Procese enzimatice de finisare a materialelor textile din bumbac si lana

INTRODUCERE

Specialistii din industria textila sunt printre primii utilizatori de enzime. De exemplu, topirea inului si a canepii, proces enzimatic prin excelenta, a fost realizat fara izolarea enzimelor din microorganisme. La inceputul secolului al XX-lea, amilaza, capabila sa hidrolizeze amidonul, a fost prima enzima izolata si utilizata pe scara industriala pentru descleierea tesaturilor incleiate cu amidon. Timp de 70 de ani, amilaza a ramas singurul exemplu de utilizare a iocatalizatorilor in industria textila.

Deceniul 7 al secolului al XX-lea marcheza inceputul utilizarii proteazelor ca parte componenta a detergentilor pentru indepartarea petelor pe baza de proteine organice. Apoi, la inceputul deceniului 8 al secolului al XX-lea, piata enzimelor s-a prabusit din cauza lipsei protectiei fata de caracterul alergic al proteazelor (utilizarea de enzime pudra). Incapsularea acestei enzime in alcool gras (cu punct de topire scazut) a permis utilizarea fara pericol a proteazelor alcaline in produsele de spalare.

La sfarsitul deceniului 8 al secolului al XX-lea, s-a descoperit ca celulazele adaugate in procesul de spalare a materialelor din bumbac sporesc detergenta si ajuta la indepartarea fibrilelor care apar dupa spalari repetate la suprafata materialelor textile confectionate.

A treia mare etapa de utilizare a enzimelor in industria textila a debutat la sfarsitul deceniului 9 al secolului al XX-lea, cu aparitia pe piata a unor enzime izolate (purificate) noi.

Astazi, celulazele sunt incluse in formula multor detergenti casnici. Celulazele au fost introduse cu succes in industria bumbacului in aceasta perioada, pentru tratamente de biolustruire (indepartarea capetelor de fibra) si biospalare (finisarea articolelor tip Jeans), iar mai tarziu pentru prelucrarea materialelor cu continut de fibre Lyocell sau Tencel.

Ideea utilizarii enzimelor pentru finisarea antiimpaslire a lanii nu este in totalitate noua. La inceputul secolului al XX-lea, s-a demonstrat potentialul enzimelor proteolitice de a indeparta solzii fibrelor de lana, in vederea reducerii tendintei de impaslire. Cu toate eforturile depuse pana in prezent, nu s-a realizat inca un proces industrial. Motivul ar putea fi atribuit naturii eterogene a fibrelor textile si pierderilor neacceptabile de rezistenta la tractiune.

Primul Simpozion International de Biotehnologii in Industria Textila din Portugalia (2000), a demonstrat potentialul enorm al biotehnologiei in domeniul textil. Realizarile din domeniul biotehnologiei au permis adaptarea amestecurilor de enzime speciale pentru aplicatii specifice. De exemplu, amilazele au fost perfectionate pentru procesele de descleiere care se desfasoara la temperatura de 100°C, iar celulaza monocomponenta s-a dovedit ca este superioara enzimelor multicomponente in diverse aplicatii textile.

Pe langa hidrolaze (celulaze, amilaze, pectinaze si proteaze), s-au obtinut si alte enzime cu aplicabilitate in diferite faze ale finisarii textile, cum ar fi oxido-reductazele. De asemenea, enzimele lignolitice (lacazele, peroxidazele ligninice si peroxidazele manganice) pot fi utilizate pentru decolorarea si purificarea apelor reziduale cu continut de compusi azoici provenite din vopsitorii. O alta aplicatie a enzimelor este utilizarea catalazelor pentru degradarea peroxidului de hidrogen remanent in apele reziduale dupa albirea cu H2O2 si transformarea acestuia in oxigen si apa.

Cele mai mari sanse de dezvoltare a biotehnologiilor le au procesele de eliminare a impuritatilor si de izolare a fibrelor pure (bumbac, in, iuta, ramie). Posibilitatile de purificare primara (topirea) si finala cu ajutorul enzimelor sunt foarte mari.

