艾叶油微胶囊棉织物的制备及其性能.pdf

? ? ? ? 功? 能? 高? 分? 子? 学? 报 Journal of Functional Polymers Vol. 23 No. 4 2010 年 12 月 收稿日期: 2010 ?09?20 基金项目: 广东省科技计划项目( 2006B13801004) ; 华南农业大学 211项目( 2009C020604002, 2009B010100001) ; 香港理工大学合作项目 作者简介: 何冠茹( 1984 ?) , 女, 广东东莞人, 硕士研究生, 主要研究方向: 药物微胶囊与功能织物整理。 通讯联系人: 杨卓鸿, E ?mail: yangzhuohong yahoo. com. cn 艾叶油微胶囊棉织物的制备及其性能 何冠茹1, ? 杨子明1, ? 李? 鹂2a, ? 周武艺1, ? 汪国成2b, ? 杨卓鸿1 ( 1. 华南农业大学理学院, 广州 510642; 2. 香港理工大学 a. 纺织与制衣学院; b. 护理学院, 香港 九龙 999077) 摘? 要: ?采用 2D 树脂作交联剂, 以明胶?阿拉伯胶艾叶油微胶囊对棉织物进行功能整理。研究 了树脂用量、 催化剂用量对整理织物折痕回复角、 甲醛释放量和缓释性能的影响。结果表明: 经优 化工艺整理的棉织物, 甲醛释放含量低于 75 mg/ kg, 15次洗涤后对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的 抑菌率仍在 80% 以上, 耐水洗抑菌性能长效持久。 关键词: ?微胶囊; 织物; 2D 树脂; 抑菌活性 中图分类号: ? TB34? ? 文献标志码: ? A? ? 文章编号: ? 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 ? 微胶囊技术以其优异的缓释保护和改变物态的性能, 在印染、 医药、 农药、 食品加工、 纺织品功能整理等 方面得到了迅速发展和广泛应用 1?3 。目前纺织品微胶囊整理主要与棉麻纺织品涂层黏合或与化纤共混纺 丝, 存在透气性差、 耐洗性差及生产成本高等问题 4?5。艾叶油具有抗病毒、 广谱杀菌、 理气血等 6诸多医疗 保健效果, 但艾叶油味道强烈、 有效成分不稳定、 贮藏不便等缺点限制了其应用范围。 本文首先采用复凝聚法制备了明胶?阿拉伯胶艾叶油微胶囊乳液, 通过与传统防皱树脂 2D 树脂复配, 对 棉织物进行功能整理。探讨了棉织物在不同整理工艺条件下, 其折痕回复角、 甲醛释放量和微胶囊缓释性能 的变化, 并对微胶囊棉织物的抑菌性能进行了初步测试。结果表明: 2D 树脂、 棉织物、 微胶囊三者的相互化 学交联和残留甲醛的固化作用, 使艾叶油微胶囊固着于棉织物上, 从而使棉织物具有良好的抑菌耐洗涤效果 356 和防皱效果; 同时, 由于微胶囊的再固化过程会消耗 2D 树脂中的残留甲醛和活泼羟甲基, 使整理棉织物的 甲醛含量显著降低 7?8 。 1 ? 实验部分 1. 1? 试剂及仪器 明胶: 化学纯, 上海润捷化学试剂有限公司; 阿拉伯胶: 化学纯, 广州南方化玻公司进口分装; 艾叶油: 工 业品, 河南省南阳市绿莹艾草公司; 醋酸溶液: w= 10%, 分析纯, 天津市大茂化学试剂厂; 氢氧化钠溶液: w= 10% , 分析纯, 天津市大茂化学试剂厂; 戊二醛: 分析纯, 天津市科密欧化学试剂有限公司; 单宁: 分析纯, 广州市金华大化学试剂有限公司; 2D 树脂: 工业品, 广东赛特化工公司; 脂肪醇聚氧乙烯醚( JFC) 渗透剂: 工 业品, 广州化工城; 催化剂氯化镁: 分析纯, 天津市大茂化学试剂厂; 100% 纯棉坯布。 