艾叶油纳米胶囊的发明及其在织物整理上的应用

序号： 编码： “挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛决赛作品申报书 作品名称： 艾叶油纳米胶囊的发明及其在织物整理上的应用 学院名称： 理学院 申报者姓名 （集体名称）： 邓思贤 徐桂英 余瑞幼 危燕妮 类别：自然科学类学术论文 哲学社会科学类社会调查报告和学术论文 科技发明制作A类 科技发明制作B类说 明1.申报者应在认真阅读此说明各项内容后按要求详细填写。2申报者在填写申报作品情况时只需根据个人项目或集体项目填写A1或A2表，根据作品类别（自然科学类学术论文、哲学社会科学类社会调查报告和学术论文、科技发明制作）分别填写B1、B2或B3表。所有申报者可根据情况填写C表。3.表内项目填写时一律用钢笔或打印，字迹要端正、清楚，此申报书可复制。4.序号、编码由竞赛组委会填写。5学术论文、社会调查报告及所附的有关材料必须是中文（若是外文，请附中文本），请以4号楷体打印在A4纸上，附于申报书后，字数在8000字左右（文章版面尺寸14.522cm）。A2申报者情况（集体项目）说明：1必须由申报者本人按要求填写；2申报者代表必须是作者中学历最高者，其余作者按学历高低排列；3本表中的学籍管理部门签章视为申报者情况的确认。申报者代表情况姓名邓思贤性别女出生年月1986.09学院理学院系别、专业、年级06级化学系应用化学学历本科学制4年入学时间2006.09作品名称艾叶油纳米胶囊的发明及其在织物整理中的应用毕业论文题目通讯地址华南农业大学五山公寓9栋415室邮政编码510642办公电住地通讯地址华南农业大学五山公寓9栋415室邮政编码510642住宅电话38872692其他作者情况姓 名性别年龄学历所在单位余瑞幼女23本科华南农业大学理学院应用化学系危燕妮女23本科华南农业大学理学院应用化学系徐桂英女23本科华南农业大学理学院应用化学系资格认定学院学籍管理部门意见以上作者是否为2009年7月1日前正式注册在校的全日制非成人教育、非在职的高等学校中国籍专科生、本科生、硕士研究生或博士研究生。是 否 （部门签章）年 月 日院系负责人或导师意见本作品是否为课外学术科技或社会实践活动成果是 否负责人签名：年 月 日B3申报作品情况（科技发明制作）说明：1必须由申报者本人填写；2本部分中的科研管理部门签章视为对申报者所填内容的确认； 3本表必须附有研究报告，并提供图表、曲线、试验数据、 原理结构图、外观图（照片）,也可附鉴定证书和应用证书； 4作品分类请按照作品发明点或创新点所在类别填报。作品全称艾叶油纳米胶囊的发明及其在织物整理中的应用作品分类（ E ）A机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控 制、工程、交通、建筑等） B信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等） C数理（包括数学、物理、地球与空间科学等） D生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健 康、卫生、食品等） E能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化 工、生态、环保等）作品设计、发明的目的和基本思路，创新点，技术关键和主要技术指标一、 本作品发明的目的随着社会的日益发展，人们的防病、抗病保健意识不断增强，具有抗菌保健功能、可保护身体健康，减少疾病传播的服装，受到人们的青睐。