CN114990886B - 一种基于酶催化的涤纶亲水改性方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于酶催化的涤纶亲水改性方法，包括如下步骤：步骤一：采用酯酶作为催化剂，将涤纶浸渍于聚乙二醇溶液中，依次置于超声波浴和普通水浴，在一定温度下反应一定时间完成涤纶改性；步骤二：反应结束后，用有机溶剂对改性涤纶进行清洗；步骤三：将改性涤纶在一定温度下烘干。本发明提供的基于酶催化的涤纶亲水改性方法，利用酯酶的反向催化特性即在非水相能够催化酯交换反应，使用酯酶催化聚乙二醇与涤纶分子在非水相发生酯交换反应，将亲水性聚乙二醇分子引入涤纶大分子，工艺简单，成本低廉，对环境无污染，使改性后的涤纶不仅具有优良的亲水性能，且涤纶的强度、弹性、耐磨性等各项性能基本不受影响。
Description
技术领域
本发明涉及涤纶改性技术领域，尤其涉及一种基于酶催化的涤纶亲水改性方法。
背景技术
涤纶是以精对苯二甲酸(PTA)或对苯二甲酸二甲酯(DMT)和乙二醇(MEG)为原料经酯化或酯交换和缩聚反应而制得的成纤高聚物，经纺丝和后处理制成的纤维，是合成纤维中的一个重要品种。涤纶具有优异的性能例如强度高、弹性好、耐磨性好等，但是，涤纶亲水性差，导致其出现染色困难、吸湿性差等问题，限制了其应用范围。
提高涤纶亲水性的研究可以在其加工过程中的多个阶段实施，包括聚合物制造、纺丝、染色整理和后整理四个阶段，虽然改善了涤纶的润湿性，赋予其良好的亲水性，但仍存在一些问题，例如异形化、微孔化涤纶的生产工艺要求更高，难度和成本均增加，且易产生毛丝；辐照刻蚀、接枝亲水改性存在即时效应，且导致纤维力学性能变差；传统碱减量处理会严重损伤纤维的力学性能，并且易造成环境污染。
针对上述现有改性方法存在的不足，近年来，涤纶的酶法改性以其高选择性、高效性、作用条件温和以及环境友好等特点而备受关注。然而现有酶法催化亲水改性方法，通常是使涤纶表面发生水解反应，涤纶纤维表面发生严重刻蚀，致使强力损失严重。鉴于此，有必要对涤纶的酶法催化亲水改性方法进一步深入研究。
发明内容
本发明的目的在于公开一种基于酶催化的涤纶亲水改性方法，利用酯酶的反向催化特性即在非水相能够催化酯交换反应，使用酯酶催化聚乙二醇与涤纶分子在非水相发生酯交换反应，将亲水性聚乙二醇分子引入涤纶大分子，工艺简单，成本低廉，对环境无污染，使改性后的涤纶不仅具有优良的亲水性能，且涤纶的强度、弹性、耐磨性等各项性能基本不受影响。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于酶催化的涤纶亲水改性方法，包括如下步骤：
步骤一：采用酯酶作为催化剂，将涤纶浸渍于聚乙二醇溶液中，依次置于超声波浴和普通水浴，在一定温度下反应一定时间完成涤纶改性；
步骤二：反应结束后，用有机溶剂对改性涤纶进行清洗；
步骤三：将改性涤纶在一定温度下烘干。
在一些实施方式中，步骤一中，所述酯酶的酶载量为50％～350％v/w，w为涤纶重量。
在一些实施方式中，步骤一中，所述酯酶为疏绵状嗜热丝孢菌脂肪酶或者米曲霉脂肪酶或者南极假丝酵母脂肪酶或者豌豆根腐镰孢病菌角质酶或者嗜热放线菌角质酶。
在一些实施方式中，步骤一中，所述涤纶和聚乙二醇溶液浴比为1：50～1：400。
在一些实施方式中，步骤一中，反应温度为30℃～65℃，超声波浴反应时间为0.5h～1.5h，普通水浴反应时间为6h～18h。
在一些实施方式中，步骤一中，所述涤纶为涤纶纤维或者涤纶机织物或者涤纶针织物。
