СПОСОБ ФЕРМЕНТАТИВНО-ПЕРОКСИДНОЙ ПОДГОТОВКИ К ПРЯДЕНИЮ ВЫСОКОЛИГНИФИЦИРОВАННОЙ ЛЬНЯНОЙ РОВНИЦЫ
METHOD OF ENZYME PEROXIDE PREPARATION OF HIGHLY LIGNIFIED FLAXEN ROVING FOR SPINNING

Изобретение относится к текстильной промышленности, а именно к технологии подготовки льняной ровницы к прядению.
Уровень техники
Одним из недостатков отечественного льняного сырья является высокая степень одревеснения связующих веществ в структуре лубяных пучков, обусловленная высоким содержанием лигнина - одного из спутников целлюлозы, придающего волокну жесткость (грубость), специфическую бурую окраску и препятствующего дроблению пучков по толщине для получения пряжи высоких номеров (тонины). Содержание лигнина в волокне средней мягкости составляет 5,5-7 масс.% против 2,5-4 масс.% в мягких сортах лубоволокнистого сырья, а в очесах, используемых для производства оческовой пряжи, - 8-12 масс.%.
Традиционные способы химической подготовки льняной ровницы к прядению основаны на гидролитической деструкции полимерных спутников целлюлозы в процессе многостадийных и длительных воздействий на льноволокно низкоконцентрированными растворами кислот, щелочей и окислителей [Регламентированные технологические процессы обработки ровницы, пряжи, ткани / М.: ФГУП ЦНИИЛКА,1982, 104 с.]. Допустимое количество удаляемых при этом примесей, контролируемое по показателю убыли массы волокна, не должно превышать 20%. При этом эффективная деструкция лигнина обеспечивается только при использовании хлорсодержащих окислителей, в частности хлорита натрия с последующей нейтрализацией, щелочной варкой, обработкой растворами уксусной кислоты и ацетона с промежуточными промывками [Иванов А.Н. Физико-химические основы технологии приготовления льнотресты // Дисс.… докт. техн. наук. - Кострома, 1989. - 535 с.].
Однако использование хлорсодержащих окислителей не соответствует современным требованиям экологической безопасности производственных процессов и выпускаемой продукции.
Известен способ подготовки льняной ровницы к прядению путем селективного разрушения полимерных спутников целлюлозы под действием ферментных препаратов вместо щелочной варки с последующей окислительной обработкой в растворе пероксида водорода [Ossola M., Galante Y.M. Scouring of flax rove with aid of enzymes / Enzyme and Microbial Technology, 2004, V.34. - P.177-186]. Способ включает следующие стадии:
- энзимная обработка раствором ферментного препарата при 55°С в течение 30 мин в присутствии 1 г/л ПАВ и 2 г/л комплексообразующего препарата при модуле ванны 1:10;
- промывка при 80°С;
2
2
- отбеливание в растворе, содержащем 5,5 г/л NaOH 36Вè, 5 мл 11,61 М HO на 1 кг ровницы и 0,6 г/л стабилизатора пероксида, при нагреве от 40 до 95°С в течение 45 мин и выдержке при 95°С в течение 45 мин;
- трехкратная промывка;
- антиплесневая обработка раствором уксусной кислоты.
Для энзимной обработки используют один из нижеперечисленных ферментных препаратов с указанием фирмы-производителя и уровня активности присутствующего фермента:
- Pulpzyme (Novozymes) - ксиланаза 2,3 ед./мл;
- экспериментальный продукт (Novozymes) - галактоманнаназа 1,24 ед./мл;
- Bioprep 3000L (Novozymes)-пектиназа(эндополигалактуроназа) 16,8 ед/мл;
- NS 45003 (Novozymes) - липаза 0,038 ед./мл;
- Purafect 40001 (Genencor) - протеаза 5,4 ед./мл;
тм
тм
- DeniLeitBase + DeniLeit Assist (Novozymes) - лакказа + медиатор (2:1) 1,6 ед./мл.
Все варианты этого ферментативно-пероксидного способа подготовки льняной ровницы обеспечивают повышение прочности получаемой пряжи и снижение коэффициента неровноты. Однако повышение номера (тонины) пряжи наблюдается только при воздействии пектиназы. Согласно представленному ряду снижения эффективности действия ферментных препаратов по общей совокупности контролируемых показателей пряжи: пектиназа > протеаза = ксиланаза = галактоманнаназа > липаза ≥ лакказа, - наилучший результат дает расщепление пектиновых примесей энзимным препаратом Bioprep 3000 L на основе пектиназ, а наименьший - деструкция лигнина под действием лакказ, относящихся к классу ферментов оксидоредуктаз.
Для ускорения процессов делигнификации льняного волокна при получении медицинской ваты известны способы подготовки волокнистого материала с использованием композиций пектолитических ферментов с липазами [RU 2157434 C1, D21F 11/14, D04H 1/02, C12S 3/04, 3/06, 2000] или с целлюлазами [Надтока И.Б. Создание хлопкоподобных гигроскопичных материалов на основе отходов льняного производства // Дисс.… канд. техн. наук. - Иваново, 2000. - 166 с.]. Однако в этом случае к волокнистому материалу предъявляются в основном требования белизны и гидроскопичности и не требуется сохранения определенного уровня связанности элементарных волокон, что необходимо для переработки волокна в пряжу.
При подготовке льняной ровницы из отечественных сортов льняного волокна средней мягкости малоэффективное действие ферментных препаратов пектиназы также рекомендуется усиливать добавками отечественных или импортных препаратов фермента целлюлазы [Чешкова А.В. и др. Новое в технологии подготовки льняной ровницы / Изв. вузов. Технология текст. промышленности, 2000, №6. - С.45-49]. Энзим целлюлаза (эндоглюканаза, классификационный номер К.Ф. 3.2.1.4), как и пектиназа (эндополигалактуроназа К.Ф. 3.2.1.15), относятся к одной группе ферментов - гликозидаз, катализирующих гидролиз глюкозидных связей в О-гликозильных соединениях (соответственно в целлюлозе и пектине). Повышение степени удаления лигнина на 5-8% при добавлении целлюлаз в сравнении с обработкой только пектиназами, по мнению авторов, обусловлено нарушением связи лигнинного компонента с целлюлозой.
