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蜡和果胶的去除对棉纤维吸湿性的影响作者：By Ozlenen Erdem Ismal来源： 《中国纤检》2010年第 05期引言棉花的吸湿性受到多种因素影响,例如原料的成分、所含杂质、纱线的表面性质、湿度和 厚度煮练是个重要的湿法工序,它可以去除棉花中非纤维素杂质使得棉纤维洁净可以使用 氢氧化钠,酶或者溶剂萃取方法来进行煮练棉纤维的结构棉纤维是单细胞的生物结构从细胞结构的层面讲,纤维由表及里分别是角质层（蜡,蛋白质 和果胶,占纤维质量的 2.5%,无定形态）,初生壁（纤维素,占纤维质量的 2.5%;30%的结晶度）,次生壁 （纤维素,占纤维质量的 91.5%,70%的结晶度）,中腔（细胞质残留）非纤维素材料是无定形态的,主 要集中在角质层和中腔位置纤维的角质层形成保护层,防止棉花受到周围环境的侵袭和水的 浸入原棉的不吸水性主要是由于蜡状物质的存在,蜡和果胶不能被浸湿,这就影响了棉花进一步 浸湿和化学处理过程棉纤维的结构层次如表1所示碱性煮练棉花的碱性煮练是一个有效的流程,也是在商用技术上使用最广泛的去除棉纤维中疏水性 物质的方法,可以为下一工序提供吸湿性改善的棉纤维传统的棉花预处理使用高温下加入了 表面活性剂和螯合剂的高浓度氢氧化钠（苛性钠）溶液。

碱性煮练的缺点在于有严格的温度和pH值要求;不能与其他工序相容（例如酶脱浆）;易造成纤维损伤;形成强碱溶液,在织物上形成和再沉积不溶于水的重金属皂化剂;重量损失大;手感粗糙; 需要更多的时间和大量的水来稀释苛性钠;中和的要求排出的废液是碱性的,具有高生化需氧 量(BOD)和化学需氧量(COD)，会造成生态问题生物煮练生物煮练是一种生物技术，用酶来取代苛性钠是一种环境友好的煮练方法生物法预处理 优势在于对温度、pH值要求低，不使用危险的化学药品，废水可生物降解，节约水、能源和时间， 纤维损伤和失重较少酶煮练使用果胶酶、纤维素酶、淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶，得到的结果与传统的碱性精练 相比值得推荐代替废水更容易处理，更节约能源，与其他工序更好地兼容，设备原料使其在商业 上更具有吸引力然而，以前对于吸湿性测试的研究都是针对室温干燥的样品而言，对于热处理 的样品则没有研究酶或碱性煮练可以去除疏水性物质来破坏纤维的非晶保护层过度煮练会导致失重增加， 断裂强度降低，织物厚度减小酶的主要作用在于使特定的物质水解，即将不溶于水的物质转化 为可以溶于水并随水流动的物质果胶酶可以有效地将棉花角质层中的果胶水解，从而得到较 好的吸水性且不会对纤维素造成破坏。

传统的碱性煮练不能完全去除果胶，尤其是当果胶与钙 相结合的情况纤维素酶直接裂解棉花表皮下的初生壁纤维素来破坏表皮结构蜡和果胶对吸湿性的影响去除棉花中含有的果胶可以使纤维表面的蜡减少，从而改善织物的吸水性除胶和增加润 湿性有密切关系，然而经溶剂萃取的棉织物在没有除胶的情况下仍然具有高的润湿性，因此仅仅 除胶不能提高润湿性，而是除蜡起到的作用此处的吸湿性用织物浸入水中润湿所需的时间来表示，即使蜡的含量相似，由于煮练方法不 同这个值也会有显著差异，这取决于蜡在棉花上的分布溶剂萃取法可能会给出棉纤维不吸湿 的结果，但是温和的煮练条件可能也会得出棉纤维含蜡较多却能吸湿的结论进一步说，将纤维 在97°C〜99°C的水中浸泡15min，然后在室温下(20°C)风干或高温烘干，可能得到吸湿或不吸湿的 纤维,这就取决于结构中含蜡度的再分布织物应该在5s之内润湿,最好是3s以内对于所有 的水滴来说，如果润湿时间超过5s则说明煮练不充分试验面料100%棉针织坯布,单面平纹针织,克重为 135g/m2方法使用Eliar TBB—100 Termal HT实验室染色机进行试验,此设备具有一个自动控制系统能将 浴比控制在 10:1。

