1.　前 言

 

　　自然生态环境日趋恶化，已经让人们日益深切地感受到，环境污染正在对人类生存构成严重的威胁。 　

　　传统的纺织印染行业用水量大，污染严重。印染废水若达到回用标准，治理费用已高达2-3元/吨，相当于城市用水价格的4-5倍。实行“绿色印染”已成为印染工作者的当务之急。印染界已经就印染工艺8个环节，分别提出解决方案。,但这些方案尚未解决冗长的流程，尚未完全摆脱化学品，对棉花种植过程中产生的污染无能为力。 有研究表明：纯棉织物并不纯净。传统方法生产的白棉中含有35种杀虫剂和除草剂，有些国家一季棉花喷洒农药30-40次。国际环保纺织协会制定的 “Oeko-Tex Standard 100”标准，除了对印染过程的污染需要进行检测以外，还要对残留杀虫剂、除草剂、化肥进行检测，这就对纺织品提出更高的要求。 为适应这一形势发展，“天然彩色棉”研究和开发应运而生。 天然彩色棉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”，但下机坯布含有各种杂质，不能直接穿着，必须通过后整理解决去毛、除杂、不吸水、手感粗糙、服用性能差等问题。目前的后整理尚需经过烧毛--精练—柔软三个步骤，且需采用化学品，因此仍有污染问题。

　　本文从天然彩色棉结构初步分析，探讨通过生态整理，实现从种植到成衣“零污染”的可能性及解决彩棉机织物烧毛、精练、柔软三步合一的可能性；并研究整理过程对天然色彩、服用性能的影响。经结构初步分析发现，天然彩棉的天然色彩存在于纤维次生胞壁内，发色基团与羰基有关。通过生态整理，可部分剥除纤维表面覆盖层，使天然彩棉充分显色，并保持较好色牢度；同时可起到去毛、除杂、柔软作用。经淀粉酶、果胶酶、纤维素酶协同生态整理，天然彩棉机织产品有可能实现从种植到成衣“零污染”，实现烧毛、精练、柔软三步合一，缩短生产流程。

　　试验证明：绿色天然彩色棉机织物经生态整理后，色泽加深，除日晒牢度3级以外，皂洗、摩擦、汗渍牢度均可达到4-5级。失重、强力损失与常规处理相近；毛效可达到11-12cm/30cm；起毛起球可达到4-5级；柔软度好于常规整理。

 

　　§2 实 验

 

　　2.1 实验材料：天然彩色棉绿/白色织物—九采罗彩棉产业公司 

　　淀粉酶：DT;GT—进口 纤维素酶；1—进口酸性酶（活力3000u/g）；2—进口改性酸性酶(活力1000u/g)； 3—进口改性酸性酶(活力500u/g); 4—BFS-Q 北京纺织科学研究所(活力 1000u/g)； 酸性果胶酶：BFS-G—北京纺织科学研究所 

 

　　2.2 实验方法

 

　　2.2.1　天然彩色原棉的横截面观察： 使用哈氏切片器分别对绿色系和棕色系天然彩色原棉做横截面切片，并在光电子显微镜下进行观察。

 

　　2.2.2　红外光谱测定：分别将天然彩棉绿色系和棕色系粉碎制成溴化钾切片，用PE-1750型FI-IR红外光谱仪进行分析，并与普通白棉对照。

 

　　2.2.3　织物退浆--精练--整理

　　实验设备：SW12型耐洗牢度

　　实验机；海尔-玛格丽特滚筒式洗衣机。

 

　　常规： 退浆处理：NaOH:3g/l; 渗透剂：0.5g/l; 浴比： 1:20; 95℃；30分。 精练处理：NaOH: 5g/l;渗透剂：0.5g/l;硅酸钠（40。Be）0.2g/l 浴比：1:20; 95℃；60分。 生物酶：退浆处理：淀粉酶：3.3g/l; PH: 6.5; 浴比：1:12; 68℃;30分。 去毛-精练-柔软处理：果胶酶：2.2%（ owf）; 纤维素酶：x; 温度：50℃;浴比：1:12; PH: y 时间：z; 工艺：水洗（100℃*10分）--酶洗—灭活（80℃*10分）—水洗—晾干。

 

　　2.2.4　测试方法：

 

　　2.2.4.1失重率：将试样在处理工艺前后在105℃下烘干1小时，在放入干燥器中冷却30分钟后称重，并按公式（1）计算失重率。 失重率=（W0 – W1）/ W0 × 100% （1） W0——织物初始重量；W1——织物处理后重量。

 

　　2.2.4.2色差：将每块试样在ND—1001DP Color/color-difference meter色差仪上分别测三个不同点的色差，计算平均值。 2.2.4.3毛效：将试样裁成5×25cm大小，测量试样在30分钟内铬酸钾的爬升高度。

 

　　2.2.4.4蓬松度：使用Y531厚度仪，对试样先后施以轻压50g和重压500g，并分别测出试样在两种压力下的厚度。在一块试样上测量三个不同的点，按公式（2）计算出蓬松度，取其平均值。 蓬松度B=（T0 - TS）/TS × 100% （2） T0 —— 织物轻压厚度；TS —－ 织物重压厚度。

 