本作品旨在提供一种具有耐久、特效抗菌保健功能的艾叶油纳米胶囊，并将其应用于织物功能整理，以满足人们的需求。艾叶油具有抗菌消炎、提高人体免疫力，抗过敏和促进血液循环等多种功效，但艾叶油本身挥发性强，有效成分不稳定，容易发生变化，不便于储藏和运输，艾叶油的应用范围受到极大限制，因此研究艾叶油的胶囊化显得非常重要。本作品拟通过复凝聚的方法将艾叶油纳米胶囊化，这不但解决了艾叶油的上述的缺点，而且由于纳米胶囊的粒径小，表面积大，能达到控制艾叶油的释放效果，延长药效时间，靶向性好，使得艾叶油的药效得到充分的利用，应用更加广泛。目前大多数微胶囊和纳米胶囊技术在织物上的整理都是用粘合剂涂层的方法，将胶囊直接粘结在纤维上，胶囊与织物之间只是简单的物理粘连作用，因此这种方法存在胶囊附着效果差，耐洗效果差的缺点。本作品拟采用新的化学交联接枝的方法对织物进行纳米胶囊的整理，使纳米胶囊、交联剂和织物纤维之间发生交联反应，形成化学键连接，从而把纳米胶囊抗菌剂牢固地固着在织物纤维上。该方法使得艾叶油纳米胶囊在织物上能达到良好的附着效果和耐洗性能，织物具有较长时期高效、广谱、安全的抗菌性能，这不但提高了织物的附加值，满足人们对高质量，高技术含量的纺织品的需求，而且挖掘了纳米胶囊在织物功能性整理方面的潜力，促进了我国纳米胶囊技术在纺织领域的应用。二、 本作品设计的基本思路本作品首先通过以高分子材料明胶-阿拉伯胶为壁材，传统中药材艾叶油为芯材，采用复凝聚的方法制备艾叶油纳米胶囊水乳液，然后加戊二醛进行交联固化，最后加单宁进行后处理，通过对影响艾叶油纳米胶囊的合成条件进行分析，得出影响纳米胶囊性能的主要因素，如芯壁比，乳化时的搅拌速度，戊二醛的用量，单宁的用量，然后通过正交实验优化出纳米胶囊的制备工艺，以期得到形态规整，分散性好，包覆率高的纳米胶囊，最后用生长速度法对其进行抗菌性能的测试。此外本作品还对艾叶油纳米胶囊在织物整理上的应用进行研究，拟采用新的交联接枝的方法对织物进行纳米胶囊的整理，使纳米胶囊与织物之间能形成化学键，以期艾叶油纳米胶囊在织物上能达到良好的附着效果和耐洗性能，织物能具有较长时期的抗菌性能。三、 本作品的创新点1、 首次采用复凝聚法制备明胶-阿拉伯胶艾叶油纳米胶囊，探讨了影响纳米胶囊性能的因素，提出了制备艾叶油纳米胶囊的最佳工艺。以往的文献报道的中草药微胶囊的制备工艺繁琐，挥发油的利用率不高，或者是报道了艾叶油微胶囊的制备方法，但没有对艾叶油的缓释情况进行研究，而本作品所发明的艾叶油纳米胶囊不但制备工艺简单，而且所制备的胶囊具有分散性好、形态规整、乳液稳定性高，包覆率高和缓释效果好。2、 首次采用紫外分光光度计的方法来测定艾叶油纳米胶囊的包覆率和载药量，以往文献报道是用气相的方法，不但操作繁琐，而且所需时间长，而本作品采用的紫外分光光度计的方法操作简单，测定结果迅速。3、 采用生长速度法对纳米胶囊的抑菌性能进行测试。以往的文献报道大多数是用抑菌圈和最小抑菌浓度的方法来定性确定纳米胶囊的抑菌性能，而本作品采用的生长速度法能定量确定纳米胶囊的抑菌性能，能够具体确定纳米胶囊的抑菌率。4、 首次采用交联接枝的方法对艾叶油纳米胶囊在织物上的进行整理，使纳米胶囊与织物之间形成化学键，而不是简单的物理粘结，从而使纳米胶囊在织物上附着效果好，耐洗性好，抗菌效果持久。四、 技术关键和技术指标1、 技术关键制备纳米胶囊时所采用的芯壁比，乳化时的搅拌速度，戊二醛的用量，单宁的用量等影响了纳米胶囊的形态、分散性、包覆率、载药量和抑菌率，织物整理时催化剂的用量，焙烘的温度和时间等影响了织物的手感、颜色和纳米胶囊的附着性，因此这些条件都是本作品的技术关键。