紡織用微膠囊制作方式研討

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本文作者：張成蓉 單位：五邑大學(xué)紡織服裝學(xué)院

聲化學(xué)可利用超聲波加速化學(xué)反應(yīng)或啟通新的反應(yīng)通道，提高化學(xué)反應(yīng)速率或獲取新的化學(xué)反應(yīng)物［5］，因此具有更為廣泛的應(yīng)用。

微膠囊的制備方法

微膠囊技術(shù)作為無公害的技術(shù)，已在整個紡織領(lǐng)域得到了成功的應(yīng)用［6］，如將染化料、整理劑等制成微膠囊，再固著到織物上，使其具有特殊的性能。目前制備微膠囊的方法有很多，大致可以分為物理法、化學(xué)法和物理化學(xué)法［7］。物理法是利用物理和機械原理來制備微膠囊，主要包括空氣懸浮法、噴霧干燥法、包結(jié)絡(luò)合法、靜電結(jié)合法、多孔離心法等，其中噴霧干燥法因其成本低廉的優(yōu)勢在工業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用最多。有國外學(xué)者通過使用超聲波霧化器［8］，優(yōu)化了微膠囊的制備工藝，使制得的微膠囊具有明顯的囊膜結(jié)構(gòu)，達到較好的成囊效果?；瘜W(xué)法是利用單體小分子發(fā)生聚合反應(yīng)生成高分子或膜材料并將芯材包覆，主要包括界面聚合法、原位聚合法和銳孔法。其中界面聚合法制得的微膠囊化產(chǎn)品較多，例如微膠囊化甘油、藥用潤滑油、胺、酶、血紅蛋白等，這些產(chǎn)品在醫(yī)藥紡織品中都有著較好的應(yīng)用前景［9］。物理化學(xué)法則是通過改變條件（pH值、溫度、加入電解質(zhì)等）使溶解狀態(tài)的壁材從溶液中聚沉出來，而將芯材包覆形成微膠囊，具體包括相分離凝聚法、干燥浴法、熔化分散冷凝法與粉末床法。由于凝聚法的包埋率很高，可達85％～100％，目前多用于一些親水性物質(zhì)的微膠囊化。

超聲波技術(shù)在紡織用微膠囊制備中的應(yīng)用

在微膠囊的各項參數(shù)指標中，微膠囊的粒徑大小以及分布狀態(tài)是兩個重要的指標［10］。良好的微膠囊形態(tài)可以有效地確保微膠囊產(chǎn)品在紡織品的后整理中保持性能的穩(wěn)定性。目前，相變材料（PCM）因其良好的調(diào)溫功能被廣泛應(yīng)用到織物上，將相變材料進行微膠囊化后制成了相變微膠囊材料成為了研究的熱點。段武海等［11］采用超聲波粉碎機對相變微膠囊材料進行分散，研究不同超聲時間的效果，并用激光粒徑儀對微膠囊進行粒徑分布分析。結(jié)果表明：超聲時間的增加，有利于微膠囊的形成，此時的微膠囊粒徑分布集中，顆粒均勻、飽滿。閆飛等［12］通過在物質(zhì)反應(yīng)過程中增加超聲波震蕩環(huán)節(jié)，制備出了粒徑為1．4μm，分布指數(shù)PDI為2．93的相變微膠囊（如圖1［12］所示）。從圖1中可以看出，未經(jīng)超聲波震蕩的微膠囊分散程度較差，并且膠囊之間相互粘著現(xiàn)象較嚴重，甚至部分膠囊表面出現(xiàn)了破裂。分析其原因可能是因為微膠囊顆粒較大，表面發(fā)生了破裂，或者壁材在界面反應(yīng)不充分，未能全部包覆乳化后的相變材料微球。由此可得：超聲波對于微膠囊的粒徑影響較大，在微膠囊的制備中起到了減小微膠囊粒徑的作用。PersicoP．等［13］在選取合適穩(wěn)定劑和攪拌速度的基礎(chǔ)上，考察了超聲波對微膠囊成囊效果的影響，制備出了荷荷巴油微膠囊。經(jīng)超聲5min后的微膠囊，形態(tài)較好，尺寸達到5μm，并有平滑的囊膜出現(xiàn)。但隨著超聲溫度的增加，當溫度達到70℃時，囊壁溶解，微膠囊的形態(tài)消失。因此進行超聲波優(yōu)化工藝時，需考慮選擇適宜的超聲時間和超聲溫度。無機材料在高分子材料的應(yīng)用中通常存在與材料相容性不好、影響材料力學(xué)性能等問題，而減小無機材料的粒徑可以較好地解決上述問題。熊聯(lián)明等［14］采用蜜胺樹脂預(yù)聚體原位法包覆，并結(jié)合超聲波技術(shù)，制得了微膠囊紅磷阻燃劑的超細粉體。由于超聲波的劇烈振蕩破壞了團聚體大顆粒中小微粒之間的庫侖力或范德華力，從而使反應(yīng)物以小顆粒的形式分散于溶液之中，結(jié)果使得微膠囊粒徑變小，粒徑分布變窄。

