β-環(huán)糊精微膠囊對真絲織物的加香整理

李月霞，宋曉秋，王景文，費(fèi) 凡

(上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院香料香精技術(shù)與工程學(xué)院，上海201418)

芳香不僅可使人心情舒暢，還具有醫(yī)治疾病、優(yōu)化環(huán)境、突出形象等作用［1-3］。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生活水平的提高，人們對紡織品的要求有了很大變化，從過去的實(shí)用型向裝飾、享受、保健型轉(zhuǎn)化。芳香紡織品不僅順應(yīng)了這一趨勢［4］，其藥效保健作用更是滿足了人們對健康的需求。然而，由于香精本身的極易揮發(fā)性，使得直接乳化香精整理的織物留香時間短、經(jīng)濟(jì)效益差［1］。利用芳香微膠囊整理液對紡織品進(jìn)行整理，可以達(dá)到長效緩釋、延長留香時間的目的［5］，使紡織品具有更持久的芳香功能［6］。

目前，香精微膠囊化是香味紡織品的主要生產(chǎn)方法。微膠囊制備方法有很多，常用的有界面聚合法、原位聚合法、水相分離法和油相分離法等［7］。利用β-環(huán)糊精(β-CD)包絡(luò)客體分子形成微膠囊是現(xiàn)在較為先進(jìn)的微膠囊技術(shù)。β-CD不但具有特殊的內(nèi)部疏水空腔結(jié)構(gòu)，能夠與其分子尺寸大小適合的香精形成包合物，提高緩慢釋放性能［8］，而且無毒性，對皮膚無刺激性，易生物降解［9］，有著廣泛的應(yīng)用前景［10］。

本研究以β-CD為壁材，以極易揮發(fā)的薄荷香精為芯材，通過包結(jié)絡(luò)合法制備薄荷β-環(huán)糊精微膠囊，并以此微膠囊制備整理劑對真絲織物進(jìn)行加香整理。確定較優(yōu)加香整理工藝條件，并探討其加香效果、耐日照及耐干洗性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與儀器

材料:真絲織物(平方米質(zhì)量20 g/m2)，β-環(huán)糊精(分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，無水乙醇(分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，薄荷香精(上海波頓香料有限公司)，滲透劑JFC(分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，低溫交聯(lián)劑(東華大學(xué))，石油醚(分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)。

儀器:PL403電子天平(梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司)，KQ-100超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)，101-0B電熱恒溫干燥箱(上海葉拓儀器儀表有限公司)，SHZ-DIII循環(huán)水真空泵(上海耀特儀器設(shè)備有限公司)，524G恒溫磁力攪拌器(上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司)，XSP-BM-8CAS生物顯微鏡(廈門市高科杰實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備有限公司)，JEM-1400透射電子顯微鏡(日本電子株式會社)。

1.2 微膠囊的制備

8 gβ-CD在磁力攪拌下溶于200 mL、50℃的去離子水;2 g薄荷香精于20 mL無水乙醇中超聲分散均勻后緩慢滴加入β-CD溶液;在50℃、600 r/min下磁力攪拌2 h，攪拌完畢后室溫下靜置24 h，即制備得到質(zhì)量濃度為32 g/L的薄荷β-CD微膠囊水溶液。

1.3 加香整理

1.3.1 芳香整理劑配方

香精微膠囊水溶液:240～960 g/L;乳化劑吐溫－80:1 g/L;低溫交聯(lián)劑:40 g/L;滲透劑JFC:2 g/L。

1.3.2 噴霧法對真絲織物進(jìn)行加香整理

按一定配方配制加香整理液，磁力攪拌均勻后按照比例1 g︰10 mL(真絲織物︰整理液)均勻噴灑至織物表面，25℃鼓風(fēng)干燥箱中烘干。工藝流程如圖1所示。

圖1 噴霧法整理真絲織物Fig.1 Finishing of silk fabric by spraying method

1.4 洗滌方法

根據(jù)歐洲規(guī)范EN ISO 3175—2《紡織物 干洗和最終處理第2部分:四氯乙烷法》進(jìn)行模擬干洗實(shí)驗(yàn)，來測試微膠囊的耐洗滌性能。反復(fù)洗滌，直至織物無香氣。其中，芳香紡織品適應(yīng)工業(yè)應(yīng)用的耐干洗要求為洗滌5次［11］。

1.5 感官評價方法

通過感官評估評價整理后織物的留香強(qiáng)度。選擇5位年齡在20～25歲的人組成一個實(shí)驗(yàn)小組，讓他們用0～10來描述織物上留存的香氣強(qiáng)度。其中0表示沒有香氣，10表示實(shí)驗(yàn)組合中的最強(qiáng)香氣強(qiáng)度。

