天然彩色棉是纤维本身具有自然色彩的棉花品种的统称,其颜色呈现是棉纤维细胞在分化和发育过程中色素物质沉积的结果。目前,通过国家审定并大规模种植同时成功应用于纺织品开发的只有绿色和棕色两大品系。天然彩色棉制品具有色泽自然、柔和典雅、质地柔软等特点,用天然彩色棉纤维生产的纺织品无需染色,可降低加工成本,减少污水排放,是名副其实的生态纺织品。但是,目前能纺织应用的天然彩色棉色谱不全、颜色单调、色素不稳定、纤维品质相对较差,这些问题已成为影响彩色棉产业发展的瓶颈。因此,影响天然彩色棉颜色的色素种类和性质,目前已成为研究和开发天然彩色棉产品的关键问题。本文主要研究绿色和棕色两种天然彩色棉纤维色素的提取、分离和组分的结构鉴定,并对绿色棉纤维颜色稳定性的改善及它们的抗菌性能和紫外可见漫反射光谱性能进行了初步探讨。本文首先系统研究了天然绿色棉和棕色棉纤维色素的溶解性能,通过比较分别选用无水乙醇和70%乙醇水溶液为溶剂进行绿色棉和棕色棉纤维色素提取,然后利用初步纯化的色素进行化学性质和光谱分析。结果表明两种天然彩色棉色素类型不同,天然绿色棉色素为极性较弱的碱溶性化合物,含有一种羟基被苷化、并且具有邻二酚羟基的黄酮醇类化合物；天然棕色棉色素为极性较强的水溶性化合物,含有缩合单宁或是缩合单宁氧化而成的苯醌类化合物。针对天然绿色棉色素提取较困难,采用无水乙醇为提取剂,运用正交实验设计方法,探索了天然绿色棉色素在超声波辅助下的最佳萃取工艺条件,并建立一种测定天然绿色棉纤维色素萃取效率的相对定量方法；同时探讨了超声波辅助萃取时不同的工艺条件对色素萃取效率的影响,并与普通浸提效率进行对比分析；文中对天然绿色棉色素的超临界萃取方法也进行了初步探索。研究结果发现：超声波辅助萃取比普通浸提有明显优势,在同等实验条件下,超声辅助萃取20min可达到普通浸提5h的效果,同时,超声波辅助萃取对天然绿色棉色素成分和结构无明显影响。研究表明在超声频率为40KHz、功率为100W时的萃取天然绿色棉色素的最佳工艺条件为：温度70℃,萃取时间100min,料液比为1：125。超临界流体萃取实验发现在压力30MPa、80℃萃取5h,同时加适量夹带剂的条件下可提取部分天然绿色棉色素。在一定的工艺条件下,超临界流体萃取可使天然绿色棉色素向外部转移,增深天然绿色棉纤维表层的颜色。研究获得了一种天然绿色棉色素物质并对结构进行了鉴定。通过对天然绿色棉色素成分用超声波辅助提取法萃取、采用C18反相硅胶柱进行分离纯化,并利用紫外光谱、红外光谱、质谱、核磁共振谱图进行结构表征。研究发现,天然绿色棉色素由多组分组成,其中一种主要组分具有类黄酮化合物的性质,分离干燥后该组分为淡黄色粉末,分子量为592。这种主要组分具有pH依赖性,在碱溶液中颜色随着pH的升高而加深,其颜色变化与碱处理使天然绿色棉纤维的颜色变化规律一致。通过结构鉴定得知,这种主要色素组分可能结构为具有3’,4’-OH、6,7-OH、5-OCH3,并且在6-C上连有葡萄糖基、3-OH被取代的黄酮醇类化合物。分离到的其它两种组分也属于性质类似的黄酮类化合物,其具体分子结构需进一步分离和鉴定。通过对天然棕色棉色素成分萃取,采用聚酰胺柱层析、反相高效液相色谱(RP-HPLC)、制备型液相色谱分离,并利用MADLI-TOF MS和ESI-MS进行分子鉴定,结果表明天然棕色棉色素提取物组分复杂,分子量主要分布在850-1250之间。高效液相色谱反相C18柱可大致将天然棕色棉色素分离,天然棕色棉色素提取液至少含有5种成分,包括4种在反相色谱柱上保留性较差的组分和1簇分子量跨度较大的混合组分。以聚酰胺为吸附剂,依次用蒸馏水、50%丙酮、pH=9.0的氨水和0.3%尿素水溶液为洗脱剂的柱层析体系可有效地将天然棕色棉色素提取液分为4部分。采用反相C18制备柱只能将蒸馏水洗脱部分的组分有效分离,得到了两种有色组分和两种无色组分。分离得到的两种有色成分不属于同一类物质,一种判断为除缩合单宁外的其它酚类化合物,另一种判断为B型缩合单宁的三聚或者更高聚体。分离得到的两种无色成分的结构相似,只相差一个苯环,推测两者可能为含多个芳环的木脂素类物质。针对天然绿色棉色素不稳定,研究获得了一种改善天然绿色棉纤维颜色稳定的新方法。用石油醚预处理天然绿色棉纤维,可提高天然绿色棉色泽的热稳定性和日晒牢度。通过GC-MS研究发现用石油醚预处理可去除天然绿色棉纤维中部分不利于颜色保持稳定的化学成分。石油醚预处理工艺对需高温整理的天然彩色棉产品具有潜在应用价值。发现了天然棕色棉的天然抗菌性。采用改良的AATTCC100-2004《纺织品抗菌性能的定量评估》对经脱脂处理后的天然彩色棉纤维抗菌性能进行定量测定,并用药敏纸片扩散法(抑菌圈法)对天然彩色棉色素进行抑菌实验分析。实验发现经石油醚进行脱脂处理后的天然棕色棉纤维表现出一定的抗菌性能。脱脂处理后的天然深棕色棉对肺炎克雷伯氏菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别达到96.4%和89.1%；棕色棉颜色越深,抗菌性能越好；而普通白棉与天然绿色棉纤维抑菌效果不明显。天然棕色棉色素类物质影响天然棕色棉的抑菌性能,抑菌圈法测试结果表明天然棕色棉色素具有较好的抑菌效果并且有一定的抑菌耐久性。棕色棉色素在人体汗液环境处理中抑菌性能不变,在高温短时间处理后抑菌能力有所下降,并且处理温度越高,色素的抑菌能力下降越大,但抑菌能力仍有较好地保留。利用天然彩色棉的颜色特性,对两种天然彩色棉纤维的紫外可见漫反射光谱性能进行初步探讨。实验发现天然彩色棉纤维的紫外可见漫反射光谱与染色棉、白棉不同,用紫外可见漫反射光谱法在鉴别天然彩色棉、快速定量测定天然彩色棉与白棉纤维混纺比方面具有潜在应用价值。对本文研究的天然彩色棉与白棉混纺,在450nm波长处具有较好的定量关系,反射率与天然绿色棉含量的关系满足方程y=-14.165Ln(x)+16.3,其R2达到0.9918；反射率与天然棕色棉含量的关系满足方程为y=-14.799Ln(x)+6.0894,其R2达到0.9903。