微膠囊技術(shù)在紡織品加工中的應(yīng)用

于強(qiáng)強(qiáng)+張麗平

摘要：本文從微膠囊的壁材和芯材的種類以及微膠囊的應(yīng)用等方面介紹微膠囊技術(shù)，并重點介紹了幾種在紡織品整理中常用的微膠囊制備方法（復(fù)凝聚法、單相凝聚法、界面聚合法、原位聚合法）。最后著重介紹了微膠囊在染色、印花和功能性整理中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：微膠囊技術(shù)；紡織品；印染；后整理

中圖分類號：TS190.8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Application of Microcapsule Technology in Textile Processing

Abstract： In this paper， microcapsule technology was introduced. Several main preparation methods of microcapsules applied in textile finishing were briefly introduced， including complex coacervation， single phase condensation， interfacial polymerization and in-situpolymerization method. Finally， the application of microcapsules was introduced from the perspectives of dyeing， printing and functional finishing.

Key words： microcapsule technology； textile； dyeing and printing； finishing

微膠囊技術(shù)是采用機(jī)械或化學(xué)方法將固體微粒、液體或氣體用聚合物薄膜材料包覆起來，制成粒徑在 1 ～ 500μm常態(tài)下穩(wěn)定的微型包裹的技術(shù)。微膠囊技術(shù)的研究可追溯到20世紀(jì)30年代，并在70年代得到快速的發(fā)展，80年代微膠囊技術(shù)被逐步應(yīng)用到紡織行業(yè)中。目前該技術(shù)已被應(yīng)用于織物的染色、印花和功能性整理等方面。由于微膠囊具有緩釋性和隔離作用，其在染整應(yīng)用中具有獨特的優(yōu)勢，有利于推動印染行業(yè)的清潔生產(chǎn)。

1 微膠囊的結(jié)構(gòu)

微膠囊由芯材和壁材兩部分構(gòu)成，被包覆的物質(zhì)稱為芯材，包覆芯材的物質(zhì)為壁材。

微膠囊的壁材通常是一些天然或合成的高分子材料，這些材料具有良好的成膜性，能夠?qū)π静钠鸬奖Ｗo(hù)作用。壁材的選擇往往由芯材的性質(zhì)和微膠囊的用途所決定。一般情況下，應(yīng)考慮以下幾個因素：壁材的親水親油性與芯材的相反；壁材要具有良好的成膜性和一定的強(qiáng)度；壁材與芯材不起化學(xué)反應(yīng)，同時要考慮其滲透性和溶解性；成本因素。

芯材是微膠囊的核心部分，可以是醫(yī)藥、酸化劑、香精香料、維生素、礦物質(zhì)、酶、微生物、染料、涂料、感光材料、相變材料、殺菌劑、交聯(lián)劑、催化劑等。在紡織品加工中，常用的芯材有分散染料、陽離子染料、酸性染料和芳香劑、阻燃劑、抗菌劑等功能性整理劑及助劑。

2 微膠囊的制備方法

目前微膠囊的制備方法很多，根據(jù)包覆方法的不同，主要分為聚合反應(yīng)法、物理化學(xué)法、物理法等 3 類。在紡織品加工中常用的微膠囊的制備方法主要有復(fù)凝聚法、單相凝聚法、原位聚合法、界面聚合法、分子包埋法以及最近研發(fā)的超臨界流體快速膨脹法和高壓靜電法等。

2.1 復(fù)凝聚法和單相凝聚法

復(fù)凝聚是以兩種帶有相反電荷的水溶性高分子電解質(zhì)膠體溶液為壁材原料，在適當(dāng)?shù)臏囟?、濃度和pH值等條件下混合，在靜電引力下相互作用，導(dǎo)致體系溶解度下降，最后從水溶液中凝聚析出而形成微膠囊。復(fù)凝聚法是在水溶液中進(jìn)行的，因此芯材應(yīng)為油溶性的，該方法的優(yōu)點是易于操作，且具有較高的效率和產(chǎn)率。

單相凝聚法是以一種高分子材料為壁材，將芯材均勻分散到壁材溶液中，在凝聚劑的作用下，使壁材的溶解度降低而凝聚析出，形成微膠囊。

復(fù)凝聚法與單相凝聚法的區(qū)別在于：復(fù)凝聚法的壁材單體有兩種，且?guī)в邢喾措姾?，壁材沉積原因是兩種壁材的相反電荷中和；單相凝聚法的壁材為一種，壁材沉積的原因是加入了凝聚劑。

