彩棉纖維的成分和結(jié)構(gòu)分析

摘要：用X射線衍射方法研究相同生長(zhǎng)條件下的棕棉、綠棉、白棉的結(jié)晶度和取向度的差異，并對(duì)它們的蠟質(zhì)及脂肪總量進(jìn)行比較。結(jié)果表明：棕棉和綠棉的結(jié)晶度大于白棉，在天然彩棉中，綠棉的結(jié)晶度略高于棕棉；在纖維取向度方面，綠棉的取向度最高，而棕棉的晶粒取向度與白棉相似；綠棉的蠟質(zhì)和脂肪含量最高，白棉的蠟質(zhì)和脂肪含量最低。

關(guān)鍵詞：天然彩棉；結(jié)晶度；取向度；蠟質(zhì)；脂肪

中圖分類號(hào)： S562.01文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2015）01-0313-02

收稿日期：2014-06-24

基金項(xiàng)目：中央高校基本科研項(xiàng)目（編號(hào)：XDJK2013C099）。

作者簡(jiǎn)介：李康（1987—），女，山西太原人，碩士，助理實(shí)驗(yàn)員，主要從事棉纖維的性能研究。E-mail：547670457@qq.com。天然彩棉是一種含有天然色素的棉花，雖然有較長(zhǎng)時(shí)間的種植歷史，但是由于其產(chǎn)量低、纖維長(zhǎng)度短、強(qiáng)力低等原因，長(zhǎng)期以來(lái)并沒(méi)有得到廣泛推廣，因而發(fā)展緩慢[1]。近年來(lái)，人們對(duì)環(huán)境、健康問(wèn)題日漸重視，隨著現(xiàn)代基因工程技術(shù)廣泛應(yīng)用于育種技術(shù)，天然彩色棉的綜合品質(zhì)才得到明顯改善和提高。天然彩棉的優(yōu)點(diǎn)在于用天然彩棉生產(chǎn)的紡織品只需采用生物酶處理技術(shù)，不需要經(jīng)過(guò)漂白、染色、消毒等處理，因此加工出的紡織品可避免一般紡織品在印染著色后存在化學(xué)殘留物的不足[2]。由于天然彩棉是天然纖維素纖維，具有可降解性，其廢棄物可通過(guò)再生、堆埋、焚化等方法進(jìn)行處理，因此不污染環(huán)境。由于天然彩色棉是采用生物工程改性技術(shù)得到的，在種植中可以不使用化學(xué)物質(zhì)，節(jié)省了化肥、農(nóng)藥等的投入，生產(chǎn)的產(chǎn)品不僅有利于健康與環(huán)保，而且降低了成本，節(jié)約了能源。

天然彩棉的特點(diǎn)是色澤自然持久、質(zhì)地比普通棉更柔軟，用它制成的服裝穿著舒適，對(duì)人體無(wú)害，綠色環(huán)保，特別適宜開發(fā)嬰幼兒、貼近人體皮膚的紡織品[3]。天然彩棉的獨(dú)特性能與化學(xué)組成、微觀結(jié)構(gòu)等密切相關(guān)，因而詳細(xì)地研究其結(jié)構(gòu)對(duì)其利用和開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。我國(guó)于1994年引進(jìn)彩棉技術(shù)，經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)可以工業(yè)化應(yīng)用的天然彩棉主要有綠色和棕色兩大類。本研究用X射線衍射法分析了同樣生長(zhǎng)條件下的棕棉、綠棉的結(jié)晶度和取向度，并與白棉纖維進(jìn)行比較，同時(shí)測(cè)定它們的蠟質(zhì)及脂肪總量，并進(jìn)行比較。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

綠棉、棕棉、白棉均來(lái)自重慶市，其種植條件完全相同。

1.2X-衍射測(cè)試

纖維樣品的X射線衍射分析由D/max-2550PC型X射線衍射儀測(cè)定。將樣品安放于玻璃樣品架上，在穩(wěn)定條件下分析。測(cè)試條件：Ni濾波，Cu靶Kα射線，管壓40 kV，管流40 mA，掃描速度2°/min，掃描范圍5～60°。

1.3蠟質(zhì)和脂肪總量的測(cè)定

采用GB/T 5889—1986《苧麻化學(xué)成分定量分析方法》對(duì)樣品進(jìn)行成分定量分析，隨機(jī)取5 g左右的試樣，切斷后放入脂肪提取器內(nèi)，試樣高度應(yīng)低于溢流口10～15 mm。在燒瓶中加入150 mL苯-乙醇（體積比2 ∶1）溶液，在恒溫下進(jìn)行提取，控制回流速度為4～6次/h，從提取液開始滴落起計(jì)時(shí)，提取3 h；取出試樣，在通風(fēng)櫥內(nèi)風(fēng)干后放入已知質(zhì)量的稱量瓶中，在105～110 ℃條件下烘至恒質(zhì)量（先后2次質(zhì)量差不超過(guò)后1次質(zhì)量的0.02%）；取出并迅速放入干燥器中冷卻（30±5） min，精確稱質(zhì)量，脂肪蠟質(zhì)含量的計(jì)算見(jiàn)公式（1）：

