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1、天然彩色棉纤维,主 要 内 容,彩棉的历史彩棉的概况彩棉的结构与性能特征产品开发存在问题,彩棉的历史,天然彩色棉自古有之，棉花的祖先，野生棉纤维常常带有棕褐色或其他颜色。几千年来，美洲的印第安人一直种植天然彩色棉。野生彩色棉经过长期的栽培、驯化、选择后就一直被人们种植和利用，我国一些古代的农书上就有关于天然彩色棉的记载。据报道，1819世纪（大约明、清）我国种植过的一种天然彩色棉花，用其纤维手工加工的纺织品被称作紫花布。紫花布是大众衣料，产地为江南地区，尤以上海松江生产的最著名。1819年出口到美洲、欧洲及东南亚等地的上海松江棉布和江浙一带的紫黄色棉花纺织成的紫花布就达330多万匹，曾是公元1
2、8、19世纪风靡英国的绅士时髦服装。,这种天然有色的紫花布颜色质朴，在历史上深受手工纺织者欢迎和大众的喜欢。但是至20世纪初期，天然彩色棉的商业性种植在亚洲、非洲、中美洲、南美洲基本上销声匿迹，只能在基因库中找到作为资源的种子标本，仍保留少量种植的只有美国路易斯安纳州的法国人后裔部落，以及居住在秘鲁北部的莫奇卡印第安人。现在世界范围内已有的棕色、绿色两大色系天然彩色棉是从20世纪60年代末、70年代初起由科学家用远缘杂交及现代育种技术对原始有色棉改良而成。,彩棉的历史,彩棉的概况,天然彩色棉花简称“彩棉”。它是利用现代生物工程技术选育出的一种吐絮时棉纤维就具有红、黄、绿、棕、灰、紫等天然彩色的
3、特殊类型棉花。用这种棉花织成的布不需染色、无化学染料毒素，质地柔软而富有弹性。耐穿耐磨、穿着舒适，有利人体健康。因不需要染色，所以可大大降低纺织成本，防止了普通棉织品对环境的污染。进 入上世纪八九十年代，世界上不少国家都投巨资进行彩棉育种研究与开发，形成了世界性的彩棉热。目前世界上研究彩棉的国家有：美国、秘鲁、澳大利亚、以色列、巴基斯坦、印度、土耳其、中国等27个国家。,我国于1994年开始彩棉育种研究和开发，已育出了棕、绿、黄、红、紫等色泽的彩棉。中国农科院棉花研究所培育的棕絮1号和新疆天彩科技股份有限公司开发的天彩棕色9801，在国际彩棉品种改良中处领先地位，这两个品系于1998年用于大田
4、生产和产品开发。2000年天彩科技公司开发彩棉达8万余亩。2001年全国彩棉种植面积突破20万亩，成为世界上最大的彩棉生产国。新疆中国彩棉集团的彩棉产量占到中国的95，世界的50左右。彩棉将使21世纪全世界的棉花种植、棉花纺织、服装、外贸出口等领域发生重大变化。未来30年内全球棉花总产量的30将被彩棉替代，21世纪全世界将有60%-70%的人口使用彩棉。,彩棉的概况,新疆彩棉,彩棉的概况,彩棉的概况,新疆彩棉,彩棉1号：2.5跨距长度29.43mm、比强度21.86cN tex、马克隆值3.4、整齐度48.13、伸长率7.6%。絮棕色，短绒棕色。彩棉2号：2.5跨距长度28.33mm、比强度2
5、0.05cNtex、马克隆值3.6、整齐度48.88、伸长率8.1%。絮棕色，短绒棕色。彩棉3号：2.5跨距长度27.6-28.23mm、比强度13.88-16.6cNtex、马克隆值2.52-2.8,整齐度45.76、伸长率8%。絮色为草绿色，短绒绿色。,新疆彩棉,彩棉的概况,彩棉4号：2.5跨长26.32mm、比强11.57-3.71cN/tex、马克隆值2.45-2.6，整齐度44.72、伸长率7.7。絮色为绿色，短绒绿色。彩棉5号：半部平均长度26.85mm，比强度2.55cN/tex，马克隆值3.4，整齐度指数81.58%，伸长率8.3。絮色棕而透红，短绒棕色。,白色棉：2.5跨长2
