罗布麻／天然彩棉针织产品的研究与开发
董勤霞，潘玉明 上海题桥纺织染纱有限公司
原载: 上海印染新技术交流研讨会论文集（2009年度）；184-188
稿件来源：sh9-184
【摘要】通过分析罗布麻和天然彩棉的性能特点，确定产品设计开发的技术方案。经过小试和中试，找出产品开发中的技术关键和解决措施，建立理论与生产相结合的染整工艺技术，为开发天然保健的罗布麻／彩棉针织产品提供有效的技术保证。
【关键词】罗布麻；天然彩棉；保健产品；染色；整理；工艺技术
前言
随着人类的技术进步，节能减排，保护环境，降低排放，减少污染，追求天然环保，开发无污染新产品的呼声也越来越高。面对2008年以来全球金融风暴不断向实体经济蔓延，中国纺织行业饱偿了生与死的严峻考验。在直面中国加入WTO、与世界先进国家接轨，参与国际市场竞争之时，欧盟对我国出口的纺织产品在染整技术上又提出了新的要求和限制。既需要符合新的欧盟Oeko—Tex
Standard 100环保标准的认证，又要强制执行REACH法规中所使用的染化料的安全性和现有染整工艺技术(高端化学物质的情景暴露)的限制，如同雪上加霜。因此，如何设计研究、开发天然环保、不含有害化学物质的纺织新产品，不仅是为纺织染整行业重新复苏，而且是应对国际多种限制的当务之急。
1 天然罗布麻和彩棉的性能特点
1.1 天然罗布麻纤维的性能特点
1.1.1 认识罗布麻
罗布麻属于夹竹桃科类植物。半灌木，有白色乳汁，叶椭圆状披针形，聚伞花序，花冠针形，粉红色或淡紫色，芬香。蓇葖果叉生，种子顶端簇生白色细长毛。花期6-7月，果期8-9月。罗布麻是野生植物纤维。由于最初在新疆罗布泊发现，故命名为罗布麻。
罗布麻有红麻和白麻之分， 红麻植株高大，幼苗为红色，茎高达1.5-2m，最高可达4m以上；白麻植株较矮小，幼苗为浅绿色，茎高为l-1.5m，最高可达2.5m。我们常见的是红野麻。由于罗布麻喜光，耐旱、耐盐碱、耐严寒酷暑、抗风力强，适宜于在沙漠、河岩沙地、山沟沙土、多石的山坡及盐碱地等恶劣的自然条件下生长。广泛分布在淮河、秦岭、昆仑山以北地区的十几个省、市、自治区，主要集中在新疆、内蒙古、甘肃和青海等地，在山东的黄河口、陕西、江苏等地也有发现。因它属野生植物纤维，枯死后茎杆都呈红色，故又名红野麻。据不完全统计，我国生长罗布麻的土地约有133万公顷，产量可达lO万吨，其中，新疆约有53万公顷，产量约为5万吨。
1.1.2 罗布麻纤维
罗布麻和亚麻一样，属于韧皮纤维，它位于罗布麻植物茎杆上的韧皮组织内，纤维细长而有光泽，呈非常松散的纤维束，个别纤维单独存在。罗布麻单纤维是一种两端封闭、中间有胞腔、中部粗而两端细的细胞状物体，截面呈明显不规则的腰子形，中腔较小，纤维纵向无扭转，表面有许多竖纹并有横节存在。纤维细度为0.3-0.4TeX，长度与棉纤维相近，平均长度为20-25mm，但长度差异较大，其幅度为10-40mm，宽度为10-20mm，纤维洁白，质地优良。但是，由于单纤维表面光滑无卷曲，抱合力小，在纺织加工中容易散落，制成率低，且影响成纱质量。
罗布麻是麻类纤维中品质仅次于苎麻的优良纤维，若以单纤维与天然棉纤维或化学纤维混纺，效果比较好。罗布麻经过剥麻、晾晒等初步加工后成为原麻，原麻中较多的胶质，必须进行脱胶处理。由于罗布麻单纤维的长度较长，给脱胶带来一定的困难，故常采用化学脱胶工艺进行全脱胶，这样可除去纤维中的绝大部分胶质，以提高纤维的纺纱性能。化学脱胶的工艺流程如下：(原麻)分检→浸酸→水洗→一煮→二煮→水洗→开纤→漂白→酸洗→水洗→给油→脱水→烘干(精干麻)。
