CN115233450B - 一种生物法制备醇溶蛋白疏水整理剂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物法制备醇溶蛋白疏水整理剂的方法，属于纺织生物技术应用领域。本发明所述的生物法制备醇溶蛋白疏水整理剂的方法，包括如下步骤：将十八胺、醇溶蛋白、乙醇水溶液混合均匀，得到混合物；之后在混合物中加入谷氨酰胺转氨酶(TGase)，进行反应，反应结束后，冷冻干燥，得到所述的醇溶蛋白疏水整理剂；其中十八胺、醇溶蛋白、乙醇水溶液的用量比为0.1‑0.2g：0.5g：40‑60mL。本发明克服了传统的疏水整理剂具有毒副作用和污染严重的缺点，以一种生物酶法制备得到蛋白基疏水整理剂，并将其对纺织材料进行整理制备得到疏水纺织材料。本发明的整理条件温和、操作易控制，具有很强的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物法制备醇溶蛋白疏水整理剂的方法，属于纺织生物技术应用领域。
背景技术
纺织材料的疏水整理是用低表面能的物质对织物表面进行处理，使织物表面产生微纳粗糙化，同时获得低表面能，从而赋予织物疏水的效果。含氟或硅系整理剂是目前普遍使用的拒水/疏水整理剂，然而这类整理剂在使用过程中，很容易发生代谢，生成在环境中具有高持久性的产物，从而对人体和动物造成潜在危害，很多国家已通过法案明令禁止该类整理剂的生产和使用。因此，寻找新型的环境友好的疏水整理剂已成为亟待解决的问题。
醇溶蛋白是谷物种子的主要贮藏蛋白，含有大量的疏水性非极性氨基酸(如亮氨酸、丙氨酸和脯氨酸等疏水性氨基酸约占醇溶蛋白总氨基酸残基的50％)，而极性亲水性氨基酸含量较少，因此醇溶蛋白具有很强的疏水性，其平均疏水性是白蛋白、纤维蛋白原等的50倍。极强的疏水性使得醇溶蛋白在部分有机溶剂中易发生自组装作用，从而形成膜或微球和微粒。同时，醇溶蛋白是一种天然可食性植物大分子，具有天然可降解性、无毒性和优良的生物相容性，被广泛应用于药物缓释载体、食品包装材料等。
但是，仅仅利用单独的醇溶蛋白处理纺织材料，需要使用较多的蛋白对材料进行整理才能获得较好的疏水效果，比如：1平方厘米材料表面需用1g醇溶蛋白整理；而且整理之后的疏水性能不具有持久性，水滴在醇溶蛋白处理之后的纺织材料表面，其当时具有一定的疏水性，10s后水滴会湿润织物表面被完全吸收，无法实现持久的疏水性。
因此，如何利用醇溶蛋白固有的疏水性，采用环境友好的生物法对其进行疏水强化，制备得到疏水效果更好的生物整理剂来应用于纺织材料的疏水整理，将具有深远的潜在应用价值和现实意义。
发明内容
[技术问题]
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用生物法制备环境友好、生态安全的蛋白基疏水整理剂的方法，之后将制备得到的蛋白基疏水整理剂用于整理纺织材料，赋予其持久的疏水性能，同时不会对纺织材料本身的性能具有太大的影响。
[技术方案]
为了解决上述问题，本发明利用谷氨酰胺转氨酶(TGase)催化酰基转移反应的特点，在醇水反应体系中催化富含谷氨酰胺残基的醇溶蛋白与十八胺反应，增强醇溶蛋白的疏水性，来制备得到了醇溶蛋白疏水整理剂。之后通过浸渍法对纺织材料进行整理，赋予纺织材料良好的疏水性能，同时仍保留了其本身良好的透湿透气性。
本发明的第一个目的是提供一种生物法制备醇溶蛋白疏水整理剂的方法，包括如下步骤：
将十八胺、醇溶蛋白、乙醇水溶液混合均匀，得到混合物；之后在混合物中加入谷氨酰胺转氨酶(TGase)，进行反应，反应结束后，冷冻干燥，得到所述的醇溶蛋白疏水整理剂。
在本发明的一种实施方式中，所述的十八胺、醇溶蛋白、乙醇水溶液的用量比为0.1-0.2g：0.5g：40-60mL，进一步优选为0.1g：0.5g：50mL。
在本发明的一种实施方式中，所述的乙醇水溶液的体积浓度为5-20％。
在本发明的一种实施方式中，所述的谷氨酰胺转氨酶(TGase)的添加量为30-50U/g醇溶蛋白。
在本发明的一种实施方式中，所述的反应是30-50℃下反应5-24h，进一步优选为40℃下反应12-24h。
在本发明的一种实施方式中，所述的十八胺、谷氨酰胺转氨酶均可以通过市售得到。
在本发明的一种实施方式中，所述的醇溶蛋白包括玉米醇溶蛋白、小麦醇溶蛋白中的一种或两种；蛋白含量在99％以上。
