離子液體-蛋白酶處理對羊毛表面性能的影響.pdf

1、采用蛋白酶對羊毛進(jìn)行生物整理以其環(huán)保性正受到人們的日益重視,但是羊毛鱗片層表面的類脂結(jié)構(gòu)以及鱗片外層中大量存在的二硫鍵嚴(yán)重制約了蛋白酶對鱗片的水解,大大削弱了其處理效果。因此,采用蛋白酶對羊毛進(jìn)行生物加工時,首先需要對羊毛的鱗片層進(jìn)行預(yù)處理改性,為蛋白酶攻擊鱗片層下方的蛋白質(zhì)做好鋪墊,而且預(yù)處理的方法和程度對蛋白酶的處理效果起著非常重要的作用。所以,選擇一種高效、環(huán)保的預(yù)處理方法對蛋白酶的生物加工無疑會起到非常積極的作用。
　　

2、 有鑒于此,本文將低揮發(fā)、易回收、熱穩(wěn)定性好、溶解能力強(qiáng)的新型環(huán)保溶劑一離子液體引入到羊毛加工過程中,將其作為蛋白酶整理的預(yù)處理方法。文章詳細(xì)研究了離子液體-蛋白酶處理對羊毛各項性能,特別是表面性能的影響;同時探討了離子液體對蛋白酶水解的促進(jìn)機(jī)理。文章的主要研究結(jié)論如下:
　　 1.在[BMIM]Cl、[BMIM]BF4和[BMIM]PF6三種離子液體中,[BMIM]Cl處理對羊毛的減量效果最好。
　　 羊毛經(jīng)過[BMI

3、M]Cl(100℃/10min)處理后,蛋白酶對其減量效果可提升約53.3％。對[BMIM]Cl改性條件的進(jìn)一步研究可以發(fā)現(xiàn),溫度對離子液體的溶解減量效果影響較大,處理溫度為80℃時,蛋白酶對羊毛的減量率只有2.41％,而當(dāng)溫度升高到120℃時,減量率可達(dá)到9.96％。雖然提高溫度可以顯著提升其改性效果,但是隨著溫度的提高,離子液體處理對羊毛造成的損傷程度也在增大,100℃處理時,羊毛堿溶解度只有14.3％,而120℃處理時,堿溶解度則

4、會升高到23.3％。
　　 2.離子液體-蛋白酶處理能夠明顯改善羊毛的潤濕性能。
　　 僅經(jīng)過蛋白酶處理后的織物,其水滴潤濕時間＞1800s,接觸角＞110°,羊毛表面潤濕性能基本沒有改善;而經(jīng)過[BMIM]Cl100％/10min處理后的織物,其潤濕時間和潤濕接觸角分別降至1418s和106.4°,這說明離子液體處理可顯著提高織物的表面潤濕性能。但是在飽和吸水量方面,離子液體處理則不如蛋白酶處理效果好,兩者聯(lián)合處理則可

5、以全面提升羊毛的潤濕性能,其潤濕時間和潤濕接觸角分別降低到520s和99.7°,吸水量則由蛋白酶單獨處理時的0.574 g/g織物提升到0.591 g/g織物。
　　 XPS實驗結(jié)果顯示,羊毛經(jīng)過聯(lián)合處理后,其纖維表面疏水性的C-C/C-H鍵含量由未處理時的64.9％下降到47.8％,而親水性的O-C=O/N-C=O基團(tuán)則由23.3％升高到35.3％,-SO3含量也由22.2％升到27.9％。這些親水性基團(tuán)的增加說明離子液體的溶

6、解和蛋白酶的水解能夠顯著改變纖維表層的元素組成,從而有助于羊毛潤濕性能的提升。
　　 3.離子液體-蛋白酶處理對羊毛的染色性能有較大影響。
　　 羊毛經(jīng)過蛋白酶處理后,其初染速率僅略有提升,而經(jīng)過離子液體一蛋白酶處理后,染料初染速率迅速提高,即使在80℃的染浴中也能迅速上染。另外,隨著離子液體處理時間的延長和處理溫度的提高,染料對羊毛的上染速率和上染率都得到提高。
　　 染色動力學(xué)分析顯示,經(jīng)過離子液體處理后,染

