近日，我院巩继贤教授领衔的生物染整技术团队在棉纤维生物质色素清洁染色方面取得新进展，基于生物质兔毛角蛋白研制出高得色量、上染率和兼具抗紫外性能的棉织物。相关成果以“Sustainable and high-exhaustion dyeing for cotton fabrics using biomass-based keratin modification”为题发表在纺织科学领域权威期刊《Cellulose》。

棉等纤维素纤维的生态染色仍然是一个很大的挑战，本工作通过生物质兔毛角蛋白改性，设计了一种高竭染率阳离子棉织物，用于天然染料生态染色。兔毛角蛋白可以提供大量的极性基团，显著增加天然染料和棉纤维的结合力。除此以外，芳香族氨基酸的存在可以赋予棉织物优良的抗紫外性能，经过改性工艺，棉织物的上染率、染料吸附量和UPF值分别达到92.0%, 25.004 mg/g和57。

该工作围绕角蛋白改性进行了表征和测试，改性过程主要发生在纤维素的非结晶区，不影响纤维素主链大分子结晶态，浸润性测试表明兔毛中氨基酸分子可以调节棉织物的亲水性，以解决染料初染阶段上染率过快导致匀染性差等问题。正电荷性质氨基酸结构的引入使得改性织物在pH值5以下表现出明显的正电荷，有效的屏蔽了染料上染过程中的电荷间斥力。相较未改性织物，改性织物的得色量和上染率均明显提高，这得益于纤维表面电荷性质和浸润性的合理调控。在初染阶段，织物上染率相较未改性棉织物并未明显增加，快速上染主要集中于上染的第二阶段，染料在近上染平衡的第三阶段也表现出较高的吸附性，有利于提高染料的移染性并提高染色牢度。

此外，本工作还探究了不同改性剂用量对织物染色效果和抗紫外性能的影响，实验结果表明兔毛角蛋白改性剂用量在10g/L时织物可以获得较高的K/S值、透染性和UPF值。

本工作基于生物质兔毛角蛋白设计制备了高可染性阳离子棉织物，改性过程不会对织物强度造成明显损坏。优化工艺参数的角蛋白处理浓度、染浴pH值、染色温度和染色时间分别确定为20g/L、5、90℃和180min。兔毛提取的角蛋白主要成分是胍基和精氨酸，可以为织物表面提供大量的易于和天然栀子黄染料结合的活性位点。改性织物的耐水洗牢度、UPF值和K/S值分别达到4级、57和9.1。本工作有望为发展纤维素基织物生态染色提供一种合理可行的方法。

团队成员简介：

巩继贤：男，博士生导师，天津工业大学教授，2024年9月作为项目负责人入驻天津工业大学绍兴柯桥研究院，方向为生物染整技术产业化研究。

翟世雄：男，工学博士，天津工业大学讲师，天津工业大学绍兴柯桥研究院长期派驻人员，生物染整技术产业化研究项目团队成员，主要研究方向为纺织纤维生态印染技术。

（审稿：王海涛 编辑：翟世雄、巩继贤）