DE60225850T2

DE60225850T2 - Behandlung von tierischen haarfasern mit modifizierten proteasen

Info

Publication number: DE60225850T2
Application number: DE60225850T
Authority: DE
Inventors: Artur Cavaco Paulo; Carla Joana Dos Santos Marinho Da Silva
Original assignee: Universidade do Minho
Current assignee: Universidade do Minho
Priority date: 2002-05-21
Filing date: 2002-05-21
Publication date: 2009-02-05
Anticipated expiration: 2022-05-22
Also published as: US20060121595A1; ATE390506T1; AU2002309359B2; AU2002309359A1; EP1507919B1; WO2003097927A1; EP1507919A1; DE60225850D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Kutikulaschicht von Tierhaarfasern zeigt bei der Betrachtung mit einem Mikroskop eine Schuppenstruktur. Das Verfilzen oder Schrumpfen dieser Textilerzeugnisse bei Naßverfahren mit einer starken mechanischen Bewegung beruht auf dem Überlappen dieser Schuppen, die den Kortex (inneren Teil der Faser) umgeben. Durch das Entfernen der Kutikulaschicht wird es möglich, die Neigung von Proteinfasern tierischen Ursprungs zum Schrumpfen zu eliminieren. Eine Möglichkeit einer Antifilzausrüstung wäre der Einsatz von proteolytischen Behandlungen zum Entfernen der Kutikulaschicht. Diese Behandlungsart ist seit dem Beginn des 20. Jahrhunderts extensiv, jedoch ohne große Fortschritte untersucht worden.
Die Gründe dafür beruhen hauptsächlich auf den folgenden Faktoren:

– Von Tieren stammende Haarfasern haben eine sehr unterschiedliche Zusammensetzung, die vom Ursprung, der Rasse, dem Klima und der Tierfütterung abhängen. Diese Vielfältigkeit der Tierfasern ruft eine unterschiedliche Empfänglichkeit für die proteolytischen Behandlung hervor.
– Aggressivere Behandlungen, um ein gleichmäßiges Antifilzverhalten bei allen Fasern hervorzurufen, verursacht folglich einen inakzeptablen Verlust der Festigkeit.
– Neuere Untersuchungen zeigen, daß die fehlende Reproduzierbarkeit der proteolytischen Behandlungen und der Abbau, der durch diese Behandlungen hervorgerufen wird, auf der Diffusion der Enzyme im Inneren der Tierfasern beruhen.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Das am häufigsten angewendete Verfahren, um aus Tierhaarfasern hergestellten Gegenständen eine Maßhaltigkeit zu verleihen, ist das INS/CSIRO Chlorine/Hercosett, das eine Behandlung mit einer starken Chlorsäure, gefolgt von der Anwendung eines Polymerharzes umfaßt. Dieses Verfahren führt zu einer besseren Schrumpfbeständigkeit, hat jedoch eine Anzahl von Nachteilen schlechtes Gefühl, begrenzte Haltbarkeit, Probleme beim Färben und, was gegenwärtig noch wichtiger ist, es erzeugt umweltschädlichen Abfall.
Einige Autoren haben Verfahren vorgeschlagen, um das Schrumpfen von Tierfasern, wie z. B. Wolle, zu verringern, die nicht zur Freisetzung von Substanzen führen, die für die Umwelt schädlich sind. Zu solchen Verfahren gehören die enzymatischen, sowie auch milde chemische Verfahren, wie Plasmabehandlungen bei niedrigen Temperaturen. Die Plasmabehandlung ist ein Trockenprozeß, der die Behandlung des Wollfasermaterials mit elektrischen Gasentladungen (sogenanntem Plasma) beinhaltet. Gegenwärtig bestehen ernsthafte Hindernisse, wie Kosten, Kompatibilität und Kapazität, für eine umfangreiche Kommerzialisierung des Plasmabehandlungsverfahrens.
