一种基于生物酶和机械力联合作用的羊毛地毯无氯丝光方法

摘要

本发明涉及一种基于生物酶和机械力联合作用的羊毛地毯无氯丝光方法，其特点在于该羊毛地毯丝光方法的工序包括：羊毛地毯的清洗、蛋白酶处理、鳞片机械剥离、蛋白酶失活处理及水洗，为了提高蛋白酶对羊毛纤维水解作用的效率，在蛋白酶处理工序前还可以添加氧化或还原预处理工序，为了赋予整理后羊毛地毯柔软或平滑的手感，在羊毛地毯的蛋白酶失活处理及水洗工序后添加柔软整理工序。该丝光方法基于蛋白酶的减量处理和机械外力联合作用，适度剥离羊毛鳞片，达到对羊毛织物丝光整理的目的，并且减少由于单纯依赖蛋白酶及其他化学品的化学作用而造成羊毛的过分损伤，以及氯化工艺对环境带来的污染。

说明书

技术领域

本发明涉及羊毛地毯丝光技术领域，具体涉及一种基于生物酶和机械力联合作用的羊毛地毯无氯丝光方法。 

背景技术

同其他纤维制成的地毯相比，羊毛地毯外观华贵，质地蓬松，触感温暖而富有弹性，是一类高档的室内纺织用品。但羊毛纤维的结构特殊，表面存在鳞片层，导致羊毛纺织制品普遍存在水洗收缩、穿着存在刺痒感以及染色困难等缺点。而对于羊毛地毯而言，如果能适度剥除羊毛纤维鳞片，则由于羊毛纤维细度下降，以及纤维的表面摩擦系数下降，会使地毯在使用过程中的形态稳定性增加，地毯触感更加柔软光滑，光泽更加柔和，地毯的附加值也会因此而大大提高。因此，毛纺织行业习惯把破坏或剥离羊毛纤维表面鳞片的加工过程称为羊毛织物的丝光整理或加工。

目前，对羊毛织物的丝光加工过程中，去除羊毛表面鳞片效果好并且应用较为广泛的方法是对羊毛织物进行氯化处理，即采用氯化试剂破坏或去除羊毛表面鳞片。许多氯系的化学品，如次氯酸钠、亚氯酸钠、氯胺、硫酰氯、二氯异氰脲酸盐、三氯异氰脲酸等，都可以用于羊毛的氯化丝光加工中。由于这些氯化试剂都是弱氧化剂，因此，对羊毛鳞片的破坏本质上是氯化与氧化反应共同作用的结果。尽管目前行业内的氯化羊毛丝光工艺已经比较成熟，并且达到了一定的羊毛强力损伤小、整理效果好的效果，但该氯化工艺始终存在羊毛吸氯变黄和手感粗糙等缺点，尤其是该氯化工艺会产生有毒、可吸收的有机卤化物(Absorbable Organic Halogen，简称AOX)，造成严重的生态环境污染。因此，开发对环境污染小或无污染的新型羊毛丝光整理工艺具有重要的意义。

而酶是一种具有活性和专一性的生物催化剂，其本身也是蛋白质，可被生物降解，并且酶催化作用的条件相当温和。因此，从环保和节能方面来说，酶在纺织品染整加工中的极具应用潜力，而利用蛋白酶对羊毛的催化水解从而破坏甚至剥离鳞片也日益引起学者重视。然而，蛋白酶对羊毛的催化水解存在明显的选择性和不均一性。因为羊毛纤维的每个角质细胞、皮质细胞以及角质细胞和皮质细胞之间均由细胞膜复合物（CMC）相互隔开，而主要由非角朊蛋白质的胞间粘合物、类脂物和阻抗膜组成的CMC 贯通于纤维内部，形成羊毛纤维内部唯一连续的相。酶分子对纤维的水解首先是经由贯通于整个纤维内部并延伸到表面的细胞膜复合物（CMC）中的细胞间粘合物开始，进而沿着CMC向纤维内部逐渐扩散并发生作用，因此导致蛋白酶对羊毛的减量作用是不均匀的并且主要发生在羊毛纤维内部，而非期望的由外向内进行，因此单纯依靠蛋白酶的水解作用，可能导致羊毛纤维内部已经发生严重降解，而羊毛鳞片还相当完整，其结果是导致蛋白酶对羊毛的处理过程难以控制，极易出现纤维内部损伤和强力严重下降等技术问题，因此也限制了蛋白酶减量处理在羊毛丝光工艺中的应用。同时，蛋白酶减量处理羊毛过程中的不均一性和蛋白酶水解程度难于控制的问题，也是目前蛋白酶减量处理在羊毛地毯处理中的工业化应用中面临的一个至今未解决的技术难题。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是针对以上现有技术所存在的不足，而提出了一种基于生物酶和机械力联合作用的羊毛地毯无氯丝光方法，该工艺基于蛋白酶的减量处理和机械外力联合作用，适度剥离羊毛鳞片，达到对羊毛织物丝光整理的目的，并且减少由于单纯依赖蛋白酶及其他化学品的的化学作用而造成羊毛的过分损伤，以及氯化工艺对环境带来的污染。

