一种湿敏变色微胶囊及其制备方法与应用与流程

1.本发明属于印花印制工艺技术，属于织物印花技术领域。


背景技术：

2.近年来，微胶囊相变材料的制备及应用领域已成为蓄热研究的热点。微胶囊是通过成膜材料包覆分散性的固体、液体或气体而形成的具有“核
‑
壳”结构的微小容器，通常将成膜材料形成的包覆膜称为壁材或囊壁(一般由天然的或合成的高分子材料形成)，成膜材料内部被包覆的物质称为芯材或囊芯。虽然采用高分子材料包覆相变材料可阻止其泄漏，但有机高分子壁材的力学性能较低、封装效果不如无机材料，因此目前采用无机材料包覆相变材料成为未来发展的趋势。
3.湿敏变色的原理是湿敏变色染料结构会随着环境中湿度的变化而改变，导致其对可见光的吸收光谱发生改变，从而影响最终颜色的呈现，湿敏变色的材料较为复杂，且重复变色的效果不佳，限制变色纤维的应用。在湿敏变色有机材料中，显色剂能提供质子或接受电子，使变色体结构发生变化，从而导致颜色的变化。
4.现有技术中使用湿敏变色在纺织技术的应用多是通过将湿敏染料以印染加工方式印制到纺织品上。紫甘薯花青素是一种无重金属的绿色环保湿敏变色材料，它来源广泛，其结构在与水分接触时会发生变化，从而引起相变，通过采用微胶囊包覆制备得到的花青素湿敏变色微胶囊相比于现有的印染加工的湿敏变色，湿敏变色微胶囊应用范围更广、变色灵敏度更高、可重复利用。它的相变反应结构式如下：
5.

技术实现要素：

6.发明目的：本发明的要解决的技术问题是提供一种湿敏变色微胶囊，以解决现有技术中湿敏变色材料重复变色的效果不佳，应用范围小的问题。
7.本发明还要解决的技术问题是提供上述湿敏变色微胶囊的制备方法。
8.本发明最后要解决的技术问题是提供上述湿敏变色微胶囊的应用。
9.技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
10.一种湿敏变色微胶囊制备方法，包括如下步骤：
11.(1)按质量份数称取20～40份花青素、10～12份乳化剂、6～8份显色剂、 6～8份促进剂溶于有机溶剂中，于70～75℃、150～300r/min搅拌1～2h得到有机溶剂/花青素的混合液；花青素、乳化剂、显色剂、促进剂的优选比例为10：1： 0.5：0.3：0.3；
12.(2)向步骤(1)有机溶剂/花青素的混合液中逐滴加入正硅酸四乙酯与硅烷偶联剂，调节ph使ph＝9，于70～75℃、150～300r/min搅拌反应1.5～2.5h，得到微胶囊悬浮液；
13.(3)将步骤(2)制备的微胶囊悬浮液通过减压蒸馏除去有机溶剂，50℃干燥12h得到花湿敏变色微胶囊。
14.步骤(1)中，所述的乳化剂为十二烷基苯磺酸钠、吐温80、司盘80中的一种或几种的混合物，优选吐温80。
15.步骤(1)中，所述的显色剂为碳酸钠或碳酸氢钠中的一种或两种的混合物，优选碳酸钠。
16.步骤(1)中，所述的促进剂为抗坏血酸、丙三醇中的一种或两种的混合物，优选抗坏血酸。
17.步骤(1)中，所述的有机溶剂为无水乙醇、二氯甲烷中的一种或两种的混合物，优选二氯甲烷；所述有机溶剂、花青素、乳化剂、显色剂、促进剂的质量比为(200
‑
400)：(20
‑
40)：(10
‑
12)：(6
‑
8)：(6
‑
8)。
18.步骤(2)中，所述的硅烷偶联剂为kh550或kh560中的一种或两种的混合物，优选kh550。
19.步骤(2)中，所述的有机溶剂/花青素混合液、正硅酸四乙酯、硅烷偶联剂的质量比为1：(1.2
