CN102605439B

CN102605439B - 一种蚕丝织物脱胶方法及其装置

Info

Publication number: CN102605439B
Application number: CN201210043534.3A
Authority: CN
Inventors: 钱红飞
Original assignee: University of Shaoxing
Current assignee: University of Shaoxing
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2012-02-24
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2032-02-24
Also published as: CN102605439A

Abstract

本发明公开了一种蚕丝织物脱胶方法及其装置，属于蚕丝脱胶技术领域，其特征在于，包括以下步骤：根据浴比1:40～50，按蚕丝织物重量在练槽中注入所需容积的水，调节pH值至8.5～9.5，加热至50～60℃，然后加入碱性蛋白酶1.00～2.50g/L，然后投入蚕丝织物，开启超声波，超声波频率30～80KHz，超声波处理35-60min后，进行水洗。本发明通过对影响蚕丝织物脱胶的因素进行分析，确定了碱性蛋白酶浓度、脱胶时间、脱胶温度、pH值、浴比的最佳工艺值，同时对脱胶装置进行改进，有效的缩短了蚕丝织物的脱胶时间，并大大提高了蚕丝织物的脱胶效率。

Description

一种蚕丝织物脱胶方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种蚕丝织物脱胶方法及其装置，属于蚕丝脱胶技术领域。

背景技术

丝绸以其舒适保健的服用性能、飘逸悬垂的外观以及光滑柔软的手感，得到人们的青睐,被誉为“纤维皇后”。蚕丝原料中除主要成分丝素之外，还含有相当数量的丝胶及少量油脂、蜡质、毛发、草屑等杂物。其中丝胶对丝素有一定的保护作用，一般蚕丝纤维中丝胶约占1／4左右。为了保护丝素在加工中不受损伤，蚕丝脱胶后丝胶应适当保留。脱胶过度不但损伤丝素，降低制成率，而且要耗费大量的水、蒸气和各种化学药品，提高加工成本。丝胶含量过多，则会影响丝素的光泽和手感以及丝纤维的工艺加工，油脂、蜡质等杂质会给后加工带来一定的困难。因此，蚕丝脱胶是影响蚕丝质量的一个重要工艺环节，需要对脱胶工艺条件进行严格控制，才能获得稳定的高品质蚕丝产品。

目前蚕丝的脱胶方法（也称精练）主要采用化学法和微生物法，化学脱胶又根据采用的化学药品不同而有碱脱胶、皂碱脱胶和酸脱胶之分。当前，企业多数采用皂碱法，皂碱脱胶后得到的丝纤维，其手感柔软滑爽，富有弹性，光泽好，但脱胶时间长，且脱胶后的白色织物易泛黄。而蛋白酶脱胶是一种具有广阔应用前景的脱胶方法，处理需要的条件(温度、pH值等)较温和，经酶脱胶后丝纤维表面光洁、透明，而且有很强的丝呜感，加之蛋白酶反应的专一性，这种酶处理对蚕丝的损伤很小，处理产生的废水可生物降解，因此，减少了污染，节约了能源。但是由于蛋白酶成本较高，尚未被企业广泛采纳。

超声波具有特殊的空化效应，已广泛用于清洗行业。将超声波用于织物的印染前处理尤其是用于麻织物的脱胶，国内外已有较多的研究报道，研究结果表明：在超声波作用下，能缩短脱胶时间，降低化学品和能源的消耗，减少环境污染，改进产品质量等。

发明内容

本发明的第一方面目的旨在通过研究影响超声波对蚕丝脱胶的因素，从而提供一种高效、快速的蚕丝织物脱胶方法。

本发明采取的技术方案如下：

一种蚕丝织物脱胶方法，其特征在于，包括以下步骤：根据浴比1:40～50，按蚕丝织物重量在练槽中注入所需容积的水，调节pH值至8.5～9.5，加热至50～60℃，然后加入碱性蛋白酶，碱性蛋白酶浓度为1.00～2.50g/L，然后投入蚕丝织物，开启超声波，超声波频率30～80KHz，超声波处理35-60min后，进行水洗。