Такой вариант энзимной обработки реализует, в частности, известный способ ферментативно-пероксидной подготовки к прядению ровницы из льноволокна средней мягкости или грубого оческового волокна с использованием смешиваемых в растворе препаратов Вискозим L и Целлюзим (ф. Novozymes, Дания), которые характеризуются стандартными показателями активности ферментов соответственно пектиназы 1200 ед./г и целлюлазы 150 ед./г [Чешкова А.В. Ферментативная модификация природных волокнообразующих полимеров на различных стадиях подготовки текстильных материалов // Дисс.… докт. техн. наук. - Иваново, 2005. - 338 с.]. Способ включает следующие стадии:
1 - энзимная обработка льняной ровницы при температуре 50-55°С, рН 5,0-7,5 и модуле ванны 1:50 в течение 10-180 мин раствором смеси препаратов Вискозим L и Целлюзим в концентрации по 0,5 г/л каждого, что обеспечивает уровень активности ферментов в растворе, ед./л:
- пектиназа (эндополигалактуроназа) - 600;
- целлюлазы (эндоглюканаза) - 75;
2 - промывка горячей водой 86°С в течение 5 мин;
3 - обработка (беление) щелочно-пероксидным раствором, содержащим, г/л: пероксид водорода - 1,4-1,7 (в пересчете на активный кислород); силикат натрия - 8-12; соду кальцинированную - 14; синтанол БВ - 0,2; трилон Б - 0,2 и сульфат магния - 0,1; с нагревом до 98°С и общей продолжительностью стадии 60-90 мин;
4 - трехкратная промывка горячей водой;
5 - повторная обработка щелочно-пероксидным раствором с концентрационными, температурными и временными параметрами, аналогичными указанным на стадии 3;
6 - промывка раствором триполифосфата 0,4 г/л при 80°С в течение 20 мин и далее дважды горячей водой при 70 и 65°С по 10 мин;
7 - антимикробная обработка уксусной кислотой 0,9 г/л при 55°С в течение 15 мин.
Потери массы волокна при подготовке ровницы по этому способу составляют 9,5-18,1%, степень удаления лигнина - 44,5-48,1%, степень белизны ровницы из оческового волокна - 47,4-57,9%, а из технического волокна - 73,6-77,1%.
Однако этот способ имеет ряд существенных недостатков. Требуется длительная (двукратная) обработка щелочно-пероксидным раствором с высокой концентрацией пероксида водорода и стабилизатора пероксида - силиката натрия, а также повышенная щелочность раствора. Жесткие условия беления ровницы в совокупности с предшествующим воздействием целлюлаз вызывают существенное повреждение основного волокнообразующего полимера, о чем свидетельствует снижение удельной вязкости медноаммиачных растворов целлюлозы в 1,4-1,9 раза. Излишне велико удаление технологически необходимых гемицеллюлоз - 59-78%, а технически целесообразная деструкция пектиновых веществ не превышает 40-55%. Повреждение клеточной стенки элементарных волокон целлюлазами приводит к разрушению аморфных структур лигнина с гемицеллюлозами, что снижает технологические свойства волокнистого материала. Подобные результаты подготовки считаются неблагоприятными [Иванов А.И и др. Исследование химического состава волокон льна различных селекционных сортов // Изв. вузов. Технология текст. промышленности, 1986, №1. - С.19-21].
Наиболее близким к заявляемому изобретению по сущности и достигаемому техническому результату является способ ферментативно-пероксидной подготовки ровницы из отечественного льняного волокна средней мягкости с использованием на стадии энзимной обработки полиферментного препарата в виде смешиваемых в растворе Пектофоетидина П10х и оксидоредуктаз микроскопических грибов рода Coriolus семейства Polyporaceal [Кундий С.А. Разработка энергосберегающих экологически безопасных технологий подготовки льняных материалов на основе биопроцессов // Дисс.… канд. техн. наук. - Иваново, 1999. - С.114-119]. Пектофоетидин П10х является промышленно выпускаемым препаратом (ТУ 64-13-04-87) и представляет собой комплекс ферментов микроскопического гриба Aspergillus foetidus M45. Наряду с пектиназой (эндополигалактуроназой, активность 1500 ед./г) и целлюлазой (эндоглюканазой, 19 ед./г) он содержит пектинэстеразу 80 ед./г, кислую протеазу (10 ед./г). В препарате присутствуют в следовых количествах также экзогенные полигалактуроназы и ксиланаза, но с учетом разведения в технологическом растворе их содержание пренебрежимо мало. Экспериментальный препарат оксидоредуктаз содержит пероксидазу (активность по бензидину 0,82-3,5 ед./г), лакказу (активность по бензидину 0,7-3,8 ед./г) и полифенолоксидазу (активность 1,8-2,5 ед./г). Способ включает следующие стадии:
1 - энзимная обработка при 40-45°С и рН 6,5-7,5 в течение 60 мин раствором, включающим препарат Пектофоетидин П10х 0,9-3 г/л и препарат оксидоредуктаз 0,75-3 г/л, что обеспечивает уровень активности ферментов, ед./л:
- эндополигалактуроназа (пектиназа) - 1125-4500;
- эндоглюканаза (целлюлаза) - 17,1-57;
- пектинэстераза - 60-240;
- протеаза - 7,5-30;
- пероксидаза - 2,5-2,6;
- лакказа - 2,1-2,9;
- полифенолоксидаза - 1,9-5,4;
2 - промывка горячей водой 86°С в течение 5 мин;
3 - обработка щелочно-пероксидным раствором, содержащим следующие реагенты, г/л: пероксид водорода - 1,7 г/л (в пересчете на активный кислород), метасиликат натрия - 8-12; соду кальцинированную до общей щелочности - 8,5 (в пересчете на едкий натр); синтанол БВ - 0,2; трилон Б - 0,2; сульфат магния - 0,1; с нагревом до 98°С и общей продолжительностью процесса 60 мин;
4 - промывка раствором триполифосфата 0,4 г/л при 80°С в течение 20 мин и далее дважды горячей водой при 70°С и 65°С по 10 мин;
5 - антимикробная обработка уксусной кислотой 0,9 г/л при 55°С в течение 15 мин.
