李雪梅 馬 越 屠慕欣 孫 悅

（遼東學(xué)院，遼寧 丹東 118001）

當(dāng)今社會(huì)，保護(hù)人類生存環(huán)境的呼聲日益高漲，各國(guó)制定的環(huán)境政策和法規(guī)日益嚴(yán)格，比如眾人皆知的上海垃圾分類，在這種保護(hù)環(huán)境的要求下，使需要耗費(fèi)大量化學(xué)品和水資源，還會(huì)產(chǎn)生大量污染的印染行業(yè)面臨巨大挑戰(zhàn)。所以低能耗、低污染就是人們關(guān)注的焦點(diǎn)和我們奮斗的目標(biāo)。羊毛纖維是天然的蛋白質(zhì)纖維，常用于高檔服裝的面料，但是仍有許多不足，我們可以利用生物酶技術(shù)來(lái)改造和提升羊毛纖維的性能，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的高檔化和生產(chǎn)的環(huán)?；?，既可以提高生活質(zhì)量又可以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

一、生物酶的特點(diǎn)及催化機(jī)制

物酶是具有催化功能的蛋白質(zhì)，具有特定的三角結(jié)構(gòu)，在催化反應(yīng)過(guò)程中酶的催化作用是通過(guò)降低體系中的活化能(即活波態(tài)與常態(tài)之間的能量差)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。目前，對(duì)于酶如何使反應(yīng)的活化能降低作出較為完美解釋的是中間產(chǎn)物學(xué)說(shuō)[1]，即設(shè)有一種反應(yīng)：

酶在催化此反應(yīng)時(shí)，酶首先要與底物結(jié)合，生成一個(gè)不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物ES，中間絡(luò)合物再分解成產(chǎn)物和原來(lái)的酶，反應(yīng)式如下：

由于酶催化反應(yīng)（2）比（1）要低，所以反應(yīng)速度加快

S——底物

P——產(chǎn)物

E——酶

二、蛋白酶與羊毛的作用原理

生物蛋白酶低溫促染機(jī)理[2]：蛋白酶是生物催化劑，用蛋白酶處理羊毛時(shí)，酶首先作用于鱗片層和皮質(zhì)層間，使鱗片層中角質(zhì)化的蛋白質(zhì)氨基酸中的肽鍵水解，使鱗片層局部龜裂呈現(xiàn)剝離之勢(shì)，隨著酶處理的進(jìn)行鱗片逐步脫落，從而破壞疏水層，提高纖維的滲透性，使羊毛纖維上染料擴(kuò)散的孔道擴(kuò)大，染料能大量迅速地上染，在較低的溫度80℃以下就能獲得較高的上染率。

酶處理通常是在40-50℃時(shí)進(jìn)行，經(jīng)過(guò)酶處理一段時(shí)間，酶對(duì)羊毛的鱗片層進(jìn)行水解。研究發(fā)現(xiàn)，同浴染色時(shí)，60-65℃之間的上染百分率比不經(jīng)過(guò)酶處理的高出30%左右，溫度升至80℃能獲得較高的上染百分率，80℃保溫一段時(shí)間后，上染百分率即可達(dá)到95%左右。這說(shuō)明隨著酶對(duì)羊毛鱗片水解的不斷進(jìn)行，染料逐漸上染，促染作用十分明顯。

三、羊毛除雜

羊毛纖維的主要成分是蛋白質(zhì)，而草的主要成分是纖維素，由于二者的化學(xué)成分完全不相同，在含有草雜的羊毛中加入纖維素酶，利用酶催化反應(yīng)高度專一的特點(diǎn)，加入的酶只與草雜中的纖維素發(fā)生反應(yīng)，對(duì)植物性雜質(zhì)起作用，使植物性草雜理化性質(zhì)發(fā)生變化從而除去草雜。纖維素酶對(duì)蛋白質(zhì)羊毛不起作用，加之處理時(shí)溫度較低，對(duì)羊毛不會(huì)造成損傷。再者，酶本身就是蛋白質(zhì)，容易生物降解，可以減輕環(huán)境污染。用纖維素酶、果膠酶和木質(zhì)素酶的混合物處理羊毛，不損傷羊毛纖維[3]。