2、 技术指标纳米胶囊：1） 外观形态：浅褐色粉末状颗粒，规则球形，如图12） 粒径大小：粒径分布在200nm左右，如图23） 分布情况：符合正态分布，如图24） 纳米胶囊的载药量：50%5） 缓释效果：7天后纳米胶囊仍载有艾叶油6） 抗菌效果：37恒温6天后，抑菌率仍到达95%整理后的织物1） 外观形态：不泛黄，柔软2）纳米胶囊交联接枝情况：纳米胶囊和织物形成化学键3）抗菌性能：抑菌率达到70%以上4）耐洗性能：10次洗涤后仍有较多微胶囊附在织物上 图1 纳米胶囊的表面形态 图2 粒径分布图作品的科学性先进性（必须说明与现有技术相比、该作品是否具有突出的实质性技术特点和显著进步。请提供技术性分析说明和参考文献资料）现有的纳米胶囊的制备技术利用微胶囊技术使纺织品具有特种功能是目前国内外研究的热点1-4。微胶囊技术在医药、农药、卫生用品、日用化学品、食品、胶粘剂、高分子材料助剂、肥料等诸多领域获得应用，在纺织领域，微胶囊技术主要用于纺织品染整，但应用比较广泛且已工业化生产的是微胶囊，而纳米胶囊仅处于实验室研究阶段。目前，国内外有关制备纳米胶囊的文献不多，而有关艾叶油纳米胶囊的制备未见有报道。国内武汉大学化学与分子科学学院朱银燕5等将复凝聚法引入到微乳体系中, 制备含氯氰菊酯的纳米胶囊。王锦成等 6以明胶为囊壁、辣椒素为囊芯,采用单凝聚法制备了辣椒素的纳米胶囊。方玉堂等7采用超声波工艺及细乳液原位聚合方法, 研制了以聚苯乙烯为囊壁、正十八烷为囊芯的纳米胶囊相变材料。国外Park 等8 通过细乳液聚合法合成了以石蜡为核、聚苯乙烯为壳的稳定球形纳米胶囊。目前国内外只有把艾叶油微胶囊化的报道,而且制备出来的效果不太好。本作品采用的技术本作品提出的用复凝聚法制备艾叶油纳米胶囊的条件温和，操作工艺简单，生产成本低，容易实施。制备路线如下：(1) 艾叶油的乳化：将明胶和阿拉伯胶置于三口烧瓶中，加入蒸馏水，置于40水浴中搅拌溶解，加入艾叶油乳化15min。(2) 复凝聚反应：滴加20HAC调节溶液的PH值至4.0，把搅拌速度降低到400r/min，复凝反应15min；(3) 交联固化：用冰水浴降温至05，然后用20%NaOH溶液调节体系PH值至8.09.0，滴加入25%戊二醛溶液，冰浴30min；移入50的水浴中，固化2小时； (4) 后处理：在上述胶囊乳液中加入单宁，40恒温水浴反应7小时，抽滤，用蒸馏水洗涤2-3次，置于室温自然干燥至恒重，得浅褐色粉末状纳米胶囊固体产品。所制备的纳米胶囊粒径小，分散性好,形貌规整,属于纳米范围，不会对使用材料的物理机械性能造成较大的影响，而且，纳米胶囊比微胶囊的缓释性更强，使用范围更为广泛。现有的应用在织物上的微胶囊技术目前，微胶囊技术在织物上已得到应用,国内外都有相关的报道，如日本研制的脱毛剂微胶囊已应用于针织内衣和长筒袜，并在市场上出售9。国内的纪俊玲10等采用原位聚合法,以薰衣草香精为芯材、醚化蜜胺树脂预聚体作为壁材单体,合成香料的纳米胶囊，并通过黏合剂把香料纳米胶囊黏结到纤维上。但通过胶粘剂将微胶囊直接粘结在织物上存在着微胶囊与织物纤维之间亲和力和有效成分作用持久性的问题11。本作品采用的技术本作品提出用交联接枝的方法将艾叶油纳米胶囊附在织物上，使纳米胶囊与织物之间形成化学键，而不是简单的物理粘结，如下图： 图3交联接枝法整理的织物 图4用粘合剂整理的织物12因此用交联接枝的方法整理过的织物，纳米胶囊在织物上附着效果好，耐洗性好，抗菌效果持久，提高了织物的附加值，从而促进了纳米微胶囊在织物上的应用。参考文献1 胡大艳, 郭建生. 微胶囊技术在织物整理上的应用J. 