微胶囊技术在纺织品方面的应用.pdf
微胶囊技术在纺织品方面的应用 微胶囊技术在纺织品方血的应用 唐总翔上海市印染技术研尤所(200040)原载：染整科技2003/3：47-53 微胶囊技术是一种微包装技术.传统上是固体、液滴或固体在液体中分散体的微小颗粒上包复 以聚合物薄层的方法。最初大约在 20 世纪 40 年代，芙国 NCR 公司的 Barret Green 研尤此项技术.并建立了无碳素复写纸丄业以后微胶囊技术迅速发展.并应用于医药、农业.散装化学品.食品加匸和洗涤用品工业等各个方面。十时纺织工业对此新技术的应用反 应迟缓 20 世纪 90 年代初仅出现了几种在纺织工业 上应用的研究试验工作。直到进入 21 世纪，在纺织匸业上的应用才进展较快，尤其在西欧.日木和北美等地，应用于医疗和工业纺织品等方而.使具有新的功能和附加值。而一些纺织品 的加工，如用其他技术往往是不能进行或者经济上不是有效的。微胶囊技术是将某种活性组份加以微胶粪包封，其目的如下：1 使液体成为粉状，以防混合时结块，改善混和效果；2防护活性组份受到氧化、热虽.酸性、碱性.湿度或蒸发作用等的影响；3阻止一种组份同系统中其他化合物相互作用.产生降解或聚合作用；4 掩盖不愉快的味道或气味；5加匸前改善组份处理的条件；6 按控制的或针对目标的方式來释放活性化学品；7防护匸作者或使用者暴露干危险物的影响之中。微胶囊包封技术可有许多不同的工艺，按下述 I 大 I 素选用：1.胶囊对整理后产品提供哪些功能性？2何种包复材料同待包封的组份.或者同待包封物加人的配方不致产生反应？3 内容物释放前，此胶囊包封物必须经受哪些加工条件？4 微胶囊中芯部材料(被包封物)的最佳浓度为何？5释放微胶囊中活性剂的机理是什么，例如搅拌、pH.压力.溶解度.时间？6是否婆求为一种持续的、针对目标的或有控制的释放方式？7 对被包封组份在颗粒大小.密度和稳定性方面有何要求？8胶囊成木、以及配方或对最终产品施加的成木为笫少？目前在纺织品方面微胶囊技术.多数应用干相变材料、新颖染料.某些助剂、拒虫剂、抗微生 物剂等对常用纺织品的施加;以及抗生素、激素.维生素和其他药物等对医疗用纺织品上的应用。今选择其中较主要的分别述之如下。二、相变材料微胶囊 相变材料(Phase-Change Material.PCM)微胶囊的应用，即利用微胶囊包封的，PCM 材料 通过相变而放出或吸收热址 來涮节服装及其周边微气候的温度。20 世纪 80 年代初英国国家航空和航天管理局(NASA)应 用微胶囊技术将 PCM 材料包封于微胶囊中.并施加于纤维中或纺织品上，目的在于使其制成的 服装具有调节温度的功能，持别作为空间活动用的服装.以期减少极端气温对宇航员的影响。但是，最后此项技术并未采用于空间规划之中。类国 Triangle 研尤和开发公司认识了此项技术 的潜力并加以进一步开发，然后将技术转让给 Outlast Technologies 公司。后者即在纺织纤维制造和纺织品涂复方血使用了此项技术，应用于各式 各样的材料。作用原理:例如应用十九烷(C19H40)以及其他中等链长的婭类作为 PCM,通过其从固体到液 体、或相反的物理变化、來调节服装及其周边微气候的温度。如若外界温度増加.提供了増强 PCM 分子运动的能虽，直至达到 PCM 熔点(十九烷为 32.rc)之前服装及其周边微气候逐步升温 c 但外界再行升温达到 PCM 熔点时，PCM 逐步从固 体变成液体，便会吸收外界热址.作为潜热贮存。这时服装及其周边微气候保持在熔点温度不 变。潜热量较大，因此可维持在此恒定温度较长时间。一旦外界温度降低，PCM 逐步固体化(十 九烷结晶温度为 264。C),便放岀潜热服装及周边微气候温度开始保持恒定。如外界继续 冷却.直到潜热全部放完.干是服装及其周边微气候即行开始冷却。施加方法和用途:应用 PCM 微胶囊时.可将其埋于纤维中、或施加于织物表面。一般微胶粪直 径为20-40微米;壁厚1微米;PCM加入80-85%.胶囊很小.提供了絞大的热传递表面 积，閃此PCM微胶囊对外界温度的反应速率迅速。