经化学脱胶后的精干麻，仍含有少量的(一般只有2％-4％)残胶，其中还包括一定数量的果胶、半纤维素和木质素等。因此，在纺纱之前还要对精干麻进行给油加湿等预处理，以提高其可纺性能。罗布麻的化学组成与其它麻类纤维有一定的区别。罗布麻的果胶含量13.14％、水溶物含量17.22％，居麻类各纤维之冠；木质素含量12.14％，高于苎麻、亚麻、大麻、蕉麻和剑麻；而纤维素含量40.82％，是所有麻类纤维中最低的。但也有资料报道约为62％-72％。与亚麻纤维的含量相当。罗布麻纤维的化学组成决定了它的理化性能，根据罗布麻纤维射线衍射与红外光谱分析结果，罗布麻纤维的内部结构与棉、苎麻极为相似，内部分子结构紧密，在结晶区中纤维大分子排列较为整齐，结晶度与取向度均较高。
罗布麻是我国近年来新开发的天然纤维，既具有麻类纤维的一些共同性质，又具有自身的调节稳定血压等特点，不仅具有优良的服用性能，而且还具有良好的医疗保健功能，特别适宜于制做夏季的服装，针织内衣，是名不虚传的“神衣”。
1.2 天然彩棉纤维的性能特点
1.2.1 天然彩棉
天然彩棉又称彩棉，目前被誉为“贵族纤维”。天然彩棉自然、环保、无污染，具有亲和皮肤，舒适、止痒的特点。它的pH值呈微酸性，对皮肤无刺激，符合环保及人体健康的要求。彩棉不带任何自由电荷，抗静电，棉纤维不易变形、不起球，能吸附人体皮肤上的汗水和微汗，真正达到透气、吸汗效果。
彩棉又称天然彩色棉花，是采用杂交、基因转导等现代生物工程技术，培育出的一种在吐絮时就具有红、黄、绿、棕等天然色彩的棉花。由于是天然彩色，织造过程中无需染色，减少了化学用剂的污染过程，所以对人体无害，被誉为“贵族纤维”、“植物羊绒”。目前，我国已经培育了八个彩色棉的品种，其中五个棕色，三个绿色。实验室已研发成功的彩棉颜色有棕色、绿色、紫色、灰红、靛蓝等颜色，但因个别色彩基因的不稳定会产生变色，广泛用于大面积种植的只有棕色和绿色两个色系。
我国从20世纪90年代末期开始进行彩棉研究和推广工作，新疆凭借丰富的日照资源及广阔的地域条件迅速成为我国彩棉主产地，2005年已达到年产一万多吨皮棉的规模，彩棉产量占全国的95％，世界的20％，成为仅次于美国的第二大彩棉生产国。新疆石河子市是我国最大的彩棉种植基地。
天然彩棉是采用现代生物工程技术培育出来的一种在棉花吐絮时纤维就具有天然色彩的新型纺织原料。在纺织过程中减少印染工序，迎合了人类提出的绿色革命口号，同时减少了对环境的污染，打破了国际绿色贸易壁垒。
1.2.2 天然彩棉纤维
天然彩棉纤维在纺织过程中无需染色、漂白、强煮练等化学处理，织物不残留有害化学物质，不含任何甲醛，偶氮染料和重金属等，避免了有害成分对人体的危害和对环境的破坏。由于天然彩棉织物面料的生态整理工艺，使得彩棉纤维中有益于人体健康的植物蛋白质和维生素得以保留。最新实验表明，天然彩棉纤维呈现弱酸性，与人的皮肤弱酸性自然吻合，因此，对人体皮肤具有天然保健护肤功能，经常贴着人体皮肤可以起到止痒、亲和肌肤的作用；天然彩棉纺织品对阻挡紫外线辐射效果良好。实验证明，天然彩棉布料的紫外线透过率显著低于白色棉布料，尤其是对肌肤损伤最大的UVA和UVB光线有强烈的屏蔽作用。天然彩棉被国际上称为更高层次的生态棉和“零污染”，因其具有保暖性好、富有弹性、无静电、手感柔软、透气等优点，适合制作直接接触皮肤的纺织品，具有人类“第二肌肤”之称。据不完全统计，2005年国内彩棉内衣销售总量超过1500万套，2007年以来已经成为风靡国内外市场的主要高档内衣产品。终端市场上每销售100万套彩棉内衣，将带动销售彩棉公司1000吨彩棉纱线。
1.2.3 天然彩棉的鉴别
