Содержание к диссертации
Введение 8
1. Литературный обзор 13
Биотехнологии в отделке текстиля 13
Краткая характеристика целлюлозы и хлопковых волокон 26 1.2.1. Три основных структурных элемента
зрелого хлопкового волокна 28
1.3. Технологии отварки целлюлозных материалов 33
«Классическая» щелочная отварка 33
Ферментная отварка 37
2. Методическая часть 4 6
Характеристика объектов исследования 4 6
Методы определения каталитических характеристик ферментных препаратов 51
2.2.1. Метод определения ферментных активностей
по отношению к полисахаридам 51
Метод определения протеолитической активности 54
Метод определения амилолитическои активности 54
Метод определения активности пектолитического комплекса 54
Разделение ферментных комплексов Trichoderma reesei на компоненты и метод определения активностей ферментов по отношению к низкомолекулярным синтетическим субстратам 55
2.3. Методы обработки (расшлихтовка, отварка)
хлопчатобумажных материалов 57
2.3.1. Приготовление раствора для расшлихтовки
и метод проведения процесса расшлихтовки
хлопчатобумажных текстильных материалов 57
Технологический режим отварки хлопчатобумажных тканей 58
Приготовление варочного раствора
для периодического и непрерывного биохимического
процесса отварки 58
Проведение биохимического периодического метода отварки хлопчатобумажных текстильных материалов 59
Проведение совмещенного способа расшлихтовки
и биоподготовки периодическим методом 60
Проведение биохимического непрерывного метода отварки хлопчатобумажных текстильных материалов 61
Крашение хлопчатобумажных тканей 61
2.4. Методы оценки эффективности обработки
хлопчатобумажных материалов 63
2.4.1. Количественное определение содержание крахмала
на хлопчатобумажной ткани 63
Определение капиллярности ткани 63
Определение степени светлоты 64
2.5. Методы определения степени повреждения
целлюлозы 64
Качественное определение повреждения целлюлозного волокна 64
Вискозиметрический метод определения
степени повреждения целлюлозы 65
2.5.3. Определение степени повреждения целлюлозы
по окрашиванию уксуснокислым свинцом и
хромовокислым калием 66
2.5.4. Метод определения воскообразных веществ 67 2.5.5 Определение содержания альдегидных групп 68
Определение содержания карбоксильных групп 68
Определение пектиновых веществ кальций -пектатным методом 69
Определение потери массы хлопчатобумажных тканей после процессов подготовки 70 2.6. Методы математической обработки данных 71 3. Экспериментальная часть и обсуждение результатов 73 3.1. Разработка технологии ферментной отварки хлопчатобумажных тканей 73
Выбор принципиальной схемы биоотварки хлопчатобумажной ткани для последующего детального изучения процесса отварки с использованием ферментных препаратов 73
Выбор ферментного препарата 7 6
Исследование влияния концентрации ферментного препарата Целловиридин Г20Х на показатели качества подготовки х/б бязи 81
Влияние рН среды процесса биоотварки на качество подготовки Целловиридином Г20Х 85
Влияние ПАВ на активность ферментного препарата Цєлловиридина Г2Х при биоотварке х/б тканей 90
Влияние температуры на активность ферментного препарата Цєлловиридина Г20Х 98
Влияние предварительной и последующих промывок на качество подготовки х/б ткани по ферментативному способу отварки 104 3.1.8 Влияние условий сушки на качество х/б тканей, прошедших ферментативную подготовку 113
3.1.9 Возможность совмещения биотехнологических процессов
расшлихтовки и отварки при подготовке х/ тканей 121
3.1.10 Разработка биохимической технологии подготовки
хлопчатобумажных тканей 12 6
Анализ содержания примесей хлопчатобумажного волокна, оставшихся после ферментной и щелочной обработок и пероксидного беления 132
Влияние биохимической операции подготовки на эффективность последующего процесса колорирования 13 6
Определение степени повреждения хлопчатобумажного волокна в процессе щелочной и биохимической обработок 139
Анализ компонентного состава ферментного препарата Целловиридин Г20Х и выявление ключевых индивидуальных ферментов, ответственных за эффективность процесса биоотварки . 154 Выводы 160 Список Литературы 162 Акт производственных испытаний на ЗАО «Компания Тверитекс»
АННОТАЦИЯ
Диссертационная работа состоит из аннотации, введения, литературного обзора, методической части, экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы из 138 наименований.
