壳聚糖基复合微胶囊的制备及其在纺织品上的应用

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具有功能性的纺织品越来越受到人们的青睐,然而功能活性物质(相变材料、染料、香精等)若直接应用到纺织品上将会造成利用率低、耐久性能差等问题。因此,利用微胶囊技术对这些活性物质进行封装,可提高它们在纺织品上的利用率和解决能源浪费等问题。目前市场上单一功能的纺织品已经既不能满足人们的需求,又不符合绿色可持续发展的理念,因此基于生物质的多功能微胶囊的制备及其在纺织品上的应用将成为纺织品市场的主要发展方向。基于此,我们选用生物质材料壳聚糖作为壁材,不同活性物质作为芯材,研究了功能复合微胶囊的制备及其在纺织品上的应用性能。本论文总体研究重点主要是首先采用壳聚糖作为壳材,通过单凝聚法制备包覆不同芯材的壳聚糖微胶囊,再利用壳聚糖分子上的氨基接枝具有不同性能的纳胶囊或纳米粒子,最终制得功能复合微胶囊。然后将制备的功能微胶囊处理到纺织品上,从而赋予纺织品光致变色、抗菌、储能、超疏水等性能。本论文的主要研究内容与结论分为以下三个方面:(1)双室壳聚糖复合微胶囊的制备及在纺织品上的应用先利用壳聚糖作为壁材,固体石蜡作为芯材,通过单凝聚法制备出壳聚糖微胶囊。再通过细乳液法制备内部封装光敏染料(螺[1,3,3-三甲基吲哚-(6’-硝基苯并二氢呋喃)])的光致变色纳胶囊。利用甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)分子结构上的环氧基团,和壳聚糖分子结构上的氨基发生开环反应后,将光致变色纳胶囊接枝到壳聚糖微胶囊表面得到双室壳聚糖复合微胶囊。将所制备的复合微胶囊再加入到有机硅树脂中利用涂布法涂覆到棉织物表面得到功能织物。利用SEM对获得的复合微胶囊形貌进行了表征,证明了微胶囊具有草莓型双室结构。通过TGA对壳聚糖微胶囊及光致变色纳胶囊的包覆率进行计算,得到胶囊包覆率分别为65.42%和83.87%。进一步通过热成像分析证明了多功能织物具有保温隔热性能。选取大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aureus)为指示菌并采用振荡法对多功能织物的抗菌性能进行表征,计算结果显示功能织物对这两种菌的抑菌率分别为77.7%和97.2%。此外,该多功能织物还可以在紫外光照射下变成紫色,而且在不同强度的太阳光照下呈现出不同深浅的紫色。(2)氧化锌/壳聚糖复合微胶囊的制备及在纺织品上的应用首先利用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)和1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷(PFOTS)对纳米氧化锌粒子进行表面改性得到具有超疏水性能的纳米氧化锌粒子。再通过迈克尔加成反应将改性后的氧化锌粒子接枝到壳聚糖相变微胶囊表面,从而得到氧化锌/壳聚糖复合微胶囊。利用三羧乙基膦(TCEP)还原羊毛织物鳞片层二硫键,再通过复合微胶囊上的双键和羊毛织物上的巯基发生巯基-烯点击反应,将氧化锌/壳聚糖复合微胶囊整理到羊毛织物表面。通过SEM对复合微胶囊进行形貌表征,证明了改性的氧化锌粒子成功负载在壳聚糖微胶囊表面。由于包覆的相变材料,该多功能羊毛织物具有良好的储能保温性能且有3~5℃的温度差。功能羊毛织物表面还具有超疏水性能,水滴与织物表面的静态水接触角为160.9°,且滚动角为7°;此外,功能羊毛织物还具有抗菌性能,对S.aureus和E.coli的抑菌率依次是98.9%和97.2%。经过抗菌实验发现复合微胶囊的抑菌率要高于壳聚糖微胶囊,这是由于改性的氧化锌也具有抗菌性能,与壳聚糖复合可以起到协同抗菌的效果。(3)CO2响应缓释型壳聚糖微胶囊的制备及在纺织品上的应用先采用CO2响应单体2-(二甲基氨基)甲基丙烯酸乙酯接入壳聚糖的分子中,从而制备改性壳聚糖。再利用改性壳聚糖为壁材,柠檬精油(LFO)为芯材,通过单凝聚法制备具有CO2响应香味缓释的壳聚糖微胶囊。通过浸轧法将微胶囊处理到无纺布或粘胶纤维表面,即可得到具有CO2响应香味释放双重抗菌性能的无纺布或粘胶纤维。对微胶囊进行了SEM测试,结果表明,微胶囊呈现规整的球形,平均粒径在5μm左右。通过TGA分析计算出微胶囊中LFO的包覆率为30.34%。进一步通过紫外吸收光度计对微胶囊的CO2响应缓释性能进行测试,结果表明,包覆LFO的壳聚糖微胶囊具有缓释性能且在CO2气氛下缓释更快。对微胶囊处理无纺布的抗菌性进行测试,发现负载包覆LFO的壳聚糖微胶囊的无纺布抗菌性比壳聚糖本身的抗菌性优越,这是由于LFO也具有一定的抗菌性,处理后的无纺布对S.aureus和E.coli的抑菌率分别可达到是98.3%和95.7%。
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