由于彩棉纺织品存在较大的利润空间，国内彩棉产品生产和加工的企业越来越多，但是产品质量良莠不齐。市场上某些宣称100％彩棉制品的彩棉含量实际不足30％，甚至有些干脆把普通棉染成了和彩色棉花相同的颜色，棕色或者绿色，更有甚者把它染成了其他的颜色，红色、蓝色、黑色，也称之为彩棉，当作彩棉出售。根据彩棉内衣的行业标准，采用90％天然彩棉加lO％其它不染色原料制成的产品才能称为纯彩棉织品。天然彩棉内衣是使用优质彩色棉花为原料，色彩自然形成，不需染色。天然彩棉的品种很单一，颜色只有棕色和绿色两个系列，色彩厚重、朦胧不光亮，多为较暗淡的土色，绝对没有大红大紫的颜色，任何鲜艳的颜色都不是天然彩棉色。
识别彩棉服装最简单的方法是：
(1)将一块彩棉面料放入40℃不含增白剂的洗衣粉溶液中浸泡6小时后，用清水洗涤干净，待干燥后观察色泽变化。如色泽比前加深，则为真品，否则属于染色的伪制品。
(2)彩棉纤维较短，必须与纤维较长的白棉花混合使用，故颜色越深，彩棉的含量越高，品质越好。彩棉洗衣粉常温洗涤不褪色，因为它的颜色是天生的，不是染制着色的。所以真正的彩棉越洗颜色越鲜亮，越洗颜色反而越深。假彩棉是染上去的颜色，越洗颜色越暗，越洗颜色自然越浅，真正的彩棉越洗越柔软。
(3)缺点：①纤维短容易出现“掉毛”现象。②天然颜色不稳定，批与批之间颜色差异比较大。③织物遇到太阳久晒及汗液浸渍就会“褪色”，影响衣物的美观。④彩棉和其它棉花一样表面有一层蜡质，普通白色棉花在印染和后整理过程中，使用各种化学物质消除了蜡质，加上染料的色泽鲜艳，视觉反差大，故而鲜亮。彩棉在加工过程中未使用化学物质处理，仍旧保留了天然纤维原色的特点，有的还含有棉子壳，故而就产生一种朦朦胧胧的视觉效果，鲜亮度不及印染面料制作的服装。⑤尺寸稳定性：纯棉服装一般都有一定程度缩水和起皱，普通纯棉服装经过树脂、甲醛等化学物质处理后，基本避免缩水和起皱。而天然彩棉服装，本着“健康”、“环保”的原则，完全不用化学物质处理，仅在服装后整理过程中，采用轻加工和物理方法处理，使缩水率小于规定标准。如果采用干洗，则可基本避免起皱。⑥彩色棉的色彩源于天然色素，其中个别色素(如绿、灰、褐色)遇酸会发生氧化。因此，洗涤彩色棉制品时，不能使用带酸性洗涤剂，而应选用中性肥皂和洗涤剂，同时，注意将洗涤剂溶解均匀后再将衣服浸泡在其中。
2 产品设计开发的技术方案
2.1 产品混纺比的确定
由于罗布麻的脱胶方式相似于苎麻脱胶，虽然纤维分裂度高，纤度细，柔软亮丽。但是纤维细而短，纺纱时落物多，制成率低；彩棉纤维粗而短，同样纺纱时落物多。因此，考虑到生产成本和终端产品价格及其功能，我们采用了三混比，即：罗布麻／彩棉／长绒棉20／65／15和10／80／10的比例进行试纺。经过多次反复的试验，纺制出了32S／40S的精梳纱线。试制了针织汗布，棉毛布等品种。
2.2 纺纱与织造技术要点
2.2.1 纺纱的技术要点
(1)开清棉 采用“薄喂勤抓、少落多松、以梳代打、轻定量”的工艺原则，针对罗布麻短绒多，彩棉强力低的特性，尽可能少打击，多梳理，防止纤维受损伤。
(2)梳棉 采用“低速度，紧隔距”的工艺，保证纤维达到充分梳理与转移，不沾或少沾针布。调整梳棉机成网工艺，改善成网质量，减少落物。
(3)精梳 考虑到罗布麻/彩棉纤维短绒多，需要将牵伸隔距和梳理隔距适当减小，降低梳理速度，减少落物，提高成条质量。
(4)并条和粗纱 采用多并低速、紧隔距、重加压、强控制工艺。
(5)细纱 严格而有效地控制纤维的运动，设备运转的波动，减少粗细节的产生。适当放大罗拉中心距，选择适宜的牵伸倍数，注意减少纤维运动变速点的突变，适当增加捻度，减少毛羽，提高细纱成纱质量。
(6)络筒 采用低速、低张力、小伸长的无捻接头方式络筒，提高纱线的乌斯特指标和纱线的可织性。
2.2.2 织造的技术要点
