天然彩棉的性能特点和实际应用分析 郭顺

摘要：天然彩棉是指天然生长的带有颜色的棉花。目前，用于实际生产的有棕、绿两个品系。认识了解天然彩棉的性能特点和发展历史，掌握其生产加工方法、工艺流程和特性变化规律，可以客观、公正、全面地评价天然彩棉及其产品，有助于天然彩棉的开发利用，对致力于天然彩棉的开发、生产和品牌运作企业会有一定的参考价值，对推动彩棉产业以及健康、环保纺织品的发展会有一定的帮助。

关键词：天然彩棉；特性；工艺；开发；应用

1 天然彩棉的种类及发展历史

1.1 天然彩棉的种类

所谓天然彩棉，是指天然生长的带有颜色的棉花。目前实际应用的只有棕色和绿色两种，再加上天然的本白色棉花，就可以开发出天然、健康的彩棉纺织品。而实际市场上销售的天然彩棉制品主要成分也是棕棉、绿棉和白棉。见图1和图2。

由于棉花产地和品种的不同，彩棉的色泽、品质也不尽相同。棕色彩棉根据颜色的不同又分为深棕色和浅棕色（实际也不止两种颜色），根据长期的使用和生产实践验证，颜色深的品质要差一些，颜色浅的品质要好一些。绿色彩棉由于产地和品种的不同，颜色、品质也有区别。总体来说，棕色彩棉的纤维品质、可纺性及其产品的稳定性要优于绿色彩棉。

1.2 天然彩棉的发展历史

尽管现在彩棉的产品开发和应用还不太成熟，也不能完全替代染色纺织品，但它的发展趋势和方向是毋庸置疑的。古代自然界生长的棉花原本是带有颜色的[1-2]，就像世界上人类的皮肤有白色、黑色、黄色，头发有黑色、金黄色一样，都是自然生成的。据历史学家考证，人类种植棉花的历史已经有3000多年了，最早人们用于衣着方面的棉花是带有颜色的，也是自然生成的颜色，主要有棕色、黄色、绿色、白色等[2]。后来，随着科学技术的发展，人类发明了染料，先是从植物中提取的植物染料，随之，又合成了化学染料。染料的发明和在纺织品中的应用也是人类追求美观的必然结果。为了便于染色，带颜色的棉花就逐渐被淘汰了，只留下白色棉花。这就是为什么长期以来人们以为棉花是白色的缘故。

随着科学技术的进一步发展，人们发现染料中的偶氮元素、重金属（铅）、甲醛等对人体健康的危害非常严重，加上染料中其他有害化学元素对环境的污染，逐步引起人们对天然彩色棉的关注。20世纪五六十年代，先后有美国、土耳其、印度及南美的巴西等国对天然彩色棉花进行了研究，逐步找回了部分天然彩色棉花并加以改良和培育。中国从20世纪90年代开始，一些研究机构和专家逐步介入彩棉的研究，使彩棉及其产品的发展加快了步伐，也使得我国在天然彩棉的应用和开发上处于世界领先地位。

2 发展天然彩棉产品的必要性

尽管天然彩棉的品质与人们长期使用的白棉还有一定差距，其颜色稳定性有待进一步提高，彩棉长绒棉也还没有培育出来，产品开发还有一定的局限性，但其天然、健康、环保的理念符合未来的发展，在某些纺织品领域或产品中具有开发优势。比如：婴幼儿产品、内衣类产品、家居休闲类产品、袜子毛巾类等贴近人体皮肤的纺织用品。据相关研究证明[3-4]，经过染色的纺织用品，在与人体皮肤接触的过程中，其化学染料中的部分元素，如：甲醛、重金属铅等，会被人体皮肤吸收，尤其是其中的重金属，会进入人体血液循环，而且是不可逆的，长期积累，会导致人体某些部位或器官发生癌变，严重危害人的身体健康。再加上印染加工排放对自然环境的污染，直接或间接地影响了人类的生存。研究和发展天然彩棉纺织品是完全必要的。

3 目前的彩棉纤维品质及其可纺性能分析

3.1 彩棉纤维物理指标

我国研究开发彩棉的历史不长，20世纪90年代开始，先后有中国棉花研究所（安阳）、甘肃农科院、四川棉花研究所和新疆棉花研究所分别投入研究，并在我国的山东、河南、四川、甘肃和新疆等地分别种植了部分彩棉。近几年，主要集中在甘肃和新疆。除白棉之外，目前，天然彩棉大体分为棕色和绿色两个颜色品系，主要物理指标参考见表1和表2。