Способ позволяет исключить повторную обработку ровницы щелочно-пероксидным раствором, снижение содержания кислотонерастворимого лигнина достигает 60% при общих потерях массы волокна 8,3%.
К числу принципиальных недостатков этого способа следует отнести невозможность его промышленной реализации в связи с отсутствием промышленного выпуска как в России, так и за рубежом необходимых композиций оксидоредуктаз, отличающихся сложным составом и требующих включения специальных веществ - редокс-медиаторов, которые участвуют в деструкции высокомолекулярных структур лигнина для последующего окисления продуктов деполимеризации полифенолоксидазами, пероксидазой или лакказой (Головлева Л.А., Ганбаров Х.Г. Микробная деградация лигнина // АН СССР. Успехи микробиологии, 1982, Т.17. - С.137-158; Грачева И.М., Кривова А.Ю. Технология ферментных препаратов / 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Элевар. 2000. - 512 с.].
Кроме того, этот способ имеет ряд технических недостатков:
- низкая степень белизны волокна, составляющая лишь 22,8%, что обусловлено высоким остаточным содержанием лигнина в волокне на уровне 3,0 масс.% для ровницы средней мягкости и 3,4-4,8 масс.% для грубого волокна и оческовой ровницы;
Т
Р
Т
Р
Т
Р
- невозможность получить тонкую пряжу, удовлетворяющую одновременно требованиям 1-го сорта согласно ГОСТ 10078-85 по показателям и линейной плотности (Т), и коэффициентов вариации по линейной плотности (С) и по разрывной нагрузке (С). Так, для пряжи линейной плотностью 56 Текс нормируемые стандартом характеристики равномерности пряжи С и С должны быть не более соответственно 3,5% и 20%. Для прототипа же при фактическом получении пряжи с Т=56,6 Текс значения коэффициентов вариации составляют С=5,4% и С=21,5%, что соответствует сорту «1 среднельняный». Недостаток обусловлен низкой степенью удаления пектинов, являющихся клеящей основой связующих веществ в льняных комплексах, не превышающей 50%, и недостаточной подготовленностью волокнистого материала к дроблению, о чем свидетельствует снижение разрывной нагрузки ровницы в мокром состоянии относительно уровня показателя для необработанной ровницы не более чем на 43%;
- повышенная обрывность пряжи в процессах ткачества - 80 обрывов на 100 веретен в час, что обусловлено рядом факторов, связанных с избыточным удалением гемицеллюлозных соединений (до 62-65%), в т.ч.:
- низкий уровень прочности получаемой пряжи (разрывная нагрузка 1147 сН, удельная разрывная нагрузка 20,3 сН/Текс, работа разрыва 40,4 кгс·см/г, коэффициент вариации по работе разрыва 7,9%);
- недостаточные деформационные и эластические свойства пряжи (фактическая крутка 512-524 кручений на 1 м, коэффициент вариации по крутке 9,4%; доля медленно обратимой релаксации в общем удлинении при одноцикловых испытаниях пряжи не превышает 18%);
- низкая выносливость пряжи к многократному изгибу и истиранию (5380-5450 циклов);
1,5
0,7
- недостаточная эстетичность внешнего вида формируемых тканых полотен из-за наличия в пряже большого количества дефектов в виде утолщений, превышающих 1,5-кратное значение среднего диаметра пряжи, У=3570 шт./км и утонений с поперечником менее 0,7 среднего диаметра У=3960 шт./км.
Таким образом, известные способы подготовки к прядению льняной ровницы с использованием ферментных препаратов не обеспечивают эффективного разрушения лигнина и пектиновых примесей в межклеточных образованиях связующих веществ комплексного волокна высоколигнифицированных видов льняного сырья. Удаление лигнина не превышает 45-60%, а пектиновых примесей - 40-55%. Это не позволяет добиться эффективного повышения прядильной способности волокнистого материала, равномерности его дробления на прядильном оборудовании для получения высококачественной пряжи с необходимым уровнем и высокой стабильностью ее геометрических размеров, прочностных и деформационных показателей. Низкая прочность, эластичность и износостойкость пряжи определяют высокую обрывность полуфабриката в процессах перемотки и ткачества, а наличие большого количества дефектов структуры пряжи в виде утолщений и утонений снижают эстетические свойства тканых полотен.
Сущность изобретения
Изобретательская задача состояла в поиске способа ферментативно-пероксидной подготовки к прядению высоколигнифицированной льняной ровницы, включающего энзимную обработку раствором полиферментного препарата, включающим эндополигалактуроназу, пектинэстеразу, протеазу и экзополигалактуроназу, промывку водой, обработку щелочно-пероксидным раствором, промывку моющим средством и водой и антимикробную обработку, который позволил бы при переработке отечественного лубоволокнистого сырья повышенной жесткости повысить степень белизны волокна, получать тонкую пряжу, удовлетворяющую требованиям 1-го сорта согласно ГОСТ 10078-85 одновременно по показателям и линейной плотности, и коэффициентов вариации по линейной плотности и разрывной нагрузке, снизить обрывность пряжи в процессах ткачества за счет увеличения ее прочности, деформационных и эластических свойств и выносливости к многократному изгибу и истиранию, улучшить эстетичность внешнего вида формируемых тканых полотен за счет уменьшения количества дефектов структуры пряжи в виде утолщений и утонений.