本发明的技术方案是通过如下技术措施来实现的： 

一种基于生物酶和机械力联合作用的羊毛地毯无氯丝光方法，其特点在于该羊毛地毯丝光方法包括蛋白酶处理与羊毛鳞片机械剥离处理的结合，羊毛鳞片机械剥离处理中机械为刮刀刮擦或毛刷磨刷或两者的结合。

以上所述的该羊毛地毯丝光方法的工序包括：羊毛地毯的清洗、蛋白酶处理、鳞片机械剥离、蛋白酶失活处理及水洗，具体工艺步骤如下：

（1）羊毛地毯的清洗：羊毛地毯在中性或弱碱性条件下使用的洗涤剂用量为1%~10%（o.w.f），浴比1：10~1：50，温度为30~80℃，pH 6.0~9.0的条件下洗涤30~ 120min，然后用清水漂洗并脱水；

（2）蛋白酶处理：经氧化还原预处理后织物在温度30~65℃，pH 6~9.0，浴比1：20~1：50条件下，在添加有0.5 %（o.w.f）~ 8%（o.w.f）蛋白酶、脂肪醇聚氧乙烯醚类表面活性剂0~ 15g/L的溶液中浸渍30~120min；

（3）鳞片机械剥离：经过蛋白酶处理后的织物，仍在原蛋白酶处理液中以刮刀或毛刷以1次/min~15次/min的频率对地毯进行刮擦或磨刷，时间为15~120min，当刮刀与毛刷联合使用时，先用刮刀刮擦后用毛刷磨刷；

（4）蛋白酶失活处理、水洗：将鳞片机械剥离后的织物在85℃~ 95℃热水中水洗 5 ~20min，使蛋白酶失去活性，然后充分水洗并脱水。

为了提高蛋白酶对羊毛纤维水解作用的效率，以上所述该羊毛地毯丝光工艺的工序中的羊毛地毯的清洗工序后和蛋白酶处理工序前还可以添加氧化或还原预处理工序。当清洗工序后和蛋白酶处理工序前还包括氧化预处理工序时，氧化预处理步骤为，将清洗后的羊毛地毯在pH7~9.5，温度为30℃~65℃的条件下，在含有2~20g/L的30%H₂O₂、0~10g/L硅酸钠的水溶液中浸泡15~60min，脱水；当清洗工序后和蛋白酶处理工序前还包括还原预处理工序时，还原预处理步骤为，将清洗后的羊毛地毯在pH7~9.5，温度为30℃~65℃的条件下，在含有2~20g/L的NaHSO₃的水溶液中浸泡15~60min，脱水。

为了赋予整理后羊毛地毯柔软或平滑的手感，对于经过蛋白酶减量和机械外力联合处理的羊毛地毯，可以使用氨基改性硅油进行柔软整理，即还可以在以上所述该羊毛地毯丝光工艺的工序中的羊毛地毯的蛋白酶失活处理及水洗工序后添加柔软整理工序。柔软整理工序步骤为：将脱水后的织物再浸泡于2% ~15%（o.w.f）氨基改性硅油溶液中，在浴比1：10 ~1：50，温度35℃~ 65℃条件下浸泡20~60min，再次脱水，脱水后在60℃~100℃预烘30~90min，然后在120~180℃下烘焙0.5~10min。

