碱性果胶酶精练对棉纤维表面结构的影响.pdf
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1、第3 0 卷第3 期 2 0 0 9 年3 月 纺织学报 J o u r n a lo fT e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 3 0N o 3 M 8 1 “ 2 0 0 9 文章编号0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 9 0 3 0 0 5 3 0 5 碱性果胶酶精练对棉纤维表面结构的影响 靳贺玲,秦姝 ( 南通职业大学纺织工程系,江苏南通2 2 6 0 0 7 ) 摘要为揭示碱性果胶酶精练的机制,促进碱性果胶酶在棉织物精练中的应用,采用着色法评价棉针织物碱性 果胶酶精练效果,试验结果表明棉纤维采用碱性果胶酶精练取得了良好的效果。分别采用变焦显微
2、镜、扫描电子 显微镜、原子力显微镜对精练前后棉纤维的表面形态进行观察,并对其表面形态变化作了分析。通过分析得出,棉 纤维经过碱性果胶酶精练后除去了杂质,呈现出棉纤维的原纤结构,从而揭示出碱性果胶酶精练去除棉纤维表面 杂质的机制。 关键词棉纤维;碱性果胶酶;精练;果胶;表面结构 中图分类号:T S1 9 2 5 3文献标志码:A I n f l u e n c eo fa l k a l i n ep e c t i n a s es c o u r i n go ns u r f a c e m o r p h o l o g i c a ls t r u c t u r eo fc o t
3、t o nf i b e r s J I NH e l i n g ,Q I NS h u ( D e p a r t m e n to fT e x t i l eE n g i n e e r i n g ,N a n t o n gV o c a t i o n a lC o l l e g e ,N a a t o n g ,J i a n g s u2 2 6 0 0 7 ,C h i n a ) A b s t r a c tI no r d e rt or e v e a lt h ep r i n c i p l eo fa l k a l i n ep e c t i n a
4、 s es c o u r i n ga n dt op r o m o t ei t sa p p l i c a t i o nt ot h e s c o u t i n go fc o t t o nf a b r i c ,t h ep a p e ra d o p t e dt h es t a i n i n gm e t h o dt oa s s e s st h ee f f e c to fa l k a l i n ep e c t i n a s es c o u r i n g o fk n i t t e dc o t t o nf a b r i c T h e
5、e x p e r i m e n t a lr e s u l t sr e v e a l e dt h a tg o o ds c o u r i n ge f f e c to ft h ek n i t t e dc o t t o nf a b r i c h a sb e e na c h i e v e dw i t h a l k a l i n ep e c t i n a s e F u r t h e r m o r e ,t h es u r f a c em o r p h o l o g i c a ls t r u c t u r e so ft h er a
6、wc o t t o n f i b e r s ,t h ec o t t o nf i b e r ss c o u r e dw i t ha l k a l i n ep e c t i n a s e ,a n dt h ec o t t o nf i b e r ss c o u r e dw i t hc a u s t i cs o d a w e r e e x a m i n e db yu s i n gt h ez o o mm i c r o s c o p e ,s c a ne l e c t r o nm i c r o s c o p ea n da t o