(1)根据纱线的质量决定是否在上机前再次络筒。
(2)织造时注意织物密度的同时关注其紧度。
(3)尽量减少纱线与纱线之间，纱线与织针之间的摩擦。
(4)降低织造速度和张力，防止坯布起毛。
(5)加强管理，防止纱线沾油和人为的沾污，以减轻织物的后处理负担。
2.3 织物风格和终端产品的定位
2.3.1 织物风格定位
(1)充分体现天然、环保、绿色、保健的功能和特点；
(2)后整理采用轻工艺、少助剂、无污染的环保技术；
(3)保证产品的色牢度、缩水率等指标参照并达到彩棉的行业标准；
(4)坯布处理过程中，保证不破坏罗布麻的保健功能。
2.3.2 终端产品的定位
(1)为服装行业提供高端的针织内衣面料；
(2)宣传绿色、保健、无毒、无有害化学物质；
(3)为追求健康、返朴归真的高档客户群提供高档的新产品；
(4)为高血压患者和稳定血压的人群提供天然环保、可降解的优秀纺织新产品。
3 染整试验的关键技术及应对的措施
3.1 染整方案的确定
天然彩棉是一种天然颜色的棉花，在纺织产品加工中不需要进行染色。既可以降低染色加工成本，又可以减少污水排放，有利于保护环境，节能减排。纺织使用的罗布麻属于经过煮漂、基本不含麻皮的精干麻，二者与质量优良的长绒棉混纺的织物是不需要再进行强化学处理和染色。
3.2 前处理的关键技术与措施
天然彩棉纤维的横截面与普通棉花的结构十分相似，带有胞腔的腰圆形。但是，天然彩棉的色彩呈片状，天然素色主要分布在纤维次生胞壁内，且彩棉的成熟度不同呈现的颜色也不同。白色原棉主要含有果胶质、纤维素、半纤维素、可溶性脂蜡质，存在于棉籽壳中的表皮层和外色素层，无木质素存在。而天然彩棉纤维中纤维素含量低，其杂质主要是以木质素为主的蜡质脂肪。其次是微量金属和蛋白质，且彩棉的木质素、微量金属和蛋白质含量与色素及色素的稳定性有关。由于，天然彩棉被纤维初生胞壁杂质层所覆盖，经过剥除表面杂质层才能显现独特的色彩，没有经过整理的彩棉织物色泽比较暗淡，不够自然。
罗布麻纤维是植物纤维中的韧皮纤维，具有伸直而两端封闭的厚壁长细胞，原纤维是一种高分子的多合物。纺织所使用的罗布麻纤维是经过沤麻、酸洗、煮练、漂白之后的精干麻，在前后处理工艺技术中考虑的因素主要是保证抗菌抑菌性能和稳定调节血压的功能不被破坏。因此，该产品中天然彩棉的特性成为整理技术的关键因素。
影响彩棉颜色变化的因素主要包括：耐酸和耐碱性能，纤维素酶和柔软剂整理性能；温度、时间、pH值的影响；拉幅定形温度与时间等因素。
3.2.1 前处理工艺流程
坯布→烧毛(或者采用纱线烧毛后织布)→煮练→水洗→烘干→中性酶洗丝光→水洗。
3.2.2 前处理的影响因素
(1)烧毛 目的为了去除毛羽，提高面料的光洁度。面料选用德国LINDAUER-DORNIER公司的SMA圆筒针织物烧毛机，纱线采用意大利RITES.P.A.的GRR.N纱线烧毛机。
(2)煮练 彩棉纤维中纤维素含量低，所含的杂质是普通棉的2-5倍，必须加强煮练的力度，去除棉籽壳和杂质，才能显现彩棉的天然色彩。但是，不同的碱液，pH值的变化，温度、时间的不稳定，彩棉的颜色会有很大变化。对于常见的棕色和绿色彩棉，其耐碱性能也是不一样的。试验表明：(1)棕色比绿色彩棉的稳定性好。pH值在l-5强酸性条件下，棕色彩棉变为黄棕色，绿色彩棉变为浅黄色；pH值在ll-14强碱性条件下，棕色彩棉和绿色彩颜色均变深；说明了棕色彩棉随着pH值的变化而变化，基本保持原有色系。绿色彩棉跟随pH值变化产生偏黄和偏绿两种颜色。所以棕色彩棉与罗布麻织物的处理适合碱煮练工艺，绿色彩棉与罗布麻织物由于颜色不稳定而采取中性或弱碱性酶处理工艺；(2)煮练时为了稳定彩棉的色泽，棕色彩棉pH值应该控制在6-12之间，绿色彩棉pH值控制在6-9之间。由于彩棉含杂高，尽可能采用中性或者碱性条件处理，去除杂质和灰分之后，增加色泽的深度。由此可见，工艺上保证稳定的pH值显得非常重要。
