微膠囊技術在紡織品領域的應用進展

王高飛 張策

摘要：為將微膠囊技術更好地應用于紡織品整理及促進其在多功能紡織品領域的產業化發展，以近年來國內外的相關研究為基礎，綜述了國內外微膠囊技術的最新研究情況以及在芳香整理、阻燃整理、變色整理、抗茵整理和智能紡織品整理上的應用進展，通過對微膠囊技術的制備方法、工藝過程等討論分析，指出目前微膠囊技術在紡織品領域存在的自修復差、強度低和微膠囊與織物粘結性差等主要問題和改進措施，總結微膠囊技術在紡織領域的發展趨勢。

關鍵詞：微膠囊;紡織品;芳香整理;阻燃整理;自修復性

中圖分類號：TS190.2 文獻識別碼：A 文章編號：1001-5922（2021）02-0046-06

紡織品通過整理可以賦予織物特殊性能，常見的整理方式有浸軋、噴涂和涂層等，利用這些方式將漿料或助劑均勻地分布在織物內部或表面，而隨著產業用紡織品和功能性織物的高速發展，一般的助劑或漿料已不能滿足其整理需求，所以產生了很多新型整理方式，其中微膠囊技術就是對于不同的芯材可根據不同的壁材進行包裹，因此具有多樣性、隔絕性、高效性等特點，被廣泛應用于食品、化工和紡織品微膠囊染色、微膠囊印花、微膠囊功能性整理以及功能性纖維開發等領域。

1微膠囊技術簡介

微膠囊（Microencapsulation）技術是指通過微膠囊化將需要包覆的物質細化為粒徑及其微小的固體顆粒或液滴，然后以其為核心，利用特殊的方法，將具有成膜性能的聚合物在其表面沉積涂覆，形成無縫薄膜的微小膠囊。粒徑一般是5-200um之間，主要的形狀結構如圖1所示，主要有規則型、多芯型、不規則型、多壁型和填質顆粒型，主要的擴散方式有壁材滲透、受熱膨脹、剪切以及受壓溢出等，常用微膠囊制備技術主要有界面聚合法、原位聚合法、復合凝聚法等，其中超臨界流體陜速膨脹法和高壓靜電法屬于新型制備技術，主要制備方法的比較如表1所示。

2微膠囊技術在紡織品涂層上的應用

2.1芳香性整理

微膠囊芳香性整理是指用芳香劑做囊芯，在芯材的保護下由于摩擦、受熱等外力使得微膠囊內部的香精緩緩地釋放香味，并起到長效緩釋的作用，如圖3所示，使用于紡織品后可使織物具有長久芳香功能。目前對微膠囊的芳香性整理很多，于海龍等人和羅秀麗，等人都是通過原位聚合法制得了具有薰衣草芳香氣味的蜜胺樹脂微膠囊，以密胺樹脂為壁材，薰衣草精油為芯材。Urska S Elesini等人以香精油為芯材，以三聚氰胺甲醛做壁材制備微膠囊。并將微膠囊成功應用于香味蝴蝶結領帶，通過摩擦即可釋放香味。M6nica Silva等人利用界面聚合法制備含檸檬烯的PUU微膠囊，并對織物進行浸漬處理。發現微膠囊與織物纖維具有良好的粘附性，并顯示出良好的耐磨性。

