CN106592251B - 一种用于清凉爽肤功能面料的微胶囊整理剂及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种用于清凉爽肤功能面料的微胶囊整理剂，以聚苯乙烯为壁材，正十四醇和薄荷香精为复合芯材，其中薄荷香精质量分数为芯材总质量的5%‑20%，芯材和壁材的质量比为1‑3:1。还提供了上述微胶囊整理剂的制备方法，将正十四醇、薄荷香精、分散剂、乳化剂、交联剂和蒸馏水混合，均质处理后水浴，再将苯乙烯、引发剂加至乳化体系中，在氮气保护下先进行预聚反应，再进行聚合反应，反应结束后抽滤、洗涤、干燥，即得用于清凉爽肤功能面料的微胶囊整理剂。本发明将正十四醇和薄荷香精包裹，利用正十四醇相变点与人体正常体温接近和相变潜热大的特性，在正十四醇相变过程中释放的热量有利于薄荷香精散发特殊清香和呈现出清凉感的特性。

Description

一种用于清凉爽肤功能面料的微胶囊整理剂及制备方法

技术领域

本发明属于纺织印染领域，涉及一种整理剂，具体来说是一种用于清凉爽肤功能面料的微胶囊整理剂及制备方法。

背景技术

所谓相变材料，是指在一种特定的温度范围(即通常所说的相变范围)内改变自身的状态或是结构变化，实现热能储存和释放的温度调控材料。微胶囊相变材料是应用微胶囊技术在相变材料的表面包覆一层性能稳定的高分子膜而构成的具有核壳结构的新型相变材料。与普通相变材料相比，微胶囊相变材料提高了相变材料的使用效率、拓宽了相变材料的应用领域，并有效的解决了相变材料存在的易泄露、相分离及腐蚀性等问题。

制备微胶囊的成膜材料一般称为壁材，壁材可以是天然高分子材料、半合成高分子材料或全合成高分子材料。常用的壁材有明胶、阿拉伯树胶、脲醛树脂、密胺树脂、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯和芳香族聚酰胺等，其中也有用无机材料做壁材的，如正硅酸乙酯、硅酸钙、金属等。被壁材包封的材料称为芯材，也称嚢芯。微胶囊芯材可以是油溶性、水溶性化合物或混合物，其状态可为粉末、固体、液体或气体；正十四醇就是其中被包封的一类芯材。

芯材正十四醇是一种环保型相变材料，对环境无毒无害；该相变材料具有很高的相变焓值，其市场价格低廉，而相变过程中体积变化小，过冷度较小，化学性质稳定；而薄荷香精是一种能释放清新香气和提供清爽功能的绿色环保型香精，能帮助人体实现迅速降温和消除疲劳兼具提神功能。由于聚苯乙烯壁材其具有质轻、绝缘、绝热、防震、隔音、防腐蚀、抗水、化学性质稳定等优良性能，能够很好的保护芯材正十四醇和薄荷香精；所以聚苯乙烯是制备微胶囊的优选壁材。

人体正常体温维持在36～37℃，人体温度高于了这个范围就会感觉到不舒服；当人处于剧烈运动状态时，此时体温是远高于36～37℃这一正常水平，若不采取及时散热，人便会由于体温过高而容易出现中暑现象，从而影响到正常的行为活动；目前市面上针对运动服装所进行的技术改进主要还是从面料的选材角度进行；关于将相变材料和香精复合制成微胶囊用于人体服装解决人体运动散热和缓解运动疲劳的研究未见报道；目前市场上单纯从服装纤维面料角度考虑加速运动散热功能的服装都相当昂贵，这也就注定了这类服装在市场上的局限性，很难在广大运动爱好者中甚至是广大人群中流行；如何能解决运动爱好者甚至是广大人群因运动而产生大量热量无法及时有效释放的苦恼，这是当前运动服装领域所面临的尴尬处境，这也就成为了广大人群对于运动虽有喜好却不愿投身其中的一个至关重要的因素。

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种用于清凉爽肤功能面料的微胶囊整理剂及制备方法，所述的这种用于清凉爽肤功能面料的微胶囊整理剂及制备方法要解决现有技术中运动服装单纯从纤维面料角度考虑促进人体散热，而不能利用将整理剂与织物纺纱技术相结合帮助人体及时散热同时又要具有缓解运动疲劳和提神功能的技术问题。

