微膠囊技術在印染行業應用紀俊玲教授常州大學2014-06-28目錄微膠囊技術概念1

微膠囊化原理、方法及步驟2印染方面的主要應用3

微膠囊技術的發展趨勢及展望4微膠囊技術(Microencapsulation)是一種用成膜材料包覆固體或液體，使其形成微小粒子的技術。得到的微小粒子叫微膠囊。

粒子大小一般在微米或毫米范圍PART1Microencapsulation微膠囊技術的基本概念芯材指在微膠囊中，被包埋的物質。壁材指包埋芯材實現微囊膠化的物質稱為。微膠囊技術中常用的壁材：天然高分子材料半合成高分子材料合成高分子材料

明膠、阿拉伯膠、蟲膠、紫膠、淀粉、糊精、蠟、松脂、海藻酸鈉、玉米朊無毒，穩定，成膜性好，可降解，生物相容性好；力學性能差、原料質量不穩定縮甲基纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素毒性小，粘度大，成鹽后溶解度增加，但易水解，不耐高溫，需臨時配制聚乙烯、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚丙烯、聚醚、蜜胺樹酯、脲醛樹脂、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、環氧樹脂、聚硅氧烷成膜性好，化學穩定性好，力學性能好；生物相容性較差Microencapsulation微膠囊技術的基本概念粉末化：將液體、氣體等變成干燥的粉末；降低揮發性：使一些容易揮發的物質變得難于揮發；

提高物質的穩定性（易氧化，易見光分解，易受溫度或水分影響的物質）；掩味；

隔離活性成分：阻止反應；控制釋放：定時或逐步釋放內芯材料。MicroencapsulationFunction微膠囊的功能微膠囊技術的最大特點就是具有靶向性和控釋性，即根據需要在恰當的時間和恰當的位置以一定的速率進行釋放。Part2微膠囊化的一般步驟

核心競爭力微膠囊制備方法噴霧干燥法、噴霧冷凍法、空氣懸浮法、包合法、擠壓法等物理法物理化學法化學法界面聚合法、原位聚合法、分子包囊法、輻射包囊法等相分離法干燥浴法（復相乳液法）、粉末床法、熔化分散冷凝法、囊心交換法等

No.3銳孔凝固浴法

No.2原位聚合法

No.1界面聚合法主要制備方法界面聚合法：這種方法是利用在界面處發生聚合反應而形成納米粒,不僅包封率高,而且能很好地保護藥物。原位聚合法：單體和催化劑位于囊芯液滴的內部和外部，單體可溶，生成的聚合物不溶，聚合物沉積在囊芯表面形成微膠囊。X(X)n(X-Y)nXX+Y(X-Y)n(a)(b)(c)反應劑：X、Y；聚合產品：(X-Y)n(X)n銳孔—凝固浴法：可把成膜材料包覆囊芯過程和壁材固化過程分開進行，有利于控制微膠囊大小、壁膜的厚度。微膠囊壓縮空氣囊芯材料包覆材料傳送帶

No.6噴霧冷凍法

No.5熔化分散冷凝法

No.4干燥分離法主要制備方法干燥分離法（復相乳液法）：適合于形成水溶液囊芯的微膠囊。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]乳液保持性膠體溶液加熱減壓去除溶劑形成微膠囊溶劑蒸發熔化分散冷凝法：利用蠟狀物質在受熱時獨特的性質來實現微膠囊化。熱空氣囊芯蠟層70℃熱水區20℃冷水區用蠟包封的胺微膠囊噴霧冷凍法：1.將藥物及穩定劑溶液分散到疏水性載體高分子的有機溶劑中(常用二氯甲烷)形成油包水乳液.2.混合液經噴霧裝置進入到冷的酒精中3.有機溶劑中界面封以液氮,在-70℃溫度下乙醇將微球中的有機溶劑不斷抽提,經過濾、干燥即可得包載藥物的微膠囊.

此方法制得的藥物包封率可接近100%。大小形貌包埋率結構擴散率熱穩定性微膠囊粒徑大小及分布可以通過激光衍射粒度分布儀測得平均粒徑及分布通過OP、SEM、TEM等觀察微膠囊的微觀形貌、空隙大小及團聚程度通過ICP、TGA測定微膠囊包埋率，包埋率越大，表示反應越完全分光光度法可用于表征微膠囊擴散性能，它對物質包埋及釋放性能尤為重要FTIR、NMR等常用于表征微膠囊結構，判斷分子中官能團的變化及反應情況通過DSC、TGA、DAT可用于表征微膠囊的熱穩定性、潛熱值和熔化焓等主要應用Part3◆香料微膠囊◆蓄熱保溫微膠囊◆分散染料微膠囊背景優勢應用特點香料微膠囊化作用香味功能-芳香消臭