超聲波水浴法制備膠囊的方法，國內(nèi)已有很多報道，其主要原理是利用超聲波的空化作用代替攪拌力來制得微膠囊產(chǎn)品。番茄紅素作為一種天然色素，可在紡織印染工藝中用作天然染料，但由于其色素的穩(wěn)定性在后整理工藝中較差，因此對番茄紅素微膠囊包埋率的研究成為了研究的難點。董華強等［15］在以明膠—阿拉伯膠為壁材的復(fù)合凝聚法制備番茄紅素微膠囊的過程中，采用了25kHz聲頻，150W聲強，間歇式發(fā)聲20次／min的超聲波。用兩種超聲發(fā)生時間（0．3s／次和0．6s／次）和不同總處理時間（0、l、2、3、4min和5min）對反應(yīng)溶液進行超聲處理，以觀察超聲處理對番茄紅素微膠囊制備效果的影響。經(jīng)過超聲處理后，番茄紅素微膠囊化的包埋率從未處理的40％左右提高到近90％，并且包埋率的提高隨超聲波總處理時間的增加在一定范圍呈增加趨勢。同時微膠囊顆粒的平均粒徑減小了，并且顆粒大小分布的均一性也提高了。之后，陸續(xù)有研究人員對不同的微膠囊產(chǎn)品進行了包埋率提高性的研究。例如，劉樹興等［16］選取對姜黃色素微膠囊產(chǎn)品包埋率影響較大的超聲功率、芯壁材、包埋時間和包埋溫度進行單因素試驗，通過單因素對試驗指標影響的變化趨勢，為后續(xù)的正交試驗優(yōu)化選取合適水平，最終得出超聲波水浴法制備微膠囊各因素的重要性，其順序依次為：超聲功率、芯壁比、包埋時間和包埋溫度。由于超聲功率的大小決定振動的快慢，會影響色素分子擴散的速度，進而影響色素的包埋率。結(jié)果表明：姜黃色素的包埋率在溫度為60℃時達到最大；隨超聲功率的增加包埋率增大，并呈上升趨勢，在250W的超聲功率時包埋率達到95％。陳梅香等［17］采用分子包埋法，以β－環(huán)糊精為壁材，并結(jié)合超聲波法對抗氧化劑BHT進行微膠囊化，主要研究了超聲時間對其膠囊包埋率的影響。結(jié)果表明：當壁材與芯材的比例為88∶12，超聲波處理時間為45min時，微膠囊的產(chǎn)品效果最好，包埋率可達85％。目前抗氧化劑BHT在紡織領(lǐng)域中可用作抗黃變劑，尤其是用于尼龍織物的生產(chǎn)，將BHT微膠囊化的研究應(yīng)用于紡織材料中將會有更長遠的意義。

隨著對相變材料研究的深入，其應(yīng)用已經(jīng)滲透到紡織染整工藝各個環(huán)節(jié)。然而，相變材料的應(yīng)用還存在著不小的問題，比如：直接應(yīng)用于印染后整理時，會造成牢度低、手感差、影響織物的服用性能等問題。因此，在應(yīng)用相變材料前將其進行微膠囊化，可以解決相變材料應(yīng)用于織物后手感差的問題。同時，超聲波的空化作用使得長鏈高分子部分分解，通過控制空化時間和強度，可以改變相變激發(fā)點，為獲得特定溫度激發(fā)點下的相變儲能微膠囊提供了有效的方法［11］。由超聲波分散制備的相變微膠囊［18］表面光滑，分散均勻，粒徑大小在1～5μm之間；熱重測試分析表明：制備的相變微膠囊比芯材相變材料的裂解溫度提高70℃，耐熱性能明顯提高。將制備的相變微膠囊整理到棉織物上后，對比整理前的棉織物，整理后的具有較好的調(diào)溫功能，并且其他服用功能都保持良好。超聲波的各種效應(yīng)可帶來微膠囊制備過程中反應(yīng)物質(zhì)的變化，從而引起其性能的變化和改善。張凱等［19］在超聲波場下對納米鋁粉進行親油處理，然后在氮氣保護下的無水乙醇中引發(fā)苯乙烯原位分散聚合反應(yīng)，成功制備出納米鋁粉／PS微膠囊。在納米鋁粉的預(yù)處理過程中，引入超聲波場不僅有利于納米粒子的分散，而且利用超聲波清洗納米粒子表面，可暴露出許多新鮮的、而且活性更高的表面，有利于表面活性劑的有效吸附。基于此研究，將超聲波技術(shù)與納米技術(shù)及微膠囊技術(shù)有效地結(jié)合起來，可以開發(fā)出更多的功能性紡織品。

結(jié)語

超聲波因其空化效應(yīng)、機械效應(yīng)、熱效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)，在微膠囊材料的制備過程中起到了強化作用。當超聲波通過液體介質(zhì)時，液體介質(zhì)中會產(chǎn)生超空化現(xiàn)象，超聲波通過超聲空化能量為化學(xué)反應(yīng)提供了一種非常特殊的反應(yīng)環(huán)境，可引發(fā)化學(xué)反應(yīng)并提高反應(yīng)速率。經(jīng)超聲處理后的膠囊都具有粒徑較小且分布相對均勻、包埋率高的特點，有些甚至被賦予了更多的新的化學(xué)特性。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，如何獲得納米尺寸的微膠囊，是今后研究的重點和發(fā)展的趨勢。鑒于當前市場上已經(jīng)有工業(yè)規(guī)模的超聲波發(fā)生設(shè)備，因此，超聲波技術(shù)在微膠囊制備中將有更廣闊的應(yīng)用前景，將進一步推動紡織新材料、新工藝的發(fā)展。