功能性微膠囊的制備及其在針織面料氣味控制整理中的應(yīng)用

朱牧野，文水平，梁雪瓊，陳榮洪，鄭展霞

（1.廣東職業(yè)技術(shù)學(xué)院輕化工程系，廣東佛山 528041；2.江西南豐大信科技有限公司，江西撫州 344506；3.汕頭市鼎泰豐實(shí)業(yè)有限公司，廣東汕頭 515100；4.佛山市魔晶科技發(fā)展有限公司，廣東佛山 528329）

現(xiàn)代社會，人們對服飾的要求已不再停留在美觀和遮體的層面上，而是更關(guān)注其舒適、保健、實(shí)用等功能。針織布主要作為夏秋季服飾面料，是人體的第二層皮膚，所以針織面料就更需要具備這些功能。

微膠囊作為儲存載體，可以把功能性的助劑儲存起來，再通過一定的媒介進(jìn)行處理，賦予紡織品特殊功能，提高產(chǎn)品附加值，這就是我們對功能性微膠囊進(jìn)行深入研發(fā)的初衷。微膠囊的生產(chǎn)成本較高，而且為了達(dá)到氣味控制的目的，需要助劑同時具備抗菌抑菌和香味釋放兩種功能。微膠囊技術(shù)經(jīng)過世界各國20 多年的研究，理論上已經(jīng)有了很大的突破，國內(nèi)外對其應(yīng)用于紡織品功能性整理方面的實(shí)驗(yàn)較多，取得了不少的成果；但大多數(shù)還是停留在實(shí)驗(yàn)室階段，真正能夠用于工業(yè)化生產(chǎn)的并不多見。本研究將要探討的是用于工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)踐和研發(fā)經(jīng)驗(yàn)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與儀器

織物：單向?qū)癞愋卫w維混紡坯布5545（佛山市德田棉紡織有限公司）。

試劑：β-環(huán)糊精（安徽中南生物科技有限公司），聚乙二醇PEG-400（DOW 美國陶氏化學(xué)公司），異構(gòu)醇聚氧乙烯醚（德國巴斯夫股份有限公司），香精（IFF 美國國際香精香料公司），抗菌劑（上海郎億功能材料有限公司），植物油脂軟膏（江西南豐大信科技有限公司）。

設(shè)備：無級變速反應(yīng)釜（肇慶壓力儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)，經(jīng)江西南豐大信科技有限公司改制），粉狀攪拌與固體造粒機(jī)（常州力馬干燥設(shè)備有限公司生產(chǎn)，經(jīng)佛山市魔晶科技發(fā)展有限公司改制），不銹鋼浸漬過濾器、不銹鋼化液料桶（江西南豐大信科技有限公司自制），熱風(fēng)拉幅定形機(jī)（佛山三技染整設(shè)備有限公司）。

1.2 香精微膠囊的制備

在無極調(diào)速攪拌器中，先啟動攪拌器，依次加入異構(gòu)醇聚氧乙烯醚、β-環(huán)糊精，攪拌5 min，再按2 ℃/min從室溫逐步升溫至60 ℃，以9 000 r/min 高速攪拌3 min，使微膠囊達(dá)成細(xì)粒，再調(diào)成750 r/min 慢速攪拌2 min；慢慢加入已經(jīng)確定好香型的香精，以9 000 r/min的高速攪拌8 min，然后在58 ℃、750 r/min 勻速攪拌4 h 后，停止加熱，繼續(xù)攪拌至室溫，出缸裝入不銹鋼罐中，靜置24 h；去上層清水，留下漿狀物待用。香精微膠囊制備工藝如下所示：

1.3 氣味控制整理劑的制備

在不銹鋼錐形粉體攪拌器中，間隔2 min 依次加入聚乙二醇、香精微膠囊、抗菌抑菌成分、其他藥劑，45 ℃攪拌30 min，最后進(jìn)行固態(tài)造粒，包裝備用。氣味控制整理劑制備工藝如下所示：

粉狀攪拌及固體造粒機(jī)等設(shè)備如圖1所示。

圖1 粉狀攪拌及固體造粒機(jī)

