿料(主要淀粉等)；煮練是去除棉纖維上一些妨礙染液等滲透的非纖維素共生物(如油脂、蠟質、果膠質和半纖維素等)；漂白是破壞棉纖維上的一些有色化合物。以上一些化學加工都必需在高溫堿性以及含氧化劑(如雙氧水)的溶液中處理較長的時間，之后要用大量清水洗凈棉布上的堿質，同時很難防止在處理過程中棉纖維不受到化學性損傷，尤其在漂白時如有金屬離子存在的情況。
生物技術在二十世紀50年代就進入染整化學加工領域。生物酶退漿替代傳統的堿或酸退漿，條件溫和，質量穩定，酶退槳已廣泛被工廠采用，為生物技術在染整行業的應用開了一個好頭。生物酶煮練的推廣應用也將近10年了，只是個別工廠在一些特定棉布品種上開始應用。文獻已有報導生物酶可用于木紙漿漂白和污水處理中的脫色。同時發現美國Auburn大學以G.Buschle-Diller為首的課題組，在研究對環境友好化合物過程中，提出一個新設想，介紹一個閉環體系
作為環境友好的前處理新工藝。其基本原理是將酶退漿和酶煮練殘液中的葡萄糖與葡萄糖氧化酶作用生成的雙氧水進行漂白。酶處理不僅節能省水，又可減輕廢水中的污染程度，此課題內容切合當今潮流的要求，其進展如何?前景怎樣?不
是值得業界同仁們關注的嗎?今簡介于后，以饗同好。
二、退漿、煮練和漂白用酶的篩選
1、退漿酶
應用淀粉酶使棉布上的淀粉等漿料水解成低分子量糖類，直至葡萄糖，再將其用水洗清的工藝早就應用了。為建立閉環體系，供爾后能與葡萄糖氧化酶作用產生雙氧水漂白，應選用淀粉葡萄糖酶(
2、煮練酶
煮練是設法除去纖維素之外一些共生物，其數量視棉花品質而異，且集中分布于棉纖維的表層和初生層中，包括油脂、蠟質、果膠質和礦物質等，使棉纖維成為真正的親水性材料，以便染色或印花等后續加工能順利地進行。曾選用果膠酶、纖維素酶，木聚糖酶，脂肪酶等分別及聯合進行試驗，結果如表1所示：
表1 酶煮練的失重與相對吸水性
| 酶處理體系 | 失重(％) | 相對吸水性(％) |
| 對比樣 | - | 100 |
| 果膠酶 | 11．5 | 18 |
| 果膠酶+纖維素酶 | 13．3 | 26 |
| 果膠酶+木聚糖酶 | 11．5 | 45 |
| 果膠酶+脂肪酶 | 11．5 | 64 |
| 所有酶聯合 | 13．9 | 87 |
注：·以傳統煮練漂白棉布為對比樣。酶煮練系在耐洗牢度儀上，50"C處理1小時，轉速為42rpm，并加5粒鋼珠／克織物。
表1表明：果膠酶單獨
子顯微鏡掃描觀察，棉纖維表面有特殊的裂紋和剝蝕現象；與木聚糖酶混用后試樣的吸水性優于纖維素酶，且強力損失也較??；當所有的酶都一起混用時，試樣的失重最大，吸水性接近對比樣，意義不大。
現已查明，原棉中的蛋白質對棉纖維的性能影響極小，毋需選專用酶進行處理，因此，可根據棉花品質，選用以果膠酶為主的復合酶作為煮練酶。
眾所周知，傳統的煮練和漂白，容易損傷棉纖維(纖維素的聚合度下降)，尤其是雙氧水漂白時的游離基會切斷纖維素的分子鏈，生物酶煮練就無這種缺點，其試樣的聚合度測定結果如表2所示
表2 幾種試樣的聚合度
| 試樣 | 聚合度 |
| 坯布(由‘TesffabricsInc．NJ提供) | 3850 |
| 退漿后的棉布(同上) | 3700 |
| 退漿，煮練、漂白的棉布(同上) | 1450 |
| 堿煮練的棉布(宴賒富) | 2800 |
| 堿煮練雙氧水漂白棉布(實驗室) | 1100 |
| 果膠酶煮練(實驗室) | 3750 |
注：實驗室的試樣，是由’Fe
由表2、3知，生物煮練的優越性是顯而易見的。
