功能性微胶囊的制备及其在针织面料气味控制整理中的应用

朱牧野，文水平，梁雪琼，陈荣洪，郑展霞

（1.广东职业技术学院轻化工程系，广东佛山 528041；2.江西南丰大信科技有限公司，江西抚州 344506；3.汕头市鼎泰丰实业有限公司，广东汕头 515100；4.佛山市魔晶科技发展有限公司，广东佛山 528329）

现代社会，人们对服饰的要求已不再停留在美观和遮体的层面上，而是更关注其舒适、保健、实用等功能。针织布主要作为夏秋季服饰面料，是人体的第二层皮肤，所以针织面料就更需要具备这些功能。

微胶囊作为储存载体，可以把功能性的助剂储存起来，再通过一定的媒介进行处理，赋予纺织品特殊功能，提高产品附加值，这就是我们对功能性微胶囊进行深入研发的初衷。微胶囊的生产成本较高，而且为了达到气味控制的目的，需要助剂同时具备抗菌抑菌和香味释放两种功能。微胶囊技术经过世界各国20 多年的研究，理论上已经有了很大的突破，国内外对其应用于纺织品功能性整理方面的实验较多，取得了不少的成果；但大多数还是停留在实验室阶段，真正能够用于工业化生产的并不多见。本研究将要探讨的是用于工业生产的实践和研发经验。

1 实验

1.1 材料与仪器

织物：单向导湿异形纤维混纺坯布5545（佛山市德田棉纺织有限公司）。

试剂：β-环糊精（安徽中南生物科技有限公司），聚乙二醇PEG-400（DOW 美国陶氏化学公司），异构醇聚氧乙烯醚（德国巴斯夫股份有限公司），香精（IFF 美国国际香精香料公司），抗菌剂（上海郎亿功能材料有限公司），植物油脂软膏（江西南丰大信科技有限公司）。

设备：无级变速反应釜（肇庆压力仪器设备有限公司生产，经江西南丰大信科技有限公司改制），粉状搅拌与固体造粒机（常州力马干燥设备有限公司生产，经佛山市魔晶科技发展有限公司改制），不锈钢浸渍过滤器、不锈钢化液料桶（江西南丰大信科技有限公司自制），热风拉幅定形机（佛山三技染整设备有限公司）。

1.2 香精微胶囊的制备

在无极调速搅拌器中，先启动搅拌器，依次加入异构醇聚氧乙烯醚、β-环糊精，搅拌5 min，再按2 ℃/min从室温逐步升温至60 ℃，以9 000 r/min 高速搅拌3 min，使微胶囊达成细粒，再调成750 r/min 慢速搅拌2 min；慢慢加入已经确定好香型的香精，以9 000 r/min的高速搅拌8 min，然后在58 ℃、750 r/min 匀速搅拌4 h 后，停止加热，继续搅拌至室温，出缸装入不锈钢罐中，静置24 h；去上层清水，留下浆状物待用。香精微胶囊制备工艺如下所示：

1.3 气味控制整理剂的制备

在不锈钢锥形粉体搅拌器中，间隔2 min 依次加入聚乙二醇、香精微胶囊、抗菌抑菌成分、其他药剂，45 ℃搅拌30 min，最后进行固态造粒，包装备用。气味控制整理剂制备工艺如下所示：

粉状搅拌及固体造粒机等设备如图1所示。

图1 粉状搅拌及固体造粒机

1.4 气味控制整理剂在针织面料上的生产应用整理工艺

定形机搅拌槽必须洗干净，排除以前生产的剩余物质干扰；然后将气味控制整理剂加水开料到30%，在热风拉幅定形机工序进行处理。吸湿排汗纤维采用涤纶异形纤维，表面存在凹凸狭缝构造。吸湿排汗纤维使用分散染料染色，采用高温（130 ℃）高压染色工艺；棉纤维采用常温（60 ℃）活性染料染色工艺。

1.5 测试

在客户定点加工染厂合作生产气味控制整理针织面料，经过市场的检验方式进行检测：（1）织物亲水效果测试；（2）织物抗菌性测试；（3）织物香味释香耐久性测试；（4）织物香味释香耐洗性测试。

织物亲水性：采用美国纺织化学家和染色家协会的标准AATCC 79（B）：2014《纺织品的吸水性（亲水性）》进行测试。

织物抗菌性：采用美国纺织化学家和染色家协会的标准AATCC 100：2012《抗菌纺织品的评价方法》、国家推荐性标准GB/T 20944.3—2008《纺织品抗菌性能的评价第3部分：振荡法》进行测试。

