近20年来，随着市场需求对木质材料性能要求的提高以及其他材料竞争的加剧，木质材料的功能化已成为拓宽木质产品使用范围、提高产品社会经济附加值和促进产业转型升级的重要途径(傅峰，1994； 李凯夫等，2007； Li et al., 2010； 田翠花等，2015)。通过木质单元功能化、胶黏剂与涂料功能化以及功能体导入等方式，可赋予木质材料优良的电学、磁学、热学、声学等功能特性(彭立民等，2014； Lu et al., 2014； Yuan et al., 2014； Lü et al., 2015)，其中功能体导入可以便捷地实现木质单元与功能单元的有效复合，适用性强，应用最为广泛。功能微胶囊为木质材料领域的一种新型功能体(Duan et al., 2015； 王进等，2015)，其为木质功能材料的发展带来了新的机遇。

微胶囊技术是一种将固体、液体或气体包封形成微小粒子的保护技术，广泛应用于医药、化妆品、食品、纺织及先进材料等领域(Kwon et al., 2013)。微胶囊技术的优势在于可以实现芯材物质的完全包覆，使其与外界环境隔离，同时仍能保留其原有特性。通过选择适宜的壁材及工艺条件，可以满足芯材物质缓慢释放、瞬间释放或持久保存的需求。近年来，防腐、阻燃、释香及变色等具有特殊功能特性的微胶囊开始应用于木质功能材料的研究与开发中，表现出极大的应用潜力。本文在介绍微胶囊技术与功能微胶囊发展概况的基础上，全面总结了功能微胶囊在木材保护处理、新型木质功能材料开发以及多功能木质材料研制等方面的应用现状，展望了微胶囊技术在木质功能材料领域的发展趋势，旨在推动微胶囊技术在木材工业中的发展与应用。

微胶囊形成的实质是通过物理或化学作用，在芯材表面形成一层均匀稳定壁材的过程。微胶囊制备技术始于20世纪30年代，在70年代得到迅猛发展，一般依据其囊壁形成机制及成囊条件不同可划分为物理法、化学法和物理化学法3大类(表 1)(刘婷等，2013)。物理法主要是利用物理和机械原理来实现微胶囊包覆，壁材的形成过程一般依赖于加热条件下固-液相态的转变或溶剂蒸发过程中溶解度的降低。化学法建立在化学反应基础上，利用单体小分子聚合生成的高分子或膜材料实现芯材包覆。物理化学法是通过改变温度、pH值或加入电解质等，使溶解状态的成膜材料从溶液中析出，逐渐沉积在芯材表面生成壁材。微胶囊的最终形态主要取决于芯材物质，固体类芯材经包覆后形态基本保持不变，液体类芯材经乳化或机械分散后形成球状微胶囊。

表 1 微胶囊常用制备方法分类 Tab.1 Classification of preparation methods for microencapsulation

表 1 微胶囊常用制备方法分类 Tab.1 Classification of preparation methods for microencapsulation 类别 Category 具体方法 Specific methods 物理法 Physical methods 喷雾干燥法、喷雾冷却法、空气悬浮法、包络结合法、挤压法、超临界流体法、多孔离心法、静电结合法、溶剂蒸发法、旋转分离法Spray drying，spray cooling，air suspension，envelop-combination，extrusion，supercritical solution，porous centrifugal，electrostatic binding，solvent evaporation，rotary separation 化学法 Chemical methods 界面聚合法、原位聚合法、锐孔-凝固法Interfacial polymerization，in-situ polymerization，piercing-solidifying 物理化学法 Physical-chemical methods 单凝聚法、复凝聚法、相分离法、干燥浴法、粉末床法、熔化分散冷凝法、囊芯交换法Simple coacervation，complex coacervation，phase separation，drying bath，powder bed grinding，melting-dispersion-condensation，capsule-core exchange

理想的微胶囊应该呈均一球形分布，以实现合成时产品质量的高度可控性和使用中利用效率的最大化，然而传统的乳化分散或喷雾干燥方式不能满足要求。为此，Omi等(1995)将微孔膜乳化技术应用于微胶囊的制备，利用具有均一微孔的玻璃膜形成粒径均一的乳滴，成功制备了具有高度单分散性的微胶囊。Zhang等(2012)利用微流体液滴技术开发了一步合成粒径均一可控微胶囊的便捷方法。时至今日，如何在保证功能性和包覆效率的前提下，开发高效、可规模化生产的微胶囊技术仍然是有待研究者们探索的重要课题。

