微胶囊技术在纺织领域中的应用

微胶囊技术在纺织领域中的应用

微胶袋技术在纺织行业的应用相对较晚，包括采用专用微胶袋、新添加材料、新添加材料对纺织品的分类、抗生素、激素、维生素和其他药物的微胶囊医疗纺织品的应用。1微胶囊化分散式染料1.1微胶囊化的染料微胶囊化分散染料(或称为分散染料微胶囊)是利用微胶囊技术,将分散染料包裹起来达到芯材与外界环境隔开,使其免受外界的温度、氧气、紫外线等因素影响,在一定条件下囊壁破裂或缓释,达到预定的目的一般来说,固体芯材胶囊化后呈球形或不规则形状。微胶囊化染料通常是呈不规则外形。它的粒径在1～200µm。现将典型分散染料微胶囊归纳如图1所示,图中连续的芯材料被连续的壁材环绕,称为单核型;对于芯材被分成若干部分,嵌在壳材料的连续相中结构的胶囊,称为多核型;连续芯材被多层连续的壁材环绕的微胶囊,称为复合微胶囊1.2微胶囊的制备方法微胶囊制备方法从理论上大致分为化学方法、物理化学方法和物理方法3类1.2.1界面缩聚反应化学法包括界面聚合法、界面定位聚合法和有限凝聚聚合法等,其中界面聚合法和界面定位聚合法通称为原位聚合法。(1)界面聚合法利用水溶性和油溶性两种或两种以上多官能团的单体在界面发生缩聚反应而得。(2)界面定位聚合法将芯材、系统调节剂通过均化处理后,以均匀的小液滴分散在介质内,在系统调节剂的特殊作用下,使来自介质相(外相)的聚合单体在液滴表面集中、聚合,就会形成囊壁。(3)有限凝聚聚合法将能与芯材互溶的单体和催化剂分散在它们不互溶的介质中,在适当的反应条件下,可溶性单体变成不溶性聚合物而沉积在芯材与介质的界面上,形成微胶囊壁。此法也可以制作含水性或含油性微胶囊。单体可采用水溶性的、油溶性的或气溶胶形式。1.2.2微胶囊的制备物理化学法包括水相分离法、油相分离法和锐孔–凝固浴法等。(1)水相分离法这种方法包括复凝聚、盐凝聚和pH值变化引起的凝聚。如用得最多的复相凝聚法是采用两种带不同电荷的胶体水溶液混合时产生相分离而制得微胶囊。常用的有阿拉伯胶和明胶。(2)油相分离法把壁材聚合物溶解于溶剂中,芯材与它们不互溶,把芯材乳化在其中,以颗粒状存在,然后加入可混溶液使得聚合物沉淀,包围住芯材,形成了囊壁。(3)锐孔–凝固浴法将芯材通过锐孔与壁材(聚合物材料的溶解溶液)预先成型,壁材包在芯材外面,然后通过在凝固浴中固化或热改性或电改性使壁材沉淀出来,形成微胶囊。1.2.3染料微囊的制备物理方法是借助专门的设备通过机械方式首先将芯材与壁材混合均匀,细化造粒,最后使壁材凝聚固化在芯材表面而制备微胶囊。根据所用设备和造粒方式的不同,物理机械法制备微胶囊可采用空气悬浮法(Wurster法)、喷雾法、真空渡膜法及静电结合法等。通常,染料微胶囊选用明胶、果胶、琼脂、甲基纤维素、聚丙烯酸、马来酸等高分子物质或两种以上多官能团的单体如脲醛、三聚氰胺–甲醛树脂作为壁材在分散染料微胶囊制备方面,如采用以纤维材料作为壁材包覆染料之后进行纺纱的方法制备染料微胶囊,这种方法适用大规模的合成;ChihPongchang等国内对分散染料微胶囊技术研究也取得较大的进展,制备分散染料微胶囊的方法以原位聚合法为主。上海交通大学化学化工学院李立等东华大学李卓等在分散染料微胶囊方面做了大量的研究工作,成功开发了应用于无助剂染色的蒽醌类和偶氮类分散染料微胶囊(1)以蜜胺树脂预聚体及乙烯类单体作为壁材具体制备(2)以聚脲为壁材的分散染料微胶囊的制备以上两种方法的共同特点是运用的高分子分散剂均能与壁单体发生反应,最终成为胶囊壁的组成部分。因此,这些分散剂在染色过程中不会产生对分散染料的增溶作用,与通常的分散剂截然不同,不会导致对水质的污染。东华大学采用不同壁材制备的分散染料微胶囊有以下共同的特征:(1)胶囊粒径1～14µm;(2)能耐200℃以上温度,且在染浴中长时间停留不软化、不被破坏;(3)有足够的硬度和机械强度,即使在高温高压条件下也能经受织物的摩擦挤压而不破裂;(4)对染料的滞留量小,不造成染料浪费;(5)胶囊废弃物能自然降解、分化,对土壤无害。