微膠囊技術(shù)在防護(hù)服裝的應(yīng)用

唐新軍

（新疆大學(xué)，新疆 烏魯木齊830046）

微膠囊技術(shù)是利用天然或合成高分子將固體小顆粒、液體微滴或氣體芯材包覆起來，形成直徑一般在1～1000μm的微型膠囊的技術(shù)。微膠囊技術(shù)起源于20世紀(jì)30年代，當(dāng)時(shí)美國人Wurster用物理方法制備了微膠囊，20世紀(jì)40年代末，他又首先采用空氣懸浮法制得了微膠囊，并成功地運(yùn)用到藥物方面［1］。隨后，微膠囊技術(shù)在各行各業(yè)都得到了應(yīng)用。

防護(hù)服裝屬于功能性服裝中的一種，主要用于保護(hù)在不同環(huán)境中免受環(huán)境中的物理化學(xué)和生物等因素的傷害。隨著工業(yè)的高速發(fā)展，我國工廠中出現(xiàn)的火災(zāi)、爆炸、有毒氣體泄漏等事故頻發(fā)，所以設(shè)計(jì)開發(fā)新型功能防護(hù)服裝，成為提高防護(hù)水平的關(guān)鍵。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國是防護(hù)服裝的消費(fèi)大國，每年需防護(hù)服裝800萬套，特種防護(hù)服裝1000萬套，可見我國的防護(hù)服裝市場前景廣闊［2－3］。

1 微膠囊化的目的

1.1 改變物理性質(zhì)

微膠囊化后，液態(tài)物質(zhì)被制成細(xì)粉狀的產(chǎn)物，稱之為擬固體（Pseudo－Solid）。雖然其宏觀上表現(xiàn)為固體性質(zhì)，便于儲存，但其內(nèi)部仍為液體，因而保持著較好的液體性質(zhì)，當(dāng)微膠囊破碎時(shí)可以使液態(tài)功能發(fā)生作用。另外，對于固液相變物質(zhì)，微膠囊可以為相變提供穩(wěn)定的空間，保證物質(zhì)在相變過程中不損失。擬固體令液體比較穩(wěn)定地存在于紡織品內(nèi)，保持其穩(wěn)定性。在涂層工藝中微膠囊的優(yōu)點(diǎn)是在等量濃度下，其粘度較低。

1.2 控制釋放性能

微膠囊化后，通過對不同殼膜的選擇，使用物理方法或者化學(xué)方法使殼膜破裂或融解使囊中的功能物即刻釋放，也可選用半滲透殼膜的全封閉殼膜，使囊芯物質(zhì)經(jīng)過一定時(shí)間緩慢釋放出來。紡織品加工采用的微膠殼膜要依據(jù)囊芯功能物質(zhì)的物理性能來決定選不滲透殼膜還是選半滲透殼膜。揮發(fā)性物質(zhì)（如香料）或在醫(yī)療等領(lǐng)域需要控制釋放物質(zhì)的產(chǎn)品，用微膠囊包封達(dá)到緩慢釋放的目的。目前這一功能應(yīng)用極其廣泛，如將香料微膠囊化后混入織物纖維中，可以長時(shí)間保持織物香味沁人。

1.3 保護(hù)和隔離

選取適當(dāng)?shù)奈⒛z囊的殼膜，可保護(hù)囊芯物質(zhì)免受環(huán)境中的水分、氧氣、紫外線等的影響，防其與外界條件反應(yīng)導(dǎo)致囊芯材料的損失。此外，微膠囊還可以將活性成分隔離，防止各活性成分之間的反應(yīng)。微膠囊化后可隔離各成分，在生產(chǎn)中能防止各成分間的不良干擾，如在涂料防印印花中，為了預(yù)防電解質(zhì)對合成增稠劑的不良影響，可先將電解質(zhì)硫酸銨微膠囊化，然后在汽蒸條件下控制釋放電解質(zhì)硫酸銨來達(dá)到預(yù)防干擾的目的。微膠囊化還可以掩蓋某些化合物的異味，延長物質(zhì)的保存期。

2 微膠囊技術(shù)在防護(hù)服裝的應(yīng)用

隨著微膠囊技術(shù)的發(fā)展，其在紡織工業(yè)中的應(yīng)用越來越受到人們的重視。進(jìn)入21世紀(jì)之后，微膠囊在紡織品上的應(yīng)用得到廣泛關(guān)注，尤其是在歐州和北美地區(qū)，微膠囊技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于醫(yī)療和工業(yè)紡織品等方面［4］。

