任 軍, 張振雄，計紅梅，張 蓉，王加成

（1 吳江新民化纖有限公司 江蘇蘇州 215006；2 蘇州新民紡織有限公司 江蘇蘇州 215006；3 蘇州市纖維檢驗所 江蘇蘇州 215009；4 蘇州必誠檢測技術(shù)服務有限公司 江蘇蘇州 215009）

蛋白酶水解作用對于毛滌混紡織物性能的影響*

任 軍1, 張振雄2，計紅梅2，張 蓉3，王加成4

（1 吳江新民化纖有限公司 江蘇蘇州 215006；2 蘇州新民紡織有限公司 江蘇蘇州 215006；3 蘇州市纖維檢驗所 江蘇蘇州 215009；4 蘇州必誠檢測技術(shù)服務有限公司 江蘇蘇州 215009）

本文采用堿性蛋白酶對不同比例毛滌混紡的織物進行酶水解處理，分析比較蛋白酶處理前后織物的透氣性、透濕性、懸垂性、耐磨性等性能的變化。結(jié)果表明：毛織物經(jīng)堿性蛋白酶處理后，產(chǎn)生失重現(xiàn)象，手感也變得柔軟。在織物酶處理的可承受范圍內(nèi)，隨著酶濃度的增加，織物的透氣性能、透濕性能、懸垂系數(shù)、和耐磨損失變化呈現(xiàn)先減后增的趨勢。

一浴法蛋白酶；毛滌混紡；水解；失重率；透氣性；透濕性；懸垂性；耐磨性

前言

羊毛是一種復雜的天然纖維，主要由97%蛋白質(zhì)和3%的油脂組成，是蛋白酶和脂肪酶的理想基質(zhì)。羊毛具有許多優(yōu)良特性，如彈性好、吸濕性強、保暖性好、不易沾污、光澤柔和。這些性能是毛織物具有各種獨特風格。雖然羊毛有如此多的優(yōu)勢，但也存在弊端，羊毛的氈縮性[1]。滌綸是合成纖維中的一個重要品種，是我國聚酯纖維的商品名稱。滌綸面料作為日常生活中用的非常多的一種化纖服裝面料，其最大的優(yōu)點是抗皺性和保形性很好，因此，適合做外套服裝[2]。毛滌混紡織物集合了羊毛和滌綸的優(yōu)點，質(zhì)地輕薄、折皺回復性好，褶皺持久，尺寸穩(wěn)定，易洗快干，堅牢耐用。

酶能顯著地降低反應活化能，故表現(xiàn)為高度的催化效率。酶在國外已被用于羊毛的新加工，如生物洗、生物脫脂、生物柔軟等。它可以取代氯化，用于羊毛的防氈縮加工，適用的酶有三類，即蛋白酶、脂肪酶和脂蛋白脂肪酶[3-4]。蛋白酶是對蛋白質(zhì)的水解作用的酶。它是氨基酸鏈組成。本文主要針對蛋白酶處理前后羊毛與滌綸混紡面料在各項性能上的差異做深層次的研究，從而了解蛋白酶在酶處理中的重要作用。

1 實驗材料、儀器與方法

1.1 實驗材料和儀器

蛋白酶（分析純，寧夏夏盛實業(yè)集團有限公司）、一塊成分為50w/50p的混紡織物標記為試樣1、一塊成分為70w/30p的混紡織物標記為試樣2、HH-S6數(shù)顯恒溫水浴鍋（金壇市金玻實驗儀器廠）、蒸餾水（分析純，國藥集團化學試劑有限公司）、碳酸氫二鈉（分析純，國藥集團化學試劑有限公司）、ALC-210.4 電子天平（北京賽多利儀器系統(tǒng)有限公司）。

1.2 實驗方法

先將兩塊織物洗干凈晾干再進行操作。取四個大燒杯分成兩組，一組配蛋白酶濃度為4g/L的溶液，另一組配蛋白酶濃度為8g/L的溶液，加入碳酸氫二鈉將四杯溶液配成pH=9，將水浴鍋加熱至55℃，再將兩塊混紡織物裁剪分別放入兩組溶液中，并攪拌加熱2小時。經(jīng)水解作用后將試樣取出晾干待用。然后比較兩種試樣在不同濃度蛋白酶處理前后性能的變化。