20世纪50年代，美国NCR公司(Green et al., 1957)利用压敏微胶囊成功开发了无碳复写纸，率先实现了微胶囊技术的商业化应用，该产品一直沿用至今。随后，微胶囊技术的应用迅速延伸至医药、化妆品和食品等领域，有力促进了高效药物载体、稳定食品添加剂及新型化妆品等产品的发展(Carvalho et al., 2015； Gupta et al., 2013； Srivastava et al., 2013)。目前，此类产品已在微胶囊市场中占据主导地位。

进入新世纪以后，微胶囊技术在热敏、防伪及香味等新型功能纸(Ichiura et al., 2013)和储能、释香及变色等功能织物(Nelson，2002)的开发与应用中发挥着日益重要的作用。普通功能单元经包覆后形成功能微胶囊，再导入纸制品或织物中制备功能产品，具有隔绝和控释特性的壁材可以有效改善功能单元的相容性、提高功能单元的稳定性以及实现功能单元的缓慢释放，为木质功能材料的开发提供了全新的思路。

功能微胶囊是指具有特殊电学、磁学、光学、声学、热学、力学、化学以及生物医学功能的微胶囊产品，是微胶囊技术的重点发展方向。微胶囊化处理不仅能提高功能单元的比表面积、增强功能效应，而且还具有一些特殊的优势(Azagheswari et al., 2015)。在功能材料的制备过程中，液体类功能单元经壁材包覆后可转变成固体粉末，方便其运输、使用和储存。依据需求选择合适的壁材与微胶囊化方法，可显著延长缓释型功能单元的作用时效。微胶囊的壁材可以改变芯材物质的外观和物化性质，屏蔽不良气味，降低毒性，提高耐湿、耐热稳定性。同时，囊芯与囊壁材料的紧密结合以及多层包覆技术的运用，为多元组分功能体的制备提供了一条高效复合的途径。

以壁材在微胶囊中发挥的作用为分类依据，可以将功能微胶囊分为靶向型、缓释型、隔绝型和瞬间释放型4大类。靶向型微胶囊主要应用于生物医学领域，利用壁材的特殊生物相容性实现药物的定向控制释放(Gupta et al., 2013)。缓释型微胶囊在食品和农业领域应用最为广泛(Srivastava et al., 2013)，一般通过改变壁材的厚度或结构来调控芯材物质的释放速率。隔绝型微胶囊在纺织和高分子材料领域应用较多，主要利用壁材的阻隔作用提高加工和使用过程中阻燃剂、相变材料及变色剂等功能单元的稳定性。瞬间释放型微胶囊主要包括热敏和压敏微胶囊，在一定热量或压力作用下其芯材迅速释放与基材物质结合而发挥功能效应，目前已成功应用于成像材料(魏杰等，2008)及胶黏剂(Aran-Ais et al., 2012)等领域。总的来说，功能微胶囊已广泛应用于与人们生产生活息息相关的各个领域，未来将逐步向智能化及多功能化方向发展。

微胶囊技术为木质材料的功能化处理提供了一个全新平台。通过微胶囊化处理，具有光学、磁学、电学和热学等特性的功能单元被分割成稳定的微小粒子。依据产品对单一或复合功能特性的需求，将这些尺寸很小的功能体均匀地导入木质材料内部或者富集于其表面，可明显降低功能单元的消耗量，制备效能持久的木质功能材料。

