基于化学反应的染色方法研究进展

1 基质与染料的匹配性原理

基质和染料的适配情况是影响化学反应染色效果的核心因素，关键在于对染料分子结构、基质表面化学特性以及官能团类型展开适配性调整。基质表面活性基团的类型与密度会直接决定反应位点的数量，棉纤维富含羟基（"-OH"），这一特性让它适合与含活性氯、环氧基的染料发生共价反应；羊毛、丝绸这类蛋白质纤维含有大量氨基（"-N" "H" _"2" ）和羧基（"-COOH"），所以容易与含异氰酸酯基的染料结合[1]。另外 pH 值、温度、催化剂等反应条件会通过调控反应活化能、活性基团的电离状态来影响反应速率和结合稳定性，如酸性环境可促进羧基与氨基的缩合反应；碱性环境则更利于环氧基与羟基的开环加成反应[2]。

2 主流染色方法研究进展

2.1 共价键染色方法

共价键染色技术通过染料与基质发生相互作用，进而形成不可逆的酯键、酰胺键、醚键等共价键来实现着色过程，此技术在纺织、皮革等行业的应用已相当成熟完备。在进行染料设计时，过去那些含重金属的活性染料正逐渐被不含金属、毒性更小的新型染料所替代。胡倩等学者（2018）表示含氟活性染料因三氟甲基磺酰基具有高反应活性，在中性环境里能与纤维素纤维的羟基结合生成醚键，这种染色方式无需高温强碱条件就能使废水"COD" 值明显降低[3]。在优化反应体系方面，引入酶催化技术是重要突破，贾维妮（2017）指出利用漆酶催化多酚类染料与羊毛纤维的氨基进行氧化偶联反应，反应温度可从 80% 降至 50% ，还能显著提升染料利用率[4]。另外共价键染色技术在生物医药领域进行拓展应用很有研究意义，王琪（2021）表示依据点击化学原理，通过叠氮-炔基环加成反应，把荧光染料附着在医用高分子材料表面能够实现生物材料的精准着色以及荧光示踪，这为组织工程支架可视化研究开辟了新路径[5]。

2.2 氧化还原染色方法

氧化还原染色技术是通过调控氧化还原反应来实现染料在基质表面原位合成并沉积。成美林（2021）提出苯胺类染料采用原位氧化聚合染色工艺时，在 80% 条件下即可完成染色过程，该工艺较传统高温高压染色方式更具节能优势，且染色产物兼具良好导电性（表面电阻〖"10" 〗^"3" "-"["10"]^～⋯≈10/sq)[ 6]。在金属表面处理领域，氧化还原染色技术被用于制备彩色防护涂层，徐凡等学者（2024）指出针对镁合金易腐蚀的特性可选择亚硝酸盐作为氧化剂，诱导染料分子在镁合金表面发生还原沉积反应。电化学测试数据表明，经该染色处理后染色层的腐蚀电流密度由镁合金基体的 ["1.2×10" 〗^"-4" "A/c" "m" ^"2" 降至 "8.5×10" 〗^"-5" "A/c""m"}"2" ，且其耐冲击强度可达"50kg·cm" [7]。另外在木材染色领域，杨国超等学者（2022）认为利用木质素所具有的氧化还原特性能使天然醌类染料与木质素在碱性环境中发生氧化还原反应。该反应过程使染料分子嵌入木材细胞壁。经此工艺染色后的木材，其耐候色牢度较传统物理染色方式可提升2 个等级，同时木材原有的天然纹理也能得到保留[8]。

2.3 美拉德反应染色方法

美拉德反应染色技术是利用氨基化合物与羰基化合物，在加热条件或者酶催化作用的情况下触发缩合、重排、聚合等一系列反应，最终生成类黑精、醛类以及酮类等具有颜色的物质，以此达成染色目的的一种方法。在食品行业中，翟若涵（2024）表明运用葡萄糖和大豆分离蛋白开展美拉德反应，在温度为 60^∘C 、 ΔpH 值为7.0 的环境中能够制备出天然棕色色素。这种色素应用于香肠着色时，其色度与人工色素相差不大，而且具有抗氧化活性，有助于延长食品的保存时间[9]。在纺织行业，王婧等学者（2024）提出以棉纤维作为基础材料，先通过氨基化改性处理引入氨基基团，随后让经过改性的棉纤维与葡萄糖进行美拉德反应能在纤维表面形成棕黄色着色层，其耐摩擦色牢度可达到3-4 级 [10] 。当下该领域研究遭遇的困难主要集中在反应速率的控制以及颜色的调控方面，谢秋华等学者（2023）提出采用添加〖"Fe" 〗 ""3+" " 、〖"Cu" 〗 ^′′2+ " 这类金属离子作为催化剂的方式能使美拉德反应的染色时间从原本的12 小时缩短至 4 小时[11]。

3 结语

以化学反应为基础的染色技术，因其具备高色牢度、功能可调控以及强适应性等优势现已成为多个领域着色技术的关键发展方向。基质和染料之间的匹配性原理为染色体系的设计工作奠定了理论基础。另外共价键染色、氧化还原染色以及美拉德反应染色等主流染色方法的创新发展促使传统染色技术得以升级，还在环保、功能、智能等多个方面取得突破。

参考文献：

[1]娄江飞.棉织物茶色素染色的固色方法和机理研究[D].天津工业大学，2017.

[2]张能擘，赵杰，王美芳，王慧萍.肾组织磷脂酶A2 受体抗原免疫组织化学染色方法研究[J].医药前沿，2024，14（25）：15-17.

[3]胡倩，蔡金芳，江华，陈维国，崔志华.芳伯胺染料对棉织物反应性染色工艺及机理[J].浙江理工大学学报（自然科学版），2018，39（05）：533-538.

[4]贾维妮.基于漆酶催化蛋白质纤维的生物染色及机理研究[D].江南大学，2017.

[5]王琪.基于新型荧光共价键染色的生物样品超分辨成像[D].苏州大学，2021.

[6]成美林.电子介体强化的靛蓝生物还原染色研究[D].天津工业大学，2021.

[7]徐凡，徐成书，任燕，苏广召.回用水中金属离子对毛用活性染料染色效果的影响分析[J].轻纺工业与技术，2024，53（01）：16-20.

[8]杨国超，周振兴，张求慧.活性染料染色木质材料的研究进展[J].木材科学与技术，2022，36（04）：13-18.

[9]翟若涵.羊乳粉加工和储藏过程中美拉德反应产物形成研究及其对品质变化的影响[D].西北农林科技大学，2024.

[10]王婧，张欣雨，邱添，孙玉发，丁艺，陈长洁，李志民.羊毛纤维低温美拉德环保染色工艺研究[J].毛纺科技，2024，52（08）：16-20.

[11]谢秋华，江雅珍，张志华，崔莉，王平，余圆圆.基于美拉德反应的羊毛无染料染色性能[J].精细化工，2023，40（05）：1130-1135+1160.