加入pH缓冲溶液调节pH值，其中：pH为6-8值时用0.025M碳酸钠/碳酸氢钠缓冲溶液配制，pH值为10-11时用0.017M磷酸二氢钾/磷酸氢二钠缓冲溶液配制，pH值为9，采用0.05mol／L硼砂溶液和0.2mol/L的硼酸溶液配制。

水洗要洗三道：第一道水洗为高温水浴，使蛋白酶失活，温度90～95℃，超声波30-80KHz、时间5-15min；第二道水洗为中温水浴，温度50～60℃，超声波30-80KHz、10min；第三道水洗为室温水浴，超声波30-80KHz、5-10min。

所述碱性蛋白酶优选为活力5-20万μ/g，浓度为1.5g/L，脱胶率可达24%。

本发明的工作原理如下：

超声波清洗是利用超声波在液体中的空化作用、加速度作用及直进流作用对液体和污物直接、间接的作用，使污物层被分散、乳化、剥离而达到清洗目的。目前所用的超声波清洗机中，空化作用和直进流作用应用得更多。

空化作用：空化作用就是超声波以每秒两万次以上的压缩力和减压力交互性的高频变换方式向液体进行透射。在减压力作用时，液体中产生真空核群泡的现象，在压缩力作用时，真空核群泡受压力压碎时产生强大的冲击力，由此剥离被清洗物表面的污垢，从而达到精密洗净目的。

直进流作用：超声波在液体中沿声的传播方向产生流动的现象称为直进流。声波强度在0.5W/cm²时，肉眼能看到直进流，垂直于振动面产生流动，流速约为10cm/s。通过此直进流使被清洗物表面的微油污垢被搅拌，污垢表面的清洗液也产生对流，溶解污物的溶解液与新液混合，使溶解速度加快，对污物的搬运起着很大的作用。

加速度：液体粒子推动产生的加速度。对于频率较高的超声波清洗机，空化作用就很不显著了，这时的清洗主要靠液体粒子超声作用下的加速度撞击粒子对污物进行超精密清洗。

基于空化作用、直进流作用，超声波在蚕丝脱胶过程发挥以下作用：

①超声波空化效应首先可使胶质层产生大量裂缝，然后形成大量碎片并进入液体中。较大碎片又继续被粉碎成极小颗粒，在超声波作用下迅速乳化和分散，避免了重新吸附蚕丝纤维表面。

②超声波的能量足以使丝胶与丝素之间的键合断裂，从而使丝素和丝胶的结合变松，有利于练液中蛋白酶的作用，使胶质更易去除。

③超声波的空化作用进一步疏松生丝束和织物组织结构，使其外表面积增加，从而增大了与蛋白酶的作用面积，使其脱胶效果更为明显。

④超声波的直进流作用，使丝素表面的丝胶碎片被搅拌，同时使丝胶表面的清洗液产生对流，从而使蛋白酶催化丝胶水解的氨基酸及肽链碎段能迅速地溶解在溶液中而被移走。

本发明的第二方面目的是提供一种蚕丝织物脱胶装置，包括槽体，槽体的上部设有开口，槽体的底部或侧面安装超声波振动板，超声波发生器安装于槽体外，超声波发生器通过高频线与超声波振动板相连接。

所述的超声波振动板可由单一一块振动板或者由多块振动板组装而成。超声波振动板的频率范围为30-80KHz,可以选择单频、双频或三频周期性切换式。

本发明的有益效果如下：

本发明通过研究超声波与碱性蛋白酶对蚕丝织物脱胶率的影响，通过实验研究分析，确定了碱性蛋白酶浓度、脱胶时间、脱胶温度、pH值、浴比的最佳工艺值，有效的缩短了蚕丝织物的脱胶时间，并大大提高了蚕丝织物的脱胶效率。