以上所述的刮刀由金属或树脂材料制成，所述的“毛”刷由弹性材料制成，弹性材料为尼龙或橡胶。

本发明的有益效果：

1、本发明采用蛋白酶与机械剥离的联合作用，是在蛋白酶对羊毛鳞片间的CMC 适当水解作用下，羊毛鳞片出现翘角增大以及鳞片与羊毛主体连结发生松解，在此基础上，通过刮刀或毛刷的机械作用，物理地或物理与蛋白酶的生化联合作用，剥离了羊毛的鳞片，避免了单纯依靠蛋白酶作用时，若处理时间短或强度低时，不足以对鳞片造成足够的破坏，而作用时间长或强度大时，虽然对鳞片发生了刻蚀，但已经对羊毛纤维的内部造成了严重的损伤的情况发生。

2、本发明技术方案中的蛋白酶的减量处理联合机械外力的物理作用，适度剥离羊毛鳞片，不仅避免过于依赖化学作用导致对羊毛纤维内部的损伤和强力的过分下降，使羊毛地毯在使用中的形态稳定性增加，地毯触感更加柔软光滑，光泽更加柔和，还减少了羊毛织物丝光处理过程中辅助化学品的用量，减少了废水的排放，对环境保护有明显的意义。

3、因为羊毛鳞片表面存在类脂层和鳞片外层中较高含量的胱氨酸，使蛋白酶大分子难以扩散到鳞片内；氧化剂或还原剂的预先处理，可以破坏羊毛纤维表面类脂层的疏水结构，同时部分切断鳞片外层胱氨酸二硫键，使得蛋白酶分子能更加容易地由表及里向纤维鳞片内扩散并对其发生作用，提高了蛋白酶对羊毛鳞片层的水解作用，所以羊毛经过氧化剂或还原剂的预先处理，提高了羊毛在蛋白酶的减量处理中的活性，提高了羊毛在蛋白酶处理下的水解效果，为后续的机械剥离工艺提供了良好的基础。

4、同传统的氯化羊毛丝光方法相比，成功应用生物蛋白酶，完全避免了氯化试剂的使用，不会产生有毒的可吸收有机卤化物，彻底避免了有机卤化物对环境的污染。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案更加清楚明白，下面用实施例对本发明作进一步的说明，但它不限于任何实施例，所有在本发明权利要求保护范围内或等同本发明权利要求保护范围内的改变均被本申请权利要求保护。

实施例1：蛋白酶和机械外力联合作用的羊毛地毯无氯丝光整理

1. 蛋白酶和机械外力联合作用的羊毛地毯无氯丝光整理

织物类型：纯羊毛地毯

(1)织物的清洗：毛能净为3 %（o.w.f），在浴比1：30，温度35℃条件下，将织物浸泡1小时，然后清水漂洗1次，脱水待用。

（2）碱性条件下蛋白酶处理：以2 %（o.w.f）Savinase 16L蛋白酶在温度55℃，pH 8.0，浴比1：30水溶液中30 min。

（3）中性条件下蛋白酶处理：以 2 %（o.w.f）木瓜蛋白酶在温度55℃，pH 7.0，浴比1：30水溶液中浸渍30 min。

（4）刮刀对鳞片的物理剥离：羊毛地毯在蛋白酶处理后，仍在蛋白酶处理液中以铝合金刮刀以3次/min的频率对地毯进行刮擦，方向为从地毯底部向地毯表面，时间为30min。

（5）弹性毛刷对鳞片的物理剥离：羊毛地毯在蛋白酶处理后，仍在蛋白酶处理液中以尼龙纤维制成的毛刷以3次/min的频率对地毯进行磨刷，磨刷方向为从地毯底部向地毯表面运行，时间为30min。

（6）蛋白酶失活处理及水洗：织物在 90℃热水中水洗 5 min，使蛋白酶失去活性，然后充分水洗后离心脱水。

  (7) 柔软处理：在浴比1：20，温度35℃条件下，将水洗脱水后织物浸泡在4% （o.w.f）氨基改性有机硅类柔软剂溶液中30min，然后于脱水机脱水1min，在60 ℃预烘40min，在145℃下烘焙3min。