(3)温度 天然彩棉和罗布麻织物，在80℃以下处理颜色比较稳定。当处理温度达到90℃以上时，绿色棉和棕色棉的溶液颜色变深，说明色素分子结构中的电子在热能激发下活动加剧，引起分子极性基团发生亲核或亲电重排反应，使色泽变深。
(4)时间 该产品色色泽是天然素色形成的颜色，不宜在酸、碱、助剂存在的条件下，高温长时间的浸泡。否则颜色不稳定，难以对色准确。
(5)固色 常温条件下金属盐对彩棉产品的色素会有不同程度的增色作用。原因是盐中的金属离子可以作为取代基与天然色素分子中的母体结合，使色素颜色发生变化。因此，可以选择无害的金属盐，成为天然彩棉系列产品的固色处理剂。
(6)经过分析发现：彩棉色素应属于水溶性或醇溶性的多酚类天然色素。具有2-苯基苯并吡喃的母体结构，其中的H+、OH-极性基团诱导作用下产生溶液的深色效应。
(7)天然彩棉罗布麻织物随着前处理和洗涤过程中，由于棉纤维初生胞壁的外皮组织被逐步破坏，次生胞壁上的色素会逐渐显露；当纤维次生胞壁上几乎没有缝隙和孔洞的第一层次生胞壁被破坏时，内层和中腔内沉积的色素也会由内向外析出转移，引起天然彩棉的表观颜色变深，彰显天然彩棉织物色彩越洗越深的特点。同时，天然彩棉前处理溶液中呈现较多的浮色，说明在色素中含有与天然纤维素结合能力较弱的可以剥离的色素。这些可脱落的色素通过由内向外的析出转移，在水洗中被清除，并不会沾色。所以，为了保持该产品的色泽，在使用洗涤过程中，应采用中性洗涤剂，避免浸泡和强力搓洗。
3.2.3 丝光
丝光的目的是去除织物表面的毛羽。有学者提出采用生物碱性酶与烧碱联合的双丝光整理工艺，有助于天然彩棉色彩加深，因为碱丝光时纤维剧烈膨胀，使纤维胞壁更薄，天然色彩明显向胞壁转移。所以，碱丝光使彩棉颜色更加鲜艳。再加上酶洗去除半纤维素纤维和短绒，布面光洁亮丽(还有待进一步试验验证)。
3.3 后整理的关键技术与措施
3.3.1 后整理工艺流程
丝光织物→中和→水洗→脱水→超喂湿扩幅整理→浸轧柔软整理液→超喂定形→预缩(或环烘)→检验→打卷包装。
3.3.2 后整理的影响因素
(1)经过前处理和丝光之后的织物受到经向张力的影响，首先需要进行扩幅以达到要求的幅宽。
(2)柔软整理 在柔软整理时，一定选择环保达标、不影响颜色的整理剂。还可以进行抗菌抑菌、抗紫外线等无甲醛的功能整理，以提高产品的附加值。
(3)定形 注意温度和车速的反比关系，具体需要根据织物的含水率、克重、浸轧的整理剂、温度对颜色的影响决定。
3.4 生产工艺试验
经过多次的小试和中试研究，我们进行了批量生产。大生产证明：(1)碱处理可以得到增深效应；(2)生产工艺波动，尤其在处理过程中停车，同批织物会产生颜色的不一致和明显的色档。(3)棕色彩棉罗布麻产品采用碱处理，绿色彩棉罗布麻织物宜采用酶洗前处理，防止绿色色光消失或使布面变色和色花。
4 结论
罗布麻天然彩棉保健针织产品的研究开发，必须考虑其综合因素。该产品受到彩棉颜色的不确定性影响，每批之间，每缸之间，生产工艺波动，颜色都会发生较大的偏差。因此，在生产中尽量保证工艺的稳定性，参数的正确性，整理剂用量的准确性。做到工艺一致，减少系统误差，同批纤维原料、同批纱线、同批织物的颜色偏差才会减小。通过烧毛、煮练、丝光加工，以增加面料的光泽；通过柔软、防缩、抗菌抑菌等功能整理，加上自身的保健稳定调节血压功能，从而提高产品的综合性能。体现集天然环保、不含有害的化学物质、卫生保健、废弃可降解等优点与一身。