Поставленная задача решена тем, что в способе ферментативно-пероксидной подготовки к прядению высоколигнифицированной льняной ровницы, включающем энзимную обработку раствором полиферментного препарата, включающим эндополигалактуроназу, пектинэстеразу, протеазу и экзополигалактуроназу, промывку водой, обработку щелочно-пероксидным раствором, промывку моющим средством и водой и антимикробную обработку, перед энзимной обработкой полиферментным препаратом ровницу подвергают раскисловке, в качестве полиферментного препарата используют раствор, дополнительно содержащий экзогалактозидазу, экзоксилозидазу и экзоглюканазу, с показателями активности ферментов, ед./мл:
- эндополигалактуроназа - 20-25;
- пектинэстераза - 2,5-4,7;
- протеаза - 0,2-0,3;
- экзополигалактуроназа - 0,6-1,0;
- экзогалактозидаза - 0,2-0,4;
- экзоксилозидаза - 0,3-0,5;
- экзоглюканаза - 0,6-0,8;
энзимную обработку проводят при температуре 40-50°С в течение 90-95 мин с последующим нагревом до кипения и выдержкой в течение 20-25 мин, а обработку щелочно-пероксидным раствором проводят при концентрации пероксида водорода 0,6-0,8 г/л (по активному кислороду) и общей щелочности 6,5-7,0 г/л (в пересчете на едкий натр) в течение 90-95 мин.
Изобретение позволяет получить следующие преимущества:
- повысить степень белизны волокна до 54-56% за счет уменьшения остаточного содержания лигнина в волокне средней мягкости до 1,9 масс.%, в грубом волокне до 2,15 масс.% и до 3,05 масс.% в оческовой ровнице при общей убыли массы волокна в процессе подготовки 11-14%, т.е. в пределах технологически допустимых значений - не более 20%;
T
P
T
P
- получать тонкую пряжу, удовлетворяющую требованиям сортов «1 высокольняный» и «1 высокооческовый» согласно ГОСТ 10078-85 одновременно по показателям и линейной плотности (Т), и коэффициентов вариации по линейной плотности (С) и по разрывной нагрузке (С). Так, для пряжи с номинальной линейной плотностью 56 Текс характеристики равномерности пряжи С и С не превышают соответственно 2,2-2,6% и 12,4%. Это обусловлено повышением степени удаления пектинов до 80-85% против 45% у прототипа и увеличением до 65-70% снижения разрывной нагрузки ровницы в мокром состоянии относительно уровня показателя для необработанной ровницы, являющегося критерием подготовленности волокнистого материала к дроблению, против 43% по прототипу;
- снизить обрывность пряжи в процессах ткачества до 40-50 обрывов на 100 веретен в час, что связано с уменьшением удаления гемицеллюлозных соединений до 30-35% против 65% по прототипу. Такое сохранение гемицеллюлозных соединений позволило повысить разрывную нагрузку пряжи до 1327 сН (1147 сН по прототипу), удельную разрывную нагрузку до 25,0 сН/Tекс (20,3 сН/Текс по прототипу), работу разрыва до 42,6-43,7 кгс·см/г (40,4 кгс·см/г по прототипу) и показатель крутки до 550-562 кр./м (524 кр./м по прототипу) при снижении коэффициентов вариации по работе разрыва до 5,1-5,9% (7,9% по прототипу) и по крутке до 7,2-7,9% (9,4% по прототипу). При этом доля медленно обратимой релаксации в общем удлинении при одноцикловых испытаниях пряжи увеличилась до 23-25% (18% по прототипу), а выносливость пряжи к многократному изгибу и истиранию возросла до 6745-6897 циклов (против 5432 циклов по прототипу);
- улучшить эстетичность внешнего вида формируемых тканых полотен за счет снижения количества дефектов пряжи в виде утолщений, превышающих 1,5-кратное значение среднего диаметра пряжи, до 1920 шт./км (против 3570 шт./км для прототипа) и утонений с поперечником менее 0,7 среднего диаметра до 970-1171 шт./км (3960 шт./км для прототипа).
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Заявленным способом можно обрабатывать ровницу стланцевого или моченцового технического волокна грубого или средней мягкости из отечественных сортов льняного сырья, а также из грубого оческового волокна.
Для осуществления способа используют следующие реагенты.
- В качестве полиферментного препарата могут быть использованы продукты культивирования микробиологических продуцентов, обеспечивающих одновременный биосинтез комплекса технологически необходимых ферментов:
- эндополигалактуроназа (имеет другое тривиальное название пектиназа, а также установленные действующей Международной классификацией ферментов 1961 г. классификационный номер КФ 3.2.1.15 и научное наименование поли[1,4-α-D-галактуронид]гликаногидролаза),
- пектинэстераза (КФ 3.1.1.11, пектин-пектилгидролаза),
- протеазы двух разновидностей сериновые протеиназы (подподкласса К.Ф. 3.4.21) и/или металлопротеиназы (подподкласса К.Ф. 3.4.24);
- экзополигалактуроназа (КФ 3.2.1.67 поли[1,4-α-D-галактуронид]галактуроногидролаза) и/или экзополигалактуронозидаза (КФ 3.2.1.82 поли[1,4-α-D-галактозидуронат]дигалактуроногидролаза);
- экзогалактозидаза (К.Ф. 3.2.1.23, β-D-галактозид-галактогидролаза);
- экзоксилозидаза (К.Ф. 3.2.1.37, 1,4-β-D-ксилан-ксилогидролаза и/или К.Ф. 3.2.1.72, 7,3-β-ксилан-ксилогидролаза);
- экзоглюканаза (КФ 3.2.1.74, экзо-1,4-β-глюкозидаза).
