Enzimatsko iskuhavanje pamučnog pletiva neutralnim pektinazama

A. M. GRANCARIĆ i sur.: Enzimatsko iskuhavanje pamučnog pletiva neutralnim
pektinazama - utjecaj na prošivljivost, Tekstil 58 (11) 537-545 (2009.)
537
Enzimatsko iskuhavanje pamučnog pletiva neutralnim pektinazama utjecaj na prošivljivost
Prof.dr.sc. Ana Marija Grancarić, dipl.ing.
Prof.dr.sc. Darko Ujević, dipl.ing.*
Dr.sc. Anita Tarbuk, dipl.ing
Blaženka Brlobašić Šajatović, dipl.ing.*
Tekstilno-tehnološki fakultet Sveučilišta u Zagrebu
Zavod za tekstilno-kemijsku tehnologiju i ekologiju
*
Zavod za odjevnu tehnologiju
Zagreb, Hrvatska
e-mail: [email protected]
Prispjelo 2.4.2009.
UDK 677.016.253:677.075
Izvorni znanstveni rad
Poznato je da je tradicionalno alkalno iskuhavanjee ekološki i ekonomski
nepovoljno. Zato se posljednjih godina istražuju novi postupci enzimatskog
iskuhavanja uporabom pektinaza. Iskuhavanje alkalnim pektinazama dovelo
je do poboljšanja prošivljivosti. Nedavno su se na tržištu pojavile neutralne
pektinaze. U ovom je radu istražen njihov utjecaj na prošivljivost pamučnog
pletiva i uspoređen s tradicionalnim alkalnim iskuhavanjem i iskuhavanjem
alkalnim pektinazama. Stoga je sirovo pamučno pletivo iskuhano na tri načina
- tradicionalno i enzimatski uporabom dviju pektinaza – alkalne BioPrep
3000L (Novozymes) i neutralne Beisol PRO (Bezema). Pletivo je kemijski
bijeljeno te omekšano. Istražen je utjecaj ovih obrada na otpadne vode i na
svojstva pamučnog pletiva kao što su hidrofilnost, stupanj polimerizacije
pamuka, bjelina, trenje, te probodna sila šivaće igle. Oštećenja očica nastala za vrijeme šivanja kroz dva i četiri sloja pletiva, koji ovise o probodnoj
sili šivaće igle i napetosti šivaćeg konca, izmjereni su na mjernom uređaju
pomoću senzora.
Ključne riječi: pamučno pletivo, enzimatsko iskuhavanje, otpadne vode,
hidrofilnost, trenje, prošivljivost, sila prodora igle
1. Uvod
1.1. Iskuhavanje pamuka
Sirovo pamučno vlakno je izrazito
hidrofobno zbog generičkih i dodanih primjesa, tab.1. [1].
Nakon uklanjanja ljuski, sjemenki i
prašine, sirovo pamučno vlakno je
uglavnom sastavljeno od celuloze,
ali sadrži također pektine, voskove,
masti, organske kiseline, pepeo, vitamin B, proteine mineralne tvari i dr.
Većina ovih primjesa nalazi se u primarnoj stijenci vlakna i odgovorna je
za svojstva slabijeg upijanja vode sirovog pamuka u procesima mokre
obrade, čini sirovi pamuk hidrofobnim. Vrlo je važno pamuk učiniti hidrofilnim kako bi mogao adsorbirati
kemijske spojeve i sredstva iz otopina neophodnih u oplemenjivanju tekstila [2-5].
Tradicionalni postupci iskuhavanja
pamuka uključuju uporabu alkalija,
najčešće NaOH. U tako oštrim uvjetima, često iznad temperature vrenja,
alkalija prodire u primarnu stijenku
pamuka te se postiže vrlo učinkovito
odstranjivanje stečenih i dodanih primjesa pamuka, kao što su voskovi,
masti, proteini, škrob i drugo. Obrada
rezultira hidrofilnim, ali ujedno i
oštećenim pamukom, ponekad uz
pojavu oksiceluloze; smanjene površinske mase, čvrstoće i stupnja polimerizacije [4-9].
A. M. GRANCARIĆ i sur.: Enzimatsko iskuhavanje pamučnog pletiva neutralnim
pektinazama - utjecaj na prošivljivost, Tekstil 58 (11) 537-545 (2009.)
538
Tab.1 Prosječni sastav pamučnog vlakna [1]
Komponenta pamučnog vlakna
Celuloza
Proteini
Pektin
Voskovi i masti
Mineralne tvari, pepeo
Organske kiseline, šećeri i dr.
Udio u vlaknu
(%)
88 – 96,5
1,1 - 1,9
0,7 – 1,2
0,4 – 1,0
0,7 – 1,6
0,5 – 1,0
U alkalnom iskuhavanju neophodne
su velike količine vode i energije,
dok NaOH zagađuje otpadne vode.
Obzirom na potrebne zdrave radne
uvjete, važno je istaknuti da vrlo
male količine NaOH u vodi izazivanju jaku egzotermnu reakciju; dehidrat NaOH i njegove već 5%-tne
otopine izazivaju ozbiljne opekline,
a 1-5%-tne otopine iritaciju kože i
očiju [4,5,7].
Kao što je rečeno, ovaj tradicionalni
postupak iskuhavanja stoga je ekološki i ekonomski nepovoljan, te se
posljednjih godina istražuju novi postupci enzimatskog iskuhavanja pektinazama. U enzimatskom iskuhavanju primjenjuju se enzimi pektinaze
koji ciljano razgrađuju pektine, pri
čemu celuloza ostaje u potpunosti
neoštećena, otpadne vode prihvatljivije jer su enzimi biorazgradljivi i
netoksični, a štedi se i energija. Uklanjanjem primjesa povećava se hidrofilnost celuloznih vlakana. Postupak se naziva bioiskuhavanje (en.
