CN1732300A - 纤维素本色织物的处理方法、由此方法获得的产品及其用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及纤维素本色织物的处理方法，包括以下步骤：(a)预处理步骤，其中，在水存在下和温度60－100℃下，将织物与降解淀粉的热稳定的酶接触，(b)退浆与精练集成的步骤，其中，在水存在和最高温度70℃下，将由步骤(a)获得的织物与降解棉花初生胞壁的聚合物组分的酶和降解淀粉的酶接触。本发明还涉及使用本发明的方法获得的织物用于生产纺织品的用途。本发明还提供了用本发明的方法制备的织物。本发明进一步还涉及用本发明的方法处理的织物生产的纺织品。

Description

纤维素本色织物的处理方法、由此方法获得的产品及其用途
                      技术领域
本发明涉及纤维素本色织物的处理方法，包括至少预处理步骤(a)和退浆与精练集成的步骤(b)，涉及由此方法获得的织物，将由此方法处理的织物用于生产纺织品的用途以及由此方法处理的织物生产的纺织品。
                      背景技术
对纤维素本色织物的处理在纺织品的生产中是重要的。为了使由纺织纤维纺成的丝线更牢固并且防止在织造过程中丝线的断裂，在织造之前，将浆液通常以淀粉的形式加入到丝线中。通过这种方法，织物的丝线被上浆了。然而，在织造完成之后，淀粉需要从所获得的本色织物中除去，因为它在对所获得的本色织物的后续处理步骤中会起不利的作用。传统的退浆是用相对低浓度的NaOH溶液对织物处理很长一段时间而实现，通常是最高温度为60℃下处理几个小时。退浆完成后，需要将所获得的织物经过精练步骤以使织物亲水。这一步是必需的，因为所有对织物的后续步骤，例如漂白和染色，通常是基于水溶液而设计的，并且退浆后的织物仍含有污染物如果胶、蛋白质、有机酸、脂肪酸和蜡(润滑剂)等等，它们会在织物的每根纺织纤维周围形成亲水层。已知有在80-100℃下用高浓度NaOH进行精练步骤。但是这种精练步骤不仅会使污染物分解而且也使织物中的纤维素聚合物的链长度变短了，使得织物的抗拉强度下降，织物中发生损坏和/或对织物的期望性质不能实现。并且，需要知道的是上述这种退浆和精练步骤都是对环境不友好的，而且，由于产生的大量废水中的大含盐量使得净化厂的负荷量更重。
为了解决这些问题，已发展了利用酶技术代替NaOH的退浆和精练步骤。当使用淀粉作为浆液时，可以进行酶退浆步骤，例如通过使用α-淀粉酶使淀粉水解。将水解的淀粉冲洗掉，然后进入精练步骤。整个退浆过程包括至少20分钟的冲洗。在酶精练步骤中，上述提及的存在于纺织纤维中的污染物如果胶、蛋白质、有机酸、脂肪酸和蜡(润滑剂)被降解，在此之后所有待冲洗的组分可以被冲洗掉。去除这些组分有助于提高织物的质量。关于上述的精练步骤，在此可以参阅专利公开WO98/24965，其中，织物经受的精练步骤是在降低的温度下，所用的酶溶液中含有能影响果胶水解的果胶酶。
然而实践中，酶退浆和精练步骤按序进行的缺陷是整个处理过程最少需要40分钟。但是，如果所用的酶在相同温度和pH值范围内都是具有活性的话，可以把对本色织物的退浆和精练两个酶促过程进行集成。这样集成的酶促过程的持续时间等于最长的单个过程的持续时间，也即至少为20分钟，其中包括接下来对处理后织物的冲洗。在连续操作的设备中采用上述集成的过程，在正常的织物速率至少为1米/秒下，这意味着连续地至少有1200米织物在这一过程中得到处理。显而易见地是上述过程设计费时并且不能迅速且容易地在同一设备中从对一种织物的处理换成对另一种织物的处理。然而，考虑到服装行业对不同织物总的迅速改变的需要和对所生产的具体某类织物的日益增长的越来越少的配额需求，现今对连续处理织物的灵活性已日显重要。对某类织物今天的需求也许是大量的，但明天的需求可能就完全不同了。因此，纺织品生产者需要非常灵活地生产，并且为了能处理不同类型的织物他们必需能够快速地调整处理过程。
