用于紡織品的香精微膠囊化壁材研究

倪昭玉，王　瑄，萬　明，王建華

(1.浙江紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院寧波市先進(jìn)紡織技術(shù)與服裝CAD重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江寧波710048；2.西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院，西安　315211)

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用于紡織品的香精微膠囊化壁材研究

倪昭玉1,2，王瑄1，萬明2，王建華1

(1.浙江紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院寧波市先進(jìn)紡織技術(shù)與服裝CAD重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江寧波710048；2.西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院，西安315211)

摘要：香精微膠囊能有效地控制香精釋放，微膠囊的壁材選擇范圍非常廣泛，但很多壁材在實(shí)際生產(chǎn)中不能滿足人們對(duì)安全、成本和環(huán)保等要求，文章介紹了香精微膠囊選擇壁材的依據(jù)及要求，并根據(jù)微膠囊的特性討論其所適用的壁材。

關(guān)鍵詞：香精微膠囊；壁材；紡織品

0　引　言

微膠囊技術(shù)作為一種有效的控制釋放技術(shù)，被廣泛應(yīng)用到醫(yī)藥、紡織、化妝品、食品、農(nóng)藥的領(lǐng)域中[1]。香精微膠囊能夠避免香精的有效成分因揮發(fā)而損失，易儲(chǔ)存，不易氧化，并且使香精在使用時(shí)安全、方便，具有良好的留存性、持久性和穩(wěn)定性。目前,香精微膠囊已經(jīng)受到世界各香料工業(yè)以及相關(guān)企業(yè)的重視，在國外，微膠囊香精已成為香精發(fā)展的一個(gè)重要方向。將微膠囊整理到紡織品上，活性成分從微膠囊中逐漸緩慢地釋放出來[2]，在芳香的氣氛中，對(duì)人體產(chǎn)生保健和醫(yī)療作用。

隨著人們對(duì)壁材要求的提高，越來越多的人投入到了研究適用于充當(dāng)微膠囊壁材的材料當(dāng)中，其中包括：合成高分子材料，如乙基纖維素、聚乙稀、聚醋、環(huán)氧樹脂等，天然高分子材料，如殼聚糖、β-環(huán)糊精、脂質(zhì)體等，及其他無機(jī)材料[3]。

1　香精微膠囊壁材的選擇依據(jù)及要求

現(xiàn)階段，微膠囊的研究在壁材上存在諸多問題,如性能較好的微膠囊壁材價(jià)格有的比較昂貴，有的還可能存在對(duì)環(huán)境或人體存在危害，這些都會(huì)限制微膠囊的推廣使用[4]。香料微膠囊化的壁材原料對(duì)微膠囊的形成有諸多影響，包括芯材性質(zhì)、微膠囊粒徑大小、成囊厚度及囊壁強(qiáng)度，還有對(duì)成囊方法有一定的選擇性。因此，開發(fā)出價(jià)格低廉、對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生負(fù)面作用且性能良好的微膠囊壁材成為當(dāng)前香精微膠囊領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)[5]。

在選擇微膠囊壁材時(shí)，對(duì)壁材有幾個(gè)基本要求：具有可成膜性；壁材自身不會(huì)產(chǎn)生特殊氣味；所選壁材不得與精油發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不能改變香精的基本性質(zhì)；能保持芯材的穩(wěn)定性。目前，芳香微膠囊所選用的壁材多種多樣，但壁材的成膜特性會(huì)影響到微膠囊的留香性能，如成膜厚度、香味緩釋性、滲透性等[6-8]。因此，在實(shí)際成囊過程中，對(duì)壁材還有一些要求，如：形成的微膠囊囊壁能固化并且有一定的強(qiáng)度；壁材和其降解產(chǎn)物要對(duì)環(huán)境無危害；要求材料來源廣，價(jià)格低廉；成膜性好，在儲(chǔ)存和使用時(shí)足夠穩(wěn)定。

