紡織生產(chǎn)的染色、印花和整理環(huán)節(jié)是全球環(huán)境要求最高的工業(yè)過程之一。傳統(tǒng)染色操作本質(zhì)上非常耗資源。它們需要大量的能源來維持高溫，同時每生產(chǎn)單位織物也會消耗大量水（Choudhury, 2018），并且由于染料固定效率低下，大量染料會作為廢水排放（Chequer et al., 2013）。染廠廢水與嚴(yán)重的生態(tài)破壞以及對人類和更廣泛生態(tài)系統(tǒng)的健康風(fēng)險有關(guān)（Lellis et al., 2019; Berradi et al., 2019; Islam et al., 2025）。
環(huán)境機(jī)構(gòu)日益嚴(yán)格的監(jiān)管和更新的立法框架使這一問題重新受到關(guān)注，強(qiáng)調(diào)了減少紡織著色過程資源密集度的緊迫性（歐洲環(huán)境署，2023；Ellen MacArthur基金會，2017）。因此，轉(zhuǎn)向更清潔、更高效的制造方法對于紡織行業(yè)的未來可持續(xù)性至關(guān)重要。
由加速的時尚周期和數(shù)字化消費者平臺的興起所推動的市場動態(tài)給傳統(tǒng)紡織制造系統(tǒng)帶來了越來越大的壓力。目前基于大規(guī)模生產(chǎn)以實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)的模式，在以需求為導(dǎo)向、快速變化的時尚環(huán)境中顯得格格不入。為了跟上步伐，現(xiàn)有的生產(chǎn)方法往往導(dǎo)致浪費、庫存過剩以及應(yīng)對消費者實時需求的靈活性有限（Fletcher and Tham, 2019）。這種系統(tǒng)性錯配加劇了全球供應(yīng)鏈中的環(huán)境浪費，并強(qiáng)化了剝削性勞動實踐，因為制造商在不斷增加的商業(yè)壓力下被迫縮短交貨時間和降低成本（Cline et al., 2023; Nahtigal and Treibich, 2021）。
本文的研究動機(jī)在于尋找能夠解決傳統(tǒng)浸染工藝環(huán)境和操作限制的紡織著色技術(shù)，同時響應(yīng)關(guān)于更具響應(yīng)性和去中心化生產(chǎn)模式的討論。這些模式越來越多地被提出，作為減少過剩庫存和實現(xiàn)后期定制的手段，也是解決紡織行業(yè)系統(tǒng)性過度生產(chǎn)問題的更廣泛努力的一部分。
在這種背景下，需要探索能夠支持多樣化設(shè)計要求的著色方法，這些方法應(yīng)減少材料和工藝投入，并能夠整合到產(chǎn)后或分布式制造工作流程中。雖然已經(jīng)提出了一系列創(chuàng)新著色方法，如噴霧染色、超臨界CO2和等離子輔助技術(shù)，以降低濕加工的資源密集度（Catarino et al., 2025），但仍有空間開發(fā)結(jié)合資源效率與數(shù)字化控制、靈活應(yīng)用的方法。
激光技術(shù)代表了一種數(shù)字化驅(qū)動的非接觸式紡織加工方法，具有精確性、可重復(fù)性和能源效率。通過計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）系統(tǒng)進(jìn)行控制，激光可以實現(xiàn)快速、精準(zhǔn)的加工，無需使用物理工具，使其成為更敏捷和可持續(xù)紡織制造系統(tǒng)中的有前景的技術(shù)。
現(xiàn)有研究表明，激光照射作為預(yù)處理手段可以增強(qiáng)羊毛纖維對染料的吸收，與傳統(tǒng)浸染方法相比可節(jié)省超過50%的能源（Morgan et al., 2014; Kane et al., 2020）。在這些研究中，激光預(yù)處理通過破壞羊毛纖維的疏水層來改變其表面特性，從而增加染料親和力。對合成紡織品的研究也表明，染色前的照射可以改善PET、聚酰胺和聚丙烯織物的染料吸收（Kan, 2008; Montazer et al., 2011; Shahidi et al., 2013; Akiwowo et al., 2017）。然而，這些方法引發(fā)了關(guān)于基底熱降解的擔(dān)憂，因為激光照射產(chǎn)生的高溫會損害織物的強(qiáng)度和耐用性（Bahtiyari, 2011; Chow et al., 2012）。這些發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了需要改進(jìn)基于激光的染色技術(shù)，以在保持紡織品結(jié)構(gòu)完整性的同時實現(xiàn)有效的著色效果。
本文研究了一種激光染料固定方法，該方法支持紡織著色、創(chuàng)意表面設(shè)計和資源效率，利用了數(shù)字化驅(qū)動生產(chǎn)的優(yōu)勢。鑒于染料固定涉及染料分子與紡織纖維之間的熱激活反應(yīng)，本研究探討了利用激光照射產(chǎn)生的光熱能作為目標(biāo)熱源，在纖維表面激活染料反應(yīng)的潛力。傳統(tǒng)羊毛染色通常需要將織物浸入水中，加熱到90至100°C以確保足夠的染料擴(kuò)散（Huntsman, 2007）。CO2激光發(fā)出的紅外輻射可被水吸收，產(chǎn)生的溫度可超過400°C。當(dāng)這種能量照射到預(yù)先濕潤了染料的織物上時，可以在激光-染料-纖維相互作用點立即實現(xiàn)染料固定。
這一概念構(gòu)成了激光染色工藝開發(fā)的基礎(chǔ)，此后稱為激光“peri-dyeing”。前綴“peri”表示“周圍”或“鄰近”，描述了染料反應(yīng)局限于激光路徑周圍的區(qū)域。與預(yù)處理方法不同，這里的激光作為染料固定的主動劑，在接觸點引發(fā)纖維和染料之間的表面化學(xué)反應(yīng)。盡管有少數(shù)研究嘗試通過激光照射引發(fā)染料反應(yīng)，但這些方法使用的是通過模板進(jìn)行的紫外線照射（Kearney and Maki, 1994）或預(yù)先涂覆樹脂粘合劑（Fall 2015），與本研究開發(fā)的peri-dyeing方法有顯著差異，這些方法在技術(shù)和創(chuàng)意上仍有待進(jìn)一步探索。
本研究通過首次系統(tǒng)地優(yōu)化和評估該技術(shù)在羊毛基底上的性能，推進(jìn)了我們之前的peri-dyeing研究。與以往專注于探索性試驗（Morgan, 2016; Morgan et al., 2018）或工業(yè)可行性和工藝工程研究（Morgan et al., 2018; Jones et al., 2025）的工作不同，本文結(jié)合了定量的顏色和固定分析、纖維完整性評估以及針對羊毛的設(shè)計應(yīng)用。結(jié)果確定了加工窗口，驗證了耐用性和固定行為，并展示了技術(shù)優(yōu)化與精準(zhǔn)紡織設(shè)計的結(jié)合。