针织坯布经过传统的碱液煮练、酶煮练以及控制下的处理(空白试验)传统的碱液煮练首先，在95°C由lg/L的润湿剂、0.5g/L的络合剂以及3g/L的NaOH组成的碱溶液中煮练 45min;然后在80C水中漂洗lOmin,使用lg/L醋酸溶液进行中和10min,并在室温下冲洗5min酶煮练试验中使用的酶如下:取自于微生物杆菌的碱性果胶酶(AP)，活性为3000APSU/g;取自于针 尾曲酶的酸性果胶酶(ACP),活性为100FBG/g;取自于腐质酶微生物的中性纤维酶(NC)，活性为 1100/gDAU;取自于木酶菌微生物的酸性纤维素酶(AC)，活性为1500/g EGU这些酶由 Novozymes提供酶煮练在由酶和1g/L的非离子型润湿剂组成的溶液中进行,溶液的pH值为 9、5.5、7或者8.5,煮练温度为55C,时间为20min,然后加入0.5g/L的络合剂，当温度达到80C 后此工序持续15min,随后织物在80C的水中洗20min,并在室温下冲洗5min(见表2)吸湿性测试织物在室温下干燥并调湿后进行吸湿性能测试分别在100C下15min热处理和140C下 5min热处理后核定吸湿性性能。

经标准洗涤程序(95C,15min;80C,10min)后,另外一项洗涤周期, 然后用冷水冲洗在室温下干燥并在140C条件下干燥5min后测试吸湿性测试程序所有样品需在室温下干燥并在20C和相对湿度65%的条件下调湿24h后再进行测试，测试 重复进行3次吸水性测试依据AATCC79—1972《水滴测试法》进行采用Minolta CM3600d分光光度计(CIELAB, D65光源,10°观察角)在样品上选5个不同的部位测得K/S值 蜡质含量依据ISO 3074:1975等同标准测得将坯布样品在(105 ±2) °C下烘干2h,并在干燥器内放置lh,然后称重在加工后重复上述流 程,按照公式(1)来计算失重重量损失%=(处理前重量-处理后重量)/处理前重量X100 (1)在室温条件下，果胶测试的控制操作是将织物样品在0.2 g/L钉红水溶液的水浴振荡进行 15min,然后在60C下冲洗5min,接着在室温下空气干燥，测K/S值织物中含有的钉红量越大，则 果胶含量越大在显著水平a= 0.(下对测试结果进行统计分析,根据单因素方差分析，进行回归 分析和相关性分析结果与讨论可接受的吸湿性值不超过3s。

所有的酶煮练吸湿度值均在3s以下(见图1)然而,经过处 理后的样品之间表现出显著不同的吸湿性碱性果胶酶(AP )煮练后的吸湿性比酸性果胶酶 (ACP)煮练、中性纤维素酶(NC)煮练、酸性纤维素酶(AC)煮练以及ACP和AC复合煮练 (ACP+AC)的都要好此结果表明了碱度对果胶和蜡水解的影响的效果另一方面图2表明，就 果胶含量而言AP、AP+NC以及ACP+AC之间并没有统计意义上的显著区别但是，这几种精 练剂却引起不同的吸湿性从图2和图3可观察，就果胶和蜡的含量方面来说,AP和ACP精练 剂之间有显著的不同尤其是在热处理后吸湿性指标下降明显AP+ACP组合精练剂吸湿性比 各自单独的吸湿性好(见图1和图4)AC精练剂的吸湿性较ACP精炼剂有所改善，但蜡和果胶 的含量较高AP+NC组合精炼剂比ACP或AC精练后的吸湿性明显改善(见图1)碱性果胶酶煮练然后再洗涤的方法可以有效去除非纤维素杂质，得到稳定的吸湿性尽管 碱性煮练比碱性或酸性果胶酶煮练保留了更多的果胶，但在上述所有的试验中得到的吸湿性还 在可接受的范围内而从记录的数据上可以明显看出碱性煮练去除的蜡要比所有的酶煮练多 这样看来降低蜡含量是获得稳定吸湿性的关键。