机械搅拌机: 上海标本模型厂; 恒温水浴锅: 北京市医疗设备厂; PHS?2C 型酸度计: 上海雷磁仪器厂; 均 匀小轧车、 定型烘干机: 香港威来尔精密仪器公司; 洗衣机: 海尔公司; XL?30ESEM 型扫描电子显微境: 荷兰 菲利浦电子光学有限公司; YG541B 型织物折皱弹性测试仪: 南通三思公司; YG206 织物强力测试仪: 常州 纺织机械厂。 1. 2? 艾叶油微胶囊的制备 称取明胶、 阿拉伯胶各 1. 0 g 于250 mL 三口烧瓶中, 加入 100 g 去离子水溶解, 加入 3. 0 g 艾叶油, 移入 40 ? 恒温水浴锅, 在 1 500 r/ min 条件下乳化 15 min; 滴加 w = 10%的醋酸溶液至体系 pH = 4. 0, 降低搅拌 速率至 400 r/ min, 待复凝完全后将体系移入冰浴降温至 5 10 ? , 滴加 w = 10% 的氢氧化钠溶液调节 pH 至 8 9, 加入固化剂戊二醛 4. 5 mL 搅拌 0. 5 h 后移入 50 ? 水浴持续搅拌 2 h, 即可得到艾叶油微胶囊乳 液, 再加入 2 g 的单宁在 50 ? 的水浴中搅拌 7 h, 抽虑、 凉干后可得艾叶油微胶囊粉末。 1. 3? 微胶囊织物的整理方法 艾叶油微胶囊乳液50 g/ L, 2D树脂120 g/ L, 催化剂28 g/ L, 渗透剂 JFC 2 g/ L, 余量为水, 搅拌均匀, 即 得整理液。将待整理织物( 100% 纯棉) 浸入到上述整理液中, 浴比( 织物与整理液质量比) 为 1 20, 二浸二 轧, 轧液率为 100%, 在 80 ? 置于定型烘干机中预烘 3 min, 再在 160 ? 焙烘 2 min, 冷却至室温, 水洗、 晾干 即得艾叶油微胶囊织物样品。 1. 4? 测试与表征 1. 4. 1? 微胶囊织物外观形态 ? 采用扫描电子显微镜( SEM) 观察并分析所得微胶囊织物样品的外观形 态。 1. 4. 2? 织物折痕回复角 ? ? 参照 GB/ T 3819 ?1997!纺织品织物折痕回复性的测定回复角法测定。每种试 样测五经五纬, 折痕回复角为织物经向和纬向的折痕回复角缓弹值的平均值之和。测试湿态下的折痕回复 角时, 试样的含水率为 100%。 1. 4. 3? 织物的甲醛含量? 参照 GB/ T 2912. 1?1998!纺织品甲醛的测定第 1 部分游离水解的甲醛( 水萃 取法) , 测定织物上的甲醛释放量。 1. 4. 4? 织物耐水洗性能? 用肥皂水按说明配成洗涤液, 将织物放入洗衣机内每次搅动 10 min, 可洗 0、 5、 10、 15 次, 每次在清水中漂净再搅动, 测定洗后织物的抑菌率。 1. 4. 5? 艾叶油微胶囊织物缓释性能? 准确配制一系列不同浓度的艾叶油?正己烷溶液作为标准液, 采用 紫外分光光度计在波长 ? = 288 nm 条件下测得艾叶油吸光度。以吸光度对浓度绘制标准曲线, 其标准曲线 方程为: y = 0. 378 8x + 0. 027 2, 标准曲线的相关系数 R = 0. 999 47, 线性关系良好。 将一定质量的艾叶油微胶囊粉末和一定面积的织物样品置于 37. 0 ? 、 湿度为 24. 0% 的恒温恒湿环境 中, 前 192 h 每 24 h 取样一次, 样品溶于正己烷中浸泡, 待艾叶油被完全萃取后, 用紫外?可见分光光度计测 其吸光度( 每次取样 3 个, 取平均吸光度) 。对照标准曲线得到艾叶油含量的变化情况, 计算某时间段微胶囊 中艾叶油的质量含量, 相对质量含量为某一时刻的质量含量与初始质量含量的比值, 由此可求得艾叶油在某 时间段内的相对累积释放量。 1. 4. 6? 艾叶油微胶囊织物抑菌性能? 选取自然界及人体皮肤黏膜中最常分布的金黄色葡萄球菌和大肠 357第 4 期?何冠茹, 等: 艾叶油微胶囊棉织物的制备及其性能? ? ? ? 