微膠囊技術(shù)是采用機(jī)械或化學(xué)方法將固體微粒、液體或氣體用聚合物薄膜材料包覆起來(lái)ncr，制成粒徑在1～500μm常態(tài)下穩(wěn)定的微型包裹的技術(shù)。微膠囊技術(shù)的研究始于20世紀(jì)30年代。50年代ncr，美國(guó)NCR公司開發(fā)ncr了微膠囊的制備技術(shù)ncr，對(duì)染料進(jìn)行微膠囊化來(lái)制備無(wú)碳復(fù)寫紙。70年代中期，微膠囊技術(shù)在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，特別是在食品、醫(yī)藥、農(nóng)藥、日用化學(xué)品和生物制品等方面取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
微膠囊技術(shù)在紡織工業(yè)中的應(yīng)用起步較晚，直到近20年才得到應(yīng)用，由于微膠囊具有緩釋性和隔離作用，其在染整應(yīng)用中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，有利于推動(dòng)印染行業(yè)的清潔生產(chǎn)。
微膠囊的結(jié)構(gòu)
微膠囊由芯材和壁材兩部分構(gòu)成，被包覆的物質(zhì)稱為芯材，包覆芯材的物質(zhì)為壁材。
微膠囊的壁材通常是一些天然或合成的高分子材料，這些材料具有良好的成膜性，能夠?qū)π静钠鸬奖Ｗo(hù)作用。壁材的選擇往往由芯材的性質(zhì)和微膠囊的用途所決定。一般情況下，應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素：壁材的親水親油性與芯材的相反；壁材要具有良好的成膜性和一定的強(qiáng)度；壁材與芯材不起化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)要考慮其滲透性和溶解性；成本因素。
芯材是微膠囊的核心部分，可以是醫(yī)藥、酸化劑、香精香料、維生素、礦物質(zhì)、酶、微生物、染料、涂料、感光材料、相變材料、殺菌劑、交聯(lián)劑、催化劑等。在紡織品加工中，常用的芯材有分散染料、陽(yáng)離子染料、酸性染料、和芳香劑、阻燃劑、抗菌劑等功能性整理劑及助劑。
微膠囊的制備方法
自微膠囊技術(shù)問(wèn)世以來(lái)，其制備方法或工藝一直是很多學(xué)者研究的重點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)有的微膠囊制備方法有200多種，根據(jù)其包裹方法的不同，主要分為聚合反應(yīng)法，物理化學(xué)法，物理法等三類。在紡織品加工中常用的微膠囊制備方法主要有復(fù)凝聚法、單相凝聚法、原位聚合法、界面聚合法、分子包埋法以及最近研發(fā)的超臨界液體快速膨脹法和高壓靜電法等。
微膠囊在紡織中的運(yùn)用
1953年Green發(fā)明了凝聚法微膠囊化的方法，首次將液體材料微膠囊化，解決了無(wú)色染料穩(wěn)定性的問(wèn)題，具有劃時(shí)代的意義。微膠囊技術(shù)在紡織中主要應(yīng)用領(lǐng)域包括微膠囊染色，微膠囊印花，微膠囊功能整理劑等。
01
微膠囊染色
微膠囊染色中應(yīng)用最多的是分散染料微膠囊。松井色素化學(xué)公司研究發(fā)現(xiàn)，最適合為膠囊化的染料就是分散染料，該公司利用甲基纖維素等水溶性壁材成功制備了分散染料微膠囊，同時(shí)也成功將一些酸性染料、陽(yáng)離子染料微膠囊化。在篩選適于拼染的微膠囊化分散染料時(shí)需要知曉，微膠囊化分散染料的染色性能與芯壁比密切相關(guān)，選擇合適的芯壁比可以使染色效果更佳，染料的配伍性更好。
微膠囊在染色方面的應(yīng)用還包括微膠囊染科彩虹染色、微膠囊染料多組分纖維染色，高介電常數(shù)微膠囊染料靜電染色，染料微膠囊的干法染色等。上海交通大學(xué)以及中南大學(xué)均制出了取得理想的彩虹染色效果的彩虹染色微膠囊。微膠囊染料靜電染色工藝不僅工藝簡(jiǎn)單、精細(xì)度高，而且不需要進(jìn)行后處理，可獲得常法不能得到的效果。
02
微膠囊印花
微膠囊印花是將染料、顏料包囊后用于織物的印花，可在織物上獲得彩色微粒子的特殊印花效果。例如在同一朵花紋中，由于纖維不同，對(duì)復(fù)合型微膠囊染料中的染料進(jìn)行專一性選擇上色，可以構(gòu)成了繁花似錦的獨(dú)特效果。常見的微膠囊印花可分為為以下幾種。
