微膠囊技術在防護服裝的應用

唐新軍

（新疆大學，新疆 烏魯木齊830046）

微膠囊技術是利用天然或合成高分子將固體小顆粒、液體微滴或氣體芯材包覆起來，形成直徑一般在1～1000μm的微型膠囊的技術。微膠囊技術起源于20世紀30年代，當時美國人Wurster用物理方法制備了微膠囊，20世紀40年代末，他又首先采用空氣懸浮法制得了微膠囊，并成功地運用到藥物方面［1］。隨后，微膠囊技術在各行各業都得到了應用。

防護服裝屬于功能性服裝中的一種，主要用于保護在不同環境中免受環境中的物理化學和生物等因素的傷害。隨著工業的高速發展，我國工廠中出現的火災、爆炸、有毒氣體泄漏等事故頻發，所以設計開發新型功能防護服裝，成為提高防護水平的關鍵。據不完全統計，我國是防護服裝的消費大國，每年需防護服裝800萬套，特種防護服裝1000萬套，可見我國的防護服裝市場前景廣闊［2－3］。

1 微膠囊化的目的

1.1 改變物理性質

微膠囊化后，液態物質被制成細粉狀的產物，稱之為擬固體（Pseudo－Solid）。雖然其宏觀上表現為固體性質，便于儲存，但其內部仍為液體，因而保持著較好的液體性質，當微膠囊破碎時可以使液態功能發生作用。另外，對于固液相變物質，微膠囊可以為相變提供穩定的空間，保證物質在相變過程中不損失。擬固體令液體比較穩定地存在于紡織品內，保持其穩定性。在涂層工藝中微膠囊的優點是在等量濃度下，其粘度較低。

1.2 控制釋放性能

微膠囊化后，通過對不同殼膜的選擇，使用物理方法或者化學方法使殼膜破裂或融解使囊中的功能物即刻釋放，也可選用半滲透殼膜的全封閉殼膜，使囊芯物質經過一定時間緩慢釋放出來。紡織品加工采用的微膠殼膜要依據囊芯功能物質的物理性能來決定選不滲透殼膜還是選半滲透殼膜。揮發性物質（如香料）或在醫療等領域需要控制釋放物質的產品，用微膠囊包封達到緩慢釋放的目的。目前這一功能應用極其廣泛，如將香料微膠囊化后混入織物纖維中，可以長時間保持織物香味沁人。

1.3 保護和隔離

選取適當的微膠囊的殼膜，可保護囊芯物質免受環境中的水分、氧氣、紫外線等的影響，防其與外界條件反應導致囊芯材料的損失。此外，微膠囊還可以將活性成分隔離，防止各活性成分之間的反應。微膠囊化后可隔離各成分，在生產中能防止各成分間的不良干擾，如在涂料防印印花中，為了預防電解質對合成增稠劑的不良影響，可先將電解質硫酸銨微膠囊化，然后在汽蒸條件下控制釋放電解質硫酸銨來達到預防干擾的目的。微膠囊化還可以掩蓋某些化合物的異味，延長物質的保存期。

2 微膠囊技術在防護服裝的應用

隨著微膠囊技術的發展，其在紡織工業中的應用越來越受到人們的重視。進入21世紀之后，微膠囊在紡織品上的應用得到廣泛關注，尤其是在歐州和北美地區，微膠囊技術已經廣泛應用于醫療和工業紡織品等方面［4］。

2.1 可控釋放型微膠囊在防護服中的應用

蚊蟲多的熱帶氣候穿戴的服裝 ，必須經過耐久的防蟲處理。防蟲劑的微膠囊化使控釋放效果更長久［5］。法國Thor SARL公司將已知殺蟲劑，如擬除蟲菊酯、蟲菊酯進行微膠囊化，將這項技術用于軍用紡織品中，制造出在熱帶氣候環境中穿著的軍服可有效防止蚊蟲叮咬。美國Carrol Loye生物研究所測試了用茶樹油SPT微膠囊處理的紡織品的性能，發現其具有很好的防蚊功效。天然的有機酯類植物油對蚊蟲來說是高效的神經性毒劑。這些植物油通過微膠囊的緩慢釋放作用可顯著地降低每分鐘被咬的次數［6］。

王秋蓉［7］等發明一種具有消除疲勞作用的Lyocell面料的制備方法，通過先將乳香精油放入到聚氨基甲酸酯和水中攪拌，再加入微膠囊溶液，充分攪拌至乳液狀后，加入分散劑、粘合劑和柔軟劑攪拌，得到乳香精油微膠囊整理劑；將上述的乳香精油微膠囊整理劑用在Lyocell紗線上，得到帶有乳香精油微膠囊的Lyocell紗線；將其織成織物，進行預定形處理制成。該方法采用純天然提取物乳香精油制備微膠囊整理劑，安全環保，該發明的面料可持久、均勻釋放乳香香味，應用前景廣闊。

可釋放型微膠囊在防護服裝的應用得到了人們的重視。通過微膠囊技術，可以將對人身體有益的物質加入到衣物中，通過半透性微膠囊將有益物質緩慢釋放，通過皮膚來達到長期、高效的防護保健作用，也可以在外層服裝上涂上趨避微膠囊，在熱帶雨林等蚊蟲、毒蟲較多的地方，趨避蚊蟲從而達到對在這種環境工作人員的保護作用。在我國已經開始將對人體有益的中藥微膠囊化應用到服裝中，從而達到對人體的防護作用。通過微膠囊化增加可釋放型物質的使用壽命，增強了其可耐洗性。通過對不同的壁材和芯材的研究，使這一技術應用具有很大的發展前景。

