微胶囊抗菌纺织品研发进展

刘优昌，姜 毅，韦继超

(1.青岛市纤维纺织品检验研究院，山东 青岛 266000；2.青岛市产品质量检验研究院，山东 青岛 266000；3.山东省纺织建筑设计院有限公司，山东 济南 250013)

功能性纺织品具有抗菌抑菌、芳香、拒水、远红外发射、抗静电、防紫外线等功能，可满足消费者不同使用场景下的个性化需求，受到市场的青睐。近年来，由于新冠疫情的影响，人们愈加重视纺织品的抗菌、抗病毒功能，因此纺织品的抗菌功能整理技术逐渐成为研究热点。常见的纺织品抗菌功能性整理技术有纤维改性、织物浸轧、织物喷涂和织物涂层等，利用这些方式将抗菌整理剂均匀地分布在纤维、织物的内部或表面，赋予其抗菌功能。随着织物整理技术的发展，微胶囊技术因具有缓释性能和隔离性能[1]，可使整理后的织物长久保持抗菌性的优点，而被广泛应用于抗菌纺织品的制备。本文介绍了抗菌微胶囊的制备工艺及在纺织品领域的应用现状，并对抗菌纺织品的发展趋势进行了展望。

1 抗菌微胶囊制备工艺

微胶囊技术是指用稳定性较好的膜材将一些活性较高、易挥发或具有某种功能的固体或液体包封形成微小颗粒的技术。微胶囊的制备工艺较多[2]，主要分为物理法、化学法和物理化学法。其中物理法主要包括：喷雾干燥法、喷雾冷冻法、冷冻干燥法、空气悬浮法、包结络合法、挤压法、共结晶法、离心法、溶剂蒸发法等；化学法主要包括：原位聚合法、界面聚合法、界面配位法、辐射化学法、乳化法、锐孔-凝固浴法；物理化学法主要包括：水相相分离法(包括单凝聚法和复凝聚法)、油相相分离法、界面沉积法、干燥浴法。抗菌微胶囊的主要制备工艺为化学法和物理化学法。

1.1 化学法

1.1.1界面聚合法

界面聚合法是指反应发生在两种溶剂体系的接触界面上，每种溶剂体系都含有反应物，在反应进行时，每种溶剂体系的反应物均由两相内部向界面移动，聚合成膜材实现对芯材的包封。界面聚合法适用于液态芯材的包封，具有反应速度快、条件温和、易操作的优点。张微微[3]使用界面聚合法制备了椒样薄荷油聚氨酯微胶囊，探究了乳化剂种类、乳化剂用量、精油用量和单体用量等对椒样薄荷油聚氨酯微胶囊微观形貌和粒径的影响，发现当阿拉伯胶用量为1.5%，精油用量为10%，单体用量为20%时，球形椒样薄荷油聚氨酯微胶囊的平均粒径为1.68 μm、负载率为29.01%，椒样薄荷油中94.64%的物质被成功包覆，且该微胶囊对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有一定抗菌性。进一步将茶树精油、薰衣草精油和紫苏叶油进行复配，当阿拉伯胶用量为2.0%，精油用量为7.5%，单体用量为10%时，球形复配精油聚氨酯微胶囊的平均粒径为2.73 μm、负载率为59.01%，且该微胶囊对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有良好的抑菌性。

1.1.2锐孔-凝固浴法

锐孔-凝固浴法是指将芯材和膜材溶于溶剂中，形成两种溶液，借助微型锐孔装置将一种溶液滴加到另外一种溶液中，而后在凝固浴的作用下，两种溶液中的分子结合形成具有膜结构的微型颗粒或小球。张德雄等人[4]采用锐孔-凝固浴法，使用壳聚糖和海藻酸钠包覆柚皮素，制备了载柚皮素微胶囊，发现当海藻酸钠质量分数为1.5%，壳聚糖质量分数为0.3%，氯化钙质量分数为2%，海藻酸钠与柚皮素的投料质量比为11∶1时，载柚皮素微胶囊包封率为84%，具有良好的缓释效果，体外缓释时间达60 h以上，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有良好的抑菌性。

1.2 物理化学法

1.2.1复凝聚法

复凝聚法常用于油溶性芯材的微胶囊化，其以两种或两种以上带有相反电荷的水溶性物质为膜材，将芯材加入向膜材溶液形成O/W型乳液，通过改变混合体系中温度、浓度或者加入无机盐等使混合体系发生液-液相的分离，即膜材物质形成不溶于水的复合凝聚物(复凝物)，沉积于芯材表面，进而形成微胶囊。复凝聚反应条件温和、易操作、安全性好，微胶囊的产率和包埋率较高。翟媛媛等人[5]以明胶和壳聚糖为膜材，艾草精油为芯材，采用复凝聚法开发了缓释型芳香抑菌微胶囊，提高了艾草精油的释放周期，以包埋率为响应值，采用响应面法探究了艾草精油微胶囊的最佳制备工艺。芯壁比、复凝聚pH与搅拌速度3个响应因子对艾草精油微胶囊包埋率的影响顺序为：芯壁比>复凝聚pH>搅拌速度，最佳制备工艺为：当芯壁比为1∶1、复凝聚pH值为5.9、搅拌速度为600 rpm时，微胶囊的平均包埋率为67.58%。