7、m i cf o r c em i c r o s c o p e I tW a Sf o u n dt h a t t h ec o t t o nf i b e r st r e a t e db ya l k a l i n ep e c t i n a s ee x h i b i t e df i b r i ls t m c t u r e sw i t h o u ti m p u r i t i e s ,t h u sd i s c l o s i n gt h e p r i n c i p l eo fr e m o v a lo fi m p u r i t i e s
8、o fc o t t o nf i b e r sb ya l k a l i n ep e c t i n a s es c o u r i n g K e yw o r d s c o t t o nf i b e r ;a l k a l i n ep e c t i n a s e ;s c o u r i n g ;p e c t i n ;s u r f a c em o r p h o l o g i c a ls t r u c t u r e 棉纤维采用传统的氢氧化钠溶液煮练,初生胞 壁基本被破坏,从初生胞壁释放出蜡质、果胶质、蛋 白质和其他水解或溶解的材料,从而使棉纤维获得
9、 吸收能力。然而,尽管此法实施良好,但它在工作条 件、能量消耗和环境保护方面存在显著的缺点。 采用生物酶代替烧碱的酶精练工艺近年来受到 人们的普遍关注,并显示出很好的应用前景。国内 外研究表明,果胶酶,特别是碱性果胶酶是棉织物酶 法前处理工艺中最有效、最重要的酶制剂。9 1 。纵 观1 0 余年来果胶酶在棉织物生物酶前处理加工领 域研究的文献报道,均是通过考察酶的实际应用效 果来评价酶制剂的有效性和工艺适用性,缺乏对碱 性果胶酶与目的物作用的模式、从反应物到底物的 反应历程、纤维本身结构和性能的影响等基础理论 研究。 本文以碱性果胶酶为研究对象,采用显微镜和 着色法分析棉纤维精练后其表面结构和
10、性能的变 化,揭示了碱性果胶酶精练去除杂质的机制。 1 试验部分 1 1 材料与仪器 材料:1 4 5t e x 纯棉针织物,无锡针织总厂;碱性 果胶酶,丹麦N o v o z y m e s 公司;T X 一1 0 、甘氨酸、氢氧化 收稿日期:2 0 0 8 0 4 1 1修回日期:2 0 0 8 1 0 一0 8 作者简介:靳贺玲( 1 9 8 0 一) ,女,助教,硕士。主要研究方向为纺织品前处理。E m a i l :j h l i n 9 9 6 1 6 3 t o m 。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDF
11、WatermarkR to remove the watermark 5 4 纺织学报 第3 0 卷 钠、c c L 均为分析纯;钉红、油红为生物着色剂。 仪器:F A 2 0 0 4 型电子天平、H H S 电热恒温水浴 锅、W H Y 2 全封闭水浴恒温振荡器、C o l o r - E y e7 0 0 0 A 电脑测配色系统、D Z 3 视频变焦显微镜、C s P M 3 3 0 0 原子力显微镜、Q u a n t a 一2 0 0 扫描电子显微镜等。 1 2 试样制备 碱处理:将一定量棉针织物投入浴比为1 :3 0 , 9 8o C ,N a O H 质量浓度为2g ,L ,T X
12、 1 0 质量浓度为 0 5g ,L 的溶液浸渍9 0m i n ,水洗后晾干备用。 碱性果胶酶精练:将一定量棉针织物于沸水预 处理1 2m i n ,然后投到浴比为1 :3 0 的碱性果胶酶 溶液里浸渍9 0m i n ,溶液温度为6 0 ,p H 值为9 4 , 碱性果胶酶质量浓度为0 5g J L ,水洗后晾干备用。 1 3 试验方法 采用Q u a m a 2 0 0 扫描电子显微镜和C S P M 3 3 0 0 原子力显微镜观察棉纤维的表面结构。 采用钌红上染果胶法了解果胶残余情况并观察 纤维表面结构:将0 5g 棉针织物浸入质量浓度为 1g L 的5 0m L 钌红溶液染1 0m
13、 i n ,然后将染色后的棉 针织物取出,放人流动的冷水中漂洗5m i n ,去净浮 色后取出。晾干后采用D Z 3 视频变焦显微镜观察 棉纤维表面结构并测K S 值。 采用油红上染蜡质法了解蜡质残余情况并观察 纤维表面结构:将0 8g 棉针织物浸入质量浓度为 4g L 的2 7m L 油红溶液( 溶剂为C C l 4 ) 中,室温下搅 拌5m i n ,然后将染色后的棉针织物取出,放人流动 的冷水中漂洗5m i n 去净浮色后取出。晾干后采用 D Z 3 视频变焦显微镜观察棉纤维表面结构并测 K S 值。 2 结果与讨论 2 1 精练后棉纤维上果胶及蜡质残留情况 测定棉纤维中的果胶质含量目前