“BioPreparation” ili “Bioscouring”)
pamuka [2-15].
Izraz alkalne pektinaze upotrebljava
se za enzime koji djeluju u blago
alkalnom mediju povoljnom za predobradbu pamuka. Unazad nekoliko
godina tvrtka Novozymes (SAD) je
razvila postupak iskuhavanja uporabom alkalne pektat-liaze BioPrep®
koja vrlo brzo hidrolizira soli poligalakturonske kiseline (pektina) u primarnoj stijenci pamuka. Budući da
su pektini hidrolizirani, preostale necelulozne primjese se otapaju ili/i
emulgiraju uporabom blagih tenzida.
Rezultat bioiskuhavanja alkalnom
pektinazom je neoštećena celuloza
Udio u primarnoj
stijenci (%)
52
12
12
7
3
14
pamuka uz manji gubitak mase i
čvrstoće [2,4,5,7,12-16].
Prije dvije godine, tvrtka Bezema
(Švicarska) uvela je na tržište neutralnu pektinazu Beisol PRO [17]
koja uklanja površinski sloj primjesa
s pamuka i tako omogućuje emulgatorima uklanjanje voskova. Prema
prethodno objavljenim radovima
[18,19], pamuku se povećava hidrofilnost i olakšava bijeljenje i bojadisanje. Osim toga, postiže se mekan
opip, uz dobru bjelinu i neznatan gubitak mase. Važno je istaknuti da u
ovom postupku uporabom neutralne
pektinaze nema potrebe za neutralizacijom otpadne vode.
1.2. Prošivljivost
Prošivljivost je sposobnost materijala
koja mu omogućava šivanje bez
oštećenja. Unatoč velikom tehnološkom napretku i automatizaciji u
postupcima izrade odjeće, kvaliteta
nije dovoljna, posebice pri šivanju
pletene odjeće [20-23]. Oštećenje pri
šivanju jedan je od najvećih problema tekstilne i odjevne industrije, s
velikim financijskim gubicima i
marketinškim rizikom. Posljedice
takvog šivanja najčešće se uočavaju
prekasno. Zato je vrlo važno pravovremeno uočiti pogreške već u tehnološkom postupku proizvodnje pletene
odjeće.
Uspješno šivanje pletiva jedino je
moguće uporabom adekvatne tehnologije i uzimanjem u obzir svojstava
i strukture pletiva. Oštećenja pri
šivanju pripisuju se svojstvima materijala, uvjetima pri šivanju i pogrešnom rukovanju [10,24-28]. Odabir
šivaće igle, finoće konca, relativne
vlažnosti zraka, debljina, gustoća,
kao i predobrada, te oplemenjivanje
materijala imaju značajnu ulogu u
tehnološkom procesu šivanja.
Kvaliteta šava ovisi o brojnim parametrima, te je neophodno uskladiti
debljinu i gustoću pletiva s finoćom
igle i konca. Probodna sila šivaće igle
temelji se na fizikalnom načelu trenja
između šivaće igle i šivaćeg izratka.
Manja probodna sila uvjetovat će
manje oštećenje očica u pletivu.
Najveća sila nastaje prilikom penetracije igle u materijal koji se šiva te
se o njoj mora voditi računa prilikom
šivanja pletiva [22-29].
Probodna sila ovisi i o broju slojeva,
veličini i vrsti igle, brzini šivanja,
predobradama i doradama pletiva i
dr. Za šivanje pletiva preporučuje se
šivanje iglom s malim kuglastim
vrhom oznake „SES”, a za voluminoznija pletiva upotreba igle sa srednje kuglastim vrhom „SUK“.
Alkalnim predobradama, kao što su
iskuhavanje i bijeljenje, smanjuje se
mobilnost šava tako da ne dolazi do
pomaka, već do bušenja očice, čime
se pogoršava prošivljivost materijala
[10,16,27-30]. Zbog položaja niti povezanih u tkaninama i pletivu, u
tehnološkom procesu šivanja dolazi
do mehaničkih i termičkih oštećenja.
Kad šivaća igla probode nit očice,
povećava se mogućnost razaranja
veza između očica, a pri nošenju
takvog odjevnog predmeta stvaraju
se vidljiva oštećenja ili redovi
ispuštenih očica [29]. Ova oštećenja
pletiva mogu se znatno smanjiti upotrebom silikonskih omekšivača [28].
Pokazalo se da predobrada pamučnog
pletiva ima najveći utjecaj na
prošivljivost. U tu svrhu pamučno
pletivo je iskuhano na tri različita
načina: tradicionalno alkalno u natrijevoj lužini, te enzimatski s dvije
pektinaze, alkalnom BioPrep 3000L
(Novoenzymes) i neutralnom Beisol
PRO (Bezema).
Pletivo je kemijski bijeljeno, te
obrađeno omekšivačem.
Nakon ovih obrada istražene su otpadne vode i svojstva pamučnog pletiva. Parametri kvalitete otpadne vode
A. M. GRANCARIĆ i sur.: Enzimatsko iskuhavanje pamučnog pletiva neutralnim
pektinazama - utjecaj na prošivljivost, Tekstil 58 (11) 537-545 (2009.)
- pH, KPK, BPK i TOC određeni su
normiranim metodama. Parametri su
uspoređeni s vrijednostima propisanima Zakonom o vodama Republike
Hrvatske (NN 107/1995, NN
40/1990, NN 6/2001). Za najvažnija
svojstva pletiva nakon iskuhavanja
određeni su stupanj polimerizacije
pamučne celuloze (DP), hidrofilnost
(drop test, vertikalni i horizontalni
test), bjelina i požućenje. Dinamički
koeficijent trenja određen je uporabom instrumenta FRICTORQ [3133]. Utjecaj predobrada pletiva na
prošivljivost određen je iz oštećenja
očica nastalog za vrijeme šivanja
kroz dva i četiri sloja pletiva, te mjerenjem probodne sile šivaće igle i
napetosti šivaćeg konca. Vrijednosti
spomenutih parametara mjere se na
mjernom uređaju pomoću senzora
[29].
