可水解生成亲水性较强的酰胺基,从而提高腈纶的抗静电性及吸湿性能,同时赋予腈纶酸性染料可染性能。
酯酶可以催化涤纶大分子中的酯基水解,为疏水性的涤纶引入亲水性基团,明显提高涤纶的润湿性及手感。
生物酶在纺织品改性方面的研宄。
丙纶纺丝机
近年来,随着“绿色生产”呼声的提高,生物酶在纺织染整工业上的应用日渐得到人们的关注。酶作为一种生物催化剂,具有高度的专一性,高效性(比一般催化剂高106~1013倍),催化反应条件温和,催化活性可调节控制等特点,用于纺织品的湿加工具有独特的优点。酶用于纺织品整理,能从一定程度上改善织物的外观与手感。同时酶是蛋白质,本身无毒,且容易生物降解用酶取代染整加工中的部分酸、碱、氧化剂等化工原料,可大大降低污水排放,减轻环境污染,所以生物酶加工作为绿色生产工艺具有极大的发展潜力。到目前为止,国内外的科研工作者对于天然纤维加工用酶,如纤维素酶、淀粉酶、果胶酶、蛋白质酶等酶的研究己较深入,其中,部分酶制品己成功地应用到纺织工业中。相对而言,人们对于生物酶在合成纤维改性方面的研究还很欠缺。在这一领域,日本和欧美的学者们己做了初期的探索和尝试,并取得了一定成效并释放出氨气;二是先通过腈水合酶将氰基转化为酰胺基,再通过酰胺酶的作用转化成羧酸9.最初人们认为腈水解酶是用来水解芳香族腈化合物和不饱和脂肪族腈化物,而饱和脂肪族腈化物则是由腈水合酶与酰胺酶共同作用降解时10.但从近年的研究看来,这种看法未免简单化,实际上腈化物的反应途径取决于底物的立体因素及电子因素11. 1.2生物酶改性腈纶的特点1区域选择性与化学水解相比,腈纶的酶法水解具有良好的区域选择性,即腈水解酶和腈水合酶只催化水解腈纶中的氰基,而腈纶中其他对酸碱氧化剂敏感的基团在该种酶的作用下不发生变化。从而保证腈纶蓬松的手感和其它性能不受影响。
2立体选择性不同微生物菌株所产的腈水解酶类的立体选择性差异很大,有的立体选择性很高,有的选择性很低,甚至没有选择性。Kakeya等用菌株RhodococcusrhodochrousIFO 15564催化外消旋芳基丙腈水解,发现该菌株所产的腈水合酶和酰3对涤纶的生物催化水解只能发生在纤维|表面6.在酯酶的作用酶改性进行了较为全面的研究。他们用酯酶溶液net胺酶分别有很高的R型、S型羧酸。据报道,R.ihodochiousNCIMB 11216和A270产生的酰胺酶的立体选择性很高,而腈水合酶的立体选择性甚低。
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腈水解酶或腈水合酶作为一种生物催化剂,具有强酸、强碱、氧化剂等化学试剂无法比拟的高效、专一、反应条件温和等特点,不仅可降低能耗、节省能源,而且由于酶多为大分子蛋白质,而腈纶分子结构规整致密,所以酶对腈纶上氰基的催化水解主要停留在纤维表面,不致于影响纤维大分子主链的结构,可以保持腈纶原有的优异的物理机械性能。
11216的细胞粉碎液处理PAN颗粒(40kDa、190kDa)和第二单体为乙烯基乙酸酯的腈纶。结果发现,PAN40和PAN190的氰基转变为相应的羧基,而腈纶的氰基仅水解成酰胺基。这一结果说明,R.rhodochrous NCIMB11216产生的腈水合酶水解腈纶表面的氰基成酰胺基,而生成的酰胺基与酰胺酶没有发生作用。这一现象证明了酰胺酶要比腈水合酶的立体选择性高。
2涤纶的生物酶表面改性2.1酯酶对涤纶改性机理、特点及影响因素由于涤纶在水介质中不溶,使酯酶对涤纶的下,涤纶表面的酯键水解生成亲水性的羧基和羟基。由于酯酶是一种大分子蛋白质,它对酯键的催化水解仅限于涤纶表面,而不会伤及内部。而且,酶的催化反应条件温和,一般在30~40工pH也在中性条件附近,不像化学试剂催化水解那么剧烈。最重要的是,酯酶对涤纶酯键的催化反应具有可控性,可以通过升温、改变pH值等方法使酶失活,停止作用,操作简便灵活。
和其他生物酶一样,要使其对底物发生作用,必须保证酶的活性中心与底物的反应基团相契合。特别是对于像涤纶这样的高分子聚合物,具有一定的结晶度和取向度,分子结构致密,不像天然的酯类那样易于接近酶的活性中心。相对而言,结晶度低的涤纶较易于被酯酶作用,表面改性程度更明显。对此,MeeYoungYoon等学者研究表明,在同样条件的酯酶作用下,无定型区的酯键比结晶区的酯键更易发生水解。酯酶的活力还受工作液温度、pH值、机械搅拌、激活剂、表面活性剂等多种因素的影响。据报道,该酶在55天内,可使涤纶强度最高降低50%,用扫描电镜观察,发现经酶处理后涤纶表面变得凹凸不平,其织物经酶处理后,发生减量,吸湿性提高,手感也得到改处理涤纶,并对酶处理后涤纶的酯键水解程度、纤维的各种性能进行了分析。结果显示,通过酯酶的表面改性,涤纶的抗起球性、抗静电、去污能力及吸湿性都得到不同程度的改善。
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3结束语生物酶改性方法作为一种“绿色生产”工艺,在许多天然纤维如棉、麻、毛、丝织物的染整加工过程中得到了广泛的关注与应用。同时,其在合成纤维领域也有广阔的应用前景和开发潜力。虽然合成纤维特有的较为致密的超分子结构从一定程度上限制了酶的作用点,但通过生物工程和染整工程工作者的共同努力,定会寻求出更好的菌种、优化出更好的工艺条件来强生物酶对合纤的改性效果。