施加有 PCM 微胶囊的织物制成服装或物骷 应用干人体受有极端温变彩响最大的部位，如头、于和脚等处，已生产有于套.短袜、头盔等 等。还可应用干制造室外衣肴，如风雪大衣.背心.保暧内衣、冬季保昵衣袜，以及室内用品 如毛毯、鸭绒垫子、褥子和枕套等等。今 PCM 微胶囊纺织品在医疗领域中获得了立足点，如用 作医院床上用品以控制微气候，可有助干病人的治愈过程。应用 5-10%微胶囊耐久施加于纤维中，可用通常的纤维加匸及染整方法加工织物和服装.具有 正常的悬垂、柔软和强力性能。目前可制成辰细的纤维为 22 分特。选择用于 PCM 微胶囊的 PCM 的主婆 I 対素.便是其相变的有效温度。在服装方個一般采用 30-350 接近于体温另外的关键因素则包括成本、有无毒性，使用期间耐磨损性和可供应 悄况等。PCM 在纤维制造中的应用.目前唯一可用的商业化纤维是腊纶，而且在纤维中的用虽具有上限.超过了，纤维的抗拉性能会显着下降。如 PCM 微胶囊涂复于织物上，可能会影响织物的于感，且穿用期间的耐磨性以及洗涤和干洗性可能会降低。这些问题正在进一步研尤中。三.香味微胶囊 以直接方式对纤维和织物添加香料的许多尝试，都不耐洗涤，只有通过微胶囊技术，才能在服 装的大部份使用寿命期间、香料可以保留在服装上，而且可加以有控制地释放出來。目前特别 在女装和童装上，使用微胶囊化的香料于印花部份.或对织物全面施加。应用的香料可有很笫 类型，包括：(1)各种香精、香油和香水，例如疇香.龙涎香.柠様油.名牌香水等等;(2)各种 水果气味，如苹果.桔子等新鲜气味；(3)各种花草香味.如玫瑰.茉莉.照衣草、百花香等等;(4)喜爱的食品香味，如巧克力、咖啡、可乐果、pizza(虑烘馅饼)等等。还可生产具有芳香疗效的 香味纺织品.对人体健康有益.例如用微胶囊化的维生素 E.芦荟(aloe vera)丿见草油(evening primrose oil)等生产的产品.作为”健康”(well being”)整理产品 系列中最新增加的品种。所作微胶囊的直径范用较广，但一般大约为 38 微米.如若并排排列于织物上.则 1 平方厘 米内可能有 100 万个左右的胶囊，可从同一面积多次释放内容物.直到所有胶囊都破裂。微胶 囊化香料处理的纺织品必须耐一定次数的洗涤.视所用壁材.厚度、活性物质.微胶囊制造技 术、施加干织物上的技术等等而定。要求有控制地根据所用压力.擦.磨等条件而释放香料。今列举若干实例如下。1、英国 R.T.Codge 公司主翌研尤开发微胶囊化的”擦和嗅(“Scratch and Sniff”)短袖圆领衫 和女用针织物.应用就地和界面聚合技术制造胶囊。产品前者耐洗 820 次，视包封的活性剂 而定;而后者高达 10 次。还可耐转笼烘燥。2、英国 Celessence International 公司应用了明胶或合成胶囊包封香料的基木技术.以防内 容物的蒸发、氣化和沾污。胶囊大小 120 微米。传统上这种”擦和嗅理微胶囊采用网印施加，但现在应用了石印和棉网印花(Litto and Web Printing)技术。1999 年 10 丿 J 开始推出/TXT 胶囊，可以添加香料.维生素、润湿剂、甚至驱虫剂于胶囊中。囊壁可用例如尿素一甲醛树脂等聚合材料制成.但声称所含甲醛虽极微.低于化妆品的.甚至 低于口服卫生产品的匸业限虽抬标。可用浸轧.吸尽.或离心脱水技术施加于纺织品上，能耐 岛达 30 次洗涤。结合应用适、勺的无甲醛粘合剂和柔软剂.进一步改善了耐洗性和手感。据说 产品符合化妆产品法定抬标，对健康无害。网印时将微胶囊简单地同水基.无溶剂的色料或粘 合剂混合。必须在最后一道工序进行微胶囊的印花.以防破坏囊壁。然后按常规印花纺织品那 样地进行焙烘，使其粘合良好。3、日木 Kanebo Gohsen 公司生产香料微胶囊，销售用于针织品、【和 X 于帕和其他产品。4、日木 Matsui shikiso 化学公司开发了固着香料微胶囊的方法。将织物先用含氮阳离子化合 物处理，使制造的囊壁粘附干此处理层上。