1

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PREMESSA

Questo elaborato prende in considerazione la preparazione alla tintura di

tessuti di cotone, confrontando un metodo tradizionale di sbozzima, purga

alcalina e candeggio , con un trattamento di preparazione alla tintura di

tipo enzimatico.

In questo progetto sono stati coinvolti allievi di una classe quinta,

specializzazione tessile dell’I.T.I.S. che hanno valutato delle prove

effettuate su tessuti ortogonali realizzati su telai dei laboratori della scuola

stessa e su un tessuto a maglia.

Il progetto originario nato durante una lezione di chimica tessile, avrebbe

dovuto avere come argomento la stampa devorè.

Durante una lezione di chimica tessile ci si era infatti chiesti se si potesse

applicare questa tipologia di stampa su un tessuto cellulosico al 100%,

proteggendo con una opportuna sostanza un filo di ordito ed uno di trama

corrodendone un altro sempre in ordito e in trama. In un primo momento si

era quindi pensato di applicare il processo di corrosione ad un tessuto

doppio alternato proteggendo uno strato con una sostanza opportuna e

intaccando l’altro.

Un’alternativa più semplice rispetto alla struttura precedente prevedeva

invece un’ alternazione 1/1 sia in ordito che in trama; in pratica ad un filo

protetto veniva affiancato uno non protetto cosi anche per la trama, in

modo da poterne distruggere solo una serie.

Uno dei problemi che abbiamo però riscontrato fin dall’inizio era trovare un

prodotto che proteggesse un elemento, che fosse ecologico e che

presentasse caratteristiche applicative economiche.

Abbiamo perciò contattato un’azienda tessile specializzata in trattamenti su

fili e filati per lavorazioni particolari che per i nostri scopi aveva ipotizzato

l’uso di un filato protetto da acido polilattico ma difficilmente reperibile.

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Abbiamo perciò pensato di utilizzare una sostanza amidacea da poter

essere usata come bozzima e quindi facilmente applicabile sul nostro ordito

e sulla trama; impiegando poi una cellulasi per corrodere il filo non protetto

sia in trama che in ordito

Abbiamo perciò testato la capacità di una cellulasi acida di corrodere

completamente dei filati cellulosici su tre campioni di tessuti ortogonali: due

di cotone aventi pesi e fittezze diverse, ed uno di viscosa; sono stati estratti

anche dei fili dal tessuto di viscosa e introdotti in una provetta, per

evidenziare meglio l’azione corrosiva della cellulasi acida.

Dalle prove effettuate abbiamo constatato che la cellulasi non è in grado di

“sciogliere” completamente un filato di cellulosa in un tessuto ortogonale.

Per quanto riguarda i fili di viscosa estratti dal tessuto, si sono

effettivamente dissolti, ma in tempi molto lunghi, non compatibili quindi con

tempi di lavorazione in una ipotetica stampa devorè.

Abbiamo perciò deciso di seguire un altro percorso basato sempre

sull’utilizzo di enzimi nei trattamenti tessili, ed in particolare nel trattamento

pretintoriale del cotone.

Ci siamo di conseguenza rivolti alla ditta Lamberti spa che di Albizzate(va).

Questa industria è nata nel 1911 per la produzione di ausiliari chimici per

tintura e finitura tessile.

Negli anni ’50 la società ha ampliato la sua gamma di prodotti ed avviato

una diversificazione delle attività a favore di nuovi settori produttivi, come il

cuoio e la ceramica.

Negli anni ’60-’70 si è affermata come una delle maggiori aziende chimiche

italiane e negli anni ’80 ha iniziato la produzione di fotoiniziatori e della

carbossimetilcellulosa.

Oggi Lamberti è affermata come gruppo chimico a livello mondiale con la

fondazione di Lamberti USA (Texas), Lamberti South Africa,Lamberti

Indonesia ed unità produttive in Cina e molte altre non meno importanti.

Grazie all’ aiuto del dottor Galante ed agli addetti dei laboratori “divisione

tessile ricerca e sviluppo centrale Lamberti spa”, siamo stati ospitati una

giornata nella loro sede e abbiamo confrontato su tessuti ortogonali e a

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maglia un processo tradizionale di sbozzima, purga alcalina e candeggio sul

cotone, con un trattamento di preparazione alla tintura di tipo enzimatico,

secondo i due schemi sotto riportati.

Processo tradizionale

Sbozzima con amilasi → Purga alcalina con NaOH → Candeggio con H2O2

Processo enzimatico

Sbozzima + Purga enzimatica → Candeggio con H2O2 e trattamento con

catalasi per l’eliminazione di H2O2 Da questo semplice schema è già evidente che il percorso tradizionale

prevede tre tappe di lavorazione, mentre quello enzimatico permettendo di

unire sbozzima e purga enzimatica ne prevede solo due.