掩蓋令人不愉快的異味-營造氣氛散發香氣的環境，改善精神狀態、提高工作效率-保健功能

改善因工作、壓力而造成的失眠及精神憂郁等-個人魅力

提高現代商務禮儀人士外在氣質魅力應用領域

家紡紡織品

服裝紡織品

生活用品

產業紡織品女性內衣、休閑針織服裝等添加香味可體現個人魅力及有一定的保健功能汽車面料提神醒腦的薄荷香味等眼鏡、文具等生活用品增加產品附加值床品、窗簾、地毯、家居布等添加薰衣草等，可營造溫馨優雅的氣氛兼有一定保健功能應用領域應用綠色健康生活

香料微膠囊

特點Aromamicrocapsulefinishingagent-香味純正，香型眾多；-耐洗性好，洗滌10次后仍保留較好的香味；-留香時間久，長達一年以上-粒徑分布均勻，納米級產品介紹Productpresentation水果系列花香系列玫瑰、桂花、茉莉、百合、蘆薈、丁香草木系列薰衣草、薄荷迷迭香、綠茶咖啡、檀香、竹子客戶定制系列煙草咖喱等檸檬、蘋果草莓催眠安神薰衣草-lavender改善失眠，應用于床上用品及睡衣等；舒緩緊張心情，應用于女士內衣、窗簾等室內家居用品；對鎮痛、治療風濕病等有一定的理療效果。催眠安神玫瑰-rose幫助睡眠，用于床上用品；有撫慰和松弛作用，利于身心健康，應用于女士內衣、室內家居用品；具有行氣活血的醫療功效。提神醒腦RefreshingWakeup迷迭香

檸檬茉莉

薄荷綠茶咖啡迷迭香提神醒腦，應用于汽車面料緩解頭昏腦漲的不適癥狀，應用窗簾、地毯等室內家居用品檸檬提神醒腦，驅除困乏，提高注意力化解憂思憂慮，應用于女士休閑服裝、室內裝飾家居用品具有一定的驅風鎮痛功效茉莉穩定情緒，解除郁悶，使人產生一種輕松安靜的心情，應用休閑服裝、室內裝飾家居用品具有撫慰、鎮痛的藥理作用薄荷薄荷的清涼氣息具有強力提神效果，可祛除蚊蟲，應用于汽車面料；消除惡心、緊張和緊張性頭痛，應用于休閑服裝、室內裝飾家居用品綠茶具有抗菌消炎的藥效功能茶油可治粉刺，也可退熱咖啡帶來一種柔和的興奮感具有瘦身減肥效果，用于女裝褲襪等提神醒腦保濕護膚蒼蘭-freesia對皮膚有很好的護理作用；幽香高雅，其濃郁的香味，非常得人喜愛應用于內衣及床上用品保濕護膚蘆薈-aloe營養肌膚，具有保濕、防曬、消炎、止痛等功能，用于內衣面料香料微膠囊Perfumemicrocapsule香精微膠囊有效解決了留香時間和香精控制問題香精微膠囊最常用的應用方式香味印花

將香味微膠囊化后可以其整理到織物上，延長香味有限時間，長時間安撫緊張情緒，改善焦慮現象，且可避免上癮、過量致死香料微膠囊上圖是織物與微膠囊的交聯圖示；下圖是處理后的織物的SEM圖，證實微膠囊與織物纖維附著良好，且微膠囊單獨分布，并無過度聚集香料微膠囊左圖，2h后不同濕度下香草醛微膠囊處理后的織物的釋放曲線，隨著溫度逐漸增加，香草醛釋放逐漸增多，在65℃、80%的濕度下仍殘留有21.9%的香草醛，表明被微膠囊處理過的織物有效，且具有緩釋性能；右圖，有無香草醛微膠囊處理后的織物的水洗性能，隨著水洗次數的增多，香草醛含量減少，微膠囊與織物的附著為物理附著，當水洗14次時，香草醛的殘留量依舊有8.6%ZujinYang，ZhangfuZeng,ZuobingXiao，etal．Preparationandcontrollablereleaseofchitosan/vanillinmicrocapsulesandtheirapplicationtocottonfabric[J]．FlavourandFraganceJournal，2013，29：114-120．蓄熱保溫微膠囊Thermalstoragemicrocapsule蓄熱保溫微膠囊可用于解決熱能供給和需求失配的矛盾，是提高能源利用率和保護環境的重要技術具有廣泛的研究前景技術內容相變材料微膠囊的制備工藝流程

油相甲苯二異氰酸酯預聚體O/W乳液聚脲內壁聚氨酯外壁水相雙層微膠囊產品擴鏈劑二乙烯三胺水溶液聚氨酯外壁考慮人體舒適度，選用30#石蠟作為相變材料芯材的選擇材料名稱碳原子數分子量熔點(℃)熔解熱（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芯材石蠟的乳化SMA在微膠囊芯材表面的乳化排列過程

