织物芳香、抗菌整理桉叶精油微胶囊制备工艺研究

张婉清，缪宏超

（绍兴文理学院 纺织服装学院，浙江 绍兴 312000）

微胶囊是一种人工合成的包络物，它由具有一定强度和韧性的碳水化合物、蛋白质或脂类物质作为壁材，加上另一种与它可配伍、却不发生反应的芯材所组成[1]。微胶囊技术能够有效地阻隔芯材与外界的接触，减少挥发，掩盖不良气味，还能改变物料的状态、质量、体积和性能，保护敏感成分，增强稳定性，在纺织品芳香、抗菌整理等领域有着广泛的应用。

β-CD 是一种环状低聚糖，是微胶囊的优良壁材，能够使被包络物质的性质变化，补偿客体物质在光、热等多方面的缺陷，使难溶性物质易于溶解并且更加稳定，还能包裹住客体物质气味，且其生物兼容性好，无毒副作用，不会引起免疫反应，生产成本低[2]。桉叶精油提取自桉树嫩枝或叶片的油腺细胞，其主要化学成分为小分子的萜类物质，且多为极性较弱或无极性小分子物质[3]，具有芳香气味、广泛的生物活性及广谱的抗菌能力，对细菌、真菌、昆虫、线虫和螨虫均有不同程度的抑制作用[4]，在纺织品整理领域应用较为广泛。本研究以β-CD 为壁材、桉叶精油为芯材制备了用于纺织品芳香及抗菌整理的桉叶精油微胶囊，对微胶囊的制备工艺进行分析，以期获得桉叶精油微胶囊的最佳制备条件，指导微胶囊的开发及生产。

1 试验部分

1.1 试验原料

无水乙醇（国药集团化学试剂有限公司产）、β-环糊精（上海展云化工有限公司产）、桉叶油醇（纯度99%）（阿拉丁）。

1.2 设备与仪器

HJ-4A 型数显恒温多头磁力搅拌器（金坛区西城新瑞仪器厂产）、SHB-ⅢA 型循环水式多用真空泵（浙江台州求精真空泵有限公司产）、KQ-500 型超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司产）、ALPHA 1-2 LD plus 型冷冻干燥机（德国CHRIST ALPHA 公司产）、HH-2 型数显恒温水浴锅（国华电器有限公司产）、HD2010W型电动数显搅拌机（上海司乐仪器有限公司产）。

1.3 试样制备

称取一定量的β-CD，将其加入70℃的去离子水中，搅拌得到β-CD 过饱和溶液。桉叶精油溶于乙醇溶液中，配制成桉叶精油乙醇溶液，然后逐滴滴入β-CD的饱和溶液中，在一定温度下包埋一段时间后进行抽滤，用无水乙醇清洗滤渣表面，冷冻干燥至恒重，取出研磨后，得到桉叶精油微胶囊。采用控制变量法，改变实验条件制备桉叶精油微胶囊，确定正确制备微胶囊的工艺。

1.4 测试与表征

1.4.1 桉叶精油微胶囊的包埋率测试

包埋率为包络进β-CD 的精油与制备时实际加进饱和溶液中的精油的质量之比，它是评价微胶囊包埋效果的重要指标，包埋率越大，包埋效果越好[5]。本研究采用干燥失重法测定微胶囊的包埋率。

包埋率计算如式（1）。其中：M桉叶油为精油质量；M微胶囊为微胶囊重量；M滤渣为4.000g 桉叶精油微胶囊样品加入30mL 无水乙醇，在超声波清洗机中与80℃超声震荡40min，真空抽滤干燥至恒重得到的产物。

1.4.2 桉叶精油微胶囊制备工艺单因素试验

采用单因素试验研究包埋温度（30℃、40℃、50℃、60℃）、包埋时间（1.0h、1.5h、2.0h、2.5h）和β-CD 质量浓度（7.5g/mL、8.0g/mL、8.5g/mL、9.0 g/mL）等因素对桉叶精油-β-CD 微胶囊包埋率的影响。

1.4.3 桉叶精油微胶囊制备正交试验

为了对比不同包埋时间、包埋温度和β-CD 浓度所制备的微胶囊包埋率，本实验选择L9(34)正交表，以包埋温度（A）、包埋时间（B）和β-CD 质量浓度（C）为考虑因素，每一因素取3 个水平设计正交试验，如表1所示。对最终所得的正交实验表内的数据进行分析，选出最佳工艺条件。

