СПОСОБ ОБРАБОТКИ ШЕРСТЯНОГО МАТЕРИАЛА ГИДРОЛИТИЧЕСКИМ ФЕРМЕНТНЫМ ПРЕПАРАТОМ ПРИ КРАШЕНИИ Российский патент 2003 года по МПК D06P3/14 C12S11/00 

Изобретение относится к области крашения текстильных материалов, более конкретно касается повышения качества окраски шерстяных материалов.

В настоящее время кислотные красители незаменимы для крашения шерстяных материалов; согласно прогнозам кислотные красители не утратят своего значения и в будущем (Ельцов А.В., Белов А.Е. Мировые производители выбрали оптимальный ассортимент. Каким он будет завтра. Легпромбизнес, октябрь 1998, с. 12-13). Кислотные красители сочетают в себе яркость, широкий диапазон спектра, относительную дешевизну и доступность.

Однако в ряде случаев применение кислотных красителей для крашения шерсти сдерживает невысокая устойчивость окраски к сухому и мокрому трению (Леднева И. А., Каменский Б.В. Современное состояние и перспективы развития технологии крашения шерсти. Под ред. Б.Н. Мельникова. - М.: Легпромбытиздат, 1988, 136 с., с.13).

В настоящее время ферментативные процессы признаны перспективным методом оптимизации крашения шерстяных материалов. Ферментативные процессы имеют высокую специфичность, осуществляются в мягких условиях, хорошо контролируются и не дают продуктов, загрязняющих окружающую среду.

В работе (Riva A., Alsina J.M., Piieto R. Enzymes as auxiliary agents in wool dyeing.//Journal Soc. Dyers and Colour.- 1999-115, 4, с.125-129) определяли влияние обработки гидролитическими ферментами на выбирание красителя шерстяной тканью и на устойчивость полученной окраски. В этой работе приведены данные по результатам обработки шерсти ферментным препаратам Alcalase 2.0Т и ферментным препаратам, продуцируемым бактерией Streptomyces fradiae, с низкотемпературным крашением при 85^oС. Низкотемпературное крашение выполнялось в режиме подъема температуры в течение 75 мин от 25 до 85^oС и выдержки при 85^oС в течение 1 ч. Кислотность раствора характеризовалась рН 5,5 и 6.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ обработки шерсти ферментным препаратом Bactosol WO с крашением при кипении (Riva A., Alsina J. M. , Prieto R. Enzymes as auxiliary agents in wool dyeing.//Journal Soc. Dyers and Colour.-1999-115, 4, с.125-129). Объектом ферментативной обработки была шерстяная ткань с поверхностной плотностью 191 г/м², 28 нитей основы на 1 см, 23 нитей утка на 1 см; до испытаний ткань была отбелена и подвергнута релаксационной обработке. Ферментативная обработка и крашение выполнялись одновременно, концентрация ферментного препарата составляла 1 г/л, концентрация красителя кислотного синего СI 80 1% от веса ткани, модуль ванны 50. Крашение при кипении выполнялось в режиме подъема температуры в течение 85 мин от 25 до 100^oС и выдержке при 100^oС в течение 1 ч. Кислотность раствора характеризовалась рН 6. После крашения образцы были промыты. Данные по устойчивости окраски приведены в табл.1.

Описанный в прототипе и аналогах режим отделки характеризуется одновременной загрузкой фермента и красителя и равномерным подъемом температуры (скорость подъема температуры составляет 0,8-0,88^oС/мин, начальная температура 25^oС, время достижения 50^oС - 25 мин, 85^oС - 75 мин и 100^oС - 85 мин).

В силу своей природы фермент и краситель действуют в разные периоды обработки: действие ферментов обычно осуществляется при температуре не превышающей 85^oС (даже для термостойких ферментов), а заметная диффузия красителя в волокно начинается с 80-85^oС.

В то же время из данных, приведенных в аналогах с низкотемпературным крашением (крашением при 85^oС), видно, что присутствие фермента ухудшает некоторые показатели устойчивости окраски шерстяной ткани к физико-химическим воздействиям,
Кислотный краситель имеет сродство к ферментам как к белковым соединениям. На действие ферментов в условиях температуры и кислотности среды, адаптированной для крашения кислотным красителем, накладывается отвлечение части ферментов на взаимодействие с красителем. В результате этого требуется завышенный расход ферментов, например в прототипе использовали ферментный препарат в количестве 5% от веса волокна. Очевидно, что расход ферментного препарата может быть уменьшен.