用界面或就地聚合技术制造胶囊，胶囊尺寸 01 100微米其包封物典型地包括略香.灵猫香.龙涎香.松木油和柠様油等香料。此种衿料微 胶喪销售良好。5英国 LJ.Specialitles 生产了应用广泛范鬧的香料如科隆香水和水果气味如苹果.桔子等新 鲜气味(fresh smelling)作成的微胶囊,用于床单、毛巾和服装。还应用了特殊的.例如可乐 果、pizza(总:烘馅饼)等香味的微胶囊.施加干纺织品上。日常使用中的轻度磨损即能释出香料。微胶 囊可同粘合剂作成分散体.应用浸轧.吸尽或网印施加于棉等织物上，能耐反复洗涤。通常要 用柔软剂以改善于感。胶麥无色，可施加于有色织物上或印花图案上，而并无不良影响。6钢鲜 Eldorado International 公司等提供有放出花卉.水果、香草和香料等天然香味的新颖 织物。织物染后用乳化的、含有天然衿料.香精、香油的微胶囊附若于织物上。穿用者运动时 使胶囊破裂.释出香味。一般可耐洗岛达 25 次;可贮存备用 35 年。此技术用于生产香味帘 布、沙发布、垫子和被収.以及一些玩具上。声称许零这类产品具有芳香疗效，如对失眠症患 者的治疗有助。最常用的香料包括薄荷、柠檬.茉莉、松和桔。还生产了正常使用期间释放香 料袖的真丝领帯;若加摩擦则会大虽突发香味，其效果能持续一年半。还供应有祥放香味以及某 种抗菌效应的手套和短袜，可耐洗高达 25 次。7、朝鲜 Pusan 国立大学制备了应用三聚鼠胺甲醛系统.含有香料油的微胶囊.直径高达 10微米耐洗 15 次。&法国 Euracli 公司生产/含香料或化妆品润湿剂的微胶囊，可以浸轧.涂层或喷雾于纺织品 上，并用聚丙烯酸或聚氮阳粘合剂粘着。已生产有不少纤维类型的产品.如香味 FfiUlJx 女内衣、丝方巾.女装.胸罩、给湿和増能(energising)紧身衣袜等。9、斯洛文尼亚 Aero 公司生产了含微胶囊化祈精油例如丁不 鼠尾草和迷迭香的类似纸或非织 造产品.用作鞋衬和鞋垫、以便控制气味。10、徳国 Hako-Werke Gmbh 生产了微胶甕乔料涂复的铺地织物正常便用期间会释出新鲜 的香味，可以降低对施加气悬休香料的要求。I 川、笋色和变色(Polychromic and Colour-Changing)微胶囊 1 变色微胶囊 变色技术已存在多年，通常用于持殊用途，如应力测试.额部等持殊部位的温度测定和电池测 虽等等。近來才开始较多地用于纺织品上。变色染料主硬分成热改变色和光改变色(thermochromic and photochromic)两个系统.可以分别制成微胶囊.然后施加干纺织品 上。前者根据温度变化而发色和失色;而后者则根据紫外(UV)射线照射的有无而发色和失色。这种发色和失色一般都是可逆的。目前此类微胶甕用于产品标签.医疗和安全用纺织品以及时 新服装等等。(1)热改变色微胶囊 已成功应用于纺织品的热改变色染料主要有两类。一类为液晶型，以胆曲醇(于性向列)chelesteric(chiral nematic)类型为主。其中相邻分子 排列成螺旋形。螺距长度随温度而变。光线通过液晶产生有选择性的反射.其反射光的波长受 到液晶折射率及其螺距长度的支配.产生了色泽的变化。另一类热改变色染料为分子重排型。最常见的为螺幽内凿类(spiro lactone),例如结晶紫内酯(crystal violet lactone.见下式)T B in L II 丄 IJ PH 4 染料母体结晶紫的酯 无色 4 结晶紫染料，紫色 结晶紫内酯木身无色，作为母体，通过分子重排，产生紫色化合物。将无色染料母体和显色剂 两者.连同不挥发性、疏水性有机溶剂一同微胶囊化。温度变化时.显色剂会对染料母体给出 一个质子，而分子重排形成紫色的结晶紫或者相反，从后者接受一个质子回复到无色的内弗.使色洋在无色和紫色之间发生变化。上述热改变色染料必须加以微胶囊化.以便保护这些墩感化学品防止受到外界环境的影响。胶 囊的形成一般采用凝聚和界面聚合技札 为了得到满总的贮存寿命和耐久性，几乎经常采用界 血聚合技术。应用最多的系统为尿素或三聚報胺甲醛系统。