CN113818123B - 一种辐射制冷功能织物的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种辐射制冷功能织物的制备方法，包括如下步骤：(1)将两种及以上具有溶解度差异的聚合物混合、溶解，加热搅拌至溶液具有粘度，得到浆料；(2)利用湿法纺丝将浆料制成纱线，得到的纱线经过凝固浴，然后经干燥后制成织物，得到所述辐射制冷功能织物。本发明通过两种或以上的聚合物在水中析出速率差使纱线形成了多孔结构，多孔微纳结构能提高对太阳光的反射率减少热量的摄入，从而提高了辐射制冷效果。通过对两种或以上的聚合物进行湿法纺丝，既保证了纱线的强度又保证了一定的弹性，解决了单一聚合物的功能单一的弊端；根据聚合物材料本身在中红外区域高吸收高发射的特性能增加织物的散热功率，有效实现降温效果。

Description

一种辐射制冷功能织物的制备方法
技术领域
本发明涉及一种功能织物的制备方法，尤其涉及一种辐射制冷功能织物的制备方法。
背景技术
热湿舒适性是织物面料的重要指标之一，尤其对于夏季服装面料来说，热湿舒适性直接影响服装的销售和产生。户外场景下，尤其是需要参与户外劳动或活动时，如何有效持续的给人体降温，仍然是有待解决的一个重要问题。而具有辐射制冷功能面料的衣物可以通过绿色低碳方式给人体降温，能有效避免过多能源浪费，对于实现零能耗户外持续降温具有重要意义。
目前，在纤维中加入云母、玉石等凉感颗粒可以明显提高纤维的导热性能，但是在纺丝过程中引入凉感颗粒会大大增加纺丝难度，也会使长丝的力学性能遭到破坏，影响服用性能。改变纤维的横截面形状可以提高面料的吸湿性，增加凉爽效果，但是这种面料只适合人体少量出汗的情况，当人体大量出汗时面料就会贴在皮肤上产生闷热感。现有的大部分面料只是接触凉感，并不能实现持续降温。对于长时间暴露在户外的工作人员而言，并不能降低人体表面温度。因此，在研究服装面料如何实现单向导湿导热产生凉感的同时，也不能忽略持续的降温效果。
辐射制冷技术是基于表面热辐射进行散热降温的一种被动式制冷方式。外太空的温度为2.7K，地球的表面温度为300K，因此外太空相对于地球而言是一个天然的冷源，地球上的物体可以透过大气层8-13μm透射窗口向宇宙发射热辐射，实现持续降温。在设计具有辐射制冷功能的材料时，常用的方法是在材料中添加具有高折射率的纳米粒子，使其增加对可见光的反射，但这会大大增加成本，并且提升效果有限。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种成本低、制冷效果好的辐射制冷功能织物的制备方法。
技术方案：本发明所述的辐射制冷功能织物的制备方法，包括如下步骤：
(1)将两种及以上具有溶解度差异的聚合物混合、溶解，加入无机微纳粒子，加热搅拌至溶液具有粘度，得到浆料；
(2)利用湿法纺丝将浆料制成纱线，得到的纱线经过凝固浴，然后经干燥后制成织物，得到所述辐射制冷功能织物。
其中，步骤(1)中，所述两种及以上的聚合物之间的溶解度差异不小于0.2。
其中，所述聚合物为聚氨酯、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚乳酸、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少两种。
其中，步骤(1)中，两种及以上聚合物中的任一种聚合物占浆料质量的1％-90％；不同聚合物之间可以是任意比例。
其中，步骤(1)中，所述浆料中加入有无机微纳粒子，所述无机微纳粒子占浆料质量的1-9％。所述无机微纳粒子为氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化锌、氧化镁、硫酸钡、碳酸钡、氮化硅中的至少一种。其中，无机微纳粒子的平均粒子尺寸为0.2-10μm，优选为0.2-1.4μm。
其中，步骤(1)中，将两种及以上具有溶解度差异的聚合物溶解的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃、二氯甲烷、氯仿、N,N-二甲基乙酰胺、丙酮、甲苯、苯、乙酸乙酯、硝酸、醋酸、乙醇中的至少一种。
其中，步骤(1)中，所述凝固浴的溶剂为水、乙醇、丙醇、乙二醇、丙三醇或聚乙二醇中至少一种。
