微胶囊技术在印染行业应用

微胶囊技术在印染行业应用纪俊玲教授常州大学2014-06-28目录微胶囊技术概念1

微胶囊化原理、方法及步骤2印染方面的主要应用3

微胶囊技术的发展趋势及展望4微胶囊技术(Microencapsulation)是一种用成膜材料包覆固体或液体，使其形成微小粒子的技术。得到的微小粒子叫微胶囊。

粒子大小一般在微米或毫米范围PART1Microencapsulation微胶囊技术的基本概念芯材指在微胶囊中，被包埋的物质。壁材指包埋芯材实现微囊胶化的物质称为。微胶囊技术中常用的壁材：天然高分子材料半合成高分子材料合成高分子材料

明胶、阿拉伯胶、虫胶、紫胶、淀粉、糊精、蜡、松脂、海藻酸钠、玉米朊无毒，稳定，成膜性好，可降解，生物相容性好；力学性能差、原料质量不稳定缩甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素毒性小，粘度大，成盐后溶解度增加，但易水解，不耐高温，需临时配制聚乙烯、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚丙烯、聚醚、蜜胺树酯、脲醛树脂、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚酰胺、聚丙烯酰胺、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂、聚硅氧烷成膜性好，化学稳定性好，力学性能好；生物相容性较差Microencapsulation微胶囊技术的基本概念粉末化：将液体、气体等变成干燥的粉末；降低挥发性：使一些容易挥发的物质变得难于挥发；

提高物质的稳定性（易氧化，易见光分解，易受温度或水分影响的物质）；掩味；

隔离活性成分：阻止反应；控制释放：定时或逐步释放内芯材料。MicroencapsulationFunction微胶囊的功能微胶囊技术的最大特点就是具有靶向性和控释性，即根据需要在恰当的时间和恰当的位置以一定的速率进行释放。Part2微胶囊化的一般步骤

核心竞争力微胶囊制备方法喷雾干燥法、喷雾冷冻法、空气悬浮法、包合法、挤压法等物理法物理化学法化学法界面聚合法、原位聚合法、分子包囊法、辐射包囊法等相分离法干燥浴法（复相乳液法）、粉末床法、熔化分散冷凝法、囊心交换法等

No.3锐孔凝固浴法

No.2原位聚合法

No.1界面聚合法主要制备方法界面聚合法：这种方法是利用在界面处发生聚合反应而形成纳米粒,不仅包封率高,而且能很好地保护药物。原位聚合法：单体和催化剂位于囊芯液滴的内部和外部，单体可溶，生成的聚合物不溶，聚合物沉积在囊芯表面形成微胶囊。X(X)n(X-Y)nXX+Y(X-Y)n(a)(b)(c)反应剂：X、Y；聚合产品：(X-Y)n(X)n锐孔—凝固浴法：可把成膜材料包覆囊芯过程和壁材固化过程分开进行，有利于控制微胶囊大小、壁膜的厚度。微胶囊压缩空气囊芯材料包覆材料传送带

No.6喷雾冷冻法

No.5熔化分散冷凝法

No.4干燥分离法主要制备方法干燥分离法（复相乳液法）：适合于形成水溶液囊芯的微胶囊。形成（W/O）乳液疏水性高聚物壁材溶液囊芯水溶液形成[（W/O)/W]乳液保持性胶体溶液加热减压去除溶剂形成微胶囊溶剂蒸发熔化分散冷凝法：利用蜡状物质在受热时独特的性质来实现微胶囊化。热空气囊芯蜡层70℃热水区20℃冷水区用蜡包封的胺微胶囊喷雾冷冻法：1.将药物及稳定剂溶液分散到疏水性载体高分子的有机溶剂中(常用二氯甲烷)形成油包水乳液.2.混合液经喷雾装置进入到冷的酒精中3.有机溶剂中界面封以液氮,在-70℃温度下乙醇将微球中的有机溶剂不断抽提,经过滤、干燥即可得包载药物的微胶囊.

此方法制得的药物包封率可接近100%。大小形貌包埋率结构扩散率热稳定性微胶囊粒径大小及分布可以通过激光衍射粒度分布仪测得平均粒径及分布通过OP、SEM、TEM等观察微胶囊的微观形貌、空隙大小及团聚程度通过ICP、TGA测定微胶囊包埋率，包埋率越大，表示反应越完全分光光度法可用于表征微胶囊扩散性能，它对物质包埋及释放性能尤为重要FTIR、NMR等常用于表征微胶囊结构，判断分子中官能团的变化及反应情况通过DSC、TGA、DAT可用于表征微胶囊的热稳定性、潜热值和熔化焓等主要应用Part3◆香料微胶囊◆蓄热保温微胶囊◆分散染料微胶囊背景优势应用特点香料微胶囊化作用香味功能-芳香消臭

