DIY印染用多色膠囊的制備及性能研究

何志文，徐 楓，馬 輝，2，陳文君，白雪蓮，周 杰

（1.嘉興學院，浙江嘉興 314000；2.華紡股份有限公司技術中心，山東濱州 256617）

微膠囊技術是一項新穎、用途廣泛且發展迅速的技術，已被列為21 世紀重點研發的高新技術[1]。自1936年起，微膠囊技術開始應用于醫藥、無碳復寫紙、農業、紡織和化工等領域。微膠囊能夠提高產品的穩定性，防止各組分之間的相互干擾；同時，采用微膠囊技術染色具有很好的節水節能環保效果[2]。DIY是利用適當工具與材料自主制作或優化物品，使參與者在制作過程中自由地發揮主觀能動性和創造性，享受生活的樂趣。目前較為流行DIY印染品的制作，基本以扎染、手繪、轉印為主。

本實驗以海藻酸鈉與殼聚糖為壁材，染料或涂料為芯材，借鑒微膠囊制作原理及制備工藝制備多色膠囊[3-5]。該膠囊可以含有一種或多種顏色，可根據DIY制作者的需求隨意搭配各種顏色，實現多種顏色同時上染織物；而且該膠囊染色過程簡單，無需特定設備、高溫等條件[6]。DIY 制作者僅需通過擠壓、浸泡即可使膠囊內的染料或涂料釋放出來，進而上染織物，并賦予其特殊的邊紋效果和較高的耐皂洗、耐摩擦、耐日曬色牢度。

1 實驗

1.1 材料

織物：漂白棉織物，純棉文化衫。試劑：海藻酸鈉，殼聚糖，氯化鈣，35%乙酸，X型活性染料，顏料，涂料印花黏合劑MCH-201。

1.2 儀器

電子天平CP114（昆山鈺恒電子衡量器公司），HH-6數顯恒溫水浴鍋（元茂機電設備有限公司），摩擦牢度測試儀、SW-24耐水洗色牢度儀（大榮紡織儀器有限公司），Qsun耐日曬色牢度儀（美國Q-Lab公司）。

1.3 多色膠囊的制備

稱取一定量海藻酸鈉置于燒杯內，分多次加入去離子水，溫度為60 ℃，攪拌至糊狀，然后冷卻靜置24 h。稱取一定量殼聚糖置于燒杯內，加入去離子水、乙酸使其溶解，再加入氯化鈣，攪拌至溶解。用自制滴液器將海藻酸鈉糊與染料或顏料同時滴入燒杯中[6]，制成染色膠囊，水洗、收集。

1.4 多色膠囊的染色

施予染色膠囊一定壓力使之破裂，滲出的染料上染棉織物，測試各項色牢度。

1.5 測試

1.5.1 粒徑

隨機取5 個多色膠囊排列成一組，使用游標卡尺進行測量，測5組，計算平均值。

1.5.2 破裂強度

在電子天平上用細小玻璃棒按壓多色膠囊，記錄多色膠囊破裂時電子天平的讀數。隨機取10個多色膠囊進行測試，取平均值作為多色膠囊壁材的破裂強度。

1.5.3 包埋率

取10 個多色膠囊（質量為m1）于表面皿中，干燥至恒重時，質量為m2，表面皿質量為m3，按下式計算多色膠囊的包埋率：

包埋率=(m1-m2)/(m1-m3)×100%

1.5.4 耐摩擦色牢度

參照GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗耐摩擦色牢度》進行測試（10 s 內摩擦10 次，往復動程為100 mm，垂直壓力為9 N），然后用沾色樣卡評定標準摩擦布的耐干摩擦沾色級數。

1.5.5 耐皂洗色牢度

參照GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗耐皂洗色牢度》進行測試[皂液質量濃度為5 g/L，浴比為1∶50，（40±2）℃處理30 min]，用灰色樣卡評定試樣的褪色級數，用沾色樣卡評定貼襯織物的沾色級數。

1.5.6 耐日曬牢度

參照AATCC TM16—2003《耐光色牢度》進行測試。將待測紡織品試樣和參比物（或參比標準）同時在規定條件下進行曝曬，用AATCC 變色灰卡或儀器來評定試樣曝曬部分和未曝曬部分之間的色差，從而評定試樣的耐日曬色牢度。

