酶在纺织工业中的应用设计607746文档格式.docx
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指导教师评阅书
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□优□良□中□及格□不及格
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技术线路的可行性；
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教研室（或答辩小组）评价：
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评定成绩：
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
教学系意见：
系主任：
摘要
生物酶是一种天然的大分子量蛋白质,能有效催化化学反应的进程,具有作用条件温和以及操作安全的特点,被喻为"
生物催化剂"
.
生物酶能完全生物降解,很小的用量就能发挥突出的效能,因而已越来越多地被应用于纺织染整加工中,如酶退浆、酶精练、酶漂白和酶整理等。
酶制剂作为一种生物制剂,无毒无害,它的开发应用顺应了绿色生产加工和可持续发展的要求,具有广阔的应用前景.文章以棉织物为例,介绍生物酶在染整加工中的应用.
本文介绍了纺织印染工业所用生物酶制剂的种类,作用机理,选择性以及生物酶在纺织印染工业中用。
并且分析了国内外的研究现状,以及生物酶技术在纺织印染工业中的前景。
[关键字]:
生物酶，应用，纺织印染工业，前景
摘要1
目录2
第一章纺织工业中染整工艺的介绍3
1.染整工艺的简介3
（1）织物的精炼4
（2）织物的染色4
（3）织物的印花4
（4）织物的整理工作6
第二章生物酶的特性和作用机理6
1.生物酶的结构和特性6
2.生物酶的作用机理6
第三章纺织印染行业所用生物酶制剂的种类8
1.纤维素酶8
2.蛋白酶8
3.淀粉酶9
4.脂肪酶9
5.果胶酶9
6.过氧化氢酶9
7.漆酶10
8.葡萄糖氧化酶10
第四章生物酶在纺织印染行业的具体应用11
1.生物酶的广泛应用11
2.棉纺织物的退浆和精练11
3.棉纺织物生物酶整理11
4.印花后处理用酶12
5.生物酶制剂在其他方面的应用12
第五章酶在漂白中的应用13
第六章酶在退浆中的应用14
第七章酶在染整加工中的具体应用15
1.酶在染整加工中的最新应用成果16
结论18
参考文献19
致谢20
第一章纺织工业中染整工艺的介绍
1.染整工艺的简介
染整工艺是对纺织材料（纤维、纱线和织物）进行以化学处理为主的工艺过程，现代也通称为印染。
染整同纺纱、机织或针织生产一起，形成纺织物生产的全过程。
该工艺主要包括生丝及织物的精炼、染色、印花和整理四道加工工序。
染整质量的优劣对纺织品的使用价值有重要的影响。
预处理亦称练漂，其主要目的在于去除纺织材料上的杂质，使后续的染色、印花、整理加工得以顺利进行，获得预期的加工效果。
染色是通过染料和纤维发生物理的或化学的结合而使纺织材料具有一定的颜色。
印花是用色浆在纺织物上获得彩色花纹图案。
整理是通过物理作用或使用化学药剂改进织物的光泽、形态等外观；
提高织物的服用性能或使织物具有拒水、拒油等特性。
大多数整理加工是在织物染整的后阶段进行的。
在毛纺织物染整中往往把许多预处理过程归入整理范畴，并把整理划分为湿整理和干整理。
（1）织物的精炼
第一道为织物的精炼。
蚕丝由两根单丝组成，其主体为丝朊，外层包裹丝胶。
大部分的色素、油脂、蜡质和无机盐等都存在于丝胶中。
这些杂质对印染的效果有很大影响，所以，必须在染色前将之除去。
人们在长期实践中，掌握了丝胶受化学剂或酶的作用易溶解于热水的特性，并利用丝胶这一弱点，将坯绸或生丝放入装有肥皂（或合成洗涤剂）与纯碱（碳酸钠）的混合溶液内进行加热，丝胶加热后进行水解。