1.2.2油相相分离法

油相相分离法是在水溶性固体或液体芯材与膜材的混合溶液中，加入非溶剂或不良溶剂、凝聚剂、凝聚诱导剂，或通过改变温度或pH使聚合物的溶解度降低，从溶液中凝聚出来，沉积在被包裹的芯材表面形成微胶囊的方法。陈红梅[6]利用油相分离法，以甲壳素为膜材，以天然抗氧化剂茶多酚为芯材，制备了茶多酚微胶囊，探究了原料配比、交联剂用量对茶多酚包含量、释放速率的影响，发现茶多酚微胶囊化后4 h时，其瞬时释放量达到最大，随后可缓释12 h以上，12 h时的累积释放量约为90%。胶囊化保护了茶多酚且延长了其抗氧化时间。

2 抗菌微胶囊在纺织品中的应用现状

目前，微胶囊技术已应用于纺织品的多个领域，如印染、功能纤维及功能织物等，其中抗菌微胶囊主要通过与纤维纺丝液共混制备抗菌纤维或以抗菌整理剂的形式通过浸轧整理制备抗菌纺织品。

2.1 共混纺丝

共混纺丝是指将抗菌微胶囊与黏胶纤维等纺丝液共混后，通过湿法纺丝等方式，制备抗菌纤维。邢上上等人[7]将具有抗菌功能的薄荷精油微胶囊和甜罗勒提取物水溶液与黏胶纤维纺丝液共混，采用湿法纺丝工艺制备了抗菌黏胶纤维，通过测试发现：与普通黏胶纤维相比，该抗菌黏胶纤维的干、湿态断裂强度分别降低0.22 cN/dtex、0.14 cN/dtex，干、湿态断裂伸长率分别增加0.87%、1.48%，回潮率增加1.51%，未水洗及水洗20次后对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色念珠菌的抑菌率分别达到96.50%、99.12%、79.35%和93.42%、91.53%、76.43%。吴娇等人[8]将植物中药抗菌防螨微胶囊与含有苦木成分的黏胶纺丝液共混纺丝，制得植物中药抗菌防螨黏胶纤维，经测试发现：植物中药抗菌防螨微胶囊平均粒径约为1.5 μm，植物中药抗菌防螨黏胶纤维的热分解温度较普通黏胶纤维低4 ℃，强力略有下降，抗菌、防螨性能较好，满足纺织加工要求。

2.2 浸轧整理

浸轧整理是指将抗菌微胶囊与粘合剂等制成织物抗菌整理剂，通过浸轧、烘干等工序，使抗菌微胶囊粘附于织物表面或内部制备抗菌织物。欧阳旭[9]利用原位聚合法，以甲基丙烯酸甲酯(MMA)为单体，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)为共聚单体，以具有芳香和抑菌性的香茅油作为芯材，制备了芳香抑菌微胶囊，并将纳米银粒子负载在微胶囊膜材上，以增强抑菌效果，测试发现：载银芳香抑菌微胶囊呈石榴型，粒径约为2 μm～20 μm，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌都有抑菌效果。将芳香抑菌微胶囊通过二浸二轧工艺整理到织物上，发现整理后织物香味释放周期可达三个月以上，当微胶囊浓度为6.75%时，织物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌抑菌率分别达99.9%、97.6%，且具有一定的耐水洗性。孙丽娟[10]采用锐孔-凝固浴法，以海藻酸钠和氯化钙作为壁材，艾草提取物为芯材，制备了艾草提取物微胶囊，测试发现：艾草提取物质量分数为5%时，产率为66.17%，包覆率为98.15%，缓释时间达350 h。将此微胶囊用于粘胶纤维水刺非织造材料表面整理，发现当微胶囊中艾草提取物含量为3%时，对金黄色葡萄球菌具有优异的抗菌效果。

3 抗菌微胶囊整理技术的发展趋势

抗菌微胶囊整理技术虽在纺织品领域已有较为广泛的应用，但目前还存在功能单一，抗菌周期不长，不耐洗等问题，针对此类问题的技术改进，是抗菌微胶囊整理技术的重要发展趋势。

3.1 多功能微胶囊研发

针对抗菌微胶囊功能单一的问题，可通过复配膜/芯材的方式，使微胶囊具有除抗菌功能外的多种功能。钟晴[11]采用原位乳液聚合法，以苯乙烯-马来酸酐共聚物为乳化剂，聚甲基丙烯酸甲酯-氧化锌复合材料为膜材、正十四醇为芯材，制备了具有较高相变潜热、良好光降解性能和抗菌活性的新型多功能微胶囊相变储能材料，测试发现：该多功能微胶囊包覆率均超过90%，随着乙酸锌用量的增加，其储热性能减弱，对甲基蓝具有较好的光催化降解性能，同时对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有抗菌性。

3.2 提升抗菌微胶囊耐久性

抗菌微胶囊的耐洗性差及抗菌周期不长，是限制抗菌微胶囊应用的因素之一。王辉[12]采用复凝法制备了艾草精油微胶囊并将其应用于整理棉织物，以抗菌性能为指标确定的艾草精油微胶囊整理棉织物最佳工艺为：微胶囊30 g/L、水性聚氨酯100 g/L、在130℃焙烘3 min，制备的抗菌棉织物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别达97.42%和95.70%，且放置35天后棉织物的抑菌率仍在85%以上，经50次洗涤后织物的抑菌率仍在80%以上，具有良好的抗菌耐久性能。

4 结语

抗菌微胶囊因具有抗菌作用周期长，可实现对抗菌物质的有效保护，应用范围广等优点，已在抗菌纤维、抗菌纺织品等领域得到广泛使用。现阶段，抗菌微胶囊整理功能单一，抗菌周期不长，不耐洗等仍是影响其大规模应用的主要因素之一，而针对这些问题的多功能微胶囊研发、提升抗菌微胶囊耐久性是抗菌微胶囊整理技术的重要发展趋势。