依据材料结构特点的不同，微胶囊可通过3种方式实现与木质材料的结合(图 1)。木材内部具有许多纳米级至微米级的天然孔隙，通过微胶囊悬浮液浸渍处理，可以使微胶囊直接填充至木材的孔隙中。Hayward等(2014)在专利中指出防腐微胶囊直径小于20 μm时，可以通过加压处理制备满足使用要求的防腐木材。而对于直径更大的微胶囊，则可以通过微波膨化等预处理技术增大木材的孔隙后实现有效导入(He et al., 2014)。对于人造板而言，微胶囊可通过与胶黏剂物理混合的方式(Jeong et al., 2012)导入到木质材料中，此方法对微胶囊的尺寸没有特殊要求，但要求微胶囊在热量和压力作用下能维持原有的形态和功能。此外，木质材料在使用前往往需要进行涂饰处理，因而将微胶囊预先添加至涂层中(Siva et al., 2015)也是一种便捷的导入方式。考虑到涂层的厚度一般为几十微米至上百微米，同时涂饰过程一般需要经过多次上漆工序，因此，建议实际生产中使用直径不超过10 μm的微胶囊产品，避免其对涂层性能带来不利影响。

图 1 微胶囊在木质材料中的导入途径 Fig.1 Schematic diagram for introduction methods of microcapsules into wood materials

实现芯材的缓慢释放是微胶囊技术的一大突出优势，在木材防腐处理中具有很大的应用潜力。Chen等(1987)最先指出微胶囊包覆处理是降低木材防腐剂对环境和人体健康的危害、实现木材防腐剂控制释放的有效途径。Hayward等(2014)在专利中进一步指明了有机防腐剂微胶囊化的好处：降低防腐剂在使用过程中的毒性； 使防腐剂有效渗入木材内部； 防腐剂缓慢释放，使用期限明显延长。专利中所用微胶囊技术为：将有机防腐剂溶于有机溶剂中，分散至水溶液中形成乳液，通过界面聚合作用形成微胶囊悬浮液。该悬浮液可以通过喷雾、浸渍等方式应用于木质材料表面，也可通过加压浸注处理使微胶囊防腐剂渗入木材内部。在加压处理含水率为10%～15%的辐射松(Pinus radiata)木材过程中，微胶囊粒径对其在木材中的渗透性影响显著，当平均载药率约为100 g·m^-3时，随着微胶囊的平均粒径由3.3 μm逐渐增加至20 μm，木材内部的微胶囊渗入量由111 g·m^-3下降至8.8 g·m^-3。

近年来，随着纳米技术的发展，纳米防腐胶囊被应用于木质材料的保护处理。与微米级颗粒相比，纳米粒子在木材中具有更好的渗透性和抗流失性。Liu等(2001)将戊唑醇、百菌清分别与聚乙烯基吡啶、聚乙烯基吡啶-苯乙烯共聚物混合均匀后，利用沉淀-沉积法制备成粒径100～250 nm的纳米粒悬浮液，真空-加压处理南方松(Pinus sp.)木材样品后，在低载药率条件下仍能有效抑制褐腐菌G. trabeum的侵蚀。在后续研究中，通过对基质聚合物进行改性形成“自稳定”乳液，代替添加型乳化剂，进一步减少了纳米粒子的直径，并使悬浮液的贮存期由不足1个月延长至6个月(Liu et al., 2002)。随后，Salma等(2010)指出，沉淀-沉积法在制备过程中溶液浓度要求过低(1wt.%)，同时所制备的纳米颗粒亲水性太强而导致防腐剂释放速率过快；而利用明胶与甲基丙烯酸甲酯聚合物作为壁材制备的壳/核型纳米防腐颗粒，其浓度可提高至15%，并显著改善了防腐剂的抗流失性。Ding等(2011)进一步利用壳聚糖代替明胶与甲基丙烯酸甲酯共聚形成纳米防腐颗粒，定量表征了防腐剂的流失减少量，并证实纳米颗粒成功渗入至木材内部。纳米防腐胶囊有望便捷、高效地赋予木材防腐效能，后续研究中需要进一步降低生产成本，克服制备、储存及使用过程中纳米粒子的团聚现象。