2 結(jié)果與討論

2.1 所制備微膠囊及整理后的真絲織物

利用透射電子顯微鏡(TEM)對所制備的微膠囊的外貌及組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，結(jié)果如圖2所示。

圖2 所制備β-CD微膠囊的TEM照片F(xiàn)ig.2 TEM photograph ofβ-CD microcapsules prepared

由圖2可以看出，所制備薄荷β-CD微膠囊呈球形，粒徑在15～20μm;根據(jù)照片中的明暗對比可以得知，整個微膠囊是由多個β-CD分子聚集在一起，通過對芯材材料薄荷香精包埋形成的。

利用生物顯微鏡對加香整理前后真絲織物的纖維進(jìn)行拍照，結(jié)果如圖3和圖4所示。

對比圖3和圖4可以得出，整理后真絲纖維上出現(xiàn)許多顆粒狀物質(zhì)，而整理前纖維上并不存在，此顆粒狀物質(zhì)應(yīng)為薄荷微膠囊。因此，可以證明噴霧法對真絲織物成功加香。

圖3 整理前真絲纖維的顯微鏡照片F(xiàn)ig.3 Microphotograph of silk fiber before finishing

圖4 整理后真絲纖維的顯微鏡照片F(xiàn)ig.4 Microphotograph of silk fiber after finishing

2.2 工藝條件對真絲織物加香效果及留香時間的影響

影響真絲織物加香效果及留香時間的因素主要為整理劑中微膠囊水溶液質(zhì)量濃度和加香后烘干處理溫度，因此本研究主要從這兩個方面進(jìn)行討論。

取微膠囊水溶液質(zhì)量濃度分別為240、480、720、960 g/L的整理液對真絲織物進(jìn)行加香整理，處理溫度取60℃;將整理后的真絲織物置于避光通風(fēng)處，每兩天對其進(jìn)行感官評價，結(jié)果如圖5所示。

圖5 微膠囊水溶液質(zhì)量濃度對真絲織物加香整理效果的影響Fig.5 Influence of microcapsule aqueous solution mass concentration on fragrant finishing effect of silk fabric

由圖5可以看出，加香織物的香氣均隨微膠囊質(zhì)量濃度的增大而增強(qiáng)，且在存放26 d之前減弱較快，26 d之后變化緩慢，至40 d后，香氣強(qiáng)度趨于穩(wěn)定，且各濃度下織物的香氣強(qiáng)度趨于一致。這是由于微膠囊質(zhì)量濃度越高，加香織物纖維上黏附微膠囊就越多，加香織物香氣強(qiáng)度就會越高，而隨微膠囊的緩釋所表現(xiàn)出的減弱程度就越大。當(dāng)微膠囊緩釋到一定程度時會表現(xiàn)出一定的緩釋穩(wěn)定性，體現(xiàn)在加香織物上就是不同微膠囊質(zhì)量濃度下所整理的織物放置一定時間后香氣強(qiáng)度趨于穩(wěn)定且一致。因此，經(jīng)所制備微膠囊整理后的加香織物具有較好的緩釋性，且緩釋到一定程度時表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性。另外，微膠囊水溶液質(zhì)量濃度為720 g/L和960 g/L時，織物香氣對應(yīng)人類嗅覺強(qiáng)度適中且較舒適，因此720～960 g/L為最佳微膠囊水溶液質(zhì)量濃度。后續(xù)實(shí)驗(yàn)選取香氣強(qiáng)度最高的微膠囊水溶液質(zhì)量濃度960 g/L為實(shí)驗(yàn)對象。

取整理液中微膠囊水溶液質(zhì)量濃度為960 g/L，將干燥后的織物潤濕后分別于 40、60、80、90、100 ℃下鼓風(fēng)干燥處理10 min，結(jié)果如圖6所示。

圖6 處理溫度對真絲織物加香整理效果的影響Fig.6 Influence of processing temperature on fragrant finishing effect of silk fabric

由圖6可知，加香織物香氣強(qiáng)度隨烘干處理溫度的升高而降低，這是由香精的易揮發(fā)性造成的，因此織物加香后處理溫度不宜過高;而處理溫度太低會延長處理時間，同樣會降低織物的香氣強(qiáng)度。處理溫度40℃下織物在固定處理時間內(nèi)干燥效果不佳，因此本實(shí)驗(yàn)采取60℃為最佳處理溫度。

確定實(shí)驗(yàn)較優(yōu)工藝條件為:60℃烘干處理、微膠囊水溶液質(zhì)量濃度為960 g/L。后續(xù)實(shí)驗(yàn)均在較優(yōu)工藝條件下操作。

