用于纺织品的香精微胶囊化壁材研究

倪昭玉，王　瑄，万　明，王建华

(1.浙江纺织服装职业技术学院宁波市先进纺织技术与服装CAD重点实验室，浙江宁波710048；2.西安工程大学纺织与材料学院，西安　315211)



用于纺织品的香精微胶囊化壁材研究

倪昭玉1,2，王瑄1，万明2，王建华1

(1.浙江纺织服装职业技术学院宁波市先进纺织技术与服装CAD重点实验室，浙江宁波710048；2.西安工程大学纺织与材料学院，西安315211)

摘要：香精微胶囊能有效地控制香精释放，微胶囊的壁材选择范围非常广泛，但很多壁材在实际生产中不能满足人们对安全、成本和环保等要求，文章介绍了香精微胶囊选择壁材的依据及要求，并根据微胶囊的特性讨论其所适用的壁材。

关键词：香精微胶囊；壁材；纺织品

0　引　言

微胶囊技术作为一种有效的控制释放技术，被广泛应用到医药、纺织、化妆品、食品、农药的领域中[1]。香精微胶囊能够避免香精的有效成分因挥发而损失，易储存，不易氧化，并且使香精在使用时安全、方便，具有良好的留存性、持久性和稳定性。目前,香精微胶囊已经受到世界各香料工业以及相关企业的重视，在国外，微胶囊香精已成为香精发展的一个重要方向。将微胶囊整理到纺织品上，活性成分从微胶囊中逐渐缓慢地释放出来[2]，在芳香的气氛中，对人体产生保健和医疗作用。

随着人们对壁材要求的提高，越來越多的人投入到了研究适用于充当微胶囊壁材的材料当中，其中包括：合成高分子材料，如乙基纤维素、聚乙稀、聚醋、环氧树脂等，天然高分子材料，如壳聚糖、β-环糊精、脂质体等，及其他无机材料[3]。

1　香精微胶囊壁材的选择依据及要求

现阶段，微胶囊的研究在壁材上存在诸多问题,如性能较好的微胶囊壁材价格有的比较昂贵，有的还可能存在对环境或人体存在危害，这些都会限制微胶囊的推广使用[4]。香料微胶囊化的壁材原料对微胶囊的形成有诸多影响，包括芯材性质、微胶囊粒径大小、成囊厚度及囊壁强度，还有对成囊方法有一定的选择性。因此，开发出价格低廉、对环境不产生负面作用且性能良好的微胶囊壁材成为当前香精微胶囊领域研究的热点[5]。

在选择微胶囊壁材时，对壁材有几个基本要求：具有可成膜性；壁材自身不会产生特殊气味；所选壁材不得与精油发生化学反应，不能改变香精的基本性质；能保持芯材的稳定性。目前，芳香微胶囊所选用的壁材多种多样，但壁材的成膜特性会影响到微胶囊的留香性能，如成膜厚度、香味缓释性、渗透性等[6-8]。因此，在实际成囊过程中，对壁材还有一些要求，如：形成的微胶囊囊壁能固化并且有一定的强度；壁材和其降解产物要对环境无危害；要求材料来源广，价格低廉；成膜性好，在储存和使用时足够稳定。

2　微胶囊壁材的选择及优化

制备精油微胶囊的第一个环节就是选择合适的壁材，不同的壁材对于微胶囊的强度、包埋率和粒型大小等理化性质有着重要的影响。由于微胶囊壁材的特性不同，形成的微胶囊界面特性也不同，因而根据释放行为，可将微胶囊分为两种类型，分别为封闭型和开孔型[9]。根据造壁次数可分为：单层、双层或多层结构微胶囊。

2.1单层微胶囊壁材

单层微胶囊研究较早、较多，普通所使用的壁材均可制备单层微胶囊，单层微胶囊又可分开孔型和封闭型微胶囊。

2.1.1开孔型微胶囊壁材

理想的开孔型微胶囊是壁壳上有很多微型小孔，这些微孔会随着气温的升高而扩大，香精能够透过微孔释放出来，未经温度作用，微胶囊的微孔收缩或紧闭，香精的释放速度缓慢，有利于香味的保存。目前，在售开孔型微胶囊一般开孔较大，微胶囊的释放较快，耐久性较差，其壁材多为天然高分子材料。

