효소 호발제

효소 호발제
Amylase 에는 α-형과, β-형이 있스나, 전분분해 효소로 유효한 것은, α- Amylase 인것으로 알려져 있다. 이 α- Amylase에는 맥아, 췌장, 세균성아밀라제 등이 있고, 종래에는 공업적 생산이 가능한 이유로 맥아아밀라제가 주로 사용되어 왔으나, 최근에는 내열성이 우수한 세균성아밀라제가 대량생산되므로 대분분의 생산현장에서는 이를 사용하고 있다.
세균성 아밀라제는 단독인경우 안정성은 65℃ 정도이나, 전분이 존재하는 용액에서는 활성도의 변화가 70℃ 이상에서도 나타나지않고 80℃ 에서는 15분 정도 처리로 10%의 활성도 저하를 나타내었다. 따라서 전분은 세균성아밀라제의 활성부가작용을 하는 것으로 생각되고, 이 외에도 K, Ca, Cㅣ, PO4 등과 같은 이온을 가진 무기염 NaCl, CaCl2, NaH2PO4 등이 활성부가작용을 하는 것으로 알려져 있다.

세균성아밀라제의 안정성에 영향을 주는 인자 ....

계면활성제와 중금속이온, 포르말린, 금속이온봉쇄제등도 안정성을 저해. 그러나 계면활성제 중에서 비이온 계면활성제는 효소의 활성저해작용이 매우 적으므로 침투제로 사용가능.
일반적으로 시판 세균성아밀라제에는 여러 가지 안정제와 활성부가제 등이 첨가되어 있기 때문에 현장에서 추가 할 필요는 없으나 특별히 내열성을 요구할 때는 NaCl 를 0.05 ~ 0.1 % 정도 추가하고 동시에 pH를 조절하면 효과적으로 단시간에 발호할수 있다. 일반적인 이야기 이지만 전분을 효소발호 할 때에는 반드시 발호전에 직물을 열탕 처리하여 팽윤 시켜서 완전한 호화상태로 만들어야 한다. 특히 저온발호를 하는 경우에는 더욱 중요한 작업이다. 호화가 불안전한 상태로 저온발호하면 전분분자는 그대로 생지에 잔류하여 문제를 일으킨다.

세균성 아밀라제에 의한 전분의 분해는 맥아아밀라제와 같이 일정한 전분의 분해한도가 있어 최종 생성물은 얻어지지않고 효소농도와 그 외 발호조건에 따라서 생성분해물은 변한다. 일반적으로 생성분해물은 각종 중합도를갖는 덱스트린과 글루코즈, 말토즈 등인데 글루코즈와 말토즈는 수용성이므로 분해물이 생지에 잔류하는 일이없으나 덱스트린은 중합도에 따라서 화화상태의 중합도가 다르고 중합도가 높은것은 발호 처리후 의 세정공정에서 생지로부터 제거가 어려우므로 일반적으로 세균성아밀라제에 의한 발호후의 세정은 충분히 고온에서 해야한다. 발호에 의해 생성한 덱스트린의 중합도는 요오드 정색반응으로 확인한다.

산화 호발

전분, PVA, CMC 등에 발호효과를 갖는 산화제로는 과산화수소, 아브롬산염, 과황산염 등이 있다. 이들 중 공업적으로 널리 사용되는 것은 과황산염인데 그 이유는 섬유의 분해방지, 작업의 안정성, 경제성 등이 다른 산화제에 비해 유리하기 때문.
과산화수소는 산화전위가 비교적 낮아 장시간이 소요되므로 특수한 경우를 제외하고는 사용하지 않음.
아브롬산염은 저온발호라는 장점 때문에 일시적으로 선호하였으나, 최근에는 공해문제, 경제성 등의 이유로 그다지 사용되지 않고 있음.

