天然彩色棉纤维与白棉纤维水分含量差异性研究

摘要：

本文通过对天然彩色棉纤维和白棉纤维水分含量的研究，得出天然彩色棉纤维的水分含量大于白棉纤维水分含量，对棉纤维的加工及指导纺纱有一定的意义。

关键词：天然彩色棉纤维；白棉纤维；含水率；回潮率；结构；果胶

Abstract: In this article, the natural color fiber and white cotton fiber moisture content was studied. And it is concluded that the natural color cotton fiber moisture content is more than the white cotton fiber moisture content. It is significant for cotton fiber processing and guiding the spinning.

Keywords：Natural Color Cotton Fiber；White Cotton Fiber；Moisture Content；Moisture Regain；Structure；Pectin

棉纤维的水分含量是指棉纤维中所含水的量。棉纤维具有吸湿和放湿的特性，亦称棉纤维的吸湿性[1]。棉纤维的含水，可分为吸收水和吸附水两种。纤维在分子上的羟基（―OH）所吸入的水分属于吸收水；毛细管作用、多层吸附作用和纤维表面的粘附水则属于吸附水。吸附水在低温下可以冻结，而吸收水不冻结，这是两种水的区别，一般讲纤维的吸湿性能，是以上两种水的综合。棉纤维中所含水分的多少不仅影响纤维的使用性能和棉纤维的收购、加工、运输、储存，而且也直接决定棉纤维贸易的真实重量和纺织生产的成本核算。因此，棉纤维的水分检验既是质量考核指标之一，也是重量检验鉴定的重要项目。在棉纤维加工过程中水分含量高的棉纤维容易产生加工性疵点，如索丝、棉结、带纤维籽屑等，容易增加黄根率和毛头率，在纺纱过程中，加工性疵点多的棉纤维易产生断头，形成竹节纱等；水分含量过低棉纤维过于干燥，在加工过程中容易打断棉纤维，使纤维长度和强度受损，影响成纱质量。

棉纤维中含水多少的表示方法通常有含水率和回潮率两种，含水率是指棉纤维的烘前质量（湿重）减去烘后质量（干重）与烘前质量的比率，回潮率是指湿重减干重与干重的比率，国家标准对水分的要求是：棉纤维的公定回潮率为8.5%，回潮率的最高限度不超过10%，在贸易中超过10%回潮率的棉纤维将作为超水棉处理。目前所有标准中对棉纤维所含水分的规定都是基于对白棉纤维的研究结果而定，因此研究天然彩色棉纤维与白棉纤维的水分差异情况，对彩色棉纤维加工质量、重量检验鉴定、后道工序纺纱质量及纺纱工艺意义重大。

下面我们主要用两种方法对白棉纤维和彩色棉纤维含水情况进行分析、研究。

1分析方法之一

1.1分析方法标准

采用的分析标准为： GB 5883―1986《苎麻回潮率、含水率试验方法》。

1.2分析过程

将绿棉、棕棉、白棉纤维分别放于已知重量的称量瓶中并在精密分析天平上准确称重，置于105℃~110℃的电热恒温干燥箱中烘至恒重（先后两次重量差不超过后一次重量的0.02%），取出后迅速放于干燥器中冷却(30±5) min，分别精确称取试样与称量瓶的总重量并记录。按下式计算结果，结果见表1。

棉纤维水分计算公式：

图1棉纤维水分分析结果的比例

试验结果显示天然彩色棉纤维的水分大于白棉纤维，棕棉含水最高。

2分析方法之二

2.1分析方法标准

采用的分析方法标准为：GB 6102.1―2006《原棉回潮率试验方法 烘箱法》。

2.2分析过程

选择白棉纤维、棕棉及绿棉样品各200 g，在同一环境温湿度条件下放置2h，用感量0.001 g的天平，将样品分别称准至50 g，保留两位小数，6只样品的称取时间为4 min。开启烘箱电源预热，温度升至105℃时，放入装有试样的烘篮。温度重新至105℃时开始计时，90 min后关闭电源，1 min后箱内称重，称样时间为5 min，称准至小数点后两位，测试结果见表2。

3讨论

棉纤维的含水原因与其本身的结构、大气温度、相对湿度等有关。纤维素分子的组成和排列中亲水集团的数目和无定形区的多少，是决定纤维含水多少的内部因素；大气相对湿度高低，是影响纤维含水多少的外部因素。研究彩棉与白棉纤维含水率的差异就必须了解其决定纤维含水多少的内部因素的差异。因此我们对白棉纤维及天然彩色棉纤维的结构、果胶物质含量进行了研究测试。

3.1白棉纤维及天然彩色棉纤维的结构

纤维的结构一般包括大分子结构，超分子结构和形态结构，棉纤维的性能基本上由这些结构所决定。成熟的棉纤维绝大部分由纤维素组成。纤维素是天然高分子化合物，其分子式为 (C6H10O5)n。纤维素是一种多糖物质，每个纤维素大分子是由n个葡萄糖剩基 (葡萄糖酐)，彼此以1-4甙键 (氧桥) 联结而形成。所以，纤维素大分子的基本链节 (基本单元或单基)是葡萄糖剩基，在大分子结构式中为不对称的六环形结构，也称氧六环。纤维素大分子的官能团是羟基和甙链。羟基是亲水性基团，使棉纤维具有一定的吸湿能力[2]。

