工业脂肪酶在纺织领域的应用研究

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随着生物技术的进步尤其是基因技术的发展,微生物脂肪酶作为一种重要的生物催化剂现已成为世界研究的热点。微生物脂肪酶可以催化酯类化合物的水解、合成及酯交换反应,且反应不需要辅酶,反应条件温和,副产物少,并且具有高底物专一性、区域选择性和对映选择性,被广泛应用于油脂水解、食品加工、生物柴油、手性药物合成以及洗涤剂、化妆品、香料和其它有机合成领域。与纤维素酶、蛋白酶和淀粉酶等生物酶相比,脂肪酶在纺织工业中的应用研究相对较少,目前还停留在实验阶段,其应用范围和对象也较窄,主要用于羊毛脂的去除、丝绢除油去蜡、棉纤维去蜡质以及改善涤纶亲水性等方面。寻找合适、高效的纺织用脂肪酶仍然是当前一项迫切的任务。  工业脂肪酶是一种由大肠杆菌转基因发酵得到的液体脂肪酶。作为一种多功能酯酶,工业脂肪酶能够催化酸与醇的酯化、一些脂肪酸盐与醇的转酯化,目前,已在食品行业以及造纸工业中已得到了大量应用。此外,它能够催化水解不溶性多聚物角质和各种聚酯的酯键,也可以作用于其它长链、短链脂肪酸酯、乳化的甘油三酯等,因此,在纺织工业中也具有广泛的应用前景。由此出发,本文探究了工业脂肪酶在羊毛洗毛以及改善涤纶亲水性等方面应用的可行性。具体的研究内容有以下几个方面:(1)在洗毛实验中,首先通过测定模拟化合物硬脂酸甘油酯及油酸甘油酯的水解率,探究工业脂肪酶对甘油酯的催化效力。然后,通过对比分析毛样的失重率、外观、手感以及洗净毛含脂率,评价将工业脂肪酶应用于洗毛实验的可行性。进一步通过单因素实验,探究了酶用量、温度、pH值、时间、浴比等因素对洗净毛含脂率的影响。最后通过研究各种不同种类表面活性剂对工业脂肪酶活性的影响,筛选出合适的表面活性剂与工业脂肪酶进行复配,以改善洗毛效果。并探究酶与表面活性剂的合适洗毛配比以及此配比下配制的酶制剂的最佳洗毛用量。(2)在改善涤纶织物的亲水性研究中,采用浸渍和浸轧两种工艺处理涤纶织物。首先通过分析工业脂肪酶处理后涤纶织物的失重率、润湿性、静电半衰期、涤纶纤维大分子链的官能团变化以及处理残液的吸光度变化,对工业脂肪酶处理涤纶织物的效果进行评价,探究将工业脂肪酶用于改善涤纶亲水性的可行性。在此基础上,进一步探究了酶用量、处理时间、处理温度和pH值等因素对涤纶织物酶处理残液(或沸煮液)中对苯二甲酸衍生物浓度的影响。  通过上述的研究工作得出:(1)工业脂肪酶可以催化甘油酯水解,产生脂肪酸和甘油。通过对比分析毛样的失重率、外观及、手感以及洗净毛含脂率,可知工业脂肪酶可以用于原毛洗毛,从而获得手感及白度较好,含脂率较低的洗净毛。合适的洗毛工艺参数为:酶用量在5 g/L左右,pH值在8.0左右,浴比1:40左右,温度在60℃左右,时间2 h左右。各种不同种类表面活性剂中JFC对工业脂肪酶活性影响最小,相对酶活在80%以上。因此,选用JFC与工业脂肪酶进行复配用于洗毛实验,工业脂肪酶与JFC合适的复配比例在10:1左右,以此比例复配的酶制剂,用量在1g/L左右时可以获得较好的洗毛效果。(2)在改善涤纶织物的亲水性实验中,工业脂肪酶处理后涤纶织物的失重率有所增大,亲水性和抗静电性得到了一定程度的改善。纤维红外光谱表明,酶处理后涤纶纤维上-OH和-COOH的特征吸收峰并无明显变化,说明,工业脂肪酶对涤纶纤维上酯键的水解作用并不明显,作用仅发生在涤纶纤维表面。此外,处理残液(或沸煮液)中存在小分子的对苯二甲酸衍生物。因此,工业脂肪酶单独处理涤纶织物可以使涤纶大分子发生一定程度的降解,但对涤纶织物亲水性改善的效果不是很明显。两种工艺中,随着酶用量的增大、处理时间的延长,处理涤纶织物的残液(或沸煮液)中对苯二甲酸衍生物的浓度逐渐增大,合适的pH值在7左右,因为pH值为7时,对苯二甲酸衍生物的浓度最大。浸渍工艺中,最适温度范围为60~70℃;浸轧工艺中,随着温度的升高,对苯二甲酸衍生物浓度逐渐增大。
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