微膠囊熱敏變色印花
為了能使印花的色澤與圖案隨環(huán)境中的光線、溫度或濕度的變化而變化，要求染料有光敏、熱敏或濕敏的特性，因此人們開發(fā)了變色染料。變色染料用于印花由于一些變色染料對(duì)纖維沒(méi)有親和力或只有封閉在微膠囊中纖維才能維持變色的條件產(chǎn)生變色效應(yīng)等原因，需要制成微膠囊形式。最初人們?cè)跓崦糇兩玖系挠』üに囍胁捎昧宋⒛z囊技術(shù)，后來(lái)，又開發(fā)出紫外線變色的光致變色染料微膠囊。目前使用這類變色染料還存在不耐洗、不耐曬、牢度差的缺點(diǎn)。對(duì)熱敏變色染料研究和生產(chǎn)處于領(lǐng)先地位的是日本松井色素工業(yè)公司和英國(guó)默克公司，他們都有自己的變色染料系列。上海纖維研究所熱敏變色染料的研究也取得了很大成就。
微膠囊多色多點(diǎn)印花
染色過(guò)程中可能因染料顆粒的聚集而形成色點(diǎn)，這本來(lái)是染色工藝中所不希望的，是造成次品的一種原因。但是在某些場(chǎng)合中，不規(guī)則的色點(diǎn)會(huì)帶給人們新穎的感覺，但兩種以上的染料混用就很難產(chǎn)生這種效果。若對(duì)染料顆粒微膠囊化，就可以進(jìn)行紡織品的多色多點(diǎn)印花。Hayashi化學(xué)公司開發(fā)了微膠囊化染料，在聚酯、聚酰胺、棉、毛、丙烯腈類纖維上使用此技術(shù)能得到多色效果。Hayashi公司的產(chǎn)品MCPHP染料就是微膠囊化的分散染料，與紡織品接觸，經(jīng)適當(dāng)處理后染色斑點(diǎn)直徑為50~3000um，改變膠囊的粒徑和形狀，調(diào)整染料的濃度，可控制染色斑點(diǎn)大小。日本林化學(xué)工業(yè)公司將活性染料以水為溶劑膠囊化，制得MCP-T型微膠囊染料，當(dāng)膠囊中的染料向纖維轉(zhuǎn)移和上染固著后，呈現(xiàn)出微粒的雪花顆粒狀顏色。
微膠囊轉(zhuǎn)移印花
轉(zhuǎn)移印花是用于有明顯玻璃化溫度的合成纖維織物，如滌綸織物。采用微膠囊技術(shù)，將染料和溶劑制成微膠囊，然后把微膠囊構(gòu)成的圖案印在轉(zhuǎn)移紙上，再將紙放在織物上，通過(guò)壓力、高溫、濕熱作用，使微膠囊破裂，在溶劑作用下，釋放出的染料轉(zhuǎn)移到織物并固著在纖維上。若將熱敏變色液晶微膠囊與粘合劑加在一起涂在轉(zhuǎn)移紙上形成液晶脫膜轉(zhuǎn)移紙，就可對(duì)多種物體進(jìn)行轉(zhuǎn)移印花，并在物體表面產(chǎn)生熱敏變色的奇妙效果。這種方法與傳統(tǒng)的熱轉(zhuǎn)移印花相比，除了具有不用糊料、節(jié)省染料、節(jié)約轉(zhuǎn)移紙、減少?gòu)U水污染等優(yōu)點(diǎn)外，還能擴(kuò)大染料的選擇范圍，不再限于升華牢度低的染料，同時(shí)也提高了熱轉(zhuǎn)移印花的升華牢度。
微膠囊發(fā)泡立體印花
發(fā)泡微膠囊的膨脹是依靠囊心物質(zhì)的物理狀態(tài)的變化—?dú)饣a(chǎn)生壓力而引起，將發(fā)泡微膠囊和粘合劑印制于織物上，干燥后在適當(dāng)高溫(取決于發(fā)泡微膠囊類型及纖維的種類)的條件下熱處理，微膠囊內(nèi)部的低沸點(diǎn)溶劑氣化產(chǎn)生足夠的內(nèi)壓力使塑性化的囊壁膨脹，微膠囊直徑擴(kuò)大至原來(lái)的3~5倍，冷卻至室溫后仍保持發(fā)泡后的狀態(tài)，從而獲得立體感強(qiáng)的發(fā)泡效果。
微膠囊靜電印花
靜電印花是在紙張靜電印刷的工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。一般靜電印花只采用分散染料。目前靜電印花存在著兩大缺點(diǎn):一方面是所用的樹脂載體影響織物手感；另一方面是圖案清晰度不太好。為了解決這些問(wèn)題，瑞士山德士公司研制出了一種使用染料微膠囊靜電印花的專利技術(shù)。將染料分散或溶解在具有高介電常數(shù)的溶劑中(如水、乙醇、丙醇、乙二醇等)或設(shè)法使染料微膠囊表面帶有電荷，再用合成高分子膜(聚酯、聚酰胺、聚丙烯酸酯)把染料溶液包覆成微膠囊，靠靜電場(chǎng)的作用使染料微膠囊固著在纖維上或纖維間，經(jīng)過(guò)加壓或加熱，染料即可升華沖出微膠囊而固著在織物上。
03
微膠囊后整理