2. Eksperimentalni dio
2.1. Materijal
Istraživanja su provedena na desnolijevom kulirnom pletivu. Izrađeno je
iz pređe od 100% pamuka, površinske
mase 130 g/m2, širine 56 cm (22
inča); 11 redova/cm i 12 nizova/cm.
Pletivo je alkalno i enzimatski iskuhano, kemijski bijeljeno te omekšano.
2.2. Predobrade i obrade pletiva
2.2.1. Iskuhavanje
Sirovo pamučno pletivo alkalno je
iskuhano postupkom iscrpljenja impregnacijom na fularu uz odležavanje
tzv. pad roll postupkom. Nakon impregnacije u kupelji koja sadrži 3%
NaOH i 2 g/l nonionskog tenzida Ke-
monecer NI (Kemo), uzorci su
odležavali 2 h na 100 °C u autoklavu
(Scholl). Potom su ispirani i neutralizirani dok nije postignut vrijednost
pH 7.
Enzimatsko iskuhavanje metodom
iscrpljenja provedeno je u aparatu
Linitest (Heraeus Original, Hanau)
uporabom dviju pektinaza - alkalne i
neutralne.
Komercijalna pektat-liaza BioPrep
3000L (standardne jakosti 3000
APSU/g) danske tvrtke Novozymes
A/S, Bagsvaerd ispitana je na skupini
ispitanika. Enzimatska obrada alkalnom pektinazom je provedena u kupelji koja sadrži 0,1% (owf) BioPrep
3000L, 0,5 g/l nonionskog tenzida
Kemonecer NI (Kemo) i pufer
(Na2HPO4), pri pH 9,2 i 65 °C, uz
omjer kupelji OK 1:10. 0,4 g/l NaEDTA dodano je pri kraju postupka.
Temperatura je povišena na 90 °C, te
je obrađivano narednih 15 minuta.
Enzimatski obrađeni uzorci su isprani vrućom, mlakom i hladnom vodom, te osušeni na 105 °C do apsolutno suhog.
Pamučno pletivo obrađeno je neutralnom pektinazom Beisol PRO (Bezema) u kupelji koja sadrži 3 g/l Beisol
PRO, 1 g/l sredstva za kvašenje Felosan NOG (Bezema), pri 80 °C, pH
7, u vremenu 50 min. Enzimatski
iskuhani uzorci su ispirani i neutralizirani do postizanja pH 7.
2.2.2. Kemijsko bijeljenje
Kemijsko bijeljenje je provedeno postupkom iscrpljenja impregnacijom
na fularu uz odležavanje. Uzorci su
impregnirani u kupelji koja sadrži
20 ml/l H2O2 (35%), 4 g/l NaOH,
Tab.2 Oznake uzoraka za ispitivanje obrađenih različitim postupcima
Oznaka
R
AS
E1S
E2S
B
BT
Obrada
Sirovo
Alkalno iskuhavanje s NaOH
Enzimatsko iskuhavanje s alkalnom pektinazom BioPrep 3000
(Novoenzymes)
Enzimatsko iskuhavanje s neutralnom pektinazom Beisol PRO
(Bezema)
Kemijsko bijeljenje
Kemijsko bijeljenje i omekšavanje s Tubingal SKI (Bezema)
539
5 ml/l Tinoclarit CBB (Ciba), 15 ml/
l mješavine Na2SiO3, Na2Si2O5, 10
ml/l Invatex MD (Ciba) i 0,5 ml/l Fumexol DF (Ciba); te obrađeni u autoklavu (Scholl) u vremenu 3 h na
98 °C. Potom su isprani do neutralnog.
2.2.3. Omekšavanje
Poznato je da omekšavanje pletiva
pomaže prošivljivosti pletiva. Zato
su uzorci nakon kemijskog bijeljenja
omekšani uporabom sredstva Tubingal SKI (Bezema) - silikonizirani
kondenzacijski produkt više masne
kiseline. Ovo sredstvo ima svojstvo
malog pjenjenja, daje materijalu izrazito mekan opip, glatku površinu i
dobru prošivljivost. Zato se najčešće
primjenjuje u tvornicama pletiva. Na
pletivo je naneseno 3% (na masu materijala) Tubingala SKI metodom
iscrpljenja u aparatu Turbomat (Mathis) uz omjer kupelji 1:20, kroz 20
min pri 40 °C i pH 6. Nakon čega su
uzorci osušeni na zraku.
Oznake i obrade uzoraka ispitivanih
u ovom radu prikazane su u tab.2.
2.3. Metode ispitivanja
2.3.1. Kvaliteta otpadnih voda
Parametri kvalitete otpadne vode pH, KPK, BPK i UOC, određeni su
prema normiranim metodama nakon
predobrada i uspoređeni s vrijednostima propisanim Zakonom o vodama RH (NN 107/1995, NN 40/1990,
NN 6/2001).
pH je određen prema HRN ISO
10523:1998 - Kakvoća vode - Određivanje pH vrijednosti (ISO 10523:1994)
na autotitratoru Titrino 736 GP (Metrohm).
Kemijska potreba za kisikom
(KPK) je određena prema HRN ISO
6060:2001 - Kakvoća vode – Određivanje kemijske potrošnje kisika KPK
(ISO 6060:1989).
Biološka potreba za kisikom (BPK)
nakon 5 dana je određena prema HRN
ISO 5815:2001 - Kakvoća vode –
Određivanje biokemijske potrošnje
kisika nakon 5 dana, BPK5 – Metoda
razrjeđenja i nacjepljenja (ISO
5815:1989).
