一种利用纤维素酶改善棉针织物毛羽的方法
技术领域
本发明涉及一种棉针织物毛羽的改善方法，具体涉及一种利用纤维素酶改善棉针织物毛羽的方法。
背景技术
随着经济的发展，人们对物质生活水平的要求日趋提高，服装消费者在关注成衣面料内在各项指标外，同时对外观质量也提出了更高的要求，布面外观质量除颜色要均匀外，不同客户对光泽、纹路、布面平整度、手感等多方面也提出多种要求。棉或棉混纺(指采用一种或两种以上不同类混纺纱线所织成的布)或混织织物使用超过一定的时间后，外观看起来会变得灰暗且表面会起一些细小而柔软的绒毛。产生这种现象主要是因为棉纤维上附有微原纤，织物在编织和一系列的其它动作中，微原纤被暂时压了下去，但是在被使用的时候，微原纤向外伸展，这会使纤维沾上许多污物、油迹等，使得织物不再有以前光亮的色泽，变的黯淡无光再经过一段时间的反复磨损，由这种纤维织成的衣物表面会慢慢出现棉头、毛粒，外观变得不再顺眼，显得越发陈旧。无数棉与棉混纺或混织织物都会出现这些缺点。在实际生产过程中影响毛羽的因素较多，对毛羽的控制也较难。
毛羽不仅会让针织物布面表面变得难看，也会影响织物的其他方面的功能。如织物横档，主要表现为布面的稀纬、密路和拆痕，这些在任何的针织物中都会被称为一种疵点。这种疵点是织布工序中产生的布面纬向的残疵，与纬纱毛羽指数有着紧密的联系，根据指数不同而表现出明显的差异。同时，过多的毛羽会对织物的性能产生不良的影响，如织物的透气性、起毛起球性、吸水性等。同时也会影响用户对织物的一些感官体验，如表面有凹凸不平感、手感、摩擦性能等。
棉花，通常我们会简单的称其为棉。它是纺织染整行业的重要原料，很多公司则主要加工棉织物。棉纤维吸湿性好，在正常情况下，纤维可吸收周围大气中的水份；透气性佳，且同时具有柔软而保暖等特点，但棉也有属于它的缺点：例如不耐皱，缩水性差，易变形等特点。棉花是一年生植物，一般用于纯棉面料，也可用与涤纶混纺。它是由棉花种子上的表皮细胞通过不断的发育生长而成。棉纤维的生长周期大致可以分为三个阶段：即我们所知的伸长期、加厚期和转曲期。棉在纺织染整行业占有重要地位，拿很多公司来说，其中90％均为棉料生产，故棉纤维的重要地位不言而喻。中国是产棉大国，现阶段，在世界上我国的棉花产量已经名列前茅。我国大部分地区都可以种植棉花。主要有五大产区，以黄河流域和长江流域为主，还有排名相对靠后的西北内陆、辽河流域和华南棉区。
棉纤维主要由纤维素组成，纤维素是天然高分子化合物，纤维素的化学结构式是由α葡萄糖为基本结构单元重复构成，其元素组成为碳44.44％、氢6.17％、氧49.39％。棉纤维的聚合度在6000～11000间。此外，棉纤维还附有5％左右的灰质，蜡质等其他物质，称为伴生物，伴生物对纺纱工艺与煮漂精练、印染染色及后处理加工均有影响。
棉在生长的过程中自身在表面生成一种含脂肪蜡质，就是因为这种物质的存在，对棉纤维在纺纱过程中起到一定润滑保护作用，是棉纤维具有良好纺纱性能的原因之一，但在高温环境下，棉蜡容易熔融。所以棉布容易绕罗拉、绕胶辊。原棉经脱脂处理，吸湿性增加，吸水后重量可达本身的23～24倍。
在纺纱过程中棉纤维的纱线长度和诸多因素有关系，一般受棉花品种，生长环境以及后期加工的设备和工艺等影响较大。棉纤维的长度与纺纱工艺及纱线的质量有非常密切关系。一般长度越长、长度越整齐、短绒越少，可纺的纱越细、条干越均匀、强度越高，且纱表面光洁、毛羽少。