织物香味释香耐久性：参照GB/T 14454.2—2008《香味香气评定法》进行测试，采用多名评香员摩擦感官嗅闻辨别评分法进行。

织物香味释香耐洗性：采用ISO 105 C6 的A1S 洗涤方法，测试织物的耐洗牢度。

水蒸气渗透性（排汗性）：吸水率、滴水扩散时间按照GB/T 21655.1-2008《纺织品吸湿速干性的评定第一部分：单项组合试验法》，分别从每块织物取5个试样进行测试，试样尺寸为10 cm×10 cm。

2 结果与讨论

2.1 微胶囊壁材的筛选

功能性微胶囊要选择合适的壁材和芯材。常用的壁材有：天然高分子材料如明胶、海藻酸钠、虫胶等，半合成高分子材料如羧甲基纤维素、乙基纤维素、β-环糊精等，全合成高分子材料如聚丁二烯、聚乙二醇、聚氨酯等［1］。如图2 所示，β-环糊精可以存放较多的芯材物质，β-环糊精的羟基都是朝向洞穴的外围，表现为外表面亲水，洞穴内部疏水［2］。这正好符合类似水包油的结构，便于在以水作为媒介的处理浴中，对纺织品进行处理。β-环糊精的外围属于水溶性物质，可以包覆油性物质，这与将要制作的微胶囊正好吻合［3］。并且，当微胶囊中的有效物质因长时间释放完之后，还可以进行再生处理，使微胶囊具有再生功能。

图2 β-环糊精结构示意图

在微胶囊制备过程中，作为芯材的物质受到外力的作用，向壁材中扩散的方式主要有：壁材渗透、受热膨胀、受力剪切以及受压溢出4种［4］，如图3所示。

图3 微胶囊制备中主要的4 种扩散方式

2.2 微胶囊的制备工艺分析

以β-环糊精为壁材的微胶囊制备有5 种工艺，分别是界面聚合法、原位聚合法、水相包埋法、油相包埋法、分子包结法［1］。其中：（1）界面聚合法需要进行缩聚反应，适用于阻燃剂微胶囊的制备；（2）原位聚合法反应单体需要可溶，适用于变相微胶囊的制备；（3）水相包埋法形态规则，但颗粒直径小，可以用于芳香微胶囊的制备；（4）油相包埋法工艺复杂、固体量大、分散介质具有危险性，一般用于无机变色微胶囊的制备；（5）分子包结法稳定性好、吸湿率低、成本低，适用于香精微胶囊的制备。通过比较，本研究采用β-环糊精包结络合物法，这也是比较成熟的微胶囊制备方法之一。制备得到香精微胶囊如图4 所示，气味控制整理剂如图5所示。

图4 香精微胶囊（浆状悬浮液）

图5 气味控制整理剂（固体颗粒）

香精微胶囊是一种悬浮液，储存稳定性不是很好，尤其是印染厂化工仓库储存条件普遍不好，更不利于微胶囊的存放。所以，将微胶囊配以抗菌抑菌剂及其他辅助药剂，加工成固态颗粒，既将各种有效物质集聚一体，又对功能性有效物质多了一层保护，减少了外界因素对微胶囊的破坏，保证其储存的长效性。

2.3 气味控制整理方式的筛选

在印染大生产中，织物整理方式有6 种：（1）织物涂层布，微胶囊与涂料一起进行涂层处理；（2）涂料印花布，微胶囊添加在涂料中一起印制到印花布上；（3）在织物后整理中，微胶囊与其他整理剂同浴浸轧处理；（4）成衣处理，微胶囊通过喷雾对纺织品进行吸附处理；（5）成衣处理的第2 种办法，即微胶囊通过同浴洗涤对成衣进行处理；（6）在化学纤维生产的喷丝工序，将微胶囊以一定的比例掺进纤维母粒中，制成具有各种功能的化学纤维。

本实验的研究对象是已经染色的针织面料，根据针织面料的加工特性，涂料涂层和喷雾洗涤这些加工方式不能选用，只有织物后整理和化纤喷丝这两种加工途径。化纤喷丝需要在原料喷丝的过程中进行，由于横跨了两个不同的加工行业，成本也会增加。因此，本实验选择了织物后整理方式，在成品定形的时候，采用浸轧方式对织物进行处理。

2.4 气味控制整理的定形配方和工艺筛选

2.4.1 采用重预定、轻成定工艺设计的必要性

含氨纶的针织面料比梭织布软，要进行预定和成定两次定形。本实验采用重预定、轻成定的定形工艺，气味控制整理的预定工序工艺一定要把控好，把传统由高温成品定形控制的织物平整度、幅宽与单位面积质量，交由预定来完成，这样成品定形就不用很高的温度，满足气味控制整理定形温度不能过高的必要条件，使气味控制整理得以顺利进行。

2.4.2 预定形工艺

（1）气味控制整理在成品定形工序进行，但微胶囊耐热性差，所以必须把定形温度降下来，降低了成品定形的温度，势必对针织面料的成品幅宽、单位面积质量造成影响。所以，把需要在成品定形控制的这两项，放在面料的预定形工序去完成。