本发明的第二个目的是本发明所述的方法制备得到的醇溶蛋白疏水整理剂。
本发明的第三个目的是提供一种基于醇溶蛋白疏水整理剂制备疏水纺织材料的方法，包括如下步骤：
将醇溶蛋白疏水整理剂分散于乙醇溶液中，得到疏水整理液；之后将疏水整理液在纺织材料的两面进行喷涂，干燥，得到所述的疏水纺织材料。
在本发明的一种实施方式中，所述的乙醇溶液为乙醇水溶液，其体积分数为70％。
在本发明的一种实施方式中，所述的疏水整理液的浓度为3-5g/100mL。
在本发明的一种实施方式中，所述的纺织材料包括棉织物、麻织物、蚕丝织物、羊毛织物中的一种。
在本发明的一种实施方式中，所述的纺织材料在喷涂疏水整理液之前需要进行预处理，具体如下：取纺织材料置于50％(v/v)的乙醇水溶液中，超声清洗，洗去纺织材料表面杂质与浮尘，之后水洗，干燥，得到预处理后的纺织材料；其中纺织材料和乙醇水溶液的质量比为1:100。
在本发明的一种实施方式中，所述的喷涂的用量为5-10mL/100cm2/面。
在本发明的一种实施方式中，所述的喷涂的距离为5-15cm。
在本发明的一种实施方式中，所述的干燥是吹风机吹干、烘箱干燥或风干，再在75-85℃下完全干燥。
本发明的第四个目的是本发明所述的方法制备得到的疏水纺织材料。
本发明的第五个目的是本发明所述的疏水纺织材料、醇溶蛋白疏水整理剂在制备功能纺织品中的应用。
在本发明的一种实施方式中，所述的功能纺织品包括产业用纺织品、装饰用纺织品、服装用纺织品中的一种。
[有益效果]
(1)本发明的方法区别于利用化学整理剂改性纺织材料获得疏水性能的方法，而是基于具有疏水性的天然蛋白，利用生物酶法对其进行疏水强化后制备得到疏水整理剂，并将其喷涂至纺织材料表面赋予纺织材料一定的疏水性能。与传统方法相比，本发明的制备过程条件温和、无毒、易控制。
(2)本发明克服了传统的疏水整理剂具有毒副作用和污染严重的缺点，以一种生物酶法制备得到蛋白基疏水整理剂，并将其对纺织材料进行整理制备得到疏水纺织材料。本发明的整理条件温和、操作易控制，具有很强的实用性。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解实施例是为了更好地解释本发明，不用于限制本发明。
测试方法：
1、反应体系中释氨量的测定：
酶促反应后量取1mL反应液，用苯酚-次氯酸盐的方法测定产生的NH3的量。
2、接触角的测试：
利用接触角测量仪，测量水与织物之间的接触角，即水对织物的润湿性。水滴大小为50μL，每个试样测量3个不同的位置，结果取平均值。
3、透气率的测试：
依据国标GB/T 5453—1997《纺织品织物透气性的测定》对预处理棉织物及整理后棉织物的透气性进行空气渗透性分析。测试样品大小为20cm2，蒸汽压为100Pa。
4、耐久性的测试：
通过测量织物耐水洗测试和耐摩擦测试前后水/油接触角变化，考察棉织物多功能的耐久性。
5、水洗牢度的测试：
采用SW-12AC耐洗色牢度试验机进行耐水洗测试。该检测在旋转清洗机中进行，使用不锈钢容器，将洗涤液(洗涤剂浓度为2g/L)与样品(织物与皂煮液质量比为1：150)混合。在40℃下洗涤45分钟，然后将样品放入50℃的烤箱中烘干2小时，直至其完全干燥。测量水洗之后织物的水/油接触角，比较织物洗涤前后接触角变化程度。
6、摩擦牢度的测试：
湿摩擦和干摩擦牢度测试借助耐摩擦牢度试验仪进行，垂直压力为9N。每个样本都与对照织物(未处理棉织物)摩擦600个周期。测量干/湿摩擦之后功能织物的水/油接触角，比较织物摩擦前后接触角变化程度。
7、强力性能的测试：
采用YG(B)026H-250型电子织物强力机，根据ASTM D5035钢带的拉伸强度测试方法对待测织物进行了实验。加载范围为500N，预紧力为2N，扩展范围为50mm，长度为100mm,速度为100mm/min。试样尺寸为20×5cm，以织物的经纱方向为准。每份待测织物，需做三组平行实验，测量结果取平均值。
实施例中采用的原料：
醇溶蛋白：玉米醇溶蛋白，蛋白含量为99％；
谷氨酰胺转氨酶：酶活100U/g；
十八胺：含量>95％；
棉织物：机织物，克重为90g/m2；