2.3 貨架留香時間的探究

將兩塊加香織物分別置于通風(fēng)處和密封袋中，每周對其進(jìn)行感官評價。結(jié)果如圖7所示。

圖7 真絲織物加香整理后貨架的留香時間Fig.7 Fragrance retaining time of silk fabric on goods shelf after fragrant finishing

由圖7可以看出，相較于自然放置，密封放置6周后真絲織物香氣依舊較強(qiáng)，香氣減弱均勻緩慢。密封條件下，織物所黏附微膠囊內(nèi)外的薄荷香精濃度在一定時間內(nèi)達(dá)到了一種平衡，而使得微膠囊緩釋性降低，使得加香織物表面香氣揮發(fā)極為緩慢而可以長久留香。

由圖7中密封下加香織物香氣強(qiáng)度減弱的趨勢可以估算織物在密封條件下還可以留香4～6個月，即織物貨架留香時間可以達(dá)到5～7個月。其中每周對織物的感官評價可能會影響其留香時間，若加強(qiáng)織物的密封性，可以更好地延長織物的留香時間。

2.4 加速實(shí)驗(yàn)

將加香織物置于100℃鼓風(fēng)干燥箱中，每30 min對其進(jìn)行感官評價。結(jié)果如圖8所示。

圖8 100℃加速實(shí)驗(yàn)探究真絲織物加香整理后留香時間Fig.8 Exploration on fragrance retaining time of silk fabric after fragrant finishing by 100℃accelerating test

由圖8可以看出，織物香氣強(qiáng)度在前2 h快速減弱，至5.5 h時香氣強(qiáng)度為0，這也是由微膠囊前期較好的緩釋性及后期所表現(xiàn)出的較好穩(wěn)定性造成的。對照同處理方法下的加香織物于自然放置與加速實(shí)驗(yàn)間的香氣強(qiáng)度數(shù)據(jù)，可以得出其留香時間為3個月左右。

2.5 耐日照性能測試

將加香織物置于日照下(實(shí)驗(yàn)時天氣晴朗，溫度18～25℃，實(shí)驗(yàn)時間10:00～15:00)，每隔1 h對其進(jìn)行感官評價。結(jié)果如圖9所示。

圖9 日照對真絲織物加香整理后留香效果的影響Fig.9 Influence of sunlight on fragrance retaining effect of silk fabric after fragrant finishing

由圖9可知，日照下織物的香氣強(qiáng)度在7 h前減弱較快，7 h后已較弱并趨于穩(wěn)定，而且加香織物于避光通風(fēng)處放置7 h后香氣強(qiáng)度基本不變。所以，日照能夠加速微膠囊內(nèi)薄荷香精的揮發(fā)，且加香織物耐日照時間較短，耐光照性能較差，所制備加香織物不宜在日照下使用。這與薄荷香精本身極易揮發(fā)的特性有關(guān)。

2.6 耐洗滌性測試

對加香真絲織物進(jìn)行模擬干洗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)洗滌7次后織物仍留存非常微弱的香氣，能夠滿足歐洲規(guī)范EN ISO3175—2中工業(yè)應(yīng)用對芳香織物干洗5次的要求。利用生物顯微鏡對洗滌后加香織物進(jìn)行拍照。結(jié)果如圖10所示。

由圖10可知，加香織物洗滌至幾乎無香氣時，真絲纖維表面依然吸附有大量的微膠囊。這說明微膠囊非常牢固地黏附在真絲纖維上，所制備加香織物可以承受一定范圍內(nèi)的外力作用而保持其芳香性。

圖10 洗滌7次后的加香整理織物顯微鏡照片F(xiàn)ig.10 Microphotograph of fragrant finishing fabric after 7 times of washing

3 結(jié)論

1)以β-CD為壁材，薄荷香精為芯材，通過包結(jié)絡(luò)合法成功制備了TEM下為球形的微膠囊，并通過噴霧法成功對真絲織物進(jìn)行了加香整理。

2)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化工藝條件為:微膠囊水溶液質(zhì)量濃度720～960 g/L，60℃烘干處理;加香真絲織物可以密封保存5～7個月，自然環(huán)境下留香3個月左右;日照會加速香精揮發(fā)，加香織物耐日照性能差，不宜在日照下使用;加香織物可耐7次干洗，能夠滿足歐洲規(guī)范EN ISO 3175—2中工業(yè)應(yīng)用對芳香織物干洗5次的要求。

3)實(shí)驗(yàn)所得芳香織物提高了真絲織物的附加值，可應(yīng)用于圍巾、窗簾、床品、抱枕等，滿足了消費(fèi)者對芳香紡織品的需求。

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