微胶囊技术在纺织中的应用

微胶囊技术在纺织工业中的应用

摘要：本文主要介绍了微胶囊技术的特点，制备方法及原理，并介绍了微胶囊技术在纺织染整和功能性整理方面的应用及微胶囊技术的最新进展。

关键词：微胶囊技术；纺织工业；应用

|1、前言

微胶囊技术是指利用天然的或合成的高分子材料将固体的、液体的、甚至是气体的微小物质包覆，形成直径l- 5000ηm的一种具有半透性或封闭膜的微型胶囊技术。微胶囊的外形多样，可以是球状的葡萄串形.也可以是不规则的形状;胶囊外表可以是光滑的.也有折叠的;把包在微胶囊内部的物质称为芯材。囊芯可以是固体，也可以是液体或气体。固体粒子微胶囊的形状几乎与囊内固体一样，而含液体或气体的微胶囊是球形的。另外还可形成椭圆形、腰形、谷粒形、块状与絮状形态闭。微胶囊外部由成膜材料形成的包覆膜称为壳材。微胶囊具有改变物质外观及性质，以及延长和控制膜内物质的释放，提高储存稳定性，将不可混溶成分隔离等作用。微胶囊的囊膜既可以是单层也可以是双层或多层结构;而囊膜所包覆的核心物质既可以是单核也可以是多核如图1所示。

被包覆的芯材可以是油溶性、水溶性化合物或混合物，其状态可为固体、液体或气体。其主要包括的物质如表1所示。囊芯与壁材的溶解性能必须是不同的，即水溶性囊芯只能用油溶(疏水)性壁材包覆，而油溶性囊芯只能用水溶性壁材;为实现包囊化，包囊膜的表面张力应小于囊芯物的表面张力且包囊材料不与囊芯发生反应。

微胶囊制备技术起源于20世纪50年代，美国的NCR公司在1954年首次向市场投放了利用微胶囊制造的第一代无碳复印纸，开创了微胶囊新技术的时代.60年代，由于利用相分离技术将物质包囊于高分子材料中，制成了能定时释放药物的微胶囊，推动了微胶囊技术的发展。近20年，日本对微胶囊技术的大力开发和微胶囊的独特性能，更使微胶囊技术迅速发展。微胶囊技术已应用到医药、农业、计算机、化学品、食品加工、化妆品等工业中，引起世界范围内的广泛关注。每年发表的与微胶囊有关的公开出版物(包括专利)大约以30多种的速度递增，尤其是日本，每年申报的微胶囊技术方面的专利达上百件图.微胶囊化方法己经在几个不同技术领域得到了发展，作为一项高新技术，已经成为各国学者竞相研究的热点。微胶囊可改变囊芯物质的外观形态而不改变它的性质可以使囊芯与外界环境隔绝开来使性质不稳定、易挥发的物质的使用和保存期限延长。若壁材为半透过性膜囊芯物质就能透过膜壁释放出来，因而具有缓控释功能。微胶囊的这些特点使它广泛应用于纺织、化工、医药、农药、香料、无碳复写纸等行业。

2、微胶囊化的方法及原理

2.1 微胶囊的物理性质及其表征方法

微胶囊有许多外形与结构，而且其粒径分布不一。因此有许多特征参数来描述微胶囊的性质。其中主要的有粒径大小、粒径分布、囊壁厚度、外形、芯材含量、组成及分布、稳定性和芯材释放速度等。这些性能在大量的文献中已有报道，然而对其表征方法少有全面的介绍。

微胶囊的粒度变化范围相当宽，工艺参数对粒度分布影响很大。研究发现，影响微胶囊粒度分布的主要因素包括乳化条件、反应原料的化学结构、聚合反应温度、粘度、表面活性剂的类型和浓度、容器及搅拌器的构造、有机相和水相的量等。此外搅拌速度对粒度分布也有很大的影响。微胶囊可以通过光学显微镜直接观察到。带有刻度的显微镜可以观察单个微胶囊的大小。微胶囊的粒径分布可以通过显微镜观察统计得到，更好的方法是利用粒度分布仪器直接测定。