针织物印染加工前的坯布表面可以看到许多茸毛，这是由于纺纱过程中经纬纱毛羽暴露在布面形成的，同时织造时与织机的摩擦也可能将部分纤维头端拉到布面，使毛羽增多。在实际大货生产中主要可以通过纤维素抛光酶处理来达到改善毛羽的目的。利用纤维素酶对天然纤维具有高度的专一性和极高的催化效率等特点，纤维素抛光酶与天然纤维素纤维发生反应时，酶分子与纤维素纤维发生吸附的作用，再与之发生配位络合反应，形成中间络合物，促进纤维素分子键的苷键水解，使纤维素分子切断，再加上适当的机械摩擦力或利用水流对布面的冲力作用，从而有效去除本身结晶度不高的纤维表面茸毛(或微原纤)和纤维端头，从而达到布身毛羽光洁，纹路清晰，改善布身的柔软性和悬垂性效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用纤维素酶改善棉针织物毛羽的方法，能够实现棉织物毛羽的量化性改善。
本发明的技术方案为：
一种利用纤维素酶改善棉针织物毛羽的方法，采用抛光与染色一浴工艺，其特征在于，纤维素酶的浓度根据毛羽级别差和纱线支数、浴比、加工温度及加工时间确定，纤维素酶浓度根据如下模型确定：C浓度＝-0.0237×纱线支数-0.05173×浴比-0.03027×温度-0.62214×时间+0.626366×毛羽级别差+3.106193。
进一步地，毛羽级别差为改善目标毛羽级别与改善前毛羽级别的差值。
进一步地，纤维素酶浓度模型通过回归分析方法得到。
进一步地，影响因素纱线支数、浴比、加工温度及加工时间由实验结果分析确定(为了说明上的简要，非关键因素不再加以详细说明)。
进一步地，纱线支数优选20～50支；浴比优选7～20；加工温度优选50～60℃；加工时间优选1.25～2.25h。
根据实验和对实验结果的分析，确定纱线支数、浴比、加工温度和加工时间作为关键影响因素。
纤维素酶活力测试原理：羧甲基纤维素钠即CMC的水溶液具有一定的黏度，纤维素酶可以分解纤维素溶液，当纤维素在溶液中的浓度变低时，粘度也将与之降低；并且在相同的时间内，溶液的黏度降得越低，则纤维素酶活力越强。
温度对纤维素酶活力的影响如下：
表1温度对纤维素酶活力的影响
由表1和图1得出：随着温度的升高，CMC溶液的黏度越来越低，但当温度超过55℃时，黏度会逐渐升高，这说明随着温度的升高纤维素酶的活力越来越强，温度在超过55℃时活力会降低，因此纤维素酶的最适温度在55℃上下。
50℃及60℃条件下，不同纤维素酶浓度、不同抛光时间对毛羽的改善情况如下：
表2 50℃时不同纤维素酶浓度对毛羽的改善等级
从表2数据及图2得出：在50℃条件下，随着加工时间的延长，毛羽改善仍然很明显，且在相同加工条件下随着纤维素酶用量的增加毛羽改善明显，用量大到一定程度时改善程度不明显。
相同浴比及温度60℃下，不同纤维素酶用量在不同处理时间后的毛羽改善如表3所示：
表3 60℃时不同纤维素酶浓度对毛羽的改善等级
从表3数据及图3得出：在60℃条件下，毛羽的改善趋势基本与50℃条件下相同，但相同用量及相同加工时间会好于50℃。
不同浴比对毛羽的影响如表4所示。
表4不同浴比对毛羽的影响
由表4得出：由序号1，序号2和序号4得出，当纤维素酶的浓度不变时，随着浴比的增大，纤维素酶对纤维的作用效果越好；由序号1和序号3得出当按织物重量计算纤维素酶的用量时，随着浴比的增大，抛光效果会变差。
原因分析：纤维素酶直接作用与纤维本身，同一浓度条件下，浴比越大，染浴中相对于纤维的酶就越多，与纤维结合的机会越大，抛光效果会更好；同一o.w.f的条件下，由于浴比增大的原因，致使酶与纤维结合的机会减少，自然抛光效果会稍差。
不同支数对毛羽的影响如下：
