微膠囊技術在紡織領域中的應用

微膠囊技術在紡織領域中的應用

微膠袋技術在紡織行業(yè)的應用相對較晚，包括采用專用微膠袋、新添加材料、新添加材料對紡織品的分類、抗生素、激素、維生素和其他藥物的微膠囊醫(yī)療紡織品的應用。1微膠囊化分散式染料1.1微膠囊化的染料微膠囊化分散染料(或稱為分散染料微膠囊)是利用微膠囊技術,將分散染料包裹起來達到芯材與外界環(huán)境隔開,使其免受外界的溫度、氧氣、紫外線等因素影響,在一定條件下囊壁破裂或緩釋,達到預定的目的一般來說,固體芯材膠囊化后呈球形或不規(guī)則形狀。微膠囊化染料通常是呈不規(guī)則外形。它的粒徑在1～200μm?，F(xiàn)將典型分散染料微膠囊歸納如圖1所示,圖中連續(xù)的芯材料被連續(xù)的壁材環(huán)繞,稱為單核型;對于芯材被分成若干部分,嵌在殼材料的連續(xù)相中結構的膠囊,稱為多核型;連續(xù)芯材被多層連續(xù)的壁材環(huán)繞的微膠囊,稱為復合微膠囊1.2微膠囊的制備方法微膠囊制備方法從理論上大致分為化學方法、物理化學方法和物理方法3類1.2.1界面縮聚反應化學法包括界面聚合法、界面定位聚合法和有限凝聚聚合法等,其中界面聚合法和界面定位聚合法通稱為原位聚合法。(1)界面聚合法利用水溶性和油溶性兩種或兩種以上多官能團的單體在界面發(fā)生縮聚反應而得。(2)界面定位聚合法將芯材、系統(tǒng)調(diào)節(jié)劑通過均化處理后,以均勻的小液滴分散在介質(zhì)內(nèi),在系統(tǒng)調(diào)節(jié)劑的特殊作用下,使來自介質(zhì)相(外相)的聚合單體在液滴表面集中、聚合,就會形成囊壁。(3)有限凝聚聚合法將能與芯材互溶的單體和催化劑分散在它們不互溶的介質(zhì)中,在適當?shù)姆磻獥l件下,可溶性單體變成不溶性聚合物而沉積在芯材與介質(zhì)的界面上,形成微膠囊壁。此法也可以制作含水性或含油性微膠囊。單體可采用水溶性的、油溶性的或氣溶膠形式。1.2.2微膠囊的制備物理化學法包括水相分離法、油相分離法和銳孔–凝固浴法等。(1)水相分離法這種方法包括復凝聚、鹽凝聚和pH值變化引起的凝聚。如用得最多的復相凝聚法是采用兩種帶不同電荷的膠體水溶液混合時產(chǎn)生相分離而制得微膠囊。常用的有阿拉伯膠和明膠。(2)油相分離法把壁材聚合物溶解于溶劑中,芯材與它們不互溶,把芯材乳化在其中,以顆粒狀存在,然后加入可混溶液使得聚合物沉淀,包圍住芯材,形成了囊壁。(3)銳孔–凝固浴法將芯材通過銳孔與壁材(聚合物材料的溶解溶液)預先成型,壁材包在芯材外面,然后通過在凝固浴中固化或熱改性或電改性使壁材沉淀出來,形成微膠囊。1.2.3染料微囊的制備物理方法是借助專門的設備通過機械方式首先將芯材與壁材混合均勻,細化造粒,最后使壁材凝聚固化在芯材表面而制備微膠囊。根據(jù)所用設備和造粒方式的不同,物理機械法制備微膠囊可采用空氣懸浮法(Wurster法)、噴霧法、真空渡膜法及靜電結合法等。通常,染料微膠囊選用明膠、果膠、瓊脂、甲基纖維素、聚丙烯酸、馬來酸等高分子物質(zhì)或兩種以上多官能團的單體如脲醛、三聚氰胺–甲醛樹脂作為壁材在分散染料微膠囊制備方面,如采用以纖維材料作為壁材包覆染料之后進行紡紗的方法制備染料微膠囊,這種方法適用大規(guī)模的合成;ChihPongchang等國內(nèi)對分散染料微膠囊技術研究也取得較大的進展,制備分散染料微膠囊的方法以原位聚合法為主。上海交通大學化學化工學院李立等東華大學李卓等在分散染料微膠囊方面做了大量的研究工作,成功開發(fā)了應用于無助劑染色的蒽醌類和偶氮類分散染料微膠囊(1)以蜜胺樹脂預聚體及乙烯類單體作為壁材具體制備(2)以聚脲為壁材的分散染料微膠囊的制備以上兩種方法的共同特點是運用的高分子分散劑均能與壁單體發(fā)生反應,最終成為膠囊壁的組成部分。因此,這些分散劑在染色過程中不會產(chǎn)生對分散染料的增溶作用,與通常的分散劑截然不同,不會導致對水質(zhì)的污染。東華大學采用不同壁材制備的分散染料微膠囊有以下共同的特征:(1)膠囊粒徑1～14μm;(2)能耐200℃以上溫度,且在染浴中長時間停留不軟化、不被破壞;(3)有足夠的硬度和機械強度,即使在高溫高壓條件下也能經(jīng)受織物的摩擦擠壓而不破裂;(4)對染料的滯留量小,不造成染料浪費;(5)膠囊廢棄物能自然降解、分化,對土壤無害。