14、主要有3 类方 法:直接着色法、萃取法、甲醇分解法。其中直接着 色法是采用仅对果胶质着色的特殊染料或试剂处理 织物,根据布面着色的深浅程度来评定织物上的果 胶质含量。国外不少研究者1 0 。儿1 常采用钌红着色 法定性评价棉织物上的果胶质含量,主要是通过测 定着色后织物的K S 值或色差来间接反映,但该方 法作为一种比较好的定性分析方法,常用于精练现 场果胶质去除效果的评定。本文采用钌红染色法对 未精练棉纤维进行染色,测得其K S 值为2 0 6 4 4 , 而经过碱精练或碱性果胶酶精练后测得的K S 值分 别为6 3 和6 7 2 ,表明棉纤维用碱性果胶酶精练去 除果胶效果和碱精练去除果胶效
15、果接近。 除了直接用肉眼观察着色情况外,钌红着色后 的棉纤维还可在显微镜下观察,从而确认果胶质的 存在和去除情况。图1 是采用D Z 3 视频变焦显微镜 拍摄的棉纤维照片。 图1 棉纤维的变焦显微镜照片( 10 5 0 ) F i g 1 Z o o mm i c r o s c o p ei m a g e so fc o t t o nf i b e r ( 10 5 0 ) ( a ) R a wc o t t o nf i b e r ;( b ) R u t h e n i u mR e ds t a i n i n go f r a wc o t t o nf i b e r ;(
16、 c ) R u t h e n i u mR e ds t a i n i n go fc o t t o nf i b e rs c o u r e dw i t ha l k a l i n ep e c t i n a s e ; ( d ) R u t h e n i u mR e ds t a i n i n go fc o t t o nf i b e rs c o u r e dw i t hc a u s t i cs o d a 由图1 ( a ) 可以看出,原棉纤维未采用钌红染 色,呈现原棉本色;由图1 ( b ) 可以看出,没有经过处 理的棉纤维经过钌红染色后,纤维表面
17、呈现非常明 显的暗红色,其原因是棉纤维表面果胶上染钌红,因 而呈现明显红色;由图1 ( e ) 、( d ) 可以看出,棉纤维 在经过碱性果胶酶精练或碱精练后,再经钌红染色, 其表面上染的钌红色很淡,直观观察颜色较浅,由此 可以推断棉纤维上的大部分果胶经过精练后被去 除,仅有少量残留在棉纤维表面。 测定棉纤维中棉蜡含量也有多种方法,其中 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第3 期靳贺玲等:碱性果胶酶精练对棉纤维表面结构的影响 。5 5 c 0 1 ,
18、 萃取法较为常见;另外有研究表明油红可以作 为一种生物着色剂用于上染棉纤维表皮结构里包含 的棉蜡物质引,因此,同样可以采用油红着色法定 性评价棉织物上的棉蜡含量,通过测定着色后织物 的K S 值或色差来间接反映。未精练棉纤维采用 油红染色后测得的K S 值为7 0 5 4 ,而经过碱精练 或碱性果胶酶精练后测得的K S 值分别为1 6 3 7 和 1 9 9 9 ,由此可见碱性果胶酶精练后去除蜡质效果基 本上也接近碱精练去除蜡质效果。 同时油红着色后的棉纤维还可在显微镜下观 察,从而确认棉蜡的存在和去除情况。图2 是棉纤 维经过油红染色后的变焦显微镜照片。可以看出: 棉针织物分别经过碱性果胶酶
19、精练和碱精练后,上 染的油红色明显比未精练的棉纤维上染的油红色 淡,说明经过精练后棉蜡大部分被去除;而碱性果胶 酶精练后棉纤维上染的油红色要比碱精练后棉纤维 上染的油红色深,说明碱性果胶酶精练能够去除棉 蜡物质,但是去除效果要稍差于碱精练效果。 图2 油红染色前后棉纤维的变焦显微镜照片( 10 5 0 ) F i g 2 Z o o mm i c r o s c o p ei m a g e so fc o t t o nf i b e rb e f o r ea n da f t e rO i lR e ds t a i n i n g ( 10 5 0 ) ( a ) R a wc o t
20、 t o nf i b e r ; ( b ) C o t t o nf i b e rs c o u r e dw i t ha l k a l i n ep e c t i n a s e ;( c ) C o t t o nf i b e rs c o u r e dw i t hC a u s t i cs o d a 综合上述分析可以看出,棉纤维经过精练后,其 存在于棉纤维初生层的大部分果胶和蜡质被去除, 从而获得了比较好的精练效果。另外综合对比发 现,碱性果胶酶精练效果虽然比碱精练效果稍差,但 由于它的环保性,所以在棉织物精练中的应用前景 很好。 2 2 棉纤维的表面结构变化 棉纤
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