纤维素酶对靛蓝染色棉织物的作用及反沾色机理的研究

论文摘要

有关纤维素酶对纤维素织物的吸附和水解作用的研究,大多基于未经染色的纤维素织物。在实际应用中,纤维素酶的加工对象往往是已经染色纺织品,织物上存在的染料对酶作用的影响不容忽视。到目前为止,还少有针对靛蓝染色织物的系统研究。本文研究了一种酸性纤维素酶对靛蓝染色棉织物的作用,并对靛蓝反沾色问题进行探讨。通过研究纤维素酶对织物吸附性能发现,纤维素酶蛋白对靛蓝染色织物有更高的亲和力和吸附速率,吸附平衡常数和吸附速率常数分别为2.47ml/mg和0.260min-1,而对未染色织物分别为1.65ml/mg和0.172 min-1。通过研究发现,酶蛋白之所以对靛蓝染色织物具有更高的直接性,一方面由于酶蛋白氨基酸结构中存在靛蓝结合区,另一方面织物上的靛蓝能够改变纤维表面的Zeta电位,使之与酶蛋白间的静电斥力作用减弱。通过研究纤维素酶对织物水解的催化性能发现,靛蓝的存在对水解产生一定抑制作用,使酶水解速率常数有所降低。通过计算,酶对靛蓝染色织物水解的Vmax、Vmax/Ke分别为1.46mg/ml h和3.24,而对未染色织物分别是1.95 mg/ml h和3.82,表明未染色织物更容易被水解。此外,研究了纤维素酶催化织物水解的最佳温度、pH等工艺条件。最后,研究了表面活性剂对水解的影响,结果发现,离子型表面活性剂对水解有明显地抑制作用,而非离子表面活性剂在一定条件下对水解有促进作用。通过研究纤维素酶对靛蓝色织布水洗性能,探讨处理温度、时间、pH值、酶浓度等条件对石磨效果及靛蓝反沾色程度的影响,进一步提出了反沾色的机理:靛蓝染色织物浸入到酶处理液后,酶蛋白在织物的表面迅速被吸附,在水解性酶蛋白的催化水解作用下,纤维素大分子链被切断,而沉积于纤维素无定形区的部分靛蓝逐渐从纤维上脱落进入到处理液中。吸附在纤维上的酶蛋白并没有随着水解的进行而明显减少,其浓度的高低及结构中靛蓝结合区所占比例等因素都对脱落靛蓝的重新沉积有影响。另一方面,吸附到靛蓝颗粒表面的游离酶蛋白,使靛蓝表面电荷性能发生改变,由此提供的电荷斥力保证了靛蓝以较小颗粒的形态稳定存在,进一步加剧了靛蓝重新向纤维表面沉积的程度。最后,通过添加蛋白酶、漆酶以及表面活性剂等来降低靛蓝反沾色程度,并对反沾色去除机理进行初步探讨。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 酶及其在纺织中的应用
• 1.2 纤维素酶
• 1.2.1 纤维素酶的组成
• 1.2.2 纤维素酶的结构
• 1.2.2.1 催化部位
• 1.2.2.2 底物结合部位
• 1.2.2.3 催化部位与结合部位的连接
• 1.3 纤维素酶在纺织印染行业的应用
• 1.3.1 生物柔软及抛光整理
• 1.3.2 纤维素酶生物水洗
• 1.4 本课题的意义及创新点
• 参考文献
• 第二章 纤维素酶对棉织物的吸附性能
• 2.1 概述
• 2.2 实验
• 2.2.1 实验材料、药品及仪器
• 2.2.2 纯棉斜纹坯布前处理、染色
• 2.2.2.1 酶退浆工艺
• 2.2.2.2 煮漂—浴工艺
• 2.2.2.3 靛蓝染色工艺
• 2.2.3 纤维素酶蛋白对织物的吸附
• 2.2.4 织物铜值的测定
• 2.2.5 Zeta电位的测定
• 2.2.6 扫描电镜观测
• 2.2.7 红外分析
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 吸附时间的影响
• 2.3.2 处理温度的影响
• 2.3.3 pH值的影响
• 2.3.4 酶浓度的影响
• 2.3.5 纤维素酶吸附的热力学分析
• 2.3.6 织物上靛蓝浓度的影响
• 2.3.7 机械搅动条件的影响
• 2.3.8 离子强度的影响
• 本章小结
• 参考文献
• 第三章 纤维素酶对棉织物水解的催化性能
• 3.1 概述
• 3.1.1 影响纤维素酶催化效能的因素
• 3.2 实验
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 纤维素酶对织物水解的催化
• 3.2.3 织物失重率的测定
• 3.2.4 织物强力的测定
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 处理时间的影响
• 3.3.2 温度的影响
• 3.3.3 pH值的影响
• 3.3.4 酶浓度的影响
• 3.3.5 搅动条件的影响
• 3.3.6 靛蓝浓度的影响
• 3.3.7 表面活性剂的影响
• 3.3.7.1 离子型表面活性剂
• 3.3.7.2 非离子型表面活性剂
• 3.3.8 离子强度的影响
• 本章小结
• 参考文献
• 第四章 靛蓝色织布生物水洗
• 4.1 概述
• 4.2 实验
• 4.2.1 实验材料、仪器
• 4.2.2 靛蓝色织布生物水洗
• 4.2.3 织物颜色特征值的测定
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 pH值对酶洗效果的影响
• 4.3.2 处理温度对酶洗效果的影响
• 4.3.3 处理时间对酶洗效果的影响
• 4.3.4 纤维素酶浓度对酶洗效果的影响
• 本章小结
• 参考文献
• 第五章 反沾色机理
• 5.1 概述
• 5.2 实验
• 5.2.1 实验材料、仪器
• 5.2.2 靛蓝反沾色实验
• 5.2.3 织物颜色特征值的测定
• 5.2.4 靛蓝粒径的测定
• 5.2.5 Zeta电位的测定
• 5.2.6 扫描电镜观测
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 纤维素大分子链水解程度与反沾色的关系
• 5.3.2 织物上吸附酶蛋白与反沾色的关系
• 5.3.3 靛蓝上吸附酶蛋白对反沾色的影响
• 5.3.4 处理液中靛蓝浓度与反沾色的关系
• 本章小结
• 参考文献
• 第六章 反沾色的消除
• 6.1 概述
• 6.1.1 优化酶洗时工艺条件
• 6.1.2 改变纤维素酶的组成
• 6.1.3 添加化学助剂
• 6.1.4 添加蛋白酶
• 6.1.5 添加漆酶
• 6.2 实验
• 6.2.1 实验材料、仪器
• 6.2.2 反沾色的消除
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 添加蛋白酶
• 6.3.1.1 处理浴pH的影响
• 6.3.1.2 温度的影响
• 6.3.1.3 时间的影响
• 6.3.1.4 酶浓度的影响
• 6.3.2 添加漆酶
• 6.3.3 添加表面活性剂
• 6.3.3.1 阴离子表面活性剂的影响
• 6.3.3.2 非阴离子表面活性剂的影响
• 本章小结
• 参考文献
• 结论
• 攻读学位期间学术成果
• 致谢