Кроме того, совместное использование ферментов и красителя не дает ощутимой экономии времени. Наиболее энергоемкая стадия (кипение красильного раствора) занимает у прототипа 60 мин, у заявляемого способа 40 мин.

Совмещение ферментативной обработки с крашением также не позволяет окрашивать обработанный ферментом материал в разные цвета, что важно для повышенных требований к гибкости современного производства.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в совмещении ферментативной обработки и окраски шерстяных материалов.

Техническим результатом заявляемого решения является повышение устойчивости окраски к сухому трению шерстяных материалов, окрашенных кислотными красителями, в сочетании с ускорением процесса крашения за счет увеличения выбираемости красителя, с повышением интенсивности окраски и при сохранении устойчивости окраски к стирке, дистиллированной воде, органическим растворителям, глажению и механической прочности.

Сущность объекта изобретения заключается в том, что согласно предлагаемому способу обработки шерстяного материала гидролитическим ферментным препаратом при крашении обработку ферментным препаратом и крашение производят последовательно в одной ванне, а в качестве ферментного препарата используют ферментный препарат Bacillus licheniformis с кератиназной, протеазной и α-амилазной активностью. При этом обработку ферментным препаратом выполняют при температуре 20-60^oС, рН 7-8, из водного раствора с концентрацией ферментного препарата 0,5-1% от массы шерстяного волокна.

Возможность использования изобретения иллюстрируется примерами способа крашения шерстяного материала, включающего обработку гидролитическим ферментным препаратом, которые не ограничивают объем и сущность притязаний, связанных с ними.

Примеры 1-21 выполнены в лабораторных условиях и иллюстрируют область допустимых условий выполнения заявляемого способа.

Пример 22 выполнен на действующем промышленном оборудовании.

Примеры 1-18, 21, 22 выполнены на чистошерстяной ткани. Была использована суровая ткань, предназначенная для изготовления пальтовой ткани и состоящая из 100% мериносовой шерсти 64 и 70 качества. В лабораторных условиях ткань подвергают валке вручную в водном растворе с температурой 45-50^oС, содержащем до 3% неионгенного ПАВ, с периодическим отжимом в вальцах; промывают в теплой водопроводной воде, а затем в дистиллированной воде. Линейная плотность основы и утка 100 текс. Сукно имеет саржевое переплетение; 28 нитей основы на 1 см, 23 нитей утка на 1 см. Поверхностная плотность 428,5 г/м².

Примеры 19, 20 выполнены на шерстяном цигайском волокне 64 качества, оформленном в виде ровницы с линейной плотностью 200 текст.

Характеристики ферментного препарата Bacillus licheniformis, использованного для обработки шерстяных материалов, приведены в табл. 2.

За единицу кератиназной активности принимают способность ферментного препарата катализировать в течение 30 мин при рН 7,5 и температуре 50^oС высвобождение азокрасителя из азокератина, дающее приращение оптической плотности на 0,01 при 450 нм.

За единицу протеолитической активности принимают способность ферментного препарата катализировать превращение за 1 мин при 30^oС казеината натрия в неосаждаемые трихлоруксусной кислотой продукты в количестве, соответствующем 1 мкмолю тирозина (ГОСТ 20264.2-74).

За единицу α-амилазной активности принимают способность ферментного препарата катализировать при 30^oС и рН 6,0 расщепление до декстринов различной молекулярной массы 1 г крахмала, что составляет 30% крахмала, введенного в реакцию (ГОСТ 20264.4-74).

Раствор ферментного препарата готовят в стеклянном стакане путем его растворения в соответствующем буферном растворе при комнатной температуре (пример 9) пли в буферном растворе, предварительно нагретом до 40-45^oС (примеры 1-7, 10, 11, 13-15, 19), или в буферном растворе, нагретом до 60^oС. В раствор погружают предварительно смоченный в воде и отжатый до 100-процентного привеса шерстяной материал.

Модуль ванны во всех случаях составляет 50.

Кислотность среды для примеров 4-6 и 12 создают с помощью цитратно-фосфатного буфера. Для остальных примеров - рН 7,0 (тот же буфер).

Условия ферментативной обработки приведены в табл.3.