2微胶囊的应用尽管微胶囊在纺织行业中的应用较晚,但目前已经取得较好的应用效果,而且通过染色工作者不断探索,分散染料微胶囊新的用途不断得到开发。到目前为止,应用分散染料微胶囊开发了纺织新产品,即在传统印花的基础上增加了多种新颖印花工艺,如多色多点印花、转移印花等。令人瞩目的是,东华大学对分散染料微胶囊技术在织物均匀染色方面应用研究说明,分散染料微胶囊完全可以替代传统的分散染料对涤纶织物进行高温高压染色,达到无污染染色,该项技术属国内外首创2.1分散染料、微胶囊和局部染色利用分散染料微胶囊可以对纺织品局部染色或印花,开发色彩斑斓的纺织品。2.1.1胶囊固定方法因为染料对纤维没有亲和力,在染色和印花前需要把分散染料微胶囊化——只有加工成微胶囊后靠黏合剂固着在纤维上;分散染料微胶囊采用各种外力如机械压力、摩擦等方法使胶囊破裂,或在热的作用下使壁材熔融或分解,或用水或其他溶剂的溶解或提取的方法,或用化学方法如酶的攻击,或使用电磁方法使胶囊破裂,囊心瞬时释放至外围环境中。2.1.2分散染料微胶囊微胶囊化分散染料在圆网印花中使用能产生有趣的印花效果。Hayashi开发的商品牌号为MCPHP的分散染料微胶囊和MatsuiShikiso化学公司生产的分散染料微胶囊即商品名为N型精细染料(FinecolourN型)可以在聚酯、棉、聚酰胺和毛纤维上形成双面彩色织物微胶囊印花技术,即多色多点印花采用微胶囊技术将分散染料和溶剂制成分散染料微胶囊,再加工成转移印花纸,由于胶囊的匀速缓释性能,可以通过转移印花时间来控制转移印花的颜色浓度2.2分散染料染色采取常规方法对涤纶织物进行染色,由于分散染料颗粒的凝聚,在染色织物上形成色斑,它在很大程度上影响了产品的价值,所以常规分散染料染色必须添加匀染剂和分散剂来保证达到匀染质量2.2.1微胶囊的功能分散染料微胶囊无助剂微胶囊化分散染料无助剂染色的基本原理是利用微胶囊的隔离和缓释作用,以及分散染料本身的轻微溶解度。微胶囊壁相当于一个半透膜,能允许水分子进入和已溶解的染料单分子通过2.2.2高温高压染色技术传统涤纶染色必须经历还原清洗,是采用水洗、皂洗(皂煮)以彻底去掉浮色,达到优良的色牢度。这样的工序消耗大量的水和洗涤剂,并产生大量的污染(高COD、BOD及深色度等)水。而分散染料微胶囊对涤纶高温高压染色无需助剂,染色后纤维(或织物)上仅残留单分子层的浮色,相对而言这层单分子吸附层还是比较牢固的。其原理与传统工艺的原理相反,不是把浮色洗去,而是采用“后染色”或“饥饿染色”的方法把吸附的染料“赶进”纤维中去,即在染色条件下断绝染料来源(除去染浴中的微胶囊染料)再将织物处理10～20min。由于染料亲纤维性远远大于亲水性,此时纤维表面吸附的染料乃至水中溶解着的染料会几乎全部进入纤维,达到优异的色牢度,获得的色牢度等各项指标优于通常水洗后的色牢度,最后排出的水仍然相当清洁,可再用于染色或直接排放。后染色完全可在原有的(但已除去微胶囊染料)染色废水中实施,达到进一步节水节能之目的2.2.3传统染色、过滤及免水洗技术分散染料微胶囊对涤纶织物进行高温高压染色时,染浴中无需分散剂、高温匀染剂等染色助剂,免除了助剂本身造成的染色废水污染,染色废液只要简单的静置沉淀或过滤就可方便地分离掉染色废液中残留的分散染料微胶囊。所染织物无需还原清洗,即可达到传统染色织物的各项技术指标,实现免水洗。染色工艺和配方简单,可节约昂贵的高温匀染剂和其他助剂。另一个优点是染色可在现有的高温高压染色机中完成,染色废水可以回用或者可以达到零色度排放,彻底解决了多年以来分散染料染色废水处理的难题。3控制污染、减少水处理污染,促使污染产生,减轻治污之难度,降低治污的成本相比许多研究技术,分散染料微胶囊因其独特的性能对涤纶染色具有以下显著优点:(1)染色无需添置专用设备;(2)洗涤、染色废水简单处理后可回用,节约水;(3)从源头控制污染的产生,大大降低治污的难度和成本。总之,分散染料微胶囊对涤纶无助剂免水洗