Полиферментный препарат может быть получен, например, путем смешения продуктов культивирования непатогенных бактериальных штаммов из музея ГосНИИГенетика, зарегистрированных под номерами Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов (ВКПМ) В. circulans ВКПМ В-1741, В. subtilis ВКПМ В-1093, Erw. carotovora ВКПМ В-1358, Вас. mesentericus ВКПМ В-1559 или В-2466. Возможно использование композиции продуктов культивирования грибных продуцентов Penicillium lanosum F-387, Asp. awamori 22 и Asp. flavus ВКПМ F-591.
Измерение количества ферментов с выражением в общепринятых весовых или объемных единицах затруднено, поскольку ферменты являются веществами белковой природы, и определить их количество в смеси с другими белками невозможно. Кроме того, каталитические свойства ферментов нестабильны и могут существенно изменяться в зависимости от температурных, кислотно-основных свойств среды или полностью утрачиваться при неблагоприятных условиях хранения и использования препаратов. В соответствии с рекомендациями Комиссии по ферментам Международного биохимического союза количественную оценку содержания определенного фермента в препарате выражают в единицах активности по результатам той реакции, которую он катализирует, то есть по количеству образовавшегося продукта реакции или уменьшению исходного субстрата. Под единицей активности для любого фермента понимается такое его количество, которое катализирует превращение 1 мкмоль определенного вида вещества в 1 мин при заданных, регламентированных условиях тестового эксперимента.
Соотношение отдельных видов ферментов регулируется подбором состава питательных сред, условий культивирования микроорганизмов и биосинтеза ферментов, а также методами их последующего выделения. Полиферментный препарат может быть использован в порошковой форме после выделения и лиофильной сушки в виде стабилизированных жидких продуктов или свежих фильтратов культуральных жидкостей. Способ может быть реализован при любом соотношении компонентов полиферментного препарата в пределах указанных диапазонов активностей.
- В качестве щелочного агента при обработке щелочно-пероксидным раствором можно использовать традиционно применяемые соединения триполифосфат, бикарбонат, метасиликат натрия, выполняющий, прежде всего, функцию стабилизатора пероксида водорода, а также соду кальцинированную, концентрация которой определяется с учетом содержания других агентов до установленного значения общей щелочности раствора в пересчете на едкий натр.
- В качестве окислителя при обработке щелочно-пероксидным раствором используется пероксид водорода, дозировка которого осуществляется с учетом его концентрации в коммерческих выпускных формах в пересчете на активный кислород.
- В качестве моющего средства при промывке ровницы после обработки щелочно-пероксидным раствором можно использовать поверхностно-активные вещества смачивающего и эмульгирующего действия, например неонол 9-12, ЭМ-3П, ХТ-моющее.
- В качестве агента для антимикробной обработки можно использовать органические кислоты, преимущественно уксусную или щавелевую.
- В качестве дополнительных компонентов при необходимости раствор для энзимной обработки и щелочно-пероксидный раствор могут содержать смачиватели, комплексообразователи, антивспениватели, нейтральные электролиты.
- Для приготовления растворов может быть использована дистиллированная, техническая или умягченная вода.
Способ может быть реализован на типовом оборудовании для подготовки льняной ровницы, в частности в аппаратах автоклавного типа ОБ-500-Л, АКД-У-6 или на лабораторном оборудовании марки АЛ 210/1.
Способ реализуют последовательным проведением следующих операций:
- Раскисловка - предназначена для удаления кислых продуктов деструкции растительных тканей льняного стебля в условиях первичной обработки льносоломы. Операция предупреждает потерю активности ферментов при пропитке суровой ровницы без введения в раствор полиферментного препарата специальных буферирующих добавок. В зависимости от степени закислованности сырья, определяемой по уровню кислотно-основных свойств водных вытяжек, раскисловка может осуществляться промывкой технической или умягченной водой, или пропиткой раствором соды необходимой концентрации. Обработку осуществляют при температуре 20-50°С, преимущественно, при 40-45°С в течение 10-15 мин.
- Энзимная обработка раствором полиферментного препарата с показателями активности ферментов, ед./мл:
- эндополигалактуроназа - 20-25;
- пектинэстераза - 2,5-4,7;
- протеаза - 0,2-0,3;
- экзополигалактуроназа - 0,6-1,0;
- экзогалактозидаза - 0,2-0,4;
- экзоксилозидаза - 0,3-0,5;
- экзоглюканаза - 0,6-0,8.
Операция осуществляется по варианту однованной двустадийной обработки. На первой стадии температура и рН раствора подбираются исходя из компромиссного сочетания оптимумов на зависимостях активности каждого вида ферментов от температуры и кислотности среды, специфических для разных микробиологических источников их получения. Для большинства вышеуказанных мезофильных (среднетеплолюбивых) микроорганизмов оптимальная температура активности ферментов составляет 40-50°С, рабочий диапазон рН - нейтральные значения и прилегающие области. Модуль ванны 1:10-1:50. Продолжительность обработки 90-95 мин. На второй стадии раствор нагревают до кипения и выдерживают «на кипу» с общей продолжительностью 20-25 мин.
- Промывку водой осуществляют при температуре 65-70°С в течение 10 мин с трехкратной сменой воды. Возможно использование на первом этапе неионогенных моющих средств с повышением температуры до 80-85°С для более эффективного удаления воскообразных примесей.
4
2
- Обработка щелочно-пероксидным раствором, содержащим пероксид водорода в концентрации 0,6-0,8 г/л в пересчете на активный кислород, стабилизатор пероксида (например, MgSO или MgCl, поликарбоновую или олеинкарбоновую кислоты, силикат или метасиликат натрия), щелочные агенты (например, триполифосфат, сода кальцинированная) до общей щелочности 6,5-7,0 г/л в пересчете на NaOH. При необходимости раствор может включать смачиватели, комплексообразователи, нейтральные электролиты. Модуль ванны преимущественно 1:10. Обработку проводят с нагревом раствора до кипения и выдержкой «на кипу». Общая продолжительность 90-95 мин.