四、羊毛漂白

羊毛纖維中的黑色素是一些氨基酸在一定條件下經(jīng)過(guò)復(fù)雜的反應(yīng)形成的，并組成羊毛蛋白質(zhì)的一部分。羊毛纖維的漂白可利用絲氨酸蛋白酶對(duì)過(guò)氧化氫穩(wěn)定的特點(diǎn)，在堿性條件下處理羊毛，達(dá)到改善羊毛織物白度的目的。白度的提高不僅可通過(guò)酶活化過(guò)氧化氫來(lái)漂白，還可以將這些色素從羊毛纖維中分離出來(lái)，也可能直接發(fā)生反應(yīng)，將有色結(jié)構(gòu)破壞，達(dá)到消色或漂白的作用[4]。

閻克路、王華林[5]以等人對(duì)過(guò)氧化氫漂白黑花羊毛的工藝進(jìn)行了試驗(yàn)，通過(guò)用金屬鹽對(duì)黑花羊毛纖維進(jìn)行漂白的3個(gè)變量，包括漂白溫度、漂白時(shí)間、過(guò)氧化氫濃度的單獨(dú)及協(xié)同作用進(jìn)行了試驗(yàn)，采用中心旋轉(zhuǎn)的組合設(shè)計(jì)試驗(yàn)，建立了和實(shí)際情況擬合度很高的兩次回歸模型，最終得到了在纖維損傷程度允許范圍內(nèi)所產(chǎn)生的最佳的羊毛纖維的漂白條件。

五、羊毛柔軟改性

1.羊毛結(jié)構(gòu)

羊毛的鱗片層由片狀鱗片細(xì)胞組成，鱗片細(xì)胞又分為性質(zhì)不同的外表皮層、次表皮層和內(nèi)表皮層。

2.改性方法

（1）剝鱗片減量法

羊毛剝鱗片減量法的基本原理是將羊毛表面鱗片層全部或部分腐蝕去除，露出內(nèi)部的皮質(zhì)層，使纖維由原來(lái)鱗片包覆結(jié)構(gòu)變?yōu)闂U狀結(jié)構(gòu)。這對(duì)羊毛的力學(xué)性能有一定的損害，但手感、吸濕性、抗氈縮性等服用性能會(huì)得到改善。采用不同的化學(xué)改性方法對(duì)羊毛纖維的損傷程度以及對(duì)環(huán)境的污染程度也有所不同。

（2）高錳酸鉀法

高錳酸鉀與羊毛的鱗片部位進(jìn)行氧化反應(yīng)，使鱗片得到適度降解。羊毛經(jīng)高錳酸鉀處理后，白度、吸濕性、柔軟度增加，抗氈縮性好，但由于高錳酸鉀的氧化能力強(qiáng)，如加工工藝不當(dāng)，極易造成纖維的損傷，目前高錳酸鉀剝鱗片加工方法應(yīng)用較少。

（3）生物酶處理法

酶作為一種具有高催化效率和專一性的生物催化劑，具有對(duì)紡織基質(zhì)損傷最小、不污染環(huán)境的特點(diǎn)。早在1941年Middebrook和Philips就首先報(bào)道了采用蛋白酶進(jìn)行羊毛防氈縮處理的研究結(jié)果。由于當(dāng)時(shí)生物技術(shù)的局限，酶處理技術(shù)未能獲得進(jìn)一步的研究和推廣。隨著生態(tài)環(huán)境問(wèn)題日益受到關(guān)注，生物酶在羊毛改性中得到了日益廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)羊毛酶處理的工藝條件、影響因素以及處理后羊毛各項(xiàng)性能的改變報(bào)道較多。

以上的幾種處理方法，每一種都有自己的優(yōu)點(diǎn)和不足，其中生物酶處理法具有對(duì)紡織基質(zhì)損傷最小、不污染環(huán)境的特點(diǎn)。被人們廣泛關(guān)注，具有不錯(cuò)的發(fā)展前景和空間。