1.4 氣味控制整理劑在針織面料上的生產(chǎn)應(yīng)用整理工藝

定形機(jī)攪拌槽必須洗干凈，排除以前生產(chǎn)的剩余物質(zhì)干擾；然后將氣味控制整理劑加水開料到30%，在熱風(fēng)拉幅定形機(jī)工序進(jìn)行處理。吸濕排汗纖維采用滌綸異形纖維，表面存在凹凸狹縫構(gòu)造。吸濕排汗纖維使用分散染料染色，采用高溫（130 ℃）高壓染色工藝；棉纖維采用常溫（60 ℃）活性染料染色工藝。

1.5 測試

在客戶定點(diǎn)加工染廠合作生產(chǎn)氣味控制整理針織面料，經(jīng)過市場的檢驗(yàn)方式進(jìn)行檢測：（1）織物親水效果測試；（2）織物抗菌性測試；（3）織物香味釋香耐久性測試；（4）織物香味釋香耐洗性測試。

織物親水性：采用美國紡織化學(xué)家和染色家協(xié)會的標(biāo)準(zhǔn)AATCC 79（B）：2014《紡織品的吸水性（親水性）》進(jìn)行測試。

織物抗菌性：采用美國紡織化學(xué)家和染色家協(xié)會的標(biāo)準(zhǔn)AATCC 100：2012《抗菌紡織品的評價方法》、國家推薦性標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20944.3—2008《紡織品抗菌性能的評價第3部分：振蕩法》進(jìn)行測試。

織物香味釋香耐久性：參照GB/T 14454.2—2008《香味香氣評定法》進(jìn)行測試，采用多名評香員摩擦感官嗅聞辨別評分法進(jìn)行。

織物香味釋香耐洗性：采用ISO 105 C6 的A1S 洗滌方法，測試織物的耐洗牢度。

水蒸氣滲透性（排汗性）：吸水率、滴水?dāng)U散時間按照GB/T 21655.1-2008《紡織品吸濕速干性的評定第一部分：單項(xiàng)組合試驗(yàn)法》，分別從每塊織物取5個試樣進(jìn)行測試，試樣尺寸為10 cm×10 cm。

2 結(jié)果與討論

2.1 微膠囊壁材的篩選

功能性微膠囊要選擇合適的壁材和芯材。常用的壁材有：天然高分子材料如明膠、海藻酸鈉、蟲膠等，半合成高分子材料如羧甲基纖維素、乙基纖維素、β-環(huán)糊精等，全合成高分子材料如聚丁二烯、聚乙二醇、聚氨酯等［1］。如圖2 所示，β-環(huán)糊精可以存放較多的芯材物質(zhì)，β-環(huán)糊精的羥基都是朝向洞穴的外圍，表現(xiàn)為外表面親水，洞穴內(nèi)部疏水［2］。這正好符合類似水包油的結(jié)構(gòu)，便于在以水作為媒介的處理浴中，對紡織品進(jìn)行處理。β-環(huán)糊精的外圍屬于水溶性物質(zhì)，可以包覆油性物質(zhì)，這與將要制作的微膠囊正好吻合［3］。并且，當(dāng)微膠囊中的有效物質(zhì)因長時間釋放完之后，還可以進(jìn)行再生處理，使微膠囊具有再生功能。

圖2 β-環(huán)糊精結(jié)構(gòu)示意圖

在微膠囊制備過程中，作為芯材的物質(zhì)受到外力的作用，向壁材中擴(kuò)散的方式主要有：壁材滲透、受熱膨脹、受力剪切以及受壓溢出4種［4］，如圖3所示。

圖3 微膠囊制備中主要的4 種擴(kuò)散方式

2.2 微膠囊的制備工藝分析

以β-環(huán)糊精為壁材的微膠囊制備有5 種工藝，分別是界面聚合法、原位聚合法、水相包埋法、油相包埋法、分子包結(jié)法［1］。其中：（1）界面聚合法需要進(jìn)行縮聚反應(yīng)，適用于阻燃劑微膠囊的制備；（2）原位聚合法反應(yīng)單體需要可溶，適用于變相微膠囊的制備；（3）水相包埋法形態(tài)規(guī)則，但顆粒直徑小，可以用于芳香微膠囊的制備；（4）油相包埋法工藝復(fù)雜、固體量大、分散介質(zhì)具有危險性，一般用于無機(jī)變色微膠囊的制備；（5）分子包結(jié)法穩(wěn)定性好、吸濕率低、成本低，適用于香精微膠囊的制備。通過比較，本研究采用β-環(huán)糊精包結(jié)絡(luò)合物法，這也是比較成熟的微膠囊制備方法之一。制備得到香精微膠囊如圖4 所示，氣味控制整理劑如圖5所示。