微胶囊技术可以使液体阻燃剂转变成固体粉末，降低阻燃剂毒性，降低无机阻燃剂吸湿性，改善阻燃剂与聚合材料的相容性，提高阻燃剂热分解温度，是阻燃材料领域的研究热点之一(Wang et al., 2015)。罗文圣(2011)在专利中提供了一种植物纤维板用阻燃微胶囊的制备方法，该微胶囊芯材为磷-氮类阻燃剂，通过2次原位聚合法依次包覆无机壁材(氢氧化铝、氢氧化镁或氢氧化锌)和氨基树脂壁材，实现了无机阻燃剂和有机阻燃剂的有效结合。专利中还指出，该阻燃剂在应用过程中不会损害纤维板的物理化学性能、加工性能和使用性能。吴子良等(2013)报道了另一种中密度纤维板用微胶囊阻燃剂的制备方法。首先将铵化合物、氢氧化铝(碳酸钙)、硼化合物、二氧化硅及乳化剂，在常温搅拌下加入到甲醇(乙醇)中分散均匀； 接着向分散液中加入硅溶胶，每隔30～50 min依次加入硅烷偶联剂和甲基含氢硅油； 最后过滤和干燥获得微胶囊产品。该微胶囊内部主要为磷、氮、硼等元素组成的阻燃成分，外层为二氧化硅和硅油，形成磷-氮-硼-硅四元协效体系，阻燃抑烟效果好，对纤维板性能影响小。胡云楚等(2012)发明了一种磷酸的微胶囊化方法，主要包括磷酸在有机溶剂中的乳化分散以及三聚氰胺-甲醛等水溶性预聚物在分散液滴界面水相中的原位自缩合反应，合成的微胶囊呈规则球状，密封性和分散性好，尤其适用于木质材料的阻燃处理。

同时，Li等(2014)和Wang等(2014)分别以三聚氰胺-尿素-甲醛树脂和尿素-甲醛树脂为壁材，通过原位聚合法包覆聚磷酸铵合成阻燃微胶囊，将其与木粉、聚丙烯混合后挤出成型制得阻燃木塑复合材料。研究发现聚磷酸铵经氨基树脂包覆后表面变得粗糙(图 2)，水溶性明显降低，对材料力学性能的削弱程度减小； 而且，壁材与芯材的协效作用进一步增强了阻燃剂的阻燃效果。马长城(2014)分别利用三聚氰胺-甲醛树脂包覆的氢氧化铝和氢氧化铝/聚磷酸铵，制备了阻燃木塑复合材料，证实微胶囊化处理可以改善阻燃剂与基材的相容性，提高阻燃复合材料的拉伸强度和弯曲强度。从现有的研究结果来看，微胶囊技术能有效降低木质材料阻燃剂的吸湿性，减少阻燃剂对胶合 性能与力学性能的影响。后续研究中需要充分利用壁材和芯材的协效作用(Wu et al., 2011； Zheng et al., 2014)，提高阻燃效率，减少阻燃剂用量，降低阻燃剂的使用成本。

图 2 聚磷酸铵微胶囊SEM形貌(Li et al., 2014) Fig.2 SEM images of microencapsulated APP (Li et al., 2014) a.聚磷酸铵APP； b.聚磷酸铵微胶囊Microencapsulated APP.

香型木质材料是一类新型的木质功能材料，其散发出的芳香气味可以使人心情愉悦，部分产品还具有杀菌、保健等特殊功效。然而，香精暴露在空气中挥发速度快，难以实现持久留香，而微胶囊化处理成为提高其稳定性、延长使用期限的常用途径(Carvalho et al., 2015； Biswas et al., 2015)。槐敏等(2013)依据原位聚合法，以脲醛树脂为壁材、阿拉伯树脂为乳化剂合成了薰衣草精油微胶囊，将其加入胶黏剂中按照普通胶合板生产工艺制备香型胶合板。在较优制板工艺条件下，其表面胶合强度满足GB/T 15104—2006《装饰单板贴面人造板》中要求(≥0.4 MPa)；GC-MS检测分析表明以香精微胶囊施香的胶合板，香味不会因高温而短时间挥发殆尽，也不会因胶黏剂的固化包裹而无法挥发，初步证实了香型胶合板研制的可行性。随后，槐敏等(2014)、王进等(2015)还利用合成的香精微胶囊制备了香型刨花板，发现微胶囊与胶黏剂混合的添加方式较其与刨花混合的方式对板材胶合性能的削弱程度低。在较优工艺条件下，香型板材的主要物理力学性能满足GB/T 4897.3—2003《刨花板》规定要求，放置60天后其释放香味的半衰期为104天。微胶囊在胶合板和刨花板中的分布如图 3所示，从图中可知热压过程中微胶囊基本完好无损，表明微胶囊具有较好的耐热性和力学强度。释香微胶囊的加入将赋予木质材料更多的气味特性及保健等其他功能特性，然而目前尚缺乏关于涂饰、贴面等后续处理工序以及产品使用条件对释香特性的影响研究。