Для крашения используют следующие красители: кислотный ярко-красный 4Ж ТУ 6-14-226-75, кислотный красный 2С ТУ 6-14-32-78, кислотный ярко-красный антрахиноновый Н8С ТУ 6-14-81.

Для примеров 1-11, 19, 21 в раствор после завершения обработки ферментным препаратом вводят растворенные и нагретые до 40^oС компоненты красильной ванны, в течение 15 мин выдерживают шерстяной материал при 40^oС в красильном растворе, в течение 40 мин нагревают раствор до кипения и красят образец при кипении в течение 40 мин, затем дают красильному раствору остыть до комнатной температуры, образцы промывают теплой и холодной водопроводной водой и высушивают в комнатных условиях.

В примерах 13-15 действие ферментного препарата останавливают путем погружения обработанных образцов в кипящую воду на 1 мин. Далее образцы шерстяного материала высушивают при комнатной температуре и крашение производят на следующие сутки: смоченные и отжатые до 100% привеса образцы шерстяного материала помещают в предварительно приготовленный и нагретый до 40^oС красильный раствор, и далее крашение проводят, как в примерах 1-11, 19, 21.

Пример 12 выполняют по режиму, приведенному в прототипе.

Для примеров 16-18 и 20 крашение выполняют без предварительной обработки шерстяной ткани ферментным препаратом.

Пример 21 выполняют для подтверждения значимости приведенных характеристик ферментного препарата, для этого используют раствор ферментного препарата, подвергнутого предварительной термообработке в кипящей воде в течение 20 мин, в результате которой ферменты инактивируются, и кератиназная, протеазная и α-амилазная активности ферментного препарата равны нулю.

Состав красильной ванны приведен в табл.3, для всех примеров при крашении используют краситель в количестве 3% от массы шерстяной ткани и сульфат натрия в количестве 10% от массы ткани. Модуль ванны 75.

Все стадии крашения выполняют при перемешивании.

Выявленные в лабораторных исследованиях условия и режимы заявляемого способа корректны и промышленно воспроизводимы на действующем оборудовании.

Пример 22 выполняют на действующем промышленном оборудовании с учетом технического регламента (Технологические режимы крашения и отделки в красильно-отделочном производстве АО "Невская мануфактура", утверждены 28.10.1998 г.).

Суровую ткань подвергают следующим операциям:
- замыливание (для подготовки к валке суровую ткань замыливают на плюсовке двухвальной марки ПД-180-8 в растворе Превоцелла WOF-P-100 (5 г/л) и мягчителя Текстолана (10 г/л) при 35-40^oС, влажность после замыливания 110-120%);
- валка (осуществляют на цилиндрической сукновальной машине СВ-500-Ш при 35-40^oС, влажность поддерживают с пределах 110-120%);
- промывка (выполняют на машине ПЖ-220-Ш7 жгутом на собственном размыле, т. е. валочном растворе, продолжительность промывки 3 часа, температура воды при размыле 35-40^oС, малая вода 30-35^oС, средняя вода 25-30^oС, большая вода 15-20^oС);
- обработка ферментным препаратом (ферментный препарат растворяют в технической водопроводной воде, предварительно нагретой до 40-45^oС, обработку ферментным препаратом выполняют на красильно-промывной машине МКП-Ш-1 жгутом при 40^oС, в течение 1 часа, масса ферменного препарата 0,5% от массы шерстяного волокна, модуль ванны 20);
- крашение (выполняют на красильно-промывной машине МКП-Ш-1 жгутом, скорость движения ткани 70 м/мин, рН 7, модуль 20);
- промывка;
- сушка (выполняют на сушильно-ширильной машине фирмы "Кранц" (Германия), максимальная температура 150^oС, скорость движения ткани 20 м/мин).

Окраску образцов шерстяной ткани испытывают на устойчивость к физико-химическим воздействиям. Перед испытаниями все образцы кондиционируют в расправленном виде не менее 24 час в комнатных условиях при температуре 22^oС с погрешностью не более 2^oС и относительной влажностью 65% с погрешностью не более 5% в соответствии с ГОСТ 10681-75.

Испытания устойчивости окраски к сухому и мокрому трению выполняют в соответствии с ГОСТ 9733.27-83. Испытания проводят на приборе ПТ-4 тип К ("Минприбор", 1985 г. изготовления).

