L-半胱氨酸_蛋白酶对羊毛防缩整理效果研究_李佳颖.pdf

2023 年第 2 期印染技术羊毛纤维是纺织行业中常用的一种天然纤维材料，其表面光泽柔和亮丽，具有较高的强度和弹性，吸湿、保暖性能优良，应用价值极高。但由于羊毛独特的鳞片层结构和机械性能特点，导致其制品在洗涤和使用过程中极易发生毡缩现象1，严重影响织物的外观形貌和服用性能。因此，对羊毛纤维进行防缩整理是极其必要的。现在应用非常广泛的氯化防缩技术虽然可以较好地实现羊毛防缩的工业化生产，但加工过程中会产生大量的污染物质，其中可吸附的有机卤化物AOX极易对人体和环境造成较大危害2。为了更好地保障羊毛制品的应用价值及减少环境污染，研究人员开发了多种L-半胱氨酸/蛋白酶对羊毛防缩整理效果研究基金项目：陕西省重点研发计划项目（2019GY177）。作者简介：李佳颖（1998），女，硕士研究生。主要从事天然纤维新型整理技术的研究。通讯作者：沈艳琴（1963），女，三级教授，硕士。Email：shenyanqin1208126com。李佳颖1，2，沈艳琴1，2，武海良1，2，李博1，2摘要：羊毛纤维是纺织工业中重要的生产原材料，但其固有的缩绒性会严重影响产品的使用性能和寿命，因此防缩整理是毛纺加工中必不可少的工艺流程。文中利用还原试剂L-半胱氨酸和蛋白酶16L的协同作用，对羊毛毛条进行防缩整理，探讨了整理效果、最优工艺及整理后羊毛纤维的性能变化。通过设计响应面试验，获得最优防缩工艺条件为：L-半胱氨酸浓度9 g/L、蛋白酶浓度1 g/L、浸轧时间30 s、浸轧次数5次、处理温度50。经该工艺处理后，羊毛纤维的各项重要性能未受到明显破坏，防缩性能得到显著改善。关键词：羊毛纤维；防缩整理；蛋白酶；L-半胱氨酸中图分类号：TS 195.5文献标志码：A文章编号：1000-4033（2023）02-0040-06Study on the Effect of L-cysteine/Protease on Wool Shrink-proof FinishingLi Jiaying1，2，Shen Yanqin1，2，Wu Hanliang1，2，Li Bo1，2（1School of Textile Science and Engineering，Xian Polytechnic University，Xian，Shaanxi 710048，China；2Key Laboratory of Functional Textile Material and Product，Ministry of Education，Xian Polytechnic University，Xian，Shaanxi 710048，China）Abstract：Wool fiber is an important raw material in the textile industry，but its inherent shrinkage will seriouslyaffect the service performance and life of products，so the shrinkage finishing is an essential process in the woolspinning processUsing the synergistic action of reducing reagent Lcysteine and protease 16L，the antishrinkagefinishing of wool sliver was carried out，and the finishing effect，the optimal process and the property change ofwool fiber after finishing were discussed Through response surface design experiment，the optimal shrinkage controlconditions were obtained as follows：Lcysteine concentration of 9 g/L，protease concentration of 1 g/L，soakingtime of 30 s，soaking times of 5，and treatment temperature of 50 After applying the process，the importantproperties of wool fiber are not damaged obviously，and the shrinkage resistance is improved significantlyKey words：Wool Fiber；Shrink-proof Finishing；Protease；Lcysteine（1.西安工程大学 纺织科学与工程学院，陕西 西安710048；2.西安工程大学 功能性纺织材料及制品教育部重点实验室，陕西 西安710048）402023 年第 2 期印染技术项目浓度/（gL1）浸轧时间/s浸轧次数/次水平1630408455110606表1响应面试验因素及水平新型羊毛防缩加工技术，如生物酶法、等离子处理技术3、超声波法4和纳米技术处理法5等，但均未实现产业化应用。其中，生物酶法由于作用高效且处理条件温和等优点成为当前业内的研究热点，也有望实现羊毛纤维防缩处理的连续化加工生产6。Li et al7利用一种能降解角蛋白的特殊蛋白酶K对羊毛纤维进行生物改性，可以达到水解鳞片层降解角蛋白的效果；Mei et al8制备了一种具有还原性、水解性和定位性的新型三功能蛋白酶，可以在相对温和的条件下去除羊毛表面鳞片；Zhang et al9采用转谷氨酰胺酶作为一种蛋白质交联酶，结合空气低温等离子体和蛋白酶对羊毛纤维进行改性，使羊毛织物达到可机洗性能，并且一定程度控制了酶对纤维的损伤。