? ? ? ? 功? 能? 高? 分? 子? 學(xué)? 報 Journal of Functional Polymers Vol. 23 No. 4 2010 年 12 月 收稿日期: 2010 ?09?20 基金項目: 廣東省科技計劃項目( 2006B13801004) ; 華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 211項目( 2009C020604002, 2009B010100001) ; 香港理工大學(xué)合作項目 作者簡介: 何冠茹( 1984 ?) , 女, 廣東東莞人, 碩士研究生, 主要研究方向: 藥物微膠囊與功能織物整理。 通訊聯(lián)系人: 楊卓鴻, E ?mail: yangzhuohong yahoo. com. cn 艾葉油微膠囊棉織物的制備及其性能 何冠茹1, ? 楊子明1, ? 李? 鸝2a, ? 周武藝1, ? 汪國成2b, ? 楊卓鴻1 ( 1. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院, 廣州 510642; 2. 香港理工大學(xué) a. 紡織與制衣學(xué)院; b. 護理學(xué)院, 香港 九龍 999077) 摘? 要: ?采用 2D 樹脂作交聯(lián)劑, 以明膠?阿拉伯膠艾葉油微膠囊對棉織物進行功能整理。研究 了樹脂用量、 催化劑用量對整理織物折痕回復(fù)角、 甲醛釋放量和緩釋性能的影響。結(jié)果表明: 經(jīng)優(yōu) 化工藝整理的棉織物, 甲醛釋放含量低于 75 mg/ kg, 15次洗滌后對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的 抑菌率仍在 80% 以上, 耐水洗抑菌性能長效持久。 關(guān)鍵詞: ?微膠囊; 織物; 2D 樹脂; 抑菌活性 中圖分類號: ? TB34? ? 文獻標(biāo)志碼: ? A? ? 文章編號: ? 1008?9357( 2010) 04?0356?05 Preparation and Properties of Finished Cotton by Artemsia Argyi Oil Microcapsules HE Guan?ru1, ? YANG Zi?ming1, ? LI Li2a, ? ZHOU Wu?yi1, ? Thomas K S Wong2b, ? YANG Zhuo?hong1 ( 1. College of Science, South China Agriculture University, Guangzhou 510642, China; 2a. Institute of T extile and Clothing, 2b. College of Nursing, H ong Kong Polytechnic University, Jiulong 999077, Hong Kong, China) Abstract: ? 2D resin was utilized as the crosslinking agent to cotton fabric for function finishing by gelatin? arabic gum microcapsules containing aremshia argyi oil. Effects of content of 2D resin and catalyst on the crease recovery angle, and formaldehyde releasing were investigated. Results show that after finished by the optimized conditions, the concentration of released formaldehyde from the cotton is lower than 75 mg/ kg, and more than 80% antibacterial property can also be obtained even after 15 washings. It shows long? lasting durable and washable antibacterial property. Key words: ? microcapsule; fabric; 2D resin; antibacterial properties ? 