以下通过附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明：

图1为本发明脱胶装置的结构示意图；

图2为酶浓度对蚕丝脱胶的影响；

图3为时间对蚕丝脱胶的影响；

图4为温度对蚕丝脱胶的影响；

图5为pH值对蚕丝脱胶的影响；

图6为浴比对蚕丝脱胶的影响；

图7为超声波和蛋白酶、机械振荡和蛋白酶、超声波三种处理方式对蚕丝织物的脱胶效果图。

具体实施方式：

实施例1：

1、试验材料和方法：

试验材料：桑蚕丝织物，克重71g/m²。碱性蛋白酶(活力10万μ/g，无锡市雪梅酶制剂科技有限公司生产)。

缓冲溶液配制：pH为6-8值时用0.025M碳酸钠/碳酸氢钠缓冲溶液配制，pH值为10-11时用0.017M磷酸二氢钾/磷酸氢二钠缓冲溶液配制，pH值为9，采用0.05mol／L硼砂溶液和0.2mol/L的硼酸溶液配制。

脱胶率的测定：将脱胶前后的试样在140-145℃下烘干90min后，放入玻璃干燥器中，于室温下平衡30min后称得的质量为脱胶前后的干重量，直至恒重。由下式计算出试样的脱胶率。试样脱胶率(％)=[(脱胶前干重一脱胶后干重)／脱胶前干重]×100。

脱胶方法：根据浴比1:40～50，按桑蚕丝织物重量在练槽中注入所需容积的水，加入pH缓冲溶液，调节pH值至8.5～9.5，加热至50～60℃，然后加入碱性蛋白酶，然后投入桑蚕丝织物，开启超声波，超声波频率30～80KHz，超声波处理35-60min后，进行水洗，水洗仍在装有超声波的练槽中进行，一水洗要洗三道：第一道水洗为高温水浴，使蛋白酶失活，温度90～95℃，超声波30-80KHz、时间5-15min；第二道水洗为中温水浴，温度50～60℃，超声波30-80KHz、10min；第三道水洗为室温水浴，超声波30-80KHz、5-10min。

2、各种因素对脱胶效果的影响。

分别调整碱性蛋白酶浓度、脱胶时间、脱胶温度、pH值、浴比等工艺参数，并分别统计分析其对脱胶效果的影响，如图2-图6所示，同时，以机械振荡、超声波处理、超声波+碱性蛋白酶处理三种对照实施例，分别统计分析其脱胶效率如图7所示。

2.1、碱性蛋白酶浓度对脱胶效果的影响。

调整超声波频率为40KHz，变化碱性蛋白酶的质量浓度，分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0g／L，pH值为9，脱胶温度50℃，时间60min，浴比为1：40时，试样的脱胶率统计如图2所示。

从图2看出，随着碱性蛋白酶的质量浓度的提高，脱胶率开始上升；当0.5～1.5g／L时，脱胶率呈直线上升，随着碱性蛋白酶的质量浓度继续提高，脱胶率增幅变小，2.0～4.0g／L时，脱胶率趋于直线；当酶浓度达到1.5g/L时，脱胶率达到24%。故蛋白酶浓度采用1.5g/L为最佳。

2.2、脱胶时间对脱胶效果的影响。

超声波频率为40KHz，蛋白酶浓度为1.5g/L，pH值为9，脱胶温度50℃，浴比为1：40时，变化脱胶时间，分别为10、20、30、40、50、60、70、80min时，试样的脱胶率如图3所示。

从图3发现，随着脱胶时间的延长，脱胶率不断提高，在10～40min之间，脱胶率呈直线升高，当时间为40min时，脱胶率达到24%，脱胶时间继续延长时，

脱胶率变化较小。说明超声波协同作用下，40min后蛋白酶基本能将蚕丝的丝胶脱净，较佳的脱胶时间为35～60min。

2.3、脱胶温度对脱胶效果的影响。

超声波频率为40KHz，蛋白酶浓度为1.5g/L，pH为9，脱胶时间为40min，浴比为1：40时，变化脱胶温度，分别为30℃、40℃、50℃、60℃、70℃，试样的脱胶率如图4所示。

从图4看出，温度对脱胶效果的影响较为明显，超声波与蛋白酶的协同脱胶选择50℃左右较为适宜。温度过低，酶的活性较小，脱胶率不高；温度过高，酶失活，脱胶率降低。当温度高达70℃时，脱胶率降至5%。因此，温度的控制显得较为重要，控制不善，将会影响脱胶的重现性，较佳的温度控制在50～60℃。

