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(浙江理工大学先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室，杭州　310018)

天然彩棉具有天然颜色，其产品的生产过程中无需染色，符合开发生态纺织品的趋势。但是天然彩棉色系单调、纤维的成熟度较差[1]。为丰富产品颜色，提高产品质量，常常采用彩棉与白棉混纺的方式。

彩棉纤维的主要成分包括纤维素和果胶物质、脂肪、灰分和蜡状物质等杂质[2]，这些杂质影响纤维的服用性能，在生产过程中需要经过精练、碱缩等工艺过程。

为了探究绿棉色素遇碱和高温的变化，本文从分析绿棉与白棉的微观结构出发，采用绿棉和白棉混纺的方式，纺制58.3 tex的混纺纱，编织成织物，并参考常规的精练工艺和碱缩工艺条件，探讨碱液质量浓度、温度参数对绿棉/白棉混纺织物颜色稳定性的影响。

1　实　验

1.1　绿棉与白棉结构形态观测

白棉、绿棉纤维经四氧化锇染色固定，切片采用JEM-1200EX透射电镜放大后观察，获得白棉和绿棉纤维的横截面视图。

1.2　绿棉/白棉混纺纱线与织物制备

1.2.1纱线纺制

选用山东寿光生产的绿棉和白棉纤维为原料，设计绿棉/白棉质量比50/50，在小样纺纱机上纺制环锭纱线。纱线的线密度58.3 tex，捻度64捻/10 cm。

1.2.2织物小样织造

使用10针/英寸的电脑横机，采用2根纱并线方式进线，选用合适的密度，编织纬编平纹组织织物若干，用于后整理实验。下机平衡后测试，织物横密为12列/5 cm，纵密为16行/5 cm。

1.3　织物颜色测试

采用SF-600测色光谱仪测定彩棉/白棉混纺织物的颜色变化。SF-600测色光谱仪直接测试织物的Lab变化值[3]，通过计算可以得到衡量颜色变化的色差值DE。DL表示颜色明度的变化，实验测试结果中DL值为正，说明试样颜色比标样浅；相反DL值为负，颜色比标样深。Da、Db描述色向的变化趋势，实验测试结果中Da为正值，表示织物红色调加深，Da为负值，表示绿色调增加；实验测试结果中Db为正值，表示黄色调加深，Db为负值，表示蓝色调增加。色差值DE用于衡量颜色的总变化，DE在0～0.5，表示两种织物颜色变化不大[4]。

选用生坯织物作为标准样，处理过的织物作为测试样，通过织物的DL、Da、Db、DE值来研究精练和碱缩工艺对绿棉/白棉混纺织物的颜色稳定性的影响，每一种实验方案制作、测试3块试样，取平均值作为分析依据。

1.4　精练与碱缩实验

1.4.1精练实验

织物精练的目的是去除棉纤维中的天然杂质。采用氢氧化钠为主练剂，表面活性剂、硅酸钠为助练剂改变精练碱液质量浓度和精练温度，按下列工艺条件对织物进行单因子实验，共15组。

a)工艺处方

氢氧化钠：5、10、15、20、25 g/L；硅酸钠：1%；耐碱渗透剂：1%。

b)工艺条件

浴比：1∶30；精练温度：70、80、90 ℃；精练时间：1 h。

c)工艺过程

织物质量称量→计算氢氧化钠、硅酸钠和耐碱渗透剂的用量，配置相应的煮练液→水浴锅加热至40 ℃，放入织物→继续加热至相应温度，保温煮练1 h→取出织物，热、冷水交替洗3次→烘箱烘干→恒温恒湿放置24 h→SF-600测色光谱仪测定彩棉/白棉混纺织物的颜色变化。

1.4.2碱缩实验

碱缩是棉织物在松弛状态下，用浓氢氧化钠溶液处理，使织物紧密。碱缩通常在常温(20 ℃)下进行。在配置碱液过程中，氢氧化钠吸水放热，碱液温度为50 ℃。本文做了20、50 ℃条件下的碱缩实验。

a)工艺条件

氢氧化钠：200 g/L；碱缩温度：20、50 ℃；浸渍时间：10 min。

b)工艺过程

将生坯织物放入200 g/L氢氧化钠溶液中浸渍10 min→热、冷水洗涤3次去除氢氧化钠→烘箱烘干→恒温恒湿放置24 h→SF-600测色光谱仪测定彩棉/白棉混纺织物的颜色变化。