实施例中采用的棉织物是预处理之后的棉织物，预处理的方法为：取10*10cm2的棉胚布(机织物)若干，置于50％(v/v)的乙醇水溶液中(织物：溶剂质量比为1:100)，在超声波清洗机中超声波15min，洗去棉织物表面杂质与浮尘，处理后织物水洗并置于80℃的电热鼓风干燥箱中烘干，得到预处理后的棉织物。
实施例1
一种生物法制备醇溶蛋白疏水整理剂的方法，包括如下步骤：
将0.1g十八胺、0.5g醇溶蛋白溶于50mL浓度为10％(v/v)乙醇水溶液中，充分搅拌混合均匀，得到混合物；之后在混合物中加入50U/g醇溶蛋白的谷氨酰胺转氨酶(TGase)，在40℃下进行反应12h，反应结束后，冷冻干燥，得到所述的醇溶蛋白疏水整理剂。
经过测试，整个体系反应过程中释氨量为0.75ug/mL。
实施例2
调整实施例1中十八胺的用量为0.05、0.2g，其他和实施例1保持一致，得到醇溶蛋白疏水整理剂。
实施例3
调整实施例1中乙醇水溶液的浓度为5％、30％，其他和实施例1保持一致，得到醇溶蛋白疏水整理剂。
实施例4
调整实施例1中反应温度为30℃、50℃，其他和实施例1保持一致，得到醇溶蛋白疏水整理剂。
实施例5
调整实施例1中反应时间为5、24h，其他和实施例1保持一致，得到醇溶蛋白疏水整理剂。
对比例1
直接采用醇溶蛋白作为疏水整理剂。
对比例2
将0.1g十八胺和0.5g醇溶蛋白的混合物作为疏水整理剂，不进行酶反应。
对比例3
调整实施例1中的乙醇水溶液为水，其他和实施例1保持一致，得到醇溶蛋白疏水整理剂。
对比例4
调整实施例1中的乙醇水溶液为无水乙醇，其他和实施例1保持一致，得到醇溶蛋白疏水整理剂。
对比例5
将TGase添加量调整为10U/g醇溶蛋白，其他和实施例1保持一致，得到醇溶蛋白疏水整理剂。
实施例6
一种基于疏水整理剂制备疏水棉织物的方法，包括如下步骤：
将5g疏水整理剂分散于100mL浓度为70％(v/v)的乙醇溶液中，充分搅拌混合均匀，得到疏水整理液；之后将疏水整理液在距离棉织物10cm处，进行两面喷涂，喷涂的用量为10mL/cm2/面，喷涂结束后，立即使用吹风机吹干，后将织物置于80℃烘箱中烘干，得到所述的疏水棉织物。
将实施例1-5和对比例1-5得到的疏水整理剂按照实施例6的方法进行处理，得到疏水棉织物。
将得到的疏水棉织物进行性能测试，测试结果如下表1：
表1疏水棉织物的测试结果
注：水洗2次是按照测试方法进行2次；摩擦2次是按照测试方法进行2次，每次摩擦600个周期。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (7)
1.一种生物法制备醇溶蛋白疏水整理剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将十八胺、醇溶蛋白、乙醇水溶液混合均匀，得到混合物；之后在混合物中加入谷氨酰胺转氨酶(TGase)，进行反应，反应结束后，冷冻干燥，得到所述的醇溶蛋白疏水整理剂；
其中，所述的十八胺、醇溶蛋白、乙醇水溶液的用量比为0.1-0.2g：0.5g：40-60mL；
所述的乙醇水溶液的体积浓度为5-20％；
所述的谷氨酰胺转氨酶(TGase)的添加量为30-50U/g醇溶蛋白。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的反应是30-50℃下反应5-24h。
3.权利要求1或2所述的方法制备得到的醇溶蛋白疏水整理剂。
4.一种基于权利要求3所述的醇溶蛋白疏水整理剂制备疏水纺织材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将醇溶蛋白疏水整理剂分散于乙醇溶液中，得到疏水整理液；之后将疏水整理液在纺织材料的两面进行喷涂，干燥，得到所述的疏水纺织材料。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的疏水整理液的浓度为3-5g/100mL；所述的乙醇溶液为乙醇水溶液，其体积分数为70％；所述的喷涂的用量为5-10mL/100cm2/面；所述的喷涂的距离为5-15cm。
6.权利要求4或5所述的方法制备得到的疏水纺织材料。
7.权利要求6所述的疏水纺织材料在制备功能纺织品中的应用。
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