- Промывка в три этапа. На первом этапе обработку осуществляют при температуре 70°С в течение 10 мин раствором моющего средства, преимущественно неионогенными ПАВ эмульгирующего действия, например неонол 9-12, ЭМ-ЗП, ХТ-моющее в рекомендуемых производителями количествах. Далее ровницу дважды промывают горячей водой при 70°С и 65°С по 10 мин.
- Антимикробная обработка раствором органической килоты, например уксусной, с концентрацией 1 г/л при 45-50°С в течение 15 мин.
Оценку эффективности предлагаемого способа подготовки льняной ровницы к прядению и прототипа проводили одинаково по показателям свойств волокна в ровнице (пок.1-8) и совокупности показателей свойств формируемой пряжи (пок.9-22):
1 - потери массы волокна после обработки ровницы (ΔМ, %); определяются по изменению массы образцов до и после обработки [Фридман Б.Н. и др. Справочник по прядению льна. - М.: 1979.];
2 - содержание лигнина (Л, масс.%) [Кричевский Г.Е., Никитков В.А. Теория и практика подготовки текстильных материалов из целлюлозных волокон. - М.: 1989. - 207 с.];
3 - содержание пектиновых веществ (П, масс.%) [Кричевский Г.Е., Никитков В.А. Теория и практика подготовки текстильных материалов из целлюлозных волокон. - М.: 1989. - 207 с.];
4 - степень удаления пектиновых веществ (ΔП, %) [Кричевский Г.Е., Никитков В.А. Теория и практика подготовки текстильных материалов из целлюлозных волокон. - М.: 1989. - 207 с.];
5 - содержание гемицеллюлоз, (ГЦ, масс.%) [Кричевский Г.Е., Никитков В.А. Теория и практика подготовки текстильных материалов из целлюлозных волокон. - М.: 1989. - 207 с.];
6 - степень удаления гемицеллюлоз, (ΔГЦ, %) [Кричевский Г.Е., Никитков В.А. Теория и практика подготовки текстильных материалов из целлюлозных волокон. - М.: 1989. - 207 с.];
М
7 - снижение разрывной нагрузки в мокром состоянии к уровню необработанной ровницы (ΔР, %) [Испытание лубоволокнистых материалов / В.В.Городов и др. - М.: 1969];
8 - белизна, (Б, %) [ГОСТ 18054-72] точность метода 0,1%;
9 - линейная плотность пряжи (Т, Текс) [ГОСТ 6611.1-73];
Т
10 - коэффициент вариации по линейной плотности (С, %) [ГОСТ 11.004-74];
11 - количество дефектов в расчете на 1000 м пряжи:
СР
1,5,
- утолщения, превышающие 1,5d (У шт./км);
СР
0,7
- утонения, менее 0,7d (У, шт./км).
Показатели оценивают с помощью монокулярного оптического светового микроскопа Биолам Р-11 при 70-кратном увеличении;
ф
12 - крутка пряжи (К, кручений на 1 м длины) [Лабораторный практикум по материаловедению швейного производства: Учеб. пособие для вузов / Б.А. Бузов и др. - М.: Легпромбытиздат, 1991. - С.57-60];
К
13 - коэффициент вариации по крутке (С, %) [ГОСТ 11.004-74];
р
14 - разрывная нагрузка (Р, сН) [ГОСТ 6611.2-73];
у
15 - удельная разрывная нагрузка (Р, сН/Текс) [ГОСТ 6611.2-73];
Р
16 - коэффициент вариации по разрывной нагрузке (С, %) [ГОСТ 11.004-74];
17 - удельная работа разрыва (r, кгс·см/г) [ГОСТ 6611.2-73];
r
18 - коэффициент вариации по работе разрыва (C, %) [ГОСТ 11.004-74];
19 - доля компонентов относительного удлинения при одноцикловых испытаниях [Лабораторный практикум по материаловедению швейного производства: Учеб. пособие для вузов / Б.А.Бузов и др. - М.: Легпромбытиздат, 1991. - С.166-172]:
бо
- быстрообратимое удлинение (Δ) - характеризует величину упругой деформации при растяжении;
мо
- медленнообратимое удлинение (Δ) - характеризует эластическую составляющую деформации при растяжении;
ост
- остаточное удлинение (Δ) - характеризует необратимую деформацию при растяжении;
и
20 - выносливость к многократному изгибу и истиранию (n, циклы). Испытания проводят на приборе марки ТКИ с углом прохода пряжи через глазки галевых ремизок 10°, длина хода 40 мм, нагрузка 15% от разрывной, частота колебаний
-1
600 мин;
21 - обрывность пряжи (N, обр./100 вер·ч). Оценку проводят статистическим подсчетом числа обрывов при переработке пряжи на ткацких станках;
22 - сорт пряжи [ГОСТ 10078-85].
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1.