其中，步骤(1)中，所述凝固浴的温度为10-80℃，优选为20-40℃。
其中，步骤(2)中，所述纱线在凝固浴中经过路程长度为0.5-5m，优选为0.5-2m。
其中，得到的所述辐射制冷功能织物在可见-近红外区域平均反射率在80％以上。
有益效果：本发明与现有技术相比，取得如下显著效果：1、通过两种或以上的聚合物在水中析出速率差使纱线形成了多孔结构，多孔微纳结构能提高对太阳光的反射率减少热量的摄入，从而提高了辐射制冷效果。2、通过对两种或以上的聚合物进行湿法纺丝，既保证了纱线的强度又保证了一定的弹性，解决了单一聚合物的功能单一的弊端；3、根据聚合物材料本身在中红外区域高吸收高发射的特性能增加织物的散热功率，有效实现降温效果。4、纱线的内部添加无机微纳粒子可以进一步提高织物在可见区域的反射率，并且能有效屏蔽紫外线，实现抗紫外防晒效果。
附图说明
图1为本发明实施例1辐射制冷功能织物正面示意图；
图2为本发明实施例1辐射制冷功能织物反面示意图；
图3为本发明实施例1湿法纺丝后纱线表面示意图；
图4为本发明实施例1湿法纺丝后纱线横截面示意图；
图5为本发明实施例1湿法纺丝后纱线横截面放大结构示意图；
图6为本发明实施例1辐射制冷功能织物可见-近红外区域反射光谱；
图7为本发明实施例1辐射制冷织物中红外区域发射光谱；
图8为本发明实施例1辐射制冷功能织物在户外的表面温度示意图；
图9为本发明对比例1辐射制冷功能织物可见-近红外区域反射光谱；
图10为本发明实施例2湿法纺丝后纱线横截面结构示意图；
图11为本发明实施例2辐射制冷功能织物可见-近红外区域反射光谱；
图12为本发明实施例3湿法纺丝后纱线横截面结构示意图；
图13为本发明实施例3辐射制冷功能织物可见-近红外区域反射光谱；
图14为本发明实施例4辐射制冷功能织物可见-近红外区域反射光谱。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细描述。
实施例1
(1)称取15g PAN和10g PVDF，加入100mL DMF溶剂，在80℃加热条件下溶解聚合物，然后加入2.5g Al2O3，平均尺寸300nm,搅拌至溶液均一稳定状态；
(2)将聚合物装入100mL注射器中，选择20G针头；水浴选择1.5米长，25厘米深，温度10℃。调节注射泵的移动速度和线圈的转动速度，控制出丝的均一性，出水后的纱线经过85℃烘干，缠绕成卷完成湿法纺丝。
(3)以市售棉线作为纬线，湿法纺丝得到的纱线作为经线，用针织的方法，制备单向导湿织物。
图1是具有辐射制冷功能的织物的正面图片，图2是其反面图片。正面显示白色面向外界环境，反面具有亲水吸湿的功能。
如图3所示，湿法纺丝得到的纱线表面比较粗糙，有褶皱和气孔。这有利于增加对光线的漫反射。
在图4和图5中，从纱线的截面来看，内部具有微纳结构尺寸的气孔，其尺寸从几纳米到十几微米不等。其内部还包裹着无机微纳粒子。这种多级尺度结构有利于实现对可见-近红外区域的高反射，如图6所示，该数据是该织物的反射光谱，其平均反射率为89％。
图7是该织物的中红外发射谱图，其在6-20微米区间内具有高发射性能。我们对该织物进行户外降温实现，其结果如图8所示，在夏季户外条件下，随着时间的变化该织物比市售面料能实现2-5℃降温效果。
实施例2
(1)称取2.5g PAN和45g PVDF，加入500mL DMSO溶剂，在90℃加热条件下溶解聚合物，然后加入2.5g TiO2，平均尺寸200nm,搅拌至溶液均一稳定状态；
(2)将聚合物装入100mL注射器中，选择24G针头；凝固浴选择5米长，溶剂选择乙醇，25厘米深，凝固浴温度20℃。调节注射泵的移动速度和线圈的转动速度，控制出丝的均一性，出水后的纱线经过85℃烘干，缠绕成卷完成湿法纺丝。
(3)以市售棉线作为纬线，湿法纺丝得到的纱线作为经线，用针织的方法，制备单向导湿织物。
图10是该纱线的截面图，其内部具有微纳结构尺寸的气孔。
图11是该织物的可见-近红外区域谱图，其平均反射率为85％。
实施例3
(1)称取0.5g聚苯乙烯和45g PA(聚酰胺)，加入500mL DMF溶剂，在80℃加热条件下溶解聚合物，然后加入3.5g TiO2，平均尺寸300nm搅拌至溶液均一稳定状态；
