缓香型壳聚糖基SiO2纳米胶囊涂层材料的制备与应用研究

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作为我国轻工行业的支柱产业之一,皮革工业与人民生活和国民经济的发展息息相关。然而,目前国内高档皮革化工材料仍以进口产品为主,且产品附加值普遍较低,开发具有我国自主知识产权的高科技皮革化学品已刻不容缓!涂层材料作为产品表面修饰、保护的一类材料,不仅可以使产品美观化,也可赋予产品较高的附加值。近年来,加香型涂层材料深受消费者喜爱。经这类材料处理后的产品可以散发出怡人的香味,在一定程度上提高了产品档次。然而,一般加香型涂层留香时间较短,不利于持久使用。为了延长留香时间,采用微胶囊化技术制备缓香型胶囊涂层材料成为一种有效途径。壳聚糖是一种天然的氨基多糖,以它为壁材,所制备的壳聚糖基微胶囊已广泛应用于医药、纺织等领域,市场前景较大。本研究采用界面聚合法制备缓香型壳聚糖基SiO2纳米胶囊,并将其作为涂层材料应用于皮革和织物表面,获得一种香味持久性较好的缓香产品。首先,选用两亲三嵌段共聚物F127胶束为模板,利用界面聚合法制备了SiO2纳米胶囊,并在此基础之上,引入壳聚糖,成功制备出壳聚糖基SiO2纳米胶囊。同时,考察了SiO2前驱体种类、F127用量及壳聚糖用量等因素对纳米胶囊结构及性能的影响规律。利用透射电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)、环境扫描电子显微镜(ESEM)及傅里叶红外光谱(FT-IR)等手段对所得壳聚糖基SiO:胶囊的微观结构及形貌进行了表征。结果表明:当选用正硅酸甲酯(TMOS)为SiO2前驱体,并引入硅烷偶联剂(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲基硅烷,KH570)时,所得壳聚糖基SiO2纳米胶囊的稳定性最佳。所制备出的壳聚糖基SiO2胶囊结构规整、粒径分布均一,平均粒径约为26nm,且具有双壳层结构,其中壳聚糖分布于胶囊的外壳层,SiO2分布于胶囊的内壳层。在上述体系中,引入疏水性香精-香草醛,制备缓香型壳聚糖基SiO2纳米胶囊。通过单因素实验考察了香精的加入方式、壁材用量等因素对缓香纳米胶囊结构及性能的影响规律,并据此探究了缓香纳米胶囊的形成机理。结果表明:将F127与香精同时加入,F127用量为7g/L时,所得缓香纳米胶囊的稳定性及缓香性能最佳。X-射线衍射(XRD)结果表明:香精已成功包覆于胶囊中。TEM与动态激光光散射(DLS)结果显示:成功制备了缓香型壳聚糖基SiO2纳米胶囊,且其平均粒径约为40nm。热重分析(TG)结果表明:经壳聚糖基SiO2纳米胶囊包覆后,香精的热损失速率明显减缓。通过紫外分光光度计法(UV)可得:缓香型壳聚糖基SiO2纳米胶囊对香精的包覆效率为90.5%,香精缓释时间长达120h,且胶囊的香精释放具有一定的温度响应性。将缓香型壳聚糖基SiO2纳米胶囊与成膜剂复合后用于皮革涂饰,考察了胶囊状态、成膜剂种类、原料比等因素对复合产物性能的影响规律。结果发现:当选用己内酰胺改性酪素为成膜剂,且其与胶囊体积比为10:1时,所得复合产物的各项性能最优。涂饰应用结果表明:与引入纯香精涂饰后的革样相比,引入缓香型壳聚糖基SiO2纳米胶囊涂饰后的革样香精释放速率较慢,革样的机械性能、卫生性能均有所提升,且革样具有较好的抗菌性。为了进一步拓展缓香型壳聚糖基SiO2纳米胶囊的应用范围,将所得胶囊应用于棉织物整理。结果表明:与引入纯香精整理后的织物相比,经缓香型壳聚糖基SiO2纳米胶囊整理后的织物留香效果较好,在自然状态下放置100h后,香精释放率仅为20%,且经6次水洗后,织物仍具有一定香味。
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