微胶囊技术在防护服装的应用

唐新军

（新疆大学，新疆 乌鲁木齐830046）

微胶囊技术是利用天然或合成高分子将固体小颗粒、液体微滴或气体芯材包覆起来，形成直径一般在1～1000μm的微型胶囊的技术。微胶囊技术起源于20世纪30年代，当时美国人Wurster用物理方法制备了微胶囊，20世纪40年代末，他又首先采用空气悬浮法制得了微胶囊，并成功地运用到药物方面［1］。随后，微胶囊技术在各行各业都得到了应用。

防护服装属于功能性服装中的一种，主要用于保护在不同环境中免受环境中的物理化学和生物等因素的伤害。随着工业的高速发展，我国工厂中出现的火灾、爆炸、有毒气体泄漏等事故频发，所以设计开发新型功能防护服装，成为提高防护水平的关键。据不完全统计，我国是防护服装的消费大国，每年需防护服装800万套，特种防护服装1000万套，可见我国的防护服装市场前景广阔［2－3］。

1 微胶囊化的目的

1.1 改变物理性质

微胶囊化后，液态物质被制成细粉状的产物，称之为拟固体（Pseudo－Solid）。虽然其宏观上表现为固体性质，便于储存，但其内部仍为液体，因而保持着较好的液体性质，当微胶囊破碎时可以使液态功能发生作用。另外，对于固液相变物质，微胶囊可以为相变提供稳定的空间，保证物质在相变过程中不损失。拟固体令液体比较稳定地存在于纺织品内，保持其稳定性。在涂层工艺中微胶囊的优点是在等量浓度下，其粘度较低。

1.2 控制释放性能

微胶囊化后，通过对不同壳膜的选择，使用物理方法或者化学方法使壳膜破裂或融解使囊中的功能物即刻释放，也可选用半渗透壳膜的全封闭壳膜，使囊芯物质经过一定时间缓慢释放出来。纺织品加工采用的微胶壳膜要依据囊芯功能物质的物理性能来决定选不渗透壳膜还是选半渗透壳膜。挥发性物质（如香料）或在医疗等领域需要控制释放物质的产品，用微胶囊包封达到缓慢释放的目的。目前这一功能应用极其广泛，如将香料微胶囊化后混入织物纤维中，可以长时间保持织物香味沁人。

1.3 保护和隔离

选取适当的微胶囊的壳膜，可保护囊芯物质免受环境中的水分、氧气、紫外线等的影响，防其与外界条件反应导致囊芯材料的损失。此外，微胶囊还可以将活性成分隔离，防止各活性成分之间的反应。微胶囊化后可隔离各成分，在生产中能防止各成分间的不良干扰，如在涂料防印印花中，为了预防电解质对合成增稠剂的不良影响，可先将电解质硫酸铵微胶囊化，然后在汽蒸条件下控制释放电解质硫酸铵来达到预防干扰的目的。微胶囊化还可以掩盖某些化合物的异味，延长物质的保存期。

2 微胶囊技术在防护服装的应用

随着微胶囊技术的发展，其在纺织工业中的应用越来越受到人们的重视。进入21世纪之后，微胶囊在纺织品上的应用得到广泛关注，尤其是在欧州和北美地区，微胶囊技术已经广泛应用于医疗和工业纺织品等方面［4］。

2.1 可控释放型微胶囊在防护服中的应用

蚊虫多的热带气候穿戴的服装 ，必须经过耐久的防虫处理。防虫剂的微胶囊化使控释放效果更长久［5］。法国Thor SARL公司将已知杀虫剂，如拟除虫菊酯、虫菊酯进行微胶囊化，将这项技术用于军用纺织品中，制造出在热带气候环境中穿着的军服可有效防止蚊虫叮咬。美国Carrol Loye生物研究所测试了用茶树油SPT微胶囊处理的纺织品的性能，发现其具有很好的防蚊功效。天然的有机酯类植物油对蚊虫来说是高效的神经性毒剂。这些植物油通过微胶囊的缓慢释放作用可显著地降低每分钟被咬的次数［6］。

