纺织业微胶囊的进展趋向与运用远景

本文作者：朱建康，姬巧玲，陈燚涛 单位：武汉纺织大学机械工程与自动化学院

2011年，天津工业大学曹虹霞等[3]以正十八烷为芯材、三聚氰胺甲醛树脂为壁材，采用原位聚合法制备微胶囊并对其进行表征，结果表明微胶囊呈圆球形，平均粒径2.35μm，粒径分布范围较窄，分散性好.2011年，浙江理工大学戚栋明等[4]采用原位微悬浮聚合法制备有机颜料酞箐蓝微胶囊并对其进行表征，结果表明微胶囊呈球状，平均粒径为3.5μm，粒径分布范围较窄.通过微胶囊壳材料的物理变化，采用一定的机械加工手段如离心、挤出和喷射等进行微胶囊化，如喷雾干燥法、流化床法等.2011年，西安武警工程学院张郁松等[5]采用喷雾干燥法制备了大蒜油微胶囊并对其进行表征，结果表明，该方法制备所得微胶囊的外型近似球型，颜色为淡黄色，粒径大小在5~8μm，流动性良好.2010年，长江大学刘冬妮等[6]以乙基纤维素和羟丙基纤维素为壁材，堵水调剖用交联剂为芯材，采用流化床法制备交联剂微胶囊，结果表明，微胶囊化后成胶时间比微胶囊化前延后16h，可改善储层非均质性.将芯材乳化或分散在溶有壁材的连续相中，加入另一种物质或不良溶剂，或通过其它手段使得壁材的溶解度降低而从连续相中分离出来，包裹在芯材上形成微胶囊.2010年，清华大学张冰清等[7]以正十六烷为芯材，分别以PMMA和PS等聚合物作为壁材，采用相分离法制备微胶囊，并研究不同表面活性剂及其用量对微胶囊结构的影响，结果表明改变活性剂、聚合物的种类和浓度可以控制聚合物微球的形貌.

随着微胶囊技术的发展，目前出现了很多制备微胶囊的新型方法，如分子包埋法、超临界流体快速膨胀法、高压静电法等.使含疏水端的芯材进入具有疏水性的壁材空腔内，靠分子间作用力结合形成分子微胶囊.2011年，上海海洋大学吕翠翠等[8]利用羟丙基-β-环糊精对东方琥珀玫瑰香精进行包合并对其进行表征，结果表明制备的微胶囊呈不规则球状，平均粒径72.8μm，粒径分布均匀.将某种溶质溶解在超临界流体中，然后通过减压膨胀，控制实验条件，析出具有一定粒径的空心微囊，将生成的空心微囊与芯材高频碰撞接触，微囊即可均匀包裹在芯材外部，除去未包埋的芯材，便得到微胶囊产品[9].2010年，郑州大学胡国勤等[10]采用超临界CO2快速膨胀法制备灰黄霉素超细微胶囊并对其进行表征，结果表明超细微颗粒粒度均匀，粒径达1μm左右.利用高压静电成囊装置制备微胶囊的方法.2011年，华侨大学赵趁等[11]采用高压静电法制备磁性海藻酸钙/壳聚糖微胶囊并对其进行表征，结果表明制备的微胶囊表面光滑、球形度和分散性较好，平均粒径216.8μm，粒径分布均匀.

目前织物用微胶囊的主要制备方法有界面聚合法、原位聚合法、水相分离法、油相分离法和分子包埋法等.几种制备方法的优缺点及其应用主要领域如表1所示.织物用微胶囊制备方法各有其优点，但现有的制备方法所制备出的微胶囊粒径较大，且大小分布不均；同时其制备方法主要集中在聚合反应法和相分离法两种方法上，在很大程度上限制了微胶囊芯材和壁材的选择；此外制备的成本较高，主要体现在微胶囊材料及工艺方面，因此需要寻求新型织物用微胶囊的制备方法.