山东纺织经济, 2005(6): 66-67.2 Miao Lin, Yong Yang, Ping Xi, Shui-lin Chen. Microencapsulation of Water-Soluble Flame Retardant Containing Organophosphorus and its Application on FabricJ. Journal of Applied Polymer Science, 2006 (102): 4915-4920.3 Li, Shiqi, Lewis, Joy E., Stewart, Neil M., Qian, Lei and Boyter, Henry. Effect of finishing methods on washingdurability of microencapsulated aroma finishingJ. Journal of the Textile Institute, 2008, 99 (2): 177-183.4 Pablo Monllor, Maria Angeles Bonet , Francisco Cases. Characterization of the behaviour of avour microcapsules in cotton fabrics J. European Polymer Journal, 2007 (43) : 2481-2490.5 朱银燕, 张高勇, 洪昕林, 董金凤, 张晓光, 曾 晖, 微乳中纳米胶囊的复凝聚法制备. 化学学报, 2005,63(16):1505-1509.6 王锦成, 陈思浩, 徐子成, 胡燕华辣椒素的纳米胶囊的合成及性能研究. 化工新型材料,2007,2 ,35(2): 55-57.7 方玉堂, 匡胜严, 张正国, 高学农, 纳米胶囊相变材料的制备.化工学报2007,3,58(3): 771-775.8 Park S J, Kim K S, Hong S K1 Preparation and t hermal properties of polystyere nanoparticles containing phase change materials as t hermal storage medium1 J1 Pol ymer2Korea , 2005,29(1): 8213.9 粱玉敏, 王进美, 微胶囊技术在医疗保健纺织品中的应用进展.纺织科技进展, 2007,5: 31.10 纪俊玲, 陈水林, 汪信,薰衣草纳米胶囊制备及其在彩棉针织物上的应用. 上海纺织科技, 2006,4,34(14): 14-16.11 廖选亭, 微胶囊技术与纺织品的微胶囊功能性整理. 科技创业月刊, 2006,7: 190-191.12 Zong-Hui Maa, Deng-Guang Yua, Christopher J. Branford-Whiteb, Hua-Li Niea. Microencapsulation of tamoxifen: Application to cotton fabricJ. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces , 2009, (69): 85-90.