Für die Behandlung von Wolle sind einige enzymatische Verfahren angewendet worden. Das Patent JP 6341067 beschreibt die Verwendung von wasserlöslichen, immobilisierten Proteasen für die Behandlung verschiedener Textilmaterialien, wobei das Enzym gewonnen und wiederverwendet werden kann. Dieses Patent beschreibt jedoch die Verwendung von Aktivierungsmitteln nicht, und folglich können in der Lösung auch ungebundene Enzyme vorliegen. Das Patent JP-A 51099196 beschreibt ein Verfahren zum Behandeln von Textilmaterialien aus Wolle mit alkalischen Proteasen. Das Patent JP-A 3213574 beschreit ein Verfahren zur Behandlung von Wolle mit trans-Glutaminase oder einer Lösung, die dieses Enzym aufweist. Die Patente US 6051033 beschreiben ein Verfahren zu Behandlung von Wolle oder Wollfasern mit einem proteolytischen Enzym und trans-Glutaminase. WO 98/27264 beschreibt ein Verfahren zur Verringerung des Schrumpfens von Wolle, das darin besteht, daß die Faserproben unter angemessenen Bedingungen für die enzymatische Reaktion mit Wolle mit einer Lösung von Peroxidase oder Oxidase in Kontakt gebracht werden. Das Patent US 6099588 betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Schrumpffestigkeit, das unter anderem zu Verbesserungen beim Gefühl, Aussehen und Verfilzen führen kann, indem nach der Behandlung mit einer alkoholhaltigen alkalischen Lösung proteolytische Enzyme in einer wäßrigen Lösung angewendet werden. Das Patent US 5,529,928 betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Wolle mit Antifilzausrüstung, einem weichen Gefühl und Schrumpfbeständigkeit, wobei eine anfängliche chemische Oxidation, gefolgt von einer Behandlung mit Protease und dem Erwärmen angewendet werden. Das Patent EP 134267 wendet ein ähnliches Verfahren an, wobei die Faser nach der anfänglichen oxidativen Behandlung mit proteolytischen Enzymen in Gegenwart eines Salzes behandelt wird. Das Patent EP 3.58386 beschreibt ein Verfahren zur Behandlung von Wolle, das aus einer proteolytischen Behandlung und einer oxidativen Behandlung (wie NaOCl) und/oder einer Behandlung mit einem Polymer besteht.
Die Notwendigkeit der Schaffung von umweltfreundlichen (ökologisch verträglichen) Verfahren mit besseren Leistungen als die gegenwärtig angewendeten industriellen Verfahren führt zum Bedarf nach neuen Verfahren, die eine gute Schrumpfbeständigkeit, Weichheit, ein gutes Aussehen und ein Antipillingverhalten verleihen. Deshalb wird hier eine neue Methodologie der enzymatischen Behandlung von Tierhaarfasern angegeben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft ein neues Antifilzverfahren zur Behandlung von Tierhaarfasern, das durch den Kontakt der Tierhaarfasern mit einer Lösung von Proteasen, die mit Glutaraldehyd und/oder γ-Aminopropyltriethoxysilan chemisch modifiziert worden sind, gekennzeichnet ist, so daß deren Molekulargewicht erhöht wurde, damit deren Diffusion im Inneren der Faser vermindert wird. Die Kutikula stellt den einzigen zugänglichen Teil für den proteolytischen Angriff dar, der für die Verbesserung von einer oder mehreren Eigenschaften der Wolle sorgt, wozu deren Verfilzen und Schrumpfen gehören, ohne daß das Innere der Fasern beschädigt wird.
Die angewendeten Methodologien zur Erhöhung des Molekulargewichts der Enzyme basieren auf der Verwendung eines löslichen Polymers mit Hydroxylgruppen, das mit γ-Aminopropyltriethoxysilan und/oder Glutaraldehyd aktiviert worden ist. Das Glutaraldehyd kann anschließend an eine andere Polymerkette, so daß ein Polymernetz entsteht, oder an eine verfügbare NH₂-Gruppe des Proteins gebunden werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Das Verfahren besteht in der Behandlung des Proteinmaterials mit einer Lösung modifizierter proteolytischer Enzyme. Es wurden von Sigma im Handel erhältliche Proteasen verwendet (Subtilisin-Art).