A doua grupa de tratamente care se pot dezvolta sunt procedeele care induc materialelor textile proprietati noi, de exemplu tratamentele preliminare care conduc la imbunatatirea proprietatilor tinctoriale sau acelea care pot schimba aspectul suprafetei sau tuseul produsului textil. Din punct de vedere ecologic, biotehnologia va fi cu siguranta prezenta in domeniul reciclarii deseurilor textile.

Factorii care vor influenta dezvoltarea biotehnologiilor textile in viitor sunt:

a. – dezvoltarea enzimelor cu specificitate si puritate ridicate; astazi se lucreaza cu amestecuri de enzime in care nu sunt toate necesare pentru tratamentul urmarit si care adeseori au un efect negativ asupra suportului; utilizarea de enzime din ce in ce mai pure ar permite optimizarea procesului;

b. – utilizarea enzimelor imobilizate pe suporturi solubile si insolubile in apa, care permite pe de o parte, reglarea activitatii enzimatice la nivelul dorit si pe de alta parte, reutilizarea enzimelor, ceea ce diminueaza costurile;

c. – biotehnologii dezvoltate ca o alternativa ecologica pentru industria chimica; aceasta constituie o intoarcere la „origine” dupa numerosi ani de progres spectaculos, care au urmat primei sinteze industriale organice, realizate de Perkin in 1856 (sinteza moveinei).

Trebuie subliniat totodata, ca biotehnologiile nu vor inlocui niciodata in totalitate tehnologiile chimice clasice, insa este necesar sa se rezerve biotehnologiilor locul pe care il merita.

In acest sens, prezenta lucrare reprezinta o contributie modesta in domeniul deosebit de complex al biotehnologiilor, prin abordarea unor aspecte legate de aplicatiile enzimelor din noua generatie in finisarea materialelor textile din bumbac si lana, in vederea reducerii poluarii mediului inconjurator si a imbunatatirii calitatii produselor textile.

CUPRINS

1. ASPECTE GENERALE PRIVIND STRUCTURA SI ACTIUNEA SPECIFICA A ENZIMELOR

2. FACTORI CARE INFLUENTEAZA PROCESUL DE CATALIZA ENZIMATICA

3. APLICAREA PRODUSELOR ENZIMATICE IN FINISAREA MATERIALELOR TEXTILE DIN FIBRE CELULOZICE SI PROTEICE

4. HIDROFILIZAREA ENZIMATICA A FIBRELOR DE BUMBAC
4.1. Materiale, aparatura, metode de analiza
4.1.1. Preparate enzimatice
4.1.2. Produse tensioactive
4.1.3. Materiale textile
4.1.4. Echipamente pentru experimentari de laborator, pilot si industriale
4.1.5. Analize fizico-mecanice si fizico-chimice
4.2. Experimentari preliminare in conditii de laborator
4.2.1. Variante de biocuratare pe aparatul de laborator Linitest prin metoda
epuizarii (Hm = 1:20)
4.2.1.1. Experimentari cu produsul enzimatic BioPrep 3000 L (Novozymes)
4.2.1.2. Experimentari cu produsul enzimatic Pectinase Genencor (Genencor International)
4.2.1.3. Experimentari cu produsul enzimatic Scourzyme L (Novozymes)
4.2.2. Variante de biocuratare pe aparatul de laborator cu tambur perforat (Hm=1:20)
4.2.2.1. Experimentari cu produsul enzimatic BioPrep 3000 L (Novozymes)
4.2.2.2. Experimentari cu produsul enzimatic Pectinase Genencor (Genencor International)
4.2.2.3. Experimentari cu produsele enzimatice Pectinase Genencor/Indiage Neutra L
(Genencor International)
4.2.2.4. Rezultate si discutii
4.3. Impactul tratamentelor cu pectinaze si celulaze asupra indicatorilor apelor reziduale
4.4. Concluzii

