杆菌全细胞催化聚酯织物的改性#
张卫玲，张健飞*
基金项目：2007-2010 国家博士点基金（20070058004）；天津市应用基础及前沿技术项目（09JCZDJC26400）
作者简介：张卫玲（1983-），女，博士研究生，主要研究微生物/酶处理涤纶. E-mail: zhangweiling1983@163.com
（天津工业大学先进纺织复合材料教育部重点实验室，天津 300160）
5 摘要：聚酯涤纶是纺织领域最常用的合成纤维之一。但其服用舒适性较差，外观美感不足，
不能成为理想的服用纺织品，因此对其进行改性。本文从废水中筛选获得有效降解聚酯单体
对苯二甲酸的菌株，对其进行驯化后，用于全细胞催化聚酯织物的改性。结果表明，改性处
理后织物的亲水性、抗静电性得到一定程度的提高；抗起毛起球性能得到很好的改善；电镜
照片显示织物纤维表面产生了一些裂痕。
10 关键词：纺织化学；杆菌B-F；全细胞；聚酯纤维；改性
中图分类号：TS 195.6
Whole-cell bacteria catalyzed modification of polyester
fabric
15 ZHANG Weiling, ZHANG Jianfei
(Tianjin polytechnic university, Tianjin 300160)
Abstract: Polyester Polyester is a synthetic fiber textile is one of the most commonly used. But take
comfort poor aesthetic appearance is not enough to become the ideal clothing textiles, so its
modification. This effectively screened from the wastewater biodegradable polyesters of terephthalic
20 acid monomers strain its domestication, for the whole-cell catalyst modified polyester fabric. The
results showed that the hydrophilic modification of the fabric, antistatic improved to some extent;
anti-pilling performance is very good improvement; electron microscope images show the surface of
the fabric fibers some cracks.
Key words: Textile chemistry; Bacillus BF; whole-cell; polyester fiber; modified
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0 引言
聚酯作为一种服用纤维，在合成纤维甚至整个服用纤维领域，占有重要的地位。它具有
良好的物理机械性能和化学稳定性，但是紧密的分子结构及化学组成，也使其具有许多缺点，
如高度的疏水性，较差的抗静电性和抗起毛起球性，从而影响其美观及舒适性，使其不能成
30 为一种高端的服用纤维[1]。为了解决聚酯纤维的上述缺点，需要对其进行改性。常用的改性
方法有：化学法，物理法和生物法。其中生物法条件温和，成本合理，有利于实现工业化生
产[2]。
全细胞催化技术是目前国内外生物化学研究的热点问题，它利用微生物全细胞体系催化
反应，省去了生物酶提取的繁琐过程，有利于保存生物酶活力[3]。
35 全细胞催化聚酯纤维改性的难点在于有效的微生物的筛选，本实验探索从废水中分离具
有降解聚酯单体能力的微生物，对其进行驯化，掌握其生长及催化规律，繁殖大量菌体，用
于处理聚酯纤维，测试改性处理后纤维的各项性能。
 1．实验材料与设备
1.1 材料
杆菌40 B-F：从废水中分离获得；聚酯纤维：从上海市标准局购得；各种化学试剂：从天
津科密欧试剂公司购得。
1.2 仪器与设备
空气浴振荡仪，生化培养箱，灭菌器，可见光分光光度计（VIS-723 型，上海精密科学
仪器有限公司），紫外分光光度计（UV2401，日本岛津公司），双头织物起毛起球测试仪
45 （GB/T4802.1-199,山东省安邱纺织仪器厂），接触角测试仪（承德实验机有限责任公司），
抗静电测试仪（S-5109，日本SHISHIDO ELECTRO STATIC LTD）
1.3 培养基
微生物生长繁殖所需培养基应包含其生长所需的微量元素和基本的碳源[4]，本实验中所
用培养基为选择性培养基，依靠TA 提供碳源，并加入酵母浸出粉作为有机氮源，用于驯化
50 微生物，并获得较大量的菌体，使其具有更好的催化改性能力。具体成分如表1 所示。
表1 培养基成分
Tab. 1 The component of the culture medium
成分 浓度
NH4Cl 1.0g/L
KH2PO4 3.0g/L
Na2HPO4 7.0g/L
NaCl 0.5g/L