在一些实施方式中，步骤二中，所述有机溶剂为氯仿或丙酮或四氢呋喃。
在一些实施方式中，步骤二中，清洗次数为3-5次。
在一些实施方式中，步骤三中，将改性涤纶在20℃～50℃下烘干。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的基于酶催化的涤纶亲水改性方法，利用酯酶的反向催化特性即在非水相能够催化酯交换反应，使用酯酶催化聚乙二醇与涤纶分子在非水相发生酯交换反应，将亲水性聚乙二醇分子引入涤纶大分子，工艺简单，成本低廉，对环境无污染，使改性后的涤纶不仅具有优良的亲水性能，且涤纶的强度、弹性、耐磨性等各项性能基本不受影响。
附图说明
图1为本发明所示的基于酶催化的涤纶亲水改性方法的反应原理图；
图2为本发明所示的改性涤纶(实施例一)的亲水性测试图。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
实施例一：
本实施例公开了一种基于酶催化的涤纶亲水改性方法，包括如下步骤：
步骤一：采用酯酶作为催化剂，将涤纶浸渍于聚乙二醇溶液中，依次置于超声波浴和普通水浴，在一定温度下反应一定时间完成涤纶改性。
通过超声波浴，可促进酯酶和聚乙二醇溶液均匀混合，且有利于促进酯酶和聚乙二醇溶液渗透到涤纶内部，便于涤纶改性。超声波浴一段时间后，通过普通水浴，不仅能够进行涤纶改性反应，且能够达到节能的效果。
具体地，所述涤纶为涤纶纤维；所述酯酶为米曲霉脂肪酶；所述酯酶的酶载量为50％v/w，w为涤纶重量；所述涤纶和聚乙二醇的浴比为1：50；反应温度为30℃，超声波浴反应时间为0.5h，普通水浴反应时间为6h。
步骤二：反应结束后，用有机溶剂对改性涤纶进行清洗，以去除其表面的酯酶和未参与反应的聚乙二醇。具体地，所述有机溶剂为氯仿；清洗次数为3次。
步骤三：将改性涤纶在一定温度下烘干，以备后续各种性能表征。具体地，将改性涤纶在30℃下烘干。
酯酶在水相能够催化水解可溶性酯、不溶性甘油三酯和各种聚酯，在非水相还能催化酸与醇的酯化、脂肪酸盐与醇的转酯化反应。本实施例中，基于酯酶的反向催化特性即在非水相能够催化酯交换反应，利用涤纶分子酯基含量丰富的特点，利用酯酶催化聚乙二醇与涤纶分子在非水相发生酯交换反应，将亲水性聚乙二醇分子引入涤纶大分子，工艺简单，成本低廉，对环境无污染，使改性后的涤纶不仅具有优良的亲水性能，且涤纶的强度、弹性、耐磨性等各项性能基本不受影响。
实施例二：
本实施例公开了一种基于酶催化的涤纶亲水改性方法，包括如下步骤：
步骤一：采用酯酶作为催化剂，将涤纶浸渍于聚乙二醇溶液中，依次置于超声波浴和普通水浴，在一定温度下反应一定时间完成涤纶改性。
通过超声波浴，可促进酯酶和聚乙二醇溶液均匀混合，且有利于促进酯酶和聚乙二醇溶液渗透到涤纶内部，便于涤纶改性。超声波浴一段时间后，通过普通水浴，不仅能够进行涤纶改性反应，且能够达到节能的效果。
具体地，所述涤纶为涤纶纤维；所述酯酶为南极假丝酵母脂肪酶；所述酯酶的酶载量为200％v/w，w为涤纶重量；所述涤纶和聚乙二醇的浴比为1：100；反应温度为45℃，超声波浴反应时间为1h，普通水浴反应时间为10h。
步骤二：反应结束后，用有机溶剂对改性涤纶进行清洗，以去除其表面的酯酶和未参与反应的聚乙二醇。具体地，所述有机溶剂为丙酮；清洗次数为4次。
步骤三：将改性涤纶在一定温度下烘干，以备后续各种性能表征。具体地，将改性涤纶在35℃下烘干。