2.3 界面聚合法和原位聚合法

界面聚合法是在兩種互不相溶的溶劑中分別加入兩種親疏水性不同的單體并攪拌溶解，當(dāng)將溶解好的兩種溶液混合時會出現(xiàn)分層，并存在相界面，在聚合反應(yīng)時兩種單體在相界面上迅速進(jìn)行縮聚，生成穩(wěn)定的高分子膜并將芯材包覆形成微膠囊。在界面聚合法制備微膠囊的過程時，分散相和連續(xù)相兩者均要求提供單體。該方法雖然簡單，但用于合成壁材的反應(yīng)單體應(yīng)具有較高的反應(yīng)活性。在應(yīng)用界面聚合法制備微膠囊的過程中，會夾雜一些未參與反應(yīng)的壁材單體，且用該方法合成的微膠囊透過性較高，不適于需嚴(yán)密封存芯材的包覆。

原位聚合法是將合成壁材的單體與引發(fā)劑全部置于芯材液滴的內(nèi)部或外部，且要求反應(yīng)單體必須是可溶的，生成的聚合物是不可溶的，當(dāng)發(fā)生聚合反應(yīng)后，不溶性的聚合物沉積在芯材表面并包覆形成微膠囊。原位聚合法的關(guān)鍵是形成的聚合物如何沉淀和包覆在內(nèi)核的表面。

原位聚合法和界面聚合法的共同點在于包覆芯材的壁材都是以單體聚合而成的。不同之處是原位聚合的單體僅由分散相或連續(xù)相中的一個提供，而界面聚合的單體則是在兩相中溶解性不相同的兩種物質(zhì)。

3 微膠囊在染整加工中的應(yīng)用

3.1 微膠囊染色和印花

微膠囊染色中應(yīng)用較多的是分散染料微膠囊。松井色素化學(xué)公司研究發(fā)現(xiàn)，最適合微膠囊化的染料就是分散染料，該公司利用甲基纖維素等水溶性壁材成功制備了分散染料微膠囊，同時也成功地將一些酸性染料、陽離子染料微膠囊化。黃利利等在篩選適于拼染的微膠囊化分散染料時，選用C.I分散紅73、C.I.分散黃211和C.I.分散藍(lán)183進(jìn)行微膠囊化，并在無助劑、高溫高壓條件下進(jìn)行染色。結(jié)果表明微膠囊化分散染料的染色性能與芯壁比密切相關(guān)，上述 3 種染料分別以芯壁比 1∶3、1∶2、1∶3 經(jīng)微膠囊化后染色，在130℃恒溫20 min后染色趨于平衡，染色效果較佳，且染料的配伍性較好，適于拼染。

微膠囊在染色方面的應(yīng)用還包括微膠囊染料彩虹染色、微膠囊染料多組分纖維染色、高介電常數(shù)微膠囊染料靜電染色、染料微膠囊的干法染色等。上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院以尿素和甲醛為壁材單體包覆酸性紅GP制得酸性染料微膠囊；中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院采用微膠囊技術(shù)包覆耐曬黃G，將制得的微膠囊用于高溫高壓染色、熱熔染色和轉(zhuǎn)移印花，并取得了理想的彩虹染色效果。

微膠囊技術(shù)在印花工藝中的應(yīng)用有熱敏變色印花、多色多點印花、發(fā)泡印花、轉(zhuǎn)移印花等。熱敏變色印花是利用微膠囊的隔離功能，將熱敏變色材料封入微膠囊，維持其可逆熱變性，再借助粘合劑或涂層的方法固著在紡織品上。Aitken運用微膠囊技術(shù)將液晶熱敏性材料封入微膠囊，很好地解決了液晶材料因粘性強(qiáng)難以涂布均勻的問題。多色多點印花是將多種顏色的染料分別制成微膠囊，從而避免染料之間直接相互接觸，當(dāng)進(jìn)行汽蒸操作時，被包覆的染料會被釋放出來上染到織物上的一種印花方法。這種印花方法僅用一種色漿處理，即可得到多色多點的花紋。發(fā)泡印花是在色漿中放入含有發(fā)泡劑的微膠囊，在印花完成后，包覆在微膠囊中的發(fā)泡劑在高溫條件下迅速汽化，沖破微膠囊并在織物上得到立體印花效果的印花方法。轉(zhuǎn)移印花是將轉(zhuǎn)移印花染料和溶劑一起作為芯材被包覆在微膠囊中，再制成轉(zhuǎn)移印花紙，在一定壓力、高溫和濕熱的條件下進(jìn)行轉(zhuǎn)移，得到獨特印花效果的印花方法。

3.2 微膠囊功能整理

微膠囊技術(shù)也廣泛地應(yīng)用于紡織品功能整理，由于微膠囊與紡織材料之間缺乏直接性，所以在應(yīng)用微膠囊進(jìn)行功能整理時，常使用粘合劑或反應(yīng)性交聯(lián)劑，以提高耐用性。