表5不同支数对毛羽的影响
由表5和图4得出：在相同浓度纤维素酶的作用下，随着纱线支数变大，毛羽级别差越来越大，说明随着纱线变细，纤维素酶的抛光作用就越明显。
本实验采用的针织物布面毛羽测试仪能够测量不同结构针织物布面实际毛羽。因为纱线本身毛羽不均匀或织造过程中的摩擦不一致等，同一卷布不同位置的毛羽会有少许差异，因此为了减少测量误差，要求同一块小样上需要测试5个不同位置的毛羽，最后取平均值，从而确保较为精确的毛羽数据。其原理为：运用图像成像原理，利用摄像机将以一定速度运动着的布面边缘的毛羽的图像保存，然后通过系统后台数据转换，将图像信息数字化，再将数据传入软件系统，运用计算机简单处理对比数据，然后和预先设定的标准值进行比较，最终判定毛羽的级别，总共分1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，3.5，4.0，4.5，5.0九个级别。
具体回归方法如下：
表6纤维素酶抛光整理影响因素
回归分析概述
回归分析是一种处理变量之间相互关系最常用的统计方法，它以对一种变量同其他变量的相互关系的过去观察值为基础，并在某种精确度下，预测未知变量的值。用它来寻找随机性背后的统计数字。回归分析主要为研究确定变量之间的相互关系和相关程度，通过建立回归模型，得出相关程度，同时进行估计和预测等。
在回归分析讨论中，通常假定因变量服从正态分布。如果影响因素(自变量)只有一个，则称为一元回归或单回归。一元回归一般可分为两种，一元线性回归以及一元非线性回归，一元线性回归用直线描述，一元非线性回归用曲线描述。假如自变量有两个或两个以上，称为多元回归或复回归，它也可分为多元线性回归和多元非线性回归。
实际上大量的规律都表现为非线性关系。如常见的对数模型、指数模型、幂指数模型、双曲线模型、抛物线模型、正态分布模型等，这些都可以通过转换成为线性关系，从而利用最小二乘法进行回归拟合运算。
多元线性回归模型的建立
如果事物的变化受多种多样因素的影响，而面对较多的影响因素以及大量的数据，我们并不能判定哪些因素是主要因素，哪些是次要因素，以及因素与因素之间是否有交互作用，为了更全面且准确判断影响因素，一般可采用组建多元线性回归模型，或者将其转化为线性回归问题，如此便能够经过多元线性回归的系统来判断表明变量对相应变量的影响水平，从而分清各类影响因素的主次地位，探求解决问题的有效办法。
基于一个因变量y受n个自变量x1，x2，...，x3的假设，影响n组观察值为yi，x1i，x2i，..xki，i＝1，2，...，n。则多元线性回归方程表示为：
式中β0，β1，β2，…βk为待定参数，εi为随机变量。如果a，b1，b2，...bk分别为β0，β1，β2，…βk的拟合值，则回归模型为：
式中a为常数项，b1,b2,...bk为待定的偏回归系数(partial regressioncoefficient)。偏回归系数b(i＝1，2，...k)的意义是，当其他自变量xj(j≠i)都固定时，自变量x，每变化一个单位而使因变量y平均变化的数值。
根据最小二乘法原理，令多元线性回归方程的残差平方和最小，可求得a和bi(i＝1，2，...m)。
多元线性回归方程的残差平方和可以表示为
由求极值的必要条件得
由此可得到如下正规方程组
解此正规方程组，即可求得a和bi(i＝1,2,...m)。
如果令
则上述正规方程组可以变为
L11b1+L12b2+...+L1mbm＝L1y
L21b1+L22b2+...+L2mbm＝L2y
......