令人惊奇的是现已经发现采用特定的预处理步骤和集成的酶退浆和精练步骤的组合，可以在极短的时间内，通常为3-6分钟获得高质量的织物。
                      发明内容
本发明涉及到对纤维素本色织物的处理方法，包括以下步骤：
(a)预处理步骤，其中，在水存在和温度为60-100℃下，将织物与热稳定的降解淀粉的酶接触；和
(b)退浆和精练合成的步骤，其中，在水存在和最高温度为70℃下，将由步骤(a)获得的织物与降解棉花初生胞壁的聚合物组分的酶和降解淀粉的酶接触。
本发明的方法不仅节省了大量时间，大大提高了如上所述的对小批量不同类型织物的连续处理的灵活性程度，而且对环境更加友好，并且所使用的设备不再需要防锈。
优选的，在步骤(a)和(b)之间，织物经受一促进待冲洗掉的纺织纤维组分如淀粉的质量传递的处理。这种作法影响所述组分的去除，并且更进一步减少了总处理时间。所述处理可以是真空处理或喷吹处理。
优选的，在步骤(a)和(b)中，降解淀粉的酶是淀粉酶，更优选是α-淀粉酶。
在步骤(b)中降解棉花初生胞壁的聚合物组分的酶优选是选自纤维素酶、蛋白酶和/或果胶酶的酶。另外，在步骤(b)中脂肪酶可以用来降解初生胞壁中的疏水性的甘油三酯。更优选的，上述酶是果胶酶。一种非常适用的果胶酶是聚半乳糖醛酸裂解酶(果胶酸盐裂解酶)。
在步骤(a)和(b)的两步过程中，可以使用不同类型的酶来降解淀粉。在步骤(b)中，可以使用不同类型的酶来降解棉花初生胞壁的聚合物组分。
根据本发明的方法可用的合适的淀粉酶是α-淀粉酶。
优选的，在步骤(a)中使用α-淀粉酶，在步骤(b)中使用α-淀粉酶和果胶酶。
使用的纤维素酶可以是选自外切葡聚糖酶和内切葡聚糖酶的酶。根据本发明，使用的蛋白酶可以是选自丝氨酸肽酶、羧肽酶和巯基蛋白酶的酶。合适的果胶酶可以是选自原果胶酶、聚甲基和聚半乳糖醛酸裂解酶和聚甲基和聚半乳糖醛酸酶的酶。优选的，使用聚甲基或聚半乳糖醛酸裂解酶(果胶酸盐裂解酶)。使用的脂肪酶可以从例如牛奶、酵母、细菌和动物中获得。其它合适的可用于本发明的淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶和果胶酶在专利公开US6,436,696中提及。
步骤(a)优选在温度为70-100℃下进行，更优选在80-100℃，最优选在90-100℃，步骤(b)优选在温度为30-60℃下进行，更优选在45-55℃。所述温度范围均包括所述的上限值和下限值。上限值是由所用酶的稳定性决定的。当所用酶在更高的温度下可以保持稳定，则可以选用这些更高的温度。当果胶酶在步骤(a)所用的温度范围也能有活性且稳定，则步骤(a)和(b)可以集成为一个步骤。
步骤(a)和(b)可以在酸性环境也可以在碱性环境下进行。实际中，步骤(a)和(b)通常在各自酶所具有最佳活性的pH值或其附近进行。优选的，步骤(a)和(b)在pH为7.5-9.5进行，更优选在pH为8.5-9.0。在步骤(a)和/或步骤(b)的开始，pH值可能会处于所述限定的范围之外，然而在对织物的处理过程中，pH值会移至所述限定范围内。为了使pH值保持在具有期望酶活性的范围内，在步骤(a)和(b)中，优选在水溶液中使用缓冲液。实际中，使用所述一定量的缓冲液可以使pH值在整个过程持续期间位于预定的限定范围内。对于本领域技术人员很容易选择对预定的pH值范围合适的缓冲液。无机缓冲液和有机缓冲液均可以使用。合适的缓冲液可以是例如磷酸钠、磷酸钾、碳酸钠、碳酸氢钠、柠檬酸钠、乙酸钠、乙酸铵、邻苯二甲酸氢钾和乙酸钠。