蜡含量较高的棉花也有吸湿性尽管碱性果胶酶煮练过的样品含蜡量比碱液煮练过的样品 多，但其吸湿性也是可以接受的加热后残留的蜡可以在纤维中分散开形成一个疏水层尽管 室温干燥后的空白对照试样含有更多的蜡和果胶，但其仍有适度的吸湿性如表3、表4、表5所示，试验结果的统计分析有比较大的差别差别可能由于人为的操作 误差造成酸性果胶酶煮练后蜡和果胶含量要比中性纤维素酶煮练后少，吸湿性的降低也要小， 从统计分析中可以明显看出差别酸性果胶酶和碱性果胶酶煮练后的果胶含量也有显著差别， 碱性果胶酶煮练比酸性果胶酶煮练后含有的蜡更少，但是差别不是很大尽管如此，碱性果胶酶 煮练后吸湿性要比酸性果胶酶好碱性纤维素酶和中性纤维素酶煮练后蜡和果胶含量以及吸湿 性没有明显差别笔者以前曾经发现棉花的吸湿性被很多因素影响,包括:润湿剂的种类和用量,络合剂种类,洗 涤条件及之后的热处理方法使用高浓度润湿剂和过度洗涤处理时,看不出各种酶煮练后的吸 湿性之间有差别当生物煮练处理过的织物经过再次洗涤并在室温下烘干后,所有的吸湿性数 值发生了显著变化(如图 4)尽管随后的热处理过程降低了吸湿性数值(减少值如图4),比起图1 的吸湿性数值,所有的值都发生了明显变化。

这与蜡重新分布的结果相一致蜡重新分布是 Pters发现的，他提出纤维的大量区域被蜡所覆盖形成一个疏水层图5 和误差棒表明在失重测试中出现了重大的偏差,碱煮练时产生的重量损失最大表6 给出了相关性分析，相关系数(r)是介于+1和-1之间的数值，正相关系数表示变量同时增加;负相关 系数则表示一个变量增加而另外的变量减小;若r=0则表示不存在相关性y = a + bx (2)其中,b为回归系数，若b是正的，表明y与x则是正的线性关系，反之亦然p吸湿值和果胶含量之间存在高度的正相关关系此研究中使用的方法得到的吸湿值越高表 明润湿能力越差果胶含量越高，吸湿性越差吸湿性和果胶含量之间的相关性和回归关系见 式(3)y = -2.04405 + 4.5449 x (3)其中,x为果胶含量,p吸湿值和蜡含量之间有高度的正相关关系，蜡含量越高，吸湿性越差吸湿性和蜡含量之间 的相关性和回归关系见式(4)y = -11.0466 + 8.406996 x (4)其中,x为蜡含量,p蜡含量和果胶含量之间存在高度的正相关性，果胶含量越高，则蜡含量越高蜡含量和果胶 含量之间的相关性和回归关系见式(5)y = -1.78416 + 1.727371 x (5)其中,x为蜡含量,p吸湿值和重量损失之间有中度的负相关性,当吸湿值增大(也就是吸湿性变差),重量损失减 少。

重量损失越大,润湿能力越强吸湿性和重量损失之间的相关性和回归关系见式(6)y = 7.745155 -1.57943x (6)其中,X为重量损失,p果胶含量和重量损失之间存在中度的负相关性,两者之间的相关系数是所有其他研究中最 低的果胶含量和重量损失之间的相关性和回归关系见式(7)y = 1.883465 — 0.2667 x (7)其中,x为重量损失,p蜡含量和重量损失之间存在中度的负相关性,果胶含量越多,重量损失越小.其相关系数大于 果胶含量与重量损失之间的系数果蜡含量和重量损失之间的相关性和回归关系见式(8)y = 2.259345—0.19507 x (8)其中,x为重量损失,p表7显示了测定的相关系数值(r2),r2值显示了回归的表现回归更重要的是r2的描述接近 于 1吸湿性的方差为果胶的 81.4%,蜡的 84.2%,重量损失的 37.6%果胶的方差是蜡的 90.2%, 重量损失的 27.2%蜡的方差为重量损失的 48.1%结论使用助剂和适当的洗涤条件可以通过去除棉花中的水溶性杂质来确保吸湿度但是,除蜡 和除胶还是对吸湿度有影响,单方面的除胶或除蜡对吸湿度而言无效果,棉纤维外层的蜡分布也 是影响因素之一。

在酶煮练中可以发现吸湿度、蜡、胶和失重有很大差别研究中发现吸湿度和蜡胶含量体 现正比关系,同时也与失重有关如果棉纤维中蜡和胶含量较少,则吸湿度会被改变。