W=m1-m2m1-m0×100%。（1）

式中：W為脂肪蠟質(zhì)含量，%；m0為稱量瓶質(zhì)量，g；m1為試樣與稱量瓶總質(zhì)量，g；m2為提取后試樣與稱量瓶總質(zhì)量，g。

2結(jié)果與分析

2.1X-衍射分析

3種顏色棉纖維的X-衍射曲線及其擬合結(jié)果見(jiàn)圖1。

3種顏色棉纖維的結(jié)晶度、取向度的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。由表1看出，棕棉和綠棉的結(jié)晶度大于白棉，這很可能與色素結(jié)構(gòu)和色素含量有關(guān)，因?yàn)榘酌蘩w維的超微結(jié)構(gòu)中沒(méi)有染色較深的物質(zhì)；在綠棉纖維中，纖維的次生壁內(nèi)層存在大量染色深的條紋，這可能是色素沉積的結(jié)果，這些條紋呈有規(guī)則的層次排列，類似纖維的生長(zhǎng)日輪；在棕棉纖維的中腔內(nèi)，存在大量染色深的物質(zhì)，主要沉積在中腔壁上，可能是棕棉纖維的色素物質(zhì)[4]，這些區(qū)別于白棉纖維的色素結(jié)構(gòu)導(dǎo)致棕棉和綠棉的結(jié)晶度大于白棉。然而在天然彩棉中，綠棉的結(jié)晶度略高于棕棉，可能是由于色素沉積在棉纖維細(xì)胞中的位置不同所造成的，色素物質(zhì)在綠棉中存在于次生壁內(nèi)層，規(guī)則的層次排列使綠棉的纖維素大分子排列更加有序，結(jié)晶度大于棕棉。在纖維取向度方面，綠棉的取向度最高，而棕棉的晶粒取向度與白棉相似，這是由于綠棉細(xì)胞次生壁的結(jié)構(gòu)明顯有別于棕棉和白棉細(xì)胞，次生層的原纖與纖維軸的取向較高。

表13種顏色棉纖維結(jié)晶度、取向度測(cè)試數(shù)據(jù)

棉花種類結(jié)晶度（%）取向度（%）棕棉58.3866.7綠棉59.3970.1白棉53.8666.6

2.2蠟質(zhì)和脂肪總量分析

由表2看出，綠棉的蠟質(zhì)和脂肪含量最高，白棉的蠟質(zhì)和脂肪含量最低。相關(guān)研究表明，綠棉的橫截面面積小于白棉，且胞腔大，腔壁存在更多的原生質(zhì)殘?jiān)⒋紊诒。紊谥杏型S嗜餓層；棕棉的橫截面與白棉相似，纖維次生胞壁較綠棉略厚，胞腔大于白棉[5]，這些細(xì)胞的差異都是造成3種棉纖維蠟質(zhì)和脂肪（簡(jiǎn)稱脂蠟質(zhì)）含量不同的原因。由于脂蠟質(zhì)含量對(duì)纖維品質(zhì)有重要影響，綠棉具有的高脂蠟質(zhì)含量造成其可紡織加工實(shí)用性較差，經(jīng)濟(jì)價(jià)值低。由此可以看出，篩選培育低脂蠟質(zhì)含量的彩棉是彩棉品種選育的重要途徑。

表23種顏色棉纖維蠟質(zhì)和脂肪總量的測(cè)試數(shù)據(jù)

棉花種類蠟質(zhì)和脂肪總量（%）棕棉5.71綠棉6.82白棉5.23

3結(jié)論

用X射線衍射方法測(cè)試分析相同種植條件的天然棕棉、綠棉、白棉的結(jié)晶度和取向度，并定量分析測(cè)試蠟質(zhì)及脂肪總量，得出如下結(jié)論：（1）棕棉和綠棉的結(jié)晶度大于白棉，很可能與色素結(jié)構(gòu)和色素含量有關(guān)；在天然彩棉中，綠棉的結(jié)晶度略高于棕棉；（2）在纖維取向度方面，綠棉的取向度最高，而棕棉的晶粒取向度與白棉相似；（3）綠棉的蠟質(zhì)和脂肪含量最高，棕棉略高于白棉，白棉的蠟質(zhì)和脂肪含量最低。這些差異可能與綠棉纖維結(jié)構(gòu)存在同軸嗜鋨層以及3種纖維在次生細(xì)胞壁、胞腔方面的差異有關(guān)。

參考文獻(xiàn)：

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