(2)将聚合物装入100mL注射器中，选择24G针头；凝固浴选择0.5米长，溶剂选择异丙醇，温度30℃，25厘米深。调节注射泵的移动速度和线圈的转动速度，控制出丝的均一性，出水后的纱线经过85℃烘干，缠绕成卷完成湿法纺丝。
(3)以市售棉线作为纬线，湿法纺丝得到的纱线作为经线，用针织的方法，制备单向导湿织物。
图12是该纱线的截面图，其内部具有微纳结构尺寸的气孔。
图13是该织物的可见-近红外区域谱图，其平均反射率为88％。
实施例4
(1)称取15g PAN和15g PA(聚酰胺)，加入250mL DMF溶剂，在80℃加热条件下溶解聚合物，然后加入0.3g TiO2，平均尺寸1400nm搅拌至溶液均一稳定状态；
(2)将聚合物装入100mL注射器中，选择24G针头；凝固浴选择1米长，溶剂选择水，25厘米深，温度80℃。调节注射泵的移动速度和线圈的转动速度，控制出丝的均一性，出水后的纱线经过85℃烘干，缠绕成卷完成湿法纺丝。
(3)以市售棉线作为纬线，湿法纺丝得到的纱线作为经线，用针织的方法，制备单向导湿织物。
图14是该织物的可见-近红外区域谱图，其平均反射率为83％。
对比例1
在实施例1的基础上，与实施例1不同的是，只用PAN一种聚合物进行湿法纺丝。
利用湿法纺丝得到纱线不易形成多孔结构，如图9所示，其对应可见-近红外区域光谱反射率较低，约75％。而从本发明的实施例可以看出，使用双组分聚合物进行湿法纺丝后，形成的多孔结构导致反射率有所增加，而反射率增加使得本发明具备较好的辐射制冷功能。

Claims (6)

1.一种辐射制冷功能织物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将两种及以上具有溶解度差异的聚合物混合、溶解，加热搅拌至溶液具有粘度，得到浆料；所述两种及以上的聚合物之间的溶解度差异不小于0.2；所述聚合物为聚氨酯、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚乳酸、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少两种；所述浆料中加入有无机微纳粒子，所述无机微纳粒子占浆料质量的1-10%；所述无机微纳粒子为氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化锌、氧化镁、硫酸钡、碳酸钡或氮化硅中的至少一种；
（2）利用湿法纺丝将浆料制成纱线，得到的纱线经过凝固浴，然后经干燥后制成织物，得到所述辐射制冷功能织物；纱线内部具有微纳结构尺寸的气孔，其尺寸从几纳米到十几微米不等。
2. 根据权利要求1 所述的辐射制冷功能织物的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述两种及以上聚合物中的任一种聚合物占浆料质量的1%-90%。
3. 根据权利要求1 所述的辐射制冷功能织物的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，将两种及以上具有溶解度差异的聚合物溶解的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃、二氯甲烷、氯仿、N,N-二甲基乙酰胺、丙酮、甲苯、苯、乙酸乙酯、硝酸、醋酸或乙醇中的至少一种。
4. 根据权利要求1 所述的辐射制冷功能织物的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述凝固浴的溶剂为水、乙醇、丙醇、乙二醇、丙三醇或聚乙二醇中至少一种。
5. 根据权利要求1 所述的辐射制冷功能织物的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述凝固浴的温度为10-80℃。
6. 根据权利要求1 所述的辐射制冷功能织物的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述纱线在凝固浴中经过路程长度为0.5-5m。
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