杆菌作为代表菌种, 在待测试样( 经整理) 和对照试样( 未经整理) 上接种细菌, 分别加入已知总量的中和液, 振荡, 将细菌从试样上洗涤下来, 测定洗涤液中的细菌含量, 计算抑菌织物上细菌减少的百分率 9 。 2 ? 结果与讨论 2. 1? 微胶囊织物样品外观形态分析 采用扫描电子显微镜观察整理前后微胶囊织物的外观形态, 结果如图 1 所示。整理前棉织物纤维表面 光滑, 没有微胶囊附着; 整理后, 明显有微胶囊附着在织物纤维上。微胶囊外观呈光滑球形, 分散性、 均匀性 较好, 粒径在 10 25 ?m。由图可知, 微胶囊不仅固着在棉织物的纤维表面, 还固着于纤维空隙中, 从而既可 以避免外力的摩擦和挤压作用而破裂; 又使得微胶囊与纤维和交联剂的接触面足够大, 为微胶囊与交联剂发 生化学交联反应提供必要的化学反应环境。2D 树脂本身没有黏合作用, 而微胶囊能够被牢固地固着在织物 上, 说明微胶囊通过 2D 树脂的交联作用固着在织物纤维上, 从而提高了微胶囊的耐水洗性能, 赋予了棉织 物持久的抑菌效果。 ( a) Before microcapsules treatment( b) After microcapsules treatment 图 1? 微胶囊织物整理前后的 SEM 图 Fig. 1? SEM images of cotton fabrics before and after microcapsules treatment 2. 2? 树脂质量浓度对织物性能的影响 固定艾叶油微胶囊乳液50 g/ L, 催化剂用量为 28 g/ L, 改变 2D 树脂的质量浓度, 对棉织物进行整理, 整 理后织物的性能见表 1。由表 1 可知, 随树脂质量浓度增加, 织物折痕回复角和甲醛释放量逐渐增大。这是 因为随树脂质量浓度增加, 交联度提高, 织物的折痕回复角得到提高; 但同时使得 2D 树脂初缩体水解增加, 甲醛释放量增大。综合考虑, 2D 树脂质量浓度以 120 g/ L 为宜。 表 1? 2D 树脂质量浓度对织物整理效果的影响 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? 微胶囊整理对棉织物甲醛释放的影响 甲醛释放是限制 2D 树脂类织物整理剂应用的一个主要因素, 如表 2 所示。单独 2D 树脂整理棉织物的 甲醛释放量高于微胶囊?2D树脂整理棉织物的。这是因为在微胶囊整理过程中, 2D 树脂作为连接微胶囊和 棉织物的桥梁, 其游离甲醛可作为微胶囊固化剂被消耗, 同时 2D 树脂的羟甲基通过与微胶囊的醚化反应充 分, 2D 树脂、 微胶囊、 棉织物三者可能存在的交联醚化反应如图 2 所示。 358功? 能? 高? 分? 子? 学? 报第 23 卷 表 2? 2D 树脂及 2D 树脂?微胶囊整理织物的甲醛质量浓度 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 图 2? 2D 树脂、 微胶囊与织物纤维之间可能存在的交联反应 Fig. 2? Proposed crosslinking reactions when microcapsules are fixed on cellulose via 2D resin 2. 4? 催化剂质量浓度对织物性能的影响 当艾叶油微胶囊乳液质量浓度为50 g/ L, 2D 树脂的质量浓度为120 g/ L 时, 改变催化剂用量, 得到整理 后棉织物的性能见表 3。随着催化剂质量浓度增加, 交联反应更易进行, 交联度提高, 织物的折痕回复角逐 渐增大, 甲醛释放量逐渐减少, 同时, 有更多的微胶囊嫁接在棉织物上, 使得艾叶油含量逐渐增多。但在催化 剂质量浓度大于 28 g/ L 后, 艾叶油含量的增加速率逐渐缓慢, 且棉织物较硬, 容易撕裂。