Устойчивость окраски оценивают по закрашиванию ткани (сухой - для определения устойчивости к сухому трению; предварительно замоченной в воде и отжатой до 100-процентного привеса - для определения устойчивости к мокрому трению), обтягивающей головку прибора, после выполнения 10 ходов вперед и назад длиной 10 см под нагрузкой 9 Н. Образец ткани после испытаний стойкости окраски к мокрому трению высушивают по ГОСТ 9733.0-83. Для испытаний берут не менее 3 образцов. За результат принимают среднее арифметическое всех оценок.

Данные по устойчивости окрасок к трению приведены в табл.4. В целях сравнения заявляемого способа с прототипом по влиянию первой ферментативной обработки на устойчивость окрасок и ввиду того, что 1) в прототипе используется краситель кислотный синий CI 80, а для примеров заявляемого способа были взяты доступные отечественные кислотные красители, 2) устойчивость окраски, в свою очередь, зависит от химического строения красителя (Мельников Б. Н. , Виноградова Г.И. Применение красителей. Учебник для вузов. - М.: Химия, 1986. - 240 с., с.45), сравнивают разницу показателей устойчивости окраски (полученную как разность оценок устойчивости окраски) обработанной и необработанной ферментным препаратом шерстяной ткани.

Испытания устойчивости окраски к органическим растворителям выполняют в соответствии с ГОСТ 9733.13-83. Устойчивость окраски оценивают по изменению первоначальной окраски испытуемого образца и степени закрашивания смежных неокрашенных шерстяного и хлопчатобумажного образцов. Испытуемый образец обрабатывают при непрерывном перемешивании в фарфоровом стакане объемом 600 см³, наполненном перхлорэтиленом, при модуле 40 в течение 30 мин. Каждые две минуты образец прижимают к стенке стакана стеклянной палочкой, не вынимая из раствора. После окончания образцы высушивают на воздухе при температуре 80^oC с погрешностью 2^oС. Для испытаний берут не менее 3 образцов размером 40 x 100 мм. За результат принимают среднее арифметическое всех оценок.

Испытание устойчивости окраски к дистиллированной воде выполняют в соответствии с ГОСТ 9733.5-83. Устойчивость окраски оценивают по изменению первоначальной окраски испытуемого образца и степени закрашивания смежных неокрашенных шерстяного и хлопчатобумажного образцов. Испытуемый образец тщательно замачивают в дистиллированной воде при комнатной температуре и, не отжимая, помещают между стеклянными пластинами, на которые ставят груз массой 5 кг с погрешностью 0,05 кг, и выдерживают при температуре 37^oС с погрешностью 2^oС в течение 4 ч. По окончании испытаний образец сушат в соответствии с ГОСТ 9733.0-83. Для испытаний берут не менее 3 образцов размером 40 x 100 мм. За результат принимают среднее арифметическое всех оценок.

Испытание устойчивости окраски к стирке выполняют в соответствии с ГОСТ 9733.4-83. Устойчивость окраски оценивают по изменению первоначальной окраски испытуемого образца и степени закрашивания смежных неокрашенных шерстяного и хлопчатобумажного образцов. Испытуемый образец обрабатывают при непрерывном перемешивании в стиральном растворе, содержащем 5 г/дм³ олеинового текстильного масла (ГОСТ 8252-56), с модулем 50 при температуре 40^oС с погрешностью 2^oС в течение 30 мин. После испытания образец вынимают, промывают и сушат в соответствии с ГОСТ 9733.0-83. Для испытаний берут не менее 3 образцов. За результат принимают среднее арифметическое всех оценок.

Испытание устойчивости окраски к сухому глажению выполняют в соответствии с ГОСТ 9733.7-83. Устойчивость окраски оценивают по изменению первоначальной окраски испытуемого образца непосредственно после испытания и спустя 4 ч, а также по закрашиванию смежной неокрашенной хлопчатобумажной ткани. Испытания проводят с помощью утюга, вес которого обеспечивает давление на образец 4 кг с погрешностью 0,05 кг при температуре нагревания 150^oС с погрешностью 2^oС. Для испытаний берут не менее 3 образцов. За результат принимают среднее арифметическое всех оценок.

Данные по разности оценок устойчивости окраски к физико-химическим воздействиям шерстяной ткани, обработанной и необработанной ферментным препаратом, приведены в табл. 5 и 6.

Из табл.5 и 6 видно, что устойчивость к физико-химическим воздействиям у образцов шерстяной ткани, обработанных ферментным препаратом, сохраняется на уровне контрольных образцов, причем для образцов, окрашенных красителем кислотным ярко-красным 4Ж, при определении устойчивости к стирке повышается устойчивость к закрашиванию смежного шерстяного образца с 3 до 4 баллов.