1.3 測試指標

1.3.1 織物失重率測試

將纖維素酶水解處理前后的織物分別烘干、稱重，按下式計算失重率。

上式中W1、W2分別為酶水解處理前后織物的重量（g）。試樣規(guī)格：10*10mm的布樣。

1.3.2 織物透氣性測試

依據(jù)GB/T 5453-1997 《紡織品 織物透氣性的測定》采用YG461E數(shù)字式透氣量儀進行透氣性測試。設定試驗面積20cm2,壓強100Pa，然后選擇合適的噴嘴，放在試樣密封氣，啟動工作，測不同織物的透濕率，同一樣品的不同部位重復測定至少10次取算術(shù)平均值。

1.3.3 織物透濕性測試

依據(jù)GB/T 12704.2-2009 《紡織品 織物透濕性試驗方法 第2部分 蒸發(fā)法》采用YG601-I/II型電腦式織物透濕儀。條件：溫度38℃，相對濕度50%，氣流速度0.5m/s。透濕杯內(nèi)注入34ml水，試樣測試面向下放置在透濕杯上，放置在試驗箱內(nèi)，經(jīng)過0.5小時平衡后逐一稱量。隨后經(jīng)過1小時試驗后再次稱量，計算透濕量。

1.3.4 織物懸垂性測試

織物懸垂性參照國家標準GB/T 23329—2009《紡織品 織物懸垂性的測定》，LFY-206型織物懸垂性風格測試儀，試樣：每個樣品離布邊150mm，取直徑為 240mm的圓形無折痕試樣三塊，每塊圓心開一直徑為4mm的定位小孔。同一樣品，測試3塊，然后取平均值。

1.3.5 織物耐磨性測試

織物的耐磨性參照GB/T 21196-2007《紡織品馬丁代爾法織物耐磨性的測定》與《Y522型圓盤式織物平磨儀說明書》。試樣:直徑為125MM的圓形，共有5塊，并且在式樣中間剪一個小孔。先將圓形織物試樣固定在工作圓盤上，然后工作圓盤勻速旋轉(zhuǎn)，在一定的壓力下，試樣受到砂輪的摩擦，產(chǎn)生環(huán)狀磨損。根據(jù)織物表面的磨損程度或織物物理性能的變化，評定織物的耐磨性能[5]。

圖1 織物水解前后失重率測試結(jié)果

2 結(jié)果與分析

2.1 失重率分析

圖1結(jié)果顯示，酶處理前后，織物的重量減輕，手感也變得柔軟。羊毛是由蛋白質(zhì)組成，羊毛經(jīng)蛋白酶處理時，其表面鱗片層最先發(fā)生反應。隨著酶反應的進行，其組成基質(zhì)蛋白質(zhì)發(fā)生水解反應，氨基酸鏈發(fā)生斷裂、損傷。蛋白質(zhì)水解后溶于蛋白酶溶液中，羊毛本身質(zhì)量也就相對減少。同時，反應的進行使羊毛表面出現(xiàn)較多空隙，羊毛的質(zhì)感也就更加柔軟。從圖表中還能看出幾點：即相同的面料品質(zhì)，經(jīng)不同酶濃度處理時，酶濃度增加，反應的效率增加，織物的重量減少，變化也更加明顯。當兩塊成分含量不同的織物，進行相同的酶處理時，所含蛋白質(zhì)成分多的面料，由于反應物蛋白質(zhì)較多，反應進行的較為集中，重量減輕的較為明顯。面料的組織結(jié)構(gòu)也與失重變化有著緊密的聯(lián)系。相同的酶濃度，結(jié)構(gòu)稀疏的面料由于與酶接觸的面積大，反應相同時間，效率也更高，失重現(xiàn)象也更加明顯。

