天然彩棉的特征属性和性能

天然彩棉的特征属性和性能 天然彩棉的特征属性和性能,域外?传真, Tülin öktem,Aynur Gürel, Hüseyin Akdemir 约4784字 摘要: 彩棉纤维在生态纺织品的生产中越来越受欢迎。它们的使用避免了白色棉花的湿法处理工艺,降低了染色过程中的成本消耗。 本文测试了浅棕色、深棕色和绿色天然彩棉纤维的应用测试结果,发现天然彩棉纤维具有很好的色牢度效果。 关键词:彩棉;棉;代替染色;基因;天然色素 在过去的15年里,商业上对天然彩棉的关注增加了,这不仅仅是好奇的原因,在环保意识提高的今天,人们希望减少人造化学品如染料的使用,因此,有一定功能性的彩棉产品抓住了市场机遇。这些需求刺激了育种工作的进行,开发出的产品不仅增加了颜色的范围,还改善了纤维的质量[1]。 根据美国的定义,彩棉是一种生来就有颜色的棉花。天然彩棉已经存在5000多年了,产量历来不高,纤维也太短,不能在机械上纺纱,一般将这种纤维与白色棉纤维混纺以增加纱线的强力,减轻生产的难度,还可以降低成本。但是,彩棉与白色棉纤维的混合降低了产品色彩的强度。近年来对纤维的生产和质量的改进,如细度、长度、强度、色度以及遗传基因的变异等,使得对天然彩棉的应用变得更具可行性。1988年,可用于商业生产的天然彩棉出现在市场上,但是那时的数量非常有限[2-3]。 天然彩棉的性能是首要的考虑因素。近来的研究显示,虽然彩棉纤维质地柔软,色彩漂亮,但是与白色的陆地棉比起来具有典型的长度短、强度弱、线密度细的特征。虽然有以上缺点,彩棉纤维却能利用环锭纺纱技术纺制成功,做成各种纺织品[2-4]。 天然彩棉纤维的中心或管腔中含有色素沉积[5],其色调类似于一种通过糖类与木质素、丹宁酸以及其他非纤维素物质结合的纤维素染料。色素成分的比例和化学性能因生长条件、地点和气候的因素而异,因此对这些染料的辨别、定性和定量变得异常困难。包括黑色和蓝色在内的更多色调,预计在不远的将来会通过传统的杂交技术或借助色彩的基因改造而实现[6]。 然而,天然彩棉纤维的生产和质量没有白色棉纤维理想。经常被称为“白金”的白色棉纤维具有优良的农业基础和技术优势,这使得它们在本世纪成为一种重要的商品。随着印染工业的发展,白色纤维的适用性和颜色的时尚性得到了发展,因此对天然彩棉应用的研究被忽视了。然而,人类生态的破坏,合成染料的污染以及染色成本的提高等各种因素的刺激使得研究人员对天然彩棉纤维重新重视起来[7-8]。对一些颜色来说,纺织整理过程中要使用的染料和其他化学品可以省去,这样可以帮助节省纤维原料的高成本[2,9]。土耳其纺织工业就在考虑使用天然彩棉纤维作为拓宽产品种类的手段之一,值得注意的是爱琴海地区特别适合天然彩棉的种植。 背景 早在4000年前,彩色棉就在印度被广泛地使用,在中国和前苏联也有种植。然而,除了秘鲁,几乎没有哪个国家的历史上涉及对彩棉的培育和使用。在那里,有颜色的棉花具有社会、经济、文化和医学上的重要性。由此可知,对天然彩棉的应用不是什么新现象。 今天,超过95%的商用天然彩棉是由前美洲的原棉发展而来的。早期的农业社会通过自主选择,驯化和改良。这些改良通过细胞遗传学和考古学可以追溯到5000年以前的中美洲文化中心和南美西海岸的安第斯山区[4]。而且彩色棉花很可能是从墨西哥传到美国的[10]。不同的来源表明彩棉在1800~1900年间,在危地马拉、墨西哥、哥伦比亚、秘鲁、夏威夷、中国、埃及、美国和俄国等地被商业化种植。