微胶囊技术在毛织物染整加工中的应用yd16933
唐杰1，吴赞敏1，2 1、天津工业大学纺织学院，天津300387；2、天津工业大学先进纺织复合材料教育部重点实验室，天津300387
收稿日期：2013-05-16
作者简介：唐杰，在读硕士研究生，主要研究方向为染整新技术。E-mail：tangjie881024@126.com。
原载：毛纺科技2013/11；26-30
【摘要】简单介绍了微胶囊的基本概念和制备方法，并且将微胶囊传统制备方法与新型制备方法进行了比较，重点综述了近年来微胶囊技术在毛织物染色、新型印花(静电印花、多点多色印花、染料微胶囊的非水系印花等)、功能整理以及一些特殊保健整理(防蛀整理、抗菌整理、防臭整理以及芳香整理)方面的研究应用情况，并且对微胶囊智能调温毛纺织品作了相关介绍。同时阐述了微胶囊技术存在的主要问题，论述了微胶囊技术在染整加工中的重要性以及应用前景。
【关键词】微胶囊；毛织物；染色；印花；整理；研究应用
【中图分类号】TS195 文献标识码：A 文章编号：1003—1456(2013)11-0000-00
微胶囊技术始于20世纪30年代，但发展非常迅速，隐色压敏复写纸的发明使其第一次成功应用于商业中，迄今为止已有几百个研究室在研究开发。然而，从20世纪90年代开始，微胶囊技术才在纺织工业中应用，主要用于纺织品的各种功能整理，以提高产品的附加值[1]。进入21世纪之后，人们才逐渐意识到微胶囊在纺织品上的功效和前景，尤其是在西欧和北美地区，已经广泛应用于医疗和工业纺织品等方面，引导了纺织品先进性、时尚性、功能性的技术创新。
壁材的研究开发成为了微胶囊技术发展的最关键因素。近年来，随着人们对微胶囊的不断认识和重视以及新型材料和设备出现，使其在染整加工中得以广泛应用。目前，微胶囊技术在染色、印花以及功能整理加工中都取得巨大的发展，已经被列为21世纪重点研发的高新技术之一[2]。
1 微胶囊的基本特征
1-1 基本概念
微胶囊化技术是指将固体、液体或气体包埋在微小而密封的胶囊中，使其只有在特定条件下才会以控制速率释放的技术。其中，被包埋的物质称为芯材，包埋芯材的物质称为壁材，其大小一般为5～200 µm不等，壁材厚度为0.2-10 µm，芯材所占的比例在l5％～95％之间，但是绝大多数芯材比例都
不会太高，目前已研发出粒径小于1µm 的超微胶囊[3]。
微胶囊外观多形多样，有球形、絮状、谷粒状、块状等，囊壁的结构可以是单层结构，也可以是多层结构；芯材可以是单核，也可以是多核。这些都取决于原料与制备方法。
1.2 制备方法
通常微胶囊的制备方法分为：化学法(聚合反应法)、物理法以及物理化学法(相分离法) [4-5]。
在染整加工中应用的微胶囊的传统制备方法主要有原位聚合法、界面聚合法、油相分离法和水相分离法以及近年来出现的分子包埋法、超临界流体快速膨胀法、高压静电法等新型方法。传统制备方法与新型制备方法对比如表1所示。
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表1 微胶囊传统制备方法与新型制备方法的比较 |
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2 在毛织物染整加工中的应用
2.1 微胶囊技术在毛织物染色中的应用
毛织物微胶囊染色的技术核心是将染料微胶囊化，制备适合毛织物染色工艺要求的染料[12-13]。