本发明提供了一种用于清凉爽肤功能面料的微胶囊整理剂，以聚苯乙烯为壁材，正十四醇和薄荷香精为复合芯材，按质量比计算，其中芯材：壁材为1-3:1；薄荷香精的质量分数为芯材总质量的5％-20％，余量为正十四醇。

本发明还提供了上述的一种用于清凉爽肤功能面料的微胶囊整理剂的制备方法，包括以下步骤：

1)按照质量份数称取正十四醇、薄荷香精、分散剂、乳化剂、交联剂、引发剂、苯乙烯和蒸馏水，正十四醇和薄荷香精复合的芯材、分散剂、乳化剂、交联剂、引发剂、苯乙烯和蒸馏水的质量比为40-120：2-6：2-5：5-18：3-4：40：2000；复合芯材中，薄荷香精的质量分数为芯材总质量的5％-20％，余量为正十四醇；

2)将正十四醇、薄荷香精、分散剂、乳化剂、交联剂和蒸馏水置于一个容器中，再均质处理，得到稳定的乳化体系；

3)在氮气保护下，控制恒温搅拌器的转速，将苯乙烯单体滴加到步骤(2)所得的乳化体系中，加完后，再将引发剂滴入其中，控制温度为70-75℃进行预聚反应1-1.5h，然后继续在氮气保护下升温至80-85℃进行聚合反应5-6h，待反应结束后将其趁热抽滤，所得滤饼用50-80℃的热水进行洗涤至滤液为澄清液后，控制温度为45-50℃进行干燥，即得用于清凉爽肤功能面料的微胶囊整理剂。

进一步的，步骤3)中，苯乙烯和引发剂的滴加速率为1-3ml/min。

进一步的，所述的乳化剂为Span-80和Tween-80的复配物，所述的Span80和Tween80的质量比为10-13:3；所述的分散剂为聚乙烯吡咯烷酮K30；所述的交联剂为季戊四醇四丙烯酸酯；所述的引发剂为过二硫酸钾。

进一步的，步骤3)中，恒温搅拌器搅拌速度为800-1200r/min。

本发明在乳化剂和分散剂的作用下将正十四醇和薄荷香精均匀地分散在水相中，在一定温度及搅拌速度下将苯乙烯滴加到上述乳化体系中，将上述体系升温至一定温度在引发剂的作用下引发自由基聚合，即乳液聚合法合成复合材料相变微胶囊。

本发明所制备的用于清凉爽肤功能面料的微胶囊整理剂的原理为乳液聚合法，乳液聚合法是在水介质中生成的自由基进入由乳化剂或其他方式生成的胶束或乳胶粒中引发其中单体进行聚合的非均相聚合。体系至少由单体、乳化剂、分散剂、引发剂、交联剂和水组成，在该实验体系中，还有复合芯材正十四醇和薄荷香精。具体地，本发明中乳化液聚合是在乳化剂和分散剂的作用下并借助于机械搅拌，使单体苯乙烯在水中分散成乳状液,由引发剂引发而进行的聚合反应。乳化液聚合过程中伴随的是自由基聚合。因此，乳液聚合法合成聚苯乙烯用于清凉爽肤功能面料的微胶囊整理剂原理分两部分说明：

(1)、乳化液聚合的三个阶段(增速期、恒速期和降速期)

①、乳化液聚合的第一阶段-----增速期(乳胶粒生成期)