A. M. GRANCARIĆ i sur.: Enzimatsko iskuhavanje pamučnog pletiva neutralnim
pektinazama - utjecaj na prošivljivost, Tekstil 58 (11) 537-545 (2009.)
540
Ukupni organski ugljik (UOC) je
određen prema HRN ISO 1484:2002
– Ispitivanje vode – Smjernice za
određivanje ukupnog organskog
ugljika (UOU) i otopljenog organskog ugljika (OOU)(ISO 1484:1999)
na aparatu Multi N/C® (Analitik
Jena AG).
2.3.2. Gubitak mase
Smanjenje mase pletiva nakon obrada, tzv. gubitak mase određen je vaganjem mase prije i nakon iskuhavanja pletiva. Rezultat je izračunat
prema jednadžbi (1):
[%]
(1)
gdje je mS - masa iskuhanog [g], a
mR - masa sirovog pletiva [g].
2.3.3. Stupanj polimerizacije
Stupanj polimerizacije celuloze pamuka DP je određen prema DIN 54
270-2:1977-08 Bestimmung der
Grenzviskositat von Cellulosen koji
se temelji na graničnoj viskoznosti
celuloze - Cuen-postupak uporabom
Ubeholdeovog viskozimetra.
2.3.4. Hidrofilnost
Svojstvo hidrofilnosti pamučnog pletiva određeno je vertikalnim testom
prema SNV 9858:1952, horizontalnim testom prema Chibowskom [16],
te drop testom (test kapljicom) prema
AATCC 79-2000 Absorbency of
Bleached Textiles.
Prema vertikalnom testu uzorak dimenzije 20 x 2 cm uranja se 10 mm
u kapljevinu. Mjeri se vrijeme potrebno za porast stupca destilirane
vode od 5 cm.
Horizontalni test je sličan vertikalnom, ali se uzorak postavlja u aparaturu po Chibowskom pod kutom od
10°.
Drop test se temelji na kapanju kapi
vode sa 1 cm visine na površinu materijala, a mjeri se vrijeme prokvašavanja. Materijal je hidrofilan ukoliko se prokvasi za manje od 3 s.
2.3.5. Bjelina
Remisijski spektrofotometar SF 600
PLUS CT (Datacolor) je korišten za
mjerenje spektralnih karakteristika
materijala. Stupanj bjeline prema
CIE (CIE whiteness) preračunava se
automatski prema ISO 105-J02:1997
Textiles - Tests for colour fastness Part J02: Instrumental assessment of
relative whiteness.
2.3.6. Koeficijent trenja
Dinamički koeficijent trenja, µkin izmjeren je na instrumentu FRICTORQ
(sl.1) koji se može uspoređivati s
koeficijentima trenja mjerenim na
KES-u [33].
Kružni uzorak za ispitivanje radijusa
r rotira oko vertikalne osi pri konstantnoj kutnoj brzini, vertikalna sila
statičnog gornjeg dijela djeluje putem tri kontaktna senzora postavljena
pod kutovima od 120°. Rotacija uvjetuje potrebu za samo jednim
očitanjem. Koeficijent trenja je tada
proporcionalan torziji (T) izmjerenoj
preciznim pretvaračem torzije. Relativnim pomakom od 90°, osigurano
je da je uvijek novi dio pletiva pod
senzorom. Prilikom mjerenja kontaktni pritisak (N=P/3) od približno 3,5
kPa je konstantan. Signal torzije se
digitalizira i prenosi na računalo, te
se dinamički ili kinetički koeficijent
µkin preračunava automatski prema
izrazu (2), [32]:
(2)
2.3.7. Prošivljivost – mjerenje probodne sile
Mjerni uređaj za mjerenje probodne
sile šivaće igle sastoji se od: šivaćeg
stroja tvrtke Pfaff 1053, brojila impulsa, senzora probodne sile, analogno-digitalnog pretvarača, pojačala
signala i računala [29].
Uzorci pletiva prošivaju se na šivaćem stroju dvostrukim zrnčanim šivaćim ubodom, tipa uboda 301, uz
ubodnu brzinu šivanja do 6000 ub/
min. Broj uboda moguće je prilagoditi pojedinačno, a brzinu šivanja u
razmacima od po 10 uboda.
Probodna sila šivaće igle mjeri se pomoću šivaće igle i posebnog senzora
za mjerenje probodnih sila koji je
smješten ispod ubodne pločice šivaćeg
stroja. Pri mjerenju probodne sile šivaća igla prodire kroz uzorak za ispitivanje i ulazi u ubodnu pločicu. Analogno-digitalni pretvornik mjernog
uređaja pretvara signale senzora iz
analognog u digitalni oblik i nakon
toga se podaci pohranjuju u računalo
za obradu i analizu podataka. Obrada
podataka vrši se u posebnom programu Nemess 5.0, a njegove opće odrednice su: vremenski odnosi i odnosi
koji ovise o kutu zakreta glavnog šivaćeg stroja za najmanje četiri istovremeno snimana signala pri određenom
broju okretaja glavnog šivaćeg stroja.
Program omogućava prikaz rezultata
na monitoru u obliku grafova, po načelu „vodopada” i histograma [29].
Ovaj mjerni uređaj nalazi se na Tekstilno-tehnološkom fakultetu Sveučilišta u Zagrebu, a konstruiran je u
suradnji sa ITV-Denkendorf (sl.2).
Probodna sila mjerena je na uzorku
pletiva prošivanjem dva, tri i četiri
sloja, upotrebom šivaće igle finoće
Torzioni senzor
Ispitivani uzorak
Pogon
Sl.1 UMinho FRICTORQ II: a) instrument, b) model [32]
A. M. GRANCARIĆ i sur.: Enzimatsko iskuhavanje pamučnog pletiva neutralnim
pektinazama - utjecaj na prošivljivost, Tekstil 58 (11) 537-545 (2009.)
Sl.2 Uređaj za mjerenje probodne sile
šivaće igle
Nm 80 SES, a ubodna brzina šivanja
iznosi 4000 ub/min.