经过这样的精炼，脱除丝胶而保存丝朊，并去除了色素、脂、蜡等杂质，从而取得色泽洁白的丝制品。
脱胶后的生丝，称为熟丝。
生丝脱胶的程度须根据生产要求而定。
（2）织物的染色
色泽洁白的坯绸经精炼之后，开始进入染色阶段。
染色工艺就是使染料和蚕、坯绸等发生化学反应，染上各种色彩的工艺。
由于蚕丝属蛋白质纤维，不耐碱，染色宜在酸性或接近中性的染液中进行。
目前用于丝织物染料的主要是：
酸性染料、活性染料、直接染料与还原染料等。
用酸性染料染上的颜色比较鲜艳，染后用阳离子固色剂处理，可提高产品的水洗牢度。
活性染料染在蚕丝上有良好的水洗牢度。
织物的染色方法随织物的品种而异，如绉、纱类织物用绳状染色或溢流喷射染色，纺、绸、缎类织物则用平幅挂染或卷染。
（3）织物的印花
一种色彩毕竟单调，除染色外，人们还采用印花技术使丝绸变得五彩缤纷。
印花是指将染料按照设计好的花色印在织物上的一种工艺。
在精炼织物上用直印、拔印、防染等方法印制是常用的印花工艺。
直接印花指色浆直接通过筛网印花版印在丝织品上，是印花的基本印法之一，并可用多种染料共同印制。
拔染印花，也称雕板印花，是一种使用雕白剂拔染的工艺，印染前先用具有偶氮结构的酸性染料和活性染料将丝织品染色，再在色绸上按花样需要印上含有破坏色素的雕白剂制成的雕印（拔染）浆，经汽蒸后，印浆部位的地色便呈现白色，叫做“雕白”。
防染印花，就是将丝织品按花样印上“防白”浆或“色防”浆，待干燥后再行染色。
由于花样部位有“防白”浆或“色防”浆中的防染剂，不会染色，而其余部分则全部上色。
（4）织物的整理工作
丝织品经过精练、染色、印花后，便可以对织物进行最后的整理工作。
整理工艺主要解决前几道工序遗留的潮湿、皱折、门幅参差不齐等问题，突出丝织物本身柔软的特性并增加其服用功能，主要采用的是机械整理和化学整理两种方法。
机械整理有拉幅整纬整理，汽熨整理，轧光等方法；
化学整理主要是添加化学药剂，如柔软剂、抗静电剂、防火剂、由纯碱及磷酸三钠组成的砂洗剂等，从而达到防皱、防缩、柔软、厚实的效果。
处理过的面料不仅更适合穿着，丝绸的消费领域也由此而拓宽。
当印花绸制成之后，便可开始制作精美的工艺品与高贵华美、极具东方神韵的服饰了。
第二章生物酶的特性和作用机理
1.生物酶的结构和特性
生物酶是具有催化功能的蛋白质。
象其他蛋白质一样，酶分子由氨基酸长链组成。
其中一部分链成螺旋状，一部分成折叠的薄片结构，而这两部分由不折叠的氨基酸链连接起来，而使整个酶分子成为特定的三维结构。
生物酶是从生物体中产生的，它具有特殊的催化功能，其特性如下：
a高效性：
用酶作催化剂，酶的催化效率是一般无机催化剂的103106倍。
b专一性:
一种酶只能催化一类物质的化学反应，即酶是仅能促进特定化合物、特定化学键、特定化学变化的催化剂。
c低反应条件：
酶催化反应不象一般催化剂需要高温、高压、强酸、强碱等剧烈条件，而可在较温和的常温、常压下进行。
d易变性失活：
在受到紫外线、热、射线、表面活性剂、金属盐、强酸、强碱及其它化学试剂如氧化剂、还原剂等因素影响时，酶蛋白的二级、三级结构有所改变。
所以在大生产时，如有条件酶还可以回收利用。
e可降低生化反应的反应活化能：
酶作为一种催化剂，能提高化学反应的速率，主要原因是降低了反应的活化能，使反应更易进行。
而且酶在反应前后理论上是不被消耗的，所以还可回收利用。
f．环保性：
无毒，可生物降解。
2.生物酶的作用机理
酶蛋白与其它蛋白质的不同之处在于酶都具有活性中心。
酶可分为四级结构：
一级结构是氨基酸的排列顺序；
二级结构是肽链的平面空间构象；
三级结构是肽链的立体空间构象；
四级结构是肽链以非共价键相互结合成为完整的蛋白质分子。
真正起决定作用的是酶的一级结构，它的改变将改变酶的性质（失活或变性）。
酶的作用机理比较被认同的是Koshland的“诱导契合”学说，其主要内容是：
当底物结合到酶的活性部位时，酶的构象有一个改变。