2　微膠囊壁材的選擇及優(yōu)化

制備精油微膠囊的第一個(gè)環(huán)節(jié)就是選擇合適的壁材，不同的壁材對(duì)于微膠囊的強(qiáng)度、包埋率和粒型大小等理化性質(zhì)有著重要的影響。由于微膠囊壁材的特性不同，形成的微膠囊界面特性也不同，因而根據(jù)釋放行為，可將微膠囊分為兩種類型，分別為封閉型和開孔型[9]。根據(jù)造壁次數(shù)可分為：?jiǎn)螌?、雙層或多層結(jié)構(gòu)微膠囊。

2.1單層微膠囊壁材

單層微膠囊研究較早、較多，普通所使用的壁材均可制備單層微膠囊，單層微膠囊又可分開孔型和封閉型微膠囊。

2.1.1開孔型微膠囊壁材

理想的開孔型微膠囊是壁殼上有很多微型小孔，這些微孔會(huì)隨著氣溫的升高而擴(kuò)大，香精能夠透過微孔釋放出來，未經(jīng)溫度作用，微膠囊的微孔收縮或緊閉，香精的釋放速度緩慢，有利于香味的保存。目前，在售開孔型微膠囊一般開孔較大，微膠囊的釋放較快，耐久性較差，其壁材多為天然高分子材料。

開孔型微膠囊可通過淀粉水溶液與非水溶性香精混合，最后形成固體顆粒。由于糖類壁材的界面特性不穩(wěn)定，微膠囊化效率低。Soottitantawat等[10]研究改性淀粉通過噴霧干燥法對(duì)薄荷醇的包埋效果，發(fā)現(xiàn)改性淀粉的香精包埋率得到很大的提高，并且隨溫度的升高香精的保留率也有提高。改性淀粉有良好的界面特性，因而它的微膠囊化過程可通過噴霧干燥法來實(shí)現(xiàn)。

β-環(huán)糊精本身存在孔洞，并且具有的“內(nèi)疏水，外親水”的特性，能夠與大量的客體分子進(jìn)行包結(jié)，近年來被廣泛的用于微膠囊的研制[11]，李月霞等[12]采用包結(jié)絡(luò)合法制備了以β-環(huán)糊精為壁材和薄荷香精為芯材的球形開孔型微膠囊，整理到真絲織物上，微膠囊吸附非常牢固，利用β-環(huán)糊精形成的微膠囊環(huán)保無毒，由于其獨(dú)特的空腔結(jié)構(gòu)，能夠?qū)椢锍掷m(xù)賦香[13]，也應(yīng)用于紡織物的整理，但微膠囊的長(zhǎng)效緩釋性還有待提高。

2.1.2封閉型微膠囊壁材

封閉型微膠囊的壁殼上不含微孔，只有與外界接觸經(jīng)過外力的作用，使囊壁破損，香味才釋放出來，若無外力作用，微膠囊不破裂，香味會(huì)持久保持。封閉型微膠囊的制備方法和可選壁材種類多種多樣。

通常以明膠和阿拉伯樹膠通過復(fù)合凝聚法制備，制得的微膠囊若經(jīng)過固化處理可得到囊壁堅(jiān)固的封閉型微膠囊香味整理劑，董志儉等[14]采用復(fù)合凝聚法以明膠和阿拉伯膠為壁材制備復(fù)合薄荷油微膠囊，制得壁材具有良好的控制釋放性能和耐高溫高濕等特性，產(chǎn)品的流動(dòng)性很好，加入明膠改善了微膠囊的抗氧化性。明膠-阿拉伯膠復(fù)合所制備的微膠囊是目前市面上數(shù)量應(yīng)用較多的，適宜非水溶性香精的包覆和大規(guī)模生產(chǎn)。還可以采用此法制備乳清分離蛋白與阿拉伯膠、明膠與羧甲基纖維素復(fù)合微膠囊，然而，制備的微膠囊粒徑過大，難以應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中。石燕等[15]分析乳清蛋白與阿拉伯膠制備油脂微膠囊時(shí)的相互作用，發(fā)現(xiàn)兩種壁材之間發(fā)生了共價(jià)交聯(lián)反應(yīng)，并且利用復(fù)合物為壁材制備的油脂微膠囊結(jié)構(gòu)致密、表面微孔少，且具有良好的韌性。