掩盖令人不愉快的异味-营造气氛散发香气的环境，改善精神状态、提高工作效率-保健功能

改善因工作、压力而造成的失眠及精神忧郁等-个人魅力

提高现代商务礼仪人士外在气质魅力应用领域

家纺纺织品

服装纺织品

生活用品

产业纺织品女性内衣、休闲针织服装等添加香味可体现个人魅力及有一定的保健功能汽车面料提神醒脑的薄荷香味等眼镜、文具等生活用品增加产品附加值床品、窗帘、地毯、家居布等添加薰衣草等，可营造温馨优雅的气氛兼有一定保健功能应用领域应用绿色健康生活

香料微胶囊

特点Aromamicrocapsulefinishingagent-香味纯正，香型众多；-耐洗性好，洗涤10次后仍保留较好的香味；-留香时间久，长达一年以上-粒径分布均匀，纳米级产品介绍Productpresentation水果系列花香系列玫瑰、桂花、茉莉、百合、芦荟、丁香草木系列薰衣草、薄荷迷迭香、绿茶咖啡、檀香、竹子客户定制系列烟草咖喱等柠檬、苹果草莓催眠安神薰衣草-lavender改善失眠，应用于床上用品及睡衣等；舒缓紧张心情，应用于女士内衣、窗帘等室内家居用品；对镇痛、治疗风湿病等有一定的理疗效果。催眠安神玫瑰-rose帮助睡眠，用于床上用品；有抚慰和松弛作用，利于身心健康，应用于女士内衣、室内家居用品；具有行气活血的医疗功效。提神醒脑RefreshingWakeup迷迭香

柠檬茉莉

薄荷绿茶咖啡迷迭香提神醒脑，应用于汽车面料缓解头昏脑涨的不适症状，应用窗帘、地毯等室内家居用品柠檬提神醒脑，驱除困乏，提高注意力化解忧思忧虑，应用于女士休闲服装、室内装饰家居用品具有一定的驱风镇痛功效茉莉稳定情绪，解除郁闷，使人产生一种轻松安静的心情，应用休闲服装、室内装饰家居用品具有抚慰、镇痛的药理作用薄荷薄荷的清凉气息具有强力提神效果，可祛除蚊虫，应用于汽车面料；消除恶心、紧张和紧张性头痛，应用于休闲服装、室内装饰家居用品绿茶具有抗菌消炎的药效功能茶油可治粉刺，也可退热咖啡带来一种柔和的兴奋感具有瘦身减肥效果，用于女装裤袜等提神醒脑保湿护肤苍兰-freesia对皮肤有很好的护理作用；幽香高雅，其浓郁的香味，非常得人喜爱应用于内衣及床上用品保湿护肤芦荟-aloe营养肌肤，具有保湿、防晒、消炎、止痛等功能，用于内衣面料香料微胶囊Perfumemicrocapsule香精微胶囊有效解决了留香时间和香精控制问题香精微胶囊最常用的应用方式香味印花

将香味微胶囊化后可以其整理到织物上，延长香味有限时间，长时间安抚紧张情绪，改善焦虑现象，且可避免上瘾、过量致死香料微胶囊上图是织物与微胶囊的交联图示；下图是处理后的织物的SEM图，证实微胶囊与织物纤维附着良好，且微胶囊单独分布，并无过度聚集香料微胶囊左图，2h后不同湿度下香草醛微胶囊处理后的织物的释放曲线，随着温度逐渐增加，香草醛释放逐渐增多，在65℃、80%的湿度下仍残留有21.9%的香草醛，表明被微胶囊处理过的织物有效，且具有缓释性能；右图，有无香草醛微胶囊处理后的织物的水洗性能，随着水洗次数的增多，香草醛含量减少，微胶囊与织物的附着为物理附着，当水洗14次时，香草醛的残留量依旧有8.6%ZujinYang，ZhangfuZeng,ZuobingXiao，etal．Preparationandcontrollablereleaseofchitosan/vanillinmicrocapsulesandtheirapplicationtocottonfabric[J]．FlavourandFraganceJournal，2013，29：114-120．蓄热保温微胶囊Thermalstoragemicrocapsule蓄热保温微胶囊可用于解决热能供给和需求失配的矛盾，是提高能源利用率和保护环境的重要技术具有广泛的研究前景技术内容相变材料微胶囊的制备工艺流程

油相甲苯二异氰酸酯预聚体O/W乳液聚脲内壁聚氨酯外壁水相双层微胶囊产品扩链剂二乙烯三胺水溶液聚氨酯外壁考虑人体舒适度，选用30#石蜡作为相变材料芯材的选择材料名称碳原子数分子量熔点(℃)熔解热（kJ/kg）正十四碳141985.5226.8正十五碳1521210247.8正十八碳1825428.2243.6正二十碳2028236.6247.8正二十二碳2231044252正二十七碳2738058.8235.62正三十碳3043668242.76芯材石蜡的乳化SMA在微胶囊芯材表面的乳化排列过程