酯酶在水相能够催化水解可溶性酯、不溶性甘油三酯和各种聚酯，在非水相还能催化酸与醇的酯化、脂肪酸盐与醇的转酯化反应。本实施例中，基于酯酶的反向催化特性即在非水相能够催化酯交换反应，利用涤纶分子酯基含量丰富的特点，利用酯酶催化聚乙二醇与涤纶分子在非水相发生酯交换反应，将亲水性聚乙二醇分子引入涤纶大分子，工艺简单，成本低廉，对环境无污染，使改性后的涤纶不仅具有优良的亲水性能，且涤纶的强度、弹性、耐磨性等各项性能基本不受影响。
实施例三：
本实施例公开了一种基于酶催化的涤纶亲水改性方法，包括如下步骤：
步骤一：采用酯酶作为催化剂，将涤纶浸渍于聚乙二醇溶液中，依次置于超声波浴和普通水浴，在一定温度下反应一定时间完成涤纶改性。
通过超声波浴，可促进酯酶和聚乙二醇溶液均匀混合，且有利于促进酯酶和聚乙二醇溶液渗透到涤纶内部，便于涤纶改性。超声波浴一段时间后，通过普通水浴，不仅能够进行涤纶改性反应，且能够达到节能的效果。
具体地，所述涤纶为涤纶纤维；所述酯酶为嗜热放线菌角质酶；所述酯酶的酶载量为350％v/w，w为涤纶重量；所述涤纶和聚乙二醇的浴比为1：400；反应温度为65℃，超声波浴反应时间为1.5h，普通水浴反应时间为18h。
步骤二：反应结束后，用有机溶剂对改性涤纶进行清洗，以去除其表面的酯酶和未参与反应的聚乙二醇。具体地，所述有机溶剂为四氢呋喃；清洗次数为5次。
步骤三：将改性涤纶在一定温度下烘干，以备后续各种性能表征。具体地，将改性涤纶在35℃下烘干。
酯酶在水相能够催化水解可溶性酯、不溶性甘油三酯和各种聚酯，在非水相还能催化酸与醇的酯化、脂肪酸盐与醇的转酯化反应。本实施例中，基于酯酶的反向催化特性即在非水相能够催化酯交换反应，利用涤纶分子酯基含量丰富的特点，利用酯酶催化聚乙二醇与涤纶分子在非水相发生酯交换反应，将亲水性聚乙二醇分子引入涤纶大分子，工艺简单，成本低廉，对环境无污染，使改性后的涤纶不仅具有优良的亲水性能，且涤纶的强度、弹性、耐磨性等各项性能基本不受影响。
对实施例一～实施例三所获得的改性涤纶进行性能测试，结果如下表：
由上表可以看出，改性后的涤纶不仅具有优良的亲水性能，且涤纶的强度、弹性、耐磨性等各项性能基本不受影响。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (4)
1.一种基于酶催化的涤纶亲水改性方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：采用酯酶作为催化剂，将涤纶浸渍于聚乙二醇溶液中，依次置于超声波浴和普通水浴，在一定温度下反应一定时间完成涤纶改性；
所述酯酶的酶载量为50％～350％v/w，w为涤纶重量；所述酯酶为疏绵状嗜热丝孢菌脂肪酶或者米曲霉脂肪酶或者南极假丝酵母脂肪酶；所述涤纶和聚乙二醇溶液浴比为1：50～1：400；反应温度为30℃～65℃，超声波浴反应时间为0.5h～1.5h，普通水浴反应时间为6h～18h；
步骤二：反应结束后，用有机溶剂对改性涤纶进行清洗；
步骤三：将改性涤纶在20℃～50℃下烘干。
2.根据权利要求1所述的基于酶催化的涤纶亲水改性方法，其特征在于，步骤一中，所述涤纶为涤纶纤维或者涤纶机织物或者涤纶针织物。
3.根据权利要求1所述的基于酶催化的涤纶亲水改性方法，其特征在于，步骤二中，所述有机溶剂为氯仿或丙酮或四氢呋喃。
4.根据权利要求3所述的基于酶催化的涤纶亲水改性方法，其特征在于，步骤二中，清洗次数为3-5次。
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|---|---|
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