3. Rezultati i rasprava
U radu je istražen utjecaj predobrade
pamučnog pletiva na prošivljivost. U
tu svrhu pletivo je iskuhano na tri načina: tradicionalno alkalno i enzimatski uporabom alkalne i neutralne
pektinaze; kemijski bijeljeno, te kemijski bijeljeno i omekšano. Utjecaj
alkalnog iskuhavanja i bioiskuhavanja alkalnom pektinazom na prošivljivost do sada je bio istraživan
[2,7,16,] no utjecaj neutralne pektinaze u ovom se radu istražuje prvi
put.
Vezano uz raspravu, s ekološkog gledišta neophodno je bilo najprije ispitati kvalitetu otpadnih voda. U otpadnoj vodi su određene pH, KPK, BPK
i UOC vrijednosti nakon postupaka
iskuhavanja, bijeljenja i omekšavanja
normiranim metodama. Rezultati su
sažeti u tab.3.
Rezultati pH, KPK, BPK i UOC u
otpadnim vodama uspoređeni su sa
graničnim vrijednostima koje propisuje Zakon o vodama RH (NN
107/1995, NN 40/1990, NN 6/2001).
Prema dobivenim rezultatima prikazanim u tab.3 otpadne vode koje sadrže enzime, bilo alkalne ili neutralne
pektinaze, ne treba posebno pročišćavati. Jedino je prilikom uporabe alkalne pektinaze neophodna neutralizacija, te se preporučuje uporaba
neutralne pektinaze. Valja istaknuti
da otpadne vode nakon tradicionalnog iskuhavanja, kemijskog bijeljenja i omekšavanja značajno zagađuju
ispust. Stoga je preporučljiva upora-
ba netoksičnih spojeva, primjerice
enzima za zamjenu zagađivača, koliko je to moguće u postupcima predobrade i oplemenjivanja tekstila.
Poznato je da u svakom procesu mokrog oplemenjivanja, kao što su iskuhavanje i bijeljenje, dolazi do promjene površine i strukture materijala.
Stoga su normiranim metodama
određena svojstva pamučnog pletiva,
kao što je stupanj polimerizacije pamučne celuloze, bjelina i hidrofilnost.
Stupanj polimerizacije (DP) ujedno
je primijenjen kao mjera za oštećenje
pamučnog vlakna nastalog iskuhavanjem. Rezultati su prikazani na sl.3.
Iz rezultata prikazanih na sl.3 vidljivo je da enzimatski iskuhana pamučna
pletiva imaju znatno viši stupanj polimerizacije celuloze u pletivu, nego
celuloza pamuka u alkalno iskuhanom pletivu, bez obzira koja je pektinaza - alkalna ili neutralna, primijenjena. Rezultati stupnja polimerizacije u skladu su sa izmjerenom
prekidnom silom i produljenjem [29].
Važno je istaknuti bolja svojstva neutralne pektinaze u odnosu na alkalnu
pektinazu. Ujedno se pokazalo da se
primjenom neutralne pektinaze najmanje oštećuje pamučno pletivo od
navedena tri postupka iskuhavanja.
541
Daljnja oštećenja nastala bijeljenjem
su očekivana, te nisu razmatrana.
Hidrofilnost pamučnih pletiva
određena je vertikalnim, horizontalnim i drop testom. Rezultati su prikazani u tab.4.
Rezultati hidrofilnosti prema drop
testu (tab.4) pokazuju da je kod svih
iskuhanih pletiva postignuto bolje
svojstvo prokvašavanja u odnosu na
sirovo pletivo, što se i očekivalo. Uspoređujući dobivena svojstva hidrofilnosti prema primijenjenim postupcima iskuhavanja, uočeno je da
je hidrofilnost enzimatski iskuhanog
pamučnog dobra, ali još uvijek lošija
nego ona postignuta tradicionalnim
alkalnim iskuhavanjem. Dobiveni
rezultati ne moraju značiti i bolje kvašenje i iscrpljenje sredstava za oplemenjivanje i bojadisanje, već mogu
biti posljedica znatnijeg oštećenja
alkalno iskuhanog pletiva, što potvrđuje stupanj polimerizacije celuloze
tih uzoraka pamučnog pletiva.
Spektralne karakteristike pamučnih
pletiva izmjerene su na remisijskom
spektrofotometru Datacolor SF 600
PLUS CT. Stupanj bjeline prema CIE
izračunati je računalno (tab.5). Uočljivo je da učinkovitim uklanjanjem
primjesa kao što su voskovi, masti,
Tab.3 Određene pH, KPK, BPK i UOC vrijednosti u otpadnoj vodi nakon postupaka iskuhavanja, bijeljenja i omekšavanja pletiva
Oznaka postupka
AS
E1S
E2S
B
BT
pH
(5-9,5)
12,8
9,7
7,0
9,5
6,2
KPK
(<300)
[mg O2/l]
580,1
282,2
156,9
628,5
876,0
BPK5
(<30)
[mg O2/l]
105,3
29,2
22,1
188,9
184,1
UOC
(<40)
[mg C/l]
315,2
56,1
30,4
67,1
1880,8
Tab.4 Hidrofilnost pamučnih pletiva određena vertikalnim, horizontalnim i drop
testom
Oznaka
uzoraka
R
AS
E1S
E2S
B
BT
Vertikalni test
[s/ 5 cm]
> 60 min
203
1678
211
80
575
Horizontalni test
[s/ 5 cm]
> 60 min
19
248
20
55
345
Drop test
[s]
> 60 min
<1
3
<1
<1
8
A. M. GRANCARIĆ i sur.: Enzimatsko iskuhavanje pamučnog pletiva neutralnim
pektinazama - utjecaj na prošivljivost, Tekstil 58 (11) 537-545 (2009.)