2.1 可控釋放型微膠囊在防護(hù)服中的應(yīng)用

蚊蟲多的熱帶氣候穿戴的服裝 ，必須經(jīng)過耐久的防蟲處理。防蟲劑的微膠囊化使控釋放效果更長久［5］。法國Thor SARL公司將已知?dú)⑾x劑，如擬除蟲菊酯、蟲菊酯進(jìn)行微膠囊化，將這項(xiàng)技術(shù)用于軍用紡織品中，制造出在熱帶氣候環(huán)境中穿著的軍服可有效防止蚊蟲叮咬。美國Carrol Loye生物研究所測試了用茶樹油SPT微膠囊處理的紡織品的性能，發(fā)現(xiàn)其具有很好的防蚊功效。天然的有機(jī)酯類植物油對蚊蟲來說是高效的神經(jīng)性毒劑。這些植物油通過微膠囊的緩慢釋放作用可顯著地降低每分鐘被咬的次數(shù)［6］。

王秋蓉［7］等發(fā)明一種具有消除疲勞作用的Lyocell面料的制備方法，通過先將乳香精油放入到聚氨基甲酸酯和水中攪拌，再加入微膠囊溶液，充分?jǐn)嚢柚寥橐籂詈?，加入分散劑、粘合劑和柔軟劑攪拌，得到乳香精油微膠囊整理劑；將上述的乳香精油微膠囊整理劑用在Lyocell紗線上，得到帶有乳香精油微膠囊的Lyocell紗線；將其織成織物，進(jìn)行預(yù)定形處理制成。該方法采用純天然提取物乳香精油制備微膠囊整理劑，安全環(huán)保，該發(fā)明的面料可持久、均勻釋放乳香香味，應(yīng)用前景廣闊。

可釋放型微膠囊在防護(hù)服裝的應(yīng)用得到了人們的重視。通過微膠囊技術(shù)，可以將對人身體有益的物質(zhì)加入到衣物中，通過半透性微膠囊將有益物質(zhì)緩慢釋放，通過皮膚來達(dá)到長期、高效的防護(hù)保健作用，也可以在外層服裝上涂上趨避微膠囊，在熱帶雨林等蚊蟲、毒蟲較多的地方，趨避蚊蟲從而達(dá)到對在這種環(huán)境工作人員的保護(hù)作用。在我國已經(jīng)開始將對人體有益的中藥微膠囊化應(yīng)用到服裝中，從而達(dá)到對人體的防護(hù)作用。通過微膠囊化增加可釋放型物質(zhì)的使用壽命，增強(qiáng)了其可耐洗性。通過對不同的壁材和芯材的研究，使這一技術(shù)應(yīng)用具有很大的發(fā)展前景。

2.2 相變微膠囊在防護(hù)服裝中的應(yīng)用

1993年Tringle公司申請了將石蠟類碳?xì)浠衔锓馊胫睆?.0～10.0μm的微膠囊中，然后與聚合物溶液一起紡絲，得到具有可逆蓄熱特點(diǎn)纖維的專利。1997年Outlast公司和Frisby公司采用這一技術(shù)產(chǎn)出了腈綸紡織品，用于保溫內(nèi)衣、滑雪靴、茄克和運(yùn)動襪等，現(xiàn)已在歐美等國家銷售［8］。

消防員、煉鋼工人等在高溫場合作業(yè)的人員，需要穿著耐高溫的阻燃隔熱防護(hù)服，如果作業(yè)人員的汗液不能及時(shí)排出去，不僅影響穿著的舒適性，還有可能出現(xiàn)生命危險(xiǎn)，在防護(hù)服內(nèi)側(cè)如果配制加入相變微膠囊的Outlast的面料制成內(nèi)衣，就可以很好地解決問題。

1989年美國研究將含有微膠囊的紡織品用于宇航員手套襯，1995年美國開發(fā)極端低溫水環(huán)境用的干式潛水服，其保溫襯里采用微膠囊化的相變材料。1999年美國Natick研究中心對蓄熱調(diào)溫紡織品進(jìn)行研究，開發(fā)出用于海軍航空兵飛行員執(zhí)行秋冬海上飛行任務(wù)時(shí)的飛行服保溫內(nèi)襯［9］。