圖4 香精微膠囊（漿狀懸浮液）

圖5 氣味控制整理劑（固體顆粒）

香精微膠囊是一種懸浮液，儲存穩(wěn)定性不是很好，尤其是印染廠化工倉庫儲存條件普遍不好，更不利于微膠囊的存放。所以，將微膠囊配以抗菌抑菌劑及其他輔助藥劑，加工成固態(tài)顆粒，既將各種有效物質(zhì)集聚一體，又對功能性有效物質(zhì)多了一層保護(hù)，減少了外界因素對微膠囊的破壞，保證其儲存的長效性。

2.3 氣味控制整理方式的篩選

在印染大生產(chǎn)中，織物整理方式有6 種：（1）織物涂層布，微膠囊與涂料一起進(jìn)行涂層處理；（2）涂料印花布，微膠囊添加在涂料中一起印制到印花布上；（3）在織物后整理中，微膠囊與其他整理劑同浴浸軋?zhí)幚恚唬?）成衣處理，微膠囊通過噴霧對紡織品進(jìn)行吸附處理；（5）成衣處理的第2 種辦法，即微膠囊通過同浴洗滌對成衣進(jìn)行處理；（6）在化學(xué)纖維生產(chǎn)的噴絲工序，將微膠囊以一定的比例摻進(jìn)纖維母粒中，制成具有各種功能的化學(xué)纖維。

本實(shí)驗(yàn)的研究對象是已經(jīng)染色的針織面料，根據(jù)針織面料的加工特性，涂料涂層和噴霧洗滌這些加工方式不能選用，只有織物后整理和化纖噴絲這兩種加工途徑。化纖噴絲需要在原料噴絲的過程中進(jìn)行，由于橫跨了兩個不同的加工行業(yè)，成本也會增加。因此，本實(shí)驗(yàn)選擇了織物后整理方式，在成品定形的時候，采用浸軋方式對織物進(jìn)行處理。

2.4 氣味控制整理的定形配方和工藝篩選

2.4.1 采用重預(yù)定、輕成定工藝設(shè)計的必要性

含氨綸的針織面料比梭織布軟，要進(jìn)行預(yù)定和成定兩次定形。本實(shí)驗(yàn)采用重預(yù)定、輕成定的定形工藝，氣味控制整理的預(yù)定工序工藝一定要把控好，把傳統(tǒng)由高溫成品定形控制的織物平整度、幅寬與單位面積質(zhì)量，交由預(yù)定來完成，這樣成品定形就不用很高的溫度，滿足氣味控制整理定形溫度不能過高的必要條件，使氣味控制整理得以順利進(jìn)行。

2.4.2 預(yù)定形工藝

（1）氣味控制整理在成品定形工序進(jìn)行，但微膠囊耐熱性差，所以必須把定形溫度降下來，降低了成品定形的溫度，勢必對針織面料的成品幅寬、單位面積質(zhì)量造成影響。所以，把需要在成品定形控制的這兩項(xiàng)，放在面料的預(yù)定形工序去完成。

（2）預(yù)定形工序要將成品幅寬、單位面積質(zhì)量把握好，根據(jù)針織布的氨綸含量、經(jīng)密和緯密的組織質(zhì)地，再憑生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，按照上機(jī)幅寬計算出下機(jī)幅寬，要控制好超喂和車速，溫度控制在205～210 ℃。

2.4.3 成品定形

成品定形按設(shè)計及篩選得到較優(yōu)的氣味控制整理的定形配方和工藝，如表1所示。

表1 氣味控制整理的定形配方和工藝

由于微膠囊與織物沒有親和力，需要通過交聯(lián)才能完成。但是交聯(lián)反應(yīng)對織物的手感有一定的影響，所以同浴加入柔軟劑，選擇非硅蓬松軟膏作為柔軟劑，因?yàn)槠溆H水，可以使面料很好地吸濕排汗；蓬松，可以讓纖維與微膠囊有更大的接觸面積，使纖維和微膠囊能更好地粘附結(jié)合；處理后成品手感柔滑度良好。成品定形在實(shí)際生產(chǎn)中的操作，按低溫快速的原則進(jìn)行，在定形前調(diào)整好丁腈橡膠輥的浸軋壓力，一是考慮浸軋后的帶液率適合，讓有效成分吸附均勻；二是壓力不能過高，以保證微膠囊完整，不至造成破壁。