‑
2.0)：(0.6
‑
0.8)。
20.步骤(2)中，以二乙醇胺或三乙醇胺调节ph。
21.上述湿敏变色微胶囊制备方法制备得到的湿敏变色微胶囊在本发明的保护范围之内。本发明以正硅酸乙酯为硅源，通过乳液界面水解和缩聚反应合成了以花青素为芯材、sio2为壁材的湿敏变色微胶囊，制备的湿敏变色微胶囊为花青素与sio2形成的核
‑
壳结构，被包覆的花青素与sio2壁材之间具有微小空隙，可允许水分进出，同时壁材上的硅烷偶联剂是一种带有氨基亲水基团的物质，可吸收所在环境中的水分，使的变色更加灵敏，实现重复利用。
22.上述湿敏变色微胶囊在织物印制中的应用在本发明的保护范围之内。
23.作为优选，包括如下步骤：
24.(s1)按质量百分数称取花青素/sio2微胶囊粉末30
‑
40％、增稠剂5
‑
10％、粘合剂5
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10％、水余量(水余量是指当青素/sio2微胶囊粉末、增稠剂粘合剂达不到100％时，加水补充至100％)，混合，搅拌均匀，配制得到花青素/sio2微胶囊印花浆；
25.(s2)配制好的花青素/sio2微胶囊印花浆通过丝网印花的方式对织物进行印花，置于焙烘机中80℃预烘5
‑
7min，120℃焙烘2
‑
4min，皂洗，烘干，制得湿敏变色微胶囊印花织物。
26.步骤(s1)中，所述的增稠剂为气凝胶，所述的粘合剂为hb
‑
6020或be4200 中的一种。
27.有益效果：
28.(1)本发明使用无机多孔材料sio2为微胶囊的壁材，该壁材有好的机械性能，可解决所包覆相变材料体积变化和液体泄漏问题，同时由于其有微小多孔结构，使变色芯材与壁材之间形成空隙，允许水分自由通过。
29.(2)本发明制得的湿敏变色微胶囊由于壁材孔洞结构丰富，有利于外部水快速传递至花青素变色芯材，花青素接触水份后发生变色，同时壁材上的硅烷偶联剂是一种带有氨基亲水基团的物质，可吸收检测环境中的水分，使的变色更加灵敏，提高变色的灵敏程度
和显色程度。
30.(3)本发明以花青素为芯材，通过正硅酸乙酯的原位乳液界面水解和缩聚反应制备新的相变微胶囊。这种无机
‑
有机相变材料具有稳定的热性能和机械强度，制备工艺简单，不需要容器封装，减少了封装成本和包裹难度，避免了材料的泄漏，增加了材料使用的安全性。
31.(4)本发明制得的湿敏变色胶囊通过印花刮涂方式印制到纺织品表面，可对所在产品的起到干湿情况指示作用，从而使人们在实际使用时形成对干湿情况的判断。
附图说明
图1为本发明制备的在湿敏变色胶囊印染的纺织品在烘干、低湿度、高湿度条件下的显色反应。
具体实施方式
32.下面通过具体实施例对本发明所述的技术方案给予进一步详细的说明，但有必要指出以下实施例只用于对发明内容的描述，并不构成对本发明保护范围的限制。
33.实施例1：一种湿敏变色微胶囊制备：按照有机溶剂：花青素：乳化剂：显色剂：促进剂的质量比10：1：0.5：0.3：0.3计算，在50ml烧杯中加入1g花青素、0.5g十二烷基苯磺酸钠、0.3g碳酸钠、0.3g抗坏血酸溶于10g无水乙醇中，随后转移到三口烧瓶中，于70℃、150r/min搅拌1h得到无水乙醇/花青素的混合液。取10ml混合液，逐滴加入12ml正硅酸四乙酯和6ml的kh550，加入二乙醇胺使ph＝9，于70℃、150r/min搅拌反应1.5h，完成后可得到均匀分散的微胶囊悬浮液。将制备的微胶囊悬浮液通过减压蒸馏除去溶剂，50℃干燥12h得到花青素/sio2微胶囊。