作品在何时、何地、何种机构举行的评审、鉴定、评比、展示等活动中获奖及鉴定结果产品已经我校测试中心检验 制备的纳米胶囊扫描电镜（SEM）图片经纳米胶囊整理的织物SEM图片作品所处阶 段（ A ）A实验室阶段 B中试阶段 C生产阶段D （自填）技术转让方式 无作品可展示的形 式 实物、产品 模型 图纸 磁盘 现场演示 图片 录像 样品使用说明及该作品的技术特点和优势，提供该作品的适应范围及推广前景的技术性说明及市场分析和经济效益预测一、使用说明纳米微胶囊可在常温下使用，作医药使用时可再加工，不宜高温下使用,为了达到更好的效果，使用前放在冰箱里保存。用纳米微胶囊整理过的织物具有抗菌效果，可用于作医院的抗菌衣服，还可用于民用的医疗保健纺织品。二、本作品的技术特点与优势艾叶油纳米微胶囊的制备采用的是复凝聚的方法，设备简单，主要是搅拌机与水浴锅，容易操作，条件温和，得到的纳米微胶囊的分散性好，形貌规整，缓释效果好。用交联接枝的方法将纳米胶囊整理在织物上，使得纳米胶囊与织物之间以化学键相连，纳米胶囊在织物上附着效果好，耐洗性好，抗菌效果持久。三、本作品的适用范围、前景推广的技术性说明、市场分析和经济效益预测艾叶油纳米胶囊的使用范围：由于艾叶油具有抗菌消炎，抗过敏和促进血液循环等多种药理功效作用,将艾叶油纳米胶囊化后消除艾叶油的强烈气味，有效减弱艾叶油的挥发，能长期保存艾油有效成分，使艾叶油微胶囊具有缓释性能、延长药效的功能,所以纳米微胶囊在传统的医药、香料、化妆品可以使用外，还可以在保健浴剂、保健食品、保健牙膏、空气清新剂等领域应用。用纳米微胶囊整理过的织物具有抗菌、消炎、抗过敏、促进血液循环及保健皮肤的功能,所以可作为一种抗菌织物来使用。前景推广与市场分析:艾叶是中医常用药之一,而艾叶的主要有效成分是艾叶油,但艾叶油挥发性强,抑菌时间短,而纳米胶囊的粒径小，表面积大，能有效控制艾叶油释放效果，延长药效，使得艾叶油的药效得到充分的利用，而且本作品的操作简单,容易实施, 因此,艾叶油纳米微胶囊容易被人接受,容易推广,而且也容易进行工业化生产，其前景是广阔的。目前随着生活水平的提高,人们在注重服装的美观、特色、舒适的同时,也对其保健、卫生等功能提出了更高的要求，因此具有抗菌功能的纺织品日益受到人们的青睐。而纳米微胶囊在织物上的整理能得到抑菌效果持久的抗菌织物,因此其市场的需求量大,容易推广，前景乐观。经济效益预测:由于艾叶油纳米微胶囊的缓释效果好,抑菌效果持续时间比艾叶油长,药效能得到充分的利用,而且制备的设备简单,原料来源广泛,价格低廉,所以在同样抑菌效果的条件下,纳米微胶囊的用量比艾叶油少,成本低,所以在如今一个讲求效率的时代,艾叶油的经济效益是比较好的。而且纳米微胶囊在织物上的整理能得到抑菌效果持久的抗菌织物,使得织物的附加值增加,品质提高,这给纺织行业带来了新的利润空间,因此总的来说,艾叶油纳米胶囊及其在织物整理上的应用的经济效益是可观的。专利申报情况提出专利申报 申报号 申报日期 年 月 日已获专利权批准 批准号 批准日期 年 月 日 未提出专利申请科研管理部门签 章 年 月 日C.当前国内外同类课题研究水平概述 说明：1.申报者可根据作品类别和情况填写； 2.填写此栏有助于评审。纳米胶囊的概念最早是由Narty 等1 在70年代末首先提出来的,其后他们致力于纳米范围的研究,发现纳米胶囊具有独特性质使它在许多领域得到新的应用,特别是在药物纳米胶囊的研究中,发现其具有良好的靶向性和缓释作用,所以目前对纳米胶囊的研究是一个热门的领域,但是仅处于实验研究阶段。目前，国内外有关制备纳米胶囊的文献不是特别多，而有关艾叶油纳米胶囊的制备未见有报道。国内武汉大学化学与分子科学学院朱银燕2等以以明胶和阿拉伯树胶作为包裹材料，将复凝聚法引入到微乳体系中, 制备含氯氰菊酯的粒度均匀、粒径30100 nm的球形纳米胶囊。