SMA的乳化作用主链和苯环基团疏水羧酸基团亲水壁材的形成聚脲囊壁的反应

聚氨酯囊壁的反应壁材固化固化升温速度的影响

缓慢升温

快速升温

表面粗糙有絮状物表面光滑相变材料微胶囊性能评价微胶囊表观形貌和粒径分布粒径基本成正态分布，平均粒径4.15μm相变材料微胶囊性能评价FITR分析由FITR和SEM图说明聚脲和聚氨酯树脂包覆了芯材石蜡11.仲胺基N-H的伸缩振动峰

22.羰基的伸缩振动

33.N-H的变形振动吸收

AA.C-N伸缩振动吸收峰

BB.C-O-C吸收峰

相变材料微胶囊性能评价微胶囊热性能石蜡和石蜡微胶囊的DSC图石蜡与制备的双层微胶囊热重分析结果

聚氨酯层热分解

聚脲层热分解

双层微胶囊壁对石蜡起了良好的保护作用微胶囊致密性

渗透性比较

冷热循环

说明制备得到的双层相变材料微胶囊具有较好的致密性

机械强度研究

对微胶囊施压

受到一定压力后发生破裂

侧面说明囊壁材料对石蜡进行了有效的包覆

双层微胶囊的机械强度明显高于单层

原位聚合法正十八烷为芯材，间苯二酚改性的密胺树脂为壁材的微胶囊表2-1不同芯壁比下微胶囊的相变性能HuanzhiZhang，Xiaodong

Wang．Fabricationandperformancesofmicroencapsulatedphasechangematerialsbasedonn-octadecanecoreandresorcinol-modifiedmelamine–formaldehydeshell[J]．ColloidsandSurfacesA：PhysicochemicalandEngineeringAspects，2009，332：129-138．复凝聚法采用复凝聚法制备香草油(VO)微胶囊，提升了VO的控释性及热稳定性左图是VO微胶囊的SEM图，呈球形，且表面规整；右图是VO微胶囊的LSCM图，微胶囊呈壳-核结构，荧光强度统一，荧光环表明香草油被成功的包覆成微胶囊分别研究25℃、50℃、100℃下VO微胶囊的缓释性能；最初5天释放速率较快，10天后较平缓，因为分布在表面或表层的香草油较易释放，而后相对平缓是由于VO微胶囊通过壁材释放的穿透效应ZimingYang，ZhengPeng，JihuaLi，etal．Developmentandevaluationofnovelflavourmicrocapsulescontainingvanillaoilusingcomplexcoacervationapproach[J]．FoodChemistry，2014，145：272-277．相变微胶囊合成NPG-二氧化硅微胶囊的过程示意图a

水相与表面活性剂环己烷的混合液；b

混合液中加入TEOS（正硅酸乙酯）；cTEOS水解形成二氧化硅壁材；d

微胶囊的形成图a、c是NPG-二氧化硅微胶囊SEM图，微胶囊呈球形且表面光滑，平均粒径1μm左右；图b、d是移除NPG后二氧化硅壁材的SEM图，壁材的收缩可能是因为其壁厚只有30nm相变微胶囊DSC放热、吸热曲线曲线a是纯NPG；曲线b是纯NPG微粒子分散于PAO(烯烃)；曲线c是20%NPG微粒子分散于PAONPG与NPG-二氧化硅微胶囊的有效热容量随着微胶囊含量的增加，有效热容量从5wt%的2.6J/gK增加至20wt%的3.6J/gK，有效质量比热容增加至56%FangyuCao，JingYe，BaoYang．Synthesisandcharacterizationofsolid-statephasechangematerialmicrocapsulesforthermalmanagementapplications[J]．JournalofNanotechnologyinEngineeringandMedicine，2013，4：1-5．分散染料微胶囊Dispersedyemicrocapsule微胶囊分散染料无助剂免水洗染色新技术

(自主知识产权的节水、节能和减少废水污染的染色新技术，实现染色废水“零排放”，污染防治从“末端治理”向“源头预防”转变)

微胶囊分散染料与传统分散染料染色方式对比微胶囊分散染料染料向纤维内部的扩散纤维扩散边界层分散染料溶液染料通过边界层迁移扩散吸附层传统分散染料染色微胶囊分散染料染色常规染色在助剂作用下的染料水系染色；借助于助剂（表面活性剂等）把染料稳定地分散于水中；这些数以十几万吨的助剂将全部进入水体，造成极大的污染。微胶囊化分散染料环保染色利用微胶囊技术开发的环境友好型染色新技术，使用微胶囊分散染料，对传统的高温高压染色工艺和设备实施改造；无需添加助剂；可使染整用水单耗下降70%左右；染色后排出废水的色度降低为原有的1/40，CODCr仅为40mg/L左右，染色废水经简单处理即可回用，实现染色废水“零排放”，进而达到清洁生产的目的。微胶囊分散染料与传统分散染料染色对比染色工艺流程对比特色：无助剂免水洗图