试样1：只经过织物清洗一个步骤的处理的地毯试样。

试样2：经过织物清洗、碱性条件下蛋白酶处理、刮刀对鳞片的物理剥离和蛋白酶失活处理及水洗四个步骤的处理的地毯试样。

试样3：经过织物清洗、中性条件下蛋白酶处理、刮刀对鳞片的物理剥离和蛋白酶失活处理及水洗四个步骤的处理的地毯试样。

试样4：经过织物清洗、碱性条件下蛋白酶处理、弹性毛刷对鳞片的物理剥离和蛋白酶失活处理及水洗四个步骤的处理的地毯试样。

试样5：经过织物清洗、碱性条件下蛋白酶处理、刮刀对鳞片的物理剥离、蛋白酶失活处理及水洗和柔软处理五个步骤的处理的地毯试样。

试样6：经过织物清洗、碱性条件下蛋白酶处理、弹性毛刷对鳞片的物理剥离、蛋白酶失活处理及水洗和柔软处理五个步骤的处理的地毯试样。

2.整理效果的测试：

羊毛纤维细度测试：采用显微镜投影仪法测试羊毛纤维细度。

（2）减重率的测试：处理前和处理后试样分别在烘箱中于105℃烘至恒重，然后精确称量试样重量，处理后样品减重率按公式计算：

减重率（%）=100%×（处理前试样重-处理后试样重）/处理前试样重 

（3）强降率的测试： 根据标准GB/T4711-1984《羊毛单纤维断裂强力和伸长实验方法》，测试经过不同处理的羊毛单纤维断裂强力，根据公式计算处理后试样的强降率。

强降率（%）=100%×（处理前试样的断裂强力-处理后试样的断裂强力）/处理前试样的断裂强力

3 整理效果的测试结果

测试了不同试样的纤维细度，单纤维断裂强力和重量，并计算了各试样的减重率和强降率，结果列于表1中。

表1 单一蛋白酶和机械外力联合作用的羊毛地毯丝光整理效果

                                                 

结论是：试样2、试样3、试样4、试样5和试样6在整理工艺上虽然有差别，但都经过了蛋白酶水解与物理外力剥离的联合作用，与未经过蛋白酶减量处理和物理外力作用的试样1相比，羊毛纤维的平均细度均有不同程度的减小，特别是对于试样2和试样5，细度减少接近一个微米，而没有出现过分的重量减少和强度损失。

实施例2   有预处理的蛋白酶和机械外力联合作用的羊毛地毯丝光整理

织物品种：纯羊毛地毯

(1)织物的清洗： 毛能净A 为3 %（o.w.f），在浴比1：30，温度35℃条件下，将织物浸泡1小时，清水漂洗1 次，脱水待用。

（2）过氧化氢的氧化预处理：羊毛试样经 90℃热水预浸，在pH8.0，温度50℃，浴比1：30的条件下，用3g/L的30% H₂O₂ 溶液处理 1小时。

（3）亚硫酸氢钠的还原预处理：在浴比1：30，温度40℃条件下，将织物浸泡在含有15% （o.w.f）NaHSO₃ 和3%（o.w.f）Na₂CO₃水溶液中，处理时间为40min，然后脱水。

（4）蛋白酶处理：在温度50℃，pH 8.0，浴比1：50的条件下，织物在Esperase 8.0 L蛋白酶用量为2.0%（o.w.f)，渗透剂JFC浓度为5g/L 的溶液中浸泡 45 min。

（5）刮刀的械力作用：羊毛地毯在蛋白酶处理后，仍在蛋白酶处理液中以铝合金刮刀以2次/min的频率对地毯进行刮擦，方向为从地毯底部向地毯表面，时间为30min。

（6）弹性毛刷的机械作用：羊毛地毯在蛋白酶处理后，仍在蛋白酶处理液中以尼龙纤维制成的毛刷以2次/min的频率对地毯进行磨刷，磨刷方向为从地毯底部向地毯表面运行，时间为30min。

（7）蛋白酶失活处理及水洗：

织物在 90℃热水中水洗 5 min，使蛋白酶失去活性，然后充分水洗后离心脱水。

柔软处理：在浴比1：30，温度35℃条件下，将织物浸泡在4% （o.w.f）氨基改性有机硅类柔软剂溶液中30min，然后于脱水机脱水1min，在85 ℃预烘30min，在130℃下烘焙5min。