王锦成等 3以明胶为囊壁、辣椒素为囊芯,采用单凝聚法制备了辣椒素的粒径在100nm纳米胶囊。方玉堂等 4采用超声波工艺及细乳液原位聚合方法, 研制了以聚苯乙烯为囊壁、正十八烷为囊芯的纳米胶囊相变材料。国外Park 等5 通过细乳液聚合法合成了以石蜡为核、聚苯乙烯为壳的稳定球形纳米胶囊。日本科学家在最新一期美国科学杂志上报告说，他们制成了直径仅纳米的容器，并成功将液态氟化合物封装到这种被称为“纳米胶囊”的微小容器中6。总的来说,目前在相变材料方面纳米胶囊制备的文献较多,医药方面也有,但国内外只有把艾叶油微胶囊化的报道,而且制备出来的效果不太好,本作品提出的用复凝聚法制备艾叶油纳米胶囊的条件温和，操作工艺简单，生产成本低，容易实施，而且所制备的纳米胶囊粒径小，分散性好,形貌规整,属于纳米范围，不会对使用材料的物理机械性能造成较大的影响，而且，纳米胶囊比微胶囊的缓释性更强，使用范围更为广泛。 目前, 随着人民生活水平的提高，人们对纺织品的舒适性和功能性要求也越来越高7-8，纺织品后整理也成为了提高产品附加值和改善纺织品功能的重要途径之一。且利用微胶囊技术使纺织品具有特种功能仍是目前发展的热点之一9。微胶囊技术在织物整理上日本的研究比较深入,如日本研制的脱毛剂微胶囊已应用于针织内衣和长筒袜，并在市场上出售10。国内的纪俊玲11等采用原位聚合法,以薰衣草香精为芯材、醚化蜜胺树脂预聚体作为壁材单体,合成香料的纳米胶囊通过黏合剂把香料纳米胶囊黏结到纤维上。但通过胶粘剂将微胶囊直接粘结在织物上存在着微胶囊与织物纤维之间亲和力和有效成分作用持久性的问题12。总的来说,目前应用在织物整理上的微胶囊技术用的都是微胶囊比较多,而且是用高分子粘合剂或涂层剂对织物进行处理,使微胶囊附上去,但是这种方法的缺点是耐洗涤牢度差13。本作品提出新的方法将纳米胶囊附在织物上交联接枝的方法，使纳米胶囊与应用在织物之间形成化学键，而不是简单的物理粘结，从而使纳米胶囊在织物上附着效果好，耐洗性好，抗菌效果持久，提高了织物的附加值，从而促进了纳米微胶囊在织物上的应用。参靠文献1 Narty J J, Oppenheim R C, Speiser P. J . Pharm Acta Helv, 1978,53(1) :17-23.2 朱银燕, 张高勇, 洪昕林, 董金凤, 张晓光, 曾 晖, 微乳中纳米胶囊的复凝聚法制备. 化 学学报, 2005,63(16) : 1505-1509.3 王锦成, 陈思浩, 徐子成, 胡燕华, 辣椒素的纳米胶囊的合成及性能研究. 化工新型材料,2007,2,35(2) : 55-57.4 方玉堂, 匡胜严, 张正国等, 纳米胶囊相变材料的制备. 化工学报, 2007,3 ,58(3): 771-775.5 Park S J, Kim K S, Hong S K1 Preparation and t hermal properties of polystyere nanoparticles containing phase change materials as t hermal storage medium1 J1 Pol ymer2Korea , 2005,29(1): 82136 日本制成世界最小的”纳米胶囊”. 中国处方药, 2006,10(55): 69.7 王戌戎, 微胶囊技术在纺织工业上的运用J. 国外纺织技术, 1999,(9): 4-7.8 唐志翔, 微胶囊技术在纺织品方面的应用J. 染整科技, 2003,(3):47-54.9 王进美, 田伟, 健康纺织品开发与应用M. 北京中国纺织出版社, 2005.10