7、料在羊毛中的擴(kuò)散系數(shù)提高了約1.12倍,而擴(kuò)散活化能則由未處理時的34.39 KJ/mol降低到19.43 KJ/mol。
　　 染色織物色度參數(shù)顯示,織物的K/S值從未處理時的17.61提高到聯(lián)合處理后的19.78,這表明聯(lián)合處理有助于織物表觀得色深度的提高。但是處理后織物的水洗牢度和濕摩擦牢度則有0.5級左右的降低。
　　 4.離子液體-蛋白酶處理對羊毛物理機(jī)械性能有較大影響。
　　 當(dāng)離子液體處理條件為10

8、0℃/10min時,經(jīng)過聯(lián)合處理后的纖維,其定向摩擦效應(yīng)由7.09％減弱到3.5％,而織物氈縮率則由30.58％降低到18.84％,這說明離子液體-蛋白酶處理能夠有效降低纖維的定向摩擦效應(yīng),提高織物防氈縮性能。
　　 離子液體-蛋白酶處理會造成羊毛強(qiáng)力及斷裂伸長率的損傷。離子液體處理條件為100℃/10min時,聯(lián)合處理后羊毛纖維的斷裂強(qiáng)力損失約為10.1％,而斷裂伸長率損失則達(dá)到31.8％。紗線則由于熱收縮原因,呈現(xiàn)出強(qiáng)力下降

9、,斷裂伸長率提高的現(xiàn)象,這表明聯(lián)合處理會對羊毛的強(qiáng)度造成不利影響。
　　 在織物風(fēng)格上,離子液體的溶脹作用會使織物的壓縮線性度和壓縮功降低,而彎曲剛度和彎曲滯后矩增大,這說明離子液體處理會導(dǎo)致織物壓縮以及彎曲特性的下降。經(jīng)過蛋白酶處理后,織物的壓縮特性和彎曲特性得到一定程度恢復(fù)。在白度上,離子液體高溫(120℃)處理時,織物有泛黃傾向,但是蛋白酶的脫色作用則會使織物白度顯著提高。
　　 5.離子液體處理可以明顯改變纖維的

10、表面物理形態(tài)和化學(xué)組成,從而深刻影響蛋白酶對羊毛的水解。
　　 SEM圖像表明,羊毛經(jīng)過離子液體處理后,纖維表面有明顯被溶蝕的痕跡,而且鱗片邊緣在離子液體的溶解作用下變得鈍化。Allw(o)rden囊泡形狀的變小也顯示出鱗片表層遭受了不同程度的破壞。
　　 FT-IR ATR圖譜則表明,經(jīng)過離子液體處理后的羊毛在3300 cm-1處的N-H和O-H伸縮振動吸收帶變得更寬更強(qiáng),而位于2964 cm-1、2935 cm-1和

11、2877cm-1處,由C-H伸縮振動引起的吸收峰則變得非常弱,這表明離子液體對纖維表層的溶解會導(dǎo)致脂肪族物質(zhì)去除,使得甲基和亞甲基含量降低,而氨基和羥基等基團(tuán)則大量暴露。另外,1040cm-1處吸收峰的出現(xiàn),表明二硫鍵在離子液體處理過程中被破壞,其產(chǎn)物主要為磺基丙氨酸。
　　 WAXD衍射分析顯示,離子液體處理后(100℃/10min),羊毛纖維的結(jié)晶指數(shù)由未處理時的60％下降到57.9％,這說明離子液體的溶脹作用會降低纖維的致

12、密程度。
　　 氨基酸分析顯示,與單獨蛋白酶處理相比,羊毛經(jīng)過離子液體.蛋白酶處理后,纖維中大部分氨基酸如谷氨酸、酪氨酸、絲氨酸的含量會繼續(xù)降低:在水解液中,絲氨酸、蘇氨酸、苯丙氨酸和胱氨酸等含量則迅速上升,尤其是蛋白酶的作用位點絲氨酸,其含量增加了約一個數(shù)量級。這說明離子液體處理有助于增加蛋白酶的有效作用位點,提高蛋白酶對鱗片層中高硫蛋白質(zhì)的水解。
　　 在類脂去除、二硫鍵被破壞以及纖維結(jié)晶度下降的綜合作用下,蛋白酶對