Во введении обоснована актуальность темы данной диссертационной работы, сформулированы ее цель и задачи, определены научная новизна и ее практическая значимость.
Литературный обзор содержит 3 главы. В соответствии с темой диссертационной работы рассмотрены традиционные способы подготовки целлюлозных материалов и основные тенденции развития ферментных технологий в текстильной промышленности и факторы, препятствующие широкому распространению их при производстве текстильных материалов; проанализированы условия применения ферментных препаратов различной природы в процессах подготовки х/б тканей; на основе анализа литературных данных о способах подготовки х/б тканей сформулирована концепция разработки основ ферментной технологии отварки х/б тканей с использованием ферментных препаратов.
Методическая часть содержит характеристики объектов исследования, общие методики проведения эксперимента, методы оценки качества.
3. Экспериментальная часть и обсуждение результатов состоят из 5 разделов. В первом разделе исследованы параметры применения ферментного препарата Целловиридин Г20Х и разработаны основы технологии биоотварки х/б тканей. Во втором разделе проведен сравнительный анализ остаточного содержания примесей хлопкового волокна после
7 щелочной и ферментной отварки и пероксиденого беления. В (^ третьем разделе исследовано влияние биотехнологического процесса подготовки на последующее крашение текстильного материала. В четвертом разделе определена степень повреждения х/б ткани, прошедшей ферментную технология^ подготовки. В пятом разделе изучен состав полиферментного препарата Целловиридин Г20Х и выявлены индивидуальные ферменты, ответственные за качество процесса биоотварки.
Работа изложена на 17 6 страницах, содержит 33 рисунка, 18 таблиц.
Введение к работе
Актуальность темы. В последние годы возрос интерес к использованию ферментов в производстве текстиля. Основной задачей текстильного производства является создание продукции, которая отвечала бы высоким требованиям качества и экологии, как на отечественном, так и на мировом рынках текстиля. В настоящее время для подготовки хлопчатобумажных материалов используют энергоемкие, многозатратные и экологически небезопасные технологии. Применение данных технологий позволяет получить высокую степень очистки от сопутствующих примесей хлопка, однако при этом зачастую не исключена деструкция целлюлозы, что впоследствии сказывается на прочностных свойствах волокна, потере массы в процессе подготовки, а, следовательно, происходит снижение потребительских свойств текстильных целлюлозных материалов. Одним из перспективных путей повышения экологичности, экономичности и эффективности процесса подготовки является использование ферментных биотехнологий подготовки природных целлюлозных волокон. Благодаря высокоселективному действию ферментов возможно эффективное удаление сопутствующих примесей целлюлозных волокон с максимальным сохранением волокнообразующего полимера. Однако распространение ферментных технологий отделки текстильных материалов тормозится отсутствием недорогих ферментов отечественного производства специально для текстильной промышленности.
Вследствие этого актуальным является проведение исследований по выбору существующих не многочисленных отечественных ферментных препаратов, разработке основ высокоэффективных, ресурсосберегающих технологий подготовки хлопчатобумажных материалов, с целью удаления сопутствующих примесей за счет избирательного действия ферментов и приданию ткани высокой устойчивой гигроскопичности и смачиваемости.
Работа выполнена в соответствии с планами НИР Российского заочного института текстильной и легкой промышленности на 2001-2005г.г.
Цель работы состояла в обосновании возможности использования отечественных ферментных препаратов применительно к отварке хлопчатобумажных тканей для разрушения природных примесей, отвечающих за гидрофобность хлопкового волокна, и приданию текстильным хлопчатобумажным материалам необходимых потребительских свойств (смачиваемость, кариллярность, гигроскопичность, сорбционная способность).
