天然彩色棉织物的生态整理加工

纺织导报　２００２　Ｎｏ．６天然彩色棉是生物学家利用生物遗传技术，在棉花的植株上引入能产生某种颜色的基因，使棉桃内的纤维变成相应的颜色（如棕色、绿色、红色、黄色和灰色等，最常见的是棕色和绿色）　［１～２］　，而得到的有色棉花。

目前，世界主要产棉大国如美国、墨西哥、俄罗斯等，都在进行彩色棉的研究和推广工作，其中美国的研究水平居世界领先地位。

我国的天然彩色棉研究开发工作是在美国９０年代初研究成果的基础上开展的，虽然起步很晚，但进展很快，目前已接近世界先进水平。

天然彩色棉织物色泽自然，风格雅致，穿着舒适，且无需经过漂白、染色等传统工艺处理，减少污染，　节约能源，　降低损耗，因而，彩色棉纤维被誉为“绿色纤维”，特别适合于制作与皮肤直接接触的各种内衣、婴幼儿用品、妇女卫生材料等［１，３～７］。

１ 彩色棉纤维特性天然彩色棉横截面与普通白棉相似，都呈带有胞腔的腰圆型。

棕色系彩棉纤维较细，截面比较圆润，胞腔较小；绿色系彩棉纤维较粗，胞腔较大，呈ｕ型。

由此可见，棕色系天然彩棉成熟度较高，绿色系成熟度较低［８］。

天然彩色棉的色彩呈片状，主要分布在纤维次生胞壁内，只有通过水洗、摩擦等机械作用或化学、生物等降解作用，适当剥除纤维表面覆盖层，才能充分显色。

由于天然色素分子量大，不易从纤维内部脱出，使得彩色棉的色牢度优良。

而彩色棉的杂质色素主要存在于棉籽壳中。

棉籽壳的组成如表１［８］。

大多数棉籽壳实际上只有第一层和第二层，并无木质素存在，各层之间由果胶相联，肉眼看到的黑褐色主要分布在初生胞壁中。

由于天然色彩主要分布在纤维内部，因此有可能通过化学、生物等降解作用，去除纤维外部杂质色素，而保留所需的天然色素［３，８］。

２ 彩色棉生态整理天然彩色棉系利用杂交和基因改性技术培育出的棉花，实现了棉纤维种植过程中农药、化肥残留和染色的“零污染”，但经过纺纱、织造加工的下机坯布中还是含有各种杂质和浆料，不能直接穿着，必须通过后整理去茸毛、除杂，解决手感粗糙、服用性能差等问题。

为使彩色棉织物达到较佳的穿着品质，目前采用的后整理方法均需经过烧毛、退浆（精练）、抗皱（超柔软）等步骤，流程为［５，８］　：坯布　→　烧毛　→　退浆（精练）　→　无甲醛抗皱整理（超柔软整理）　→　成品。

２．１ 烧毛处理天然彩色棉纤维短，尤其是绿色系彩棉，长度只有普通白棉的７０　％～８０　％，强力较差，织物表面易起毛，而纺纱织造加工也造成彩棉织物布面毛羽多。

要使织物表面光洁，一般需经烧毛处理。

在烧毛时必须采取调整火焰口的高度、风力强弱及车速快慢等措施，使布面在通过火口的瞬间完成利用氧化火焰烧毛，这样纤维损伤小，织物强力不受影响，且布面光洁［５，８］。

２．２ 退浆和精练彩色棉纤维和普通棉纤维一样，除了纤维素外，也有天然杂质（也称纤维素共生物）。

天然彩色棉下机坯布毛细效应几乎为０，说明基本不润湿。

果胶质是棉纤维共生物中影响棉纤维吸湿性的最重要因素，如能从纤维中将它去除，就可显著提高纤维吸湿性［８］。

天然彩色棉织物的生态整理加工东华大学化学与化工学院 万 震 毛志平作者简介：万震，男，１９７６年生，硕士，博士在读，上海，２０００５１表１ 棉籽壳组成胞壁内的天然色彩有所显现。

经精练处理，去除纤维表面部分天然杂质覆盖层，同时部分色彩向纤维细胞壁迁移，才能进一步显露彩棉的天然色彩［１，８］。

传统退浆处理去除淀粉浆和精练处理去除天然杂质（如果胶质）的工艺是用碱处理，即热碱液中，使淀粉发生溶胀而脱落，使果胶与碱反应生成果胶酸钠而溶解。

在热碱作用下，彩棉纤维剧烈膨胀，胞腔几乎消失，胞壁更薄，天然色彩明显向胞壁迁移，使彩色棉颜色鲜艳。

但由于彩棉中含有黄酮素（包括花青苷醇、苯基苯烯酮）、类黄酮素、胡萝卜素等色素，这些色素稳定性差，对碱处理比较敏感，彩色棉的颜色会随着碱浓度的变化而变化，有时变色相当严重。