과황산염계 발효제
과황산염계에는 H2S2O8 과 H2SO5 가 있는데, H2S208 은 암모늄염, 칼륨염, 나트륨염 등이 있고 이들은 모두 분해해서 H2O2를 발생.
과황산암모늄을 예로 들어보면 (NH4)2S2O8 + 2H2O → 2NH4HSO4 + H2O2 로 됨.
이들은 산 ~ 중성영역에서는 안정하나 NaOH, Na2CO3 등의 알칼리성에서는 고온으로 처리하면 호제를 산화 시킨다. 이 중에서 칼륨염이 발호성과 생지의 팽윤성이 우수하다.
H2SO5 에는 칼륨염과 나트륨염이 있고 H2SO5의 분해에 의해 H2S2O8과 같이 H2O2를 생성한다
H2SO5 + H2O → H2SO4 + H2O2 로 비교적 높은 산화전위(1.45V) 갖음 따라서 셀룰로즈계 섬유에 상해를 일으킬 위험.

과산화수소계 발효제 ... 산화전위(0.812V) 생략
아브롬산나트륨 발효제 ... 산화전위 1.36 ~ 1.48 V. pH 8.5 이하에서는 자기분해를 일으키고 pH 9.0에서 반응속도가 가장 빠르나 그 보다 pH가 높아지면 점차 안정화되고 반응속도 저하 함.

알칼리, 산 호발제

생략

면직물의 발호

경사호제로 PVA가 보급되기 전에는 대부분 전분이 경사용 호제로 사용되었고, 기계도 현재와 같이 고속화가 아니고 특히 After waxing 과 같은 처리도 하지 않았으며, 염색가공도 최근과 같이 연속으로 가공하는 예가 없었기 때문에 발호공정이 불안정해도 장애로 나타나는 예가 적어 발호공정을 중요시 하지 않고 단순히 취급해 왔음. 즉 전분 발호제 중에 맥아형 α- Amylase 의 사용이 주류이고 발호방법도 배치법인 jigger 법, batch off 법, 또는 rope 상 침지법 등이 있었음.

맥아형 α -아밀라제에 의한 발호
열탕처리 2회, 능률이 나쁨, 용액 속에 침적되지 않고 공기와 접촉부분에 흑색 곰팡이가 발생하기 쉬운점. 발호를 연속적으로 하는 방법은 모소한 직물을 발호액에 침적시켜 60℃에서 40 ~ 60분간 J 박스 내에서 체류 시킨 다음 탕세와 수세를 걸처 0.5 ~ 1.0 % 황산용액을 보충시켜 상온에서 30분 정도 저장처리하여 발호의 완전화와 생지중에 잔존하는 산에 가용성분을 제거시켜 다음의 정련, 표백공정에서 장애물이 되는 성분을 제거해야 하는 어려움. 제외

세균성 α -아밀라제에 의한 발호
맥아형 α -아밀라제에 의한 발호법은 내열성이 떨어지는 데 비해, 세균성은 내열성이 높기 때문에 공업적으로 연속공정에 널리 사용중인 방법으로 추정.
효소반응은 일종의 화학반응이기 때문에 효소의 안정성 온도 한계에서는 반응속도와 온도의 관계는 Arrhenius(아르니우스) 의 식에 따름.
세균성 α -아밀라제의 전분분해 온도에 따른 속도 비율

* 적용사례) 75 ~ 80 ℃에서 20 ~ 30분 처리
100 ℃ 의 증기로 1분 처리, 증기처리 할때는 고농도의 발호용액으로 처리하는 것이 좋으니 현장의 사정에 따라 조정.
발호제의 사용 농도는 80 ℃ 일 때는 40 w.g.v (Wohlgemuth Value 로 효소역가를 표시. / 효소발호 용액 1㏄ 가 1 %의 가용성 전분용액 X ㏄를 호정화 시키는기를 측정해서 이 X ㏄를 w.g.v로 나타낸 값) 전후 100 ℃ 에서는 80 ~ 100 w.g.v 정도 사용 됨. 세균성 α -아밀라제에 의한 발호
는 전분을 완전 수용액 상태인 포도당으로 분해 시키는 것이 아니므로 발호후에 세정은 충분히 고온에서 탕세하여 직물로부터 완전히 제거 함.