542
Sl.3 Stupanj polimerizacije (DP) celuloze uzoraka pamučnih pletiva
ovisi o probodnoj sili šivaće igle i
napetosti šivaćeg konca, određeno je
mjerenjem ovih parametara na mjernom uređaju pomoću senzora. Najveća probodna sila šivaće igle nastaje u
µkin [ ]
pektini i drugo dolazi do povećanja
bjeline u postupku iskuhavanja. Pektinaze razgrađuju samo pektin, te je
stupanj bjeline prema CIE kod enzimatski iskuhanih pletiva niži nego
kod alkalno iskuhanog pletiva. Bijeljenjem u peroksidnoj kupelji uklanjaju se pigmenti, pri čemu se pamučno pletivo izbijeli. Omekšavanje
u optimalnim koncentracijama ne
utječe značajnije na bjelinu pamučnog pletiva.
Sve eksperimentalne vrijednosti relevantnih parametara pletiva uspoređene su s teoretskim vrijednostima [5]
nakon bioiskuhavanja i tradicionalnog iskuhavanja. Rezultati prikazani
u tab.4 i 5 dokazuju da bioiskuhana
pletiva u potpunosti zadovoljavaju
ekološke i uporabne zahtjeve koji se
postavljaju na pletiva.
Oštećenje očica pamučnog pletiva pri
šivanju kroz dva i četiri sloja, koje
trenutku kad ušica šivaće igle probada materijal. Ušica šivaće igle, koja
ima veći promjer, prolazi kroz materijal pri većem razmaku pređe, odnosno vlakana, zbog čega dolazi do
većeg trenja i povećane sile otpora
materijala probodu šivaće igle, odnosno do povećane probodne sile. Pri
vraćanju šivaće igle iz pletiva trenje
se smanji jer igla prolazi kroz prethodno oblikovani otvor, a posljedica
je veliko smanjenje apsolutne vrijednosti probodenog dijela. Za dobru
prošivljivost pletiva neophodno je
smanjiti sile prilikom prodora šivaće
igle i njena izvlačenja.
Stoga je nakon obrada određen dinamički koeficijent trenja, µkin, te probodne sila šivaće igle prošivanjem
kroz dva i četiri sloja pletiva. Rezultati mjerenja prikazani su na sl.4-6.
Dinamički koeficijent trenja, µkin,
povećava se svakom obradom (sl.4),
Sl.4 Dinamički koeficijent trenja pamučnog pletiva, µkin
Tab.5 Usporedba parametara pletiva dobivenih bioiskuhavanjem i tradicionalnim iskuhavanjem s teoretskim vrijednostima [5]
Parametar
BPK
KPK
Gubitak mase
Prekidna sila
[29]
DP
Drop-test
CIE Bjelina
Teor.
33-45%
36-45%
< 1,5%
Bioiskuhan
E1S
27,7%
53,0%
1,7%
E2S
20,9%
42,0%
1,3%
Alkalno iskuhan
Teor.
AS
100%
100%
100%
100%
2-10%
8,5%
95-100%
96,0%
97,1 %
90-97%
83,1%
<1s
94,4%
3s
<1s
84,3%
<1s
70
66,7
96,5%
<1s
Potpuna bjelina
66,0
70
70,5
A. M. GRANCARIĆ i sur.: Enzimatsko iskuhavanje pamučnog pletiva neutralnim
pektinazama - utjecaj na prošivljivost, Tekstil 58 (11) 537-545 (2009.)
543
vo predobrađeno u oštrim uvjetima,
na primjer alkalno iskuhano i bijeljeno (B), niti omekšavanjem nije moguće postići dobru prošivljivost. Zato
je neophodno enzimatski predobraditi pletivo kako bi se postigla bolja
prošivljivost nakon kemijskog bijeljenja i omekšavanja. Usporedbom probodnih sila kroz dva i četiri sloja pamučnog pletiva, vidljivo je da se s
povećanjem broja slojeva povećava i
probodna sila.
4. Zaključak
Sl.5 Probodna sila šivaće igle kroz dva sloja pamučnog pletiva
Sl.6 Probodna sila šivaće igle kroz četiri sloja pamučnog pletiva
no znatno je niži kod bioiskuhanih
pamučnih pletiva. Bioiskuhana pletiva alkalnim i neutralnim pektinazama su manje oštećena od tradicionalno iskuhanog što potvrđuju i rezultati probodne sile šivaće igle.
Probodna sila šivaće igle je najveća
na samom početku procesa šivanja,
te se s vremenom smanjuje. Prema
rezultatima na sl.5 i 6 probodnih sila
šivaće igle kroz dva i četiri sloja
pamučnog pletiva, vidljivo je da su
probodne sile kroz alkalno iskuhano
pamučno pletivo najveće kao posljedica oštećenja pamuka u oštrim uvjetima tijekom iskuhavanja. To se još
jače ističe nakon kemijskog bijeljenja
pletiva. Uzrok tako visokim probod-
nim silama je visoko trenje između
šivaće igle i oštećenog pamučnog
pletiva.
S druge strane, probodne sile šivaće
igle kroz enzimatski iskuhana
pamučna pletiva, značajno su niže.
Uočljivo je da obrada neutralnom
pektinazom Beisol PRO rezultira
najnižim probodnim silama šivaće
igle, bez obzira na broj šivanih slojeva pamučnog pletiva. I to je jedan od
dokaza da je tako predobrađeno pletivo najmanje oštećeno.
Za dobru prošivljivost neophodno je
smanjiti sile prilikom prodora šivaće
igle u pletivo i njena izvlačenja. To
se najčešće postiže omekšavanjem u
oplemenjivanju pletiva. Ako je pleti-
Enzimatsko iskuhavanje pamuka je
ekološki povoljan postupak preobrade pamuka. Usporedbom s alkalnim
iskuhavanjem traži manje energije,
značajno manju količinu vode i ne
zahtijeva dodatno pročišćavanje otpadnih voda.