1953年Green发明了凝聚法微胶囊化的方法[15]，首次将液体材料微胶囊化，解决了无色染料稳定性的问题，具有划时代的意义.将微胶囊技术应用于纺织业才刚刚起步不久，已取得了意想不到的效果，其主要应用领域包括微胶囊染色、微胶囊印花、微胶囊功能整理剂等.

微胶囊染色的技术核心是将染料作为芯材制成微胶囊.染色时，可直接将染料微胶囊投入染浴中，利用纤维、染浴和胶囊中染料的浓度差，使染料不断释放、吸附和上染纤维，完成染色.利用微胶囊染料进行染色，可以制造出色彩斑斓的纺织品，还能有效地解决纺织印染中存在的一些问题，如降低成本、提高染料利用率、有利于废水净化和实现无助剂免水洗染色[16-17]等.东华大学率先将分散染料微胶囊染色应用于锦纶6、PTT和涤纶织物的染色[18-20]，并对相应的染色温度、浴比、保温时间等参数及废水的回用进行了研究，结果表明所得的染色产品干湿摩擦牢度、皂洗牢度和沾色牢度可达4~5级，与传统染色工艺相当，而废水的COD值和BOD值比常规染色工艺低得多.2010年，东华大学罗艳等[21]通过选控纯分散染料微胶囊壁材种类和芯壁比来调节释放速率，基本实现非助剂增溶的分散染料微胶囊超细涤纶织物非条件配色，色牢度与助剂增溶条件下染色样品相当，均染性接近5级.2011年，昆山陶冶等[22]选用高温型分散染料三原色考察微胶囊染色工艺在涤纶仿麂皮上的配色性能，结果表明分散染料微胶囊配色样饱和度总体上提高，表观色深增加，说明其配色可行.目前微胶囊染色研究主要是针对分散染料微胶囊染色，其他染料的研究尚少.2007年，埃及Zawahry等[23]以70%乙酰丙酮改性后的大豆卵磷脂为壁材，活性染料为芯材，制备了最大粒径约为16nm的微胶囊，并对羊毛、丝织物进行染色研究，结果表明羊毛产品的色牢度和摩擦牢度等均比常规染色高，而丝织物染色牢度差别不大，但染色后的残液几乎无色，染浴可再利用.2010年，天津工业大学孙晓竹等[24]以姜黄色素为芯材，β-环糊精为壁材，制备姜黄色素微胶囊并用于涤纶染色，结果表明微胶囊染色织物的K/S值更大，色牢度更高.2012年，河南工程学院曹机良等[25]采用微胶囊分散染料和活性染料对大豆/PTT混纺织物进行染色，测定了不同染色工艺对染色织物色牢度的影响，结果表明当染料总质量分数为2%、纯碱质量浓度为1g/L、95℃条件下保温30min，可使混纺织物具有较高的表观色深.

