一种含有日间辐射制冷多孔涂层的纺织品及其制备方法、应用技术

本发明专利技术涉及功能纺织品领域，本发明专利技术公开了一种含有辐射制冷多孔涂层的纺织品及其制备方法、应用，该织物包括织物基体，附着于织物基体表面的辐射制冷多孔涂层，该涂层包括有机多孔基体材料和分散于有机多孔基体材料中的辐射制冷功能材料；有机多孔基体材料为醋酸纤维素；所述辐射制冷功能材料至少包括氧化镁和氢氧化镁中的一种或两种。本发明专利技术纺织品的制冷性能由基体材料的多孔结构和MgO和/或Mg(OH)2辐射功能材料的共同作用实现。多孔结构可以散射太阳光，降低材料对太阳光能量的吸收；MgO或Mg(OH)2能与“大气窗口”波段的电磁波发生声子耦合共振，使热量辐射至外太空，最终实现材料在的辐射制冷。的辐射制冷。的辐射制冷。

【技术实现步骤摘要】
一种含有日间辐射制冷多孔涂层的纺织品及其制备方法、应用


[0001]本专利技术涉及功能纺织品领域，尤其涉及一种含有辐射制冷多孔涂层的纺织品及其制备方法、应用。

技术介绍

[0002]随着人口增长、工业发展以及人们对舒适性环境的追求不断提高，21世纪对于制冷领域的能源需求急剧增长。目前传统的蒸汽压缩式制冷技术面临着诸如能源消耗大、制冷剂的使用引发温室效应等问题。因此，不同于传统制冷技术、新型环保的辐射制冷技术受到研究者们的广泛关注。辐射制冷是通过“大气透明窗口(8～13μm)”直接将热量辐射至太空，且整个过程中没有外部能量的输入，具有被动、高效、可持续的特点，因此在节能领域极具吸引力。
[0003]基于经典热辐射理论，一切温度高于绝对零度的物体都会以电磁波的形式向外太空发射能量，而大气层中的气体分子会在一定波段内阻碍热辐射向太空的散失。只在 8～13μm波段允许热辐射传递，该波段被称为“大气透明窗口”(也称“大气窗口”)。基尔霍夫定律表明，热平衡状态下的物体，其辐射出射度和物体吸收之比等于辐射照度，即物体的辐射率(也称发射率)等于吸收率。另外，光学研究表明，电磁波入射到不同介质的交界面上，发生反射、透射和吸收后有：反射率+吸收率+透过率＝1。因此，优异的辐射制冷材料需要具有较高的太阳光谱(0.3～2.5μm)反射率和“大气透明窗口”辐射率。
[0004]根据辐射制冷的原理，目前的辐射制冷材料主要由高反射性材料和高辐射性材料组成，以减少其对太阳能量的吸收并增强辐射热量，实现辐射制冷。高反射性材料通常选择具有高反射率的Ag、Al等金属材料，以及开发精细复杂的分级多孔结构、光子晶体、微纳仿生结构和超材料等。然而，这些材料对于加工工艺和环境要求较高，成本也较高，难以大规模的应用和推广。目前高辐射性材料通常选择具有声子共振的二氧化硅和聚二甲基硅氧烷等硅氧基材料，选择范围单一，而且硅氧基材料在可见光内的高透过率会降低辐射制冷性能。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种含有辐射制冷多孔涂层的纺织品及其制备方法、应用。本专利技术含有辐射制冷多孔涂层的纺织品具有制冷性能好、易于加工且稳定性好特点，在有无外部热源输入的条件下均可高效的辐射制冷，应用范围广泛。
[0006]本专利技术的具体技术方案为：
[0007]一种含有辐射制冷多孔涂层的纺织品，包括织物基体和附着于所述织物基体表面的辐射制冷多孔涂层，所述辐射制冷多孔涂层包括有机多孔基体材料和分散于所述有机多孔基体材料中的辐射制冷功能材料；所述有机多孔基体材料为醋酸纤维素；所述辐射制冷功能材料至少包括氧化镁和氢氧化镁中的一种或两种(亦可选择性地添加现有技术中已知
的其他辐射制冷功能材料，例如二氧化硅等)。
[0008]目前的辐射制冷功能材料主要是二氧化硅和聚二甲基硅氧烷等硅氧基材料，但其具有较高的可见光透过率，会一定程度的降低其太阳光反射率，影响其辐射制冷性能，因此通常需要额外添加Ag、Al、TiO2等可见光高反射材料；同时，单一的硅氧基材料也限制了辐射制冷材料的发展和应用。本专利技术的辐射制冷多孔涂层材料包括特定孔状结构的基材和含有Mg
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O基材料的辐射制冷功能材料，包括氧化镁和氢氧化镁。本专利技术通过研究发现涂覆辐射制冷多孔涂层的材料，在“大气窗口”波段具有较高的红外辐射率，以及在太阳光谱区(0.3～2.5μm)具有高反射率，因此在天气炎热的夏季白天情况下也不会大量吸收太阳能量而导致温度升高。
[0009]本专利技术辐射制冷多孔涂层的制冷性能由基体材料的多孔结构和MgO和/或Mg(OH)2辐射功能材料的共同作用实现。具体而言，多孔结构可以散射太阳光，降低材料对太阳光能量的吸收；MgO或Mg(OH)2辐射功能材料中的Mg