2.5 吸濕排汗

吸濕排汗一般通過兩種途徑達(dá)到：（1）異形滌綸纖維，如扁平的十字截面，但這類纖維成本較高；（2）在織物表層印上防水劑的網(wǎng)格紋路，但印花會影響手感，且耐久性不好。從耐久性考慮，一般選用異形滌綸纖維。與常規(guī)滌綸纖維相比，一般吸濕排汗滌綸纖維的截面呈扁平十字型，表面有4 道溝槽作為排汗管道。這種扁平的4 凹槽結(jié)構(gòu)形成了許多毛細(xì)效應(yīng)強(qiáng)烈的細(xì)小芯吸管道，從而具有將汗水迅速排至針織面料表面的功能。同時，該纖維的比表面積比同細(xì)度普通圓形截面纖維大19.8%，因而在汗水排至該纖維織物表面后，能快速蒸發(fā)到周圍空氣中，展現(xiàn)較好的吸濕排汗功能［5］。但由于該纖維的比表面積比普通纖維大，導(dǎo)致用分散染料染色時比常規(guī)滌綸得色要淺，上染率低，色牢度差，且容易出現(xiàn)色花疵病。所以，染色工序考慮保守路線為好，從染色升溫就要緩慢，在到達(dá)滌綸纖維的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時，加入5～10 min停止升溫的工藝。棉使用活性染料染色。滌綸高溫高壓溢流染色機(jī)的染色溫控曲線如下所示：

2.6 成品織物功能效果的檢測結(jié)果

2.6.1 親水性

在溫度（21±1）℃、相對濕度（65±2）%的條件下測試織物親水性（吸濕性），織物試樣尺寸為（200±5）mm×（200±5）mm，測得的親水性為1 s。

2.6.2 抗菌性

在培養(yǎng)箱溫度45～50 ℃、布樣（4.8±1）℃、作用時間24 h的條件下測試織物抗菌性，結(jié)果如表2所示。

表2 織物的抗菌性

2.6.3 織物香味釋香耐久性

目前氣味控制整理劑根據(jù)客戶的不同需求，已經(jīng)開發(fā)生產(chǎn)4 種香型，分別是：熱情果香、留戀花香、星辰海洋、童話小鎮(zhèn)。由于目前尚無合適的標(biāo)準(zhǔn)可以使用，本實(shí)驗(yàn)采用GB/T 14454.2—2008 進(jìn)行嗅覺評香的定性檢測方法，由10 位評價員嗅辨放置在密閉容器中的試樣氣味并打分，去掉一個最高分，去掉一個最低分，將其余8 個分?jǐn)?shù)平均得到最后的評分，滿分為40分，結(jié)果見表3。

表3 織物香味釋香耐久性

洗滌后參照GB/T 14454.2—2008，采用10 名評香員對織物摩擦，以感官嗅聞辨別，然后進(jìn)行評分并計算平均分?jǐn)?shù)的方法（滿分40分），測試結(jié)果為16分。

經(jīng)過上述整理得到的針織面料，洗滌后香味衰退比較大，日常應(yīng)用中可采用在洗衣機(jī)洗滌中持續(xù)添加整理劑的方式進(jìn)行續(xù)香處理，補(bǔ)充香味，以保持面料成衣的香味能夠長久。洗衣機(jī)洗滌過程加入中性洗滌劑、香珠、非硅蓬松軟膏一起洗滌即可。

2.6.4 水蒸氣滲透性（排汗性）

織物的水蒸氣滲透性（排汗性）如表4所示。

表4 織物的水蒸氣滲透性（排汗性）

由表4 可以看出，經(jīng)過整理后的織物吸濕排汗性能良好。

3 結(jié)論

氣味控制整理就是將吸濕排汗、抗菌抑菌、香味整理集于一身的功能性整理，使紡織品具有快速吸濕排汗，去除和控制不良異味，散發(fā)使人愉悅的香味，從而達(dá)到健康振奮的效果。夏季，尤其是華南一帶天氣較熱，一年中穿著針織面料成衣的時間較長，氣味控制整理更具實(shí)用價值。

用微膠囊作為載體，對針織面料進(jìn)行吸濕排汗、抗菌抑菌、加香三位一體的氣味控制整理，比其他加工方式效果更好，且染廠整理工藝比較簡單，可以進(jìn)行進(jìn)一步的實(shí)踐和探索。