34.一种湿敏变色微胶囊织物印制工艺：在50ml烧杯中称取花青素/sio2微胶囊粉末3g、气凝胶0.5g、hb
‑
6020 0.5g、水6g，混合，搅拌均匀，配制得到花青素/sio2微胶囊印花浆，将配制好的花青素/sio2微胶囊印花浆通过丝网印花的方式对棉织物进行印花，置于焙烘机中80℃预烘5min，120℃焙烘2min，皂洗，烘干，制得湿敏变色微胶囊印花织物，对其进行摩擦色牢度、耐水洗色牢度、湿敏变色性能和耐水洗次数的测试。
35.湿敏性测试方法如下：测量经过干燥的面积为5cm
×
5cm的方形纺织品的初始重量，向其喷水，纺织品由初始颜色变至固定颜色时，与相应的色卡对比，测量纺织品的重量，计算变色用水量，烘干变色后的纺织品观察其颜色变化可逆状况。
36.实施例2：按照有机溶剂：花青素：乳化剂：显色剂：促进剂的质量比20： 2：0.6：0.4：0.4计算，在50ml烧杯中加入2g花青素、0.6g吐温80、0.4g碳酸氢钠、0.4g丙三醇溶于20g二氯甲烷中，随后转移到三口烧瓶中，于75℃、300r/min 搅拌2h得到二氯甲烷/花青素的混合液。取10ml混合液，逐滴加入20ml正硅酸四乙酯和8ml的kh560，加入三乙醇胺使ph＝9，于75℃、300r/min搅拌反应2.5h，完成后可得到均匀分散的微胶囊悬浮液。将制备的微胶囊悬浮液通过减压蒸馏除去溶剂，50℃干燥12h得到花青素/sio2微胶囊。
37.一种湿敏变色微胶囊织物印制工艺：在50ml烧杯中称取花青素/sio2微胶囊粉末4g、气凝胶1g、hb
‑
6020 1g、水4g，混合，搅拌均匀，配制得到花青素/sio2微胶囊印花浆，将配制好的花青素/sio2微胶囊印花浆通过丝网印花的方式对棉织物进行印花，置于焙烘机
中80℃预烘7min，120℃焙烘4min，皂洗，烘干，制得湿敏变色微胶囊印花织物，对其进行摩擦色牢度、耐水洗色牢度、湿敏变色性能和耐水洗次数的测试，测试步骤同实例1。
38.实施例3：按照有机溶剂：花青素：乳化剂：显色剂：促进剂的质量比15： 1.5：0.55：0.35：0.35计算，在50ml烧杯中加入1.5g花青素、0.55g司盘80、 0.35g碳酸钠、0.35g丙三醇溶于15g无水乙醇中，随后转移到三口烧瓶中，于 75℃、200r/min搅拌1.5h得到无水乙醇/花青素的混合液。取10ml混合液逐滴加入15ml正硅酸四乙酯和7ml的kh550，加入二乙醇胺使ph＝9，于70℃搅拌 200r/min反应1.8h，完成后可得到均匀分散的微胶囊悬浮液。将制备的微胶囊悬浮液通过减压蒸馏除去溶剂，50℃干燥12h得到花青素/sio2微胶囊。
39.一种湿敏变色微胶囊织物印制工艺：在50ml烧杯中称取花青素/sio2微胶囊粉末3.5g、气凝胶0.8g、be
‑
4200 0.8g、水4.9g，混合，搅拌均匀，配制得到花青素/sio2微胶囊印花浆，将配制好的花青素/sio2微胶囊印花浆通过丝网印花的方式对棉织物进行印花，置于焙烘机中80℃预烘6min，120℃焙烘3min，皂洗，烘干，制得湿敏变色微胶囊印花织物，对其进行摩擦色牢度、耐水洗色牢度、湿敏变色性能和耐水洗次数的测试，测试步骤同实例1。