Uklanjanjem stečenih i dodanih primjesa u iskuhavanju i bijeljenju postiže se veća hidrofilnost i bjelina pamučnog pletiva. Hidrofilnost enzimatski predobrađenih pletiva je zadovoljavajuća, premda nešto manja od
one postignute tradicionalnim alkalnim iskuhavanjem. Optičkim bijeljenjem poveća se bjelina pletiva, dok
se omekšavanjem ona ne mijenja značajno.
Pamučna pletiva predobrađena alkalnom i neutralnom pektinazom imaju
znatno bolja mehanička svojstva od
alkalno iskuhanih. Valja istaknuti da
su pletiva predobrađena neutralnom
pektinazom manje oštećena od onih
predobrađenih u oštrijim uvjetima
alkalnom pektinazom, na što ukazuju
stupanj polimerizacije, prekidna sila,
koeficijent trenja i prošivljivost, bez
obzira koliko se slojeva pletiva šivalo. Šivanjem kroz veći broj slojeva
pletiva povećava se probodna sila šivaće igle, što je već poznato.
Omekšavanje dijelom oštećenog
alkalno iskuhanog pamučnog pletiva
poboljšava prošivljivost, ali nije dovoljno za postizanje zadovoljavajuće
prošivljivosti. Tim više je enzimatska
predobrada pamučnih pletiva nezamjenjiva.
A. M. GRANCARIĆ i sur.: Enzimatsko iskuhavanje pamučnog pletiva neutralnim
pektinazama - utjecaj na prošivljivost, Tekstil 58 (11) 537-545 (2009.)
544
Literatura:
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
Kütler H., B. Wulfhorst: Cotton,
Chemical Fibers International 39
(1989) October, E133-E155
Zulić D., A.M. Grancarić: Alkalne
pektinaze za iskuhavanje pamuka,
Tekstil 50 (2002.) 3, 128-135
Hardin I.R., J. Kim: Enzymatic
Scouring and the Cuticular Structure of Cotton. Book of Papers of
AATCC International Conference
& Exhibition (1998) 319-326
Etters,ć J.N.: Cotton Preparation
with Alkaline Pectinase: An Environmental Advance, TCC & ADR
1 (1999) 3, 33-36
Lange N.K. et al.: Biopreparation
– a Mild and Environmentally
Friendly Process for Cotton; 18th
IFATCC Congress, Copenhagen,
8-10 Sept 1999
Hsieh Y.L., M. Hartzell: Enzymatic Scouring to Improve Cotton
Fabric Wettability, Textile Research Journal 16 (1998) 4, 233241
Grancarić A.M. et al.: Enzymatic
Scouring for Better Textile Properties of Knitted Cotton Fabrics,
Journal of Natural Fibres 3 (2006)
2/3, 189-197
Bach E., E. Schollmeyer: Kinetishe Untersuchen zum enzymaztischen Abbau von Baumwollpektin, Textilveredlung 27 (1992) 3,
220-225
Bach E., E. Schollmeyer: Vergleich des alkalischen Abkochprocesse mit der enzymatischen Entfernung der Begleitsubstanzen der
Baumwolle, Textilpraxis Int.
(1993) 220-225
Grancarić A.M. et al.: Utjecaj obrade pamuka alkalnim pektinazama na prošivljivost pamučnog
pletiva, Tekstil 50 (2001.) 2, 5562
Hardin I.R., Y. Li: Enzymatic
Scouring of Cotton, Textile Chemists and Colorists 66 (1997) 8, 7176
Hardin I.R., Y. Li: Enzymatic
Scouring of Cotton, Textile Chemists and Colorists 67 (1998) 9, 2329
Etters J.N., P.A. Annis: Textile
Enzyme Use: A developing tech-
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
nology, American Dyestuff Reporter 87 (1998) 5, 18-23
Husain P. et al.: Biopreparation A New Industrial Enzyme Process. Book of papers, AATCC
International Conference & Exhibition (1999) 170-182
Hartzell M., Y.L. Hsieh: Enzymatic Scouring to Improve Cotton
Fabric Wettability, Textile Research Journal 18 (1998) 4, 233241
Grancarić A.M. et al.: Enzymatic
Scouring to Improve Cotton Knit
Fabric Sewability. Book of Proceedings, XLI IFKT Congress
(2002) Zagreb, 93-101
...: Enzymes for pretreatment,
CHT, Tubingen 2004
Tarbuk A. et al.: Interface Phenomena of Cotton Fabrics - Influence
of Pretreatment, Book of Proceedings of 37th International Symposium on Novelties in Textiles
(ed. Demšar, A. Simončič, B.
Možina, K. Jeler, S.), Ljubljana,
Naravoslovnotehniška fakulteta,
Oddelek za tekstilstvo (2006) CD
ROM
Grancarić A.M., A. Tarbuk, L.