催化基团的正确定向对于催化作用是必要的。
底物诱导酶蛋白构象的变化，导致催化基团的正确定位与底物结合到酶的活性部位上去。
第三章纺织印染行业所用生物酶制剂的种类
酶种类繁多,按其使用pH来分，有碱性酶、中性酶和酸性酶按其使用纤维来分：
有纤维素酶和蛋白酶等；
按其来源来分，有蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、脂蛋白脂肪酶、胰蛋白酶、细菌酶等。
在纺织印染加工中，目前使用比较广泛的酶制剂主要是纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶、果胶酶、脂肪酶、过氧化氢酶、漆酶、葡萄糖氧化酶八。
1.纤维素酶
纤维素酶是由不同催化特性的酶组成的多组分的酶体系，是生物产生的一多组分的混合蛋白质，在适当的条件下，能使不溶性纤维素材料水解成可溶性糖的生物催化剂的总称。
用机理为：
首先由内切葡聚糖酶作用于微纤维的非结晶区，使其露出许多末端供外切型酶作用，纤维由糖水解酶从非还原性末端依次分解，产生纤维二糖，然后，部分降解的纤维素进一步由内切葡聚糖酶和纤维二糖水解酶协同作用，分解成纤维二糖、三糖等低聚糖，最后由β-葡萄糖苷酶作用分解成葡萄糖。
一般认为，纤维素酶主要由CBIⅠ、CBHⅡ和葡萄糖苷酶组成，这些酶在纤维素水解过程中有协同作用。
2.蛋白酶
蛋白酶是水解蛋白质肽键的一类酶的总称。
按其水解多肽的方式，可以将其分为内肽酶和外肽酶两类。
内肽酶将蛋白质分子内部切断，形成分子量较小的脲和胨。
肽酶从蛋白质分子的游离氨基或羧基的末端逐个将肽键水解，而游离出氨基酸，前者为氨基肽酶后者为羧基肽酶。
按其活性中心和最适pH值，又可将蛋白酶分为丝氨酸蛋白酶、巯基蛋白酶、金属蛋白酶和天冬氨酸蛋白酶。
按其反应的最适pH值，分为酸性蛋白酶、中性蛋白酶和碱性蛋白酶。
工业生产上应用的蛋白酶，主要是内肽酶。
3.淀粉酶
淀粉酶的种类按作用方式分为α－淀粉酶、β－淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、支链淀粉酶和异淀粉酶等。
α-淀粉酶属于内切型淀粉酶，它作用于淀粉时从淀粉分子内部以随机的方式切断α-1,4苷键，最终水解产物为葡萄糖、麦芽糖和低聚糖，能快速降低淀粉的粘度，是最重要的一类淀粉酶。
目前退浆用的淀粉酶都是α-淀粉酶。
不同来源的α-淀粉酶具有不同的热稳定性和最适反应温度。
4.脂肪酶
脂肪酶即三酰基甘油酰基水解酶，它催化天然底物油脂水解，生成脂肪酸、甘油和甘油单酯或二酯。
脂肪酶基本组成单位仅为氨基酸，通常只由一条多肽链。
它的催化活性仅仅决定于它的蛋白质结构。
脂肪酸进一步氧化合成糖类。
5.果胶酶
果胶酶主要是由果胶裂解酶、聚半乳糖醛酸酶、果胶酸盐裂解酶和果胶酯酶组成。
果胶物质是高度酯化的聚半乳糖醛酸。
果胶酶作用于果胶物质时，果胶裂解酶、聚半乳糖醛酸酶、果胶酸盐裂解酶直接作用于果胶聚合物分子链内部的配糖键上，而果胶酯酶则使聚半糖醛酸酯水解，为聚半乳糖醛酸酶和果胶酸盐裂解酶创造更多的位置。
6.过氧化氢酶
过氧化氢酶是一种氧化还原酶，它可以催化分解过氧化氢，生成水和氧气。
过氧化氢酶又称为触酶，是种酶类清除剂，以铁卟啉为辅基的结合酶。
它可促使双氧水分解为分子氧和水。
7.漆酶
是一种结合多个铜离子的蛋白质，属于铜蓝氧化镁，存在菇、菌及植物中。
漆酶可存活于空气中，发生反应后唯一的产物就是水，因此本质上是一种环保型酵素。
漆酶是一种氧化还原酶，可进行基因改性而获得不同的酶。
8.葡萄糖氧化酶
生物酶在纺织印染中已应用广泛，在纤维改性，真丝脱胶，原麻（苎麻、亚麻）脱胶，染整退浆、精炼、整理和净洗加工，纺织印染的废水处理以及印花后处理等方面有所应用。
生物酶技术在改进染整加工工艺、节约能耗、减少环境污染、提高产品质量、增加附加值和开发新型原料产品等反面都具有独特的优势.