2.2 織物透氣性測試

圖2 織物水解前后透氣性能測試結(jié)果

經(jīng)蛋白酶處理后的羊毛織物，由于羊毛纖維表面鱗片層水解，羊毛結(jié)構(gòu)變得蓬松，織物間間隙減小，所以可垂直透過的氣流量也就減少。酶濃度增加后，羊毛纖維表面鱗片層水解量增加，羊毛結(jié)構(gòu)變得更加蓬松，能垂直透過的氣流量減少更明顯，所以透氣性較原樣降低更明顯[6]。經(jīng)8g/l的蛋白酶處理的羊毛織物樣布2，透氣性再次增加，原因可能是以下兩點：

（1）實驗誤差。由于實驗時操作不當，選用噴嘴型號不對或?qū)嶒灂r周圍氣流受到噪聲影響處于不穩(wěn)定狀態(tài)，引起實驗數(shù)據(jù)發(fā)生誤差。

（2）蛋白質(zhì)將鱗片層水解完畢，進一步水解羊毛內(nèi)部結(jié)構(gòu)，羊毛受損嚴重，內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，孔隙變多，面料間間隙變大，可垂直透過的氣流量增加，透氣性也就出現(xiàn)增加。

2.3 織物透濕性測試

圖3 織物水解前后透濕性能測試結(jié)果

據(jù)眾多資料文獻表明，透濕性是測定在恒定的水蒸汽壓的條件下，規(guī)定時間內(nèi)通過單位面積織物的水蒸氣的標準。由以上數(shù)據(jù)，我們可以看出其變化的趨勢是先減后增的。經(jīng)4g/l酶濃度處理后，可透過水蒸汽量減少，原因是由于酶的作用，使得織物變得蓬松，織物間隙減少，水分子難以從中透過。另外，羊毛鱗片層受損，羊毛纖維表面呈現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)，具有吸收及鎖住水分的作用，減少了水分的蒸發(fā)。在相同實驗條件下，經(jīng)過不同酶濃度處理的試樣1，可透過的水蒸氣量發(fā)生以上變化，具體原因可以總結(jié)如下：（1）經(jīng)8g/l酶濃度處理以后，樣布1受損嚴重，羊毛纖維減少過多，造成織物間間隙過大，從而水分子透過量增加，重量損失也就增加。（2）鱗片層受損的羊毛纖維，蓄水量達到飽和，不能鎖住更多的水分，從而導致水分子溢出，蒸發(fā)的量就隨之增加，質(zhì)量損失就增加了。

同時實驗數(shù)據(jù)表明，經(jīng)蛋白酶處理的樣布2，在不同濃度的蛋白酶處理下，透濕量變化前是呈現(xiàn)增加趨勢的。其原因歸結(jié)為：（1）在蛋白酶作用下，羊毛表面鱗片層受損嚴重，羊毛纖維減少過多，造成織物間間隙過大，從而水分子透過量增加，重量損失也就增加。（2）鱗片層受損的羊毛纖維，蓄水量達到飽和，不能鎖住更多的水分，從而導致水分子溢出，蒸發(fā)的量就隨之增加，質(zhì)量損失就增加了。

2.4 織物懸垂性測試

圖4 織物水解前后懸垂性能測試結(jié)果

實驗結(jié)果表明：樣布1在經(jīng)不同酶濃度處理后，無論是靜態(tài)還是動態(tài)，懸垂系數(shù)呈現(xiàn)遞減趨勢，據(jù)我們所知，懸垂系數(shù)定義為：試樣下垂部分的投影面積與原面積之比的百分率。該值愈大，懸垂性愈差。即處理過后的樣布，懸垂性能變好。就硬挺度系數(shù)而言，也呈現(xiàn)遞減趨勢，即樣布經(jīng)處理過后手感變得更加柔軟。產(chǎn)生這樣變化的原因是，由于酶的作用，羊毛纖維表面鱗片層發(fā)生水解，纖維表面出現(xiàn)孔隙，結(jié)構(gòu)變得蓬松，所以手感也變得柔軟。硬挺度降低后，面料變得更加垂順，所以下垂部分的陰影面積減小，懸垂系數(shù)減小。