第一阶段标志：

从聚合开始到未成核的胶束全部消失；

转化率从0％～15％，这一阶段乳胶粒直径从6nm～10nm增长到20nm～40nm以上；

②、乳化液聚合的第二个阶段----恒速期

第二阶段标志：

单体液滴全部消失，转化率从15％～50％；

单体-聚合物乳胶粒中单体和聚合物各占一半，乳胶粒中单体浓度基本保持不变，乳胶粒数目恒定，聚合速率恒定，单体-聚合物乳胶粒直径最大为50nm～150nm；

③、乳化液聚合的第三个阶段---降速期

第三阶段标志：

转化率从50％增至100％；

聚合速率随单体-聚合物乳胶粒中单体浓度的下降而下降，最后单体完全转变成聚合物；

(2)、聚苯乙烯的自由基聚合机理

①、链引发反应

苯乙烯单体的分子式中的双键虽然与苯环产生共轭，相对稳定，但在受热激发后，仍可产生自由活性种，最初的热引发过程是进行双烯加成反应，产生两个初级游离基，反应如下：

在游离基的影响下，单体的烯烃双链会产生下面所示的自由基活性种：

②、链增长反应

活性种在运动过程中，将彼此相遇而结合成多分子的聚合物。而且这些分子仍带有活性(多余的一个电子呈负极性)苯乙烯的两个活性种结合就有下面所示的三种结合方式：

但实验证明，其主要是头尾相接。因为头尾相接结构稳定共轭，其能级较低。头头相接或尾尾相接，能级较高，其结构相对不稳定。

如此的链增长是相当迅速的。因链增长的活化能低，苯乙烯的活化能为32.7kJ/mol，其在0.01秒～几秒之内可能聚合成千上万、而链增长中，聚苯乙烯的聚合热为69.9kJ/mol，如何处理好聚合热是聚苯乙烯聚合反应的关键。

③、链终止反应

链终止可以有双键耦合终止和单基终止。据实验，苯乙烯在较低聚合温度的情况下，几乎百分之百是偶合型终止。在高转化率和高粘度的情况下，活性链与反应器金属表面碰撞发生金属自由电子结合，“粘壁”终止，或被高粘度聚合物包裹而终止。

④、链转移反应

链转移是指高分子活性链相互作用，结果使电子或氢原子的转移，使活性链失去活性而成为稳定高分子。聚苯乙烯的稳定链也是通过链转移得到的。链转移的另一种形式是高分子活性链与单体作用，使高分子的活性点转移到单体，单体成为活性种，这种链转移不影响聚合速率。

相变材料正十四醇是一种相变潜热很高的材料，正十四醇为芯材制备微胶囊具有诸多优点：(1)具有很高的相变焓值(220J/g)；(2)市场价格低廉；(3)是一种对环境无毒无害的极性相变环保材料；(4)相变点38℃；人体正常体温维持在(36-37℃)，根据正十四醇相变点和人体正常体温相接近的特点，同时利用薄荷香精在正十四醇相变放热的过程中加速释放，既能使人体快速降温，同时也能起到爽肤提神作用的特性，可制备出一种能用于户外运动服装的微胶囊。

本发明将正十四醇和薄荷香精包裹，利用正十四醇相变点与人体正常体温接近和相变潜热大的特性，在正十四醇相变过程中释放的热量有利于薄荷香精散发特殊清香和呈现出清凉感的特性，制备出一种用于清凉爽肤功能面料的微胶囊整理剂。

本发明由于芯材是一种正十四醇和薄荷香精的复合芯材，壁材是高透明的高分子聚合物，因此可利用正十四醇相变点只有38℃与人体正常体温相接近的特性，同时又可利用正十四醇相变放热，加速薄荷香精散发特殊清香和呈现出清凉感的特性，制备出一种用于清凉爽肤功能面料的微胶囊整理剂。

本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明由于芯材是相变材料和香精的复合而成，壁材是高透明的高分子聚合物，因此该微胶囊整理剂能够同时发挥着相变材料和香精各自所拥有的特性。本发明得到的一种用于清凉爽肤功能面料的微胶囊整理剂环保无毒、机械强度高、耐热性好、密封性好、成本低廉；能够在人体运动时其体温高于相变材料的相变温度，相变材料通过相变实现人体降温维持体温恒定在相变材料的相变点以下，同时相变材料在协助人体散热的同时能够加速薄荷香精的释放，能够缓解运动疲劳和提供爽肤清凉；这一技术的运用将解决运动爱好者的烦恼，同时也将使更多的人爱上运动；其市场前景不可限量。

附图说明

图1是本发明的一种用于清凉爽肤功能面料的微胶囊整理剂的制备工艺流程图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进一步阐述，但是不能限制本发明的内容。