微膠囊技術(shù)以其優(yōu)異的緩釋保護和改變物態(tài)的性能, 在印染、 醫(yī)藥、 農(nóng)藥、 食品加工、 紡織品功能整理等 方面得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用 1?3 。目前紡織品微膠囊整理主要與棉麻紡織品涂層黏合或與化纖共混紡 絲, 存在透氣性差、 耐洗性差及生產(chǎn)成本高等問題 4?5。艾葉油具有抗病毒、 廣譜殺菌、 理氣血等 6諸多醫(yī)療 保健效果, 但艾葉油味道強烈、 有效成分不穩(wěn)定、 貯藏不便等缺點限制了其應(yīng)用范圍。 本文首先采用復(fù)凝聚法制備了明膠?阿拉伯膠艾葉油微膠囊乳液, 通過與傳統(tǒng)防皺樹脂 2D 樹脂復(fù)配, 對 棉織物進行功能整理。探討了棉織物在不同整理工藝條件下, 其折痕回復(fù)角、 甲醛釋放量和微膠囊緩釋性能 的變化, 并對微膠囊棉織物的抑菌性能進行了初步測試。結(jié)果表明: 2D 樹脂、 棉織物、 微膠囊三者的相互化 學(xué)交聯(lián)和殘留甲醛的固化作用, 使艾葉油微膠囊固著于棉織物上, 從而使棉織物具有良好的抑菌耐洗滌效果 356 和防皺效果; 同時, 由于微膠囊的再固化過程會消耗 2D 樹脂中的殘留甲醛和活潑羥甲基, 使整理棉織物的 甲醛含量顯著降低 7?8 。 1 ? 實驗部分 1. 1? 試劑及儀器 明膠: 化學(xué)純, 上海潤捷化學(xué)試劑有限公司; 阿拉伯膠: 化學(xué)純, 廣州南方化玻公司進口分裝; 艾葉油: 工 業(yè)品, 河南省南陽市綠瑩艾草公司; 醋酸溶液: w= 10%, 分析純, 天津市大茂化學(xué)試劑廠; 氫氧化鈉溶液: w= 10% , 分析純, 天津市大茂化學(xué)試劑廠; 戊二醛: 分析純, 天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司; 單寧: 分析純, 廣州市金華大化學(xué)試劑有限公司; 2D 樹脂: 工業(yè)品, 廣東賽特化工公司; 脂肪醇聚氧乙烯醚( JFC) 滲透劑: 工 業(yè)品, 廣州化工城; 催化劑氯化鎂: 分析純, 天津市大茂化學(xué)試劑廠; 100% 純棉坯布。 機械攪拌機: 上海標(biāo)本模型廠; 恒溫水浴鍋: 北京市醫(yī)療設(shè)備廠; PHS?2C 型酸度計: 上海雷磁儀器廠; 均 勻小軋車、 定型烘干機: 香港威來爾精密儀器公司; 洗衣機: 海爾公司; XL?30ESEM 型掃描電子顯微境: 荷蘭 菲利浦電子光學(xué)有限公司; YG541B 型織物折皺彈性測試儀: 南通三思公司; YG206 織物強力測試儀: 常州 紡織機械廠。 1. 2? 艾葉油微膠囊的制備 稱取明膠、 阿拉伯膠各 1. 0 g 于250 mL 三口燒瓶中, 加入 100 g 去離子水溶解, 加入 3. 0 g 艾葉油, 移入 40 ? 恒溫水浴鍋, 在 1 500 r/ min 條件下乳化 15 min; 滴加 w = 10%的醋酸溶液至體系 pH = 4. 0, 降低攪拌 速率至 400 r/ min, 待復(fù)凝完全后將體系移入冰浴降溫至 5 10 ? , 滴加 w = 10% 的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié) pH 至 8 9, 加入固化劑戊二醛 4. 5 mL 攪拌 0. 5 h 后移入 50 ? 水浴持續(xù)攪拌 2 h, 即可得到艾葉油微膠囊乳 液, 再加入 2 g 的單寧在 50 ? 的水浴中攪拌 7 h, 抽慮、 涼干后可得艾葉油微膠囊粉末。 1. 3? 