胶囊直径一般为 35 微米左右。微胶囊施加于纺织品上的方法.包括有网卬、平版胶印术、橡胶轮转印刷术和照相凹版卬刷术等等。此种微胶囊并不能长久保护自然环境对热改变色染料的彩响.最后大多在 6 个丿之后.此种防护性质丧失。Chromatic Technologies 等公司最近声称:通过仔细选择微胶囊材料及技术、以及色料混合物中的分散溶 剂，基木上可以改进其贮存寿命等性能。此类微胶囊在商温过度干燥下.或用漂白剂处理下，会降低整理品的耐久性，但一般可耐洗高达 10 次。目前此类微胶囊通过采用不同的热改变色染料.已生产出在-25C 到岛达 66C 内变色的各种品 种.色泽范困较为广泛。微胶囊化分子重排型热改变色染料均有其一定的变色温度以及在此温 度时变色反应的温度范圈，一般其变色反应的溫度范用为 36C.而微胶囊化液晶型热改变色 染料则具有精确的变色温度。纺织品加丄时，要求根据最终用途而选用合适的变色温度的热改 变色微胶囊.例如:滑雪装婆求.在 11 19C 内变色，女装 13229、游泳衣 27-36C 等等。据悉英国 PPG 匸业公司.笑国 Color Change 公司.Solar Active 公司和 Second Slory Concepts 公司，日木 Matsui Shikiso 公司等均可供应上述热改变色微胶囊。(2)光改变色微胶囊 有些采用摞毗:喃(spiro pyran)和螺恶嗪(spiro oxazone)类染料原來无色，在 350-400 纳米 UV 照射下产生光解作用(photolysis)而变成有色。一般前者在 UV 射线反复照射下会分 解但后者较有耐抗性。光改变色染料主要用于显像系统(imaging system)和信息贮存方面，在纺织品方面则用作新颖产品。英国 PPG 公司生产了一系列以 photosol 0265 为商标名称的光改变色染料。在 300-360 纳 米的 UV 射线中变色。在鬲强度的 UV 射线中经若 T奄秒内即会变色;而在日光中要在 20-60 秒之间才产生效应。Photosol 系列可产生整个色谱范用的色怡 包括红.桔.黄、蓝.紫等色 洋。移去光源即回复到原來状态。此系列可在 180-240C 范用下加工、保持完好达 12 分钟而 并不分解。类国 Solar Active 等公司提供有用于刺绣用线和短袖恻领衫的光改变染料。此种线已用于于帕、罔山到常规服装的花纹图案中。光改变色染料的价格可能商达传统网印用染料的 4-8 倍。这样一件短袖圆领衫可能要外加 0.2 黄元。但是.这种增加的成木很易收回。和常规服装相比，光改变色服装的售价，一般可商出 2.00-4.00 芙元。上述两类变色染料中可有变色不可逆的品种，但这些通常用作抬示剂，在纺织品上应用有限。目前尚在发展新的变色技术.如微胶囊化的水改变色染料(hydrochromic 或 water-sensitive dye),可由水的作用而变色以及压墩变色染 M(Piezo chromic dye),可由于圧力的作用而 变色。2、多色微胶囊 一般将 2 种以上色泽反差较大的染料、分别制成微胶囊.防止其相互影响。十将其一同施加于 纺织品上时，便形成了各自分开的各种色点，而不是混合色.产生了持殊的多色效果。以前日木松井色素公司曾提供有用分散等染料的女色百花用微胶囊.近來日木 MatsuiShikiso 化学公司生产有多色微胶囊.声称具有良好的日光牢度和可以提供很有效的多色效果。五、阻燃剂微胶淒 常法将阻燃剂直接施加于纺织品上会彩响后者的手感.降低其柔软性和悬垂性。军用织物要 求更商例如军用帐篷，除了必须具有较商的阻燃性外.还要求轻便.坚牢.耐久、易于展开、对皮肤和眼睛无刺激性.防止火焰接触产生有害气体、经济、可大址供应等等。关国军方研尤 采用微胶囊技术作为克服这些固有问题的一种方法。将阻燃化学品和遇火体积膨胀的膨胀剂两 者加以微胶囊化，使其不致对纺织品产生影响。应用聚（醋酸乙烯）树脂作为囊壁，同时可作为 胶囊对织物（通常为棉，或其和尼纶或聚阳混纺品）附着的粘合剂。据说这类微胶囊的应用对阻 燃有效，但尚在进一步研处更为柔软的产品。