在一个合适的实施方式中，在步骤(a)中使用淀粉酶，优选为α-淀粉酶，其每升介质具有的总酶活为2,000-15,000RAU。RAU(参考淀粉酶单位)是由Genencor International定义的活性单位。酶的活性是在内部标准采用合成的淀粉底物：嵌段的对硝基苯七麦芽糖(a blockedp-nitrophenyl maltoheptaside)测定的。优选的，在步骤(a)中，所用酶具有每升介质5,000-8,000RAU的总酶活。
在步骤(b)中，使用的淀粉酶优选为α-淀粉酶，且每升介质具有的总酶活为2,000-15,000RAU，更优选每升介质的总酶活为5,000-8,000RAU。在一个合适的实施方式中，在步骤(b)中果胶酶优选为果胶酸盐裂解酶，所用总的酶剂量为1-1500APSU/l，优选为10-25APSU/l。APSU(碱性果胶酶标准单位)是由Novo Nordisk定义，并在他们的分析方法说明EB-SM-0419.02中有描述。
步骤(a)和(b)中所用的水溶液可以含有表面活性剂。优选的，步骤(a)和步骤(b)都在有表面活性剂存在的水溶液下进行。合适的表面活性剂需要与所用酶相容，可以选自阴离子、非离子型和阳离子表面活性剂。合适的例子是tergitol、triton X系列、tween系列、烷基磺酸盐和季铵氮化合物。步骤(a)和(b)的表面活性剂的浓度优选为每升所用水溶液0.1-1.0克，更优选为每升所用水溶液0.4-0.7克。
本发明一个主要和令人惊奇的结果是通过将退浆和精练步骤集成以及引入的在高温下进行的预处理步骤，对本色织物的处理可以比目前的情形快得多。在本发明方法的一个实施方式中，步骤(a)和(b)以连续方式进行，织物在经受每一步骤的时间最多为5分钟。优选的，步骤(a)和(b)以连续方式进行，其中织物经受每一步骤的时间为0.5-2.5分钟。
在一个合适的实施方式中，由步骤(b)获得的织物接下来在60-100℃和有水及表面活性剂存在下经受冲洗处理。合适的表面活性剂可以选自阴离子、非离子型和阳离子表面活性剂。合适的例子是tergitol、triton X系列、tween系列、烷基磺酸盐和季铵氮化合物。优选的，冲洗处理在80-100℃下进行，更优选的，在90-100℃下进行。冲洗处理优选在有结合金属离子的化合物(螯合剂)存在下进行。合适的螯合剂可以选自EDTA、EGTA、亚氨丁二酸盐和其它与金属离子形成络合物的物质。
在步骤(b)和接下来的冲洗处理之间，织物优选经受促进待冲洗掉的纺织纤维组分的质量传递的处理。所述处理影响已降解的和其它的纺织纤维组分，例如果胶，的去除，并且进一步缩短总处理时间。上述处理可以是真空处理或喷吹处理。已冲洗的织物可以再一次经受冲洗处理然后再进行漂白。该冲洗处理与前一冲洗处理相比，条件可以一样或更温和。在所述两步冲洗处理之间，也可以进行促进待冲洗掉的纺织纤维组分的质量传递的处理。另外在所述两步冲洗处理之间或之前，可以对织物进行漂白。
织物可以用例如过氧化氢或其它合适的漂泊剂漂白以获得可以被染上期望颜色的白色织物。根据织物的最终用途，例如使织物耐脏或耐火，可以将不同的化学品用于织物中。
优选的，纤维素制成的本色织物是机织的本色的棉织物。除了棉织物，所述织物还可以含有其它纤维例如聚酯、聚酰胺、粘胶纤维或纤维素纤维。
采用本发明的方法，织物可以以阔幅布或线股的形式经受处理。优选的，织物以阔幅布的形式经受处理。