Das Immobilisieren erfolgte auf einem löslichen Polymer, Polyvinylalkohol (Sigma), mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 70000 bis 100000, wobei Glutaraldehyd (Aldrich), γ-Aminopropyltriethoxysilan verwendet wurde, und/oder Borax (Sigma) und Polyethylenglycol (Sigma) mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 10000.
Das Polymer wurde unter Erwärmen und Rühren als 6%ige Lösung (Gew./Vol.) in destilliertem Wasser gelöst, aktiviert und dann zu einer 2%igen (V./V.) Glutaraldehydlösung gegeben. Diese Lösung wurde 2 Stunden bei Raumtemperatur weitergerührt. Nach dieser Zeit wurde die Lösung für 24 Stunden in 0,1 m Acetat-Puffer, pH = 5,0, und danach für 20 Stunden in 0,05 m Acetat-Puffer, pH = 3,95, dialysiert.
Der entstandenen Lösung wurde das Enzympräparat in der gewünschten Konzentration zusammen mit PEG (1,25%) und Borax (0,05 μg/ml) in 0,1 m Acetat-Puffer, pH = 5,0, zugesetzt, und es wurde 8 Stunden bei Raumtemperatur weitergerührt. Diese Lösung wurde bis zur Verwendung bei 4°C gehalten. Der Immobilisierungsprozeß führte nicht zu irgendeinem signifikanten Aktivitätsverlust.
BEISPIEL 1:
BEHANDLUNG EINES TEXTILERZEUGNISSES AUS REINER WOLLE MIT PROTEASEN:
Proben eines Textilerzeugnisses aus reiner Merionwolle (für Tierhaarfaser bezeichnend) mit etwa 12 cm × 12 cm (jeweils etwa 3 g) wurden in einem Verhältnis von 1/20 (Gew./Vol.) in ein Aufnahmegefäß gegeben, das eine Lösung von Proteasen enthielt, die chemisch modifiziert worden waren oder auch nicht. Die Behandlung erfolgte über Zeiträume im Bereich von 4 bis 48 Stunden bei 37°C. Die Proben wurden der Lösung entnommen, gewaschen und luftgetrocknet. Dann wurden sie Tests unterzogen, um eine mögliche Beschädigung auszuwerten, die während der Behandlung hervorgerufen worden war.
Für die Auswertung der Qualität des Textilerzeugnisses und des durch das Wollbehandlungsverfahren hervorgerufenen Beschädigungsgrades wurde ein Qualitätstest angewendet, der auf Garner basiert (Garner W., Textile Laboratory Manual, Bd. 5 – Fibres, 3. Aufl., 1967). Es wurde bestätigt, daß die modifizierten Proteasen im Vergleich mit ungebundenen Proteasen keine Schädigung der Fasern hervorriefen. Die Kontrollbehandlung selbst (10 mM Acetat-Puffer, pH = 7,5) zeigte ein Ausmaß der Beschädigung, das größer als das war, das die Fasern aufwiesen, die mit modifizierten Enzymen behandelt worden waren.
Die Neigung des Textilerzeugnisses zum Schrumpfen wurde bestätigt, indem die Textilerzeugnisse (11 × 6 cm) dreimal für 60 Minuten bei 50°C und 20 U/min in destilliertem Wasser gewaschen wurden, das 50 μl Benetzungsmittel enthielt, und die Schrumpfung wurde anhand der Schwankung der Abmessungen der Probe gemessen. Es wurde bestätigt, daß nur die enzymatisch behandelten Textilerzeugnisse nicht zu einer deutlichen Schrumpfung führten.