王秋蓉［7］等发明一种具有消除疲劳作用的Lyocell面料的制备方法，通过先将乳香精油放入到聚氨基甲酸酯和水中搅拌，再加入微胶囊溶液，充分搅拌至乳液状后，加入分散剂、粘合剂和柔软剂搅拌，得到乳香精油微胶囊整理剂；将上述的乳香精油微胶囊整理剂用在Lyocell纱线上，得到带有乳香精油微胶囊的Lyocell纱线；将其织成织物，进行预定形处理制成。该方法采用纯天然提取物乳香精油制备微胶囊整理剂，安全环保，该发明的面料可持久、均匀释放乳香香味，应用前景广阔。

可释放型微胶囊在防护服装的应用得到了人们的重视。通过微胶囊技术，可以将对人身体有益的物质加入到衣物中，通过半透性微胶囊将有益物质缓慢释放，通过皮肤来达到长期、高效的防护保健作用，也可以在外层服装上涂上趋避微胶囊，在热带雨林等蚊虫、毒虫较多的地方，趋避蚊虫从而达到对在这种环境工作人员的保护作用。在我国已经开始将对人体有益的中药微胶囊化应用到服装中，从而达到对人体的防护作用。通过微胶囊化增加可释放型物质的使用寿命，增强了其可耐洗性。通过对不同的壁材和芯材的研究，使这一技术应用具有很大的发展前景。

2.2 相变微胶囊在防护服装中的应用

1993年Tringle公司申请了将石蜡类碳氢化合物封入直径1.0～10.0μm的微胶囊中，然后与聚合物溶液一起纺丝，得到具有可逆蓄热特点纤维的专利。1997年Outlast公司和Frisby公司采用这一技术产出了腈纶纺织品，用于保温内衣、滑雪靴、茄克和运动袜等，现已在欧美等国家销售［8］。

消防员、炼钢工人等在高温场合作业的人员，需要穿着耐高温的阻燃隔热防护服，如果作业人员的汗液不能及时排出去，不仅影响穿着的舒适性，还有可能出现生命危险，在防护服内侧如果配制加入相变微胶囊的Outlast的面料制成内衣，就可以很好地解决问题。

1989年美国研究将含有微胶囊的纺织品用于宇航员手套衬，1995年美国开发极端低温水环境用的干式潜水服，其保温衬里采用微胶囊化的相变材料。1999年美国Natick研究中心对蓄热调温纺织品进行研究，开发出用于海军航空兵飞行员执行秋冬海上飞行任务时的飞行服保温内衬［9］。

孙浩［10］等人用石蜡和脲醛树脂制备微胶囊相变材料，通过测试微胶囊的各种性能，并对其在红外伪装隐身上的应用进行了研究。结果表明微胶囊相变材料既能够有效地模拟真目标的红外热特征，也能有效地遮蔽目标的红外热特征 ，具有红外隐真－示假的双重功能。

王冬云［11］公开了一种智能调温内衣，面料是由双向智能调温纤维纺织的纱线织造而成，双向智能调温纤维由纤维和其上黏合的相变调温微胶囊组成，通过相变微胶囊达到智能调温的效果。使用中只需薄薄的一层就可达到良好的保温效果，透气性好，穿着较舒适。

相变微胶囊在服装中应用很广，也有较早的历史，由于相变微胶囊是将相变材料作为囊芯，用成膜材料包裹，所以应用在服装可以达到调温的效果、在体内形成微气候。同时其吸热的效果可以降低目标在热红外谱段的热辐射，达到防红外的效果。在军用上使士兵在温度变化较大的环境下有更强的适应性、在特种环境下有更强的存活可能。对于老人和儿童等也可保护这些弱势群体，减少疾病的发生。对于相变微胶囊的不同的组分，和在纺织品的处理上还有很大的空间可供研究，从而提供更好的防护效果。