试样1：只经过织物清洗一个步骤的处理的地毯试样。

试样2：经过织物清洗、过氧化氢的氧化预处理、蛋白酶处理、刮刀对鳞片的物理剥离、弹性毛刷对鳞片的物理剥离、蛋白酶失活处理及水洗和柔软处理等七个步骤的处理的地毯试样。

试样3：经过织物清洗、亚硫酸氢钠的还原预处理、蛋白酶处理、刮刀对鳞片的物理剥离、弹性毛刷对鳞片的物理剥离、蛋白酶失活处理及水洗和柔软处理等七个步骤的处理的地毯试样。

整理效果的测试：实施例的羊毛纤维细度、减量率和强降率等指标的测试参照实施例 1 性能测试部分进行。

3 整理效果的测试结果

测试了三个试样的纤维细度，单纤维断裂强力和重量，并计算了试样2和试样3的减量率和强降率，结果列于表2中。

表2  有预处理的蛋白酶和机械外力联合作用的羊毛地毯丝光整理

结论：氧化预处理以及还原预处理都可以提高蛋白酶减量作用效率，在联合机械外力的作用下，与未经过蛋白酶减量处理和物理外力作用的试样1相比，试样2和试样3中羊毛纤维的平均细度减少了一个微米，减量率和强度损失虽然显著增大，但仍在可以接受的范围内。

实施例3 复合蛋白酶和机械外力联合作用的羊毛地毯丝光整理

织物品种：纯羊毛地毯

(1)织物的清洗：毛能净A为5%（o.w.f），在浴比1：30，温度50℃条件下，将织物浸泡1小时，清水漂洗1次，脱水待用。

（2）过氧化氢的氧化预处理：在pH8.5，温度60℃，浴比1：50的条件下，织物浸泡在含5g/L的30%H₂O₂ 和1.5g/L的Na₂SiO₃·9H₂O水溶液中，处理 45min。

（3）混合蛋白酶处理：在温度55℃，pH 8.0，浴比1：50的条件下，以含有 1 %（o.w.f）Savinase  16 L蛋白酶和1 %（o.w.f）Esperase 8.0 L蛋白酶的水溶液处理织物30 min。

（4）刮刀的械力作用：羊毛地毯在蛋白酶处理后，仍在蛋白酶处理液中以铝合金刮刀以3次/min的频率对地毯进行刮擦，方向为从地毯底部向地毯表面，时间为30min。

（5）蛋白酶失活处理及水洗：织物在 90℃热水中水洗 9min，使蛋白酶失去活性，然后充分水洗并脱水。

(6) 柔软处理：在浴比1：30，温度35℃条件下，将织物浸泡在4%（o.w.f）氨基改性有机硅类柔软剂溶液中60min，然后于脱水，在60℃预烘60min，在130℃下烘焙6min。

试样1：只经过织物清洗一个步骤的处理的地毯试样。

试样2：经过织物清洗、混合蛋白酶处理、刮刀对鳞片的物理剥离、蛋白酶失活处理及水洗和柔软处理等五个步骤的处理的地毯试样。

试样3：经过织物清洗、过氧化氢的氧化预处理、混合蛋白酶处理、刮刀对鳞片的物理剥离、蛋白酶失活处理及水洗和柔软处理等六个步骤的处理的地毯试样。

2. 整理效果的测试：实施例的羊毛纤维细度、减量率和强降率等指标的测试参照实施例 1 性能测试部分进行。

3 整理效果的测试结果

测试了三个试样的纤维细度，单纤维断裂强力和重量，并计算了试样2和试样3的减量率和强降率，结果列于表3中。

         表3复合蛋白酶和机械外力联合作用的羊毛地毯丝光整理效果

结论：复合蛋白酶和机械外力联合作用可有效对降低羊毛细度，而没有导致羊毛纤维的过分损伤。过氧化氢的氧化预处理，使复合蛋白酶对羊毛的水解效率提高，在联合机械外力的作用下，羊毛纤维的平均细度减少超过一个微米，而减量率适当，强度损失可以接受。