산화 발호제에 의한 발호

산화 효과를 발휘하기 위해서 사용하는 알칼리는 면을 정련 시키는 작용을 하며 발호제를 충분히 분해시켜 발호작용을 하기 위해서는 알칼리를 발호제 양의 1/2량 이상 넣어 주어야 하나 발호제의 양에 대해 알칼리를 과량 투입하여도 전혀 문제가 없기 때문에 산화발호제를 사용하는 경우에는 일욕으로 발호, 정련할 수 있다.

* 처방 예)
산화발호제 0.5 ~ 2.0 %
NaOH 3 ~ 6 % 폴리에스터 / 면 혼방인 경우에는 100 % 면 처방에서 NaOH를 산화 발호제의 사용량에 대해 1/2 정도로 조절.

효소 - 산화 2단 발호 .... 전분과 PVA 가 병용처리 되었다면 산화 발호제를 사용하면 전분, PVA 양자를 동시에 제거 할 수 있다. 유화형 평활유제나 After Waxing 등의 유화성이 알칼리에 의해 파괴되어 직물에 부착하는 문제점은 , 사전 산화발호하기 전에 먼저 탕세하여 가능한 유지류의 유화분산효과가 강한 계면활성제를 병용 해서 충분히 처리하면 되지만 연속으로 처리하는 것은 어렵다. 따라서 이러한 경우에는 효소 - 산화 2단 발호 를 함.

(안: 2단 처리 예) : Lab 시험 계획
① 탕세 : 해리 (유화성이 우수한 비이온 계면활성제 병용)
② 효소발호 유지류 유화성이 우수한 비이온 계면활성제 병용, 세균성 α -Amylase 20 ~ 30 분 처리 / 처리온도는 시험 적용
③ 산화발호 ... 산화발호제 NaOH 용액에서 처리 (적용온도 시험) . 단 정련 동시 처리 시 에는 NaOH를 증가 시험적용.
기대효과 : (1) 유리간지 황색 전분검출(요오드 반응) 해결시 파지배합 대응 가능.(효율화)

▷ 방법(시험순서)

1. PM W.W 25 ℓ

2. oo지 + oo지 + oo지 / 10 % 20 ℓ , BDT 2,000 g (5 % 1 kg) 해리원료 준비

3. Sheet 50 g/m2 평량 시료채취 10 % 원료 g 채취 비이커 1,000 cc : 잔여원료는 보관
(1) 세균성 α -Amylase 20 ~ 30 분 처리 / 처리온도는 시험 적용 - 투입 ppm (25 kg / BDT 1.0 적용)

① 2.5 cc / 25 kg : 100 ppm 3매

② 3.75 cc / 25 kg : 150 ppm 3매

③ 1.25 cc / 25 kg : 50 ppm 3매

(2) 처리온도

① 35 ℃ 3매

② 45 ℃ 3매

③ 25 ℃ 3매

산화발호제 0.5 ~ 2.0 % (K2S2O8 or K2SO5 : 과 황산 칼륨염 류)
NaOH 3 ~ 6 % 폴리에스터 / 면 혼방인 경우에는 100 % 면 처방에서 NaOH를 산화 발호제의 사용량에 대해 1/2 정도로 조절.
(1) 산화제 0.5 % 125 g + NaOH 1 % 250 g (25 % Liq' 1 kg)
(2) 산화제 1.0 % 250 g + NaOH 2 % 500 g (25 % Liq' 2 kg)
(3) 산화제 0.5 % 125 g + NaOH 1 % 250 g (25 % Liq' 1 kg)