酶对变异山羊绒纤维结构与性能影响的研究

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山羊绒是最为珍贵的动物纤维之一,是毛纺工业的高档原料,世界山羊绒中又以中国的山羊绒产量最高、品质最优。但近几年来,人工选择、环境变化等因素使山羊绒纤维理化性能产生了变异,给山羊绒产业发展带来了很大挑战。本课题利用酶对变异山羊绒纤维进行处理,并对纤维的性能和结构进行系统性的测试、观察与分析,探索较为合理的酶处理工艺,为变异山羊绒纤维的环保生产、加工提供参考。本课题研究选用了双氧水、角蛋白酶、碱性蛋白酶(Savinase)和木瓜蛋白酶这四种环保试剂。首先通过单因素试验,确定出两种预处理试剂双氧水和角蛋白酶合适的预处理条件(1)双氧水预处理的合适条件:浴比1:25,温度40℃,pH为8.5,时间为40min,Na2SiO3浓度2g/L,渗透剂JFC(1g/L),双氧水浓度20ml/L。(2)角蛋白酶预处理的合适条件(选定2个),J1:浴比1:50,温度50℃,pH值8,时间5h,角蛋白酶浓度10%;J2:浴比1:50,温度50℃,pH值8,时间6h,角蛋白酶浓度20%。将预处理条件作为正交试验的一个因素制定正交试验,对预处理后的纤维进行碱性蛋白酶(Savinase)和木瓜蛋白酶正交试验处理,通过直观分析发现:在正交试验设定的四个因素之中,预处理条件对纤维断裂强力影响的显著性水平较高,双氧水预处理后绒纤维、二细纤维断裂强力较低;但预处理条件对纤维摩擦效应影响不明显。因此,与双氧水+蛋白酶处理相比,角蛋白酶+蛋白酶处理可以在纤维强伸性能损伤较小的条件下,较大地降低纤维的摩擦效应。对处理后的纤维进行综合评分分析,确定变异山羊绒纤维酶处理的合理条件为:碱性蛋白酶(Savinase)浓度(owf)5%、处理时间20min、温度60℃、pH为8.5、浴比1:30、预处理条件J2。此条件处理后绒纤维的断裂强力为3.39cN,断裂伸长率为31.70%,断裂功为14.90cN×mm,静摩擦效应为18.5%,动摩擦效应为16.7%。对各产区的变异山羊绒纤维采用进行上述选定的酶处理条件进行处理,并对改性后的各类型纤维进行强伸和摩擦性能的测试与分析:各产区的变异山羊绒纤维之间在处理前、后强伸性能和摩擦性能均存在一定差异,经过酶处理后均表现为绒纤维、二细纤维断裂强力下降,两型纤维和粗毛纤维的断裂强力变化不大。处理后纤维的摩擦性能整体表现为摩擦因数变大,摩擦效应降低。同时,不同产区纤维之间强伸性能与摩擦性能的变化幅度存在较大差异。利用扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶红外光谱仪对处理前后的变异山羊绒纤维进行表面形貌的观察及内部结构与化学基团的分析发现:处理后纤维鳞片部分脱落,边缘轮廓变模糊,鳞片高度减小,纤维表面变粗糙,有少量沉积物;经过处理纤维酰胺Ⅰ带无规卷曲增加,酰胺Ⅲ带α螺旋结构减少,无规结构增加,酰胺Ⅱ带变化不大,二硫键有断裂。显微镜对两型纤维髓腔的观察表明:酶处理对两型纤维内部的髓腔结构无明显影响。
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