SMA的乳化作用主鏈和苯環基團疏水羧酸基團親水壁材的形成聚脲囊壁的反應

聚氨酯囊壁的反應壁材固化固化升溫速度的影響

緩慢升溫

快速升溫

表面粗糙有絮狀物表面光滑相變材料微膠囊性能評價微膠囊表觀形貌和粒徑分布粒徑基本成正態分布，平均粒徑4.15μm相變材料微膠囊性能評價FITR分析由FITR和SEM圖說明聚脲和聚氨酯樹脂包覆了芯材石蠟11.仲胺基N-H的伸縮振動峰

22.羰基的伸縮振動

33.N-H的變形振動吸收

AA.C-N伸縮振動吸收峰

BB.C-O-C吸收峰

相變材料微膠囊性能評價微膠囊熱性能石蠟和石蠟微膠囊的DSC圖石蠟與制備的雙層微膠囊熱重分析結果

聚氨酯層熱分解

聚脲層熱分解

雙層微膠囊壁對石蠟起了良好的保護作用微膠囊致密性

滲透性比較

冷熱循環

說明制備得到的雙層相變材料微膠囊具有較好的致密性

機械強度研究

對微膠囊施壓

受到一定壓力后發生破裂

側面說明囊壁材料對石蠟進行了有效的包覆

雙層微膠囊的機械強度明顯高于單層

原位聚合法正十八烷為芯材，間苯二酚改性的密胺樹脂為壁材的微膠囊表2-1不同芯壁比下微膠囊的相變性能HuanzhiZhang，Xiaodong

Wang．Fabricationandperformancesofmicroencapsulatedphasechangematerialsbasedonn-octadecanecoreandresorcinol-modifiedmelamine–formaldehydeshell[J]．ColloidsandSurfacesA：PhysicochemicalandEngineeringAspects，2009，332：129-138．復凝聚法采用復凝聚法制備香草油(VO)微膠囊，提升了VO的控釋性及熱穩定性左圖是VO微膠囊的SEM圖，呈球形，且表面規整；右圖是VO微膠囊的LSCM圖，微膠囊呈殼-核結構，熒光強度統一，熒光環表明香草油被成功的包覆成微膠囊分別研究25℃、50℃、100℃下VO微膠囊的緩釋性能；最初5天釋放速率較快，10天后較平緩，因為分布在表面或表層的香草油較易釋放，而后相對平緩是由于VO微膠囊通過壁材釋放的穿透效應ZimingYang，ZhengPeng，JihuaLi，etal．Developmentandevaluationofnovelflavourmicrocapsulescontainingvanillaoilusingcomplexcoacervationapproach[J]．FoodChemistry，2014，145：272-277．相變微膠囊合成NPG-二氧化硅微膠囊的過程示意圖a

水相與表面活性劑環己烷的混合液；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

微膠囊的形成圖a、c是NPG-二氧化硅微膠囊SEM圖，微膠囊呈球形且表面光滑，平均粒徑1μm左右；圖b、d是移除NPG后二氧化硅壁材的SEM圖，壁材的收縮可能是因為其壁厚只有30nm相變微膠囊DSC放熱、吸熱曲線曲線a是純NPG；曲線b是純NPG微粒子分散于PAO(烯烴)；曲線c是20%NPG微粒子分散于PAONPG與NPG-二氧化硅微膠囊的有效熱容量隨著微膠囊含量的增加，有效熱容量從5wt%的2.6J/gK增加至20wt%的3.6J/gK，有效質量比熱容增加至56%FangyuCao，JingYe，BaoYang．Synthesisandcharacterizationofsolid-statephasechangematerialmicrocapsulesforthermalmanagementapplications[J]．JournalofNanotechnologyinEngineeringandMedicine，2013，4：1-5．分散染料微膠囊Dispersedyemicrocapsule微膠囊分散染料無助劑免水洗染色新技術

(自主知識產權的節水、節能和減少廢水污染的染色新技術，實現染色廢水“零排放”，污染防治從“末端治理”向“源頭預防”轉變)

微膠囊分散染料與傳統分散染料染色方式對比微膠囊分散染料染料向纖維內部的擴散纖維擴散邊界層分散染料溶液染料通過邊界層遷移擴散吸附層傳統分散染料染色微膠囊分散染料染色常規染色在助劑作用下的染料水系染色；借助于助劑（表面活性劑等）把染料穩定地分散于水中；這些數以十幾萬噸的助劑將全部進入水體，造成極大的污染。微膠囊化分散染料環保染色利用微膠囊技術開發的環境友好型染色新技術，使用微膠囊分散染料，對傳統的高溫高壓染色工藝和設備實施改造；無需添加助劑；可使染整用水單耗下降70%左右；染色后排出廢水的色度降低為原有的1/40，CODCr僅為40mg/L左右，染色廢水經簡單處理即可回用，實現染色廢水“零排放”，進而達到清潔生產的目的。微膠囊分散染料與傳統分散染料染色對比染色工藝流程對比特色：無助劑免水洗圖

