退漿酶前處理工藝在間位芳綸染色中的應(yīng)用

王繼業(yè)，譚艷君，霍 倩，李勇強(qiáng)，劉 帆，鐘露華

(1.西安工程大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安 710048；2.西安工程大學(xué)科技成果轉(zhuǎn)化中心，陜西西安，710048)

0 前言

芳綸纖維是目前產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的高性能纖維，是四大高性能纖維之一[1]。芳綸纖維在具備高強(qiáng)度、高模量的同時(shí)還擁有優(yōu)異的耐熱性、阻燃性等，被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、通訊行業(yè)、運(yùn)動(dòng)器材、防護(hù)面料等行業(yè)。隨著工業(yè)的發(fā)展，近幾年對(duì)芳綸纖維的研究逐漸深入，技術(shù)的成熟和生產(chǎn)成本的下降使得芳綸纖維得到了大量的應(yīng)用，如軍裝、防火服、防彈衣等以及產(chǎn)業(yè)紡織品的應(yīng)用。因此，提高芳綸纖維染色性能的需求也日益增長[2-5]。

生物酶是一種擁有高度專一性、高催化效率以及溫和反應(yīng)條件的生物催化劑，其催化活性可以人為控制調(diào)節(jié)。同時(shí)，生物酶具有無毒、可生物降解、產(chǎn)生的污水和對(duì)環(huán)境的污染少等優(yōu)點(diǎn)。因此作為綠色生產(chǎn)工藝，生物酶加工引起了人們的重視，具有較大的發(fā)展趨勢(shì)[6]。

本實(shí)驗(yàn)采用的退漿酶pH 和溫度適用范圍廣，其主要由熱穩(wěn)定性極高的細(xì)菌α-淀粉酶組成，能快速有效分解淀粉漿料，同時(shí)去除部分化學(xué)漿料，對(duì)織物中纖維損傷較小。實(shí)驗(yàn)主要研究了退漿酶在芳綸織物前處理中的應(yīng)用，優(yōu)化了退漿酶前處理工藝，同時(shí)通過與傳統(tǒng)氫氧化鈉處理的對(duì)比，分析退漿酶前處理工藝對(duì)芳綸織物染色性能的影響。

1 試驗(yàn)部分

1.1 織物、試劑及儀器

織物:間位芳綸織物(陜西元豐紡織技術(shù)研究有限公司)

試劑:分散紅86、分散黃64、分散藍(lán)73(亨斯邁紡織染化公司)，分散紅W-4BS-01、分散黃SERPD、分散藍(lán)SE-RPD(江蘇亞邦染料股份有限公司)，氯化鈉(天津市恒興化學(xué)試劑有限公司)，氫氧化鈉(天津市百世化工有限公司)，滲透劑DM-1232(廣東德美精細(xì)化工股份有限公司)，退漿酶TM-1、EA-2(自制)

儀器:SHZ-88 雙數(shù)顯水浴恒溫振蕩器(金壇市岸頭林豐實(shí)驗(yàn)儀器)，BP221S(德國賽多利斯集團(tuán))，瑞比F1007 全能型試色機(jī)(廈門瑞比精密機(jī)械有限公司)，Datacolor SF300 型思維士電腦測(cè)色儀(思維士科技公司)，LFY-302 日曬牢度實(shí)驗(yàn)儀(山東省紡織科學(xué)研究院)，電熱鼓風(fēng)干燥箱1010-23 型(上海市實(shí)驗(yàn)儀器總廠)，Y571B 型摩擦色牢度儀(寧波紡織儀器廠)

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 織物酶處理工藝

配置退漿酶處理液，其中，浴比1 ∶50，滲透劑1g/L，退漿酶1g/L～5g/L，氯化鈉0g/L～3g/L，處理溫度45℃～80℃，處理時(shí)間30min～90min。

1.2.2 織物堿處理工藝處方

1.2.3 染色工藝

以自制助劑EA-1 為染色載體，采用分散染料對(duì)芳綸織物進(jìn)行染色。

工藝處方:

工藝曲線:

1.3 性能測(cè)試

1.3.1 上染率

將空白染液及染色后殘液分別稀釋一定倍數(shù)，用UV-1900PC 型紫外可見分光光度計(jì)測(cè)定該染料最大吸收波長下的吸光度，按式(1)計(jì)算上染率。

式中:A0——空白液稀釋n0倍后的吸光度

Ai——染色殘液稀釋ni倍后的吸光度

1.3.2 織物K/S 值

采用Datacolor SF300 型測(cè)色配色儀，在D65光源、10°觀察角條件下，每個(gè)試樣測(cè)試3 次，取平均值。

1.3.3 織物色牢度

耐摩擦色牢度參照GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味取窚y(cè)試。

耐日曬牢度參照GB/T8426—1998《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)凸馍味?日光》測(cè)定。

1.3.4 織物強(qiáng)力

斷裂強(qiáng)力參照GB/T 3923-2013《紡織品織物拉伸性能》測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 間位芳綸退漿酶前處理工藝優(yōu)化

2.1.1 退漿酶用量對(duì)間位芳綸染色效果的影響

按照1.2.1 節(jié)工藝改變退漿酶的用量對(duì)間位芳綸織物進(jìn)行前處理，其中氯化鈉用量1g/L，處理溫度60℃，處理時(shí)間65min。再按1.2.3 節(jié)工藝對(duì)處理后的芳綸織物進(jìn)行染色，染料選擇分散紅86，染料用量2%、3%、4%、5%。染色結(jié)束后測(cè)試皂洗后織物的K/S 值，研究退漿酶用量對(duì)芳綸織物染色性能的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 退漿酶用量對(duì)芳綸織物染色性能的影響

由圖1 可以看出，隨著寬溫退漿酶的用量增加，染色后織物的K/S 值呈上升趨勢(shì)，到達(dá)一定值后趨于平穩(wěn)。圖中所示K/S 值開始先呈上升趨勢(shì)，是因?yàn)榍疤幚韺⒗w維上生產(chǎn)時(shí)殘留的漿料、油劑等雜質(zhì)除去，有利于染料上染到纖維上。在上升到一定后開始趨于平緩，是因?yàn)橥藵{酶用量達(dá)到一定后，酶對(duì)織物的處理達(dá)到飽和，再增加用量對(duì)處理效果的提升不大。因此芳綸織物前處理過程中退漿酶應(yīng)選擇合適的量，由圖1 可以看出，最佳用量為2.5g/L。

2.1.2 氯化鈉用量對(duì)間位芳綸染色效果的影響

按照1.2.1 節(jié)對(duì)間位芳綸進(jìn)行前處理，其中退漿酶用量2.5g/L，處理溫度60℃，處理時(shí)間65min。再按照1.2.3 節(jié)工藝對(duì)處理后間位芳綸進(jìn)行染色，染料選擇分散紅86，染料用量2%、3%、4%、5%。染色結(jié)束后，測(cè)定皂洗后織物的K/S 值，研究氯化鈉對(duì)間位芳綸退漿酶前處理效果以及處理后織物染色性能的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 氯化鈉用量對(duì)處理后間位芳綸染色的影響

由圖2 可以看出，隨著氯化鈉用量的增加，染色后織物K/S 值的趨勢(shì)呈先上升后平緩。氯化鈉用量為0g/L 時(shí)，織物的K/S 值最低，染料上染織物最少染色效果差，氯化鈉用量增加到1g/L 時(shí)，織物的K/S 值顯著提高，染色效果改善。再繼續(xù)增加氯化鈉用量，織物K/S 值變化不大，織物染色效果沒有明顯改善。由此可以看出氯化鈉在前處理工藝中對(duì)退漿酶有活化作用，用量較低時(shí)退漿酶對(duì)織物的處理能力較差，難以將織物上的漿料、雜質(zhì)等物質(zhì)處理干凈，織物的染色效果較差。用量達(dá)到酶處理飽和后，再繼續(xù)增加氯化鈉的用量，對(duì)處理效果的影響不大。由圖2 可以看出芳綸織物前處理過程中氯化鈉的最佳用量為1g/L。