Marković: Environmental Friendly Cotton Scouring; Book of 2nd
SEM - Environmental Management, Trends and Results (ed. Koprivanec, N., Kušić, H.); Zagreb,
Faculty of Chemical Engineering
and Technology, University of Zagreb (2007.) 221-226
Ujević D.: Problematika proizvodnje pletene odjeće, Tekstil 41
(1992.) 1, 19-23
Knez B., Tehnološke operacije
proizvodnje odjeće, Tekstilnotehnološki fakultet Sveučilišta u
Zagrebu, Zagreb 1990, 80-150
Knez B.: Tehnološki procesi
proizvodnje odjeće, Tekstilnotehnološki fakultet Sveučilišta u
Zagrebu, Zagreb (1993) 104-113
Ujević D.: Oštećenje očica u procesu šivanja pletene odjeće, Tekstil 40 (1991.) 10, 465-470
Poppenwimmer K.: Sewing Damage in Knitgoods - What Can be
Done? Melliand Textilberichte 12
(1980) 1004-1008
Poppenwimmer K., W. Benolt:
How Can Sewing Damage to Knit-
[26]
[27]
[28]
[29]
[30]
[31]
[32]
[33]
ted Fabrics be Avoided?, WST
Knitting Technic 3 (1981) 4, 282285
Stylios G., Fan, J.: An Expert system for the Prediction of Fabric
Sewability and optimisation of
Sewing and Fabric conditions in
garment manufacture, Ellis Horwood Ltd., Bradford (1991) 139147
Ujević D. et al.: Utjecaj omekšanog
pletiva na process šivanja pletene
odjeće, Tekstil 42 (1993.) 6, 326334
Ujević D. et al.: The Impact of
Softener on the Reduction of Sewing Needle Penetration Force and
the Incident of Loop Damages,
Fibers & Textiles in Eastern Europe 10 (2002) 2, 46-50
Ujević D. et al.: Ispitivanje oštećenja očica pletiva primjenom novog
mjernog uređaja, Tekstil 54 (2005)
10, 504-508
Grancarić A. M. et al.: Better
Sewability of Cotton Knit Fabric
Treated with Alkali and Neutral
Pectinase; Monograph - Innovative Materials & Technologies in
Made-up Textile Articles and
Footwear (eds. Frydrych, I.,
Pawlowa, M.), Lodz, Technical
University of Lodz, Faculty of
Material Technologies and Textile
Design, 2008, 98-103
Lima M.: FRICTORQ, A Novel
Fabric Surface Tester: A Progress
Report, 33rd Textile Research
Symposium at Mt. Fuji, Yamagugi, S., Suzono City, Japan, August
22-24. 2004
Lima M. et al.: FRICTORQ, a Novel Fabric-to-Fabric Friction Tester: from Concept to Prototype,
AED 2003, 3rd International Conference on Advanced Engineering
Design, 1-4 June 2003, Prague,
Czech Republic
Lima M., L. Hes: FRICTORQ,
Fabric Friction Tester: A Comparative Study with KES, 5th World
Textile Conference AUTEX 2005,
Portorož, Slovenia, June 2005,
Book of Papers, 802-808
A. M. GRANCARIĆ i sur.: Enzimatsko iskuhavanje pamučnog pletiva neutralnim
pektinazama - utjecaj na prošivljivost, Tekstil 58 (11) 537-545 (2009.)
545
SUMMARY
Enzymatic scouring of cotton knitted fabric with neutral
pectinases - the influence to sewability
A.M. Grancarić, D. Ujević*, A. Tarbuk, B. Brlobašić Šajatović*
It is well known that alkali scouring is ecologically and economically unfavorable; therefore in last few years new procedures of enzymatic scouring with
pectinases were investigated. The scouring with alkali pectinases results in
better sewability. Recently, the new neutral pectinases were introduced. In this
paper, the influence of these pectinases the cotton knitted fabric sewability
was researched, and compared to traditional alkali and alkali pectinase scouring, as well. Therefore, raw cotton knitted fabric was scoured in three different
ways – traditional with alkali, and enzymatic with two pectinases - BioPrep
3000L (Novozymes), alkali one and Beisol PRO (Bezema), neutral one;
bleached and softened. The influence of these treatments to wastewater quality and to cotton fabric properties such as hydrophilicity, degree of polymerization (DP), whiteness and needle penetration force are compared. Damage
of knitted fabric loops during sewing procedure through two and four layers,
which are closely connected with the values of sewing needle penetration force
and dynamic tension of the sewing thread, were measured on new developed
instrument which detects faults in samples of the knitted fabric by means of
sensors.
Key words: cotton knit fabric, bioscouring, wastewater, hydrophilicity, friction, sewability, needle penetration force
University of Zagreb, Faculty of Textile Technology
Department for Textile Chemistry and Ecology
*Department for Clothing Technology
Zagreb, Croatia
e-mail: [email protected]
Received April 2, 2009
Abkochen der Baumwollmaschenware mit neutralen
Pektinasen - Beeinflussung der Vernähbarkeit
Es ist allgemein bekannt, dass alkalisches Abkochen ökologisch und wirtschaftlich bedenklich ist. Deshalb werden in den letzten Jahren neue Verfahren
zum enzymatischen Abkochen mittels Pektinasen untersucht. Das Abkochen
mit alkalischen Pektinasen führt zu einer besseren Vernähbarkeit. Kürzlich
wurden neutrale Pektinasen eingeführt. In dieser Arbeit wird der Einfluss
dieser Pektinasen auf die Vernähbarkeit der Baumwollmaschenware untersucht und mit dem traditionellen alkalischen Abkochen und dem Abkochen mit
alkalischen Pektinasen verglichen. Folglich wurde die rohe Baumwollmaschenware in drei unterschiedlichen Weisen untersucht: traditionell und enzymatisch unter Einsatz von zwei Pektinasen - alkalischem BioPrep 3000L
(Novozymes) und neutralem Beisol PRO (Bezema). Das Gestrick wurde chemisch gebleicht und weich gemacht. Der Einfluss dieser Behandlungen auf
Abwässer, sowie auf die Eigenschaften des Baumwollgestricks wie Hydrophilie, Polymerisationsgrad, Weißgrad, Reibung und Durchdringungskraft der
Nähnadel wurde untersucht. Die während des Nähens durch zwei oder vier
Gestricklagen entstandenen Maschenbeschädigungen, die von der Durchdringungskraft der Stricknadel und der Spannung des Nähgarns abhängen, wurden
auf dem Messinstrument mittels Sensoren gemessen.
Copyright of Tekstil: Journal of Textile & Clothing Technology is the property of Croatian Association of
Textile Engineers and its content may not be copied or emailed to multiple sites or posted to a listserv without
the copyright holder's express written permission. However, users may print, download, or email articles for
individual use.

Download Report