Lm1b1+Lm2b2+...+Lmmbm＝Lmy
以矩阵形式表示
则L·B＝F,B＝L-1F
若将矩阵L-1元素记为cik(i,k＝1,2,...m)则回归系数：
多元线性回归显著性检验：
方差检验法：
偏差平方和：
总偏差平方和：
总偏差平方和：
回归平方和：
残差平方和：
平均偏差平方和与自由度
总偏差平方和ST的自由度为:f＝n-1
回归平方和SR的自由度为：f＝m
残差平方和Se的自由度为：f＝n-m-1
三种自由度之间的关系为：fT＝fR+fe
各平均偏差平方和为:
用F检验法进行显著性检验：
服从F分布的自由度为(m，n-m-1)。在给定的显著性水平α下，从F分布表中查得Fα(m，n-m-1)，当F>F0.01(m，n-m-1)时，所建立的回归方程是高度显著，因此查表得当F0.01(m，n-m-1)≧F≧F0.05(m，n-m-1)时，所建立的多元非线性回归方程是显著的，当F0.05(m，n-m-1)≧F≧F0.1(m，n-m-1)时，所建立的回归方程在0.1置信度水平下显著，当F<F0.1(m，n-m-1)时，所建立的回归方程不显著。
表7多元线性回归方差分析表
根据表7数据，用电脑EXCEL进行回归分析，得出数据如表8所示：
表8线性回归数据
査表得：F0.01(5，56)＝3.119，因为F＞F0.01(5，56)，所建立的回归方程是高度显著。则回归方程为：C浓度＝-0.0237×支数-0.05173×浴比-0.03027×温度-0.62214×时间+0.626366×毛羽级别差+3.106193。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明能够根据棉织物毛羽级别的要求，精确地调整工艺参数，实现改善工艺的量化性控制，且经实验验证，可操作性强，精确度高，误差小。
(2)按照本发明的纤维素酶浓度输出公式计算的浓度应用于实际大货生产，成品基本能够达到客户要求。虽然部分布类会因为布种结构等原因出现一点误差，但均能控制在接受范围内。且纤维素酶用量低于现有生产统一要求用量，从而能够在降低成本的同时，保证针织物的胀破强力，达到了降低生产风险的要求。
附图说明
图1为温度对纤维素酶活力的影响结果图。
图2为50℃时不同抛光时间对毛羽的改善等级的影响结果图。
图3为60℃时不同抛光时间对毛羽的改善等级的影响结果图。
图4为不同支数对毛羽的影响结果图。
图5为本发明采用的针织物毛羽测试仪：1、测试平台，2、镜头，3、镜筒，4、紧急制动开关，5、测试用电脑。
图6为针织物布面毛羽等级标准样图。
图7为布面毛羽仪进入检测界面图。
图8为布样放置示意图。
图9为屏幕影像显示界面图。
图10为布面毛羽仪电脑操作界面图。
图11为纺织合约生产资料程序初始界面图。
图12为中样合约生产资料程序初始界面图。
图13为纺织煮布毛羽输入界面图。
图14为中样煮布毛羽输入界面图。
图15为大货生产纤维素酶输出界面图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明并不限于此。
本实验采用图5所示的毛羽测试仪测试布面毛羽，其原理：运用图像成像原理，利用摄像机将以一定速度运动着的布面边缘的毛羽的图像保存，然后通过系统后台数据转换，将图像信息数字化，再将数据传入软件系统，运用计算机简单处理对比数据，然后和预先设定的标准值进行比较，最终判定毛羽的级别，总共分1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，3.5，4.0，4.5，5.0九个级别。
首先定义大于2mm毛羽为长毛，小于2mm为短毛，对已评定为毛羽标准样版的样版，通过毛羽测试仪分别分析计算在2mm长度范围内外毛羽阴影面积占相对应总面积的比例记录，并将其对应的毛羽级别记录于系统。
其次，当我们把待测布样放置于测试平台时，通过机器带动布样的移动，同样可以得出一组2mm长度范围内外毛羽阴影面积占相对应总面积的比例，将其数据传至电脑系统，电脑通过运算判定阴影面积落在标准样版的哪个区间，通过四舍五入的计算方式，最终直接给出布面毛羽等级。
针织物布面毛羽等级标准样如图6所示。此针织物布面毛羽等级标准样版为根据过往客户提供样版以及对过往生产数据进行分析，由专业评定毛羽级别的专业人员评定，根据此标准版生产的成品大货，且得到普遍认同的毛羽品质，因此，设置此样版为评定毛羽的标准样。
取样步骤如下：
(1)准备要生产的坯纱所织成的平纹布以及煮布后的样版，然后将布版剪成A4大小样版。
(2)将客户样版剪成A4大小样板。
测量步骤