预处理和退浆与精练集成的步骤都需要在如下的设备中进行，其中待处理的织物能与含酶和其它化学品的水介质接触并且温度保持恒定。这可以在恒温的J-box中进行。在这种方式下，阔幅布可以极快地被处理。优选的，J-box配有温度调节装置，这样可以调节温度。
本发明还涉及采用本发明方法获得的织物用于生产纺织品的用途。
本发明还提供采用本发明方法获得的织物。所述织物是高质量织物，其特征在于存在于棉纤维中的纤维素的天然聚合度在该处理过程中基本完全不变。由此采用本发明方法处理的织物的抗拉强度是最优的，优于传统的利用NaOH溶液进行精练步骤处理所得织物的抗拉强度。因此所述织物将具有比采用传统精练步骤获得的织物更长的寿命。
本发明还涉及采用本发明方法获得的纺织纤维生产的纺织品。
实施例1
由具有120g/cm2的织物重量的淀粉上浆的100％纯棉本色织物在Linie tester中预处理1分钟，温度为95℃，所用的介质中由pH为9.0的200mL的25mM的磷酸盐缓冲液组成，所述缓冲液含有0.5g/lTergitol 15-S-12和0.9g/l Optisize HT 40。经过此预处理之后，织物直接快速地(15秒)经受真空处理，然后经受精练步骤。在该步骤中，织物在Linie tester中处理1分钟，温度为55℃，采用与预处理步骤相同的缓冲液，不同是在于另外再加入5ml/l的Baysolex 20022(果胶酸盐裂解酶：Bayer配方产品，酶本身是ex Novozymes)，在此精练步骤之后，织物经过真空处理，然后在200ml水中冲洗15秒，其中水中溶解有0.5g/l Tergitol 15-S-12和1mM的EDTA，温度为95℃。之后，再经过一次真空处理，然后再冲洗织物，此时仅用70℃(200ml)的水冲洗15秒。然后将所得织物风干，并在20℃/65％大气湿度下调理24小时。
对处理后织物的评价结果列于表1。采用液滴法测定织物的可湿性，其中测定的是织物吸收一滴水所需要的时间，这也是对亲水性的测定。根据Novozyme标准操作程序文件EUS-SM-0103.02/01中所述的方法采用Ruthenium Red stain测定剩余果胶含量。织物中剩余的淀粉通过用碘溶液(含2.4g/l KI和1.3g/l I2的溶液)将此淀粉染色来分析并由表1所示的污点程度来分类。
由结果可以得出，所述织物的亲水性和淀粉的剩余都处在有益的水平。果胶仍能在织物上检测到，由此得出不是所有的棉花初生胞壁都被去除了。
实施例2
按实施例1所述的过程进行，所不同的是织物不经受不同的真空处理。结果示于表2。真空处理的积极效果可以清楚地从所获结果中看出。
实施例3
按实施例1所述的过程进行，所不同的是织物不经受预处理步骤，而且为了对照，使织物经受退浆与精练集成的步骤2分钟。
该过程和实施例1的评价结果示于表3。结果清楚地显示了预处理步骤对去除淀粉的积极效果。需要注意的是，在这两种过程中，织物经过酶处理的时间相同。而且可以发现，有预处理步骤的过程中可以获得明显好的亲水性，尽管与没有预处理的过程相比用果胶酶的培育要花两倍的时间。
实施例4
按实施例1所述的过程进行数次，差别在于：在1mM EDTA和有和没有α-淀粉酶存在下进行预处理步骤2分钟；不进行真空处理；织物分别经受退浆与精练集成的步骤2分钟和10分钟；冲洗步骤均为15分钟。评价结果示于表4。α-淀粉酶用于预处理步骤同时退浆与精练集成步骤进行2分钟的过程的结果与α-淀粉酶不用于预处理步骤同时退浆与精练集成步骤进行10分钟的过程的结果相比，α-淀粉酶在预处理步骤中的积极效果就显而易见了。