3、漂白酶
用于漂白的酶制劑，尚處于開發階段，曾研究過有三種途徑：一是漆酶，它已成功地用于木質紙漿的漂白，需要有合適的傳遞介質化合物與它配套應用，因它是非專一性的酶，需由傳遞介質能傳遞電子才能起作用。目前使用的傳遞介質
如N-羥基苯三唑(N-hydroxybenzotriazole,HBT)及紫尿酸(Violuric acid)，其效率和毒性方面尚存在問題。二是，過氧化物酶，它通常是促進各種氧化劑的活化，例如過氧化氫酶用于除去織物上的過氧化氫(雙氧水)的分解，迄今未見于漂白方面的報導。三是葡萄糖氧化酶是最有希望的，它對B.D.葡萄糖有很強的專一性，能使葡萄糖在有氧氣參與的情況下，催化生成過氧化氫(H202)和葡萄糖酸內酯(Gluconolactone)，其簡單的催化反應如下:
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但是，如葡萄糖的C1處被取代，則葡萄糖氧化酶的活性會明顯下降，或完全停止。
上述催化反應，由二個部分組成，第一部先生成葡萄糖酸內酯，第二部是被還原的葡萄糖氧化酶，它與氧氣作用生成雙氧水，而葡萄糖酸內酯則會水介生成葡萄糖酸，它對金屬離子有很強的螯合能力，因此，毋需另加雙氧水的穩定劑了。
根據以前試驗結果，為使棉布漂白達到半制品白度要求，雙氧水的濃度在500-600mg／L時即可。而不同量的葡萄糖氧化酶能產生的雙氧水量的關系如圖1所示：
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| 葡萄糖氧化酶的劑量 |
| 圖1 葡萄糖氧化酶的劑量與生成雙氧水濃度的關系列 (淺灰色表示有布存在，灰色表示無布。) |
圖1表明，葡萄糖氧化酶能產生足夠的雙氧水濃度，同時，如處理浴中有布存在時，有利于雙氧水的生成，達
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| 葡萄糖氧化酶的劑量 |
| 圖2葡萄糖氧化酶的劑量和PH值對提高白度的關系(淺灰色表示PH7灰色表示PhlO) |
圖2表明，酶漂白織物的白度與葡萄糖氧化酶劑量和PH的關系，由以前試驗可知，雙氧水濃度隨施加劑量提高而提高，PHl0比PH7的漂白效果好。然而，葡萄糖氧化酶達一定劑量，白度會到達某一水平后就沒有相關性了，疑似由葡萄糖酸內酯增加而導致生成過量的葡萄糖酸的穩定作用所致。
三、酶前處的閉環體系
在上述試驗的基礎上，將酶退漿、煮練和漂白三個工序組合起來，建立一個酶前處理閉環體系，并將其廢液經處理后回用，從而實現用水少、排污量低和降低能耗的新工藝，其流程示意如圖3所示
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| 圖3酶退漿／煮練，漂白的閉環處理體系 |
為了建立閉環處理體系，工作步驟如下：
1、對退漿煮練和漂白三個酶處理工序，先分別進行工藝條件的最優化選擇，并均能達到半制品質量要求，再對退漿和煮練廢液中葡萄糖含量進行測定。
2、為了聯合處理，所選用的酶其應用最優化溫度和PH需兼容：此外，其處理殘液中仍呈活性狀態酶的影響，以及除葡萄糖外的水介產物，對聯合處理是 否有抑制作用，必須進行評估。
3、必須保證產生足夠的雙氧水濃度(500--600mg／L)，才能獲得合格白度，葡萄糖的含量以及葡萄氧化酯的劑量要仔細的合理平衡。實驗發現，在體系內超量提高雙氧水濃度，不會進一步提高織物的白度水平，可能是由于反應中同時產生的葡萄