微膠囊織物的整理方法 艾葉油微膠囊乳液50 g/ L, 2D樹脂120 g/ L, 催化劑28 g/ L, 滲透劑 JFC 2 g/ L, 余量為水, 攪拌均勻, 即 得整理液。將待整理織物( 100% 純棉) 浸入到上述整理液中, 浴比( 織物與整理液質(zhì)量比) 為 1 20, 二浸二 軋, 軋液率為 100%, 在 80 ? 置于定型烘干機中預(yù)烘 3 min, 再在 160 ? 焙烘 2 min, 冷卻至室溫, 水洗、 晾干 即得艾葉油微膠囊織物樣品。 1. 4? 測試與表征 1. 4. 1? 微膠囊織物外觀形態(tài) ? 采用掃描電子顯微鏡( SEM) 觀察并分析所得微膠囊織物樣品的外觀形 態(tài)。 1. 4. 2? 織物折痕回復(fù)角 ? ? 參照 GB/ T 3819 ?1997!紡織品織物折痕回復(fù)性的測定回復(fù)角法測定。每種試 樣測五經(jīng)五緯, 折痕回復(fù)角為織物經(jīng)向和緯向的折痕回復(fù)角緩彈值的平均值之和。測試濕態(tài)下的折痕回復(fù) 角時, 試樣的含水率為 100%。 1. 4. 3? 織物的甲醛含量? 參照 GB/ T 2912. 1?1998!紡織品甲醛的測定第 1 部分游離水解的甲醛( 水萃 取法) , 測定織物上的甲醛釋放量。 1. 4. 4? 織物耐水洗性能? 用肥皂水按說明配成洗滌液, 將織物放入洗衣機內(nèi)每次攪動 10 min, 可洗 0、 5、 10、 15 次, 每次在清水中漂凈再攪動, 測定洗后織物的抑菌率。 1. 4. 5? 艾葉油微膠囊織物緩釋性能? 準(zhǔn)確配制一系列不同濃度的艾葉油?正己烷溶液作為標(biāo)準(zhǔn)液, 采用 紫外分光光度計在波長 ? = 288 nm 條件下測得艾葉油吸光度。以吸光度對濃度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線, 其標(biāo)準(zhǔn)曲線 方程為: y = 0. 378 8x + 0. 027 2, 標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù) R = 0. 999 47, 線性關(guān)系良好。 將一定質(zhì)量的艾葉油微膠囊粉末和一定面積的織物樣品置于 37. 0 ? 、 濕度為 24. 0% 的恒溫恒濕環(huán)境 中, 前 192 h 每 24 h 取樣一次, 樣品溶于正己烷中浸泡, 待艾葉油被完全萃取后, 用紫外?可見分光光度計測 其吸光度( 每次取樣 3 個, 取平均吸光度) 。對照標(biāo)準(zhǔn)曲線得到艾葉油含量的變化情況, 計算某時間段微膠囊 中艾葉油的質(zhì)量含量, 相對質(zhì)量含量為某一時刻的質(zhì)量含量與初始質(zhì)量含量的比值, 由此可求得艾葉油在某 時間段內(nèi)的相對累積釋放量。 1. 4. 6? 艾葉油微膠囊織物抑菌性能? 選取自然界及人體皮膚黏膜中最常分布的金黃色葡萄球菌和大腸 357第 4 期?何冠茹, 等: 艾葉油微膠囊棉織物的制備及其性能? ? ? ? 桿菌作為代表菌種, 在待測試樣( 經(jīng)整理) 和對照試樣( 未經(jīng)整理) 上接種細菌, 分別加入已知總量的中和液, 振蕩, 將細菌從試樣上洗滌下來, 測定洗滌液中的細菌含量, 計算抑菌織物上細菌減少的百分率 9 。 2 ? 結(jié)果與討論 2. 1? 微膠囊織物樣品外觀形態(tài)分析 采用掃描電子顯微鏡觀察整理前后微膠囊織物的外觀形態(tài), 結(jié)果如圖 1 所示。整理前棉織物纖維表面 光滑, 沒有微膠囊附著; 整理后, 明顯有微膠囊附著在織物纖維上。微膠囊外觀呈光滑球形, 分散性、 均勻性 較好, 粒徑在 10 25 ?m。由圖可知, 微膠囊不僅固著在棉織物的纖維表面, 還固著于纖維空隙中, 從而既可 以避免外力的摩擦和擠壓作用而破裂; 又使得微膠囊與纖維和交聯(lián)劑的接觸面足夠大, 為微膠囊與交聯(lián)劑發(fā) 生化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)提供必要的化學(xué)反應(yīng)環(huán)境。