傳統分散染料高溫高壓染色工藝流程圖

微膠囊分散染料無助劑免水洗清潔染色工藝流程微膠囊在紡織品上的應用變色微膠囊將變色材料包覆于微膠囊內，提升了變色材料對外界環境的抵抗性能，提高變色材料對纖維和織物的親和力，且有利于廢水凈化和生態凈化中藥微膠囊驅蚊微膠囊驅殺蚊劑微膠囊化，克服了傳統驅殺蚊劑的缺點，避免有效成分與人體直接接觸，且有更優異的穩定性和持久性阻燃微膠囊變色微膠囊熱敏變色微膠囊的SEM圖印花后真絲綢面料在不同溫度下的顏色變化表4-1真絲織物經熱敏變色微膠囊涂料印花后的牢度不同溫度下織物顏色不同，21℃下呈紅色，26℃下無色，具有變色效果；真絲經變色微膠囊處理后其耐洗色牢度(沾色、變色)達到4級，干濕摩擦牢度亦有4級，擁有良好的染色牢度張忠信，方浩雁，馬廷方等．熱敏變色微膠囊的制備及對真絲綢的涂料印花[J]．絲綢，2010，7：1-4．驅蚊微膠囊以聚氨酯為壁材，防蚊劑HLQZ為芯材，制備防蚊劑微膠囊應用于蚊帳上表4-2防蚊蚊帳的驅蚊效果表4-3防蚊蚊帳的殺蚊效果表2，防蚊蚊帳布上的蚊蟲的侵襲次數明顯少于未處理的空白樣，具有明顯的防蚊效果；延長放置時間，仍少于空白樣，說明該防蚊微膠囊具有良好的緩釋效果，保證防蚊效果的持久性；表3，隨著觀測時間延長，蚊蟲擊倒率增加，對于不同放置時間的防蚊蚊帳，擊倒率和死亡率變化較小，體現微膠囊包覆的優越性王玉娟，葛鳳燕，蔡再生等．防蚊微膠囊的制備及其驅殺蚊研究[J]．印染助劑，2009，26(11)：24-27．

在印度，生長著一種被當地人稱為“尼姆樹（Neem

Tree）”的樹，它的樹皮、花朵和種子在印度古老的傳統醫學中得到極其廣泛的應用，幾乎和他們的日常生活息息相關。由此，當地印度教徒認為Neem樹可治百病，穆斯林則視尼姆樹視為神樹。在尼姆樹中，科學家證實存在一種叫Azadirachtin（印楝素）的化學物質，它是一種天然殺蟲劑。在印度，人們習慣的作法是將種子搗碎，在水中浸泡一夜，撇取表層的浮沫，然后將浮沫澆灑織物上去。Instruction尼姆樹簡介

印楝素具有驅蟲治病的神奇功能。經現代研究表明，從尼姆樹果實中提取的印楝素等成分是目前世界公認的廣譜、高效、低毒、易降解、無殘留的殺蟲劑且沒有抗藥性，對幾乎所有植物害蟲，室內臭蟲、跳蚤、蒼蠅、蚊子等都具有驅殺效果，而對人畜和周圍環境無任何污染，同時印楝素對許多疾病還具有醫療作用，在醫藥中將有更廣泛的應用。Azadirachtin印楝素

印楝素（Azadirachtin）是一類從尼姆樹分離出來活性最強的化合物，它屬于四環三萜類。印楝素可以分為印楝素-A，-B，-C，-D，-E，-F，-G，-I共8種，印楝素-A就是通常所指的印楝素。

ChemicalProperty化學特性

從化學結構上看，印楝素類化合物與昆蟲體內的類固醇和甾類化合物等激素類物質非常相似，因而害蟲不易區分它們是體內固有的還是外界強加的，所以它們既能夠進入害蟲體內干擾害蟲的生命過程，從而殺死害蟲，又不易引起害蟲對產生抗藥性。這類化合物與脊椎動物的激素類質的結構差異很大，所以它們對人畜幾乎是無害的。ChemicalProperty化學特性

1.直接或間接通過破壞昆蟲口器的化學感應器官產生拒食作用；2.通過對中腸消化酶的作用使得食物的營養轉換不足，影響昆蟲的生命力；3.通過抑制腦神經分泌細胞對促前胸腺激素(PTrH)的合成與釋放，影響前胸腺對蛻皮甾類的合成和釋放，以及咽側體對保幼激素的合成和釋放。InsecticidalMechanism殺蟲機理新囊壁?制備技術?工業化生產?微