基于卡宾染料的棉织物可持续染色技术：无助剂共价交联着色新策略

针对传统棉织物染色过程中水资源消耗大、需添加盐碱助剂导致环境污染等问题，研究人员创新性合成含二氮丙啶基团的多色卡宾染料，开发了甲醇/水(4:6, v/v)体系下的无盐无碱染色工艺。通过UV-Vis、TEM、EDS等技术证实染料与棉纤维形成共价键，染色织物具有高色深值(K/S)、优异固色率及耐洗/摩擦/升华色牢度，为纺织业可持续发展提供绿色解决方案。

　　

纺织工业面临严峻的环境挑战：传统棉织物染色需消耗大量水资源，且依赖盐（如NaCl）和碱（如Na₂
CO₃
）作为助剂提升染料上染率，导致废水中盐分和残留染料超标，对水生态系统造成长期危害。尽管已有阳离子活性染料、超临界CO₂
染色等技术尝试改善，但存在纤维改性不可逆、设备成本高等局限。

为解决这一难题，国家先进印染技术创新中心的研究团队另辟蹊径，首次将卡宾染料应用于棉织物无助剂染色。卡宾染料通过二氮丙啶基团在光/热作用下生成高活性卡宾中间体，能与纤维素中的C-H/O-H键形成共价结合，从根本上避免了盐碱添加。研究合成四种多色卡宾染料（D1-D4），通过溶剂配比优化发现甲醇/水(4:6)混合体系显著提升染料分散性，TEM和纳米粒径分析显示该比例下染料聚集体尺寸最小（~120 nm）。FE-SEM结合EDS元素 mapping证实染料可渗透至纤维内部30 μm深度，XPS检测到C-N键特征峰（399.8 eV）验证了共价交联机制。

关键实验技术：研究采用紫外可见光谱（UV-Vis）分析染料聚集态，透射电镜（TEM）观察纳米颗粒形貌，能量色散X射线谱（EDS）测定元素分布，X射线光电子能谱（XPS）解析化学键合方式，辅以X射线衍射（XRD）和热重分析（TGA）评估纤维结构稳定性。

溶剂体系优化：对比纯甲醇与不同比例甲醇/水混合溶剂，发现水含量40%时染料K/S值提升2.3倍，因水促进棉纤维溶胀加速染料渗透。但过高水比例（>70%）会导致染料聚集增大，反而降低上染率。

染色机理：FT-IR显示染色后纤维素羟基峰（3330 cm^-1
）减弱，结合XPS新出现的N1s峰（402.5 eV），证明卡宾与纤维发生C-O-C键合。TGA曲线显示染色前后纤维热分解温度均维持350°C，证实工艺对纤维无损伤。

色牢度性能：所有染料染色织物均达到4-5级洗涤牢度（ISO 105-C06），干/湿摩擦牢度4级（AATCC 8），升华牢度4级（ISO 105-X11），优于传统活性染料染色效果。

该研究突破性地实现了棉织物无盐无碱染色，工艺简化且能耗降低30%。卡宾染料与纤维的共价键合机制从根本上解决染料水解导致的废水污染问题，为纺织工业绿色转型提供关键技术支撑。论文成果发表于《International Journal of Biological Macromolecules》，被审稿人评价为"天然纤维染色领域的范式转变"。未来研究可进一步探索卡宾染料在工业规模染色中的适用性，以及其对混纺织物的普适化应用。