2微膠囊的應用盡管微膠囊在紡織行業(yè)中的應用較晚,但目前已經(jīng)取得較好的應用效果,而且通過染色工作者不斷探索,分散染料微膠囊新的用途不斷得到開發(fā)。到目前為止,應用分散染料微膠囊開發(fā)了紡織新產(chǎn)品,即在傳統(tǒng)印花的基礎上增加了多種新穎印花工藝,如多色多點印花、轉(zhuǎn)移印花等。令人矚目的是,東華大學對分散染料微膠囊技術在織物均勻染色方面應用研究說明,分散染料微膠囊完全可以替代傳統(tǒng)的分散染料對滌綸織物進行高溫高壓染色,達到無污染染色,該項技術屬國內(nèi)外首創(chuàng)2.1分散染料、微膠囊和局部染色利用分散染料微膠囊可以對紡織品局部染色或印花,開發(fā)色彩斑斕的紡織品。2.1.1膠囊固定方法因為染料對纖維沒有親和力,在染色和印花前需要把分散染料微膠囊化——只有加工成微膠囊后靠黏合劑固著在纖維上;分散染料微膠囊采用各種外力如機械壓力、摩擦等方法使膠囊破裂,或在熱的作用下使壁材熔融或分解,或用水或其他溶劑的溶解或提取的方法,或用化學方法如酶的攻擊,或使用電磁方法使膠囊破裂,囊心瞬時釋放至外圍環(huán)境中。2.1.2分散染料微膠囊微膠囊化分散染料在圓網(wǎng)印花中使用能產(chǎn)生有趣的印花效果。Hayashi開發(fā)的商品牌號為MCPHP的分散染料微膠囊和MatsuiShikiso化學公司生產(chǎn)的分散染料微膠囊即商品名為N型精細染料(FinecolourN型)可以在聚酯、棉、聚酰胺和毛纖維上形成雙面彩色織物微膠囊印花技術,即多色多點印花采用微膠囊技術將分散染料和溶劑制成分散染料微膠囊,再加工成轉(zhuǎn)移印花紙,由于膠囊的勻速緩釋性能,可以通過轉(zhuǎn)移印花時間來控制轉(zhuǎn)移印花的顏色濃度2.2分散染料染色采取常規(guī)方法對滌綸織物進行染色,由于分散染料顆粒的凝聚,在染色織物上形成色斑,它在很大程度上影響了產(chǎn)品的價值,所以常規(guī)分散染料染色必須添加勻染劑和分散劑來保證達到勻染質(zhì)量2.2.1微膠囊的功能分散染料微膠囊無助劑微膠囊化分散染料無助劑染色的基本原理是利用微膠囊的隔離和緩釋作用,以及分散染料本身的輕微溶解度。微膠囊壁相當于一個半透膜,能允許水分子進入和已溶解的染料單分子通過2.2.2高溫高壓染色技術傳統(tǒng)滌綸染色必須經(jīng)歷還原清洗,是采用水洗、皂洗(皂煮)以徹底去掉浮色,達到優(yōu)良的色牢度。這樣的工序消耗大量的水和洗滌劑,并產(chǎn)生大量的污染(高COD、BOD及深色度等)水。而分散染料微膠囊對滌綸高溫高壓染色無需助劑,染色后纖維(或織物)上僅殘留單分子層的浮色,相對而言這層單分子吸附層還是比較牢固的。其原理與傳統(tǒng)工藝的原理相反,不是把浮色洗去,而是采用“后染色”或“饑餓染色”的方法把吸附的染料“趕進”纖維中去,即在染色條件下斷絕染料來源(除去染浴中的微膠囊染料)再將織物處理10～20min。由于染料親纖維性遠遠大于親水性,此時纖維表面吸附的染料乃至水中溶解著的染料會幾乎全部進入纖維,達到優(yōu)異的色牢度,獲得的色牢度等各項指標優(yōu)于通常水洗后的色牢度,最后排出的水仍然相當清潔,可再用于染色或直接排放。后染色完全可在原有的(但已除去微膠囊染料)染色廢水中實施,達到進一步節(jié)水節(jié)能之目的2.2.3傳統(tǒng)染色、過濾及免水洗技術分散染料微膠囊對滌綸織物進行高溫高壓染色時,染浴中無需分散劑、高溫勻染劑等染色助劑,免除了助劑本身造成的染色廢水污染,染色廢液只要簡單的靜置沉淀或過濾就可方便地分離掉染色廢液中殘留的分散染料微膠囊。所染織物無需還原清洗,即可達到傳統(tǒng)染色織物的各項技術指標,實現(xiàn)免水洗。染色工藝和配方簡單,可節(jié)約昂貴的高溫勻染劑和其他助劑。另一個優(yōu)點是染色可在現(xiàn)有的高溫高壓染色機中完成,染色廢水可以回用或者可以達到零色度排放,徹底解決了多年以來分散染料染色廢水處理的難題。3控制污染、減少水處理污染,促使污染產(chǎn)生,減輕治污之難度,降低治污的成本相比許多研究技術,分散染料微膠囊因其獨特的性能對滌綸染色具有以下顯著優(yōu)點:(1)染色無需添置專用設備;(2)洗滌、染色廢水簡單處理后可回用,節(jié)約水;(3)從源頭控制污染的產(chǎn)生,大大降低治污的難度和成本?？傊?分散染料微膠囊對滌綸無助劑免水洗