MgSO4·7H2O 0.25g/L
CuSO4·5H2O 40μg/L
H3BO3 0.5μg/L
FeCl3·6H2O 0.2μg/L
MnSO4·5H2O 0.4μg/L
ZnCl2 0.4μg/L
(NH4)6Mo7O24·7H2O 0.2μg/L
TA 1.0g/L
酵母浸出粉 1.0 g/L
1.4 方法
55 1.4.1 菌株的培养
将分离的菌株在上表所列培养基中培养至对数期，并转接几次，获得大量菌体。
1.4.2 全细胞催化聚酯织物的改性
取适量的聚酯织物，紫外线灭菌后，加入到培养好的菌悬液中，于37℃振荡处理6 天，
每隔一天补加1.0g/L 的TA，并取样待检测。处理结束后，将处理液置于沸水浴中5min，灭
60 活菌体，然后温水洗，超声波清洗，充分去除附着在纤维表面的菌体，织物晾干后待做各项
测试。
1.4.3 聚酯织物改性效果的测试
（1） 织物亲水性：通过毛细效应和水接触角测试反应织物的亲水性。
 （2） 织物抗静电性：通过静电半衰期的测试，反应织物导电性。
（65 3） 织物起毛起球性能：通过摩擦起毛起球测试，观察织物产生毛羽情况。
（4） 织物纤维的形态变化：通过电镜观察织物纤维微观形态的变化。
2．结果与分析
2.1 聚酯织物亲水性变化
聚酯纤维是疏水性纤维，导致织物的服用性能较差，在聚酯的改性中，大多数是通过改
70 变聚酯表面的分子结构，使其亲水性得到改善。为了检验微生物对织物的改性作用，测试处
理后织物的亲水性，通过两个指标反应：织物的毛细效应及织物的水接触角，测试结果如下
表2 所示：
表2 织物亲水性变化
Tab. 2 The changes of the hydrophilicity
试样编号毛细效应 /cm 水接触角 (°)
0# 1.1 89.7
1# 1.4 77.4
2# 1.9 72.3
3# 2.4 67.0
4# 2.9 62.4
5# 3.2 58.9
6# 3.7 55.8
75 Remark:
Sample 0: Fabrics that were not modified.
Samples 1~6: Fabrics that were modified for 1~6 days by enzymes.
由表中数据可见，织物的毛细效应和水接触角两个指标均表明，随着处理时间的延长，
80 织物的亲水性逐渐增强，全细胞催化纤维表面的苯环基团水解，产生了亲水性基团，织物的
亲水性逐渐增强[5]，这将有助于改善织物的服用舒适性。
2.2 聚酯织物抗静电性的改善
由于聚酯织物吸湿性和导电性均很差，服用时易产生静电，影响织物的美观及舒适性，
抗静电性能的改善是聚酯纤维改性的一个重要方面[6]。静电半衰期是反映织物抗静电性能的
85 重要指标，半衰期越小，表明织物的抗静电性能越好，生物处理后，聚酯织物的静电半衰期
变化如表3 所示：
表3 织物的抗静电性
Tab. 3 the anti-static property of the fabric
试样编号 静电半衰期/s
0# 139.8
1# 119.1
2# 99.7
3# 77.5
4# 59.6
5# 48.7
6# 36.4
90 Remark: Samples were described below Table 2
 表3 中数据显示，经过不同时间的生物处理，织物的静电半衰期有明显减小，抗静电性
能有明显的改善，主要是因为生物处理改变了聚酯织物的亲水性，使织物表面产生的静电荷
更容易导泻。但处理后织物的静电半衰期仍然偏高，有待进一步改善。
95 2.3 聚酯织物起毛起球性能的改变
聚酯织物纤维间抱合力小、纤维的强度高、伸长能力大，故纤维容易滑出织物表面，一
旦在表面形成小球后，又不容易很快脱落[7]，起毛起球现象严重，影响美观。起毛起球测试
结果表明：未经生物处理的空白试样，起毛起球效果严重，摩擦后织物表面形成大量毛羽及
小球；经过生物处理的织物表面抗起毛起球效果明显好转，特别是经过6 天处理之后的试样，
100 织物表面抗起毛起球效果良好，将摩擦后织物表面起毛起球状况与标准样照相比较，其起毛
起球等级可评定为最高的5 级。表明生物酶处理能够很好地改善织物的该项性能，推测其主
要原理在于微生物酶能够分解纤维表面的部分基团，降低织物表面纤维的强力，同时使织物
结构表面平滑，从而不容易产生毛羽，毛羽也不容易纠结起球，织物的抗起毛起球性能提高。
2.4 织物纤维表面形态变化
105 经过全细胞催化改性后，织物表面的形态变化如下图1，图2 所示。电镜照片中可见，
织物表面产生了一些刻蚀的裂痕，表明微生物对织物具有一定的刻蚀作用[8]。
图1 未改性织物纤维的表面形态
110 Fig. 1 The surface image of the fabric before modification
 图2 改性后织物纤维的表面形态
Fig. 2 The surface image of the fabric after modification
115 3．结论
全细胞催化对聚酯织物具有一定的改性作用，处理后织物的亲水性得到一定程度的改
善，抗静电性能有所提高，起毛起球性能得到很好的改善，纤维表面微观形态发生了一定的
变化。表明全细胞催化对聚酯纤维的表面处理具有一定的效果，为聚酯的改性提供了新的思
路。