2　结果与讨论

2.1　绿棉与白棉结构形态比较

图1为实验用白棉、绿棉纤维的横截面视图。绿棉和白棉的横截面均呈腰圆形；白棉中腔小而圆，绿棉中腔呈干瘪状，可推知白棉成熟度较高，纤维品质更好，绿棉纤维品质较差[5]，因此采用白棉/绿棉混纺的方式；白棉几乎不含色素，绿棉含有大量的色素，色素分布不均匀，主要分布在靠近中腔的次生细胞壁内[6]。

图1　棉纤维横截面视图

2.2　精练对绿棉/白棉混纺织物颜色稳定性的影响

通过改变精练碱液质量浓度、温度，进行单因子实验，以生坯织物作为标准样得到15组测试结果，见表1所示。

表1　精练前后试样的Lab值

为分析精练中碱液质量浓度、温度对试样颜色的影响，得到图2—图5。

图2　精练碱液质量浓度对DL值的影响

图2表明，绿棉/白棉混纺织物经过精练处理，其DL值均为负值，即经过精练，试样颜色加深；随着碱液浓度的增加，DL值明显下降；随着温度的增加，DL值呈下降趋势。经过精练工艺，织物DL值的下降范围在-0.26～-1.59。

绿棉/白棉混纺织物经过精练处理，除去棉纤维中的果胶、脂类、糖类等杂质，织物的明度有增加的趋势。

图3　精练碱液质量浓度对Da值的影响

图4　精练碱液质量浓度对Db值的影响

由图3和图4可知，绿棉/白棉混纺织物经过精练处理，其Da、Db值均为负值，即经过精练，试样颜色向绿色调、蓝色调加深；随着碱液质量浓度的增加，Da、Db值下降；随着温度的增加，Da、Db值呈下降趋势；经过精练工艺，织物Da值的下降范围在-0.58～-1.84，Db值的下降范围在-0.67～-1.65。

棉纤维颜色不纯，经过精练后，一些色素因色牢度低被减弱，使得织物颜色更蓝更绿。

图5　精练碱液质量浓度对DE值的影响

根据图5可知，绿棉/白棉混纺织物经过精练处理，其DE值均大于0.5，即经过精练，试样有色差变化；随着碱液浓度的增加，DE值变大；随着温度的增加，DE值呈上升趋势；经过精练工艺，织物DE值的变化范围在1.1～2.67。

总之，精练碱质量液浓度的增加，温度的上升均使绿棉/白棉混纺织物的颜色变深且向蓝绿色变化。

2.3　碱缩对绿棉/白棉混纺织物颜色稳定性的影响

调整碱缩温度，生坯织物直接进行碱缩处理。以生坯织物作为标准样得到2组测试结果，见表2。50 ℃碱液进行碱缩处理的样品表示为S50；20 ℃碱液进行碱缩处理的样品表示为S20；

表2　碱缩对织物颜色影响

经过碱缩处理，织物颜色变深，颜色鲜艳度变高，其颜色向蓝绿色调变化。

碱缩最小色差值为5.04，而精练的最大色差值为2.67，所以碱缩处理使绿棉/白棉混纺织物变化更大。说明浓碱的处理比温度对绿棉/白棉混纺织物颜色稳定性影响更大。

这是因为通过碱缩，成熟的棉纤维在浓碱的作用下横向上发生剧烈的溶胀反应，由腰圆形变成柱形，同时浓碱会使纤维内的胞腔和纤维内的天然捻度消失，棉织物的色泽鲜艳度也会发生改变。

结合绿棉结构分析，绿棉色素中含有大量羰基、羧基和酚羟基等吸电子基团和羟基、甲氧基等供电子基团[7]。碱性基团为供电子基团。在碱性浴中，绿棉色素中吸电子基团与碱性基团(供电子基团)结合，使绿棉颜色向蓝绿色变化。结果表明：绿棉颜色变化趋势大小与碱性基团浓度有一定关系，随着碱液质量浓

度的增加，绿棉颜色向蓝绿色变化趋势增大。

3　结　论

a)根据单因子变量精练工艺实验结果，精练碱液质量浓度的增加，温度的上升均使绿棉/白棉混纺织物颜色变深且向偏蓝偏绿变化。DE值变化幅度在1.1～2.67，变化幅度较小。

b)碱缩工艺后绿棉/白棉混纺织物的颜色加深且向蓝绿色改变，其色差值DE为5.04、6.13。

c)相同的绿棉/白棉混纺织物，精练处理后色差最大值为2.67，碱缩处理后最小色差值DE为5.04，碱缩工艺后的色差值远大于精练工艺后的色差值，说明浓碱对绿棉织物颜色的稳定性影响更大。