5. OPTIMIZAREA PROCESULUI TEHNOLOGIC DE BIOCURATARE A MATERIALELOR TEXTILE DIN BUMBAC
5.1. Modelarea matematica a procesului de biocuratare a materialelor textile din bumbac
5.2. Planificarea experimentala activa centrala compusa de ordinul 2n
5.3. Interpretarea modelului matematic propus
5.3.1. Analiza modelului pentru continutul de pectine – Y1
5.3.2. Analiza modelului pentru continutul de ceruri – Y2
5.3.3. Analiza modelului pentru gradul mediu de polimerizare (GMP) – Y3
5.3.4. Analiza modelului pentru absortia apei prin capilaritate – Y4
5.3.5. Analiza modelului pentru gradul de alb – Y5
5.4. Optimizarea modelelor matematice propuse Y1-Y5
5.5. Concluzii

6. HIDROFILIZAREA ENZIMATICA A FIBRELOR DE BUMBAC PRIN CUMULAREA UNOR FAZE TEHNOLOGICE
6.1. Experimentari de descleiere – biocuratare in faza cumulata
6.1.1. Descleiere – biocuratare cu Aquazym 240 L si BioPrep 3000 L
6.1.2. Descleiere – biocuratare cu Aquazym 240 L, BioPrep 3000 L si adaos de lipaza
6.1.3. Descleiere – biocuratare cu Aquazym XT-L, BioPrep 3000 L cu si fara adaos de lipaza
6.1.4. Rezultate si discutii
6.2. Experimentari de biocuratare – albire in faze cumulate
6.2.1. Procedura de tratare
6.2.2. Rezultate si discutii
6.3. Concluzii

7. APLICAREA TEHNOLOGIEI DE BIOCURA?ARE PE APARATURA SPECIFICA SECTORULUI INDUSTRIAL
7.1. Experimentari de biocuratare in conditii pilot
7.1.1. Biocuratare pe aparatul de vopsire Jet Thenflow OF HT 5
7.1.2. Biocuratare pe cada cu vartelnita
7.1.3. Biocuratare pe jigher
7.1.4. Rezultate si discutii
7.2. Experimentari de tratare enzimatica in faze succesive si cumulate, in conditii pilot
7.2.1. Experimentari pe aparatul de vopsire Jet Thenflow OF HT 5
7.2.2. Rezultate si discutii
7.3. Variante tehnologice selectionate si experimentate la scara industriala
7.3.1. Experimentari pe cada cu vartelnita a articolului Nicula
7.3.2. Experimentari pe jigher a articolului Kariera
7.3.3. Experimentari pe jigher a articolului Doc Echipament
7.3.4. Rezultate si discutii
7.4. Concluzii

8. TRATAMENTE ENZIMATICE PE MATERIALE TEXTILE DIN FIBRE PROTEICE
8.1. Materiale, aparatura, metode de analiza
8.1.1. Preparate enzimatice
8.1.2. Suporturi textile
8.1.3. Echipamente pentru experimentari de laborator, pilot si industriale
8.1.4. Analize fizico-mecanice si fizico-chimice
8.2. Reducerea capacitatii de impaslire a lanii prin utilizarea enzimelor proteolitice
8.2.1. Experimentari de laborator de tratare enzimatica a palelor de lana cu Bactosol WO
8.2.1.1. Procedura de tratare
8.2.1.2. Influenta tratamentului enzimatic asupra caracteristicilor lanii
8.2.1.3 Comportarea palelor de lana tratate enzimatic in procesul ulterior de filare
8.2.1.4. Caracterizarea fizico-mecanica si comportarea la impaslire a tesaturilor
8.2.2. Experimentari de laborator de tratare enzimatica cu Perizym AFW pe tesatura din lana 100%
8.2.2.1. Procedura de tratare
8.2.2.2. Rezultate si discutii
8.2.3. Experimentari de tratare enzimatica de antiimpaslire in conditii pilot cu produsul
enzimatic Perizym AFW pe tesatura 100% lana
8.2.3.1. Procedura de tratare
8.2.3.2. Rezultate si discutii
8.3. Spalarea enzimatica a lanii brute
8.3.1. Procedura de tratare
8.3.2. Rezultate si discutii
8.4. Impactul tratamentelor enzimatice cu proteaze si lipaze asupra indicatorilor
apelor reziduale
8.5. Concluzii

ANEXA I
ANEXA II
BIBLIOGRAFIE GENERALA