Для решения данной задачи были выполнены следующие исследования:
определены технологические параметры ферментной технологии отварки хлопчатобумажных тканей;
оценена эффективность действия полиферментного препарата Целловиридин Г20Х на капиллярность и поглотительную способность хлопчатобумажных тканей в зависимости от продолжительности процесса подготовки;
изучены особенности превращения сопутствующих примесей хлопкового волокна, повреждение целлюлозы в процессе отварки с применением ферментного препарата;
определен состав ферментного препарата и выявлены ключевые индивидуальные ферменты, ответственные за эффективность процесса отварки;
изучена возможность совмещения биотехнологических процессов расшлихтовки и отварки при подготовке хлопчатобумажных тканей;
предложены схемы возможных технологических процессов ферментной подготовки хлопчатобумажных тканей.
Научная новизна. Впервые исследован состав
отечественного полиферментного препарата Целловиридин Г20Х и показана роль индивидуальных ферментов, входящих в состав полиферментного препарата, ответственных за эффективность процесса отварки, определены технологические параметры для удаления сопутствующих примесей целлюлозы при ферментной технологии отварки хлопчатобумажных тканей.
Практическая значимость:
Определены рациональные технологические условия ферментативной технологии отварки тканей из хлопковых волокон по периодическому и непрерывному способу;
Исследован состав отечественного полиферментного препарата Целловиридин Г20Х и выявлены индивидуальные ферменты, отвечающие за эффективность процесса биоотварки;
Показано, что использование отварки с применением Целловиридина Г20Х позволит получить к/б материалы с более высокими качественными показателями, чем при «классической» щелочной отварке. Ферментативная технология подготовки позволит уменьшить затраты на
химические реагенты, энергопотребление, улучшить экологичность процесса.
Результаты исследований и предложенная технология процесса биоотварки апробированы в условиях ЗАО «Компания Тверитекс» (г. Тверь). Подтверждена эффективность предлагаемых режимов отварки к/б тканей с применением отечественного ферментного препарата Целловиридин Г20Х.
Общая характеристика объектов и методов исследования.
В качестве объектов исследования в работе использованы суровые хлопчатобумажные ткани (АО «Трехгорная мануфактура» г. Москва), промышленные ферментные препараты отечественного производства и фирмы «Novozymes» (Дания), экспериментальные ферментные препараты, полученные на кафедре Химической энзимологии МГУ им М.В.Ломоносова, текстильно-вспомогательные вещества. Экспериментальные исследования проводились с применением современных методов физико-химического анализа, вискозиметрии, спектрофотомерии, микроскопии, потенциометрического титрования, биохимических методов анализа активности ферментов. Работа выполнялась в соответствии с ГОСТ и с использованием стандартных методик оценки качественных показателей текстильных материалов.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации обсуждены и получили положительную оценку на следующих научных мероприятиях:
- III Конгресс химиков-текстильщиков и колористов, г. Москва, 2000 г.;
- Межвузовская научно-техническая конференция
«Современные проблемы текстильной и легкой
промышленности», Москва, РосЗИТЛП, 2000 г.;
19th IFATCC Congress, Paris, 2002;
Конференция «Прорывные технологии в производстве текстиля: волокна, красители, ТВВ, оборудование», Москва, РСХТК, 2003 г.;
Научно-техническая конференция аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности {Поиск - 2003)». Иваново, Ивановская государственная текстильная академия, 2003 г;
Межвузовская научно-техническая конференция «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности», Москва, РосЗИТЛП, 2004 г.
Автор защищает
теоретическое и экспериментальное обоснование эффективной технологии использования полиферментного препарата Целловиридин Г20Х в процессе биоотварки х/б тканей;
разработанную технологию применения ферментного препарата Целловиридин Г20Х в процессе биоотварки х/б тканей;
идентификацию индивидуальных ферментов, входящих в состав препарата Целловиридин Г20Х и отвечающих за эффективность процесса биоотварки.