Prima di descrivere però nel dettaglio le operazioni effettuate riteniamo di

dover aprire una parentesi riguardo la natura degli enzimi ed il loro utilizzo

nel campo tessile.

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GLI ENZIMI

Gli enzimi possono essere classificati come dei bio-catalizzatori organici

solubili (proteine con attività catalitica), prodotti da organismi viventi, che

agiscono in modo specifico su un determinato substrato. Molti enzimi sono in

grado di catalizzare reazioni chimiche anche in assenza delle cellule che li

hanno prodotti, a condizione di operare in determinate condizioni di

temperatura e di pH; sono caratterizzati da un’elevata specificità per il

substrato, ciò significa che ogni enzima può agire su un solo tipo di legame

chimico in un determinato composto, inoltre essendo biodegradabili hanno

un impatto ambientale inferiore rispetto ad altri prodotti di lavorazione.

I tipi di enzimi usati nelle applicazioni industriali nell’industria tessile sono

molteplici;

amilasi per sbozzimatura, cellulasi per biopolishing o stonewashing, catalasi

per l’eliminazione di acqua ossigenata, proteasi per seta e lana, perossidasi

per ossidazione dei coloranti, pectinasi per la purga enzimatica del cotone

grezzo in alternativa al tradizionale trattamento con soda caustica ad alta

temperatura.

L’ amilasi

L’uso delle amilasi batteriche per la sbozzimatura è un’applicazione ben

conosciuta. Questi enzimi mostrano specificità per il legame 1, 4 α-

glucosidico dell’amido, ma non attaccano il legame 1, 4 β-glucosidico della

cellulosa; infatti, la diversa configurazione del legame glucosidico nell’amido

rispetto alla cellulosa fa si che i due polimeri naturali, pur essendo entrambi

composti chimicamente da glucosio, abbiano proprietà fisiche, chimiche,

perfino nutrizionali molto differenti. Esistono anche le amilasi

termoresistenti fino a 95° C , che presentano buona compatibilità con

prodotti chimici ausiliari (imbibenti, disperdenti ecc.) e stabilità in un ampio

intervallo di pH.

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Le cellulasi

Le cellulasi sono enzimi che hanno un ruolo fondamentale nella

biodegradazione della cellulosa. Nel campo tessile non si vuole ovviamente

degradare la cellulosa, ma modificare le fibre cellulosiche in maniera mirata

e limitata in funzione del processo in cui vengono applicate. Le cellulasi

vengono perciò utilizzate per:

• lo stone-wash enzimatico dei capi in denim

• il biopolishing, ovvero la defribillazione superficiale dei tessuti o dei

capi confezionati (prima o dopo tintura)

• le rimozioni delle imperfezioni della fibra o del cotone immaturo o

morto

• la modifica della mano e l’ammorbidimento permanente del tessuto

• il miglioramento della qualità di stampa

• un possibile incremento dell’affinità tintoriale

Le proteasi

O H R R

// \ | |

R-CH-C N-CH-COOH → R-CH -C-NH - CH-COOH

| \ / | | | NH2 OH H NH2 O

↓ ↓

H2O Legame peptidico

Le proteasi vengono utilizzate su fibre proteiche come lana e seta. Questi

enzimi specifici per l’idrolisi delle proteine sono in grado di idrolizzare il

legame peptidico tra amminoacidi adiacenti. Nel campo tessile vengono

usate nella sgommatura della seta. Se eseguita con molta attenzione la

sgommatura enzimatica permette di evitare danni ed indebolimento della

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fibra ottenendo una colorazione più uniforme. Nel trattamento della lana

l'uso di enzimi tende a svilupparsi più lentamente a causa della grande

complessità strutturale della fibra. E’ possibile ottenere comunque con

preparazione enzimatica a base di proteasi effetti come:

• ammorbidimento e modifica della mano

• antipilling e pulitura superficiale

• migliore drappeggio

• migliore confort.

Per quanto riguarda un eventuale proprietà anti-feltrente degli enzimi i

risultati ottenuti indicano che pur ottenendo una limatura delle scaglie, il

trattamento con proteasi non conferisce proprietà anti-feltrenti alla lana.

La catalasi

Le catalisi vengono utilizzate per l’eliminazione dell’H2O2 dopo il candeggio.

Questo enzima catalizza la decomposizione del perossido d’idrogeno in acqua

e ossigeno secondo la reazione

2H2O2 → 2H2O+ O2

L’uso delle catalasi nell’eliminazione dell’ H2O2 dopo il candeggio permette di

evitare ripetuti cicli di risciacquo con un notevole risparmio di acqua, minor

scarico di prodotti chimici nelle acque reflue ed abbrevia i tempi del processo

di tintura susseguente; il trattamento con l’enzima viene effettuato nel primo

bagno di risciacquo.