2.1.3 前處理溫度對(duì)間位芳綸染色效果的影響

按照1.2.1 節(jié)對(duì)間位芳綸進(jìn)行前處理，其中退漿酶用量2.5g/L，氯化鈉用量為1g/L，處理時(shí)間65min。再按照1.2.3 節(jié)工藝對(duì)處理后間位芳綸進(jìn)行染色，染料選擇分散紅86，染料用量2%、3%、4%、5%。染色結(jié)束后，測(cè)定皂洗后織物的K/S 值，結(jié)果見圖3。

由圖3 可以看出，處理溫度在60℃以下時(shí)，隨著處理溫度的提高處理后芳綸織物染色的K/S 值提升顯著，在溫度達(dá)到60℃以后繼續(xù)提高溫度對(duì)織物的處理效果的提升不明顯，由此可以看出退漿酶處理芳綸織物的最佳處理溫度是60℃。

圖3 處理溫度對(duì)處理后間位芳綸染色的影響

2.1.4 前處理時(shí)間對(duì)處理后間位芳綸染色的影響

按照1.2.1 節(jié)對(duì)間位芳綸進(jìn)行前處理，其中退漿酶用量2.5g/L，氯化鈉用量為1g/L，處理溫度60℃。再按照1.2.3 節(jié)工藝對(duì)處理后間位芳綸進(jìn)行染色，染料選擇分散紅86，染料用量2%、3%、4%、5%。染色結(jié)束后，測(cè)定皂洗后織物的K/S 值，結(jié)果見圖4。

圖4 處理時(shí)間對(duì)處理后間位芳綸染色的影響

由圖4 可以看出，處理溫度低于60℃時(shí)，隨著處理時(shí)間的增加處理后芳綸織物染色的K/S 值提升顯著，說明處理時(shí)間在60min 以下時(shí)，隨著處理時(shí)間的增加，退漿酶對(duì)芳綸織物的處理效果提升。在處理時(shí)間達(dá)到60min 以后，繼續(xù)增加時(shí)間退漿酶對(duì)芳綸織物的處理效果提升不明顯基本趨于平緩。因此出退漿酶處理芳綸織物的最佳處理時(shí)間是60min。

綜上所述，退漿酶前處理工藝處理芳綸織物的最優(yōu)工藝是:浴比1 ∶50，滲透劑1g/L，退漿酶2.5g/L，氯化鈉1g/L，處理溫度60℃，處理時(shí)間60min。

2.2 退漿酶/氫氧化鈉處理工藝處理芳綸織物效果的對(duì)比

本實(shí)驗(yàn)選擇傳統(tǒng)氫氧化鈉前處理作為對(duì)比，研究退漿酶前處理工藝處理芳綸織物的效果。

2.2.1 退漿酶/氫氧化鈉處理芳綸織物的染色效果

按照2.1 節(jié)優(yōu)化工藝、1.2.2 節(jié)氫氧化鈉處理工藝處理芳綸織物，再按1.2.3 節(jié)工藝進(jìn)行芳綸染色，選取多種染料，染料用量4%。染色結(jié)束后，測(cè)定染料上染率和皂洗后織物的K/S 值，對(duì)比退漿酶和氫氧化鈉處理芳綸織物的染色效果，結(jié)果見表1。

表1 退漿酶/氫氧化鈉處理芳綸織物的染色效果

由表1 可以看出，相同染色條件下，退漿酶處理后的芳綸織物染色K/S 值高于氫氧化鈉處理后的芳綸織物。同樣，退漿酶處理后的芳綸織物染色染料的上染率高于氫氧化鈉處理后的芳綸織物。由此可以看出退漿酶處理后芳綸織物的染色效果好于氫氧化鈉處理后的芳綸織物。這說明退漿酶前處理工藝對(duì)芳綸織物的處理效果好于氫氧化鈉前處理工藝。