开孔型微胶囊可通过淀粉水溶液与非水溶性香精混合，最后形成固体颗粒。由于糖类壁材的界面特性不稳定，微胶囊化效率低。Soottitantawat等[10]研究改性淀粉通过喷雾干燥法对薄荷醇的包埋效果，发现改性淀粉的香精包埋率得到很大的提高，并且随温度的升高香精的保留率也有提高。改性淀粉有良好的界面特性，因而它的微胶囊化过程可通过喷雾干燥法来实现。

β-环糊精本身存在孔洞，并且具有的“内疏水，外亲水”的特性，能够与大量的客体分子进行包结，近年来被广泛的用于微胶囊的研制[11]，李月霞等[12]采用包结络合法制备了以β-环糊精为壁材和薄荷香精为芯材的球形开孔型微胶囊，整理到真丝织物上，微胶囊吸附非常牢固，利用β-环糊精形成的微胶囊环保无毒，由于其独特的空腔结构，能够对织物持续赋香[13]，也应用于纺织物的整理，但微胶囊的长效缓释性还有待提高。

2.1.2封闭型微胶囊壁材

封闭型微胶囊的壁壳上不含微孔，只有与外界接触经过外力的作用，使囊壁破损，香味才释放出来，若无外力作用，微胶囊不破裂，香味会持久保持。封闭型微胶囊的制备方法和可选壁材种类多种多样。

通常以明胶和阿拉伯树胶通过复合凝聚法制备，制得的微胶囊若经过固化处理可得到囊壁坚固的封闭型微胶囊香味整理剂，董志俭等[14]采用复合凝聚法以明胶和阿拉伯胶为壁材制备复合薄荷油微胶囊，制得壁材具有良好的控制释放性能和耐高温高湿等特性，产品的流动性很好，加入明胶改善了微胶囊的抗氧化性。明胶-阿拉伯胶复合所制备的微胶囊是目前市面上数量应用较多的，适宜非水溶性香精的包覆和大规模生产。还可以采用此法制备乳清分离蛋白与阿拉伯胶、明胶与羧甲基纤维素复合微胶囊，然而，制备的微胶囊粒径过大，难以应用到实际生产中。石燕等[15]分析乳清蛋白与阿拉伯胶制备油脂微胶囊时的相互作用，发现两种壁材之间发生了共价交联反应，并且利用复合物为壁材制备的油脂微胶囊结构致密、表面微孔少，且具有良好的韧性。

Peng等[16]通过对壳聚糖进行改性处理，化学合成了其衍生物mPEG-g-CS，具有良好的溶解性和成膜性，并成功将其作为壁材应用到微胶囊上，所制备微胶囊粒径大小并不均匀，但包覆率高达94.3%，能有效保护精油中的活性成分。壳聚糖作为天然的高分子材料，具有抗菌的特性，并且来源广泛，开发壳聚糖及其衍生物具有广阔的前景[17]。

在织物的芳香整理中，合成高分子材料成膜性和化学稳定性均好，常被用作封闭微胶囊的包囊材料，并在微胶囊壁材上的应用越来越广。微胶囊采用蜜胺树脂和环氧树脂等作为壁材时，制备工艺简单，所制微胶囊表面较为光滑，包埋率高，但制备壁材或微胶囊过程中会存在存在活性单体与芯材反应等缺点。王俊华等[18]采用聚氨酯为壁材制备的芳香整理剂，可以延缓香味的释放、增加香味稳定性，并应用于织物，可得到一种留香时间较长的芳香织物。但所制备的微胶囊致密性较差，需加入交联剂加以改善[19-20]。

2.2双层微胶囊壁材

开发双层微胶囊能明显改善芳香的长效缓释性能，其制成品有第二层膜的包覆，增加了囊壁的致密性，因而双层微胶囊具有良好的留存性、持久性和稳定性[21]。但相对于单层微胶囊具有操作较为复杂，成本增加，在壁材选择上存在一定的限制等不足。双层微胶囊可以通过如下两种方法制得。