6、8-31mm、比强度19-23cN/tex、马克隆值3.7-5.0，整齐度49-52。,新疆彩棉,彩棉的概况,天然彩色棉的结构与性能特征,主要特征（1）彩色棉制品有利于人体健康，亲和皮肤，对皮肤无刺激，符合环保及人体健康需求。以其“绿色、生态、环保”的鲜明特性在众多绿色纺织品中独树一帜。在纺织染整前处理中“无需染色，不做漂白”，减少了污水的排放，降低了能耗，对环境不构成危害。（2）抗静电：由于棉纤维的回潮率较高，不起静电，不起球。（3）透汗性好：吸附人体皮肤上的汗水和微汗，使体温迅速恢复正常，真正达到透气、吸汗的效果。,天然彩色棉的结构与性能特征,（4）鲜亮度不及印染面料制作的服装。棉花纤维表
7、面有一层蜡质。普通本白棉在染整中，使用了化学物质来消除蜡质、果胶、浆料等，加上染料的色泽鲜艳，视觉反差大，故而鲜亮。彩棉在加工过程中未使用化学物质处理，仍旧保留了天然纤维的特点，故而就产生一种朦朦胧胧的视觉效果。（5）与其它纯棉产品类似，也还存在洗涤后需要熨烫、有一定缩水现象。但经后加工处理，一般控制在2%-3%左右。,主要特征,天然彩色棉的结构与性能特征,（6）彩棉色彩来源于天然色素，色素遇酸、碱后，颜色会发生变化。在穿着或使用初期经洗涤、汗渍、日晒后颜色会有所变化，这是一种光化可逆性变化。天然彩棉坯布经后整理(如：水洗、丝光、烧毛等)后颜色也会有所变化，这是天然彩棉特性的正常反应，与印染品
8、的掉色、褪色有本质的区别，但还是给加工带来一系列的问题。,主要特征,天然彩色棉的结构与性能特征,化学组成与分子构型,与本白棉相同,天然彩色棉的结构与性能特征,纤维素I结晶结构,结晶结构,与本白棉相同,天然彩色棉的结构与性能特征,棕色棉纤维的纵向与本白棉一样，为细长不规则转曲的扁平状体，中部较粗，根部稍细于中部，梢部更细。成熟度好的纤维纵向呈转曲的带状，且转曲数较多；成熟度较差的纤维呈薄带状，且有很少的转曲数。棕色棉的横截面与本白棉相似，呈腰圆形，且有中腔，但棕色棉的色彩呈片状，主要分布在纤维次生胞壁内。成熟度好的纤维截面比较圆润，胞腔较小；成熟度差的纤维截面扁平，中腔较大。,形态结构,天然彩色
9、棉的结构与性能特征,棕色棉的天然转曲数,天然彩色棉的结构与性能特征,PW:初生壁;SW:次生壁;L:中腔ISW:次生壁内层;OSW:次生壁外层;1 白色纤维纵切面 2 绿色纤维横切面 3 绿色纤维斜横切面,天然彩色棉的结构与性能特征,4 棕色纤维横切面5 棕色纤维纵切面6 棕色纤维分叉结构纵切面,天然彩色棉的结构与性能特征,白色棉纤维的结构可分为：初生壁、次生壁和中腔。初生壁0.2 m,次生壁厚度约11.0 m,整个次生壁染色一致,没有染色较深的物质;中腔也无染色较深的物质,其直径约为6.5 m,纤维直径约28.5 m。,白色棉纤维微观形态结构,天然彩色棉的结构与性能特征,绿色纤维的结构由外向
10、内依次为初生壁、次生壁和中腔。初生壁约为0.1 m,次生壁可分为次生壁外层(无染色较深的条纹)和次生壁内层(有染色较深的条纹).前者厚度约为2.1 m,后者厚度约为3.6 m,直径约为12.7 m,明显细于白色纤维。,绿色棉纤维微观形态结构,天然彩色棉的结构与性能特征,棕色棉的纤维结构由外向内依次为初生壁、次生壁和中腔。初生壁约为0.1 m,而次生壁的厚度约为3.7 m,中腔的直径约为10.3 m,且有大量染色较深的物质沉积在中腔中。纤维直径约为17.8 m。棕色棉纤维具有分支结构,纤维中腔里同样有大量染色深的物质，纤维较细,直径约15 m,这可能是具分支结构纤维的特点或与纤维被切的位置有关。