上世纪末,12种色调的天然棕色棉花在秘鲁被鉴定。英国生产商一般将这种颜色的棉花与羊毛进行混合,以降低细羊毛面料的成本,降低缩水率,增加稳定性,使其具有较好的光泽和整理效果,特别是衬衣和针织品[4]。 直到第二次世界大战开始,彩棉仅在美国的局部地区、美洲中部和南部、英国、印度以及前苏联有种植[10]。由于二战中的石油基染料短缺,苏联纺织工程师创造性地采用了天然有色纤维为没有颜色的面料添加颜色。那时,美国对苏联棕色棉产品的强烈关注引导了对Nankeen棕色和Arkansas绿色纤维的纺纱试验。在加利福尼亚,美国农业部棉花遗传专家Gus Hyer致力于有色棉工作几十年,在他去世后,加利福尼亚棕色和绿色商业皮棉纤维的生产在20世纪80年代形成,且在不断发展。目前,亚利桑那州和加利福尼亚的植物育种专家Sally Fox在过去的14年里开发出了多种新型天然彩棉,注册商标为Fox Fiber[4]。 今天,世界各地的棉花育种专家开始研究天然彩棉,彩棉的品种在稳定地改进,物理性能也在增强[4,10],如最近正在研究的天然彩棉的热性能和燃烧行为[11,12]。最新的改良品种具有高产、生长周期适中、容易加工,色彩一致等特点,在天然彩棉中占主要地位。 市场概况 在国际市场上,天然彩棉在高端产品中占据一席之地。在过去的几十年里,随着对环境问题的关注日益增长,天然有色棉和白色有机棉越发引起人们的兴趣,其市场份额不断增加。持续改善的纤维质量,如纤维长度和强度以及色彩一致性,使彩棉在世界市场中成功立足[6]。 彩色棉花可用于多种机织和针织面料,也适用于特殊用途的非织造面料。纤维在针刺地毯的应用中显示出了巨大的潜力,在空间稳定性、热学和其他性能上均有良好的效果 [13]。 天然彩棉的交易在20世纪90年代早期就出现了,生产者把彩色纤维出售给专业使用者。1992年,美国种植了约4000英亩的天然彩棉,但由于市场需求很少,到1996年,彩棉的种植面积下降到约50英亩。在过去的几年中,由于美国的彩棉产量下降,来自秘鲁、以色列和印度的天然彩棉逐渐兴起。由于供应的限制,天然彩棉的价格变动很大。1996年,世界市场上的有机棉,天然绿色彩棉的价格为$3.79~$5.00/lb。天然彩棉纤维的高价抵消了染色过程的成本。在实际应用中,天然彩棉一般与价格不高的棉纤维混合,以获得需要的色彩[4]。 本文评价了天然彩棉包括色牢度在内的各项性能。为此我们对浅棕色、深棕色和绿色天然彩棉纤维进行了测试。 原料和加工方法 为了研究天然彩棉纤维的性能,如色牢度、K/S值和色度变化,我们测试了7种类型、3种颜色的天然彩棉纤维。天然彩棉和白色棉纤维的来源见表1。 纤维的各项性能用HVI设备来评价。这个系统可以检测纤维的长度、强度和马克隆值。 应用环锭纺纱系统,将浅棕色彩棉样品纺纱并织制成针织面料,其他样品保持不变。 色彩测量 用HunterLab ColorQuest II 分光光度计测量样品的反射系数,得到相对着色力(K/S)值。在D65日光和10?标准角度下计算CIFLab坐标值。根据Kubelka-Munk 公式计算K/S值,K、S分别代表吸收和散射系数[14]: K/S={(1-R)2/2R} (1) 色牢度评估 依据ISO 105C06在40?~60?水温下测试水洗色牢度;依据ISO 105E04测试耐汗色牢度;依据DIN 53160测试唾液色牢度;依据ISO 105X12 测试耐摩擦色牢度;依据ISO 105B02测试耐光色牢度。