蛋白酶水解作用对于毛涤混纺织物性能的影响*

任 军, 张振雄，计红梅，张 蓉，王加成

（1 吴江新民化纤有限公司 江苏苏州 215006；2 苏州新民纺织有限公司 江苏苏州 215006；3 苏州市纤维检验所 江苏苏州 215009；4 苏州必诚检测技术服务有限公司 江苏苏州 215009）

蛋白酶水解作用对于毛涤混纺织物性能的影响*

任 军1, 张振雄2，计红梅2，张 蓉3，王加成4

（1 吴江新民化纤有限公司 江苏苏州 215006；2 苏州新民纺织有限公司 江苏苏州 215006；3 苏州市纤维检验所 江苏苏州 215009；4 苏州必诚检测技术服务有限公司 江苏苏州 215009）

本文采用碱性蛋白酶对不同比例毛涤混纺的织物进行酶水解处理，分析比较蛋白酶处理前后织物的透气性、透湿性、悬垂性、耐磨性等性能的变化。结果表明：毛织物经碱性蛋白酶处理后，产生失重现象，手感也变得柔软。在织物酶处理的可承受范围内，随着酶浓度的增加，织物的透气性能、透湿性能、悬垂系数、和耐磨损失变化呈现先减后增的趋势。

一浴法蛋白酶；毛涤混纺；水解；失重率；透气性；透湿性；悬垂性；耐磨性

前言

羊毛是一种复杂的天然纤维，主要由97%蛋白质和3%的油脂组成，是蛋白酶和脂肪酶的理想基质。羊毛具有许多优良特性，如弹性好、吸湿性强、保暖性好、不易沾污、光泽柔和。这些性能是毛织物具有各种独特风格。虽然羊毛有如此多的优势，但也存在弊端，羊毛的毡缩性[1]。涤纶是合成纤维中的一个重要品种，是我国聚酯纤维的商品名称。涤纶面料作为日常生活中用的非常多的一种化纤服装面料，其最大的优点是抗皱性和保形性很好，因此，适合做外套服装[2]。毛涤混纺织物集合了羊毛和涤纶的优点，质地轻薄、折皱回复性好，褶皱持久，尺寸稳定，易洗快干，坚牢耐用。

酶能显著地降低反应活化能，故表现为高度的催化效率。酶在国外已被用于羊毛的新加工，如生物洗、生物脱脂、生物柔软等。它可以取代氯化，用于羊毛的防毡缩加工，适用的酶有三类，即蛋白酶、脂肪酶和脂蛋白脂肪酶[3-4]。蛋白酶是对蛋白质的水解作用的酶。它是氨基酸链组成。本文主要针对蛋白酶处理前后羊毛与涤纶混纺面料在各项性能上的差异做深层次的研究，从而了解蛋白酶在酶处理中的重要作用。

1 实验材料、仪器与方法

1.1 实验材料和仪器

蛋白酶（分析纯，宁夏夏盛实业集团有限公司）、一块成分为50w/50p的混纺织物标记为试样1、一块成分为70w/30p的混纺织物标记为试样2、HH-S6数显恒温水浴锅（金坛市金玻实验仪器厂）、蒸馏水（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）、碳酸氢二钠（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）、ALC-210.4 电子天平（北京赛多利仪器系统有限公司）。

1.2 实验方法

先将两块织物洗干净晾干再进行操作。取四个大烧杯分成两组，一组配蛋白酶浓度为4g/L的溶液，另一组配蛋白酶浓度为8g/L的溶液，加入碳酸氢二钠将四杯溶液配成pH=9，将水浴锅加热至55℃，再将两块混纺织物裁剪分别放入两组溶液中，并搅拌加热2小时。经水解作用后将试样取出晾干待用。然后比较两种试样在不同浓度蛋白酶处理前后性能的变化。

1.3 测试指标

1.3.1 织物失重率测试

将纤维素酶水解处理前后的织物分别烘干、称重，按下式计算失重率。

上式中W1、W2分别为酶水解处理前后织物的重量（g）。试样规格：10*10mm的布样。

1.3.2 织物透气性测试

依据GB/T 5453-1997 《纺织品 织物透气性的测定》采用YG461E数字式透气量仪进行透气性测试。设定试验面积20cm2,压强100Pa，然后选择合适的喷嘴，放在试样密封气，启动工作，测不同织物的透湿率，同一样品的不同部位重复测定至少10次取算术平均值。