由于羊毛鳞片层结构中含有大量结构致密的二硫键，单凭蛋白酶难以消化水解角质化的蛋白质，结果导致蛋白酶法处理时间长、对纤维的力学性能损伤大。因此，研究者们常将蛋白酶与其他试剂组成复合体系对纤维进行处理，以此提高防缩效率，但新试剂的引入则会加重废液处理的负担，使蛋白酶防缩整理技术难以得到应用和推广。针对上述问题，本文将无毒环保的L半胱氨酸作为二硫键还原剂，探讨其与蛋白酶16L协同作用对羊毛纤维的防缩处理效果。通过响应面试验分析处理后纤维的防缩性能变化，旨在得出L半胱氨酸/蛋白酶防缩体系最优整理工艺。采用扫描电镜分析（SEM）、紫外光谱、红外光谱、X射线光电子能谱分析（XPS）和氨基酸测试等方法，对处理后纤维结构和性能变化进行表征，探讨防缩工艺的作用机理及应用可行性。1试验11试验原料与仪器原料：7.5 tex（70S）羊毛纤维（浙江新澳纺织股份有限公司），L半胱氨酸（上海阿拉丁生化科技股份有限公司），NaOH（天津市天力化学试剂有限公司），蛋白酶16L（诺维信生物技术有限公司）。仪器：YG003A单纤维强力机（太仓纺织仪器厂），HH4B数显恒温水浴锅（国华仪器制造有限公司），FA2004B电子天平（上海市安亭电子仪器厂），YMPO01S8轧车（莱州元茂仪器有限公司），1011 EBS电热鼓风干燥箱（上海恒科实业发展有限公司），ECO24全能型试色机（厦门瑞比精密机械有限公司），Nexus670傅立叶变换红外光谱仪、KAlpha型X射线衍射仪（美国赛默飞世尔科技公司），QUAN-TA450FEG场发射扫描电镜（美国FEI公司），Biochrom30氨基酸分析仪（英国Biochrom公司），TGA2热重同步分析仪（瑞士梅特勒仪器公司），T3202紫外可见分光光度计（上海佑科仪器仪表有限公司）。12响应面试验设计设计3因素3水平的响应面试验如表1所示，经前期试验结果分析得出，处理温度宜设置为50、处理液pH值为8。13测试方法131单纤维强力测试对每组样品随机抽取20根纤维，用YG003A单纤维强力机测试纤维的断裂强力，最终取平均值作为每组羊毛纤维样品的强力值。132羊毛减重率测试按式（1）计算得减重率。=M-M0M0100%（1）式中：M为处理烘干后各份羊毛质量，g；M0为处理前各份羊毛质量，g。133毡缩球密度测试将试样处理成毡缩球，利用游标卡尺测量毡缩球3个方向的尺寸，读数精确到01 cm，然后按式（2）、式（3）计算毡缩球体积和毡缩球的密度。V=6abc（2）=mV1 000（3）式中：V为毡缩球的体积，cm3；a、b、c分别为毡缩球的长轴、短轴和高度，cm；m为称取的羊毛纤维试样质量，g；为毡缩球密度，kg/m3。134扫描电镜分析（SEM）用QUANTA450FEG场发射扫描电子显微镜观察样品，加速电压100 kV。135紫外分析采用T3202型紫外可见分光光度计，分别对处理残液和对照组进行紫外扫描，扫描波段250320nm，扫描频率50 Hz。136红外光谱测试使用Nexus670型傅立叶变换红外光谱仪测试。137X射线光电子能谱（XPS）分析采用KAlpha型X射线衍射仪进行测试。138氨基酸分析采用英国Biochrom30氨基酸412023 年第 2 期印染技术表3线性回归方程的显著性检验和方差分析方差来源平方和自由度均方差F值P值模型43709049040700038 9A151011510126100009 3B08701087073000030 6C00171001701400716 2BC00291002902400637 7A202701027022900174 0B2150011500126100009 3C200601006005100499 9残差084070120失拟项07203024080400036 1纯误差012040030总差520016AB01801018015500253 3AC423010-31423010-300350856 1表4线性回归方程的显著性检验和方差分析方差来源平方和自由度均方差F值P值模型1 5338403511280135300000 3A1 19267011 192670315600000 1B194540119454051500040 9C146630114663038800070 5残差4912101337790失拟项40894094544022100231 4纯误差82270420570总差2 02506016表2响应面试验方案与结果序号浓度（A）/（gL1）浸轧时间（B）/s浸轧次数（C）/次强力/cN毡缩球密度/（kgm3）减重率/1630570778501052264565716063116838306680569110564104565503577137958604611588310496645456064161125784555845342103086605686549812199106054974517131410845556744111024118455591509710371210454526406011131384556154967108214103056043905104515860659545531127168304662695087317845558956221043分析仪测试原毛和处理后羊毛纤维的氨基酸种类和含量。2结果与讨论21响应面法试验结果与分析211各响应面检验与分析设计以纤维强力、毡缩球密度、纤维减重率为响应值，L半胱氨酸浓度、浸轧时间、浸轧次数3个因素为自变量的响应面试验，试验方案和结果如表2所示（羊毛原纤维强力为615 cN、毡缩球密度为13586 kg/m3）。使用响应面软件对模型进行分析，分别得到强力（Y1）、毡缩球密度（Y2）、减重率（Y3）与各自变量的回归方程式，并对方程进行显著性方差检验（注：P值小于0050 0表示差异显著，P值小于0010 0表示为差异极其显著）。强力（Y1）