Подготовке подвергалась ровница №16 из грубого моченцового калужского льняного волокна для выработки пряжи с номинальной линейной плотностью 56 Текс. Обработку ровницы проводили на аппарате марки ОБ-500-Л по следующему технологическому режиму:
1 - раскисловка водой при 40°С в течение 10 мин;
2 - энзимная обработка раствором полиферментного препарата, полученного из продуктов культивирования бактериальных штаммов В. circulans ВКПМ В-1741, В. subtilis ВКПМ В-1093, Erw. carotovora ВКПМ В-1358, Вас. mesentericus ВКПМ В-2466, с показателями активности ферментов, ед./мл:
- эндополигалактуроназа - 20;
- пектинэстераза - 3,2;
- протеаза - 0,3;
- экзополигалактуроназа - 0,8;
- экзогалактозидаза - 0,2;
- экзоксилозидаза - 0,4;
- экзоглюканаза - 0,7,
с добавкой 1 г/л неонола 9-12 и 2 г/л трилона Б, 20 г/л триэтаноламина; температура раствора 50°С, модуль ванны 1:10, продолжительность обработки 90 мин; нагрев и выдержка «на кипу» в течение 20 мин;
3 - промывка раствором препарата ХТ-моющее 0,5 г/л в течение 10 мин и двукратно горячей водой при 70°С по 10 мин;
4 - обработка щелочно-пероксидным раствором, содержащим пероксид водорода 0,8 г/л (в пересчете на активный кислород), метасиликат натрия 8,0 г/л и соду кальцинированную до общей щелочности 7,0 г/л (в пересчете на NaOH) с нагревом от 45 до 98°С в течение 45 мин и выдержкой при 98°С в течение 50 мин;
5 - промывка раствором неонола 9-12 с концентрацией 0,8 г/л при 70°С в течение 10 мин и далее дважды горячей водой при 70 и 65°С по 10 мин;
6 - антимикробная обработка уксусной кислотой 0,9 г/л при 50°С в течение 15 мин.
После подготовки ровницы прядение осуществлялось мокрым способом на прядильной машине ПМ-88-Л8.
Получена пряжа, соответствующая по совокупности нормируемых показателей качества требованиям сорта «I высокольняный».
Для сравнения обработку ровницы проводили по прототипу с использованием на стадии энзимной обработки смеси препарата Пектофоетидин П10х и препарата оксидоредуктаз [Кундий С.А. Разработка энергосберегающих экологически безопасных технологий подготовки льняных материалов на основе биопроцессов // Дисс.… канд. техн. наук. - Иваново, 1999. - С.114-119]. Прядение мокрым способом осуществляли при одинаковых заправочных параметрах работы прядильной машины ПМ-88-Л8.
Результаты сопоставления свойств ровницы и пряжи по совокупности анализируемых показателей полуфабрикатов для предлагаемого способа подготовки льняной ровницы и прототипа представлены в таблице.
Пример 2.
Подготовке подвергалась льняная ровница средней мягкости №16 стланцевого вологодского льняного волокна для выработки пряжи с номинальной линейной плотностью 56 Текс. Обработку ровницы проводили на аппарате марки АЛ 210/1 по следующему технологическому режиму:
1 - раскисловка раствором соды кальцинированной 0,2 г/л при 45°С в течение 10 мин;
2 - энзимная обработка раствором полиферментного препарата, полученного смешением продуктов культивирования штаммов Р. lanosum F-387, Asp. flavus ВКПМ F-591 и Asp. awamori 22, с показателями активности ферментов, ед./мл:
- эндополигалактуроназа - 25;
- пектинэстераза - 2,5;
- протеаза - 0,2;
- экзополигалактуроназа - 0,6;
- экзогалактозидаза - 0,4;
- экзоксилозидаза - 0,3;
- экзоглюканаза - 0,6
с добавкой 1 г/л неонола 9-12 и 2 г/л трилона Б, 25 г/л бикарбоната натрия; модуль ванны 1:10, температура раствора 40°С, продолжительность обработки 90 мин; затем нагрев и выдержка «на кипу» в течение 20 мин;
3 - трехкратная промывка горячей водой при 65°С в течение 10 мин;
4 - обработка щелочно-пероксидным раствором, содержащим метасиликат натрия 7,8 г/л и соду кальцинированную до общей щелочности 6,5 г/л (в пересчете на едкий натр) и пероксид водорода 0,6 г/л (в пересчете на активный кислород), с нагревом от 45 до 98°С в течение 45 мин и выдержкой при 98°С в течение 45 мин;
5 - промывка раствором моющего средства неонол 9-12 с концентрацией 0,5 г/л при 70°С в течение 10 мин, далее дважды водой при 70 и 65°С по 10 мин;
6 - антимикробная обработка уксусной кислотой 1 г/л при 50°С в течение 15 мин.
После подготовки ровницы прядение осуществлялось мокрым способом на прядильной машине ПМ-88-Л8.
Получена пряжа, соответствующая по совокупности нормируемых показателей качества требованиям сорта «1 высокольняный».
Результаты испытаний ровницы и пряжи по совокупности анализируемых показателей полуфабрикатов представлены в таблице.
Пример 3.
Подготовке подвергалась оческовая ровница №16 калужского льняного волокна для выработки пряжи с номинальной линейной плотностью 56 Текс. Обработку ровницы проводили на аппарате марки АКД-У-6 по следующему технологическому режиму:
1 - раскисловка раствором соды кальцинированной 0,2 г/л при 45°С в течение 10 мин;
2 - энзимная обработка раствором полиферментного препарата, полученного из продуктов культивирования бактериальных штаммов В. circulans ВКПМ В-6747, В. subtilis ВКПМ В-1093, Erw. carotovora ВКПМ В-2970, В. mesentericus ВКПМ В-1559, с показателями активности ферментов, ед./мл:
- эндополигалактуроназа (пектиназа) - 25;
- пектинэстераза - 4,7;
- протеаза - 0,3;
- экзополигалактуроназа - 1,0;
- экзогалактозидаза - 0,3;
- экзоксилозидаза - 0,5;
- экзоглюканаза - 0,8
с добавкой 1 г/л неонола 9-12 и 2 г/л трилона Б, 25 г/л бикарбоната натрия; модуль 1:10, температура раствора 50°С, продолжительность обработки 95 мин; последующий нагрев до кипения и выдержка «на кипу» в течение 25 мин;
3 - промывка раствором препарата XT-моющее 0,5 г/л в течение 10 мин и двукратно горячей водой при 70°С по 10 мин;
4 - обработка щелочно-пероксидным раствором, содержащим метасиликат натрия 8,0 г/л и соду кальцинированную до общей щелочности 7,0 г/л (в пересчете на едкий натр) и пероксид водорода 0,7 г/л (в пересчете на активный кислород) с нагревом от 45 до 98°С в течение 45 мин и выдержкой при 98°С в течение 50 мин;
5 - промывка раствором моющего средства ЭМ-3П 0,5 г/л при 70°С в течение 10 мин и далее дважды горячей водой при 70 и 65°С по 10 мин;
6 - антимикробная обработка уксусной кислотой 0,9 г/л при 50°С в течение 15 мин.