孫浩［10］等人用石蠟和脲醛樹脂制備微膠囊相變材料，通過測試微膠囊的各種性能，并對其在紅外偽裝隱身上的應(yīng)用進(jìn)行了研究。結(jié)果表明微膠囊相變材料既能夠有效地模擬真目標(biāo)的紅外熱特征，也能有效地遮蔽目標(biāo)的紅外熱特征 ，具有紅外隱真－示假的雙重功能。

王冬云［11］公開了一種智能調(diào)溫內(nèi)衣，面料是由雙向智能調(diào)溫纖維紡織的紗線織造而成，雙向智能調(diào)溫纖維由纖維和其上黏合的相變調(diào)溫微膠囊組成，通過相變微膠囊達(dá)到智能調(diào)溫的效果。使用中只需薄薄的一層就可達(dá)到良好的保溫效果，透氣性好，穿著較舒適。

相變微膠囊在服裝中應(yīng)用很廣，也有較早的歷史，由于相變微膠囊是將相變材料作為囊芯，用成膜材料包裹，所以應(yīng)用在服裝可以達(dá)到調(diào)溫的效果、在體內(nèi)形成微氣候。同時(shí)其吸熱的效果可以降低目標(biāo)在熱紅外譜段的熱輻射，達(dá)到防紅外的效果。在軍用上使士兵在溫度變化較大的環(huán)境下有更強(qiáng)的適應(yīng)性、在特種環(huán)境下有更強(qiáng)的存活可能。對于老人和兒童等也可保護(hù)這些弱勢群體，減少疾病的發(fā)生。對于相變微膠囊的不同的組分，和在紡織品的處理上還有很大的空間可供研究，從而提供更好的防護(hù)效果。

2.3 變色微膠囊在防護(hù)服裝中的應(yīng)用

將變色染料制成微膠囊，固著在纖維表面，形成光敏或熱敏變色纖維，使軍用服裝在不同的情況下進(jìn)行變色，進(jìn)而偽裝。

美國默克公司已研制成功熱敏變色作戰(zhàn)服，它是在一定質(zhì)料的黑色紡織物上，印染能在幾個(gè)溫度區(qū)間如寒帶、溫帶、熱帶改變顏色的液晶微膠囊而成。戰(zhàn)場上穿著熱敏液晶變色服裝的士兵與自然環(huán)境渾然一體，即使無任何遮蔽，敵人目視也難以辨別［12］。

日本東麗公司采用內(nèi)含熱敏可逆變色色素的微膠囊與樹脂一起涂布在基布上，制成了在低溫下顯色，高溫下消色的織物。其變色特點(diǎn)是，溫度在零至零下時(shí)，織物變黑，從而能大量吸收陽光的能量起到保暖作用；當(dāng)溫度升高到5℃以上時(shí)，織物變白，從而可抑制對陽光直射能量的吸收，這種特殊面料可用于制作能量調(diào)節(jié)用智能服裝［13］。

變色微膠囊在防護(hù)服裝的應(yīng)用十分廣泛，在軍用服裝上使用，使士兵在不同的環(huán)境下進(jìn)行偽裝。通過使用微膠囊技術(shù)提高了防護(hù)服裝的使用性能。由于變色微膠囊的特點(diǎn)可以在服裝加入變色微膠囊，在高溫或低溫環(huán)境下變色以給工作人員警示。也可以在嬰兒和老人的內(nèi)衣中加入變色微膠囊，當(dāng)發(fā)燒時(shí)，衣服變色給人警示。因此，變色微膠囊在防護(hù)服裝的應(yīng)用有著很大的發(fā)展空間。

3 總結(jié)

我國的微膠囊應(yīng)用到防護(hù)服裝的技術(shù)和美國、日本等發(fā)達(dá)國家相比還有較大差距，將微膠囊技術(shù)應(yīng)用到防護(hù)服裝中還有很長的路要走。首先，囊芯和囊壁的選擇在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，要有更多的創(chuàng)新，只有在基礎(chǔ)打牢的情況下才能更快更好地發(fā)展；其次，將不同和各類微膠囊技術(shù)相結(jié)合，研究多功能的防護(hù)服裝。最后，對微膠囊的應(yīng)用要進(jìn)一步研究，使微膠囊和織物很好地結(jié)合，更好地發(fā)揮各自的作用。

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