在传统印花工艺的基础上，研究人员运用微胶囊技术，开发了几种微胶囊印花工艺，如微胶囊转移印花、微胶囊涂料印花、微胶囊热敏变色印花、微胶囊发泡印花等.微胶囊转移印花是将2种或更多种微胶囊染料用于转印片的表面，再将转印片放在纺织品上施加外力，使胶囊破裂让染料沉积于纺织品上.该工艺具有溶剂染色温度低、均染性好、上染速度快、成本低、加工方便的优点.英国DickinsonRobinson集团发现此工艺适用于各种天然和合成纺织品，如棉、丝、亚麻等.东华大学罗艳等[26]对分散染料微胶囊的多次转移印花效果进行了初探，结果发现分散染料微胶囊的转印次数在适当条件下可达10次以上，且其K/S值基本保持不变；不同转印条件对微胶囊染料的转印效果有较大影响.微胶囊涂料印花是借助于能生成牢固薄膜的合成树脂，使微胶囊染料固着在纤维表面的印花工艺，该工艺适用于各种纤维织物的印花.2011年，浙江理工大学陈智杰等[27]分别将细乳液和微悬浮聚合制得的有机颜料微胶囊用于棉织物的涂料印花，研究微胶囊形态对印制棉织物的表面形貌和印花效果的影响，结果表明与微悬浮聚合制备的微胶囊相比，细乳液聚合制备的微胶囊在相应的印花织物表现出较好的色牢度、色深性和手感.2012年，浙江理工大学SHE等[28]采用原位聚合法制备有机染料酞菁蓝微胶囊并用于丝织品的涂料印花，结果表明与传统丝织品印花相比，微胶囊涂料印花的丝织品色牢度、手感、干湿耐摩擦牢度有所提高.变色印花是指纺织品上的印花图案随外部条件的变化而改变色泽的印花，按照外部刺激变色条件的不同，分为光敏变色印花、热敏变色印花和湿敏变色印花3种类型.实际在纺织品印花上采用的是热敏变色印花和湿敏变色印花，而运用微胶囊技术的变色印花以热敏变色印花为主.2010年，万事利集团张忠信等[29]采用复凝聚法制备热敏变色微胶囊并对真丝绸进行印花，结果表明经热敏变色微胶囊印花后真丝织物具有明显的变色效果.除上述的微胶囊印花外，运用微胶囊技术的印花工艺还有多色微粒子印花、微胶囊静电印花、染料微胶囊非水系印花、香气印花等.

利用微胶囊技术对纺织品进行整理，可提高纺织品的舒适性、增加其功能性，包括一般性整理、功能性整理及智能纺织品等.2.3.1一般性微胶囊整理一般性微胶囊整理包括对织物柔软、防皱、拒水拒油等整理.目前应用较多的柔软剂主要是有机硅类和脂肪酰胺及其衍生物类；使用较多的防皱整理剂有改性N-羟甲基树脂、多元羟酸；拒水拒油整理剂一般是氟烷基丙烯酸酯与各种乙烯基系单体的聚合物.这些整理剂多为乳化剂，分散稳定性不高，常因加入其它组分发生破乳或沉淀现象，若将其制成微胶囊，可提高其分散稳定性和各组分的相容性，并改善整理效果.2.3.2功能性微胶囊整理功能整理中应用微胶囊技术的有芳香、抗菌、驱虫整理等.对香料进行微胶囊化后可以提高芳香整理的质量，延长芳香释放时间.2010年，阿根廷Specos等[30]分别以明胶-阿拉伯胶和酵母细胞为壁材，2种香精油为芯材，采用复凝聚法制备微胶囊并对棉织物进行整理，结果表明以明胶-阿拉伯明胶为壁材的微胶囊整理过的织物芳香味持续时间长且洗涤后仍有香味，而酵母细胞为壁材的微胶囊水洗前香气浓度低，洗后观测到织物上有微胶囊，但无芳香气味.2011年，上海应用技术学院Hu等[31]以玫瑰香精为芯材、聚氰基丙烯酸丁酯为壁材制备香精纳米胶囊并应用于棉织物整理，结果表明经香精纳米胶囊整理的织物耐水洗性更好，且水洗前后释放性能无明显变化，且纳米胶囊粒径小的缓释性能更好.将抗菌微胶囊用于纺织品整理，可以得到高效、耐洗、安全的抗菌纺织品.2011年，美国Kim等[32]采用明胶包覆丁香花蕾油和红百里油，制备出粒径为4~85μm的微胶囊，并将其应用于室内纺织品的抗菌除螨整理，结果表明经整理后的织物其粉尘螨去除率高达94%.2011年，印度Anita等[33]采用粒子凝胶法制备氧化铜纳米胶囊并用于整理平纹织物，结果表明整理后的织物具有很强的抗菌性能.将驱虫剂微胶囊整理到织物上，可有效解决虫子叮咬困扰，且驱虫效果时间长.2010年，阿根廷Specos等[34]采用复凝聚法制备香茅油微胶囊，并将其应用于棉织物整理，结果表明经整理后的织物在3周时间内驱虫效果达90%.2012年，西安工程大学潘小会等[35]采用复相乳液法制备艾叶提取物驱蚊微胶囊，并将其应用于涤纶织物整理，结果表明整理后的织物驱蚊效果明显，蚊虫趋避率达70%.2.3.3智能纺织品智能纺织品是指对环境有感知、可响应的纺织品，如蓄热调温纺织品、变色纺织品等.蓄热调温纺织品是纺织品表面或纤维内含有相变材料，在遇冷、遇热时发生固液可逆相变而吸收、放出能量，从而具有温度调节功能.2010年，法国Salaün等[36]以相变材料为芯材、三聚氰胺甲醛为壁材，采用原位聚合法制备相变微胶囊，结果表明微胶囊化前在相变材料中添加质量分数4%的原硅酸四乙酯有利于提高相变潜热.2011年，土耳其Sennur等[37]以聚甲基丙烯酸为壁材、正十六烷为芯材制备相变微胶囊并用于棉织物上，结果表明较未处理的织物，经相变微胶囊处理后的织物具有明显调温效果，但其透气性降低，透湿性升高.变色纺织品是指随外界环境（如光、温度、压力等）变化可显示不同色泽的纺织品.2010年，北京服装学院乔文静等[38]采用涂层法将光致变色微胶囊涂覆到涤纶针织物上，结果表明涂层部分在一定光照条件下可发生快速可逆的变色，且织物透湿、透气性均有所提高.2011年，西京学院王引卫等[39]以无机变色颜料镍的化合物为芯材、乙基纤维素为壁材，采用油相分离法制备S/O型可逆热变色微胶囊并研究微胶囊结构、热稳定性和变色性能等，结果表明微胶囊平均粒径为8.2μm，S/O型可逆热变色微胶囊提高了芯材的热变色性能.

