近日，化学与化工学院董霞团队在国际知名期刊《Green Chemistry》（《绿色化学》）上发表了题为“Efficient cationization of cotton fabric via oxidative pretreatment for salt-free reactive dyeing with low chemical consumption（通过氧化预处理实现棉织物的高效阳离子化用于低化学品消耗的活性染料无盐染色）”的论文。东华大学化学与化工学院在读硕士研究生夏杰为该论文的第一作者，通讯作者为董霞副教授。

团队开发了一种低化学品消耗的活性染料无盐染色方法（图1），即在棉织物的阳离子化过程之前通过2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物（TEMPO）选择性氧化引入负电荷，大幅提高阳离子剂在棉纤维上的吸附量和扩散性。将改性棉织物应用于活性染料无盐染色后，染色织物不仅色彩均匀，表现出优异的上染率和色牢度，而且与传统染色、传统阳离子改性染色相比，每公斤织物可分别减少88.8%和53.7%的化学物质，大幅降低了化学用品的消耗和染色成本，为阳离子无盐染色的工业应用提供了一条经济而有前景的新途径。

图1 TEMPO氧化阳离子改性无盐染色研究的示意图

图2 棉织物的(a)红外光谱（局部)，(b)C1s的XPS光谱，(c)羧基含量及断裂强力，(d)电荷含量。

团队首先探究了TEMPO选择性氧化对棉纤维羧基含量、内外电荷含量及断裂强力的影响。结果（图2）证实了TEMPO氧化成功在棉纤维上引入了部分羧基，并且氧化棉纤维的内部电荷相比原棉织物得到了较大提升。通过调整氧化工艺，氧化棉织物相对原棉织物的强力损失高达96.9 %。

图3 (a) Zeta 电位，(b) N元素含量，(c)PEI在棉织物上的吸附量，PEI-FITC吸附在纤维内的横截面：(d) CF 400x，(e) OCF 400x，(f) CF 1000x，(g) OCF 1000x，(h) PEI在氧化棉上的吸附机理示意图。

团队还探究了三种不同的阳离子改性剂3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵（CHPTAC）、聚乙烯亚胺（PEI）、聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDADMAC）在氧化前后的棉织物上的吸附和扩散性。以PEI为例，结果（图3 a,b,c）证实了氧化后棉纤维内部的负电荷有利于提高阳离子剂在棉纤维上的吸附量，并且荧光标记的纤维横截面照片（图3 d,e,f,g）证明了此方法促进了阳离子剂在棉纤维内部的均匀扩散。鉴于此，合理推测出了阳离子剂在棉纤维上吸附的机理（图3 h）。

团队以均三嗪型活性染料C.I.RR 24为例，探究了活性染料在改性棉织物上的染色性能。结果表明（图4）中等分子量（Mw=5000）的阳离子剂PEI对氧化棉织物改性后，其上染率、固色率和K/S值均表现出比传统加盐染色和传统阳离子改性染色更优异的染色效果，且色牢度（表1）也表现出较高等级。通过对染色棉织物进行切片观察纱线横截面后发现染料在纤维上分布均匀且能扩散进入棉纤维内部实现均匀透染（图5）。

图4 C.I.活性红24在棉织物上的 (a)上染率，(b)固色率，(c) K/S值。

表 1 染色织物的色牢度

图 5 染色棉织物样品的织物照片(1)和横截面切片照片(2)。(a) CF-24，(b) CF-PEI-24，(c) OCF-PEI-24。

为验证该方法的应用潜力，作者进一步探究了双活性基活性染料C.I.RR 195和C.I.RR 198在改性棉织物上的染色性能，结果表明此方法具有普遍适用性，可以应用于不同活性染料的无盐染色工艺。

团队还以C.I.RR 24染色工艺为例，分析了染色过程中化学品的消耗量和所需的成本。结果表明，此研究方法与传统染色和传统阳离子改性无盐染色相比，不仅减少了盐和碱等化学品的用量，还大幅降低了染色成本。这为清洁染色提供了新的方向，具有一定的参考意义。从长远来看，有利于企业规模化生产，降低成本，提高经济效益。

论文链接：https://doi.org/10.1039/D2GC02854A

董霞 副教授。主要从事生态印染技术和新型纺织化学品等方面的研究，成果荣获得中国纺织工业联合会科学技术进步二等奖（第六完成人）。担任《印染助剂》编委和《纺织学报》青年编委。近年来在ACS Sustain. Chem. Eng.，J. Clean. Prod.，J. Power Sources等国际期刊上发表SCI收录论文二十余篇。