因此，为保持彩色棉的天然色彩并加强对其色泽稳定性的质量控制，不宜对其采用碱处理工艺［１，８～９］。

使用生物酶代替碱对坯布进行前处理，可以提高生产率，缩短工艺时间，降低成本，且操作方便。

生物酶是具有催化能力的高分子蛋白质，能降解特定的高分子材料，具有高度的针对性，且催化效率高，反应条件较温和，本身无毒性。

退浆处理中使用生物淀粉酶能在较低温度下催化淀粉迅速降解，它对去除织物上的淀粉浆极为有效，但对去除天然杂质能力有限。

因此可在其中混入适量的果胶酶和纤维素酶，使果胶酶分解棉纤维上的果胶，纤维素酶分解初生胞壁中的纤维素大分子，这种三元复合酶的前处理效果将更好。

三种酶的共同增效作用会“剥皮”似地把纤维表面杂质及部分初生胞壁去除，而次生胞壁毫无损伤，不会导致纤维的强力损失，处理后的彩棉纤维柔软光洁［１，３，８～９］。

值得注意的是，彩棉织物使用三元复合酶一浴退浆精练处理时，需选用最适宜的作用温度和ｐＨ值相匹配或相近的酶制剂［１０］。

２．３ 抗皱整理彩棉纤维属纤维素纤维，制成服装经水洗和穿着后易起皱变形，影响穿着外观，因此要通过防皱整理使服装具有良好的抗皱性。

传统的Ｎ－羟甲基酰胺类防皱整理剂，防缩防皱效果良好，但经它处理后的织物在加工、贮存和服用过程中会释放出对人体有害的甲醛。

因此不应将此类整理剂应用于“绿色”彩棉上，而需选用分子结构中不带甲醛的防皱整理剂处理彩棉［４～５］。

具有代表性的无甲醛整理剂包括水溶性聚氨酯树脂和多元羧酸等。

水溶性热反应性聚氨酯，是由高分子量的聚醚和低分子量的氨基甲酸酯基嵌段共聚构成的高聚物，具有较好的成膜性和弹性，可提高织物抗皱性和强力，但单独用它整理织物还不足以达到免烫水平。

多元羧酸化合物最有潜近年来引。

多元羧酸的防皱机理在于它相邻的两个羧基在高温下脱水成酐，酸酐在弱碱催化作用下与纤维素大分子上羟基反应生成酯，从而在纤维分子之间形成交联，限制了分子链的相对滑移［４，１１～１２］。

目前研究较多的多元羧酸化合物为丁四羧酸（ＢＴＣＡ）、丙三羧酸（ＰＴＣＡ）和柠檬酸（ＣＡ）等，其中以ＢＴＣＡ的整理效果最好。

当使用次磷酸钠作为催化剂时，ＢＴＣＡ防皱效果好，耐洗牢度高，白度与手感良好，无刺激性气味，但它的致命缺点在于价格极其昂贵，难以工业化。

ＰＴＣＡ的整理效果稍逊，价格也很昂贵。

柠檬酸的整理效果较差，且处理后织物泛黄，防皱效果的耐洗牢度较差。

但优点在于价廉易得且无毒，有可能成为实用的无醛整理剂［３，１２］。

使用无甲醛防皱整理剂处理后，彩棉织物的抗皱性有较大提高。

在整理过程中，防皱整理剂用量必须适当，过大则织物强力损伤较多，过小则达不到抗皱整理的效果。

织物浸泡树脂液要充分均匀，焙烘温度要控制好，才能保证抗皱整理效果［５］。

２．４ 超柔软整理彩棉织物经生物酶整理后，除了达到去茸毛、除杂、提高润湿性目的外，同时织物的柔软度也有一定提高。

这主要是纤维素酶对纤维素的降解作用形成的。

要使织物达到超柔软效果，整理工艺中还必须添加合适的化学柔软剂［５，８］。

化学柔软剂已被广泛应用于柔软织物，而且也作为纤维润滑剂，减少纤维　—　纤维的摩擦力，使织物的悬垂性和服用性能得到提高。

柔软剂有许多类型，如阳离子、阴离子、非离子、两性和反应性柔软剂等，但在柔软剂领域中最为突出的是氨基改性有机硅产品［５，１３］。

将氨基官能团引入聚硅氧烷骨架上，由于氨基的极性，可与纤维羟基、羧基等相互作用，产生非常牢固的取向性和吸附性，因此极大改善了硅氧烷在纤维上的定向排列，从而使织物手感超级柔软，滑爽丰满。

但它也存在着一些问题，如在高温或紫外线影响下，氨基（特别是伯氨基）容易氧化分解形成发色团（偶氮基和氧化偶氮基），造成织物泛黄。

此外，由于氨基的强极性，反而增加了疏水性，影响了处理织物的穿着舒适性。

因此，对彩棉织物进行超柔软整理时，应使用新型的亲水性氨基改性有机硅柔软剂。

它尤其易配制成清澈透明的微乳液，具有优异的吸水性和良好的手感、耐久性和白度，并可吸去皮肤上的湿气，使织物穿着舒适［１３～１４］。

３ 结语天然彩色棉及其产品的问世，标志着纺织领域的一纺织导报　２００２　Ｎｏ．６场“绿色革命”。

但是它也存在不少问题，如色谱不全、纤维长度和强度较低、成本高等问题［２，１５］。

随着生物基因技术的发展和新型生态整理技术的推广应用，彩棉纺织品将拥有广阔的发展前景。

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２０世纪９０年代，酶处理技术应用于牛仔服水洗和纯棉服装的超级柔软洗产生了很好的效果。