莫斯科的 N.S.Zubkova 在纺制用于棉混纺的聚酣纤维时加 I 入微胶囊化的2 阻燃剂。囊壳 含硅（如乙烯三烧乙基硅烷.vinyl triethoxy silane）这样.对降低聚酣的可燃性方面可有不少好处:含硅物质囊壁使新纤维热传递速率降 低;减少一氧化碳的释放址;在火焰存在下并不熔融下滴。六、防伪微胶囊 为了防止市场上对商附加值纺织品，名牌产品.新设汁产品抄袭.伪适等不法行为，利用微胶 囊技术.提供一种隐藏的，但又可用一定方法加以鉴别的标记作为防伪之用。关国 Nocopi Technologies公司应用了含有色泽形成剂或活化剂的微胶執 施加于纱线或标签上、或印于 纺织品上作为边印或其他方式的标记。根据所包封的化学品类型.通过适半方法、如直接用 UV 射线检测.或应用一种溶剂以打开胶囊、释出内容物、显出色泽來加以检验。胶囊直径 27 微 米，合成材料制成.能物理性和化学性地耐抗常用的纺织品的加匸过程以及以后可能必要的 后处理过程。有时为了要求得到很高的耐久性.对内容物加以加倍或三倍的包复。七、其他 1、法国研究了在一系列织物上施加换脂酸廿汕酣和丝蛋白润湿剂的微胶熱用作绷帯和护腿袜。对于这种直接和皮肤接触的纺织品。通过彻底的医用方面的处理，仍可保持若舒适性和表层质 虽。2、日木三菱造纸厂生产了一种丙纶非织造材料，施加了辛烷、桐袖、石蜡汕作为清洁溶剂的微 胶囊.用作清洁/揩拭产品。手感良好.清洁性能优良。3、许参人研尤对纺织品施加杀虫剂和杀媾剂的微胶囊.以便抗拒尘媾（dust mite）利蚊虫等虫 类.可以长期保持这种效应，而不便应用者暴露于过度剂址危险化学品的影响之下。应用了例 如在许多香牯油和植物提取物中发现的其他杀虫化合物.有可能生产长期耐用的杀媾床也 八、今后发展 1目前微胶囊施加的纺织品往往都有一定的耐洗性，一般可耐 2530 次洗涤.然而在有些应用 领域中尚须提商，对于常规的熨烫和其他加热过程.如转笼烘燥等.对所施加的微胶囊的功能.可能会产生一定影响。今后希望设 il的微胶囊能克服这些问题。2施加微胶囊为使纺织品具有新颖和独持的功能，然而，极不希望影响纺织品原有良好的性 能.如新鲜的气味和柔软性等等，并且期望在长期服用期间保持不变。今后不要求不断插入添 加助剂和织物调理剂等操作.因而増加了生活中的麻烦。3为了满足消费者对健康和丰富生活的期望.希望通过微胶囊技术使纺织品能有效地释放出某 种活性物质.有助干减少服用者的精神压力、促进舒适性和松弛的感觉。4为了适应近年來西欧.日木和美国等纺织匸业集中开发运动和户外用的功能性织物.以及新 颖医疗纺织品的情况.要求开发有关的微胶囊技术.例如在运动服和医疗产品上附有显示化学 品的微胶囊、对服装损坏时、或消费者处于危险情况时发出警告;开发输送讣址剂化学品的微胶 囊。以防止肌肉痛或其他较严重的伤害。5随肴纺织新产品开发的不断扩大、纺织匸业必须随时注意外界信息和其他有关工业协作配合,不断地运用微胶發技术开发消费者所期望的新纺织产品。参考文献 1 G.Nels on,Microcapsulates in Textile Coloration And Finishing,英国 Rev.Prog.Coloration,Vol.21,1991 年，7285 页.2 G.Nelson,Microcapsulation in Textile FinishingMz 英国Rev.Prog.Coloration,Vol.31,2001 年,5764 页.3 Robert R.Mather,“Intelligent Textiles 蔦英国 Rev.Prog.Coloration?,VoL31z2001 年,3640 页 4 J J.Shroff,MTrends in Textile Finishing for Value-Addition;Officious And in The Offing 蔦 印度 CColourage Annual 2001z2001 年,81-86 贞.（作者:教授级商级 I：程师）