图 3 香精微胶囊在木质材料中的分布 Fig.3 Distribution of essence microcapsules in wood materials a.胶合板(槐敏等，2013)In plywood (Huai et al., 2013); b.刨花板(槐敏等，2014)In particleboard (Huai et al., 2014).

可逆温致变色木质材料是一种智能化的木质功能材料，其表面颜色随着外界环境温度的升高和降低可以在2种颜色之间反复变化，在地板、家具及建筑墙体材料等领域具有广阔的应用前景(Liu et al., 2011； 刘志佳等，2012； 蒋汇川等，2013)。具有可逆温致变色功能的试剂可分为无机、有机及液晶3大类，其中有机类变色材料综合性能较优，是目前研究和应用的热点(Chowdhury et al., 2014； Panak et al., 2015)。

有机温致变色材料一般由隐色剂、显色剂及溶剂3种成分组成，利用微胶囊技术将三者进行包覆形成变色微粒，是提高其变色稳定性和持久性的有效途径(Chowdhury et al., 2014)。蒋汇川(2013)以聚乙烯醇为乳化剂、尿素-甲醛树脂为壁材，通过原位聚合法包覆热敏玫红、双酚A和十四醇复配变色体系合成了可逆变色微胶囊，将微胶囊与浸渍用三聚氰胺树脂液混合后，涂覆于桦木薄木表面成功制备了具有较好耐疲劳性的可逆温致变色薄木。吴秋宁等(2013a； 2013b； 2013c)以市售红色和蓝色2种可逆变色微胶囊、竹粉以及高密度聚乙烯为原料，通过注塑成型制备了可逆变色竹塑复合材料。该材料表面颜色变化明显，在较高温度条件下变色响应时间更短，经100次25～80 ℃循环处理后变色灵敏度下降； 经过80 ℃水热处理后，复合材料试样的表面会产生较大裂纹，其接触角和力学性能明显降低，材色也会发生显著变化。总体而言，需要进一步丰富可逆变色木质材料的颜色种类，拓宽其变色温度范围，以更好地满足使用需求； 同时，变色材料的耐久性尚有待深入研究(Frivskovec et al., 2013)。

热敏/压敏功能微胶囊也开始应用于木质材料领域。早在1991年就有美国专利(Held，1991)指出，在刨花板等人造板生产过程中加入微胶囊化固化剂，选用合适的壁材使胶囊在加压成型时破裂释放出固化剂，促使胶黏剂均匀快速固化，可以缩短胶黏剂的固化时间、减少固化过程中的热量消耗。在国内，齐维君等(2001)在专利中报道了人造板用热敏/压敏微胶囊产品，其芯材为防水剂、防潮剂和防霉剂组成的多功能试剂，壳材是由聚乙烯醇或明胶组成的软壳体。热压时微胶囊破裂，芯材物质释放黏附在木材上起到防水、防潮、防霉的作用，具有贮存期长、使用较方便、用量小等优点。之后，齐维君(2002)在专利中进一步将微胶囊中的芯材换成游离甲醛捕捉剂，可制得人造板用捕捉游离甲醛的微胶囊产品。齐维君(2004)还在后续的专利中提出，利用热熔性壁材(聚乙烯、聚丙烯等)可制得新型人造板用微胶囊产品，该产品不仅能赋予人造板防水、防潮及防霉性能，还可替代人造板常用的脲醛树脂胶，降低甲醛释放量。