本发明所用的各种原料或试剂的规格及生产厂家的信息如下：

正十四醇，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；

薄荷香精，日用香精，上海依克塞汀香料有限公司；

苯乙烯，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；

过二硫酸钾，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；

Tween-80,分析纯，国药集团化学试剂有限公司；

Span-80,分析纯，国药集团化学试剂有限公司；

聚乙烯吡咯烷酮K30,分析纯，国药集团化学试剂有限公司；

季戊四醇四丙烯酸酯,分析纯，国药集团化学试剂有限公司；

本发明所用的仪器设备的型号及生产厂家的信息如下：

数字式高速电动乳化机，T-25型，德国IKA有限公司；

电子天平，PL403，梅特勒－托利多仪器有限公司；

恒温磁力搅拌器，524G，上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司；

循环水式多用真空泵，SHZ-DⅢ，上海耀特仪器设备有限公司；

数显鼓风干燥器，101，上海叶拓仪器仪表有限公司；

实施例1

一种用于清凉爽肤功能面料的微胶囊整理剂，以聚苯乙烯为壁材，以正十四醇和薄荷香精为复合芯材，按质量比计算，芯材和壁材的质量比为3:1，其中薄荷香精质量分数为芯材总质量的15％，余量为正十四醇；

上述的一种用于清凉爽肤功能面料的微胶囊整理剂的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)将8.5g正十四醇、1.5g薄荷香精、0.5g分散剂、0.4g乳化剂、1.6g交联剂和200ml蒸馏水混合；在T-25型数字式高速电动乳化机下以一定速率均质处理20min，使正十四醇和薄荷香精在乳化剂和分散剂的作用下在水中形成稳定的乳化体系；

所述的乳化剂为Span-80和Tween-80的复配物，按质量比计算，Span80：Tween80＝11:3；

所述的分散剂为聚乙烯吡咯烷酮K30；

所述的交联剂为季戊四醇四丙烯酸酯；

(2)在氮气保护下，控制恒温搅拌器的转速900r/min，将4g苯乙烯滴加到步骤(1)的乳化体系中，滴加完后，控制滴加速率约为2.8ml/min，将0.38g引发剂(过二硫酸钾)滴加到上述乳化体系中，滴加完后，控制温度为72℃进行预聚反应1h，然后继续在氮气保护下升温至82℃进行聚合反应5h，待反应结束后将将其趁热抽滤，所得滤饼用热水进行洗涤至滤液为澄清液后控制温度为48℃进行干燥，即得白色粉末状的用于清凉爽肤功能面料的微胶囊整理剂。

实施例2

一种用于清凉爽肤功能面料的微胶囊整理剂，以聚苯乙烯为壁材，以正十四醇和薄荷香精为复合芯材，按质量比计算，芯材和壁材的质量比为2:1，其中薄荷香精质量分数为芯材总质量的10％，余量为正十四醇；

上述的一种用于清凉爽肤功能面料的微胶囊整理剂的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)将7.2g正十四醇、0.8g薄荷香精、0.4g分散剂、0.4g乳化剂、1.5g交联剂和200ml蒸馏水混合；在T-25型数字式高速电动乳化机下以一定速率均质处理20min，使正十四醇和薄荷香精在乳化剂和分散剂的作用下在水中形成稳定的乳化体系；

所述的乳化剂为Tween-80和Span-80，按质量比计算，Span80：Tween80＝25:6；

所述的分散剂为聚乙烯吡咯烷酮K30；

所述的交联剂为季戊四醇四丙烯酸酯；

(2)在氮气保护下，控制恒温搅拌器的转速1000r/min，将4g苯乙烯加到步骤(1)的乳化体系中，滴加完后，控制滴加速率约为2.5ml/min，将0.35g引发剂(过二硫酸钾)滴加到上述乳化体系中，滴加完后，控制温度为73℃进行预聚反应1.2h，然后继续在氮气保护下升温至83℃进行聚合反应5.5h，待反应结束后将其趁热抽滤，所得滤饼用热水进行洗涤至滤液为澄清液后控制温度为46℃进行干燥，即得白色粉末状的用于清凉爽肤功能面料的微胶囊整理剂。

实施例3

一种用于清凉爽肤功能面料的微胶囊整理剂，以聚苯乙烯为壁材，以正十四醇和薄荷香精为复合芯材，按质量比计算，芯材和壁材的质量比为1.5:1，其中薄荷香精质量分数为芯材总质量的6％，余量为正十四醇；