La pectinasi

L’utilizzo che si fa di questo enzima nel campo tessile è l’operazione di purga

enzimatica: il processo di purga (scouring) ha per obiettivo la rimozione del

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materiale non cellulosico dalla superficie della fibra di cotone, responsabile

della sua idrofobicità, affinché la fibra possa assorbire i trattamenti

successivi Il processo può essere condotto in condizioni blande di pH e di

temperatura, seguito da un risciacquo a caldo.

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I TESSUTI UTILIZZATI

La struttura del tessuto, realizzato nel nostro laboratorio, ha le seguenti

caratteristiche:

Il telaio utilizzato è il modello α della Promatech raffigurato nella figura

sottostante: una macchina per tessere a pinze negative con microprocessore

per il controllo delle varie funzioni.

Altezza in pettine

(doppio subbio)

(172 – 1 - 172) cm

Denti/cm pettine

12,63

Fili*dente pettine

2

Licci

8+2 cimosse, rimettaggio seguente

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Elementi componenti il tessuto: campione tessuto:

Ordito Ordito Trama Trama

1 2 1 2

Natura degli elementi cotone cotone cotone cotone

Colore greggio greggio greggio greggio

Titoli (Nec) 23 23 22 49

Fittezze 30 30 25 21

9,9 10,7 4,7 3,9 Rientri %

10,3 4,3

Altezze

Tessuto finito 166

Tessuto in pettine 173

Fili totali 9960

Massa tessuto

Al metro in ordito 172

Al metro in trama 80

Al metro quadro (g) 252

Al metro lineare 418

Le due tabelle riportano i dati tecnici del tessuto che doveva essere utilizzato

in un primo progetto e di quello effettivamente utilizzato per la prove

enzimatiche.

Elementi componenti il tessuto: campione tessuto:

Ordito Trama

1 1 Natura degli elementi cotone cotone Colore greggio greggio Titoli (Nec) 16 17 Fittezze 26 17 Rientri % 9,8 3,6

Altezze

Tessuto finito 166 Tessuto in pettine 172 Fili totali 4316

Massa tessuto Al metro in ordito 172 Al metro in trama 221 Al metro quadro (g) 393 Al metro lineare 652

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TRATTAMENTI EFFETTUATI

In laboratorio abbiamo tagliato i campioni di tessuto e predisposto dei

processi di: sbozzima con amilasi, sbozzima + purga alcalina, sbozzima +

purga enzimatica e sbozzima + candeggio per poi effettuare le diverse prove

e confrontare tra loro i risultati ottenuti sia in termini di efficacia sul

substrato che in termini di tempi necessari per condurre tali processi

Sbozzima enzimatica

In questo primo processo i campioni di cotone sono stati sottoposti ad un

trattamento con amilasi

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Dopo aver risciacquato e asciugato i campioni abbiamo calcolato quanta

bozzima è stata tolta dal tessuto e quanta ne è rimasta. Per valutare il

risultato abbiamo usato la scala Tegewa

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Purga alcalina

In questa operazione i campioni di cotone sono stati sottoposti a purga

alcalina: questo processo tradizionale di purga, utilizza soda caustica ad alte

temperature; la soda caustica però non essendo specifica, rimuove più

materiale del necessario e può danneggiare la cellulosa, causando

fibrillazione, perdita di peso e di tenacità. Richiede inoltre alti consumi di

acqua in risciacqui, deve essere neutralizzata con acidi, con formazione di

sali scaricati negli affluenti, è dannosa per la persone e per l’ambiente

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Sbozzima+purga enzimatica

La purga enzimatica idrolizza i componenti non cellulosici responsabili

dell’idrofobicità del cotone, mediante un processo di degradazione specifico

in condizioni blande di ph e temperatura La preparazione enzimatica o

bioscouring del cotone è un alternativa biochimica alla tradizionale purga

chimica eseguita con soda caustica calda, che presenta quegli aspetti

negativi già menzionati.

Inoltre è possibile abbinare i due processi di sbozzima e purga in quanto le

condizioni d’uso sono compatibili per entrambi gli enzimi (amilasi e

pectinasi), in modo tale da attuare un solo processo anziché due.

I vantaggi della purga enzimatica rispetto all’alcalina sono molteplici.

Possiamo citare per esempio un minor consumo di soda caustica, di acqua,di

tempo macchina ed energia, la completa compatibilità con sbozzima

enzimatica eseguendo il tutto in un solo passaggio, è adatta per tinture di

toni scuri, ove può essere evitato il candeggio, è sicura per l’ambiente e gli

operatori.