(1)打开影像灯光源。
(2)打开毛羽检测软件ImageView20170118，选择检测标准“标准值20161106”，输入操作员“01”，登录进入检测界面(如图7所示)，调节影像灯光源的亮度到微黄色为准。
(3)将待测布样按照径向折叠，再将折叠面用毛刷轻刷或用手轻磨折叠面使织物表面毛羽立起来。
(4)将折叠好的布样置于透明玻璃板下，观察计算机测量界面，调节布样位置，使测试布样折叠面尽可能与测量界面上下边界平行(如图8所示)。
(5)调节光源与测试布样之间的距离，即Z的大小使布样在屏幕上的影像尽量清晰(如图9所示)。
(6)点击自动测试(如图10所示)，测试完成后屏幕下方显示毛羽等级，记录毛羽等级并录入系统(路径：生产中心(织布)资料-输入针织工艺数据-输入煮布数据-修改)。
注意事项
(1)测试过程中若屏幕显示布样超过边界，应停止测试，调整好布样在测试界面的位置后重新测试。
(2)为确保测试结果的准确性每个布版应该至少测试5次，取平均值作为测试结果。
实施例1
一种利用纤维素酶改善棉针织物毛羽的方法，采用抛光与染色一浴工艺，具体工艺如下：支数为30，浴比为7，加工温度为50℃，加工时间为1.25h，毛羽级别差为1.2，纤维素酶的浓度模型C浓度＝-0.0237×纱线支数-0.05173×浴比-0.03027×温度-0.62214×时间+0.626366×毛羽级别差+3.106193计算可得，纤维素酶的浓度为0.4g/L。
实施例2
一种利用纤维素酶改善棉针织物毛羽的方法，采用抛光与染色一浴工艺，具体工艺如下：支数为40，浴比为7，加工温度为50℃，加工时间为2.0h，毛羽级别差为2.7，纤维素酶的浓度模型C浓度＝-0.0237×纱线支数-0.05173×浴比-0.03027×温度-0.62214×时间+0.626366×毛羽级别差+3.106193计算可得，纤维素酶的浓度为0.8g/L。
实施例3
一种利用纤维素酶改善棉针织物毛羽的方法，采用抛光与染色一浴工艺，具体工艺如下：支数为40，浴比为7，加工温度为50℃，加工时间为2.0h，毛羽级别差为2.7，纤维素酶的浓度模型C浓度＝-0.0237×纱线支数-0.05173×浴比-0.03027×温度-0.62214×时间+0.626366×毛羽级别差+3.106193计算可得，纤维素酶的浓度为0.8g/L。
为验证模型的精确度，使用程序如下：
将已经建立的纱线煮布毛羽数据库程序链接生产系统，程序的使用介绍如下：
a.程序初始界面，(如图11和12所示)：
现程序显示客户已下单或研发自主开发的布类生产数据资料(如图11)以及大货即将生产的布类生产数据资料(如图12)：
按标准缸型，标准配方煮布，煮布后按标准测量手势测量每块布样毛羽，在系统中找到相对应的合约与布类或中样编号，点击“修改”按钮，将已煮布的布类对应的毛羽输入生产系统(如图13及图14)，待生产大货时直接电脑系统抽取数据。
b.抛光整理中纤维素酶的输出界面
纤维素酶的输出，需要参考所生产针织布种类，所用染色工艺以及生产前后所需达到的毛羽级别差等数据。
例如，以26S/1精棉平纹布为例，首先系统会判别此单是否有毛羽改善的加工要求，若有，则系统根据此张订单的合约号查找是否有做中样，若有中样，则可取数煮布毛羽等级；若没有则自动跳转到纺织系统中查找此合约布类的煮布毛羽；其次，再从系统中取出客户要求毛羽等级；最后系统会根据纱线种类，毛羽级别，染色温度，抛光整理时间通过电脑后台系统运算计算出纤维素酶的种类及用量并在开工作单界面显示(如图15)：
模型验证
为验证纤维素酶浓度输出模型的准确性，从工场随机抽取需做抛光的订单，评价煮布后毛羽与客户来样毛羽等级，用纤维素酶浓度输出公式计算浓度，如表9所示：
表9纤维素酶浓度输出验证
注：
布类1：20S/1精棉平纹布
布类2：26S/1精棉平纹布
布类3：30S/1普棉1X1罗纹布
布类4：30S/1精棉+20D氨纶平纹布
布类5：40S/1精棉+20D氨纶平纹布
布类6：40S/1精棉双面布
布类7：16S/1普棉平纹布
布类8：40S/1精棉1X1罗纹布
布类9：32S/1精棉+70D氨纶灯芯布
布类10：32S/1精棉+30D氨纶平纹布
由表9能够得出：按照纤维素酶浓度输出公式计算的浓度应用于实际大货生产，成品基本能够达到客户要求。虽然部分布类会因为布种结构等原因出现一点误差，但在接受范围内。从以上可以得出此模型用于纤维素酶浓度输出，能够满足实际大货生产要求，且纤维素酶用量低于现生产统一要求用量，从而能够在降低成本的同时，保证针织物的胀破强力，达到了降低生产风险的要求。