3.2.1 微膠囊在抗菌和防蛀整理中的應(yīng)用

利用微膠囊技術(shù)將抗菌劑制成抗菌微膠囊，并將其應(yīng)用于紡織品整理，能夠提高抗菌整理劑的耐用性，得到高效、耐洗、安全的抗菌紡織品。

英國紡織技術(shù)集團(tuán)研發(fā)了含有Irgasan DP-300、Kathon等抗菌劑的微膠囊，并將其應(yīng)用到純羊毛及棉毛混紡織物上，整理后的毛紡產(chǎn)品其殺菌能力很強(qiáng)，作用時間長達(dá)100天。日本鐘紡公司從艾草中提取重要成分，應(yīng)用微膠囊技術(shù)將提取物進(jìn)行微膠囊化，并將其整理到耐綸上，使耐綸具有良好的抗菌防臭、保濕的功能。高冬梅等以納米銀為芯材應(yīng)用復(fù)凝聚法制備了阿拉伯膠-殼聚糖-納米銀微膠囊，并將其整理到織物上，織物具有較好的抗菌效果。汪秀琛等采用界面聚合法以蕺菜萃取液和除蟲菊脂的混合物為芯材，環(huán)氧樹脂為壁材制備出具有雙模高持久性的天然納米抗菌防蛀微膠囊，并將其整理到毛織物上，經(jīng)40次洗滌后，抑菌環(huán)大小為0.11 cm，從而賦予毛織物良好的持久抗菌防蛀性能。

3.2.2 微膠囊在香味整理劑中的應(yīng)用

將香料或香精進(jìn)行微膠囊整理后，可以提高芳香整理的效果，織物的釋香能力會更加持久。香味物質(zhì)微膠囊可分為兩種，即開孔型和封閉型。開孔型的微膠囊，囊壁上有許多微孔，可以不斷釋放香氣，且會隨溫度的升高而加快揮發(fā)；而封閉型的香氣微膠囊，香氣物質(zhì)釋放的很少。

Eurand用明膠和阿拉伯膠包覆薰衣草或松油制得香料微膠囊。Hako-Werke Gmbh應(yīng)用微膠囊技術(shù)制備出香料微膠囊，并將制備的香料微膠囊整理到織物上，在使用過程中不斷釋放清新怡人的香味。韓國釜山大學(xué)的研究者以芳香精油為芯材，三聚氰胺-乙醛樹脂為壁材合成芳香微膠囊，并將其整理到棉織物上，經(jīng) 5 次循環(huán)水洗后仍有香味。羅艷、陳水林等采用多層造壁技術(shù)與原位聚合法相結(jié)合，制備出芳香微膠囊，并將其整理到織物上，微膠囊的緩釋作用顯著增強(qiáng)，織物的留香時間可長達(dá) 5 個月。劉麗雅等以β-環(huán)糊精為壁材，利用分子包埋法制備出含有中藥成分的植物香精微膠囊，并將其整理到織物上，香味可停留90天以上。

3.2.3 微膠囊在阻燃整理中的應(yīng)用

阻燃微膠囊是芯材為阻燃劑的微膠囊，將阻燃劑微膠囊化后，不僅可以改變普通阻燃劑的比重、體積等物理性能以適應(yīng)材料加工中的不同需求，同時還可減少阻燃劑在材料加工中有毒成分的釋放，避免造成環(huán)境污染。

Luo W J等以十溴聯(lián)苯醚為芯材，密胺-甲醛（MF）樹脂為壁材用原位聚合的方法制備阻燃微膠囊。結(jié)果顯示，與普通阻燃劑相比其熱穩(wěn)定性有較大提高，可用于加工溫度高于350 ℃的樹脂中。Chang S Q等用聚苯乙烯包覆氫氧化鎂，制備出不同包覆率的氫氧化鎂阻燃微膠囊，并將其應(yīng)用到聚苯乙烯復(fù)合材料中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)包覆率為6%的氫氧化鎂微膠囊/聚苯乙烯復(fù)合材料的阻燃性最好。朱平等用乙二胺和環(huán)氧氯丙烷的聚合物包覆甲醛磷酸二甲酯制得阻燃微膠囊，并將其與丁烷四羧酸聯(lián)用，對棉織物進(jìn)行阻燃整理，整理后的棉織物經(jīng)32次皂洗后，棉織物仍具有良好的阻燃效果。陳旭等用密胺樹脂包覆氫氧化鎂成功制得了微膠囊，并將其應(yīng)用到乙烯-醋酸乙烯共聚物中，當(dāng)氫氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%時，乙烯-醋酸乙烯共聚物的阻燃性能得到顯著提高，其垂直燃燒從未改性的V-2級別提升到V-0級。

4 結(jié)語

微膠囊技術(shù)具有眾多獨特的優(yōu)點，得到國內(nèi)外紡織印染相關(guān)行業(yè)研究人員的重視。目前，微膠囊產(chǎn)品在紡織品染整加工中應(yīng)用的越來越多，尤其是在織物功能整理方面，可以預(yù)見其未來的市場空間非常廣闊。

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