微胶囊染料在毛织物染色过程中，水分子容易渗透穿过囊壁，将囊内的部分染料溶解，在囊壁内外染料浓度梯度形成的推动力作用下，溶解的染料分子扩散到染浴之中，由于染料与毛纤维之间的亲和力，使得染料分子在纤维表面被吸附，形成较高浓度的单分子吸附层，然后扩散到毛纤维内部直到固着。由于微胶囊的隔离性和缓释性，毛纤维表面吸附的染料始终保持微小吸附量，从而保证了良好的匀染性，而且在隔离性的作用下，可防止染料颗粒或高浓度染料溶液与织物直接接触，不会造成沾染，形成斑渍，具有很好的色牢度。因此，毛织物微胶囊染色的基本原理就是利用了微胶囊的隔离性和缓释性。因为没有使用任何助剂，所以染色废水没有COD、BOD的污染[14]。毛织物微胶囊染色无须专门设备，染色后的残液，采用简单的沉淀或过滤即可与染液分离。尤其对于中性染料，可降低重金属等对水质的污染，因此微胶囊技术为毛织物清洁生产染色带来了新途径[15]。
El.Zawahry M M等[16]将改性后的大豆卵磷脂作为壁材，活性染料微胶囊化然后对羊毛进行染色，研究结果表明，最佳染色工艺为：盐用量10％(owf)，染色温度95℃ ，染色时间60 min，并且染色后的羊毛产品的色牢度和摩擦牢度都比常规羊毛染色要高。此外，El-Zawahry M M 还将活性染料微胶
囊对丝织物进行了染色研究，其效果很好而且染色后的残液几乎无色，染浴可以回收再利用[17-18]。
2.2 微胶囊技术在毛织物印花中的应用
微胶囊技术可以应用于毛织物多种新型的印花工艺：微胶囊静电印花、变色染料微胶囊印花、多点多色印花、微胶囊转移印花、染料微胶囊的非水系印花等[19]，其特点如表2所示。
2.3 在毛纺织品功能整理中的应用
毛织物舒适保暖，风格厚重或细腻高贵，被公认为高档商品，近年来毛皮外上衣、羊绒、纯毛毛毯等高档制品在家庭中日益增多。随着人们对毛织物高档化、个性化的不断追求，毛织物功能保健型整理的研究也越来越受关注，如抗菌整理、芳香整理以及一些中草药成分提取的保健整理等，但是这些许多的整理剂在毛织物上的耐久效果很差，这给产品的实用性带来了很大影响[20]。微胶囊因其独特优良的缓释性，可以解决毛织物整理效果耐久性差的问题，从而使其在毛织物功能整理中得到了广泛应用。
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表2 新型印花工艺的特点 |
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2.3.1 微胶囊防蛀整理
汪秀琛等[23]以蕺菜萃取液和天然防蛀剂除虫菊脂作为芯材，环氧树脂作为壁材，采用改进的界面聚合法配置天然纳米抗菌防蛀微胶囊并通过浸渍法工艺处理毛织物，使毛织物获得持久的抗茵防蛀特性以及良好的耐洗涤性，并且天然环保，从而提高毛织物的服用性能与保存性能。
2.3.2 微胶囊抗菌整理
微胶囊技术可以解决毛织物抗菌耐久性差，改善抗菌剂的加工性能，扩大其应用范围。毛织物在使用过程中，被包覆的抗菌剂缓慢释放出来，提高抗菌耐洗性和持久性，从而使毛纺织品获得更好的抗菌效果和保健功能。英国纺织品技术集团Shirley首先用酵母包覆高效、广谱杀菌剂Kathon制成了抗菌微胶囊，并且将抗菌微胶囊对纯毛以及棉毛混纺织物等进行整理，其研究抗菌结果表明，洗涤10次以后产品的抗菌率仍在70％ 以上，效果良好[24]。
东华大学曹俊静等[25]以中药材提取物WG-CT为天然抗菌剂、MHZ微胶囊为芳香整理剂对羊毛织物进行抗菌整理，在经WG-CT和KF-CT以2:1浓度比复配的抗菌整理后织物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌均具有良好的抗菌性能。抗菌耐久性方面，织物对金黄色葡萄球菌的耐久性优于大肠杆菌，分别放置12周和水洗15次后对金黄色葡萄球菌仍有抗菌性能。