1.3.3 织物透湿性测试

依据GB/T 12704.2-2009 《纺织品 织物透湿性试验方法 第2部分 蒸发法》采用YG601-I/II型电脑式织物透湿仪。条件：温度38℃，相对湿度50%，气流速度0.5m/s。透湿杯内注入34ml水，试样测试面向下放置在透湿杯上，放置在试验箱内，经过0.5小时平衡后逐一称量。随后经过1小时试验后再次称量，计算透湿量。

1.3.4 织物悬垂性测试

织物悬垂性参照国家标准GB/T 23329—2009《纺织品 织物悬垂性的测定》，LFY-206型织物悬垂性风格测试仪，试样：每个样品离布边150mm，取直径为 240mm的圆形无折痕试样三块，每块圆心开一直径为4mm的定位小孔。同一样品，测试3块，然后取平均值。

1.3.5 织物耐磨性测试

织物的耐磨性参照GB/T 21196-2007《纺织品马丁代尔法织物耐磨性的测定》与《Y522型圆盘式织物平磨仪说明书》。试样:直径为125MM的圆形，共有5块，并且在式样中间剪一个小孔。先将圆形织物试样固定在工作圆盘上，然后工作圆盘匀速旋转，在一定的压力下，试样受到砂轮的摩擦，产生环状磨损。根据织物表面的磨损程度或织物物理性能的变化，评定织物的耐磨性能[5]。

图1 织物水解前后失重率测试结果

2 结果与分析

2.1 失重率分析

图1结果显示，酶处理前后，织物的重量减轻，手感也变得柔软。羊毛是由蛋白质组成，羊毛经蛋白酶处理时，其表面鳞片层最先发生反应。随着酶反应的进行，其组成基质蛋白质发生水解反应，氨基酸链发生断裂、损伤。蛋白质水解后溶于蛋白酶溶液中，羊毛本身质量也就相对减少。同时，反应的进行使羊毛表面出现较多空隙，羊毛的质感也就更加柔软。从图表中还能看出几点：即相同的面料品质，经不同酶浓度处理时，酶浓度增加，反应的效率增加，织物的重量减少，变化也更加明显。当两块成分含量不同的织物，进行相同的酶处理时，所含蛋白质成分多的面料，由于反应物蛋白质较多，反应进行的较为集中，重量减轻的较为明显。面料的组织结构也与失重变化有着紧密的联系。相同的酶浓度，结构稀疏的面料由于与酶接触的面积大，反应相同时间，效率也更高，失重现象也更加明显。

2.2 织物透气性测试

图2 织物水解前后透气性能测试结果

经蛋白酶处理后的羊毛织物，由于羊毛纤维表面鳞片层水解，羊毛结构变得蓬松，织物间间隙减小，所以可垂直透过的气流量也就减少。酶浓度增加后，羊毛纤维表面鳞片层水解量增加，羊毛结构变得更加蓬松，能垂直透过的气流量减少更明显，所以透气性较原样降低更明显[6]。经8g/l的蛋白酶处理的羊毛织物样布2，透气性再次增加，原因可能是以下两点：

（1）实验误差。由于实验时操作不当，选用喷嘴型号不对或实验时周围气流受到噪声影响处于不稳定状态，引起实验数据发生误差。

（2）蛋白质将鳞片层水解完毕，进一步水解羊毛内部结构，羊毛受损严重，内部结构发生改变，孔隙变多，面料间间隙变大，可垂直透过的气流量增加，透气性也就出现增加。

2.3 织物透湿性测试

图3 织物水解前后透湿性能测试结果

据众多资料文献表明，透湿性是测定在恒定的水蒸汽压的条件下，规定时间内通过单位面积织物的水蒸气的标准。由以上数据，我们可以看出其变化的趋势是先减后增的。经4g/l酶浓度处理后，可透过水蒸汽量减少，原因是由于酶的作用，使得织物变得蓬松，织物间隙减少，水分子难以从中透过。另外，羊毛鳞片层受损，羊毛纤维表面呈现多孔结构，具有吸收及锁住水分的作用，减少了水分的蒸发。在相同实验条件下，经过不同酶浓度处理的试样1，可透过的水蒸气量发生以上变化，具体原因可以总结如下：（1）经8g/l酶浓度处理以后，样布1受损严重，羊毛纤维减少过多，造成织物间间隙过大，从而水分子透过量增加，重量损失也就增加。（2）鳞片层受损的羊毛纤维，蓄水量达到饱和，不能锁住更多的水分，从而导致水分子溢出，蒸发的量就随之增加，质量损失就增加了。