目前，“三醛类”传统胶黏剂仍然是我国木材工业用胶黏剂的主导，而如何有效降低甲醛释放量、实现胶黏剂的低毒化成为近年来研究的重点(Hematabadi et al., 2012； 张伟等，2014)。常用的降醛方法包括降低甲醛与尿素的摩尔比、改进树脂合成工艺以及添加甲醛捕捉剂等。然而，这些方法都仅能在较短的时期内降低甲醛释放量，不能发挥长效的降醛作用。为此，Duan等(2015)选用尿素等甲醛捕捉剂为芯材、乙基纤维素为壁材，利用液中干燥法制备了缓释型微胶囊(图 4)，并将其添加至脲醛树脂中制备胶合板。在较优工艺条件下，板材胶合强度符合GB/T 9846—2004《胶合板》中要求(≥0.7 MPa)。微胶囊在12个星期的测试期内均表现出显著的降醛效果，所得胶合板产品在放置2个星期后甲醛释放量可控制在0.30 mg·L^-1以内。

图 4 乙基纤维素/尿素微胶囊SEM形貌(Duan et al., 2015) Fig.4 SEM photographs of urea microcapsules with a shell of ethylene cellulose (Duan et al., 2015)

总体而言，微胶囊技术在木质功能材料中的应用以实验室研究报道为主，尚未实现大规模工业化生产。然而，功能微胶囊在纺织(Nelson，2002)和建筑材料(Boh et al., 2008)中的成功应用为其在木质材料领域的发展提供了有益借鉴。生产成本偏高及市场需求不足是制约功能微胶囊在木质材料领域推广应用的主要因素，为此，后续开发和应用过程中需要重点降低微胶囊的生产和应用成本，并利用微胶囊的优势开发具有特殊使用功能和高附加值的木质产品。例如，在涂层中加入微胶囊实现木质材料的表面功能化，具有工艺简单和微胶囊用量少的优势；而依据需求同时添加阻燃、变色等微胶囊，可以便捷地实现木质产品的多功能化。此外，利用可逆温致(光致)变色微胶囊，开发随环境温度(光照)变化而自发改变色彩的智能木质窗帘、家具和艺术品等，有望应用于高端家居市场。

木质材料作为一种与人们生产生活息息相关的传统绿色材料，在新世纪材料科学蓬勃发展的进程中需要广泛汲取其他领域的先进方法和技术，开发出具备更多功能特性的产品，适应人们日益增长的使用需求，开拓木材工业的新增长点，促进整个行业的健康持续发展。微胶囊技术以其特有的控释性和阻隔性，在实现功能单元控制释放和改善功能单元稳定性等方面表面出极大的应用潜力。具有特殊电学、磁学、光学、声学、热学、力学、化学以及生物医学功能的微胶囊产品为木质材料的功能化处理提供了丰富的原料来源。围绕防腐、阻燃、香型及变色等木质功能材料，国内外学者在功能微胶囊的制备、微胶囊引入对材料物理力学性能的影响以及产品功能特性评价等方面取得了一定成果。然而，有关微胶囊与木质材料的结合机制、微胶囊耐久性评价等研究尚处于起步阶段，如何更大限度地发挥微胶囊技术的平台效应，开拓木质材料功能化新途径，提高功能效应的稳定性和持久性是下一步需要研究解决的课题。具体而言，今后的研究应该围绕以下几个方面展开：

1) 加快纳米胶囊技术的开发和应用，深入研究微胶囊浓度、粒径、表面性质及处理条件对其在木材中渗透性能的影响机制，全面表征和分析微胶囊与木质单元、胶合单元的界面特性，实现功能体在木材中的快速导入和稳定结合。

2) 系统研究热压、饰面等特定生产工序对微胶囊形态、物理力学性能及功能特性的影响，以及光、热等外界条件作用下微胶囊的耐久性，为微胶囊的应用提供更多理论依据。

3) 利用微胶囊技术分别包覆相容性欠佳的多种功能单元，提高其稳定性，避免不同单元之间相互作用而削弱功能效应，开发性能优良的多功能木质材料。

4) 加快可逆温致变色等智能微胶囊的应用研究，赋予木质材料对环境中光、热及湿度等自然条件的自动响应特性，进一步提升木质材料使用价值，为现代智能化家居的发展注入活力。

5) 开展功能微胶囊相关标准化的研究，规范功能微胶囊形貌、结构、功能特性及耐久性等性能的评价方法，确定功能微胶囊应用于不同木质材料时的性能要求，引领功能微胶囊技术在木质材料领域健康、有序的发展。