（2）预定形工序要将成品幅宽、单位面积质量把握好，根据针织布的氨纶含量、经密和纬密的组织质地，再凭生产经验，按照上机幅宽计算出下机幅宽，要控制好超喂和车速，温度控制在205～210 ℃。

2.4.3 成品定形

成品定形按设计及筛选得到较优的气味控制整理的定形配方和工艺，如表1所示。

表1 气味控制整理的定形配方和工艺

由于微胶囊与织物没有亲和力，需要通过交联才能完成。但是交联反应对织物的手感有一定的影响，所以同浴加入柔软剂，选择非硅蓬松软膏作为柔软剂，因为其亲水，可以使面料很好地吸湿排汗；蓬松，可以让纤维与微胶囊有更大的接触面积，使纤维和微胶囊能更好地粘附结合；处理后成品手感柔滑度良好。成品定形在实际生产中的操作，按低温快速的原则进行，在定形前调整好丁腈橡胶辊的浸轧压力，一是考虑浸轧后的带液率适合，让有效成分吸附均匀；二是压力不能过高，以保证微胶囊完整，不至造成破壁。

2.5 吸湿排汗

吸湿排汗一般通过两种途径达到：（1）异形涤纶纤维，如扁平的十字截面，但这类纤维成本较高；（2）在织物表层印上防水剂的网格纹路，但印花会影响手感，且耐久性不好。从耐久性考虑，一般选用异形涤纶纤维。与常规涤纶纤维相比，一般吸湿排汗涤纶纤维的截面呈扁平十字型，表面有4 道沟槽作为排汗管道。这种扁平的4 凹槽结构形成了许多毛细效应强烈的细小芯吸管道，从而具有将汗水迅速排至针织面料表面的功能。同时，该纤维的比表面积比同细度普通圆形截面纤维大19.8%，因而在汗水排至该纤维织物表面后，能快速蒸发到周围空气中，展现较好的吸湿排汗功能［5］。但由于该纤维的比表面积比普通纤维大，导致用分散染料染色时比常规涤纶得色要浅，上染率低，色牢度差，且容易出现色花疵病。所以，染色工序考虑保守路线为好，从染色升温就要缓慢，在到达涤纶纤维的玻璃化转变温度时，加入5～10 min停止升温的工艺。棉使用活性染料染色。涤纶高温高压溢流染色机的染色温控曲线如下所示：

2.6 成品织物功能效果的检测结果

2.6.1 亲水性

在温度（21±1）℃、相对湿度（65±2）%的条件下测试织物亲水性（吸湿性），织物试样尺寸为（200±5）mm×（200±5）mm，测得的亲水性为1 s。

2.6.2 抗菌性

在培养箱温度45～50 ℃、布样（4.8±1）℃、作用时间24 h的条件下测试织物抗菌性，结果如表2所示。

表2 织物的抗菌性

2.6.3 织物香味释香耐久性

目前气味控制整理剂根据客户的不同需求，已经开发生产4 种香型，分别是：热情果香、留恋花香、星辰海洋、童话小镇。由于目前尚无合适的标准可以使用，本实验采用GB/T 14454.2—2008 进行嗅觉评香的定性检测方法，由10 位评价员嗅辨放置在密闭容器中的试样气味并打分，去掉一个最高分，去掉一个最低分，将其余8 个分数平均得到最后的评分，满分为40分，结果见表3。

表3 织物香味释香耐久性

洗涤后参照GB/T 14454.2—2008，采用10 名评香员对织物摩擦，以感官嗅闻辨别，然后进行评分并计算平均分数的方法（满分40分），测试结果为16分。

经过上述整理得到的针织面料，洗涤后香味衰退比较大，日常应用中可采用在洗衣机洗涤中持续添加整理剂的方式进行续香处理，补充香味，以保持面料成衣的香味能够长久。洗衣机洗涤过程加入中性洗涤剂、香珠、非硅蓬松软膏一起洗涤即可。

2.6.4 水蒸气渗透性（排汗性）

织物的水蒸气渗透性（排汗性）如表4所示。

表4 织物的水蒸气渗透性（排汗性）

由表4 可以看出，经过整理后的织物吸湿排汗性能良好。

3 结论

气味控制整理就是将吸湿排汗、抗菌抑菌、香味整理集于一身的功能性整理，使纺织品具有快速吸湿排汗，去除和控制不良异味，散发使人愉悦的香味，从而达到健康振奋的效果。夏季，尤其是华南一带天气较热，一年中穿着针织面料成衣的时间较长，气味控制整理更具实用价值。

用微胶囊作为载体，对针织面料进行吸湿排汗、抗菌抑菌、加香三位一体的气味控制整理，比其他加工方式效果更好，且染厂整理工艺比较简单，可以进行进一步的实践和探索。