Inoltre si possono riscontrare una maggior integrità sulla fibre, minor

perdita di peso e resistenza, miglioramento della mano, minor tendenza a

fibrillare ed a formare pillino e un’ottima idrofilia.

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Di seguito sono riportati i campioni sottoposti al processo di purga alcalina e

a quella enzimatica

Come si può notare si ottiene lo stesso grado d’idrofilia (drop test) anche

con il trattamento esclusivamente enzimatico.

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Candeggio e trattamento con catalisi

I tessuti sbozzimati e purgati sono stati candeggiati e trattati con catalasi

per eliminare l’H2O2.

� Candeggio classico con acqua ossigenata e trattamento con catalasi

per l’eliminazione dell’acqua ossigenata residua.

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Prima di fare il trattamento con la catalasi abbiamo verificato se era rimasta

sul tessuto H2O2 : per fare questo abbiamo usato cloruro titanile e poi

abbiamo confrontato il risultato con la scala T

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Nella foto sotto riportata sono raffigurati i campioni candeggiati in cui è

ancora presente H2O2.

I provini sono stati

trattati con catalasi

che degrada l’ H2O2

secondo la reazione:

2 H2O2 → 2 H2O + O2

è così possibile

rimuovere dal tessuto

i residui di

candeggiante e

diminuire il numero dei risciacqui con conseguente risparmio d’acqua.

Per questo processo si scarica il bagno, si lava a caldo a circa 80-85°

utilizzando un disperdente, per eliminare eventuali residui di grassi e cere; si

lascia riposare cinque minuti, si scarica il bagno.

Si prepara un nuovo bagno a ph neutro e si porta a 40-45°: si aggiunge

l’enzima catalasi e si lascia agire per 10-15 minuti.

Si ricontrolla con

cloruro di titanile

l’eliminazione di H2O2

e a questo punto è

anche possibile

tingere nello stesso

bagno.

Dopo trattamento con catalasi.

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� Candeggio con bianco ottico

Il candeggio bianco ottico serve per i tessuti che non devono essere tinti

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Bruciapelo enzimatico

Le cellulasi possono anche essere impiegate come precedentemente detto

per un bruciapelo enzimatico:

Su un campione di tessuto a maglia è stato quindi effettuato un bruciapelo

enzimatico con cellulasi (bio-polishihg), che rimuove la peluria superficiale e

le fibrille morte. Se alla cellulasi viene associata una blanda azione

meccanica si ottiene un miglioramento della mano, del drappeggio e della

brillantezza.

I risultati ottenuti sono visibili nella foto sotto riportata: a destra il tessuto

originario, a sinistra il campione dopo trattamento con celllulasi.

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CONCLUSIONI

Con le prove effettuate abbiamo potuto verificare che l’impiego di enzimi,

nei processi di preparazione del cotone alla tintura, dà risultati

qualitativamente molto buoni: infatti oltre ad aver dimostrato un’ottima

efficacia nei trattamenti effettuati, gli enzimi essendo caratterizzati da

specificità di substrato, salvaguardano maggiormente la fibra rispetto a

reagenti chimici non specifici.

Per quanto riguarda l’utilizzo di NaOH va evidenziato che con l’impiego di

enzimi si ottiene una drastica riduzione dei quantitativi di soda caustica

impiegati, poiché la pectinasi è usata in alternativa all’idrossido di sodio; di

conseguenza non è necessario neutralizzare con acidi i bagni alcalini prima di

riversarli nell’ambiente.

Globalmente si riscontra anche una riduzione dei tempi di lavorazione

(possibilità di unire sbozzima e purga in un solo processo), minor consumo

di acqua e come ultima osservazione, va messo in evidenza che tutti gli

enzimi sono biodegradabili e quindi non comportano processi di depurazione,

con conseguente risparmio economico sul trattamento delle acque reflue.

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Bibliografia

� Biotecnologia moderna e industria tessile

Y.M. Galante – Gruppo Lamberti (Albizzate)

� Enzimologia nel tessile, Biopreparazione del cotone ed uso

degli enzimi nell’industria tessile

Y.M. Galante da “La Chimica e l’Industria” (aprile 2001)

� Applicazioni degli enzimi nell’industria tessile

Y.M. Galante, Ricerca e Sviluppo – Centrale Lamberti S.p.a.

Albizzate

� Biopreparazione enzimatica e tinture in bagno unico

E. Gheller – M. Luoni.

M. Giani, Y.M. Galante – Tessile Division and Central R e D dept.

Lamberti s.p.a.

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Indice

Premessa pag. 2 Enzimi pag. 5 Tessuti utilizzati pag. 9 Trattamenti effettuati pag. 11 Conclusioni pag. 22 Bibliografia pag. 23