热敏微胶囊的制备与性能研究yd18126

齐萌，王琼，王新宇，沈兰萍，李丹萌 西安工程大学纺织与材料学院， 陕西西安710048

收稿日期：2013-08-19

作者简介：齐萌(1989-)，男，河南漯河人，硕士研究生，主要方向：纺织材料与纺织品设计

通信作者：沈兰萍，西安工程大学教授，硕士生导师.

原载：印染助剂，2014/4；28-31

【摘要】 以有机热敏复配物为芯材，明胶一阿拉伯树胶为壁材，戊二醛为交联剂，采用复凝聚法制备热敏变色微胶囊.探讨了热敏微胶囊芯材组成及其配比对变色性能的影响.确定以m(结晶紫内酯):m(双酚A):m(十四醇／十六醇)=1:4:70复配物为芯材时，变色效果最好.通过单因素及正交试验，优化了热敏微胶囊制备工艺条件.热敏微胶囊性能测试结果表明，微胶囊颗粒平均粒径为8.14μ m，变色灵敏，耐热性以及环境适应性良好，可以用于热敏变色织物的开发。

【关键词】 热敏复配物；热敏变色微胶囊；结晶紫内酯

【中图分类号】TS194.43 文献标识码：A 文章编号：1004-0439(2014)04-0028-04

微胶囊技术在纺织染色和整理方面有广阔的应用前景[1]，国内曾开发出用于后整理(防臭、杀菌)的微胶囊技术[2].热敏微胶囊是使用微胶囊技术将热敏材料包覆在微胶囊内，大大提升了热敏材料对外界环境的抵抗性能[3]，可以提高热敏变色材料对纤维和织物的亲和力[4].在环保方面，残留在整理液中的热敏微胶囊比单纯的热敏材料更易分离，有利于废水净化，有利于生态净化[5]。

本文主要研究了热敏微胶囊的制备工艺，并对制备的微胶囊进行表征号陛能测试.

1 试验

1.1 材料

十六醇(分析纯，纯度98％，西安化玻站化学厂)，十四醇(分析纯，纯度98％)、双酚A(化学纯，纯度99％)、戊二醛(50％)(天津市福晨化学试剂厂)，结晶紫内酯(生化试剂，湖南亚帝科技有限公司)，明胶(生化试剂，天津市天力化学试剂有限公司)，冰乙酸[分析纯，天津(香港)新通精细化工有限公司]，无水碳酸钠(分析纯，天津市博迪化工有限公司)。

1.2 仪器

MC02810202型数字恒温水浴锅、DZ-2BC型真空干燥箱、01-OA型电热鼓风干燥箱(天津市泰斯特仪器有限公司)，JA2003型电子天平(上海良平仪器仪表有限公司)，JJ-1型电动搅拌机(上海浦东物理化学仪器厂)，BME.100LX型高剪切混合乳化机(上海威宇机电制造有限公司)，SHB型循环水多用真空泵(郑州杜甫仪器厂)，VIS-7220N型可见光分光光度计(北京瑞利分析仪器有限公司)，LD4-1.8型台式低速离心机(北京京立离心机有限公司)。

1.3 热敏微胶囊的制备

芯材的制备：将一定量的溶剂放在烧杯中加热至熔化，再加入一定量结晶紫内酯和双酚A，放在水浴锅中保温90℃，充分搅拌1 h取出，自然冷却后得到深蓝色的固体有机热敏复配物。

热敏微胶囊的制备：采用复凝聚法，以明胶-阿拉伯树胶作为壁材，环保的戊二醛代替甲醛作为交联剂制备微胶囊.取一定量热敏复配物和10％阿拉伯树胶水溶液，pH=7，60-70 ℃保温反应，乳化形成水包油乳液；加人明胶水溶液，60-70℃保温，充分混合.在60-70℃搅拌滴加冰乙酸调节pH至4左右，凝聚形成囊壁液滴.冷却到8-10℃，滴加戊二醛溶液，搅拌30 min，升温至40℃，固化，过滤，干燥，得微胶囊产品.复合凝聚的过程主要有3个步骤：(1)芯材在溶液中充分分散；(2)加入带有相反电荷的另一种溶液，调节pH，同时调节粒子的数目使混合物中的离子恰好中和；(3)凝聚层的胶凝与固化。