上述的一种用于清凉爽肤功能面料的微胶囊整理剂的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)将5.64g正十四醇、0.36薄荷香精、0.3g分散剂、0.3g乳化剂、1.2g交联剂和200ml蒸馏水置于三口烧瓶中，在T-25型数字式高速电动乳化机下以一定速率均质处理20min，使正十四醇和薄荷香精在乳化剂和分散剂的作用下在水中形成稳定的乳化体系；

所述的乳化剂为Span-80和Tween-80的复配物，按质量比计算，Span80：Tween80＝12:3；

所述的分散剂为聚乙烯吡咯烷酮K30；

所述的交联剂为季戊四醇四丙烯酸酯；

(2)在氮气保护下，控制恒温搅拌器的转速1100r/min，将4g苯乙烯滴加到步骤(1)的乳化体系中，滴加完后，控制滴加速率约为2.2ml/min，再将0.3g引发剂(过二硫酸钾)滴加到上述乳化体系中，滴加完后，控制温度为74℃进行预聚反应1.5h，然后继续在氮气保护下升温至84℃进行聚合反应6h，待反应结束后将其趁热抽滤，所得滤饼用热水进行洗涤至滤液为澄清液后控制温度为49℃进行干燥，即得白色粉末状的用于清凉爽肤功能面料的微胶囊整理剂。

在以上所述的实施方式中的举例，都能成功的制备出所需的用于清凉爽肤功能面料的微胶囊整理剂，其功能与用途不会有太大的差异。

本发明所制备的新型清凉爽肤功能面料的微胶囊整理剂，聚苯乙烯壁材其具有质轻、绝缘、绝热、防震、隔音、防腐蚀、抗水、化学性质稳定等优良性能，能够耐受纺织面料在前处理和后整理过程中所处的苛刻环境，将该微胶囊整理剂加入到织物纺纱过程中，利用微胶囊整理剂粒径小的特点，能够很好地吸附在织物纱线内部并与纤维通过作用力的形式牢固的结合。

以上所述仅是本发明的实施方式的举例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种用于清凉爽肤功能面料的微胶囊整理剂，其特征在于：该微胶囊整理剂以聚苯乙烯为壁材，正十四醇和薄荷香精为复合芯材，按质量比计算，其中芯材：壁材为1-3:1；薄荷香精的质量分数为芯材总质量的5%-20%，余量为正十四醇；

上述的一种用于清凉爽肤功能面料的微胶囊整理剂的制备方法包括以下步骤：

1）按照质量份数称取正十四醇、薄荷香精、分散剂、乳化剂、交联剂、引发剂、苯乙烯和蒸馏水，正十四醇和薄荷香精复合的芯材、分散剂、乳化剂、交联剂、引发剂、苯乙烯和蒸馏水的质量比为40-120：2-6：2-5：5-18：3-4：40：2000；复合芯材中，薄荷香精的质量分数为芯材总质量的5%-20%，余量为正十四醇；所述的乳化剂为Span-80和Tween-80的复配物，所述的Span80和Tween80的质量比为10-13:3；所述的分散剂为聚乙烯吡咯烷酮K30；所述的交联剂为季戊四醇四丙烯酸酯；所述的引发剂为过二硫酸钾；

2）将正十四醇、薄荷香精、分散剂、乳化剂、交联剂和蒸馏水置于一个容器中，均质处理，得到稳定的乳化体系；

3）在氮气保护下，控制恒温搅拌器的转速，将苯乙烯单体滴加到步骤（2）所得的乳化体系中，加完后，再将引发剂滴入其中，控制温度为70-75℃进行预聚反应1-1.5h，然后继续在氮气保护下升温至80-85℃进行聚合反应5-6h，待反应结束后将其趁热抽滤，所得滤饼用50-80℃的热水洗涤至滤液为澄清液后，控制温度为45-50℃进行干燥，即得用于清凉爽肤功能面料的微胶囊整理剂。

2.如权利要求1所述的一种用于清凉爽肤功能面料的微胶囊整理剂的制备方法，其特征在于：步骤3）中，苯乙烯和引发剂的滴加速率为1-3mL /min。

3.如权利要求1所述的一种用于清凉爽肤功能面料的微胶囊整理剂的制备方法，其特征在于：步骤3）中，采用的恒温搅拌器搅拌速度为800-1200r/min。