专利名称：酶处理以增强纺织物的润湿性和吸收性的制作方法
本申请是1996年3月6日申请的美国专利申请序列号08/611829的继续部分，该申请所揭示的内容在此引作参考。
本申请归于纺织品加工领域，并且也归于酶的应用。
背景技术：
棉布和其它纺织材料的纤维和织物在其原始状态不适于染色或后处理，因为它们的作为由接触角表示的润湿度低(范围是93°-95°)，保水性低，一般为每mg纤维0.15ml数量级的水或更少。在纤维素基纤维中，这些特性被认为是由材料中的非纤维素杂质引起的。这些杂质一般具有类似蜡或油质的性质。在纺织品加工过程中通过碱洗实现除去这些非纤维素，一般是把该材料浸入沸腾的苛性溶液而进行。碱洗要消耗时间和能量，并产生含有大量所使用的碱被中和后形成的盐的废水。
合成纤维例如聚酯具有同样高的水接触角、低润湿性和极小的水滞留量。与纤维素基纤维相反，这些效果不是因存在杂质而引起的，而是聚酯表面的固有特性。如果要将聚酯织品染色，情况就更复杂因为标准聚酯纤维和由这些纤维制成的织品没有活性受色位置。聚酯纤维一般通过将染料扩散至纤维的无定形区来进行染色。现已开发了多种方法通过纤维表面的改性来改进聚酯的上染率和其它性能。
通过物理或化学手段进行聚酯纤维表面的改性是已知的。例如，使用5-硫代间苯二酸酯作为一种方法将阴离子位置加到聚酯纤维上使聚酯纤维对阳离子染料有活性。与以下使用纤维素纤维的程序类似，通过对新挤出纤维的碱处理使聚酯纤维的表面被改性以改进手感和提高水吸着作用。这些处理的揭示可参见美国专利5069846和5069847。然而，聚酯的碱处理经常造成纤维强度的削弱。
酶已被用于纺织工业并在文献中揭示了各种应用。通常使用的酶包括淀粉酶、纤维素酶、果胶酶和脂肪酶。在代表性的应用中，淀粉酶用于除去上浆材料(例如淀粉)，纤维素酶用于改变棉布纤维的表面面层，或从棉布纤维除去杂质，而脂肪酶用于从天然纤维(例如棉花、蚕丝，等等)表面除去脂肪和油。
淀粉酶用于从织品上除去浆液，该浆液是在织造过程中为防止经纱受损而在织造之前施于纱线的。在进一步完成加工例如漂白或染色之前除去该浆液。最普通的上浆材料是淀粉。商业上可买到的α-淀粉酶包括AQUAZYM_和TERMAMYL_(NovoNordiskA/S)。
酶也已被用于劳动布衣服后处理，以达到柔软手感和通过石洗和酸洗得到依传统观点的穿着时髦。为此目的所用的酶是微生物纤维素酶。
纤维素酶在棉布处理中的另一应用揭示在由Rossner,U.，的“Enzymatic degradation ofimpurities in cotton,”Melliand Textilberichte 74；144-8(1993)(Melliand English 2/1993；E63-E65)。在Rossner的揭示中纤维素酶被用作碱的替代物。该纤维素酶被用于与表面活性剂结合，其内含物显然被认为为达到润湿性是必需的。该处理溶液还含有未指定的缓冲剂。此酶反应通过在沸液中洗涤未指定的时间而终止。酶处理的确定目的是通过脱毛、修匀和内软化来改进成品的质量。没有提及永久性改进产品的润湿性或吸收性。
果胶酶已被用于从纤维如苎麻、亚麻、大麻和黄麻除去多糖杂质，例如通过将纤维与酶的水溶液在例如40℃的温度，pH为4.7保温24小时(JP4289206)。