3.2 彩棉纤维纺纱性能分析

棕色彩棉由于其长度、成熟度较好，尤其是颜色较浅的棕色棉，其品质和普通白棉没有区别，不加长绒棉可以纺到60S纱线，混入一定比例长绒棉可以纺到80S纱线；深棕色的彩棉由于其纤维长度较短，纺纱支数要低一些。绿色彩棉由于其长度和成熟度较差，可纺性能也比较差，通常是加入一定比例品质好点的白棉进行混纺，最高也能纺到60S纱线，但由于绿色彩棉纤维细度偏细，与正常白棉混纺时会增加部分棉结，落棉率也会增加，影响纱线的一些质量指标，只要纱线品质要求不是太高，一般用途的纺纱还是可行的。

4 彩棉纺纱流程分析和彩棉纱线颜色分类

彩棉的纺纱过程和普通白棉相同，也需要“清—钢—条—粗—细”各道工序，工艺的设定也需要根据纺纱的品种和用途（针织用、机织用、其他或特殊用途）分别确定，只是和白棉混纺时，需要加入或改变一些流程。

4.1 彩棉与白棉混纺的方式

（1）在清棉工序按比例混入彩棉，类似于目前色纺纱的前道流程。后面各工序的工作就和普通纺纱厂完全相同了，只是做好分批分类管理就可以了。优点是：批量大的话，相对比较简单、稳定，便于操作管理。缺点是：如果彩棉纤维和白棉纤维品质差异较大，在纺纱工艺上有时很难做到兼顾，比如说根据纤维的长短调整罗拉隔距、落棉率等，各道工序如果控制不好均匀混棉，有时也会出现色彩的长片段不匀。

（2）在并条工序混入彩棉。在并条之前的清花和梳棉工序（包括精梳），彩棉和白棉分别处理，根据混纺比例，在并条工序进行混合，根据需要可以增加一道并条，以提高纱线的均匀度，之后的工序就和普通纺纱厂一样了。同样，注意做好分类管理。优点是：并条之前彩棉、白棉可以根据各自的品质分别处理，便于调整工艺。另外，由于是在并条混合，可以根据需要随时调整纱线的颜色和支数，适合小批量多品种。缺点是：由于混棉距离较短，有时会出现纱线颜色的短片段不匀。前两道工序由于要对彩棉、白棉分别处理，占用的机台也比较多，降低了生产效率。

4.2 彩棉纱线的混纺比例和颜色分类

由于目前彩棉的品种、颜色和品质的局限性，彩棉纺纱需要加入一定比例的白棉。一方面是提高纱线的品质，另一方面是丰富纱线品种的颜色。同一个颜色的棉花可以根据混用的白棉比例不同纺出颜色深浅不同的纱线。这样，尽管目前只有棕色和绿色两种彩棉，通过纺纱过程的混纺比例不同，也能纺出不同深浅颜色的纱线，再加上白棉纱线，就能开发出相对丰富的未经染色的天然纺织用品。一般根据混用彩棉的比例分为：棕色系列纱线和绿色系列纱线。比如：Z75/25、Z50/50、Z25/75、Z10/90分别表示棕色彩棉的混用量为75%、50%、25%、10%；而L75/25、L50/50、L25/75、L10/90分别表示绿色彩棉的混用量为75%、50%、25%、10%。当然，也可以根据产品设计和开发的需要，采用其他的混纺比例或采用其他的标注方式，只是颜色会有些差异。如果再加上纱线的支数，就可以完整地表示彩棉纱线的品种了，同时也可以知道纱线颜色的深浅。例如：J40S Z75/25 表示精梳40 S，棕色棉混用比例75%，颜色较深。

5 彩棉产品的开发

由于目前能用于纺织的天然彩棉只有棕色棉和绿色棉，虽然经过和白棉的混纺又调出了不同彩棉比例的纱线，但也仅限于这两个系列的颜色。除了在纺纱工序通过和白棉混纺配比的变化来丰富纱线的色彩之外，在织造工序，也可以通过简单的色织、交织、提花等工艺变化来改变织物的风格，丰富织物的花型。如：各种条子、格子、提花织物。或织物组织相同，用颜色深浅变化来丰富产品的风格和品类等。机织物和针织物的风格也不相同。

