纺织用微胶囊制作方式研讨

本文作者：张成蓉 单位：五邑大学纺织服装学院

声化学可利用超声波加速化学反应或启通新的反应通道，提高化学反应速率或获取新的化学反应物［5］，因此具有更为广泛的应用。

微胶囊的制备方法

微胶囊技术作为无公害的技术，已在整个纺织领域得到了成功的应用［6］，如将染化料、整理剂等制成微胶囊，再固着到织物上，使其具有特殊的性能。目前制备微胶囊的方法有很多，大致可以分为物理法、化学法和物理化学法［7］。物理法是利用物理和机械原理来制备微胶囊，主要包括空气悬浮法、喷雾干燥法、包结络合法、静电结合法、多孔离心法等，其中喷雾干燥法因其成本低廉的优势在工业化生产中应用最多。有国外学者通过使用超声波雾化器［8］，优化了微胶囊的制备工艺，使制得的微胶囊具有明显的囊膜结构，达到较好的成囊效果。化学法是利用单体小分子发生聚合反应生成高分子或膜材料并将芯材包覆，主要包括界面聚合法、原位聚合法和锐孔法。其中界面聚合法制得的微胶囊化产品较多，例如微胶囊化甘油、药用润滑油、胺、酶、血红蛋白等，这些产品在医药纺织品中都有着较好的应用前景［9］。物理化学法则是通过改变条件（pH值、温度、加入电解质等）使溶解状态的壁材从溶液中聚沉出来，而将芯材包覆形成微胶囊，具体包括相分离凝聚法、干燥浴法、熔化分散冷凝法与粉末床法。由于凝聚法的包埋率很高，可达85％～100％，目前多用于一些亲水性物质的微胶囊化。

超声波技术在纺织用微胶囊制备中的应用

在微胶囊的各项参数指标中，微胶囊的粒径大小以及分布状态是两个重要的指标［10］。良好的微胶囊形态可以有效地确保微胶囊产品在纺织品的后整理中保持性能的稳定性。目前，相变材料（PCM）因其良好的调温功能被广泛应用到织物上，将相变材料进行微胶囊化后制成了相变微胶囊材料成为了研究的热点。段武海等［11］采用超声波粉碎机对相变微胶囊材料进行分散，研究不同超声时间的效果，并用激光粒径仪对微胶囊进行粒径分布分析。结果表明：超声时间的增加，有利于微胶囊的形成，此时的微胶囊粒径分布集中，颗粒均匀、饱满。闫飞等［12］通过在物质反应过程中增加超声波震荡环节，制备出了粒径为1．4μm，分布指数PDI为2．93的相变微胶囊（如图1［12］所示）。从图1中可以看出，未经超声波震荡的微胶囊分散程度较差，并且胶囊之间相互粘着现象较严重，甚至部分胶囊表面出现了破裂。分析其原因可能是因为微胶囊颗粒较大，表面发生了破裂，或者壁材在界面反应不充分，未能全部包覆乳化后的相变材料微球。由此可得：超声波对于微胶囊的粒径影响较大，在微胶囊的制备中起到了减小微胶囊粒径的作用。PersicoP．等［13］在选取合适稳定剂和搅拌速度的基础上，考察了超声波对微胶囊成囊效果的影响，制备出了荷荷巴油微胶囊。经超声5min后的微胶囊，形态较好，尺寸达到5μm，并有平滑的囊膜出现。但随着超声温度的增加，当温度达到70℃时，囊壁溶解，微胶囊的形态消失。因此进行超声波优化工艺时，需考虑选择适宜的超声时间和超声温度。无机材料在高分子材料的应用中通常存在与材料相容性不好、影响材料力学性能等问题，而减小无机材料的粒径可以较好地解决上述问题。熊联明等［14］采用蜜胺树脂预聚体原位法包覆，并结合超声波技术，制得了微胶囊红磷阻燃剂的超细粉体。由于超声波的剧烈振荡破坏了团聚体大颗粒中小微粒之间的库仑力或范德华力，从而使反应物以小颗粒的形式分散于溶液之中，结果使得微胶囊粒径变小，粒径分布变窄。