综合考虑, 催化剂 质量浓度以 28 g/ L 为宜。 表 3? 催化剂质量浓度对织物整理效果的影响 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? 微胶囊和微胶囊棉织物的缓释性能 图 3 为艾叶油微胶囊和微胶囊整理棉织物的艾叶油缓释情况。如图 3所示, 两者的缓释变化趋势相同, 前 24 h, 艾叶油释放都较快; 之后缓释程度又趋于缓慢。这是因为微胶囊和微胶囊织物表层的艾叶油比较 容易释放, 一旦表层的艾叶油挥发完, 此后的释放将会保持相对稳定。由图 3 可知, 微胶囊中的艾叶油缓释 速率快于棉织物微胶囊中的艾叶油缓释速率。放置 192 h 后, 微胶囊中艾叶油的释放量接近 70% , 而棉织物 微胶囊中的艾叶油释放量低于50% , 说明微胶囊整理棉织物中艾叶油的稳定性比微胶囊中艾叶油的稳定性 359第 4 期?何冠茹, 等: 艾叶油微胶囊棉织物的制备及其性能? ? ? ? 图 3? 微胶囊及微胶囊织物的缓慢释放曲线 Fig. 3? Slow?release curves of the microcapsules and the treated fabrics 有了明显提高。这是因为微胶囊在整理棉织物的过程中, 与 2D 树脂发生了交联反应, 织物中微胶囊的囊壁变得更密闭, 使得艾叶油不易缓释。 2. 6? 棉织物抑菌性能 表 4 为艾叶油微胶囊整理织物样品洗涤 0、 5、 10、 15 次 的抑菌效果, 织物经过 15 次洗涤后对金黄色葡萄球菌和大 肠杆菌的抑菌率仍在 80% 以上, 具有较好的耐洗涤性能。这 是因为微胶囊粒径小, 可以渗入到织物纤维间的空隙中, 并 与交联剂发生化学交联反应, 使得微胶囊粒子与纤维牢固地 紧密连在一起, 不易被洗脱下来, 并在一定程度上能够承受 外界对织物施加的压力而不至于破裂。 表 4? 整理后织物不同水洗次数的抗菌率 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 ? 结 ? 论 ( 1) 采用 2D树脂作交联剂, 以明胶 ?阿拉伯胶艾叶油微胶囊对棉织物进行功能整理, 经优化工艺整理的 棉织物甲醛释放含量低于 75 mg/ kg。 ( 2) 微胶囊化学交联整理后的织物经过 15 次洗涤后对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率仍在 80% 以上, 显示出长效持久、 耐水洗的抑菌性能。 参考文献: 1 ? 朱晓丽, 刘力娜, 张志国, 等. 乳清蛋白/阿拉伯胶复凝聚法制备载乙酸油酯微胶囊及其表征J. 高分子学报, 2009 ( 10): 1062?1069. 2 ? Li Shiqi, Joy E Lewis, Neil M Stewart, et al. Effect of finishing methods on washing durability of microencapsulated aroma finishing J . Journal of the T extile Institute, 2008, 99(2) : 177?183. 3 ? Lin M iao, Yang Yong, Xi Ping, et al. Microencapsulation of water ?soluble flame retardant containing organophosphorus and its application on fabric J. Journal of Applied Polymer Science, 2006, 102( 5) : 4915 ?4920. 4 ? Roxana B, Vera V, Darja J. Gr