40.实施案例4：按照有机溶剂：花青素：乳化剂：显色剂：促进剂的质量比18： 1.5：0.6：0.4：0.3计算，在50ml烧杯中加入1.5g花青素、0.6g吐温80、0.4g 碳酸氢钠、0.3g抗坏血酸溶于18g二氯甲烷中，随后转移到三口烧瓶中，75℃、 220r/min搅拌2h得到二氯甲烷/花青素的混合液。取10ml混合液，逐滴加入15 ml正硅酸四乙酯和8ml的kh560，加入三乙醇胺使ph＝9，于70℃、180r/min 搅拌反应1.5h，完成后可得到均匀分散的微胶囊悬浮液。将制备的微胶囊悬浮液通过减压蒸馏除去溶剂，50℃干燥12h得到花青素/sio2微胶囊。
41.一种湿敏变色微胶囊织物印制工艺：在烧杯中称取花青素/sio2微胶囊粉末3.6g、气凝胶0.9g、hb
‑
6020 0.8g、水4.7g，混合，搅拌均匀，配制得到花青素 /sio2微胶囊印花浆，将配制好的花青素/sio2微胶囊印花浆通过丝网印花的方式对棉织物进行印花，置于焙烘机中80℃预烘5min，120℃焙烘2min，皂洗，烘干，制得湿敏变色微胶囊印花织物，对其进行摩擦色牢度、耐水洗色牢度、湿敏变色性能和耐水洗次数的测试，测试步骤同实例1。
42.实施案例5：按照有机溶剂：花青素：乳化剂：显色剂：促进剂的质量比12： 1：0.6：0.3：0.4计算，在烧杯中称取1g花青素、0.6g十二烷基苯磺酸钠、0.3g 碳酸钠、0.4g抗坏血酸溶于12g无水乙醇中，随后转移到三口烧瓶中，70℃、180 r/min搅拌1h得到无水乙醇/花青素的混合液。取10ml混合液，逐滴加入14ml 正硅酸四乙酯和6ml的kh560，加入二乙醇胺使ph＝9，于70℃、270r/min搅拌反应2h，完成后可得到均匀分散的微胶囊悬浮液。将制备的微胶囊悬浮液通过减压蒸馏除去溶剂，50℃干燥12h得到花青素/sio2微胶囊。
43.一种湿敏变色微胶囊织物印制工艺：在烧杯中称取花青素/sio2微胶囊粉末 3.5g、气凝胶0.7g、be
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4200 0.6g、水5.2g，搅拌均匀，配制得到花青素/sio2微胶囊印花浆，将配制好的花青素/sio2微胶囊印花浆通过丝网印花的方式对棉织物进行印花，置于焙烘机中80℃预烘6min，120℃焙烘4min，皂洗，烘干，制得湿敏变色微胶囊印花织物，对其进行摩擦色牢度、耐水洗色牢度、湿敏变色性能和耐水洗次数的测试，测试步骤同实例1。
44.对比例1：本例中将与实施例1等量的花青素颗粒按照相同印花工艺配方印制到纺织品上，剪取5cm
×
5cm样品，其性能测试同实施例1。
45.湿敏变色纺织品性能评定：
46.表1：实例1
‑
5以及对比例1制得的湿敏变色纺织品性能测试情况
[0047][0048][0049]
从表1可以看出，本发明制得的湿敏变色微胶囊具有多孔结构，提供了花青素与水份接触的通道，同时壁材上的硅烷偶联剂是一种带有氨基亲水基团的物质，可吸收检测环境中的水分，包覆有微胶囊的花青素吸水后颜色变化，本发明制得的湿敏变色微胶囊变色灵敏度高，而且从耐水洗次数看，本发明制得的湿敏变色微胶囊的壁材sio2结构能有效对花青素进行包围和保护，负载有湿敏变色微胶囊纺织品均具有较好的耐摩擦色牢度与耐水洗色牢度。
[0050]
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。