樣布2在酶處理過后與樣布1在性能上變化趨勢是相反的。隨著酶濃度的增加，織物的懸垂系數(shù)呈現(xiàn)增加的趨勢，懸垂性變差，硬挺度呈現(xiàn)增加趨勢，面料手感變得僵硬。以上結(jié)果可總結(jié)為一句，物極必反。羊毛纖維在蛋白酶的作用下，表面鱗片層水解后進而破壞羊毛內(nèi)部結(jié)構(gòu)，造成過多的孔隙，導致羊毛改性，變得僵硬，從而硬挺度增加，面料垂順感減弱，下垂部分陰影面積增大，懸垂系數(shù)增加。

2.5 織物耐磨性測試

圖5 織物水解前后耐磨性能測試結(jié)果

實驗結(jié)果表明：經(jīng)蛋白酶處理后的樣布，摩擦后重量損失變化呈現(xiàn)先增后減的趨勢。原因歸結(jié)如下:經(jīng)4g/l蛋白酶處理后的樣布，由于羊毛纖維表面鱗片層發(fā)生水解，內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到損傷，所以比較脆弱易斷，重量磨損也就比較明顯。而經(jīng)8g/l蛋白酶處理的樣布，由于羊毛纖維大部分已受損，滌綸成分居多，較受損的羊毛纖維，滌綸纖維較為堅韌，不易磨損，所以重量磨損減少。

樣布2在經(jīng)蛋白酶處理后，重量損失呈現(xiàn)的規(guī)律同樣布1，都是先增后減，但不同的是，樣布2在8g/l處理后，受損變化減輕的沒那么明顯。原因可歸結(jié)于布羊毛成分比較多，滌綸成分少，在摩擦中，承受的主體仍是羊毛纖維，從而重量損失沒有減輕那么多[7]。

3 結(jié)束語

毛/滌混紡面料在蛋白酶作用下，各方面性能指標發(fā)生改變。毛織物經(jīng)堿性蛋白酶處理后，產(chǎn)生失重現(xiàn)象。酶濃度低時，失重不明顯；當酶濃度高時，失重嚴重。

經(jīng)不同濃度蛋白酶處理后的織物，織物的透氣性能發(fā)生改變，在一定的可承受范圍內(nèi)，透氣性、透濕性和懸垂系數(shù)呈現(xiàn)減弱的趨勢，當超過這一承受范圍，透氣性、透濕性和懸垂系數(shù)就呈現(xiàn)增加的趨勢，而懸垂系數(shù)的增加意味著懸垂性能變差。與織物其他性能相比，織物的耐磨性能是用重量損失來表示，重量損失呈現(xiàn)的趨勢是先增后減，即在一定可承受范圍內(nèi)，重量損失較多，超出承受范圍后，重量減少變少。

[1]陳堅，等.紡織生物技術(shù)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2008.

[2]陳衍夏，蘭建武.纖維材料改性[M].北京：中國紡織出版社，2009.

[3]嚴瑛，高亞寧.紡織材料檢測實訓教程[M].上海：東華大學出版社，2012.

[4]李群，趙昔慧.酶在紡織印染工業(yè)中的應用[M].北京：化學工業(yè)出版社，2005.

[5]李南，楊秀穩(wěn).紡織品檢測實訓[M].北京：中國紡織出版社，2010.

[6]田恬.紡織品檢驗[M].北京：中國紡織出版社，2006.

[7]張曙光.現(xiàn)代棉紡技術(shù)[M].上海：東華大學出版社，2007.

TS135

A

10.3969/j.issn.1673-0968.2017.09.012

*資助項目：2015年中國紡織工業(yè)聯(lián)合會科技指導性項目（項目編號2015060）；2017年蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學院校級課題《天然環(huán)保功能型絲綢面料的開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化》和《真絲/化纖復合絲及傳統(tǒng)絲綢產(chǎn)品的研發(fā)》資助。

任軍（1969-），男，大學本科，工程師，主要從事紡織品新材料開發(fā)和新型纖維染整工藝研究。