11、,棕色棉纤维微观形态结构,天然彩色棉的结构与性能特征,物理性质,天然彩色棉的结构与性能特征,(1)彩色棉主要物理指标：长度偏短，强度偏低，马克隆值高低差异大，整齐度较差，短绒含量高，棉结高低不一致；(2)彩色棉产量低，衣分率低；(3)外观方面：因纤维色素不稳定，纤维色泽不均匀，纤维经日晒后色泽变淡或褪色，水洗后色泽变深，部分彩色棉出现有色、白色和中间色纤维。,物理性质,天然彩色棉的结构与性能特征,我国彩色棉纺纱效果分析,天然彩色棉的结构与性能特征,成纱质量,天然彩色棉的结构与性能特征,(1)棕色棉纱及其混纺纱质量分析 纯棕色彩棉纺14.6tex精梳纱，成纱条干均匀度变异系数(CV(%)值为14
12、.6，单纱强力为248.5cN，成纱条干、强力都比较好，当棕色彩棉75%与本色棉花25%混纺精梳14.6tex纱时，单纱强力为248.8cN，比纯棕色彩棉纱只增加0.3cN;当棕色彩棉90%与低线密度涤纶10%混纺精梳14.6tex纱时，单纱强力为250.7cN，比纯棕色彩棉纱只增加2.2cN，其他质量指标变化亦不大。,成纱质量,天然彩色棉的结构与性能特征,(2)绿色彩棉及其混纺纱的质量分析 当绿色彩棉纺14.6tex精梳纱时，产品质量亦能够接近本色棉花国际一般水平。纯绿色彩棉单独纺14.6tex精梳纱时，单纱强力为234.2cN，当混进25%本色棉花时，单强为250.2cN，净增加了l6cN
13、。在绿色彩棉中混纺10%低线密度涤纶时，其14.6tex单纱强力为247.7cN，比纯绿色彩棉14.6tex单纱强力234.2cN提高13.5cN。,成纱质量,天然彩色棉的结构与性能特征,材料：天然自来水、肥皂、汰渍与奥妙两种洗衣粉，1 mol/L、3 mol/L、5mol/L HCl，5%、10%NaOH，大小一致的彩色棉布棕和绿各186块。,实验材料与方法,色彩稳定性,天然彩色棉的结构与性能特征,方法：不同洗液温度下的洗晒：一定浓度的常温和40的肥皂液、汰渍液、奥妙液及水。把棕、绿两种布块同时放进四种洗涤液中,每种洗涤液中棕、绿布各10块,浸泡洗涤10min并测其pH值后取出,清水洗净贴上
14、标签，分别在室外晒干和室内晾干,当天下午天黑以前收回,每种处理每天各留一块布料贴上标签,注明洗涤次数、洗涤液类型、洗液温度和晾晒条件,第二天重复洗晒,连续进行5天。第二次试验配制同样的4种洗涤液,常温浸洗10min和煮沸(100)5min,其余方法步骤同上。,色彩稳定性,天然彩色棉的结构与性能特征,方法：室外连续曝晒：把没有洗涤的、常温下洗涤过一次的及洗涤过5次的、煮沸过5次的棕色和绿色布块在室外连续曝晒1周、2周(夜间也不收回),贴上标签。酸碱处理：把棕色和绿色布块同时放进1、3、5mol/L HCl,5%、10%NaOH,溶液和水中,浸泡1h,分别晒干和阴干,并贴上标签,观察色泽变化。,色
15、彩稳定性,天然彩色棉的结构与性能特征,1.不同洗涤液对颜色的影响 洗涤液不同其颜色变化也不同。水洗过的颜色加深;肥皂洗过的颜色加深却有些泛白;汰渍与奥妙洗过的绿布颜色变暗绿而棕布稍带红色,在洗液温度为常温或加热和煮沸次数少的情况下,这种变化不明显,随着洗液温度的升高及洗涤次数的增加,这种变化越来越明显,特别是煮沸、洗涤次数多的这种变化更明显。,结 果,色彩稳定性,天然彩色棉的结构与性能特征,2.不同洗涤次数对颜色的影响 在同一洗液温度和晾晒条件下,用水、肥皂液洗涤的,随着洗涤次数的增加,棕、绿布颜色都加深,只是绿布较明显,棕布不太明显;用汰渍、奥妙洗涤的绿布,洗涤次数少的,颜色比对照深,随着洗