第四章生物酶在纺织印染行业的具体应用
1.生物酶的广泛应用
生物酶技术在改进染整加工工艺、节约能耗、减少环境污染、提高产品质量、增加附加和开发新型原料产品等反面都具有独特的优势。
2.棉纺织物的退浆和精练
生物酶制剂最早应用于印染行业中的织物退浆。
用淀粉酶催化水解织物上的淀粉浆料，在目前的生产工艺中，仍旧是去除淀粉浆料的重要方法。
只不过现在应用的淀粉酶的工艺水平向高温高效方向发展，最高温度可达115℃，加工时间最短只有十几秒钟。
现在的高温淀粉酶不但可以提高退浆效率，还可以同时去除混合浆料中的PVA等化学浆料。
生物酶制剂用于棉纺织物的精练加工，其主要有果胶酶、纤维素酶和脂肪酶。
果胶酶可以去除果胶物质，但是单一使用，达不到理想的精练效果，必须同时使用协同作用好的几种酶，还要加入少量的非离子表面活性剂，并在精练过程中施加适度的机械搅拌，这样才可以使果胶酶在有机介质中显示出良好的生物活性，可以使精练效果好，并可减少酶制剂用量和降低处理时间。
3.棉纺织物生物酶整理
目前生物酶酶制剂技术在印染整理工业中成功应用的别一个领域是棉纺织物的生物酶整理加工。
棉纺织物经过纤维素酶整理后，手感和外观可以获得大大改善。
由于棉织物表面的绒毛被去除，使织物更光洁，色泽更鲜艳。
LeeG.Snyder等人的研究证实，纤维素能使针织物的外观变得光洁，而且加在洗衣粉中的纤维素能通过正常的家用洗衣机洗涤也具有类似的效果。
C.Lchong等人也研究了纤维酶用量，织物间的磨擦、机械搅拌作用对织物整理性能的影响。
所有这些研究在当今广泛应用于牛仔布整理中。
大多数的牛仔衣都要经过洗磨过程使其外观陈旧，在传统的石洗过程中，浮石打磨去一些染料使牛仔布的色彩变淡，而应用纤维素酶处理，进行生物石洗，就可以达到良好的效果，使其具有新型的外观、较低的价格、更短的处理时间和较少的固体残留物等优点。
4．印花后处理用酶
在日益环保的今天，难以处理的印花糊料渐渐被人们所抛弃，各科研院所纷纷研制新型环保印花糊料，四平市科学技术研究院李雪晶、马嘶鸣等研制的复合型羧甲基淀粉钠印花糊料从根本上解决了淀粉类印花糊料打浆困难、手感不好、后处理麻烦等缺点，提出了在印花后处理上添加少量淀粉活性酶制剂，这样就可以使印花效果远远超过传统的海藻酸钠和阿可印，并环保价廉，现已在国内数家大型印染企业批量应用，取得良好效果。
5．生物酶制剂在其他方面的应用
生物酶除了在纺织印染前处理及后整理中得到广泛应用外，在其它方面也有所应用。
用过氧化氢分解酶应用于织物上的过氧化氢漂白，可去除织物上残留的过氧化氢，避免后续染色出现染斑和染花，是生产绿色环保纺织品的主要工艺之一。
第五章酶在漂白中的应用
在传统的织物漂白过程中，含氯漂白剂的使用是必不可少的。
由于含氯漂白剂不仅本身有害，而且在漂白过程中可能是有机化合物发生氯化，形成含氯有机物，后者是生态纺织品禁用的，因此需要大力发展“无氯漂白”，降低废水中的AOX值。