4、退漿和煮練后的處理液污染很嚴重，須經過濾和／或離心分離等凈化處理后再回用。一則可減輕污染物再沉積到織物上去，其次，可減少由酶生成的雙氧水部分消耗于處理液的色素。
5、酶漂白在PH值7時織物白度指數為62-64，經堿液沸煮后白度指數可提高到73，這與傳統煮練漂白的白度指數72相當。而且經聯合的閉環處理后，織物的機械強度良好，纖維素損傷甚少，吸水性為3-4秒，試樣失重約為10-10.6％。
6、關于死棉和棉籽殼問題。在傳統煮練漂白后，棉子殼可以全部去除，但死棉仍無法介決。在酶前處理中，漆酶和機械力有助于去除棉籽殼或在很大程度減輕，死棉仍是一個挑戰性的問題。
7、酶閉環一浴法處理的棉布的手感，與傳統退漿煮練漂白棉布比較，經風格儀(KES-FS)測定，按夏令襯衫料(KNl01-S)公式計算其基本手感值，如表3所示
表3 前處理工藝與半制品手感關系
| 身骨 shari | 挺刮性koshi | 豐滿度Fukurami | 挺爽性hari | |
| 坯布 | 6.00 | 8.84 | 1.86 | 10.00 |
| 果膠酶處理 | 8.84 | 6.83 | 2.32 | 7.93 |
| 果膠酶／非離子表面活性劑處理 | 5.25 | 6.28 | 2.65 | 7.52 |
| 果膠酶／纖維素酶處理 | 3.29 | 4.06 | 2.77 | 5.23 |
| 果膠酶／葡萄糖淀粉酶／葡萄糖氧化酶處理 | 5.29 | 6.09 | 3.23 | 7.44 |
| 一浴法酶退漿／煮練／漂白處理 | 4.08 | 5.11 | 2.93 | 6.28 |
| 堿煮練／雙氧水漂白(傳統工藝) | 3.61 | 5.05 | 3.08 | 6.27 |
注：10(強) 1(弱) 表3數據表明，閉環體系試樣的手感與傳統煮練漂白試樣手感沒有明顯的區別。
四、結語
1、新建立的酶閉環體系前處理新工藝，不僅具有節能省水和減排等優點，又能降低廢水的污染程度，如其中分解物葡萄糖轉化漂白原料予以利用，在染整加工技術理論上有學術和經濟兩方面的意義。酶閉環體系的核心是葡萄糖與葡萄糖氧化酶之間，在有氧氣存在下的催化反應，生成雙氧水及水解的葡萄糖酸要合理平衡。同時
2、酶的閉環體系只適用于以淀粉為主上漿的棉及其混紡織物的前處理，目前只是完成了實驗室階段的工藝技術的開發，肯定還有大量研究工作要做才能推向規?；膽?。其次，葡萄糖氧化酶只有醫藥檢驗血糖用的制劑供應，其價格在染整行業來說是無法接受的，今后擴大生產后的價格如何?可能也將是它的一道成本關。
五、參考文獻
1、GBuschle-Diller,et．aL，Environmentally Benign Preparatory Processes-Introducing a Closed-L00p System，National Textile Center．Annual Report Nov.1999,C99-A07
2、ibid Auqust,2001
3、Q.Buschle-Diller,et.a1．，Biomimicking Of Enzymes for textile Processing，NTC．Annual Report；Nov,
4、王煥祥等葡萄糖氧化酶的棉織物漂白 全國染整新技術協作網簡訊第49期(總55期)2008．6．26
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