同时实验数据表明，经蛋白酶处理的样布2，在不同浓度的蛋白酶处理下，透湿量变化前是呈现增加趋势的。其原因归结为：（1）在蛋白酶作用下，羊毛表面鳞片层受损严重，羊毛纤维减少过多，造成织物间间隙过大，从而水分子透过量增加，重量损失也就增加。（2）鳞片层受损的羊毛纤维，蓄水量达到饱和，不能锁住更多的水分，从而导致水分子溢出，蒸发的量就随之增加，质量损失就增加了。

2.4 织物悬垂性测试

图4 织物水解前后悬垂性能测试结果

实验结果表明：样布1在经不同酶浓度处理后，无论是静态还是动态，悬垂系数呈现递减趋势，据我们所知，悬垂系数定义为：试样下垂部分的投影面积与原面积之比的百分率。该值愈大，悬垂性愈差。即处理过后的样布，悬垂性能变好。就硬挺度系数而言，也呈现递减趋势，即样布经处理过后手感变得更加柔软。产生这样变化的原因是，由于酶的作用，羊毛纤维表面鳞片层发生水解，纤维表面出现孔隙，结构变得蓬松，所以手感也变得柔软。硬挺度降低后，面料变得更加垂顺，所以下垂部分的阴影面积减小，悬垂系数减小。

样布2在酶处理过后与样布1在性能上变化趋势是相反的。随着酶浓度的增加，织物的悬垂系数呈现增加的趋势，悬垂性变差，硬挺度呈现增加趋势，面料手感变得僵硬。以上结果可总结为一句，物极必反。羊毛纤维在蛋白酶的作用下，表面鳞片层水解后进而破坏羊毛内部结构，造成过多的孔隙，导致羊毛改性，变得僵硬，从而硬挺度增加，面料垂顺感减弱，下垂部分阴影面积增大，悬垂系数增加。

2.5 织物耐磨性测试

图5 织物水解前后耐磨性能测试结果

实验结果表明：经蛋白酶处理后的样布，摩擦后重量损失变化呈现先增后减的趋势。原因归结如下:经4g/l蛋白酶处理后的样布，由于羊毛纤维表面鳞片层发生水解，内部结构受到损伤，所以比较脆弱易断，重量磨损也就比较明显。而经8g/l蛋白酶处理的样布，由于羊毛纤维大部分已受损，涤纶成分居多，较受损的羊毛纤维，涤纶纤维较为坚韧，不易磨损，所以重量磨损减少。

样布2在经蛋白酶处理后，重量损失呈现的规律同样布1，都是先增后减，但不同的是，样布2在8g/l处理后，受损变化减轻的没那么明显。原因可归结于布羊毛成分比较多，涤纶成分少，在摩擦中，承受的主体仍是羊毛纤维，从而重量损失没有减轻那么多[7]。

3 结束语

毛/涤混纺面料在蛋白酶作用下，各方面性能指标发生改变。毛织物经碱性蛋白酶处理后，产生失重现象。酶浓度低时，失重不明显；当酶浓度高时，失重严重。

经不同浓度蛋白酶处理后的织物，织物的透气性能发生改变，在一定的可承受范围内，透气性、透湿性和悬垂系数呈现减弱的趋势，当超过这一承受范围，透气性、透湿性和悬垂系数就呈现增加的趋势，而悬垂系数的增加意味着悬垂性能变差。与织物其他性能相比，织物的耐磨性能是用重量损失来表示，重量损失呈现的趋势是先增后减，即在一定可承受范围内，重量损失较多，超出承受范围后，重量减少变少。

[1]陈坚，等.纺织生物技术[M].北京：化学工业出版社，2008.

[2]陈衍夏，兰建武.纤维材料改性[M].北京：中国纺织出版社，2009.

[3]严瑛，高亚宁.纺织材料检测实训教程[M].上海：东华大学出版社，2012.

[4]李群，赵昔慧.酶在纺织印染工业中的应用[M].北京：化学工业出版社，2005.

[5]李南，杨秀稳.纺织品检测实训[M].北京：中国纺织出版社，2010.

[6]田恬.纺织品检验[M].北京：中国纺织出版社，2006.

[7]张曙光.现代棉纺技术[M].上海：东华大学出版社，2007.

TS135

A

10.3969/j.issn.1673-0968.2017.09.012

*资助项目：2015年中国纺织工业联合会科技指导性项目（项目编号2015060）；2017年苏州经贸职业技术学院校级课题《天然环保功能型丝绸面料的开发及产业化》和《真丝/化纤复合丝及传统丝绸产品的研发》资助。

任军（1969-），男，大学本科，工程师，主要从事纺织品新材料开发和新型纤维染整工艺研究。