ハイドロキノンのラッカーゼ触媒重合を介した綿織物のキトサンによるバイオ着色

Chitosan-templated bio-coloration of cotton fabrics via laccase-catalyzed polymerization of hydroquinone.

• Rubing Bai
• Yuanyuan Yu
• Qiang Wang
• Jinsong Shen
• Jiugang Yuan
• Xuerong Fan

抄録

蛋白質繊維の染色に成功している従来の繊維染色法に代わる方法として、繊維織物の酵素着色の開発に関心が高まっています。しかし、未修飾の綿織物は、生合成染料の綿繊維への親和性が低いため、酵素触媒による染色は困難である。そこで、酵素触媒による染色性を向上させるために、キトサンを鋳型として綿織物をコーティングした。キトサンを鋳型とした綿織物を染色するために、ハイドロキノンのラッカース触媒を用いた新規かつ簡便なバイオ染色法を開発した。ラケース触媒を用いたハイドロキノンのキトサンテンプレートとの重合反応を紫外可視分光光度計を用いて反応液の吸光度を測定した。その結果、246nmに大きな共役構造に対応する紫外可視スペクトルのピークが現れ、酵素触媒反応の持続時間の増加とともに増加した。ラッカーゼ触媒による綿織物の染色に及ぼす様々な処理条件の影響を調べ、ラッカーゼ触媒による染色の最適なパラメータを決定した。フーリエ変換赤外分光スペクトルから、キトサンと重合ハイドロキノンとの間にH結合とシッフ塩基反応が形成されていることが明らかになった。走査型電子顕微鏡で観察したところ、染色された綿繊維の表面は対照試料に比べて非常に粗くなっていた。さらに、X線光電子分光法により、染色された綿繊維上にキトサン／重合ハイドロキノン複合体と重合ハイドロキノンが存在することが明らかになった。このキトサンを用いたアプローチは、綿織物や他のセルロース系材料の生物学的染色着色の可能性を提供するものである。

There is an increasing interest in the development of enzymatic coloration of textile fabrics as an alternative to conventional textile dyeing processes, which is successful for dyeing protein fibers. However, unmodified cotton fabrics are difficult to be dyed through enzyme catalysis due to the lack of affinity of biosynthesized dyes to cotton fibers. In order to improve the enzyme-catalyzed dyeability of cotton fibers, chitosan was used to coat cotton fabrics as template. A novel and facile bio-coloration technique using laccase catalysis of hydroquinone was developed to dye chitosan-templated cotton fabrics. The polymerization of hydroquinone with the template of chitosan under the laccase catalysis was monitored by ultraviolet-vis spectrophotometer on the absorbance of reaction solution. A significant peak of UV-vis spectrum at 246 nm corresponding to large conjugated structures appeared and increased with increasing the duration of enzymatic catalysis. The effect of different treatment conditions on the laccase-catalyzed dyeing of cotton fabric was investigated to determine their optimal parameters of laccase-catalyzed coloration. Fourier-transform infrared spectroscopy spectra demonstrated the formation of H-bond and Schiff base reaction between chitosan and polymerized hydroquinone. Scanning electron microscopy indicated that the surface of dyed cotton fiber was much rougher than that of the control sample. Moreover, X-ray photoelectron spectroscopy also revealed the existence of the chitosan/polymerized hydroquinone complex and polymerized hydroquinone on the dyed cotton fibers. This chitosan-templated approach offers possibility for biological dyeing coloration of cotton fabrics and other cellulosic materials.

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