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摘 要

目前对天然彩色棉纤维中色素的种类、组成和结构仍然没有明确的研究结论，其中一个重要原因是彩棉纤维中的固有色素提取困难。已有的研究大多数都是以天然彩棉纤维中的糖苷类化合物为研究对象，对于在彩棉纤维中游离存在的甙元的研究很少，本课题从分子层面出发对甙元与纤维素的作用力进行研究，得知甙元与纤维素分子间存在氢键以及范德华力，并且改变温度会使色素甙元与纤维素分子间的作用力以及偶极矩发生微弱改变，加入金属离子会使色素甙元与纤维素分子间的作用力以及偶极矩发生明显改变。

关键词：天然彩棉 甙元 纤维素 分子模拟

Interaction between the Pigmented Alkene and Cellulose Molecules in Natural Colored Cotton

Abstract

At present, there is still no clear conclusion about the type, composition and structure of pigment in natural colored cotton fiber. Much of the research is in the study of existing in natural colored cotton fiber glycosidic compounds studies for free in the colored cotton fiber of aglucone research is very few, this topic from the molecular level study of the reaction between the aglucone and cellulose, learned that aglucone and cellulose molecules between hydrogen bonding and van der Waals force, and temperature change can make pigment aglucone and cellulose intermolecular forces and weak change in dipole moment, adding metal ions can make pigment aglucone and cellulose intermolecular forces and dipole moment change is more obvious.

Key words: Natural cotton; Glycoside; Cellulose; Molecular simulation

目 录

摘要

Abstract

第一章 概述 1

1.1天然彩棉概况 1

1.1.1天然彩棉发展

1.1.2天然彩棉的纤维性能 1

1.1.3天然彩棉色素的形成 2

1.1.4彩棉色素的提取 2

1.1.5天然彩棉中的色素甙元 3

1.2纤维素概述 4

1.2.1纤维素简介 4

1.2.2彩色棉纤维的结构与色素之间的联系 4

1.3超分子化学概述 5

1.3.1 超分子化学内容 5

1.3.3超分子化学在天然彩棉色素甙元中的应用 5

1.4模型化学 6

1.4.1模型化学简介 6

1.4.2分子模拟技术在研究天然彩棉中色素甙元中的应用 6

1.5课题研究的背景和意义 6

1.6 课题研究方法与内容 6

第二章 分子模拟研究 8

2.1研究对象 8

2.2计算方法 8

2.3计算内容 8

第三章 结果与分析 9

3.1 高斯模拟各种单体 9

3.1.1 绿棉中色素甙元模拟计算 9

3.1.2 棕棉中色素甙元模拟计算 10

3.1.3 纤维素模拟计算 11

3.1.4 不同温度下天然彩棉色素甙元模拟计算 12

3.2彩棉中色素甙元与纤维素的相互作用研究 12

3.2.1绿棉甙元与纤维素相互作用研究 13

3.2.2棕棉甙元与纤维素相互作用研究 15

第四章 结论与展望 18

4.1结论 18

4.2展望 18

参考文献 19

致谢 21

第一章 概述

1.1天然彩棉概况

1.1.1天然彩棉发展

随着现代科技的进步，纺织纤维材料的发展方向逐步朝着功能化、智能化、化学纤维环保化、天然纤维无害化进行。一些天生具有色彩的棉花叫做天然彩棉，它的颜色的呈现是棉纤维细胞在分化以及成长的进程中由色素物质的累积而生成的。目前，只有绿色和棕色的天然彩棉通过了国家的审定并大规模培育且成功的应用于纺织品的开发。天然彩棉纤维属于绿色型天然纤维，具有“零污染”的重要特点，属于新型的绿色纺织材料，不但在大众消费市场中得到许多好评，而且在市场发展方面有很大的潜力^[1]。

早在4000年前，秘鲁就开始种植天然彩棉，20世纪末通过将天然彩棉纤维与羊毛进行混纺的方式，将其首次应用在衬衣上，达到降低面料成本，控制缩水率的目标，由于这类制品光泽性与后整理效果较好，得到了大规模的开发与使用。目前，世界各地的棉花育种专家都都对天然彩棉展开了研究，不但成功的将彩棉的品种改进而且还改善了其物理的性能，同时将天然彩棉有效的推广使其的适用范围变大^[2]。现在，其种植范围已遍及各个大洲，目前世界上生产规模最大的彩棉种植基地位于我国的新疆，新疆的彩棉生产基地的产量占中国彩棉总产值的95%，占世界彩棉总产值的60%。其种植的范围、总产量、单产量均领先于世界其他地区。根据国际有机农业委员会的报道：在未来的三十年中，彩棉和有机棉将替代全球棉花总产量的30%，在21世纪彩棉将走进全世界超过60%家庭^[3]，通过这些报道可以看出天然彩棉在我国的市场具有很大的潜力。

1.1.2天然彩棉的纤维性能

(1)物理机械性能

在中国只有棕色和绿色两大品系的天然彩棉通过国家的审定并大规模的种植同时成功应用于纺织品的开发，彩棉纤维的长短受到纺纱工艺和纱线的质量所影响，一般情况下彩棉纤维越长，且长度的整齐度紧密性越高，丝绒的含量却减少；但是如果纺纱很细纱线的条干就很均匀，并且强度也很高，毛羽较少。在成熟度方面，彩棉大部分的物理性能都与其的成熟度相互影响。如果棉纤维的成熟度正常，它的天然转曲多，弹性较好，内聚力大，且有丝光，这些特点有利于加工性能和成纱质量。

(2)颜色稳定性

天然彩棉的色素不稳定性主要表现在两个方面。一是当天然彩棉受到了阳光的照射时它的颜色十分容易改变，有的时候在摘花前彩棉的颜色已经变淡，这种现象在绿色棉中尤为显著。在同一个棉铃中，绿色棉纤维棉桃成熟裂开后为绿色或者浅绿色，阳光照射后变为灰绿色，受到光照时间变长之后颜色则呈现黄绿色。二与天气和土壤等条件相关，在不同的生产区域或是相同的生产区域的彩棉颜色的深浅有所不同，甚至会出现同一株棉花上的彩棉有多种颜色的现象，色杂十分明显^[4]。

1.1.3天然彩棉色素的形成

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