紡織品后整理已成為提高產(chǎn)品附加值和改善紡織品功能的重要途徑之一，利用微膠囊技術(shù)使紡織品具有特種功能是目前發(fā)展的熱點(diǎn)。各種織物后整理劑都可以制成微膠囊后用于織物的后整理。如芳香、阻燃、抗菌防臭、蓄熱保溫、防毒、防霧、抗污、防皺、防縮、柔軟、防紫外線等。
芳香整理
1987年日本鐘紡公司開發(fā)芳香織物“花之香”，采用微膠囊香精對(duì)紡織品進(jìn)行香味整理，引起了轟動(dòng)效應(yīng)。此后各種芳香紡織品相繼推出，并開發(fā)了所謂“芳香療法”整理的織物。有些天然的香精不僅具有怡人的香味，還有一定的醫(yī)療作用，如薰衣草、天苧葵、春黃菊等所散發(fā)的香味有助于消除疲勞、提高睡眠。薄荷、金銀花等香味的紡織品做成的枕頭能起到鎮(zhèn)靜、安神的作用。香味物質(zhì)微膠囊有兩種，一種是開孔型，微膠囊壁有許多微孔，不斷釋放香味，且隨溫度升高而加快。另一種是封閉型，其壁材是脆性的，在受壓或摩擦下易破裂，因而釋放出香味。
阻燃整理
阻燃劑直接施加于紡織品上，會(huì)影響手感、降低其柔軟性和懸垂性。將阻燃劑微膠囊化后對(duì)織物進(jìn)行阻燃整理，可制得阻燃效果較好的織物。對(duì)于混紡織物，因?yàn)楦鞣N纖維在結(jié)構(gòu)上存在差異，需要使用不同的阻燃劑進(jìn)行整理。例如對(duì)滌/棉（粘）混紡織物進(jìn)行阻燃整理時(shí)，所用兩種阻燃劑不相混溶，因而需要分別處理。而使用微膠囊化阻燃劑則可一次整理，大大縮短了工藝。整理時(shí)，只需將由兩種微膠囊阻燃劑在水中形成的懸浮液噴射到織物上，烘干壓軋后，再經(jīng)焙烘處理即可。
抗菌防臭整理
將抗菌防臭整理劑制成微膠囊后，由于微膠囊的粒徑足夠小，浸透和附著不僅在紗線表面，而且還滲透和附著到構(gòu)成紗線的每根纖維的表面。這樣，使用少量的粘合劑，也可大大改善織物抗菌防臭的耐久性。有人利用中藥艾蒿提取物制成微膠囊，并處理固著在錦綸織物上，使錦綸纖維具有保濕、抗菌防臭等功能，用扁柏植物提取物制成的微膠囊處理棉織物，有醫(yī)療過(guò)敏皮炎，抑制搔癢的功能可用于制作睡衣，并有較好的耐洗性。還有將維生素C、維生素E、海藻提取物制成微膠囊后，處理在長(zhǎng)統(tǒng)襪上，在穿著的過(guò)程中保持皮膚的潤(rùn)濕性并有很好的醫(yī)療作用。
蓄熱調(diào)溫整理
蓄熱調(diào)溫的原理源于微膠囊中的相變材料，它能根據(jù)外界環(huán)境溫度的變化發(fā)生固-液可逆變化，從外界環(huán)境吸收或釋放熱量，在紡織品周圍形成基本恒定的微氣候，從而實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)功能。將相轉(zhuǎn)變物質(zhì)包覆于微膠囊中，整理于織物后，可制成氣候舒適性服裝。近幾年來(lái)，歐美國(guó)家在這個(gè)領(lǐng)域研究較多，已開發(fā)出在極限溫度下生存的科研人員的服裝，如宇航服，南極考察用服裝等。
防毒整理
這種微膠囊的制備方法采用界面聚合和有機(jī)相分離法，包括了固體反應(yīng)性化學(xué)消毒劑，它可使有毒芥子氣和有毒神經(jīng)劑鈍化。壁殼選用半滲透性的聚合物，這種壁很薄，只有1~10 um對(duì)消毒劑是不滲透的，但可以有選擇地快速滲透有毒化學(xué)藥劑。而且囊壁能保護(hù)芯不受熱、濕和光的分解作用以達(dá)到長(zhǎng)期和最佳的消毒效果。此微膠囊為中和有毒的化學(xué)藥劑提供反應(yīng)場(chǎng)所，可通過(guò)樹脂整理用丙烯酸類粘合劑均勻地施加在織物上。所得織物經(jīng)過(guò)反復(fù)洗滌和紫外線照射后依然可保持消毒能力。
小結(jié)
隨著微膠囊技術(shù)的研究不斷深入，擴(kuò)展其制備工藝日益成熟，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，微膠囊技術(shù)應(yīng)用于紡織業(yè)雖然只有十幾年卻已取得了令人矚目的成就。雖然現(xiàn)階段投入市場(chǎng)的微膠囊化產(chǎn)品仍然極為有限，但是微膠囊技術(shù)在織物的功能整理上存在著巨大的潛力。微膠囊技術(shù)的應(yīng)用極大地拓寬了紡織品后加工領(lǐng)域在紡織工業(yè)具有廣闊的發(fā)展前景。
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