1.2.4 Використання ферментів в процесі фарбування текстильних матеріалів. Переваги і проблеми

В даний час до текстильних матеріалів і виробів пред'являються особливі екологічні вимоги, відображені в стандарті ЕКО-ТЕКС-100 та інших системах оцінки якості текстильної продукції (ISO, DIN, AATCC), які діють в країнах ЄС та США. Ситуація, що склалася на світовому ринку, ставить перед вітчизняними виробниками текстильних матеріалів низку досить складних завдань з досягнення характеристик продукції, що задовольняють вимогам щодо її безпеки [24].

З точки зору екологічної чистоти найбільший інтерес представляють різні способи обробки текстильних матеріалів за допомогою ферментних препаратів. В порівнянні з традиційними для опоряджувального виробництва хімічними реагентами ферменти володіють цілим рядом переваг:

- на відміну від хімічних реагентів, активність яких проявляється, як правило, при достатньо жорстких умовах (наприклад, при температурі від 100 °С, тиску вище атмосферного, в кислому або лужному середовищі), природні каталізатори працюють в м’яких, «фізіологічних» режимах (при температурі 30-70°С, в середовищі, близькому до нейтрального);

- вузька направленість дії ферментів не викликає небажаних побічних реакцій, пов’язаних з деструкцією волокноутворюючого полімеру, що знижує якість обробки текстилю;

- специфічність дії ферментів на окремі компоненти дозволяє суттєво змінювати властивості волокнистих матеріалів та досягати зовсім нових обробних ефектів;

- технологічні процедури з використанням ферментів не потребують застосування спеціального обладнання;

- здатність ферментів працювати в м’яких умовах дозволяє суттєво знизити витрати на воду, пар, електроенергію і робить обробне виробництво економічно перспективним;

- ферменти легко розкладаються, що позитивно впливає на екологічну безпеку виробничих процесів і зменшує забруднення промислових стоків.

Відомо [25], що ступінь фіксації прямих і активних барвників на целюлозних волокнах не завжди буває високим і процес фарбування потребує вдосконалення. Тому використання біотехнологічних методів в операціях фарбування і друкування текстильних матеріалів є перспективним напрямком в цій області.

У роботі [26] показана ефективність застосування амілолітичних ферментів у процесах фарбування бавовняних і льняних тканин прямими й активними барвниками. Встановлено, що при додаванні у фарбувальну ванну ферментів і амінокислот, а також боровмісних сполук сприяє підвищенню нафарбованості бавовняної тканини водорозчинними барвниками на 15-20%.

Застосування амілолітичних ферментів – α-амілаз і целюлаз в процесах фарбування бавовняних і лляних тканин прямими і активними барвниками сприяє підвищенню нафарбованості тканин за рахунок модифікації їх поверхні. При цьому визначено, що будова молекули барвника впливає на активність і стабільність ферменту. Встановлено, що ферменти впливають тільки на сорбцію барвника волокном і не впливають на міцність зв’язку барвник-волокно [27]. Адсорбція водорозчинних барвників при фарбуванні матеріалів із природних волокон, яка регулюється рядом амілолітичних ферментів, забезпечує економію до 20% барвників [28].

Для інтенсифікації процесу низькотемпературного фарбування вовни активними барвниками в роботі [29] використовувалися інтенсифікатори, у якості яких був обраний ряд амінокислот і редокс-систем. Встановлено, що використання перерахованих вище добавок підвищує сорбцію застосовуваних активних барвників. Константа швидкості сорбції активних барвників вовняним волокном збільшується в присутності редокс-систем у 1,4-1,8 разів, а при використанні амінокислот – у 1,5-2,0 рази в порівнянні з фарбуванням при 100 ⁰С без інтенсифікаторів.

Фарбування текстильних матеріалів з білкових і поліамідних волокон кислотними барвниками традиційно відбувається при температурі кипіння розчину. Додавання у фарбувальний розчин амінокислот і ферментів дозволяє знизити температуру фарбування на 20°С, при цьому відбувається збільшення константи швидкості вибирання барвників в 2,0-2,5 рази в порівнянні з фарбуванням без інтенсифікаторів при 100⁰С, а також спостерігається підвищення сорбції барвників тканинами [20]. Встановлено, що ферментативний гідроліз волокна шерсті приводе не тільки до підвищення швидкості вибирання кислотних барвників і підвищення інтенсивності забарвлення тканин, а також до зниження валкоздатності чистошерстяної тканини в 1,5-2 рази. Дослідження поверхні шерстяного волокна, обробленого протеолітичними ферментами, показало значне руйнування поверхневого лускатого шару волокна, що й призвело до появи вищевказаних властивостей. При цьому зниження міцності чистошерстяної пряжі на розрив складає менше 20% [21].

Таким чином, на сьогоднішній день процес інтенсифікації фарбування волокнистих матеріалів крім традиційних способів може регулюватися введенням добавок ряду біологічних речовин (амінокислот і ферментів).

З огляду на економічні й екологічні фактори, такі як підвищення вартості енергоносіїв (пара, електроенергія), жорсткість вимог до екологічної безпеки як продукції так і виробництва, сучасний підхід до інтенсифікації процесу фарбування, а саме використання біокаталізаторів повинен стати визначальним.