2.2阻燃整理

微膠囊阻燃整理是指在織物或者纖維上進行阻燃微膠囊整理，提高織物或者纖維的極限氧指數（LOI），在燃燒時產生較少的煙及減緩燃燒速率等，目前國內外的阻燃整理的研究較多。趙杰等人合成了一種微膠囊化N-P膨脹型阻燃劑（MF-NPR），聚丙烯（PP）/MF-NPR復合材料的LOI最高可達29.79%，達到UL94V-O阻燃等級。鄧軍等人將微流體技術合成的阻燃微膠囊應用到硅膠泡沫（si F）材料中，可以有效提高si F的阻燃抑煙性能。Szczotok A M等人、DVB和PNC-HEMA為共單體，采用懸浮聚合工藝制備了含相變材料的熱調節微膠囊。Zhang Bin等人摘要制備了具有獨特核殼結構的多層微膠囊——三聚氰胺甲醛樹脂/氫氧化鋁/錫酸鋅。添加一定量的三聚氰胺甲醛，氫氧化鋁/錫酸鋅微膠囊可顯著提高極限氧指數。聚磷酸銨（APP）是一種環境友好型且最佳的阻燃高分子材，對APP適當包覆，會減少APP的流失來改善其阻燃性能。包覆材料通常有聚脲、蜜胺樹脂、環氧樹脂等，或者利用甲醛一三聚氰胺（蜜胺樹脂）和環氧樹脂對APP進行雙層包覆。

2.3變色整理微膠囊

微膠囊變色整理是指對變色復配物進行微膠囊包覆處理，并通過涂層法將變色微膠囊均勻涂覆到織物上，織物可隨外界刺激進行變色，主要有光致變色、熱致變色兩大類。薛琪等人通過原位聚合法制備以光敏變黃染料為芯材的脲醛微膠囊，并采用涂層整理工藝將其應用于棉織物，涂層棉織物K/S值為1.215，且具有一定的耐洗牢度。郝鴻飛等人采用三羥甲基三聚氰胺為壁材，膽固醇油醇碳酸酯和膽固醇壬酸酯的混合物為芯材，利用原位聚合法制備了膽固醇液晶微膠囊。Feng Qiang Qiang等人選擇有機熱致變色復合材料作為熱致變色微膠囊芯材，根據紡織品整理的需要，確定復合材料可以適用于紡織品的變色梯度的最佳配比。

2.4抗茵整理微膠囊

抗菌整理是指以抗菌劑作為芯材，用復合膜作為壁材進行包覆，在特定條件下抗菌劑緩慢釋放出來，保證織物的抗菌性能和耐洗性能，常見的抗菌劑有納米銀和艾蒿精油等作為芯材。Yong等人以8-羥基喹啉（8-HQ）為緩蝕劑，丁香油為天然抗菌劑，采用原位聚合法合成了含8-HQ和丁香油的微膠囊。所制備的微膠囊對大腸桿菌、珊瑚弧菌和七葉草芽孢桿菌具有抗菌性能。Yaqin等人以天然抗菌劑Nisin為核心材料，CS為壁材進行微膠囊化。濃度為0.25%（W/V）的CS-nisin微囊對革蘭氏陽性枯草芽孢桿菌有明顯的抑制作用。王亞等人采用乳化交聯法，制備艾蒿油一殼聚糖抗菌微膠囊。整理試樣對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌率分別為96.66%和98.88%。

2.5智能紡織品整理

微膠囊智能紡織品整理是指通過不同功能的芯材和壁材組成的微膠囊，通過紡絲法、浸軋法、涂層法等方式整理到織物或纖維上，使其具備一定特性的整理方式，常見功能性微膠囊有相變微膠囊，壓敏型微膠囊，溫控性芳香微膠囊等。楊建等人48利用硬脂酸和月桂酸作為相變芯材，以St和BA作為壁材，采用乳液聚合法制備硬脂酸一月桂酸，聚（苯乙烯一丙烯酸丁酯）相變微膠囊，并將微膠囊浸軋整理到棉織物上獲得低成本、高相變焓且相變溫度適宜的蓄熱調溫紡織品。Kashif Iqbal等人利用熔融紡絲工藝，將微膠囊相變材料與智能單絲纖維相結合，成功的把微膠囊融入聚丙烯單絲中，制備的復合單絲纖維潛熱為9.2J/g。