После подготовки ровницы прядение осуществлялось мокрым способом на прядильной машине ПМ-88-Л8.
Получена пряжа, соответствующая по совокупности нормируемых показателей качества требованиям сорта «1 высокооческовый».
Результаты испытаний ровницы и пряжи по совокупности анализируемых показателей полуфабрикатов представлены в таблице.
Данные таблицы показывают, что заявленный способ применим для подготовки к прядению ровницы из отечественных высоколигнифицированных сортов льняного волокна средней мягкости, грубого и оческового волокна с существенным повышением прядомых свойств волокна и качества получаемой пряжи.
Так, показатель белизны волокна в подготовленной ровнице повышен в 2,5 раза, что является результатом целенаправленно регулируемого разрушения примесей, осуществляемого в пределах допустимых значений убыли массы волокна, и достижения 70-75%-ной степени удаления лигнина, т.е. в 1,56 раза выше, чем в способе-прототипе.
В результате повышения в 1,6-1,7 раза степени удаления пектинов и улучшения подготовленности комплексного волокна к равномерному дроблению, характеризуемого увеличением в 1,58 раза снижения разрывной нагрузки ровницы в мокром состоянии относительно уровня показателя для необработанной ровницы получена более тонкая пряжа, удовлетворяющая требованиям ГОСТ 10078-85 для сортов «1 высокольняный» или «1 высокооческовый». Коэффициент вариации по линейной плотности снижен в 2,1-2,8 раза, коэффициент вариации по разрывной нагрузке - в 1,7-2,1 раза.
Обрывность пряжи в процессах ткачества снижена в 1,6-2 раза благодаря тому, что в 1,9-2,2 раза уменьшено удаление технологически необходимых гемицеллюлоз. Высушенная пряжа, полученная по предлагаемому способу подготовки ровницы, имеет:
• более высокую прочность:
- разрывная нагрузка повышается в сравнении с известным способом в 1,13-1,16 раза;
- удельная разрывная нагрузка повышается в 1,14-1,23 раза;
- работа разрыва повышается в 1,05-1,08 раза;
- коэффициент вариации по работе разрыва снижается в 1,34-1,55 раза;
• улучшенные деформационные и эластичные свойства пряжи:
- показатель крутки увеличен на 5-7%;
- коэффициент вариации по крутке снижен в 1,2-1,3 раза;
- доля медленно обратимой релаксации в общем удлинении при одноцикловых испытаниях повышена в 1,28-1,39 раза;
- выносливость к многократному изгибу и истиранию увеличена на 21-27%.
1,5
Повышена эстетичность текстильных изделий, т.к. снижено количество ухудшающих внешний вид тканых полотен дефектов пряжи с утолщениями У
0,7
в 1,8-2 раза и с утонениями У в 3,4-4,1 раза.
По общей совокупности нормируемых показателей пряжа, полученная по предлагаемому способу ферментативно-пероксидной подготовки высоколигнифицированной льняной ровницы, характеризуется более высоким сортом.
Сравнительные результаты качества подготовленной ровницы и получаемой пряжи по предлагаемому способу
Показатели качества полуфабрикатов
Величина показателей при подготовке ровницы по предлагаемому и известному способам
пример №1
пример №2
пример №3
предлагаемый
прототип
предлагаемый
предлагаемый
ΔМ, %
13
8,3
14
11
Л, масс.%
8,4/2,15
8,4/3,36
6,3/1,89
10,1/3,05
П, масс.%
2,7/0,39
2,7/1,49
3,3/0,50
3,6/0,54
ΔП, %
85
45
85
85
ГЦ, масс.%
10,5/7,35
10,5/3,67
13,5/8,75
12,8/8,41
ΔГЦ, %
30
65
35
34
ΔР<sub>М</sub>, %
68
43
70
65
Б, %
55,0
22,8
56,1
54,8
Т, Текс
53,3
56,6
53,0
56,2
С<sub>Т</sub>, %
2,2
5,4
1,9
2,6
У<sub>1,5</sub>, шт./км
1920
3570
1780
1940
У<sub>0,7</sub>, шт./км
1171
3960
970
1050
К<sub>ф</sub>, кр./м
550
524
562
547
С<sub>К</sub>, %
7,9
9,4
7,2
8,1
Р<sub>р</sub>, сН
1327
1147
1306
1298
Р<sub>у</sub>, сН/Текс
25,0
20,3
24,6
23,1
С<sub>Р</sub>, %
11,3
21,5
10,2
12,4
r, кгс·см/г
42,6
40,4
43,4
43,7
С<sub>r</sub>,%
5,4
7,9
5,1
5,9
Δ<sub>бо</sub>
0,38
0,39
0,37
0,39
Δ<sub>мо</sub>
0,25
0,18
0,25
0,23
Δ<sub>ост</sub>
0,37
0,43
0,38
0,38
n<sub>И</sub>, циклы
6745
5432
6897
6589
N, обр./100 вер·ч
45
80
40
50
Сорт
1 ВЛ
1 СрЛ
1 ВЛ
1 ВО
Примечания: 1) в числителе и знаменателе условной дроби приведены значения содержания примесей соответственно в суровой ровнице и после проведения ее подготовки; 2) сортность пряжи: ВЛ и ВО - высокольняная и высокооческовая; СрЛ - среднельняная.