测试用目测定级。 结果和讨论 纤维长度 天然彩棉纤维和白色棉纤维(control)的平均长度、强度和细度的数据见表2。根据纤维的长度测试值将7种纤维降序排列为:Light brown、Dark brown、Marcel leaf、 Green1、Green 2和Extrem okra leaf(EOL)。与白色棉纤维相比,浅棕色纤维样品比较长,其他所有的样品都比白色棉纤维短。 浅棕色的棉纤维样品长度为31.3~31.8 mm,马克隆值为4.1~4.3,纤维强力为23.0~24.2 g/tex。因此可知,浅棕色棉纤维样品的质量适合纺织工业的需要。浅棕色彩棉的皮棉质量与 control品种的质量相当。浅棕色纱线样品的强力值为0.1799 kgf,伸长值为6%(Ne 30/1)。 浅棕色的彩棉可做T恤衫。 尽管深棕色纤维样品的长度较短,在25.6~26.0 mm之间,但是这种棉纤维的屈服性能与爱 琴海地区的白色棉纤维(Turkey)接近。深棕色彩棉样品的纤维一致性优良。但如果其长度变 长,伸长值会变小。 水硬度 将纤维放入不同硬度的水中煮30 min,观察水的硬度对天然彩棉的影响。由图1可知,当 水的硬度增加的时候,天然彩棉色度(依据K/S值)的最大吸收波长也增加。样品的K/S值和 CIE L*a*b值见表3。 随着水硬度的增加,金属盐(Ca,Mg等)的集聚也变多,天然彩棉纤维中的不稳定色素会与 这些盐发生反应,纤维的色度明显增强。因此,天然彩棉的色度随着水的硬度水平的提高而增 强。Ishtiaque等人也得到了类似的结果。 牢度 耐光色牢度、耐水洗色牢度、耐汗色牢度和耐摩擦色牢度的值分别见表4~表7。 天然彩棉样品的耐唾液色牢度结果比较稳定。天然浅棕色彩棉样品在水洗后色度保持较 好;而天然深棕色、Marcel leaf 和Green2的彩棉样品在光照下颜色变深,但这种变深消费者 是可以接受的。因此,天然彩棉纤维具有很好的色牢度。 结论 天然彩棉创造了纺织工业新的替代品,它可以提供给人们对环境无污染、不使用化学物质 的服用、装饰用和家用的纺织产品。天然彩棉无需漂白和染色过程。纺织整理工业中的湿工 艺不仅成本高而且高污染,产生大量的废水。很显然,染色过程的省略,将去掉对有毒染料废水 的处理过程,同时降低生产成本。天然彩棉在遗传上的局限性涉及到生产和纤维质量多个问题,然而对纱线中低强度天然彩棉纤维的改进是完全有可能的。天然彩棉纤维在生产中尤其是服 用产品的生产,如内衣、睡衣、童装、牛仔裤中可以相互混纺,还可以与白色棉纤维混纺。一 个广泛的色调系列可能在米色、土黄色、棕色、深棕色和绿色范围内产生。天然彩棉纤维独 特的性能使其在功能上具有比普通白色纤维更大的优势。很多彩色纤维非常细,马克隆值也很 低,因此它们具有柔软的手感和比其他纤维更多的光泽。天然彩棉纤维的柔软和光泽使其能在 市场上保持竞争的优势。在这种潜在优势和环保利益的驱动下,天然彩棉的育种人员和生产者 将继续努力,发展、利用这种资源。 参考文献: [1] Price, John B., Xiaoliang Cui, and Timothy A Calamari, Textile Research Journal, Vol.71, No.11, November 2001, pp993-1002. 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