传统分散染料高温高压染色工艺流程图

微胶囊分散染料无助剂免水洗清洁染色工艺流程微胶囊在纺织品上的应用变色微胶囊将变色材料包覆于微胶囊内，提升了变色材料对外界环境的抵抗性能，提高变色材料对纤维和织物的亲和力，且有利于废水净化和生态净化中药微胶囊驱蚊微胶囊驱杀蚊剂微胶囊化，克服了传统驱杀蚊剂的缺点，避免有效成分与人体直接接触，且有更优异的稳定性和持久性阻燃微胶囊变色微胶囊热敏变色微胶囊的SEM图印花后真丝绸面料在不同温度下的颜色变化表4-1真丝织物经热敏变色微胶囊涂料印花后的牢度不同温度下织物颜色不同，21℃下呈红色，26℃下无色，具有变色效果；真丝经变色微胶囊处理后其耐洗色牢度(沾色、变色)达到4级，干湿摩擦牢度亦有4级，拥有良好的染色牢度张忠信，方浩雁，马廷方等．热敏变色微胶囊的制备及对真丝绸的涂料印花[J]．丝绸，2010，7：1-4．驱蚊微胶囊以聚氨酯为壁材，防蚊剂HLQZ为芯材，制备防蚊剂微胶囊应用于蚊帐上表4-2防蚊蚊帐的驱蚊效果表4-3防蚊蚊帐的杀蚊效果表2，防蚊蚊帐布上的蚊虫的侵袭次数明显少于未处理的空白样，具有明显的防蚊效果；延长放置时间，仍少于空白样，说明该防蚊微胶囊具有良好的缓释效果，保证防蚊效果的持久性；表3，随着观测时间延长，蚊虫击倒率增加，对于不同放置时间的防蚊蚊帐，击倒率和死亡率变化较小，体现微胶囊包覆的优越性王玉娟，葛凤燕，蔡再生等．防蚊微胶囊的制备及其驱杀蚊研究[J]．印染助剂，2009，26(11)：24-27．

在印度，生长着一种被当地人称为“尼姆树（Neem

Tree）”的树，它的树皮、花朵和种子在印度古老的传统医学中得到极其广泛的应用，几乎和他们的日常生活息息相关。由此，当地印度教徒认为Neem树可治百病，穆斯林则视尼姆树视为神树。在尼姆树中，科学家证实存在一种叫Azadirachtin（印楝素）的化学物质，它是一种天然杀虫剂。在印度，人们习惯的作法是将种子捣碎，在水中浸泡一夜，撇取表层的浮沫，然后将浮沫浇洒织物上去。Instruction尼姆树简介

印楝素具有驱虫治病的神奇功能。经现代研究表明，从尼姆树果实中提取的印楝素等成分是目前世界公认的广谱、高效、低毒、易降解、无残留的杀虫剂且没有抗药性，对几乎所有植物害虫，室内臭虫、跳蚤、苍蝇、蚊子等都具有驱杀效果，而对人畜和周围环境无任何污染，同时印楝素对许多疾病还具有医疗作用，在医药中将有更广泛的应用。Azadirachtin印楝素

印楝素（Azadirachtin）是一类从尼姆树分离出来活性最强的化合物，它属于四环三萜类。印楝素可以分为印楝素-A，-B，-C，-D，-E，-F，-G，-I共8种，印楝素-A就是通常所指的印楝素。

ChemicalProperty化学特性

从化学结构上看，印楝素类化合物与昆虫体内的类固醇和甾类化合物等激素类物质非常相似，因而害虫不易区分它们是体内固有的还是外界强加的，所以它们既能够进入害虫体内干扰害虫的生命过程，从而杀死害虫，又不易引起害虫对产生抗药性。这类化合物与脊椎动物的激素类质的结构差异很大，所以它们对人畜几乎是无害的。ChemicalProperty化学特性

1.直接或间接通过破坏昆虫口器的化学感应器官产生拒食作用；2.通过对中肠消化酶的作用使得食物的营养转换不足，影响昆虫的生命力；3.通过抑制脑神经分泌细胞对促前胸腺激素(PTrH)的合成与释放，影响前胸腺对蜕皮甾类的合成和释放，以及咽侧体对保幼激素的合成和释放。InsecticidalMechanism杀虫机理新囊壁•制备技术•工业化生产•微