式中：R’——含水率，%；

 R——回潮率，%；

      G₀——试样湿重（烘前质量），g；

      G₁——试样干重（烘后质量），g。

表2 棉纤维水分测结果

棉纤维水分分析结果的比例见图2、图3。

图2 棉纤维回潮率比例图

图3 棉纤维含水率比例图   

从表2可知无论是含水率还是回潮率的结果都是棕棉较高，绿棉次之，白棉纤维最低，其测试结果的规律与表1相吻合。

3讨论

棉纤维的含水原因与其本身的结构、大气温度、相对湿度等有关。纤维素分子的组成和排列中亲水集团的数目和无定形区的多少，是决定纤维含水多少的内部因素；大气相对湿度高低，是影响纤维含水多少的外部因素。研究彩棉与白棉纤维含水率的差异就必须了解其决定纤维含水多少的内部因素的差异。因此我们对白棉纤维及天然彩色棉纤维的结构、果胶物质含量进行了研究测试。

3.1白棉纤维及天然彩色棉纤维的结构

纤维的结构一般包括大分子结构，超分子结构和形态结构，棉纤维的性能基本上由这些结构所决定。成熟的棉纤维绝大部分由纤维素组成。纤维素是天然高分子化合物，其分子式为(C₆H₁₀O₅)_n。纤维素是一种多糖物质，每个纤维素大分子是由n个葡萄糖剩基(葡萄糖酐)，彼此以1-4甙键(氧桥) 联结而形成。所以，纤维素大分子的基本链节(基本单元或单基)是葡萄糖剩基，在大分子结构式中为不对称的六环形结构，也称氧六环。纤维素大分子的官能团是羟基和甙链。羟基是亲水性基团，使棉纤维具有一定的吸湿能力。

超分子结构是指大于分子范围的结构，又称聚集态结构。大分子之间依靠分子结合力能形成多级的超分子结构。各种单基组成的各种聚合度的直线链状大分子，在纤维内一般具有相对稳定的三维的空间几何形状；几根直线链状大分子互相平行，按一定距离、一定位相、一定相对形状，比较稳定地结合在一起，成为结晶态的很细的大分子束，即直径约为1～3nm的基原纤；若干根基原纤平行排列结合在一起成为较粗的、基本上属于结晶态的大分子束，即直径约为4～10nm的微原纤；若干根微原纤基本平行地排列结合成更粗些的大分子束，即直径约为10～30nm的原纤；由原纤基本平行地堆砌得更粗的大分子束，即直径约为0.1～1.μm的巨原纤；再由巨原纤堆砌成整根纤维。棉纤维的微观结构认为是由数十个纤维素大分子聚集形成横向尺寸约6nm的微原纤；由微原纤聚集成横向尺寸约10～25nm的原纤；再由原纤排列成日轮层；然后形成棉纤维。棉纤维中，微原纤内有1nm左右的缝隙和孔洞，原纤间具有5～10nm的缝隙和孔洞，次生胞壁中日轮层之间具有100nm左右的缝隙和孔洞，因而棉纤维微观内部也是一种多孔性的结构。

纤维素大分子之间是依靠范德华力和氢键而结合的。纤维素大分子的结构比较规整，大分子排列方向和纤维轴向有一定关系，一般把纤维内大分子链主轴与纤维轴平行的程度叫取向度，用各个大分子与纤维轴向平角的平均数来量度。

通常倾斜角度越小，取向度越高，纤维溶胀性因取向度不同而各异。

纤维中大分子的排列是比较复杂的。纤维内某些区域由于大分子的横向吸引使大分子排列比较整齐密实，缝隙孔洞较少称为结晶区。相反，另一些区域大分子排列比较紊乱，堆砌比较疏松，其中有较多的缝隙孔洞，密度较低，这称为非结晶区或无定形区。因此，在一根棉纤维中，同时存在着结晶区和无定形区。结晶部分占整根纤维的百分比称为结晶度。用重量百分比表示的称为重量结晶度；用体积百分比表示的称为体积结晶度。棉纤维的结晶度约为70 %，即棉纤维内大约有30 %的无定形区。棉纤维取向度、结晶度的大小对纤维吸湿性能有一定的影响。

使用X-射线衍射仪对彩色棉纤维与白棉纤维纤维进行测试：试验仪器，D/MAX-3BX射线衍射仪;主要测试条件，铜靶、镍片、滤片，工作电压37.5 KV，电流40 mA。

表3  棉纤维超微结构测试数据

取向度指标白棉纤维高于彩色棉纤维，绿色棉纤维略小于棕色棉。结晶度指标彩棉高于白棉纤维，其中绿色棉较高，棕色棉与白棉纤维基本一致，也有资料显示，棕棉的结晶度大于绿棉，白棉的结晶度最小。

2.2果胶物质含量

分析方法：GB 5889-1986《苎麻化学成分定量分析方法》

将提取水溶物后的试样，分别放入加有150mL，浓度为5g/L的草酸铵溶液的三角瓶中，装好球型冷凝管，煮沸3h。取出，在分样筛中洗净，放入已知重量的称量瓶中，烘至恒重。取出迅速放于干燥器中冷却，称重并记录。按下式计算：

式中：W₃ ——试样的果胶物质含量，%；

      G₀ ——试样的提取质蜡质前（或测含水率）的干重，g；

      G₂ ——试样抽取果胶物质后的干重，g；

纤维中果胶物质含量比例见图4。

图4 纤维中果胶物质含量比例图

4结论

    1）从21世纪服装面料发展趋势看，人们追求自然，回归自然，在服装具有保暖、美丽的同时，更注重保健及轻松舒适的功能。据国际有机农业委员会预测，未来30年内，全球棉花总产量的30％将被彩色棉花替代，产量将达到400万吨。目前，世界彩棉产量仅有２万吨，主要集中在美国和南美洲。彩棉的国际价格每磅超过２美元，高出普通棉花的２～３倍，且供不应求。 目前，我国开发的彩棉棉纱和服装等系列产品，已经进入北京、上海、广州、香港、日本等地市场销售，深受消费者喜爱。据了解，农业部拟将“彩棉产业化”列入农业产业化的首批示范项目。根据测算，彩棉实现产业经营后，投入产出比例达到1∶20，投资回报率达到1∶14，经营规模将达到100亿元，很有希望成为棉花和纺织业可持续发展的新的经济增长点，因此研究彩棉的各种性能很有意义。

2）本文通过研究天然彩色棉纤维与白棉纤维的水分差异情况，以及产生差异的原因，得出天然彩色棉纤维纤维的水分含量大于白棉纤维，它们的规律是棕棉较高，绿棉次之,白棉最低。该结论对彩色棉纤维加工工艺技术参数的调整及彩色棉纤维质量、重量检验鉴定提供技术支持。

3）总之，天然彩色棉的研究与开发，可以从根本上解决染整行业化学物品的污染问题，净化生态环境,保护人类健康。天然彩色棉的培育研究是由环境危机引起，受人类消费利益的驱动，随科学技术的飞速发展应运而生。我国是纺织品生产大国，也是巨大的纺织品消费市场。为适应国际国内市场，保持我们已取得的世界纺织贸易大国的地位，我们必须实施绿色经营，大力开发研制绿色纺织品。