天然彩色棉的物理性质及其产品开发

天然彩色棉的物理性质及其产品开发

摘 要

天然彩棉虽已有较长时间的种植历史，但是由于其产量低、纤维长度短、强力低等原因，长期以来发展缓慢。近年来人们崇尚绿色环保、健康和节约能源，随着现代基因工程技术广泛应用于育种技术，天然彩色棉的综合品质才得到明显改善和提高。天然彩色棉具有日久不褪色特点，在纺织加工中，不仅无需漂染等传统工艺处理，不会产生环境污染，也不会有任何化学物质残留，即从种植到成衣实现了“零污染”。在国际上,天然彩色棉被列为“生态纺织品”、“天然纤维之冠”, 为适应这一发展趋势,我国近几年对天然彩色棉在纤维测试、彩棉鉴别、高支纺纱、最佳工艺、面料开发、色彩搭配、织物后整理工艺、色牢度、洗涤方法以及服装款式等方面进行了全面探索与实践，成功地纺制出16s至60s各类普梳纱、精梳纱、气流纺纱等十几个品种,并开发了府绸、牛津纺、绒布和小提花弹力牛仔布、彩条T恤面料、棉毛布、罗纹布、毛圈割绒布等几十个品种的面料及服装。

天然彩色棉现阶段的研究主要从远缘杂交和基因工程方面进行,主要目的是扩大颜色范围,提高纤维品质。天然彩色棉纺织品作为一种生态纺织品或绿色纺织品,是目前最能通过“绿色护照”ISO1400认证的产品,实现在国际上畅通无阻。天然彩色棉可以广泛应用于棉纺织行业和针织行业,生产高档环保衬衫、T恤针织面料等,对纺织行业结构调整、增加出口、西部的经济发展都有积极的推动作用。

1 天然彩色棉的研究现状

天然彩色棉自古有之,例如秘鲁的赭色和红砖色棉；墨西哥的红棕色、黄色和驼色棉；美国的铁锈色棉；我国的土红色棉等。但因其纤维品质较差,未能得到推广应用。

当今世界上研究彩色棉的主要国家有:中国、美国、法国、前苏联、秘鲁、澳大利亚、以色列、巴基斯坦、印度、巴西,其中产量较大的国家有:美国、秘鲁、中国。前苏联已经培育成功各种颜色的彩色棉: 如墨绿色、褐色、紫色等。尽管各国的科学家培育出各种颜色的彩色棉,但考虑纤维品质,目前彩色棉的生产应用主要为绿色系列和棕色系列[1]。

和白色棉相比,天然彩色棉产量低、品质差。如现有天然彩色棉种的衣分率差异较大，最高可达32%左右，最低的只有20 %左右，大部分低于25%。另外，彩色棉纤维长度短，比强度低，细度差，成熟度不够好，虽然各国通过各种方式选育出的彩色棉新品系纤维品质得到了很大的提高，但仍然未从根本上改变纤维品质差的状况。

天然彩色棉纤维的色素不够稳定，颜色种类少，尽管世界许多国家的科学家都在对天然彩色棉进行研究，并选育出了各种色彩的天然彩色棉新品系，但是纤维色素不够稳定，一是有色纤维曝光后色泽变淡或均匀全退色，二是天然彩色棉后代分离出有色、白色、中间色等纤维类型[2 ]。目前天然彩色棉纤维色泽稳定的只有棕色、绿色系列两种类型。

天然彩色棉品种混杂退化，天然彩色棉品种在繁殖、加工和栽培过程中，隔离措施不严格，常会在形态性状等方面引起变异，降低种子纯度。

我国天然彩色棉纤维品质如表 1 所示。

我国天然彩色棉的纤维长度偏短，纤维强度偏低，马克隆值低，整齐度差异大。在天然彩色棉中，棕色棉纤维具有与白色棉接近的纤维长度、强度和马克隆值，绿色棉具有较低的强度和马克隆值[3 ,4 ]。 美国天然彩色棉的纤维品质如表2所示。