六、羊毛起球處理

羊毛織物在使用的過(guò)程中，一定會(huì)遭受到不同程度的摩擦和揉搓，就會(huì)產(chǎn)生羊毛織物起毛起球的現(xiàn)象，從而影響使用并降低消費(fèi)者購(gòu)物的欲望。為此，必須對(duì)羊毛織物進(jìn)行抗起球的處理。

1.氯化法

氯化法又稱氯氧化法，利用氯氣和次氯酸鈉和二氯異氰尿酸鹽等的氯化和氧化反應(yīng)的共同作用來(lái)改變纖維之間的摩擦系數(shù)和抱合力，從而改變羊毛織物的抗靜電抗起球性能。

氧化法處理羊毛后，產(chǎn)生大量的有機(jī)鹵化物，嚴(yán)重污染環(huán)境，并且在織物纖維中殘留污染物會(huì)影響人體健康。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外紛紛以立法的形式限制有機(jī)鹵化物的排放，因此氯化法逐漸被其他方法取代。

2.蛋白酶處理法

由于羊毛的氈縮性，在生物拋光過(guò)程中，不能使用機(jī)械攪拌蛋白酶處理法，而是主要通過(guò)蛋白酶的分解作用，對(duì)羊毛織物進(jìn)行生物拋光，改善織物的抗起毛起球性能。

近年來(lái)蛋白酶被不斷應(yīng)用在羊毛的抗起毛起球研究中，其作用機(jī)理是利用蛋白酶的催化作用，對(duì)羊毛纖維的肽鍵進(jìn)行水解，達(dá)到破壞羊毛纖維表面鱗片層的目的，進(jìn)而降低纖維的定向摩擦效應(yīng)，起到改善織物抗起毛起球性能的目的。蛋白酶處理羊毛織物要想獲得良好的效果，仍然需要化學(xué)試劑的預(yù)處理。李發(fā)洲等就研究發(fā)現(xiàn)，還原酶處理可以有效地提高羊毛織物的抗起毛起球性能，而且基本不會(huì)對(duì)織物的耐洗色牢度以及耐摩擦色牢度造成影響，雖然整理后織物的手感會(huì)變得僵硬、粗糙，但可以通過(guò)柔軟劑的整理來(lái)改善織物手感。

常用的蛋白酶多為堿性蛋白酶，用其處理毛織物存在缺點(diǎn)。蛋白酶是大分子物質(zhì)，理論上是無(wú)法進(jìn)入纖維內(nèi)部的，只能對(duì)纖維表面的鱗片層進(jìn)行降解，不會(huì)對(duì)其力學(xué)性能造成很大影響。然而事實(shí)上堿性蛋白酶可以通過(guò)結(jié)構(gòu)疏松的細(xì)胞間質(zhì)進(jìn)入皮質(zhì)層，使得羊毛纖維的斷裂強(qiáng)力等性能受到影響，對(duì)羊毛主體造成較嚴(yán)重的損傷。

但是由于蛋白酶所具有的生物降解性以及重復(fù)利用性的特點(diǎn)，使其更符合當(dāng)下紡織品綠色、生態(tài)、環(huán)保的發(fā)展要求，應(yīng)是今后研究的方向。

七、結(jié)論

盡管生物酶對(duì)羊毛紡織品的改性還存在著許多問(wèn)題，但是隨著生物技術(shù)的發(fā)展，這些問(wèn)題會(huì)迎刃而解的。

生物酶制劑技術(shù)在紡織印染工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用前景，我們應(yīng)當(dāng)抓緊對(duì)各種生物酶制劑的研制，解決紡織印染中的一些難題，盡可能減少纖維強(qiáng)力下降、酶制劑效率不高的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)耐高溫的酶種，擴(kuò)大蛋白酶應(yīng)用的范圍，加速我國(guó)紡織印染工業(yè)的發(fā)展。