a)由第二层聚合物壁材包覆内核单层微胶囊而制成的微胶囊，微胶囊经过两层壁材的包覆作用，改善微胶囊的某些特性。此类微胶囊既要保证能形成较好的包覆效果，还要保证香精的有效释放，因而壁材选择种类并不多。如蔡秀丽等[22]采用微胶囊连续双层包覆方法对茉莉香精同时包覆密胺树脂和聚丙烯酸酯,可以改善香精的耐热和缓释性能，但选用的壁材有一定毒性，不适用于食品药品等对安全性要求高的产品。Wang等[23]使用环氧树脂与固化剂产生两次聚合，形成的抗菌芳香微胶囊具有双膜结构，用该微胶囊整理纺织品效果持久且耐洗。潘晓昀等[24]使用海藻酸钠和羧甲基纤维素对香精进行第一层包覆，第二层的囊壁由明胶一阿拉伯树胶组成，所制备的微胶囊具有双层囊壁结构，具有良好的柔韧性及机械强度,将其应用在纺织品上具有水洗牢度好、留香时间长的优点。

b)利用材料的自身特性，将具有两层结构的壁材经过一次反应制成，目前研究较多的为酵母菌细胞。如Bishop等[25]利用酵母细胞天然的双层囊腔结构对薄荷油进行包覆,其包埋率达57.33%，具有大小均匀、安全无毒和易生物降解等特点。酵母菌细胞物能够很好地对活性物质进行包载，最高包覆量可达到70%[26]，目前用酵母菌细胞制备的微胶囊已经应用到多个领域，特别是食品、药品及纺织品上。

2.3多层微胶囊壁材

多层微胶囊由多层相同或不同的壁材与由活性成分组成的内核形成聚合物壳组成。目前，有少量专利公布了通过涂层方法得到多壁微球和微胶囊的技术，克维特尼特克西等[27]通过溶剂去除技术成功包覆薰衣草精油得到多层微胶囊，所制得微胶囊外径在70～90μm之间。此类微胶囊制备步骤较繁琐，壁材选用限制太多，胶囊的粒径不易控制，对后整理工艺有较大的影响，因而应用较少。

现在已有研究制备少量粒径在1～1000nm之间的胶囊，称之为纳米胶囊，但能制备纳米微胶囊的方法受限制，制备成本和壁材的安全性也是一大问题，目前主要应用到食品及生物工程中，在香味纺织品上的应用还较少[28]。Liolios等[29]研究发现纳米微胶囊由于它们的亚细胞尺寸，减少了物质运动的阻力，相比较于常规微胶囊，精油的抗菌效果有所增强。纳米微胶囊有更好的分散性、靶向性和缓释性能，可使香精免受外界如光、高温及氧化的影响，进而使香精的留香时间延长。

3　结　语

目前，可以作为微胶囊壁材的材料不少，但大多还是存在一些问题，导致实际上能够作为芳香微胶囊的壁材相对较少，新型壁材的开发进展也较慢，开发过程中存在一些技术上的问题，而通过不同壁材间的复配能弥补所用材料的一些不足和缺点。随着微胶囊技术研究的深入和社会对环保的要求，开发安全无毒环保且价格低廉的微胶囊壁材是当务之急，只有最大限度降低生产微胶囊的成本，才能真正实现香精微胶囊的大批量工业化生产。

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(责任编辑：许惠儿)

收稿日期：2015-04-08

基金项目：浙江纺织服装职业技术学院重大科研项目(2012-2A-001)；浙江纺织服装职业技术学院科研创新团队项目(2012-7-002)；宁波市自然科学基金项目(2014A610140)；宁波市先进纺织技术与服装CAD重点实验室开放基金项目(2014ZDSYS-A-P-004)

作者简介：倪昭玉(1990-)，女，湖北黄冈人，硕士研究生，主要从事功能化纺织产品的研究与开发。 通信作者：王瑄，E-mail:wangxuan6911@163.com

中图分类号：TS959.9

文献标志码：A

文章编号：1009-265X(2016)01-0061-04

Research of Essence Microcapsules Wall Material in Textile Industry

NIZhaoyu1,2,WANGXuan1,WANMing2,WANGJianhua1

(1.Ningbo Key Laboratory of Advanced Textile Technology & Fashion CAD, Zhejiang Fashion Institute of Technology, Ningbo 315211, China; 2.Faculty of Textiles & Materials, Xi’an Polytechnic University, Xi’an 710048, China)

Abstract：Essence microcapsules can effectively control release of essence. The selection range of wall materials of microcapsules is wide, but a lot of wall materials can not meet the requirements for safety, cost and environmental protection in practical production. This paper introduces the basis and requirement for selecting wall materials of essence microcapsules and discusses the suitable wall materials according to the characteristics of the microcapsules.

Key words：essence microcapsules; wall material; textile