2.2 相變微膠囊在防護服裝中的應用

1993年Tringle公司申請了將石蠟類碳氫化合物封入直徑1.0～10.0μm的微膠囊中，然后與聚合物溶液一起紡絲，得到具有可逆蓄熱特點纖維的專利。1997年Outlast公司和Frisby公司采用這一技術產出了腈綸紡織品，用于保溫內衣、滑雪靴、茄克和運動襪等，現已在歐美等國家銷售［8］。

消防員、煉鋼工人等在高溫場合作業的人員，需要穿著耐高溫的阻燃隔熱防護服，如果作業人員的汗液不能及時排出去，不僅影響穿著的舒適性，還有可能出現生命危險，在防護服內側如果配制加入相變微膠囊的Outlast的面料制成內衣，就可以很好地解決問題。

1989年美國研究將含有微膠囊的紡織品用于宇航員手套襯，1995年美國開發極端低溫水環境用的干式潛水服，其保溫襯里采用微膠囊化的相變材料。1999年美國Natick研究中心對蓄熱調溫紡織品進行研究，開發出用于海軍航空兵飛行員執行秋冬海上飛行任務時的飛行服保溫內襯［9］。

孫浩［10］等人用石蠟和脲醛樹脂制備微膠囊相變材料，通過測試微膠囊的各種性能，并對其在紅外偽裝隱身上的應用進行了研究。結果表明微膠囊相變材料既能夠有效地模擬真目標的紅外熱特征，也能有效地遮蔽目標的紅外熱特征 ，具有紅外隱真－示假的雙重功能。

王冬云［11］公開了一種智能調溫內衣，面料是由雙向智能調溫纖維紡織的紗線織造而成，雙向智能調溫纖維由纖維和其上黏合的相變調溫微膠囊組成，通過相變微膠囊達到智能調溫的效果。使用中只需薄薄的一層就可達到良好的保溫效果，透氣性好，穿著較舒適。

相變微膠囊在服裝中應用很廣，也有較早的歷史，由于相變微膠囊是將相變材料作為囊芯，用成膜材料包裹，所以應用在服裝可以達到調溫的效果、在體內形成微氣候。同時其吸熱的效果可以降低目標在熱紅外譜段的熱輻射，達到防紅外的效果。在軍用上使士兵在溫度變化較大的環境下有更強的適應性、在特種環境下有更強的存活可能。對于老人和兒童等也可保護這些弱勢群體，減少疾病的發生。對于相變微膠囊的不同的組分，和在紡織品的處理上還有很大的空間可供研究，從而提供更好的防護效果。

2.3 變色微膠囊在防護服裝中的應用

將變色染料制成微膠囊，固著在纖維表面，形成光敏或熱敏變色纖維，使軍用服裝在不同的情況下進行變色，進而偽裝。

美國默克公司已研制成功熱敏變色作戰服，它是在一定質料的黑色紡織物上，印染能在幾個溫度區間如寒帶、溫帶、熱帶改變顏色的液晶微膠囊而成。戰場上穿著熱敏液晶變色服裝的士兵與自然環境渾然一體，即使無任何遮蔽，敵人目視也難以辨別［12］。

日本東麗公司采用內含熱敏可逆變色色素的微膠囊與樹脂一起涂布在基布上，制成了在低溫下顯色，高溫下消色的織物。其變色特點是，溫度在零至零下時，織物變黑，從而能大量吸收陽光的能量起到保暖作用；當溫度升高到5℃以上時，織物變白，從而可抑制對陽光直射能量的吸收，這種特殊面料可用于制作能量調節用智能服裝［13］。

變色微膠囊在防護服裝的應用十分廣泛，在軍用服裝上使用，使士兵在不同的環境下進行偽裝。通過使用微膠囊技術提高了防護服裝的使用性能。由于變色微膠囊的特點可以在服裝加入變色微膠囊，在高溫或低溫環境下變色以給工作人員警示。也可以在嬰兒和老人的內衣中加入變色微膠囊，當發燒時，衣服變色給人警示。因此，變色微膠囊在防護服裝的應用有著很大的發展空間。

3 總結

我國的微膠囊應用到防護服裝的技術和美國、日本等發達國家相比還有較大差距，將微膠囊技術應用到防護服裝中還有很長的路要走。首先，囊芯和囊壁的選擇在現有基礎上，要有更多的創新，只有在基礎打牢的情況下才能更快更好地發展；其次，將不同和各類微膠囊技術相結合，研究多功能的防護服裝。最后，對微膠囊的應用要進一步研究，使微膠囊和織物很好地結合，更好地發揮各自的作用。

［1］孫瑤.仿中藥成分的微膠囊制備及其應用［D］.北京：服裝學院，2012.

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［5］張燕，李世軍，趙陽.GB／T 28408－2012《防護服裝防蟲防護服》新標準解讀［J］.中國個體防護裝備，2013，（2）：29—32.

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［7］東華大學，上海八達紡織印染服裝有限公司.一種具有消除疲勞作用的Lyocell面料的制備方法：中國，CN201110401213.1［P］.2012－6－13.

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［13］黃琮喜，劉祥萱，王煊軍.微膠囊技術在軍事領域的應用前景［J］.化工新型材料，2006，（10）：28—29.

［14］劉永霞，于才淵.微膠囊技術的應用及其發展［J］.中國粉體技術，2003，9（3）：36—40.