2.3 变色微胶囊在防护服装中的应用

将变色染料制成微胶囊，固着在纤维表面，形成光敏或热敏变色纤维，使军用服装在不同的情况下进行变色，进而伪装。

美国默克公司已研制成功热敏变色作战服，它是在一定质料的黑色纺织物上，印染能在几个温度区间如寒带、温带、热带改变颜色的液晶微胶囊而成。战场上穿着热敏液晶变色服装的士兵与自然环境浑然一体，即使无任何遮蔽，敌人目视也难以辨别［12］。

日本东丽公司采用内含热敏可逆变色色素的微胶囊与树脂一起涂布在基布上，制成了在低温下显色，高温下消色的织物。其变色特点是，温度在零至零下时，织物变黑，从而能大量吸收阳光的能量起到保暖作用；当温度升高到5℃以上时，织物变白，从而可抑制对阳光直射能量的吸收，这种特殊面料可用于制作能量调节用智能服装［13］。

变色微胶囊在防护服装的应用十分广泛，在军用服装上使用，使士兵在不同的环境下进行伪装。通过使用微胶囊技术提高了防护服装的使用性能。由于变色微胶囊的特点可以在服装加入变色微胶囊，在高温或低温环境下变色以给工作人员警示。也可以在婴儿和老人的内衣中加入变色微胶囊，当发烧时，衣服变色给人警示。因此，变色微胶囊在防护服装的应用有着很大的发展空间。

3 总结

我国的微胶囊应用到防护服装的技术和美国、日本等发达国家相比还有较大差距，将微胶囊技术应用到防护服装中还有很长的路要走。首先，囊芯和囊壁的选择在现有基础上，要有更多的创新，只有在基础打牢的情况下才能更快更好地发展；其次，将不同和各类微胶囊技术相结合，研究多功能的防护服装。最后，对微胶囊的应用要进一步研究，使微胶囊和织物很好地结合，更好地发挥各自的作用。

［1］孙瑶.仿中药成分的微胶囊制备及其应用［D］.北京：服装学院，2012.

［2］郭晓芳，李俊.防护服装的应用及发展趋势［J］.中国个体防护装备，2007，（6）：16—19.

［3］冯超.走近军用纺织品［J］.纺织服装周刊，2013，（27）：22—22.

［4］唐杰，吴赞敏.微胶囊技术在毛织物染整加工中的应用［J］.毛纺科技，2013，4（11）：26—30.

［5］张燕，李世军，赵阳.GB／T 28408－2012《防护服装防虫防护服》新标准解读［J］.中国个体防护装备，2013，（2）：29—32.

［6］何叶丽.创新的功能性纺织品生产技术（三）［J］.印染，2007，33（19）：52—53.

［7］东华大学，上海八达纺织印染服装有限公司.一种具有消除疲劳作用的Lyocell面料的制备方法：中国，CN201110401213.1［P］.2012－6－13.

［8］寿晨燕.相变微胶囊的制备及其在纺织上的应用研究［D］.上海：东华大学，2008.

［9］郝新敏.功能纺织材料和防护服装［M］.北京：中国纺织出版社，2010.

［10］孙浩，吴文健.石蜡微胶囊化及其红外伪装隐身性能研究［J］.光电技术应用，2005，20（3）：41—44.

［11］王冬云.智能调温内衣：中国，CN201110043567.3［P］.2012－8－29.

［12］王书勤，何在涛，姜华.高技术在外军单兵防护服装上的应用［J］.现代军事，2000，（7）：14—16.

［13］黄琮喜，刘祥萱，王煊军.微胶囊技术在军事领域的应用前景［J］.化工新型材料，2006，（10）：28—29.

［14］刘永霞，于才渊.微胶囊技术的应用及其发展［J］.中国粉体技术，2003，9（3）：36—40.