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散棉生物酶前处理及其作用机理研究

作　者: 汤克明
导　师: 范雪荣
学　校: 江南大学
专　业: 纺织工程
关键词: 棉纤维果胶酶角质酶复合酶精练作用机理
分类号: TS192.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

散棉具有不同于一般棉纤维的加工工艺,采用生物酶对其进行精练可以充分发挥酶精练的优点,具有较高的研究和应用价值。本文选用具有自主知识产权的Bacillus sp.WSHB04-02菌产碱性果胶酶和T.fusca WSH03-11菌产角质酶,对棉纤维进行处理。通过研究处理后棉纤维各项性能的变化,对散棉生物酶前处理的可行性、处理效果以及作用机理进行了研究。在碱性果胶酶的应用工艺优化中,探讨了pH值、处理温度、酶浓度、处理时间等对棉散纤维果胶去除率的影响。结果表明,较适宜工艺条件为: pH值8.5,温度55℃,酶活浓度150U/L,时间45min。此时,处理过的棉散纤维的果胶去除率达到80%。在上述工艺条件的基础上,发现果胶酶和角质酶复合后,复合酶中角质酶的含量越大,处理后纤维的果胶去除率和棉蜡去除率越高,角质酶的酶活浓度200U/L较合适。而在0-0.9g/L的浓度范围内,非离子表面活性剂TX-10的浓度越大,纤维的果胶去除率越高,较适宜的浓度为0.5g/L。对比性的研究了不同的精练方式对棉散纤维的精练效果,结果发现酶精练处理工艺条件温和,对纤维表面果胶有很好的去除效果,纤维吸湿性得到明显改善,处理后纤维失重较小,强力损伤明显小于碱精练试样。由于酶精练后纤维表面残留一定棉蜡,使纤维手感柔软,利于色纺纱的纺制;经果胶酶精练后,棉纤维的各项测试指标与国外Bioprep 3000L果胶酶处理样相接近,而经其处理的棉散纤维对三种不同活性染料的得色深度与碱精练相当;经复合酶处理后棉纤维的精练效果比单一酶处理要好,且对三种染料的染色深度与碱处理的相当。结合采用钌红和油红O染色法、傅立叶衰减全反射红外光谱法(FT-IR ATR)、扫描电子显微镜(SEM)来考察酶精练前后棉纤维表面特征的变化,并与常规碱精练相比较,对酶精练作用机制进行探讨。可以看出酶精练后棉纤维表面的杂质大部分被去除,仅有少量残留。且复合酶精练对果胶去除效果比单独使用果胶酶精练更佳,复合酶中的果胶酶和角质酶在棉纤维的精练过程中具有协同作用。酶对棉纤维表面的杂质是一种相对温和的选择性去除作用。而碱对棉纤维表面杂质具有一种“剥皮”的作用,对于杂质的去除没有明显的选择性,对纤维的强力损伤比较大。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-17
  1.1 色纺纱  9-11
    1.1.1 色纺纱概述  9
    1.1.2 色纺前处理面临的问题  9
    1.1.3 色纺棉的结构和组成  9-11
  1.2 酶催化反应  11-13
    1.2.1 酶的性质  11-12
    1.2.2 酶的催化机制  12-13
  1.3 生物酶精练的研究现状和发展趋势  13-15
    1.3.1 单一酶精练  13-14
    1.3.2 复合酶精练  14-15
  1.4 研究内容及意义  15-17
    1.4.1 研究的目的及意义  15-16
    1.4.2 研究的主要内容  16-17
第二章试验材料、仪器和方法  17-21
  2.1 试验材料和药品  17
  2.2 试验仪器  17
  2.3 试验及测定方法  17-21
    2.3.1 果胶裂解酶活力的测定  17-18
    2.3.2 单一酶精练  18
    2.3.3 复合酶精练  18
    2.3.4 碱精练工艺  18
    2.3.5 染色工艺  18
    2.3.6 失重率的测定  18-19
    2.3.7 棉纤维断裂强力的测定  19
    2.3.8 半乳糖醛酸标准曲线制作  19
    2.3.9 果胶去除率的测定  19
    2.3.10 棉蜡去除率的测定  19-20
    2.3.11 K/S 值的测定  20
    2.3.12 棉纤维上果胶含量与分布测定  20
    2.3.13 棉纤维上蜡质含量与分布测定  20
    2.3.14 SEM 测试  20
    2.3.15 FT-IR ATR 测试  20-21
第三章棉散纤维生物酶精练工艺研究  21-32
  3.1 碱性果胶酶精练工艺优化  21-24
    3.1.1 pH 值对精练效果的影响  21-22
    3.1.2 温度对精练效果的影响  22
    3.1.3 酶活浓度对精练效果的影响  22-23
    3.1.4 时间对精练效果的影响  23-24
  3.2 果胶酶/角质酶复合精练工艺研究  24-27
    3.2.1 角质酶用量对果胶酶精练效果的影响  25
    3.2.2 表面活性剂用量对复合酶精练效果的影响  25-26
    3.2.3 复合酶与果胶酶的果胶去除效率  26-27
  3.3 与国外酶精练及常规碱精练效果的比较  27-31
    3.3.1 精练方式对棉纤维失重率和果胶去除率的影响  27
    3.3.2 精练方式对棉纤维棉蜡去除率的影响  27-28
    3.3.3 精练方式对棉纤维回潮率的影响  28-29
    3.3.4 精练方式对棉纤维断裂强力的影响  29-30
    3.3.5 精练方式对棉纤维染色性能的影响  30-31
  3.4 结论  31-32
第四章精练后棉纤维表面结构变化  32-41
  4.1 试样制备  32
  4.2 精练后棉纤维表面果胶、蜡质残留情况  32-35
    4.2.1 钌红着色法  33-34
    4.2.2 油红着色法  34-35
  4.3 FT-IR ATR 谱图表征棉纤维表面杂质的变化  35-37
  4.4 SEM 表征精练棉纤维的表面形态  37-39
  4.5 结论  39-41
第五章结论  41-42
参考文献  42-46
致谢  46-47
附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文  47

散棉生物酶前处理及其作用机理研究

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