目前常用的无氯漂白剂为过氧化氢，这是一种环境友好的漂白剂。
经过过氧化氢漂白后，坯布上残留的双氧水会使成染品产生色花、色浅，以及色光的变化，通常需要用大苏打等还原剂除去残留在织物上的过氧化氢。
将过氧化氢酶应用于棉织物的过氧化氢漂白，不仅可以去除织物上残留的过氧化氢，而且可以直接催化染色，比传统的还原剂法具有效率高、节能和无环境污染的优点，是生产绿色纺织品的重要工艺之一。
第六章酶在退浆中的应用
生物酶最早应用于印染行业中的织物退浆。
织造时，为改善纺纱的可织性，减少断头率，织造前经纱一般都要经过上浆处理，以便将纱中纤维粘着饱和起来，在纱线表面形成一层坚韧薄膜，增加经纱强力和耐磨性。
浆料通常包括淀粉、明胶、羧甲基纤维素、聚乙烯醇和丙烯酸酯等。
经纱经过上浆，对织造是有利的，但对于织物的染色和手感会产生不利的影响，坯布上的浆料是印染、后续加工增加了诸多困难，如炼漂不易渗透，形象印染产品质量，消耗过多染化药品等。
为此，在织物前处理中首先要进行退浆，尽可能地去除浆料，为后续加工创造有利条件。
根据纤维所上浆料的不同，使用的退浆剂和退浆工艺也不同，采用的退浆方法必须针对上浆的浆料种类进行选择。
主要的退浆方法有碱退浆、酸退浆、氧化退浆、酶退浆等。
第七章酶在染整加工中的具体应用
应用于棉织物精练加工的生物酶主要是果胶酶、脂肪酶和纤维素酶等。
用果胶酶可以去除棉纤维表面的果胶物质，但单独使用果胶酶，很难达到理想的精练效果。
一般添加合适的表面活性剂一非离子型表面活性剂，帮助酶向微生物孑L和裂缝中渗透，并使它们在有利于发挥催化作用的位置上排列。
另可加入纤维素酶，可大大提高生物精练的效果。
用纤维素酶去除粗毛中的草刺等纤维素杂质，可避免羊毛纤维的损伤。
1蛋白水解酶用于蚕丝精练比淀粉酶退浆更早地被研究和利用。
丝胶是一种易溶于温水和碱水的物质，易受到酶的作用，是由于酶的作用并不损伤蚕丝本身，所以酶练时没有皂碱法精练时因残留的肥皂所产生的麻烦。
2纤维素纤维及蛋白质纤维织物的生物酶处理加工。
主要使用酶剂是蛋白酶和纤维素酶。
如麻织物，纤维粗硬，织物刚性大，触感差，用纤维素酶处理后，织物的刚性和硬挺度降低，光滑度和悬垂性提高，使织物获得极好的手感，因酶作用于纤维表面伸出的绒头，使纤维中硬而直的尖端部分原纤化纤维变得柔软，同时因去除了表面和绒毛，织物的光洁度提高，改善了麻织物的刺痒触感，称“生物抛光”。
3用纤维素酶进行牛仔布的石磨整理，商业上称“生物洗处理”，基本原理是用纤维素酶水解部分纤维素，同时通过机械揉搓和摩擦的协同作用，具有独特艳丽的表面和柔软手感。
4蛋白酶在织物后整理加工中，使再生纤维素中提高纯度纤维素纤维（Tence1）表面原纤化，主要用于羊毛地毯的后整理、毛织物防缩整理、羊毛衫“机可洗处
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