1.4 测试

采用目测法测试复配物的变色性能，包括颜色深浅、变色温度、变色时间.具体方法为：将少量配制好的复配物置于烧杯底部形成薄薄一层，然后将烧杯在水浴锅中慢慢升温，观察复配物的变色性能；最后将烧杯从水浴锅中取出观察降温时复配物的变色性能。.

2 结果与讨论

2.1 芯材的组成及配比

本文制备的热敏微胶囊最终用于多功能织物的变色整理，要求无毒、变色可逆，变色温度在环境温度附近.结晶紫内酯和双酚A的熔点均较高，在常温下有较好的稳定性，因此，采用内酯型化合物结晶紫内酯(CLV)作为电子给予体，双酚A[2,2-二(4-羟基苯基)丙烷]作为电子接受体.选用十六醇和十四醇作为溶剂，两者均属醇类，为常用热敏变色复配物溶剂材料，相比其他醇，这2种醇毒性小，来源广，价格便宜，并可以使结晶紫内酯和双酚A充分融合反应.热敏复配物的变色原理为电子得失机理，在复配物中由于电子给予体和电子接受体的氧化还原电位相似，且伴随温度变化而变化；由于二者氧化还原电位的变化程度不同，在温度发生变化时，二者之间发生电子转移，吸收或辐射出某些特定波长的光，从而使复配物的色彩发生变化[6].通常，复配物中的溶剂控制着电子转移，也就是复配物的变色温度；当温度升高后溶剂熔化，电子给予体与电子接受体分离，使电子给予体又回到原来的结构，颜色复原[7].十六醇的熔点为48℃，十四醇的熔点为38℃，可以推断使用十六醇作为溶剂时，变色体系变色应该发生在48℃左右，使用十四醇的体系变色发生在38℃左右，这2种溶剂复配物可以呈现出织物需要的变色温度梯度。

由于电子给予体、电子接受体和溶剂质量比影响复配物的可逆热致变色性能，因此，研究3者对复配物性能的影响以及最佳比例，以十四醇为例合成了一系列不同配比的结晶紫内酯热敏复配物，结晶紫内酯、双酚A、十四醇的质量比如表1所示.

表1 结晶紫内酯、双酚A、十四醇的质量比

为进一步确定热敏变色复配物的最佳配比，对比分析了5组试验中的最佳配比，结果如表2所示。

表2 对每组中的最佳配比进行比较

如表2所示，当m(结晶紫内酯):m(双酚A):m(十四醇)=1:4:70时，复配物的变色速度最快，变色效果最明显，即变色性能最佳。

2.2 热敏微胶囊的制备工艺优化

对m(明胶)/m(芯材)、乳化机转速、m(戊二醛)／m(明胶)、乳化时间等因素进行综合分析，采用正交试验法，对复凝聚法制备热敏胶囊的工艺进行优化，结果见表3。

表3 正交试验表

由表3可以看出，不同组别的微胶囊变色时间相差不大，都为14 s左右，因此只对正交试验制备的微胶囊粒径进行极差分析.结果发现，各因素对粒径影响的强弱顺序是：D>C>B>A，最优组合为A3B2C3D2 制备微胶囊的优化工艺为：m(明胶)/m(芯材)=1.00，m(戊二醛)／m(明胶)=1.50，乳化机转速2 000 r／min，乳化时间25 min。

2.3 热敏微胶囊的性能

2.3.1 结构与表面形态

用尼康显微镜对微胶囊进行观察，得到微胶囊的形态结构如图1所示.