Peng等[16]通過對(duì)殼聚糖進(jìn)行改性處理，化學(xué)合成了其衍生物mPEG-g-CS，具有良好的溶解性和成膜性，并成功將其作為壁材應(yīng)用到微膠囊上，所制備微膠囊粒徑大小并不均勻，但包覆率高達(dá)94.3%，能有效保護(hù)精油中的活性成分。殼聚糖作為天然的高分子材料，具有抗菌的特性，并且來源廣泛，開發(fā)殼聚糖及其衍生物具有廣闊的前景[17]。

在織物的芳香整理中，合成高分子材料成膜性和化學(xué)穩(wěn)定性均好，常被用作封閉微膠囊的包囊材料，并在微膠囊壁材上的應(yīng)用越來越廣。微膠囊采用蜜胺樹脂和環(huán)氧樹脂等作為壁材時(shí)，制備工藝簡(jiǎn)單，所制微膠囊表面較為光滑，包埋率高，但制備壁材或微膠囊過程中會(huì)存在存在活性單體與芯材反應(yīng)等缺點(diǎn)。王俊華等[18]采用聚氨酯為壁材制備的芳香整理劑，可以延緩香味的釋放、增加香味穩(wěn)定性，并應(yīng)用于織物，可得到一種留香時(shí)間較長(zhǎng)的芳香織物。但所制備的微膠囊致密性較差，需加入交聯(lián)劑加以改善[19-20]。

2.2雙層微膠囊壁材

開發(fā)雙層微膠囊能明顯改善芳香的長(zhǎng)效緩釋性能，其制成品有第二層膜的包覆，增加了囊壁的致密性，因而雙層微膠囊具有良好的留存性、持久性和穩(wěn)定性[21]。但相對(duì)于單層微膠囊具有操作較為復(fù)雜，成本增加，在壁材選擇上存在一定的限制等不足。雙層微膠囊可以通過如下兩種方法制得。

a)由第二層聚合物壁材包覆內(nèi)核單層微膠囊而制成的微膠囊，微膠囊經(jīng)過兩層壁材的包覆作用，改善微膠囊的某些特性。此類微膠囊既要保證能形成較好的包覆效果，還要保證香精的有效釋放，因而壁材選擇種類并不多。如蔡秀麗等[22]采用微膠囊連續(xù)雙層包覆方法對(duì)茉莉香精同時(shí)包覆密胺樹脂和聚丙烯酸酯,可以改善香精的耐熱和緩釋性能，但選用的壁材有一定毒性，不適用于食品藥品等對(duì)安全性要求高的產(chǎn)品。Wang等[23]使用環(huán)氧樹脂與固化劑產(chǎn)生兩次聚合，形成的抗菌芳香微膠囊具有雙膜結(jié)構(gòu)，用該微膠囊整理紡織品效果持久且耐洗。潘曉昀等[24]使用海藻酸鈉和羧甲基纖維素對(duì)香精進(jìn)行第一層包覆，第二層的囊壁由明膠一阿拉伯樹膠組成，所制備的微膠囊具有雙層囊壁結(jié)構(gòu)，具有良好的柔韌性及機(jī)械強(qiáng)度,將其應(yīng)用在紡織品上具有水洗牢度好、留香時(shí)間長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。

b)利用材料的自身特性，將具有兩層結(jié)構(gòu)的壁材經(jīng)過一次反應(yīng)制成，目前研究較多的為酵母菌細(xì)胞。如Bishop等[25]利用酵母細(xì)胞天然的雙層囊腔結(jié)構(gòu)對(duì)薄荷油進(jìn)行包覆,其包埋率達(dá)57.33%，具有大小均勻、安全無毒和易生物降解等特點(diǎn)。酵母菌細(xì)胞物能夠很好地對(duì)活性物質(zhì)進(jìn)行包載，最高包覆量可達(dá)到70%[26]，目前用酵母菌細(xì)胞制備的微膠囊已經(jīng)應(yīng)用到多個(gè)領(lǐng)域，特別是食品、藥品及紡織品上。