超分子结构是指大于分子范围的结构，又称聚集态结构。大分子之间依靠分子结合力能形成多级的超分子结构。各种单基组成的各种聚合度的直线链状大分子，在纤维内一般具有相对稳定的三维的空间几何形状；几根直线链状大分子互相平行，按一定距离、一定位相、一定相对形状，比较稳定地结合在一起，成为结晶态的很细的大分子束，即直径约为1nm～3nm的基原纤；若干根基原纤平行排列结合在一起成为较粗的、基本上属于结晶态的大分子束，即直径约为4nm～10nm的微原纤；若干根微原纤基本平行地排列结合成更粗些的大分子束，即直径约为10nm～30nm的原纤；由原纤基本平行地堆砌得更粗的大分子束，即直径约为0.1μm～1μm的巨原纤；再由巨原纤堆砌成整根纤维。棉纤维的微观结构认为是由数十个纤维素大分子聚集形成横向尺寸约6nm的微原纤；由微原纤聚集成横向尺寸约10nm～25nm的原纤；再由原纤排列成日轮层；然后形成棉纤维。棉纤维中，微原纤内有1nm左右的缝隙和孔洞，原纤间具有5nm～10nm的缝隙和孔洞，次生胞壁中日轮层之间具有100nm左右的缝隙和孔洞，因而棉纤维微观内部也是一种多孔性的结构。

纤维素大分子之间是依靠范德华力和氢键而结合的。纤维素大分子的结构比较规整，大分子排列方向和纤维轴向有一定关系，一般把纤维内大分子链主轴与纤维轴平行的程度叫取向度，用各个大分子与纤维轴向平角的平均数来量度。

通常倾斜角度越小，取向度越高，纤维溶胀性因取向度不同而各异。

纤维中大分子的排列是比较复杂的。纤维内某些区域由于大分子的横向吸引使大分子排列比较整齐密实，缝隙孔洞较少称为结晶区。相反，另一些区域大分子排列比较紊乱，堆砌比较疏松，其中有较多的缝隙孔洞，密度较低，这称为非结晶区或无定形区。因此，在一根棉纤维中，同时存在着结晶区和无定形区。结晶部分占整根纤维的百分比称为结晶度。用重量百分比表示的称为重量结晶度；用体积百分比表示的称为体积结晶度。棉纤维的结晶度约为70 %，即棉纤维内大约有30 %的无定形区。棉纤维取向度、结晶度的大小对纤维吸湿性能有一定的影响。

使用X-射线衍射仪对彩色棉纤维与白棉纤维进行测试：试验仪器，D/MAX-3BX射线衍射仪；主要测试条件，铜靶、镍片、滤片，工作电压37.5 kV，电流40 mA，测试结果见表3。

表3棉纤维超微结构测试数据

取向度指标白棉纤维高于彩色棉纤维，绿色棉纤维略小于棕色棉。结晶度指标彩棉高于白棉纤维，其中绿色棉较高，棕色棉与白棉纤维基本一致。也有资料显示[3]，棕色棉的结晶度大于绿棉，白棉的结晶度最小。

3.2果胶物质含量

分析方法：GB 5889―1986《苎麻化学成分定量分析方法》。

将提取水溶物后的试样，分别放入加有150mL、浓度为5g/L的草酸铵溶液的三角瓶中，装好球形冷凝管，煮沸3h。取出，在分样筛中洗净，放入已知重量的称量瓶中，烘至恒重。取出迅速放于干燥器中冷却，称重并记录。按下式计算：

4结论

1）从21世纪服装面料发展趋势看，人们追求自然，回归自然，在服装具有保暖、美丽的同时，更注重保健及轻松舒适的功能。据国际有机农业委员会预测，未来30年内，全球棉花总产量的30%将被彩色棉花替代，产量将达到400万吨。目前，世界彩棉产量仅有2万吨，主要集中在美国和南美洲。彩棉的国际价格每磅超过2美元，高出普通棉花的2～3倍，且供不应求[4]。

目前，我国开发的彩棉棉纱和服装等系列产品，已经进入北京、上海、广州、香港、日本等地市场销售，深受消费者喜爱。据了解，农业部拟将“彩棉产业化”列入农业产业化的首批示范项目。根据测算，彩棉实现产业经营后，投入产出比例达到1∶20，投资回报率达到1∶14，经营规模将达到100亿元，很有希望成为棉花和纺织业可持续发展的新的经济增长点，因此研究彩棉的各种性能很有意义。

2）本文通过研究天然彩色棉纤维与白棉纤维的水分差异情况，以及产生差异的原因，得出天然彩色棉纤维的水分含量大于白棉纤维，它们的规律是棕棉较高，绿棉次之，白棉最低。该结论对彩色棉纤维加工工艺技术参数的调整及彩色棉纤维质量、重量检验鉴定提供技术支持。

3）总之，天然彩色棉的研究与开发，可以从根本上解决染整行业化学物品的污染问题，净化生态环境 ,保护人类健康。天然彩色棉的培育研究是由环境危机引起，受人类消费利益的驱动，随科学技术的飞速发展应运而生。我国是纺织品生产大国，也是巨大的纺织品消费市场。为适应国际国内市场，保持我们已取得的世界纺织贸易大国的地位，我们必须实施绿色经营，大力开发研制绿色纺织品 。

参考文献:

[1] 姚穆．纺织材料学[M]．第三版.北京：中国纺织出版社，2009.

[2] 中国纤维检验局．棉花质量检验[M]．第二版.北京：中国计量出版社，2008.

[3] 朱育平，曹秋玲，陈晓，等．天然彩棉的结晶度和取向度研究[J]. 东华大学学报，2009（12）：627.

[4] 孙晓江.神奇的彩色棉花 [EB/OL].

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（作者单位：马增梅、李江、曹青，新疆出入境检验检疫局；张建江、沙建新，阿克苏出入境检验检疫局）