微纳米胶囊在织物的印染整理方面取得了良好的应用效果，对其工艺过程及应用效果进行归纳，如表2所示.微纳胶囊用于纺织领域，其效果体现总结为：在染色方面，减少了织物水洗、还原水洗等工艺过程，提高了染料的利用率，明显减少对水资源的污染，且染色效果十分理想；在印花方面，印花工艺无明显变化，但印花织物效果具有良好的色牢度、染深性及手感；在织物整理方面，整理工艺无明显变化，但整理后的织物附加值提高，功能效果持续时间延长.三者工艺过程要将微胶囊制成微胶囊印花色浆、整理液等，而不能直接应用，若可以直接应用将有效缩短工艺周期.此外，在实际应用过程中发现，由于纳米胶囊的粒度小，比表面积大，性能更稳定，在纺织领域具有更好的应用效果.

综上所述，微胶囊技术已经在纺织品印染整理方面取得了良好的应用效果，有效提高了织物的品质性能.随着人们对纺织品要求的不断提高，纳米级微胶囊、多核结构微胶囊将是微胶囊技术在纺织领域的发展趋势.微胶囊的制备、成本、工艺过程、织物上附着机理是影响微胶囊技术在纺织领域应用的重要因素.为使微胶囊技术在纺织领域中发挥更大作用，仍有一些问题有待于解决，主要体现在以下方面：现有的微胶囊制备方法存在微胶囊粒径不可控、粒径较大等缺点，且制备方法主要集中在聚合反应法和相分离法，这样很大程度上限制了芯材壁材的选择；成本过高，主要体现在芯材、壁材材料较贵和微胶囊制备工艺较繁琐；工艺过程直接影响到织物印染整理的效果，因而对工艺优化、开发新型工艺显得尤为重要；微胶囊在织物上的附着机理有些还尚未清楚，如纳米级材料在纤维上的附着机理，这限制了织物用微胶囊的进一步开发应用.因此，开发新型微胶囊制备方法、优化制备工艺、寻求原料易得且价廉的芯材和壁材、织物印染整理工艺的优化及开发、微胶囊在织物上的附着机理等问题还需要科研工作者进一步探索研究.