天然彩色棉的色彩浓淡随马克隆值而变化，具有较低马克隆值的色彩较高。浅肉桂色棉具有中等的长度和平均强度，具有和深肉桂色棉一样的马克隆值，但更成熟，所以生长的较细。深肉桂色棉长度短、强力低，比其他纤维粗，但在相近的细度时，未成熟度稍低。香槟色棉的强力明显好于平均值，长度相当长，马克隆值是四种棉中最高的。虽然香槟色棉像浅肉桂色棉一样较细，但比其他棉更成熟、更粗。绿色棉具有中等的纤维长度、平均值以下的强度和低的马克隆值。绿色棉比其他棉花更细和不成熟，因此纤维较细。绿色棉的马克隆值范围比其他棉的范围大[5]。

2 天然彩色棉的产品开发

在纺纱方面，天然彩色棉大多属于细绒棉范畴，长绒棉较少。天然彩色细绒棉适纺高于1415tex (40S) 的精梳纱，天然彩色长绒棉适纺高于 917tex (60S)

的精梳纱。因为纤维较短，纺纱过程中落棉多，天然彩色棉纺纱的原料成本高。由于彩色棉成纱物理指标较差，使其可纺纱号受到限制。在成品方面，天然彩色棉最适宜的是开发婴幼儿服装、童装系列产品； 其次是贴近皮肤的纺织品和服装系列产品； 第三是开发孕妇用系列产品； 第四是开发休闲装系列产品； 第五是开发无毒保健功能型系列产品； 第六是开发某些军需纺织品和邮政纺织品等。我国在天然彩色棉细薄织物的开发方面取得了一定的成绩。目前，国内用天然彩色棉开发的纺织品有: 毛巾、浴巾、方巾、毛巾被、线毯、床品、内衣、内裤、T 恤衫、文化衫、背心、衬衫、睡衣、文胸、休闲服、婴幼儿系列服装等等。

2.1.1 天然彩色棉的纺纱工艺

由于天然彩色棉的物理指标差，外观质量差 ,纺纱过程中需采取一定的技术措施以保证成纱质量。下面按工序进行简要介绍[6 ,7 ]。

(1) 在开清棉工序: 应依据“均匀混合、早落少碎、多松少打、渐进开棉”的原则，将打手改为梳针打手，减少打手道数，适当调整打手速度，达到减少纤维损伤，提高产品均匀度，控制棉卷定量的目的。

(2) 在梳棉工序: 需降低锡林、刺辊速度，以减少对纤维的损伤。适当降低棉卷定量，从而降低锡林、盖板针面负荷。采用紧隔距、强分梳的工艺，适当减少锡林、盖板间的隔距，使得浮于锡林、盖板间的纤维减少，避免纤维的揉搓，有利于减少棉结的产生。提高盖板速度，增强盖板除杂效果，减少棉结杂质。减少锡林、道夫隔距，提高道夫转移率可减少棉结。

(3) 在精梳工序: 由于天然彩色棉纤维较短 ,短绒较多，应适当减少精梳落棉隔距，使落棉率控制在22%以内。

(4) 在并粗工序: 并条机应适当减少罗拉隔距、降低罗拉速度，粗纱机采取重加压的方法，可有效减少绕花和集聚现象，控制条干均匀度。适当增加粗纱捻系数，可减少粗纱断头和烂纱，保证生产正常进行。

(5) 在细纱工序: 应注意优选牵伸工艺，适当提高细纱捻系数，改善成纱条干均匀度、成纱强力，同时降低纱线毛羽，减少断头。

2.1.2 天然彩色棉的织造工艺在织造部分，主要应重视浆纱工序。由于天然彩色棉纱成本比较高，采用片纱上浆方法损耗大 ,浪费多，织轴纱线排序易乱，不利于织造的进行。为了减少损耗，织轴花型排列顺畅，提高生产效率，一般采用绞纱上浆[8 ]。织造的工艺流程为:

天然彩色棉纱的纤维含有棉籽壳、脂肪、蜡质等天然杂质，经过少量浸透剂的适当煮练，去除这些杂质，提高纱线的洁净度和吸湿性能，有效地改善了纱线条干和上浆效果，满足后道加工的要求。渗透剂可以选择脂肪醇聚氧乙烯醚 (J