2D 樹脂本身沒有黏合作用, 而微膠囊能夠被牢固地固著在織物 上, 說明微膠囊通過 2D 樹脂的交聯(lián)作用固著在織物纖維上, 從而提高了微膠囊的耐水洗性能, 賦予了棉織 物持久的抑菌效果。 ( a) Before microcapsules treatment( b) After microcapsules treatment 圖 1? 微膠囊織物整理前后的 SEM 圖 Fig. 1? SEM images of cotton fabrics before and after microcapsules treatment 2. 2? 樹脂質(zhì)量濃度對織物性能的影響 固定艾葉油微膠囊乳液50 g/ L, 催化劑用量為 28 g/ L, 改變 2D 樹脂的質(zhì)量濃度, 對棉織物進行整理, 整 理后織物的性能見表 1。由表 1 可知, 隨樹脂質(zhì)量濃度增加, 織物折痕回復(fù)角和甲醛釋放量逐漸增大。這是 因為隨樹脂質(zhì)量濃度增加, 交聯(lián)度提高, 織物的折痕回復(fù)角得到提高; 但同時使得 2D 樹脂初縮體水解增加, 甲醛釋放量增大。綜合考慮, 2D 樹脂質(zhì)量濃度以 120 g/ L 為宜。 表 1? 2D 樹脂質(zhì)量濃度對織物整理效果的影響 Table 1? Effect of mass concentration of 2D resin on fabrics treatment ( 2D resin)/ ( g # L- 1) Crease recovery angle / () DryWet Formaldehyde release/ ( mg # kg- 1) 6028529860 8029030063 10029530365 1203013136916030832077 20031232684 2. 3? 微膠囊整理對棉織物甲醛釋放的影響 甲醛釋放是限制 2D 樹脂類織物整理劑應(yīng)用的一個主要因素, 如表 2 所示。單獨 2D 樹脂整理棉織物的 甲醛釋放量高于微膠囊?2D樹脂整理棉織物的。這是因為在微膠囊整理過程中, 2D 樹脂作為連接微膠囊和 棉織物的橋梁, 其游離甲醛可作為微膠囊固化劑被消耗, 同時 2D 樹脂的羥甲基通過與微膠囊的醚化反應(yīng)充 分, 2D 樹脂、 微膠囊、 棉織物三者可能存在的交聯(lián)醚化反應(yīng)如圖 2 所示。 358功? 能? 高? 分? 子? 學(xué)? 報第 23 卷 表 2? 2D 樹脂及 2D 樹脂?微膠囊整理織物的甲醛質(zhì)量濃度 Table 2? Comparison of formaldehyde release between finished only by 2D resin and 2D resin?microcapsule ( 2D resin) / ( g # L- 1) ( Microcapsule) / ( g # L- 1)Formaldehyde release/ ( mg # kg- 1) 80077 120082 160090 805063 1205069 1605077 圖 2? 2D 樹脂、 微膠囊與織物纖維之間可能存在的交聯(lián)反應(yīng) Fig. 2? Proposed crosslinking reactions when microcapsules are fixed on cellulose via 2D resin 2. 4? 催化劑質(zhì)量濃度對織物性能的影響 當(dāng)艾葉油微膠囊乳液質(zhì)量濃度為50 g/ L, 2D 樹脂的質(zhì)量濃度為120 g/ L 時, 改變催化劑用量, 得到整理 后棉織物的性能見表 3。隨著催化劑質(zhì)量濃度增加, 交聯(lián)反應(yīng)更易進行, 交聯(lián)度提高, 織物的折痕回復(fù)角逐 漸增大, 甲醛釋放量逐漸減少, 同時, 有更多的微膠囊嫁接在棉織物上, 使得艾葉油含量逐漸增多。但在催化 劑質(zhì)量濃度大于 28 g/ L 后, 艾葉油含量的增加速率逐漸緩慢, 且棉織物較硬, 容易撕裂。