2 結果與討論

2.1 多色膠囊制備的影響因素

2.1.1 海藻酸鈉用量

海藻酸鈉作為壁材的主要原料，其用量影響著膠囊的機械性能，因此實驗采用殼聚糖0.5%、氯化鈣1%、染料/顏料15 g/L，討論了海藻酸鈉用量分別為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%時對多色膠囊成型及染料滲出性的影響，結果如圖1所示。

圖1 染料型（左，橙色）/顏料型（右，黃色）多色膠囊及其破裂圖

由圖1a可以看出，當海藻酸鈉用量為0.5%時，多色膠囊形狀不規則，破裂后幾乎無染液滲出；由圖1b可以看出，當海藻酸鈉用量為1.0%時，多色膠囊均呈球形，且強度較好，破裂后染料型與顏料型多色膠囊均能滲出較豐富的染液；由圖1c 可以看出，當海藻酸鈉用量為1.5%時，多色膠囊均呈圓球形，且強度較好，破裂后染液滲出能力稍下降；由圖1d 可以看出，當海藻酸鈉用量為2.0%時，多色膠囊均呈圓球形，且強度適宜，破裂后染液滲出能力較差；由圖1e可以看出，當海藻酸鈉用量為2.5%時，多色膠囊均呈圓球形，膠囊強度高，破裂后染液滲出能力差。綜上所述，在海藻酸鈉用量為1.0%時，多色膠囊具有較好的外形、強度和較高的包埋率，而且膠囊破裂后染料或顏料滲出性較好，所以海藻酸鈉最佳用量為1.0%。

2.1.2 殼聚糖用量

殼聚糖用量主要影響聚電解質膜的形成速度和厚度，從而影響微膠囊的穩定性[7]。作為壁材原料的一部分，殼聚糖用量影響膠囊的成型及性能。實驗分別討論了殼聚糖用量對染料/顏料膠囊成型性、染料滲出性的影響，結果如表1、表2、圖2所示。

表1 殼聚糖用量對顏料多色膠囊性能的影響

表2 殼聚糖用量對X型活性染料多色膠囊性能的影響

由表1、2可知，顏料膠囊和活性染料膠囊均在殼聚糖用量為0.5%時具有較好的物理機械性能、成型性，出色率高。因此，殼聚糖用量選擇0.5%較適宜。

圖2 制備的染料（左，橙色）/顏料（右，黃色）多色膠囊

2.1.3 成型溫度

殼聚糖在不同溫度下的穩定性不同，實驗以成型溫度為變量，探究了成型溫度對膠囊性能的影響，結果如表3所示。

表3 成型溫度對膠囊性能的影響

由表3 可知，當成型溫度為30 ℃時，膠囊破裂強度和包埋率較高。不同溫度下多色膠囊外形相近。因此，選取30 ℃作為最佳成型溫度。

2.2 產品應用性能的影響因素

2.2.1 染料與助劑復配比

實驗過程因簡化工藝未進行固色處理，考慮到染料的色牢度，在膠囊中加入黏合劑以提高產品的色牢度，討論黏合劑用量對產品性能的影響，結果如表4。

表4 黏合劑用量對耐摩擦色牢度的影響

由表4 可知，黏合劑的加入對產品耐摩擦色牢度的影響不大，本著工藝簡單、環保、低成本的理念，決定不加入黏合劑。

2.2.2 氯化鈉用量

氯化鈉在活性染料上染過程中起促染作用，實驗中加入氯化鈉以提高多色膠囊的上染率，討論了氯化鈉用量對各項染色牢度的影響，結果見表5。

表5 氯化鈉用量對色牢度的影響

由表5可知，隨著氯化鈉用量的增加，織物上染顏色變深，耐摩擦色牢度基本不受影響，耐皂洗和耐日曬色牢度提高。在染料用量為15 g/L 時，氯化鈉用量為40 g/L 的染色效果較好，因此實驗選定染料與氯化鈉質量比為1.0∶2.7。

3 結論

優化多色膠囊制備工藝為：海藻酸鈉1%，殼聚糖0.5%，溫度30 ℃，染料與氯化鈉質量比1.0∶2.7，不添加黏合劑。采用一步法制備的多色膠囊表面形貌及相關力學性能均良好，且破壁后染料的上染效果較好，各項色牢度優良，在DIY印染品市場應用前景良好。