表1
  分析   结果
  可湿性残余果胶淀粉存在   ＜1秒19％0/-*
*-＝织物上检测不到淀粉
0＝基本上检测不到淀粉，可接受的
+＝检测到少量的淀粉
++＝明显检测到淀粉
+++＝检测到大量淀粉
表2
  分析                               结果
  有真空处理   无真空处理
  可湿性残余果胶淀粉存在   ＜1秒20％0/-*   ＜1秒19％+*
*标号含义同表1所述
表3
  分析                             结果
  有预处理   无预处理
  可湿性残余果胶淀粉存在   ＜1秒20％0/-*   ＜1秒23％+*
*标号含义同表1所述
表4
  分析                                   结果
预处理中有α-淀粉酶  2分钟精练步骤   10分钟精练步骤
  残余果胶淀粉存在   -+-+   19％17％++++/0   17％17％+++/0
*标号含义同表1所述

Claims (21)

1.纤维素本色织物的处理方法，包括以下步骤：
(a)预处理步骤，其中，在水存在和温度60-100℃下，将所述织物与降解淀粉的热稳定的酶接触，和
(b)退浆与精练集成的步骤，其中，在水存在和最高温度70℃下，将由步骤(a)获得的织物与降解棉花初生胞壁的聚合物组分的酶和降解淀粉的酶接触。
2.如权利要求1的方法，其中在步骤(a)和步骤(b)之间，所述织物经受一促进待冲洗掉的织物组分的质量传递的处理。
3.如权利要求2的方法，其中所述处理是真空处理或喷吹处理。
4.如权利要求1-3中任一项的方法，其中在步骤(a)和步骤(b)中，所述降解淀粉的酶是淀粉酶。
5.如权利要求4的方法，其中在步骤(a)和步骤(b)中，所述降解淀粉的酶是α-淀粉酶。
6.如权利要求1-5中任一项的方法，其中，在步骤(b)中，所述降解棉花初生胞壁的聚合物组分的酶选自纤维素酶，蛋白酶和/或果胶酶。
7.如权利要求6的方法，其中，在步骤(b)中，所述降解棉花初生胞壁的聚合物组分的酶是果胶酶。
8.如权利要求7的方法，其中，所述果胶酶是聚半乳糖醛酸裂解酶。
9.如权利要求1-8中任一项的方法，其中步骤(a)和步骤(b)在有表面活性剂存在下进行。
10.如权利要求1-9中任一项的方法，其中步骤(a)在温度80-100℃下进行。
11.如权利要求10的方法，其中步骤(a)在温度90-100℃下进行。
12.如权利要求1-11中任一项的方法，其中步骤(b)在温度30-60℃下进行。
13.如权利要求1-12中任一项的方法，其中步骤(a)和步骤(b)在pH为7.5-9.5下进行。
14.如权利要求1-13中任一项的方法，其中步骤(a)和步骤(b)以连续操作进行，且所述织物经受每一步骤最多为5分钟。
15.如权利要求1-14中任一项的方法，其中由步骤(b)获得的织物经受在有表面活性剂存在和温度60-100℃下的冲洗处理。
16.如权利要求15的方法，在步骤(b)和所述接下来的冲洗处理中，所述织物经受一促进待冲洗掉的织物组分的质量传递的处理。
17.如权利要求16的方法，其中所述冲洗后的织物接着被漂白。
18.如权利要求1-17中任一项的方法，其中所述织物是机织棉织物。
19.如权利要求1-18中任一项的方法生产的织物。
20.如权利要求1-18中任一项的方法获得的织物用于生产纺织品的用途。
21.由如权利要求1-18中任一项的方法处理的织物生产的纺织品。
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