16、涤次数的增加,变为暗绿色且逐渐加强,而棕布在洗液温度为常温的条件下,随着次数的增加,颜色变化不明显,在洗液加热或煮沸的条件下,随着洗涤次数的增加,变为微棕红色且逐渐加强。,色彩稳定性（续）,结 果,天然彩色棉的结构与性能特征,3.不同洗液温度对颜色的影响 在同一洗涤次数和晾晒条件下,用水或肥皂处理的棕布与绿布,不同洗液温度下的颜色由深到浅的顺序为:煮沸下的颜色液温40下的颜色常温下的颜色,色彩稳定性（续）,结 果,天然彩色棉的结构与性能特征,4.晾晒条件对颜色的影响 通过比较同一洗衣液、洗涤次数、洗液温度下晾晒方式不同的布块色泽,绿布室内阴干的明显比室外阳光晒干的颜色深且色泽亮,棕布颜色变化不
17、明显。,5.室外连续曝晒对颜色的影响 未洗的和用水、汰渍、肥皂在常温下洗涤1次的,棕布曝晒1周的与对照颜色差不多,曝晒2周的比对照稍微浅一些;绿布曝晒1周的颜色变为微黄绿色,比对照淡黄绿色颜色浅,曝晒2周的变为浅灰绿色。,色彩稳定性（续）,结 果,天然彩色棉的结构与性能特征,酸碱处理后的颜色变化,色彩稳定性（续）,结 果,天然彩色棉的结构与性能特征,主要产品,家居服内衣衬衣，T恤裤子浴巾、毯子、毛巾被等。,常州顶呱呱:http:/www.d-g-,发展中存在的不利因素,天然彩色棉的市场份额目前还很微小。1999年我国生产天然彩色棉棉纱计划149.4,占全国纱产量的 0.0027%,占全国棉纱产
18、量的0.0053%;生产天然彩色棉面料计划140000,占全国布产量的0 00056%,占全国色织布的0.012%。实际完成数更差。天然彩色棉的色谱单调。目前,各种传媒宣传报道天然彩色棉的色彩无奇不有,使人们觉得天然彩色棉的色彩丰富多彩,其实可被加工的天然彩色棉目前主要有棕色和绿色两大系列色彩。,天然彩色棉终端加工问题多。存在着变色、褪色、掉色、沾色问题。天然彩色棉产量低、衣分率低、成熟度差,纤维单强偏小,比强度偏低;纤维主体长度较本白棉短,纤维整齐度差,细度偏细、马克隆值高低差异大,含不孕籽、棉籽壳、棉杂较多;短绒率高,尤其是绿色彩色棉。天然彩色棉种植、加工等需隔离。天然彩色棉是常异花授粉作
19、物,种植过程中需要注意与本白棉隔离,以免异花授粉,造成本白棉被彩色棉污染。在储运加工过程中也有纤维混杂污染的问题；在纺纱过程中,本白棉加工要与彩色棉加工严格分离,以免异性纤维混入。,发展中存在的不利因素,开发中有待解决的问题,(1)作为一类新型的纺织材料,彩色棉的形态结构、超分子结构与本白棉的区别;天然彩色棉色素的化学结构及性能,发色机理;色素不稳定的原因;影响彩色棉色彩变化的主要因素,如何控制等目前还不清楚。(2)能否通过全天然生态整理的方法,获得色彩稳定且具有良好服用性能及满足“零污染”要求的高档生态纺织品;天然彩色棉所含色素对人体有何影响,是否还具有保健功能;即除对人体无害、对环境无害以外,是否对人体有益等方面还需作深入研究。,(3)提高彩色棉纺织品的尺寸稳定性,使天然彩色棉纺织品在生态整理下获得较好的防缩效果,在保持天然彩色棉纤维强力受损较小的情况下,提高彩色棉面料及服装的免烫抗皱效果是需尽快解决的问题。(4)使天然彩色棉纺织品不变色、不褪色、不掉色的消毒方法;天然彩色棉无毒低成本的固色方法;天然彩色棉颜色变化的修正;如何使彩色棉性状遗传稳定,尤其是色素稳定性;如何丰富彩色棉的色彩,使彩色棉的色彩多样化、鲜艳化等基础领域还有待进一步探索。,开发中有待解决的问题,