Измерение разрывной нагрузки и относительного удлинения при разрыве выполняют в соответствии с ГОСТ 29104.4-91. Испытания проводят на приборе типа РТ-250 завода "Текстильмашприбор". Скорость опускания нижнего зажима составляет 100 мм/мин. За результат принимают среднее арифметическое 5 измерений. Результаты испытания показывают, что предел прочности на разрыв и относительное удлинение при разрыве для образцов для шерстяной ткани, обработанных ферментами, сохраняется на уровне контрольных образцов (не обработанных ферментным препаратом) и составляет по основе 345 с погрешностью 15 Н и относительное удлинение при разрыве 22 с погрешностью 3%.

В целях подтверждения сокращения продолжительности наиболее энергоемкой стадии - кипения красильного раствора - с 60 мин у прототипа до 40 мин у заявляемого способа определяют зависимость выбираемости красителя от времени из красильного раствора в изотермическом режиме (100^oС) для шерстяной ткани, предварительно обработанной ферментным препаратом. Ферментативную обработку проводят с помощью 0,5% (от массы шерсти) ферментного препарата, рН 7, в течение 50 мин, модуль ванны 50. Крашение осуществляют в трехгорлой круглодонной колбе при постоянном перемешивании. Для крашения используют краситель кислотный ярко-красный 4Ж, масса красителя составляет 3% от массы шерстяного волокна, рН красильной ванны 4,5, модуль ванны 75. В кипящий раствор погружают предварительно смоченные в воде образцы ткани. О выбирании красителя судят по изменению концентрации красителя в ванне, определяемой по оптической плотности раствора при длине волны 500 нм фотометрическим методом с помощью фотометра фотоэлектрического КФК-3 (изготовлен на Загорском оптико-механическом заводе, 1991 г.).

Результаты определения выбираемости красителя представлены на чертеже, где кривая соответствует выбираемости красителя кислотного ярко-красного 4Ж из раствора шерстяной тканью, предварительно обработанной ферментным препаратом, полное выбирание осуществляется за 40 мин.

Интенсивность окраски образцов характеризуют коэффициентом отражения, который определяют на лейкометре "Карл Цейсс" (ГДР). Для испытаний берут не менее 5 измерений. За результат принимают среднее арифметическое значение. Коэффициенты отражения для окрашенной шерстяной ткани приведены в табл.7.

Снижение коэффициента отражения для образцов, предварительно обработанных ферментом, показывает увеличение интенсивности окраски.

Таким образом, за счет совмещения ферментативной обработки ферментным препаратом с кератиназной, протеазной и α-амилазной активностью достигнуто повышение устойчивости окраски шерстяных материалов (окрашенных кислотными красителями) к сухому трению в сочетании с ускорением процесса крашения за счет увеличения выбираемости красителя, с повышением интенсивности окраски и при сохранении устойчивости окраски к стирке, дистиллированной воде, органическим растворителям, глажении и механической прочности.

Изобретение относится к крашению текстильных материалов, в частности шерстяного материала. Описывается способ крашения шерстяного материала при кипении после предварительной обработки его 0,5-1,0%-ным от массы шерстяного волокна с рН 7,0-8,0 водным раствором гидролитического ферментного препарата Bacillus Licheniformis, обладающего кератиназной, протеазной и амилазной активностями, при температуре 20-60^oС, причем обработку ферментным препаратом и крашение проводят в одной ванне. Способ позволяет повысить устойчивость окраски кислотными красителями к сухому трению, ускорить процесс крашения за счет увеличения выбираемости красителя, повысить интенсивность окраски при сохранении устойчивости окраски к стирке, дистиллированной воде, органическим растворителям, глажению и механической прочности. 1 ил., 7 табл.

Способ обработки шерстяного материала гидролитическим ферментным препаратом при крашении, отличающийся тем, что обработку ферментным препаратом и крашение производят последовательно в одной ванне, а в качестве ферментного препарата используют ферментный препарат Bacillus Lichenifbrmis с кератиназной, протеазной и α-амилазной активностью, а обработку ферментным препаратом выполняют при температуре 20-60°С, рН 7-8, из водного раствора концентрацией ферментного препарата 0,5-1% от массы шерстяного материала.