　　2.2.4.5　柔软度：将试样裁成2×15cm大小在Ieyeeriki柔软度仪上进行测试。按公式（3）计算出织物的刚度，用刚度来反映织物的柔软度。刚度越小，柔软度越好。 B=(L4×M)/(8×G) g.cm (3) B—柔软度 L2=H2+G2 H—仪器水平刻度cm G—仪器垂直刻度cm M—仪器每平方厘米重量g

 

　　2.2.4.6　收缩率：测出试样上同一小方格的长宽，算出面积，按公式（4）计算收缩率。 收缩率=（S0 – S1）/S0 × 100% （4） S0——坯布小方格的面积； S1——处理后织物小方格的面积

 

　　2.2.4.7　起毛起球评级：将织物裁成直径为10cm的圆形试样，按照《GB/T.4802.1/1997纺织品 织物起球实验 原轨迹法》，参照毛织物起毛起球参数（即起球30次）进行测试并评级。

 

　　2.2.4.8　断裂强力：将织物裁成5×20cm大小试样三块，在YG026织物强力机测试试样在10cm拉伸长度下的断裂强力，计算平均值。

 

　　2.2.4.9　各项牢度：

 

　　a.耐磨擦色牢度的测定 采用GB 3920-83纺织品耐磨擦色牢度实验方法。仪器选用Y571-A染色摩擦牢度试验机（浙江温州纺织仪器厂）

　　b.耐汗渍色牢度实验方法 采用GB 5713-85纺织品耐汗渍色牢度实验方法，仪器选用YG 631汗渍牢度仪（无锡纺织仪器厂）。

　　c.耐洗色牢度实验方法 采用GB 3921-83纺织品耐洗色牢度实验方法，仪器选用SW-12耐洗色牢度试验机（无锡纺织仪器厂）。

　　d.耐晒牢度 用WKE-6-H型日晒牢度仪进行日晒牢度测定。

 

　　§3. 结果与讨论

 

　　3.1 天然彩色棉结构的初步分析

 

　　3.1.1横截面的显微镜观察：

　　　　　　　　　　　　　　 
　　图1绿色天然彩棉横截面显微镜照片 图2棕色天然彩棉横截面显微镜照片

　　图1、图2可以看出，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。天然彩棉的色彩呈片状，主要分布在次生胞壁内。棕色系天然彩色棉纤维较细，截面比较圆润，胞腔较小；绿色系天然彩色棉纤维较粗，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。

 

　　3.1.2红外光谱分析：

　　　　　　　　　　　  

　　　　　　　　　　　　　　　　　图3 普通白棉与绿色天然彩棉红外光谱图 

　　　　　　　　　　　　　　　　　　上曲线 普通白棉 下曲线 绿色彩棉

　　从红外光谱图可以看出，绿色彩棉化学结构与普通白棉基本相似，但在2900附近，出现2850及2917三级氢特征吸收峰，1646附近，出现1738羰基特征吸收峰，说明彩棉结构中可能存在羰基，其发色原理与羰基有关。

 

　　3.2生态整理对天然色彩的影响：

 

　　3.2.1杂质色素与天然色彩 有研究表明，原棉杂质色素主要存在于棉籽壳。棉籽壳的组成见表1。 

　　　　　　　　　　　　　　

 

　　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是分布在初生胞壁中。天然色彩分布主要在次生胞壁中（见图1、图2），因此有可能通过纤维素酶和果胶酶的协同作用，去除杂质色素，而保留所需的天然色素。

 

　　3.2.2　生态整理剂对天然色彩的影响： 本文采用淀粉酶退浆、纤维素酶和果胶酶协同作用去毛--除杂--柔软，作为生态整理剂。

 

　　3.2.2.1　淀粉酶退浆剂对天然色彩的影响： 分别采用碱退浆和淀粉酶退浆，测定失重、色差。结果见表2。

　　　　　　　　　　  
　　表2可见，无论是碱退浆或酶退浆都使天然色彩加深。退浆酶DT为低温酶，退浆酶GT为高温酶，低温酶DT退浆率高而色差明显，因此选用DT进行退浆。

 

　　3.2.2.2 纤维素酶和果胶酶混合整理剂对天然色彩的影响： 为彻底去除果胶等杂质，达到除杂、柔软效果，需采用果胶酶与纤维素酶协同作用。因本文收集到的果胶酶为酸性，因此采用酸性纤维素酶。固定果胶酶用量不变，分别采用酸性纤维素酶1、复配未改性酸性酶BFS_Q；改性纤维素酶2；改性纤维素酶3对天然彩棉进行处理，测定失重、色差。结果见表3。（处理条件：果胶酶用量：2.2g/l; 纤维素酶用量：3g/l; PH：5, 温度：50℃ 时间：60min ）

　　　　　　　　　　　　

 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表3 酸性纤维素酶对天然色彩的影响

　　改性酸性纤维素酶2;3失重小于未改性酸性酶，而色差大。改性酸性纤维素酶2比3活力大，但损伤小,色彩保留好，因此本文选择2为主要生态整理剂。并与复配未改性酸性酶BFS-Q对照。

 

　　3.3.生态整理工艺条件探讨：

 

　　3.3.1工艺条件正交试验： 为考察纤维素酶用量、PH值、时间对彩棉服用性能的影响，固定果胶酶用量（2.2%o.w.f）、温度50℃、浴比1:12不变，本文设计三因素、三水平正交试验。分别考察它们对失重、断强、毛效、色差、蓬松度、柔软度的影响。试验结果见表4。