超声波水浴法制备胶囊的方法，国内已有很多报道，其主要原理是利用超声波的空化作用代替搅拌力来制得微胶囊产品。番茄红素作为一种天然色素，可在纺织印染工艺中用作天然染料，但由于其色素的稳定性在后整理工艺中较差，因此对番茄红素微胶囊包埋率的研究成为了研究的难点。董华强等［15］在以明胶—阿拉伯胶为壁材的复合凝聚法制备番茄红素微胶囊的过程中，采用了25kHz声频，150W声强，间歇式发声20次／min的超声波。用两种超声发生时间（0．3s／次和0．6s／次）和不同总处理时间（0、l、2、3、4min和5min）对反应溶液进行超声处理，以观察超声处理对番茄红素微胶囊制备效果的影响。经过超声处理后，番茄红素微胶囊化的包埋率从未处理的40％左右提高到近90％，并且包埋率的提高随超声波总处理时间的增加在一定范围呈增加趋势。同时微胶囊颗粒的平均粒径减小了，并且颗粒大小分布的均一性也提高了。之后，陆续有研究人员对不同的微胶囊产品进行了包埋率提高性的研究。例如，刘树兴等［16］选取对姜黄色素微胶囊产品包埋率影响较大的超声功率、芯壁材、包埋时间和包埋温度进行单因素试验，通过单因素对试验指标影响的变化趋势，为后续的正交试验优化选取合适水平，最终得出超声波水浴法制备微胶囊各因素的重要性，其顺序依次为：超声功率、芯壁比、包埋时间和包埋温度。由于超声功率的大小决定振动的快慢，会影响色素分子扩散的速度，进而影响色素的包埋率。结果表明：姜黄色素的包埋率在温度为60℃时达到最大；随超声功率的增加包埋率增大，并呈上升趋势，在250W的超声功率时包埋率达到95％。陈梅香等［17］采用分子包埋法，以β－环糊精为壁材，并结合超声波法对抗氧化剂BHT进行微胶囊化，主要研究了超声时间对其胶囊包埋率的影响。结果表明：当壁材与芯材的比例为88∶12，超声波处理时间为45min时，微胶囊的产品效果最好，包埋率可达85％。目前抗氧化剂BHT在纺织领域中可用作抗黄变剂，尤其是用于尼龙织物的生产，将BHT微胶囊化的研究应用于纺织材料中将会有更长远的意义。

随着对相变材料研究的深入，其应用已经渗透到纺织染整工艺各个环节。然而，相变材料的应用还存在着不小的问题，比如：直接应用于印染后整理时，会造成牢度低、手感差、影响织物的服用性能等问题。因此，在应用相变材料前将其进行微胶囊化，可以解决相变材料应用于织物后手感差的问题。同时，超声波的空化作用使得长链高分子部分分解，通过控制空化时间和强度，可以改变相变激发点，为获得特定温度激发点下的相变储能微胶囊提供了有效的方法［11］。由超声波分散制备的相变微胶囊［18］表面光滑，分散均匀，粒径大小在1～5μm之间；热重测试分析表明：制备的相变微胶囊比芯材相变材料的裂解温度提高70℃，耐热性能明显提高。将制备的相变微胶囊整理到棉织物上后，对比整理前的棉织物，整理后的具有较好的调温功能，并且其他服用功能都保持良好。超声波的各种效应可带来微胶囊制备过程中反应物质的变化，从而引起其性能的变化和改善。张凯等［19］在超声波场下对纳米铝粉进行亲油处理，然后在氮气保护下的无水乙醇中引发苯乙烯原位分散聚合反应，成功制备出纳米铝粉／PS微胶囊。在纳米铝粉的预处理过程中，引入超声波场不仅有利于纳米粒子的分散，而且利用超声波清洗纳米粒子表面，可暴露出许多新鲜的、而且活性更高的表面，有利于表面活性剂的有效吸附。基于此研究，将超声波技术与纳米技术及微胶囊技术有效地结合起来，可以开发出更多的功能性纺织品。

结语

超声波因其空化效应、机械效应、热效应和化学效应，在微胶囊材料的制备过程中起到了强化作用。当超声波通过液体介质时，液体介质中会产生超空化现象，超声波通过超声空化能量为化学反应提供了一种非常特殊的反应环境，可引发化学反应并提高反应速率。经超声处理后的胶囊都具有粒径较小且分布相对均匀、包埋率高的特点，有些甚至被赋予了更多的新的化学特性。随着纳米技术的发展，如何获得纳米尺寸的微胶囊，是今后研究的重点和发展的趋势。鉴于当前市场上已经有工业规模的超声波发生设备，因此，超声波技术在微胶囊制备中将有更广阔的应用前景，将进一步推动纺织新材料、新工艺的发展。