Kim等[26]将丁香花蕾油和红百里油制备成粒径为4～85 µm的微胶囊，并将其用于室内纺织品整理，研究结果表明经整理后的织物其粉尘螨去除率可以高达94％ 。
2.3.3 微胶囊防臭整理及芳香整理
近年来羊毛及其混纺织物向轻薄、休闲系列和卫生保健方向发展，市场对清新防臭面料的需求增大，而香味整理使毛纺织品在固有的防护和美观的功能外又增添了味觉上的享受，开发这类产品的关键是如何保持香味的持久性。微胶囊利用它优良的缓释性能很好的解决了这个难题，因此在防臭以及芳香整理中起到了巨大的作用。
杨玉芳等[27]采用β-环糊精(β-CD)和1，2，3，4-丁烷四羧酸(BTCA)对羊毛混纺(毛／涤)织物进行整理，其研究结果显示，整理后的羊毛混纺织物具有很好的防臭效果，并且经10次水洗后，织物防臭效果仍然非常明显，这表明β-环糊精微胶囊赋予了羊毛织物耐久的防臭效果。
胡绍正[28]对微胶囊香精进行了研制并且将其应用在毛织物上。研究结果表明，胶囊香精不经洗涤可保留香气达3～6个月，洗涤对香气有影响，并且微胶囊香精已经应用于毛线、毛衣、毛毯和毛被套等毛织物上进行了小批量试生产(或试验)，效果良好。
王春梅等[29]针对羊毛纤维的性质，采用磺化β-环糊精处理羊毛织物以提高玫瑰香精缓释性能。研究结果表明，玫瑰香精在磺化β-环糊精处理后的毛织物上比在未处理羊毛织物上保持香气的时间大大增加，具有良好的缓释性，但水洗牢度有待提高。
2.3.4 微胶囊智能调温毛纺织品
智能纺织品是对外界环境或内部的刺激(光、电、磁、热、湿和辐射等)具有感知和反应功能并且具有记忆能力的纺织品。智能纺织品至少具有一种实用功能，因此也称为功能织物 [30-31]。
智能调温纺织品，包含了相变材料／相变材料微胶囊纤维、相变纤维以及温度调节织物等。其纺织品在外界环境温度升高时，相变材料会吸收热量，从固态变为液态，从而降低了体表温度。当外界环境温度降低时，相变材料会放出热量，从液态变成固态，减少了人体向周围放出的热量，以保持人体正
常体温，使人体始终处于一种舒适的状态，故又称为智能纤维[32-33]。
日本大和化学工业株式会社目前已经开发出以高级脂肪族碳化氢为主要成分的智能调温微胶囊“Prethermo C-25”和“Prethermo C-31”，能使毛织物以及毛混纺织物等通过吸热和放热来控制织物温度，赋予纺织的调温功能[34]。
汪秀琛等[35]将石蜡作为芯材，双酚A作为壁材，制备出持久性好的相变材料微胶囊，然后通过浸渍法将相变材料微胶囊整理在毛织物上。研究结果表明，整理后的毛织物可以根据人体或外界温度变化而吸收或放出热量从而使人体处于较为稳定的舒适性环境，具有很好的智能调温性能。
3 微胶囊技术存在的问题
①壁材材料价格比较昂贵，而且微胶囊技术的发展最关键的因素在于壁材的研究与开发。
② 微胶囊制备工艺以及染色整理工艺对其效果有着重大的影响，因此工艺的优化以及开发十分重要。
③ 目前，微胶囊技术还处于实验阶段，许多机理问题还尚不清楚，因此，这些都制约着微胶囊技术应用于工业化的生产 。
4 结语
微胶囊以其独特的特性在毛织物的染整加工中突显出了优越性，随着人们环保意识的增强，其无助剂免水洗染色的研究会更加受到人们的关注和重视，其应用于实际的生产也指日可待。特别是人们对毛织物高档化、个性化越来越关注，一些功能保健毛纺织品更加受到了人们的青睐，相关的产品也会越来越多。因此，微胶囊技术在毛纺织品的染整加工以及功能整理方面有着巨大的潜力和应用前景。
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