2.4、pH值对脱胶效果的影响。

超声波频率为40KHz，蛋白酶浓度为1.5g/L，脱胶时间为40min，脱胶温度50℃，浴比为1：40时，变化pH值，分别为8，9，10，11时，试样的脱胶率如图5所示。

从图5发现，介质的pH值对脱胶效率影响较大。pH值为8时，其脱胶率只有15%左右，pH值为9时，脱胶率升至24.18%，pH值继续升高，脱胶率又呈明显下降趋势。说明，超声波与碱性蛋白酶的协同脱胶在pH为8.5～9.5时较为适宜。

2.5、浴比对脱胶效果的影响。

超声波频率为40KHz，蛋白酶浓度为1.5g/L，脱胶温度50℃，浴比分别为1:20,1:30,1:40,1:50,1:60，脱胶时间为40min，pH为9条件下，试样的脱胶率如图6所示。从图6可以看出，脱胶率随着浴比的增大开始呈上升趋势，后趋于平缓。这是因为当蛋白酶浓度不变时，随着浴比增加，蛋白酶用量随之增大，催化丝胶水解作用也随之增强，因此，在有限的时间内，脱胶率有所增加，当浴比增至1:40时，脱胶已基本脱净，因此，继续增加浴比，脱胶效率变化较小，较佳的是浴比为1:40～50，蚕丝织物基本脱净。

2.6、超声波与碱性蛋白酶协同作用的脱胶效果。

分别采用超声波和蛋白酶、机械振荡和蛋白酶、超声波这三种处理方式对蚕丝织物进行脱胶试验，超声波频率均为40KHz，酶浓度1.5g/L，温度为50℃，pH为9，浴比1:40时，脱胶率对比如图7所示。

从图7可以看出，在相同的脱胶时间内，超声波与蛋白酶协同作用获得了最高的脱胶率，而其他两种处理方式均未达到相同的脱胶效果。说明超声波与碱性蛋白酶对蚕丝脱胶确实发生了协同效应，能有效缩短脱胶时间，提高脱胶效率。

实施例2：

如图1所示，本发明还提供一种改进蚕丝织物脱胶装置，包括槽体1，槽体1的上部设有开口10，槽体1的底部或侧面安装超声波振动板2，超声波振动板2的尺寸和功率可以根据槽体1的大小相适配，超声波振动板2可由单一一块振动板或者由多块振动板组装而成。超声波发生器3安装于槽体1外，超声波发生器3通过高频线4与超声波振动板2相连接。超声波振动板2的频率范围为30-80KHz,可以选择单频、双频或三频周期性切换式。超声波功率可以数控调节，调节范围为10-100%。

Claims

1.一种蚕丝织物脱胶方法，其特征在于，包括以下步骤：根据浴比1:40～50，按蚕丝织物重量在练槽中注入所需容积的水，调节pH值至8.5～9.5，加热至50～60℃，然后加入碱性蛋白酶1.00～2.50g/L，然后投入蚕丝织物，开启超声波，超声波频率30～80KHz，超声波处理35-60min后，进行水洗；水洗要洗三道：第一道水洗为高温水浴，使蛋白酶失活，温度90～95℃，超声波30-80KHz、时间5-15min；第二道水洗为中温水浴，温度50～60℃，超声波30-80KHz、10min；第三道水洗为室温水浴，超声波30-80KHz、5-10min。

2.根据权利要求1所述的一种蚕丝织物脱胶方法，其特征在于：加入pH缓冲溶液调节pH值，其中：pH为6-8值时用0.025M碳酸钠/碳酸氢钠缓冲溶液配制，pH值为10-11时用0.017M磷酸二氢钾/磷酸氢二钠缓冲溶液配制，pH值为9，采用0.05mol／L硼砂溶液和0.2mol/L的硼酸溶液配制。

3.根据权利要求1所述的一种蚕丝织物脱胶方法，其特征在于：所述碱性蛋白酶活力5-20万μ/g。

4.根据权利要求3所述的一种蚕丝织物脱胶方法，其特征在于：所述碱性蛋白酶活力10万μ/g，浓度为1.5g/L。