在洗涤剂领域已知使用脂肪酶从衣服上除去油污(例如，美国专利4810414)。脂肪酶也已被用于织物后处理。例如，Petersen揭示用脂肪酶处理天然纤维以除去残留的甘油三酯和其它脂肪材料。此方法也可用于除去在加工过程中所加入的油或酯涂层(WO93/13256.)。在Petersen的揭示中没有提及使用脂肪酶通过分解纤维表面的结构酯键来改变聚酯纤维的性能。Lund等人揭示使用脂肪酶在有机溶液中与羧酸一起改性某些织品的表面。该脂肪酶在羧酸和纤维之间形成酯，该纤维在其表面具有反应羟基(WO96/13632)。
使用NaOH的纤维碱处理有几个固有的缺点。出于安全、方便的原因并且也出于大量废盐(其由碱浴的中和后形成)的原因不希望使用大量的沸腾氢氧化钠水溶液。使用热碱处理纤维也造成对纤维的损害(其减少了纤维的强度和耐久性)。因此，处理织物以提高其润湿性和吸收性的方式(避免使用碱浴)在纺织加工领域将有相当大的优势。十分惊奇地，本发明提供了这样的方式。
发明的概述业已发现织物纤维中的水润湿性和吸收性可以通过用任意四种酶处理而提高。已经发现果胶酶、纤维素酶、蛋白酶和脂肪酶，或单个或组合，或作为唯一的处理步骤或作为在短暂的中性沸水处理后的步骤，可产生水润湿性和洁白度，其等于或优于通过碱洗所达到的润湿性和洁白度。酶处理省去了碱洗中所要求的高pH需求，并避免了碱排放。酶处理还可以省去表面活性剂的需求并省去了相关联的费用，酶处理可在适度的温度进行。事实上已发现不用表面活性剂的织物酶处理明显降低接触角，所得的织物比碱洗处理所得的织物多吸收大约25％至40％的水。
因此，在一个实施例中，本发明提供一种改变织物纤维中水润湿性和吸收性的方法，包括将纤维用酶在含水介质中处理，酶是选自由果胶酶、纤维素酶、蛋白酶、脂肪酶，和其组合组成的组的一员，含水介质基本上没有表面活性剂。
现已发现果胶酶和纤维素酶的结合在提高棉布织物的水润湿性和水滞留量方面特别有用。因此，在第二实施例中，本发明提供一种提高棉布纤维中水润湿性和吸收性的方法，包括将棉布纤维用含有果胶酶和纤维素酶的酶混合物在含水介质中处理。
在另一实施例中，与现有技术相比，脂肪酶显示出显著改进芳香聚酯纤维的润湿性和水滞留量，同时引起纤维重量和强度的极小损失。因此，在另一实施例中，本发明是一种改变聚酯纤维物理性能的方法，包括将聚酯纤维用脂肪酶的水溶液处理以便在纤维上产生极性基。纤维上的极性基可改性纤维的物理性能包括其润湿性和吸收性。表面活性剂作为反应介质的组分使用是在本发明实施例范围内。
本发明的这些和其它特性及优点从以下的叙述更加清楚。
附图的简要说明
图1．原始的和洗过的棉布织物的润湿性(接触角和水滞留量)▲水接触角●水滞留量图2．果胶酶和纤维素酶处理对棉布织物物理性能的影响a．水接触角b．水滞留量c．重量损失图3．预先用100℃水预处理的织物经果胶酶和纤维素酶处理的棉布织物物理性能的影响。
a．水接触角b．水滞留量c．厚度图4．用100℃水和果胶酶在变化的时间处理的棉布织物的润湿性▲水接触角●水滞留量图5．缓冲剂、变性脂肪酶，和脂肪酶E对PET织物水润湿接触角和水滞留量的影响。
图6．脂肪酶E的浓度和反应温度对PET织物水润湿和水滞留性能的影响。