图1 微胶襞形态结构图

由图1可以看出，微胶囊囊壁和囊芯比例较好，囊壁厚度适中，这样的结构既有利于变色，也不影响微胶囊的机械性能。

通过扫描电子显微镜(SEM)观察微胶囊，结果如图2所示。

试样中微胶囊的分布 单个微胶囊的结构

图2 微胶囊SEM效果图

由图2可以看出，微胶囊呈球形结构，对芯材的保护效果好，颗粒饱满、表面比较光滑.在微胶囊轮廓内部有一圈与其同心的亮线，这是光线通过不同介质后产生的衍射环，也可以证明微胶囊的单核单层结构。

2.3.2 变色温度

由于温度直接影响微胶囊的变色梯度，因此对热敏微胶囊的变色温度进行了分析，结果如表4所示。

表4 微胶囊与复配物的变色性能

由表4可知，微胶囊的变色温度比复配物的变色温度高2-3℃，因为壁材隔热，使微胶囊的变色温度滞后于复配物的变色温度.综合分析：微胶囊在变色温度上滞后性不大，具有较好的变色温度和复色温度。

2.3.3 热响应性能

由表5可知，相比复配物，包封后的微胶囊可逆变色灵敏度稍有下降，这也是由壁材引起的；不过2种微胶囊的可逆变色灵敏度分别为1.96和1.92，说明微胶囊的可逆变色灵敏度较好。

表5 复配物与微胶囊的热响应性能

2.3.4 耐光性能

因为制备的热敏微胶囊用于织物整理，主要在高日晒、长日照环境下使用，因而需要对微胶囊的耐光性能进行测试.测试方法是将热敏复配物和微胶囊放在窗台上2个月，观察其变色灵敏度的变化，分析微胶囊对光的稳定性.测试结果如表6所示。

表6 复配物与微胶囊的耐光性能

由表6可以发现，经过2个月的日晒，复配物和微胶囊的变色时间、复色时间和变色灵敏度都稍有下降，复配物的变色性能下降比微胶囊严重.这是由于复配物在日晒情况下会出现溶剂挥发、光催化等情况，使复配物的颜色以及变色性能受到比较严重的影响，而微胶囊化后，微胶囊有效地保护了芯材，避免微胶囊内复配物的性能受到影响。

3 结论

(1)以有机热敏复配物结晶紫内酯、双酚A、十四醇／十六醇作为热敏变色微胶囊的芯材，确定3者质量比为1;4:70时，复配物的变色效果最好。

(2)通过正交试验获得了复凝聚法制备微胶囊的最佳工艺：m(明胶)/m(芯材)=1.00，m(戊二醛) /m(明胶)=1.50，乳化速度2 000 r／min，乳化时间25 min.

(3)微胶囊的变色性能良好，可以满足开发热敏变色织物的要求.由于囊壁包裹，微胶囊内部的复配物对热的敏感有所滞后，但仍具有较好的变色灵敏度，且经过囊壁包覆后，复配物对环境的适应性有了很大的提高。

参考文献：

[l] 纪俊玲,汪信.微胶囊化染料及其在纺织上的应用技术[J].纺织学报,2006,27(10);112-116.

[2] 关新杰,张海燕.微胶囊技术在染整工艺中的应用 纺织科技进展,201 1(2);21-24.

[3] 周秀会.变色织物生产技术[J].产业用纺织品,1999,17(8);1-4.

[4] 宋心远,沈煜如.新型染整技术[M].北京;中国纺织出版社,1999;16-27.

[5] 范雪荣.纺织品染整工艺学[M].北京;中国纺织出版社,2006;354-356.

[6] 吴赞敏,吕小卓,冯文昭.热敏变色整理机的研制[J1.纺织学报,2009,30(1);91-96.

[7] Az R,DEWALD B,SCHNAITMANN D.Pigment decomposition in polymers in applications at elevated temperatures[J].Dyes and Pigments,1991,15(1);1-14.