2.3多層微膠囊壁材

多層微膠囊由多層相同或不同的壁材與由活性成分組成的內(nèi)核形成聚合物殼組成。目前，有少量專利公布了通過涂層方法得到多壁微球和微膠囊的技術(shù)，克維特尼特克西等[27]通過溶劑去除技術(shù)成功包覆薰衣草精油得到多層微膠囊，所制得微膠囊外徑在70～90μm之間。此類微膠囊制備步驟較繁瑣，壁材選用限制太多，膠囊的粒徑不易控制，對(duì)后整理工藝有較大的影響，因而應(yīng)用較少。

現(xiàn)在已有研究制備少量粒徑在1～1000nm之間的膠囊，稱之為納米膠囊，但能制備納米微膠囊的方法受限制，制備成本和壁材的安全性也是一大問題，目前主要應(yīng)用到食品及生物工程中，在香味紡織品上的應(yīng)用還較少[28]。Liolios等[29]研究發(fā)現(xiàn)納米微膠囊由于它們的亞細(xì)胞尺寸，減少了物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的阻力，相比較于常規(guī)微膠囊，精油的抗菌效果有所增強(qiáng)。納米微膠囊有更好的分散性、靶向性和緩釋性能，可使香精免受外界如光、高溫及氧化的影響，進(jìn)而使香精的留香時(shí)間延長(zhǎng)。

3　結(jié)　語

目前，可以作為微膠囊壁材的材料不少，但大多還是存在一些問題，導(dǎo)致實(shí)際上能夠作為芳香微膠囊的壁材相對(duì)較少，新型壁材的開發(fā)進(jìn)展也較慢，開發(fā)過程中存在一些技術(shù)上的問題，而通過不同壁材間的復(fù)配能彌補(bǔ)所用材料的一些不足和缺點(diǎn)。隨著微膠囊技術(shù)研究的深入和社會(huì)對(duì)環(huán)保的要求，開發(fā)安全無毒環(huán)保且價(jià)格低廉的微膠囊壁材是當(dāng)務(wù)之急，只有最大限度降低生產(chǎn)微膠囊的成本，才能真正實(shí)現(xiàn)香精微膠囊的大批量工業(yè)化生產(chǎn)。

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(責(zé)任編輯：許惠兒)

收稿日期：2015-04-08

基金項(xiàng)目：浙江紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院重大科研項(xiàng)目(2012-2A-001)；浙江紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(2012-7-002)；寧波市自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2014A610140)；寧波市先進(jìn)紡織技術(shù)與服裝CAD重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目(2014ZDSYS-A-P-004)

作者簡(jiǎn)介：倪昭玉(1990-)，女，湖北黃岡人，碩士研究生，主要從事功能化紡織產(chǎn)品的研究與開發(fā)。 通信作者：王瑄，E-mail:wangxuan6911@163.com

中圖分類號(hào)：TS959.9

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-265X(2016)01-0061-04

Research of Essence Microcapsules Wall Material in Textile Industry

NIZhaoyu1,2,WANGXuan1,WANMing2,WANGJianhua1

(1.Ningbo Key Laboratory of Advanced Textile Technology & Fashion CAD, Zhejiang Fashion Institute of Technology, Ningbo 315211, China; 2.Faculty of Textiles & Materials, Xi’an Polytechnic University, Xi’an 710048, China)

Abstract：Essence microcapsules can effectively control release of essence. The selection range of wall materials of microcapsules is wide, but a lot of wall materials can not meet the requirements for safety, cost and environmental protection in practical production. This paper introduces the basis and requirement for selecting wall materials of essence microcapsules and discusses the suitable wall materials according to the characteristics of the microcapsules.

Key words：essence microcapsules; wall material; textile