囊壁中芯材的含量一般为70-90%(质量含量)，囊壁的厚度为0.1-200ηm。囊壁的厚度与制备方法、芯材含量和反应物化学结构等有关。一般而言，相分离法制备的微胶囊囊壁的厚度为2-1200ηm，而用化学法制备的微胶囊的囊壁厚度在纳米级。厚度可以通过装有测微计的光学显微镜阶〕直接测定或将微胶囊产品包埋后切片或冻凝后切片，通过电子显微镜测得。邹黎明通过光学显微镜二次聚焦的方法分别测出了微胶囊的外径和内径，从而求得囊壁的厚度。

微胶囊的表面形态对其稳定性和强度有直接影响。通过观察其表面形态可以了解包覆的效果、表面光洁度和囊壁的密闭性。表面形态可以通过光学显微镜或SEM观察。

对于微胶囊的众多用途而言，渗透性也是其最重要的性能之一。在实际应用中，希望微胶囊有极低的渗透性，以防止芯材的流出或防止外界材料的侵袭;或者希望微胶囊有一定的渗透性，从而使芯材可控地释放出来，例如口服缓释药物。影响微胶囊渗透性的因素有壁材的厚度、囊材的种类、芯材物质的分子量等。20世纪70年代初，Takamura，Kioshi 和Kondo等。根据Ficks的第一扩散定律，推导出了微胶囊的渗透过程方程。研究渗透性时，由于微胶囊壁材与聚合物膜之间在聚合物分子排列方面不含原则性的差别，因此可以借鉴聚合物膜材料的研究方法。

在表征方法上，DSC和TGA可以用来分析微胶囊的热力学性质。Akin H在明胶微球表面包覆一层聚乙烯醇，通过DSC和TGA研究了产物的热力学性能。Lin5.Y.等利用FTIR/DSC 系统地对微胶囊进行了研究。

2.2界面聚合法

依据囊壁的形成机制和成囊条件微胶囊化方法大致可分为3类即化学法、物理法和物

理化学法。化学法包括界面聚合法、原位聚合法和锐孔法。物理法包括喷雾干燥法、空气悬浮法、真空蒸发沉积法、静电结合法、溶剂蒸发法、包结络合物法及挤压法。物理化学法则包括油相分离法、水相分离法、干燥浴法(复相乳化法)和熔化分散冷凝法。

界面聚合法就是将两种活性单体分别溶解在互不相溶的溶剂中形成两种溶液，当一种溶液被分散在另一种溶液中时，两种溶液中的单体在两种溶剂交界处发生聚合反应而成囊。例如.单体X是一种油溶性单体，单体Y是一种水溶性单体;单体X以小液滴的形式分散在水相中，此时向水相中加入含有单体Y的油相溶液整个体系平衡被打破，在水相和油相之间发生了界面聚合，并在油相表面形成了一层聚合物薄膜(图2(a))。同样，若是将水溶性单体Y分散在油相中，向油相中加入油溶性单体X那么这层聚合物薄膜将会在水相表面形成(图2（b))。

2.3原位聚合法

原位聚合法即单体和催化剂全部位于芯材液滴的外部(如图3(a)、(b))或内部(如图3(e))发生聚合反应而微胶囊化。在原位聚合法制备微胶囊的工艺中.液体(水、有机溶剂)或气体均可用来作为微胶囊化的介质.但形成的聚合物薄膜应不溶于微胶囊化体系的介质中。

2.4锐孔法

锐孔法是因聚合物的固化导致胶囊囊壁的形成，即先将线形聚合物溶解形成溶液当其固化时聚合物迅速沉淀析出形成囊壁。锐孔法可采用能溶于水或有机溶剂的聚合物作囊壁。其固化通常采用加入固化剂或热凝聚来完成.也可利用带有不同电荷的聚合物络合来实现。近来多采用无毒且具有生物活性的壳聚糖阳离子与带有负电荷的多酶糖络合形成囊壁。

2.5喷雾干燥法

将芯材分散于囊壁材料的稀溶液中，形成悬浮液或乳浊液。用泵将此分散液送到含有喷雾干燥的雾化器中，分散液则被雾化成小液滴液滴中所含溶剂迅速蒸发而使壁材析出成囊。