2.2.2 退漿酶/氫氧化鈉處理后芳綸織物的色牢度

按照2.1 節(jié)優(yōu)化工藝、1.2.2 節(jié)氫氧化鈉處理工藝處理芳綸織物，再按1.2.3 節(jié)工藝進(jìn)行芳綸染色，選取多種染料，染料用量4%。染色結(jié)束后，測(cè)定染料上染率和皂洗后織物的色牢度，研究退漿酶和氫氧化鈉處理芳綸織物的色牢度，結(jié)果見表2。

表2 退漿酶/氫氧化鈉處理后芳綸織物的色牢度

由表2 可以看出，采用退漿酶處理的芳綸織物干濕摩色牢度能達(dá)到傳統(tǒng)氫氧化鈉處理的效果，并且部分情況下較好于傳統(tǒng)氫氧化鈉處理的效果。兩種工藝處理后的芳綸織物干摩大多都是4 級(jí)，濕摩大多都是3～4 級(jí)。部分試樣中，退漿酶處理后的試樣色牢度優(yōu)于氫氧化鈉處理試樣半級(jí)左右。說明退漿酶處理后的芳綸織物染色后的耐摩擦色牢度總體好于氫氧化鈉處理后的芳綸織物。

由表2 還可以看出，采用兩種工藝處理后的芳綸織物耐日曬牢度基本都是3 級(jí)，說明退漿酶處理后芳綸織物染色后的耐日曬色牢度能達(dá)到傳統(tǒng)氫氧化鈉處理的效果。

2.2.3 退漿酶/氫氧化鈉處理對(duì)芳綸織物強(qiáng)力的影響

按照2.1 節(jié)優(yōu)化工藝、1.2.2 節(jié)氫氧化鈉處理工藝處理芳綸織物，再按1.2.3 節(jié)工藝進(jìn)行芳綸染色，選取多種染料，染料用量4%。染色結(jié)束后，測(cè)定芳綸織物的斷裂強(qiáng)力，研究退漿酶和氫氧化鈉處理對(duì)芳綸織物強(qiáng)力的影響，結(jié)果見圖5。

圖5 退漿酶/氫氧化鈉處理對(duì)芳綸織物強(qiáng)力的影響

由圖5 可以看出，相對(duì)于原樣的斷裂強(qiáng)力1329.24N，氫氧化鈉處理后的芳綸纖維斷裂強(qiáng)力下降較明顯，是因?yàn)闅溲趸c處理工藝在去除漿料的同時(shí)，會(huì)對(duì)芳綸織物產(chǎn)生損傷。退漿酶處理后芳綸織物的斷裂強(qiáng)力也會(huì)有輕微下降，這是因?yàn)橥藵{酶將織物中的漿料去除后，會(huì)使得織物間產(chǎn)生空隙，導(dǎo)致織物的斷裂強(qiáng)力有所下降。但是相較于氫氧化鈉處理工藝，酶處理后織物的強(qiáng)力下降較小。說明退漿酶處理工藝對(duì)處理后芳綸織物強(qiáng)力的影響小于氫氧化鈉處理工藝，更適宜用于芳綸織物前處理。

3 結(jié)論

(1)退漿酶前處理工藝處理芳綸織物的最優(yōu)工藝是:浴比1 ∶50，滲透劑1g/L，退漿酶2.5 g/L，氯化鈉1 g/L，處理溫度60℃，處理時(shí)間60min。

(2)芳綸織物前處理中，退漿酶前處理工藝對(duì)芳綸織物的處理效果優(yōu)于氫氧化鈉處理工藝:退漿酶處理后的芳綸織物染色效果及色牢度好于氫氧化鈉處理后的芳綸織物；退漿酶對(duì)芳綸織物強(qiáng)力的損傷小于氫氧化鈉，有利于保證織物的性能。