FC)，它属于非离子表面活性剂，完全符合环保助剂的要求。传统的纯棉纱上浆多采用淀粉和 PVA 的混合浆 ,但 PVA 降解困难，对环境造成污染，为了保证天然彩色棉制品的无污染性，采用全淀粉上浆配方。采取“高浓低粘、小张力、被覆浸透兼顾”的工艺原则，达到提高纱线可织性的目的。在织造时，适当调整上机张力，降低断头率；采用“早开口迟投梭”工艺，提高梭口清晰度，有效地减少开口不清造成的疵点。

2.1.3 天然彩色棉织物的生态整理传统上，使用氧化剂去除棉籽壳，以防止因残留杂质较多导致色泽明亮度不足，致使产品品质和档次降低，效益下降。但天然彩色棉织物遇碱色变严重，在氧化剂的作用下，其天然色彩极易被分解。为解决这一问题，需摒弃常规工艺，而从酶处理工艺上着手[9 ,10 ]。淀粉酶与碱性果胶酶混合进行退浆煮练，水洗后用纤维素酶抛光工艺，效果较好，优于淀粉酶退浆然后用果胶酶与纤维素酶的混合酶煮练处理。生物酶具有容易失去活性和容易清除的优点，在印染整理加工中运用全程生物酶处理不但体现开发天然彩色棉的初衷即“绿色环保”，而且还能创造社会效益和经济效益。渗透剂脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC) 用于酶退浆中，可以减少酶与底物的结合力，阻止酶在底物上固定，提高酶活，并且降低棉织物表面张力，帮助酶向微孔和裂缝中渗透，在有利于发挥催化作用的位置上排列。当酶催化作用完成后，它还会对酶的催化起抑制作用，节省酶的消耗。天然彩色棉织物经生态整理后，色泽加深，除日晒牢度 3 级以外，皂洗、摩擦、汗渍牢度均可达到 4～5 级； 失重、强力损失小于常规处理；

毛效可达到11～14cm/30min；柔软度好于常规整理；起毛起球可达到 4～5 级。在天然彩色棉织物的生产过程中，我们较多用到的表面活性剂是: 柔软剂、渗透剂等。有机硅柔软剂是一种高档的柔软剂，其中硅油乳液、羟基硅油、氨基聚硅烷等都属于环保型柔软剂。可以用于棉纱上浆和织物柔软处理。

3 结语

(1) 目前，天然彩色棉的研究主要从远缘杂交和基因工程等方面进行，主要目的是扩大颜色范围，提高纤维品质。目前天然彩色棉纤维色泽稳定的只有棕色系列、绿色系列两种类型。同白色棉相比，天然彩色棉产量低、品质差； 天然彩色棉纤维的色素不稳定、颜色种类少； 天然彩色棉品种易混杂退化。但我们相信，随着各国科研人员和育种专家的努力，天然彩色棉的颜色将会不断丰富，纤维品质将会不断提高，最终会接近甚至超过白色棉。

(2) 天然彩棉纺织品作为一种生态纺织品或绿色纺织品，在经济效益和社会效益方面有着其他纺织品不可替代的优势，符合当今世界环保和回归自然的潮流。因此它是目前最能通过“绿色护照”ISO1400 认证的产品，实现在国际上畅通无阻。

(3) 天然彩棉可以广泛应用于棉纺织行业和针织行业，生产高档环保衬衫、T恤针织面料。天然彩色棉制品价格比普通纺织品高 3～6 倍，且加工设备无需做改造，因此可在纺织企业顺利推广，并可带动相关产业的发展。对纺织行业结构调整，增加出口都有较大的促进作用。

(4) 目前能够培育和种植天然彩色棉的地区主要集中在我国西部，尽快开发成品，促进高科技农业的成果转化，符合西部大开发的战略决策，对西部的经济发展有着积极的推动作用。

参考文献

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[4] 莫俊，李金枫，陈利民，焦明钰，宋武. 天然彩色棉—新彩棉3号 [J].中国棉花，2002，(8) : 111。

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