綜合考慮, 催化劑 質(zhì)量濃度以 28 g/ L 為宜。 表 3? 催化劑質(zhì)量濃度對織物整理效果的影響 Table 3? Effect of mass concentration of catalyst on fabrics treatment ( Catalyst) / ( g # L- 1) Crease recovery angle/ () DryWet Formaldehyde release/ ( mg # kg- 1) Content of aremshia argyi oil/ ( 10- 5g # cm- 2) 20292298721. 77 24295303712. 05 28301313692. 34 33308320662. 47 39317324652. 54 2. 5? 微膠囊和微膠囊棉織物的緩釋性能 圖 3 為艾葉油微膠囊和微膠囊整理棉織物的艾葉油緩釋情況。如圖 3所示, 兩者的緩釋變化趨勢相同, 前 24 h, 艾葉油釋放都較快; 之后緩釋程度又趨于緩慢。這是因為微膠囊和微膠囊織物表層的艾葉油比較 容易釋放, 一旦表層的艾葉油揮發(fā)完, 此后的釋放將會保持相對穩(wěn)定。由圖 3 可知, 微膠囊中的艾葉油緩釋 速率快于棉織物微膠囊中的艾葉油緩釋速率。放置 192 h 后, 微膠囊中艾葉油的釋放量接近 70% , 而棉織物 微膠囊中的艾葉油釋放量低于50% , 說明微膠囊整理棉織物中艾葉油的穩(wěn)定性比微膠囊中艾葉油的穩(wěn)定性 359第 4 期?何冠茹, 等: 艾葉油微膠囊棉織物的制備及其性能? ? ? ? 圖 3? 微膠囊及微膠囊織物的緩慢釋放曲線 Fig. 3? Slow?release curves of the microcapsules and the treated fabrics 有了明顯提高。這是因為微膠囊在整理棉織物的過程中, 與 2D 樹脂發(fā)生了交聯(lián)反應(yīng), 織物中微膠囊的囊壁變得更密閉, 使得艾葉油不易緩釋。 2. 6? 棉織物抑菌性能 表 4 為艾葉油微膠囊整理織物樣品洗滌 0、 5、 10、 15 次 的抑菌效果, 織物經(jīng)過 15 次洗滌后對金黃色葡萄球菌和大 腸桿菌的抑菌率仍在 80% 以上, 具有較好的耐洗滌性能。這 是因為微膠囊粒徑小, 可以滲入到織物纖維間的空隙中, 并 與交聯(lián)劑發(fā)生化學(xué)交聯(lián)反應(yīng), 使得微膠囊粒子與纖維牢固地 緊密連在一起, 不易被洗脫下來, 并在一定程度上能夠承受 外界對織物施加的壓力而不至于破裂。 表 4? 整理后織物不同水洗次數(shù)的抗菌率 Table 4? Antibacterial rate of the finished fabrics with different washing times Washing times Antibacterial rate / ( % ) Staphylococcus aureusEscherichia coli 0100100 593. 792. 5 1087. 385. 5 1581. 680. 8 3 ? 結(jié) ? 論 ( 1) 采用 2D樹脂作交聯(lián)劑, 以明膠 ?阿拉伯膠艾葉油微膠囊對棉織物進行功能整理, 經(jīng)優(yōu)化工藝整理的 棉織物甲醛釋放含量低于 75 mg/ kg。 ( 2) 微膠囊化學(xué)交聯(lián)整理后的織物經(jīng)過 15 次洗滌后對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌率仍在 80% 以上, 顯示出長效持久、 耐水洗的抑菌性能。 參考文獻: 1 ? 朱曉麗, 劉力娜, 張志國, 等. 乳清蛋白/阿拉伯膠復(fù)凝聚法制備載乙酸油酯微膠囊及其表征J. 高分子學(xué)報, 2009 ( 10): 1062?1069. 2 ? Li Shiqi, Joy E Lewis, Neil M Stewart, et al. 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