另外，在保持产品天然、健康、环保的基础上，彩棉还可以和一些功能性纤维进行混纺，以增加产品的功能和服用性能。如：彩棉和毛，彩棉和麻，彩棉和天丝等。目前的彩棉产品开发也还是有很大的局限性，还达不到染色纺织品的丰富程度。但是用于开发贴近人体皮肤的内衣类产品、家居用品类产品、婴幼儿用品、玩具等还是完全可行的。

6 天然彩棉产品在实际加工或使用过程中的变色特性分析

天然彩棉的颜色是棉花在生长过程中自然形成的，在纺纱、织布和成品加工过程中不经过任何染色处理，不含任何化学染料。天然彩棉的半成品在生产加工过程中，遇酸、遇碱或后处理加工温度、时间长短等都会影响其颜色的变化。天然彩棉的成品在使用过程中，经过洗涤、汗渍、日晒后也会发生颜色的变化，这是天然彩棉的自然特性。

总体来说，彩棉产品遇酸会变浅（相当于氧化），遇碱会变深，温度升高颜色会变深。而绿色彩棉纤维或其产品遇长时间光照会向棕黄色方向变化。但两种彩棉也有一些区别，具体分析如下：

棕色彩棉，其半成品或成品在加工生产过程中虽然也会发生颜色的变化，但相对比较稳定，颜色变化不太明显。经研究机构分析，棕色彩棉内部含有大量二价黄铜，是棕色彩棉颜色显现为棕黄色的主要机理，也是其颜色比较稳定的因素[5]。在实际生产过程中，用棕色彩棉制作的半成品或成品，批与批之间的颜色差异比较容易控制，大批量生产加工的色差问题较少，产品的重现性较好。棕色彩棉经后处理加工之后，其产品的日晒色牢度可以达到4～4.5级，完全能够满足产品的穿着使用要求。

绿色彩棉，其半成品或成品在加工生产过程中会发生明显的颜色变化，其主要原因是绿色彩棉纤维所含的天然色素、化学结构在氧化剂、生物酶作用下或遇光照、温度变化都会发生明显的变化[6]。绿色彩棉产品用酸性后处理液处理，颜色会变浅变黄，用碱性后处理液处理，颜色会变绿变深，而且，随着处理液温度的升高颜色也会加深。未经处理或处理不当的绿色彩棉制品，其日晒或光照色牢度是很差的，一般在2～2.5级。绿色彩棉制品经后处理加工之后，颜色不仅会变深，如果处理到位，就可以使其日晒或光照色牢度达到3～3.5级，基本能够满足一般纺织品的穿着使用要求。如果对产品的色牢度要求不是太高，而以注重健康、环保为重点的话（比如内衣类产品、儿童玩具、婴儿用品等），还可以利用不同的后处理条件，丰富产品的风格内容。

在实际生产中，要学会认识天然彩棉的颜色变化特性。首先，我们要突破传统纺织和印染的观念，不要把传统印染的一些标准（比如色牢度等）硬套在天然彩棉产品上。天然彩棉颜色的变化是其自然特性的正常反应，不要把它视为不合格产品，目前还没有相关国家标准，在我国还属于新生事物。但其天然、健康、环保的理念是符合未来纺织品发展趋势的，天然彩色棉的进一步发展和提升，需要广大科技人员和相关研究机构共同努力，才能逐步地完善和成熟，才能制定出相关的标准和技术规范，才能开发出更加丰富的产品。另外，利用天然彩棉的变色特性，我们还可以比较和识别天然彩棉制品的真伪，防止市场上的一些以假乱真现象。

参考文献：

[1]邱新棉.天然彩色棉研究进展与发展前景[J].棉花学报，2004（04）： 57-62.

[2]林人.天然彩色棉花[J].中国纤检，1996（01）：1.

[3]陈荣圻.酸性染料和中性染料的重金属问题[C].2009“中国轻纺城”中国印染行业协会印花技术专业委员会年会暨绿色印花新技术、新产品交流会.

[4]由瑞，薛璐，布岩.纺织品中有害化学成分的检测技术研究[J].山东纺织经济，2010（4）：58-60.

[5]张美，吴红霞，马长华，等.彩棉纤维的形态结构、超微结构和主要化学组成[J].印染，2002（06）：1-5.

[6]张镁，胡伯陶.绿色彩棉色素稳定性研究[J].印染，2003（3）：1-6.

（作者单位：北京光华纺织集团）