图7．商业上买到的脂肪酶对PET织物水润湿和水滞留性能的对比。
图8．缓冲剂中脂肪酶A的浓度和温度对PET织物水润湿和水滞留性能的影响。
图9．水中脂肪酶A的浓度和温度对PET织物水润湿和水滞留性能的影响△25℃▲35℃图10．脂肪酶A对四种PET织物水润湿和滞留性能的影响PET普通的聚酯或Dacron54SPET-磺化聚酯或Dacron64HSSPET-热定形SPETMicrodenier(微旦)-micromatique聚酯图11．改性PET织物水滞留量和水润湿接触角之间的关系●PET和mPET织物的碱解，y=2.73-0.0033x,r=0.982■PET织物的脂肪酶E处理，y=2.31-0.0026x,r=0.971□用脂肪酶A处理的PET,SPET和mPET织物，y=1.96-0.0022x,r=0.943图12．粘结到聚酯织物上的各种脂肪酶的生色基质转化速率。
本发明的详细叙述和优选的实施例用于本发明实践中的果胶酶(也称为果胶的酶)包括果胶甲酯酶和果胶解聚酶。果胶解聚酶的例子是胞内多聚半乳糖醛酸酶、胞内果胶酯裂解酶、胞内果胶裂解酶、外多聚半乳糖醛酸酶、和外果胶酯裂解酶。果胶甲酯酶的来源是高级植物，各种真菌(包括某些酵母)和某些细菌。果胶解聚酶的来源是植物-致病的和腐生的真菌以及细菌和酵母。
在此发明中使用的纤维素酶是胞内葡聚糖酶、外葡聚糖酶，和β-葡糖苷酶。“分解纤维素的酶”或“纤维素酶”意指真菌的外葡聚糖酶或外-细胞生物水解酶、内葡聚糖酶，和β-葡糖苷酶。这三种不同类型的纤维素酶协同作用将纤维素和其衍生物转化为葡萄糖。
由天然源产生的纤维素酶组合物，其含有一或多个细胞生物水解酶型和内葡聚糖酶型组分，其中发现这些组分的每一种均以发生源所产生的比率存在，在此有时称作“完全的纤维素酶系统”或“完全的纤维素酶组合物”以将其区分于离析的纤维素酶的分类和组分，通过细菌和某些真菌产生的不完全的纤维素酶组合物，从遗传改性的微生物得到的纤维素酶组合物从而过量生产，减量生产或不生产一或多种细胞生物水解酶型和/或内葡聚糖酶型纤维素酶的组分，或截形的纤维素酶组合物。例如，对于在木霉菌属longibrachiatum中CBHⅠ,CBHⅡ,EGⅠ,EGⅡ和EGⅤ的基因编码的分析显示含有催化剂芯区域或区域(CCD)，铰接或衔接物区域(此处可交换地使用)和纤维素粘合区域或区域(CBD)的区域结构。截形酶，即表示在没有粘合区域情况下含有催化剂芯区域的产品，它们可用于处理纺织物并被认为在本发明范围内。
在本发明中优选使用的是从植物、真菌或细菌源衍生的纤维素酶。真菌纤维素酶的特殊例子包括从木霉属(包括木霉属longibrachiatum、绿色木霉菌、康宁氏木霉菌)，青霉属，腐质霉属(包括insolens腐质霉)，曲霉属，和镰刀菌。细菌纤维素酶由生物例如热单孢属，纤维单孢菌属，芽孢杆菌属，假单孢菌属，属链霉菌和梭状芽孢杆菌属衍生。其它能生产纤维素酶的用于制备此处所述的纤维素酶组合物的生物揭示于英国专利2094826A和PCT
发明者赛友洛, 玛丽·M·哈策尔, 马修·G·波士顿, 凯瑟琳·A·克拉克森, 凯瑟琳·D·科利尔, 托马斯·P·格雷卡, 埃德蒙·A·拉雷纳斯 申请人:加利福尼亚大学董事会, 金内克国际公司