表1 微胶囊正交试验因素水平表

2 结果与讨论

2.1 单因素试验试验

2.1.1 包埋温度对桉叶精油微胶囊包埋率的影响

包埋温度对微胶囊包埋率的影响如图1，由图1可知，包埋率随包埋温度呈先上升后下降的趋势，这是因为制备微胶囊时，随着包埋温度升高，β-CD 溶解度提高，水中的β-环糊精固体物质减少，因此桉叶精油分子在溶液中运动阻力减小，使得其在滴入饱和溶液后能够更快、更自由地运动，由此增大精油进入β-CD 腔体的机会，使包埋率增大。但由于桉叶精油在温度过高时会产生部分精油挥发的现象，因此包埋温度过高不利于β-CD 包埋精油，导致包埋率降低。因此，桉叶精油微胶囊较合适的包埋温度为40℃。

图1 包埋温度对桉叶精油微胶囊包埋率的影响

2.1.2 包埋时间对桉叶精油微胶囊包埋率的影响

图2 为包埋时间对桉叶精油微胶囊包埋率的影响。由图2 可知，包埋率随包埋时间的增加呈先增加后减少的趋势，这是因为想获得包埋率较高的桉叶精油微胶囊，精油与β-CD 必须有一定的接触时间，因此包埋时间不能过短。若精油与β-CD 接触时间较短，不能进行充分接触，直接降低桉叶精油进入β-CD 腔体的概率，出现包埋不彻底的情况。但当包埋时间达到一定值后，包埋率不但未继续上升，反而出现下降。这是因为：首先，β-CD 空腔的体积有限，当包埋率达到一定值后，桉叶精油无法继续进入；其次，桉叶精油有一定的挥发性，包埋时间过长会增加其挥发量，同时也会破坏β-CD 与精油之间的连结，反而降低包埋率。因此从正交实验得出，包埋时间控制在2h 左右效果较为稳定，获得的桉叶精油微胶囊包埋率较高。

图2 包埋时间对桉叶精油微胶囊包埋率的影响

2.1.3 β-CD 浓度对桉叶精油微胶囊包埋率的影响

增大β-CD 质量浓度，实质上就是增大桉叶精油和β-CD 之间的壁芯比，图3 为增大β-CD 浓度后对微胶囊包埋率的影响，从图3 中可以得出，随着β-CD浓度增大，包埋率先增大后减小。分析可知，当β-CD质量分数为8.0g/mL 时，包埋率的平均值最大；当β-CD 质量浓度继续增大，包埋率降低，主要原因是β-CD量增加，导致壁材大量增加，空腔不能被有效利用，因此包埋率降低；而当β-CD 质量浓度过低时，桉叶精油的量占比上升，无法被有效包埋，使包埋率下降。

图3 β-CD 浓度对桉叶精油微胶囊包埋率的影响

2.2 微胶囊包埋率正交试验分析

为了获得微胶囊制备的最佳工艺条件，选择L9(34)正交试验进行分析。以包埋温度（A）、包埋时间（B）和β-CD 质量浓度（C）为考虑因素，每个因素选择3 个水平设计正交试验。实验结果和极差分析见表2，表中Ki是这一列里第i 个因素水平的包埋率平均值，R 是由这一列最大的Ki 减去最小的Ki 而得。

从表2 可以分析得出，本次正交试验所选择的因素中，包埋率受包埋温度的影响最大，影响第二的为包埋时间，影响最小的是β-CD 质量浓度。以包埋率为指标，比较每列因素的包埋率平均值大小，可选出的最优组合为A2B3C2。对该工艺条件进行进一步的验证，得到最佳工艺条件即加入质量浓度为8.0g/mL 的β-CD，在40℃下包埋2.0h 后制得的桉叶精油微胶囊包埋率最高。对此工艺条件进行包埋率测试，重复试验3 次，计算平均率，得到桉叶精油微胶囊包埋率为72.68%。

表2 正交试验设计与结果

3 结语

以β-CD 为芯材、桉叶精油为壁材可制备出应用于织物整理的桉叶精油微胶囊。对微胶囊制备过程中的包埋时间、包埋温度和β-CD 的质量浓度进行单因素及正交试验分析，确定了微胶囊制备条件影响因素的排序，获得最佳的制备条件，并通过测试制备获得了微胶囊的包埋率。制备得到的桉叶精油微胶囊可以在芳香、抗菌等材料上发挥重要作用，具有一定的经济及应用价值。