Eine Gruppe von fünf Experten wertete das Gefühl und Aussehen des Textilerzeugnisses aus Wolle aus, wobei einer Verbesserung der Eigenschaften der mit Protease behandelten Textilerzeugnisse im Vergleich mit dem Kontrolltextilerzeugnis bestätigt wurde.
BEISPIEL 2:
BEHANDLUNG VON REINEN WOLLGARNEN MIT PROTEASEN:
Ähnliche Untersuchungen wurden bei Merinowollgarnen durchgeführt, wobei die folgenden Parameter verwendet wurden: Proben von reinem Wollgarn wurden in einem Badverhältnis von 1/20 (Gew./Vol.) in ein Aufnahmegefäß gegeben, das eine Lösung von Proteasen enthielt, die chemisch modifiziert worden waren oder auch nicht. Die Behandlung erfolgte über Zeiträume im Bereich von 4 bis 48 Stunden bei 37°C. Die Proben wurden der Lösung entnommen, gewaschen und luftgetrocknet. Dann wurden sie einem Test unterzogen, um eine mögliche Beschädigung auszuwerten, zu der es während der Behandlung gekommen war.
Für die Auswertung der Garnqualität und des Ausmaßes der Beschädigung, die beim Behandlungsprozeß dieser Faser hervorgerufen worden war, wurde ein Qualitätstest angewendet, der auf Garner basiert (Garner W., Textile Laboratory Manual, Bd. 5 – Fibres, 3. Aufl., 1967). Es wurde bestätigt, daß die Behandlung mit modifizierter Protease im Vergleich mit der Behandlung mit ungebundener Protease keine Schädigung hervorrief. Die Kontrollbehandlung (10 mM Acetat-Puffer, pH = 7,5) zeigte ein Ausmaß der Beschädigung, das höher als das war, das die Fasern aufwiesen, die mit den modifizierten Enzymen behandelt worden waren. Bei den Wollgarnen wurden Zug festigkeitstest durchgeführt, und es wurde bestätigt, daß nur die mit ungebundenen Proteasen behandelten Garne einen deutlichen Verlust der Festigkeit hervorriefen.
Die Schrumpfneigung wurde erfaßt, indem die Wollgarne dreimal für 60 Minuten bei 50°C und 20 U/min in destilliertem Wasser mit 50 μl Benetzungsmittel gewaschen wurden, und die Schrumpfung durch visuelle Feststellung des Verfilzens des Garns mengenmäßig erfaßt. Es wurde bestätigt, daß nur die enzymatisch behandelten Garne nicht zu einer Verfilzung führten.
Eine Gruppe von fünf Experten wertete das Aussehen der Garne aus und bestätigte ein besseres Aussehen der Garne, die mit Proteasen behandelt worden waren, im Vergleich mit den Kontrollgarnen.

Claims

Verfahren zur Antifilzausrüstung von Tierfasern, dadurch gekennzeichnet daß man die Tierfasern mit einer Proteasenlösung, die durch Glutaraldehyd und/oder γ-Aminopropyltriethoxysilan chemisch modifiziert worden ist, in Berührung bringt, um das Molekular-Gewicht der Fasern zu steigern, sodaß die Diffusion derselben im Innern der Fasern vermindert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bei dem das Aktivationsmittel Glutaraldehyd ist.
Verfahren nach Anspruch 1 wobei die modifizierten Proteasen an lösbaren Polymer gebunden sind.
Verfahren nach Anspruch 1 wobei die lösbaren Polymer in wässrigen Lösungen wie z. B. Polyvinylalkohol und/oder Polymer wie z. B. Hydroxylgruppen verwendet werden, als Träger bei der chemischen Veränderung von Proteasen.
Verfahren nach Anspruch 1 wobei das betreffende proteolitische Enzym ein Proteasenenzym ist.
Verfahren nach Anspruch 5 wobei die Serinprotease Subtilisin ist.
Verfahren nach Anspruch 1 wobei die Menge von Protease pro Kilo Wolle, Faser oder Haar zwischen 1 bis 1000 g steht.