微膠囊技術在紡織品多個領域的應用，如表2所示，其主要是根據芯材和壁材的不同，來針對不同類型的整理，因此微膠囊技術具有多樣性和高效性，并且任何類型的紡織品領域的整理都要求有一定的耐水洗性，但是芳香整理傾向于芯材釋香的長久性和可控性;阻燃整理傾向于芯材的阻燃效率，對壁材要求不高;變色整理的側重點是變色微膠囊的可逆性和敏感性;抗菌整理的側重點是抑菌范圍、抑菌時長和抑菌率;而智能紡織品整理的側重點是壁材的敏感性，其中智能紡織品整理應該是未來微膠囊技術主要發展區域。

3微膠囊技術存在的問題和對策

3.1自修復性差

微膠囊的自修復性決定了微膠囊的使用壽命和效率，關于微膠囊的自修復性研究很多。White等人率先設計出一種具有自動修復裂紋能力的結構聚合物材料。該材料可引發愈合劑的聚合來修復表面裂紋，韌性恢復率高達75%。郭茂蓮采用原位聚合法首次將油溶性IPDI與油溶性PAE分別作為芯材，MF樹脂作為壁材制備雙組份自修復微膠囊。

目前，微膠囊修復材料主要存在著修復速率慢，壓縮性差等問題。所以未來的發展方向主要為：①采用高活性的催化劑提高自修復效率;②發展新的微膠囊結構，例如采用雙層膜結構的微膠囊，里面一層為緩蝕層，表面層為修復層;③合理運用自然界的仿生原理來進行修復設計，如豬籠草。

3.2微膠囊強度

avija等人對微膠囊及其對復合水泥漿體性能的影響進行了表征。微膠囊破裂所需的力取決于膠囊直徑和溫度，即是否低于或高于相變溫度。Mau-ludin等人基于粘聚力法，建立了微膠囊模型，證明自愈材料在拉伸下的承載能力隨著微膠囊殼界面強度的增加而增加與核殼厚度比無關。Samanta D等人利用聚合物一銀納米粒子-f-SWCNT復合物具有較好的穩定性和響應性。如圖4所示，微膠囊不會因機械（氮氣流）方式或酸化緩沖液/水的明顯干擾而破裂，說明該微膠囊具有一定的強度和耐物理、化學干預能力。說明添加碳納米管可以有效增加微膠囊強度，改善表面張力，擴大粒徑分布，還可以連接壁材內外的通道，使微膠囊在高溫下也具備一定的強度。

3.3微膠囊與織物的粘結力

微膠囊與織物的粘結力是指兩者之間的作用力，直接反應整理物的耐洗性、耐用性等，所以關于微膠囊與織物的粘結力一直是研究熱點。如采用介質阻擋放電（DBD）大氣壓等離子體在織物上沉積蘆薈提取物微膠囊（MCs）。采用浸軋法和涂層法分別對MCs進行整理，如表3所示，涂層法比浸軋法具有更多的微膠囊分布，并且在不施加等離子體輔助下，10次洗滌后微膠囊分布由27.23%提高至34.33%，施加等離子體輔助下，10次洗滌后微膠囊分布最佳為41.45%，說明DBD等離子體輔助沉積MCs是一種有前途的、高效的涂層技術。

除此之外還可利用超聲輔助浸漬整理，將微膠囊附著于纖維上。由圖5可知，纖維之間含有微膠囊，說明在超聲波作用下，微膠囊能較好地嵌入織物的孔隙之中，并且微膠囊超聲波作用的最佳為功率500W、超聲時間30mint581。

4結語

綜上所述，微膠囊技術的應用很廣泛，包括芳香整理、阻燃整理、變色整理、抗菌整理和智能紡織品整理上，這些整理有效的提高織物的功能性，其中智能紡織品整理是未來發展趨勢。微膠囊技術的自修復差、強度低和微膠囊與織物粘結性差等問題仍然是重要影響因素，而添加碳納米管、等離子體輔助和超聲波輔助沉積微膠囊等對紡織品整理具有明顯的增強作用，對于這些缺點的改性是未來微膠囊技術在紡織品領域應用的重點發展趨勢。