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O键可以与“大气窗口”波段的电磁波发生声子耦合共振，使热量辐射至外太空，最终实现材料的辐射制冷。进一步地，相较于现有的辐射制冷材料，本专利技术的辐射制冷多孔涂层还具有以下技术效果：
[0010](1)本专利技术团队通过研究发现，将特定种类的辐射制冷功能材料(氧化镁和氢氧化镁)与具有特定孔隙率、孔径尺寸和孔径分布的多孔涂层这两个元素进行组合时，能够显著提升辐射制冷材料的辐射制冷效果。具体地，当辐射制冷功能材料为氧化镁和氢氧化镁时，配合具有合适孔隙率、孔径尺寸和孔径分布的醋酸纤维素多孔涂层后，材料的太阳光谱(0.3～2.5μm)反射率和“大气透明窗口”辐射率得到大幅提升，因此制冷性能更佳。通过本专利技术的试验对比，若替换其他种类的辐射制冷功能材料(例如氟化镁、二氧化硅或二氧化钛)以及替换其他多孔涂层基材(例如PU或PVC)，制冷性能改善并不明显。分析其原因可能是氧化镁和氢氧化镁均为弱碱性化合物，容易与醋酸纤维素中的羟基结合，从而具有较好的粘附作用；其他种类的辐射制冷功能材料与醋酸纤维素之间的相互作用较弱，涂层粘附性较差；另外，其他多孔涂层基材均为单一微孔孔径分布结构，且孔径分布较窄，无法散射较小波长范围内的紫外光(300～ 380nm，占整个太阳光谱的3％)和可见光(380～760nm，占整个太阳光谱的45％)，因而辐射制冷性能较差。
[0011](2)本专利技术的有机多孔基体材料为醋酸纤维素，相较于其他有机基体材料，一方面，醋酸纤维素作为一种环保型可生物降解的纤维素衍生物，具有生产流程短、污染小、成本低、原料可降解和再生的优点，有利于材料的大规模推广。另一方面，也即更为关键的是，醋酸纤维素分子链中含有羟基结构，可与MgO或Mg(OH)2的Mg结合产生更多的Mg
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O键，不仅有利于MgO或Mg(OH)2粘附，同时进一步增加了材料的声子耦合共振效应，从而提升其辐射制冷性能。
[0012]作为优选，所述醋酸纤维素和辐射制冷功能材料的质量比为1∶5～1∶15。
[0013]可知辐射制冷功能材料相较于醋酸纤维素过量。醋酸纤维素作为多孔基体材料，其含量过高会严重降低涂层液的流动性，从而影响辐射功能材料在其中的分散，另一方面还会影响多孔结构的孔径分布，从而影响其辐射制冷性能。醋酸纤维素的含量过低会导致涂层的力学性能和粘附性能较差，不能满足使用需求。
[0014]作为优选，所述有机多孔基体包含丰富的微孔和纳米孔结构，孔隙率为50～80％；其中，孔径为10～500nm的纳米孔占比为5～50％，孔径为1～10μm的微孔占比为 50～95％。
[0015]作为优选，所述氧化镁或氢氧化镁的平均粒径为10nm～1μm。
[0016]作为优选，所述多孔涂层的厚度为10μm～0.5mm。
[0017]作为优选，所述织物基体包含机织物、针织物、纤维纸和无纺布。。
[0018]一种含有辐射制冷多孔涂层的纺织品的制备方法，将辐射制冷功能材料分散在醋酸纤维素的丙酮
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水溶液中制得涂层浆料，将其施加于织物基体的表面，固化后形成辐射制冷多孔涂层，得到含有辐射制冷多孔涂层的纺织品。
[0019]作为优选，所述醋酸纤维素的丙酮
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含有辐射制冷多孔涂层的纺织品，其特征在于：包括织物基体和附着于所述织物基体表面的辐射制冷多孔涂层，所述辐射制冷多孔涂层包括有机多孔基体材料和分散于所述有机多孔基体材料中的辐射制冷功能材料；所述有机多孔基体材料为醋酸纤维素；所述辐射制冷功能材料至少包括氧化镁和氢氧化镁中的一种或两种。2.如权利要求1所述的含有辐射制冷多孔涂层的纺织品，其特征在于：所述醋酸纤维素和辐射制冷功能材料的质量比为1:5～1:15。3.如权利要求1或2所述的含有辐射制冷多孔涂层的纺织品，其特征在于：所述有机多孔基体包含丰富的微孔和纳米孔结构，孔隙率为50~80%；其中，孔径为10～500 nm的纳米孔占比为5～50%，孔径为1～10 um的微孔占比为50～95%。4.如权利要求3所述的含有辐射制冷多孔涂层的纺织品，其特征在于：所述氧化镁或氢氧化镁的平均粒径为10 nm~1 um。5.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文兴，杜雷雷，李仁宏，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：