一种微多孔辐射制冷纱线及面料及其制备方法

技术领域

本发明属于功能纺织材料技术领域，具体涉及一种微多孔辐射制冷纱线及面料及其制备方法。

背景技术

随着全球变暖，高温带来了巨大的能源、经济消耗，还容易使生命健康受到一定威胁，因此，研发无源被动式制冷手段对于节能减排和人类健康尤为重要。辐射制冷技术作为一种基于表面热辐射进行散热降温的被动式制冷方式，正在逐渐成为一种个性化的高效解决方案。辐射制冷在实现无源热调节功能的同时，不仅可以大幅度节约能源，有效降低社会的降温成本，而且可以缓解传统制冷手段带来的环境污染和温室效应等问题，更加节能经济地满足人类热舒适需求。

随着制冷技术的迅速发展，各种具有辐射制冷功能的材料被用来阻挡太阳辐射的热量传输，减弱高温给人体带来的不适。近几年的辐射制冷材料展现了不错的制冷性能，但现有的技术方法要应用于人体降温织物具有一定的局限性。其中，基于薄膜态的辐射制冷材料具有有效的降温辐射制冷性能，但是缺乏透气性和舒适性，不具备可穿戴性，无法用于人体的局部降温；通过静电纺丝、熔融纺丝、干/湿法纺丝等技术制备聚合物制冷纱线，工艺复杂、成本高。常用的方法具体是将具有高折射率的微纳颗粒均匀分散在聚合物上，例如，申请公布号为CN110815985A的中国专利文献公开了一种辐射制冷面料及其用途，其面料包括层叠设置的柔性基材层和功能层，所述功能层包括树脂基材以及分散在树脂基材中的功能填料；其中柔性基材层的树脂涂布层的材料包括聚氯乙烯、丙烯酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂或聚氨酯，功能填料如氧化铟锡、二氧化硅、碳酸钙。所述辐射制冷面料的发射率不低于80％，具有良好的辐射制冷效果。

上述现有技术中通过对面料进行树脂涂层等形成辐射制冷材料，使其增加对可见光的反射，然而聚合物的添加会导致面料的透气性降低，其透气性和舒适性不足难以很好地用于人体皮肤降温。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种微多孔辐射制冷纱线及面料及其制备方法，本发明提供的功能纱线具有多孔结构，且可对可见光增加反射，从而提高辐射制冷效果，其制成的面料具有改善的热湿舒适性，利于用于人体皮肤降温。

本发明提供一种微多孔辐射制冷纱线，其具有多孔结构，且由纱线基体及其表面复合的涂层构成，所述涂层包括成纤聚合物和无机微纳颗粒物。

在本发明的实施例中，所述成纤聚合物选自聚氨酯、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、聚酰胺和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种。

在本发明的实施例中，所述无机微纳颗粒物成分选自SiO

在本发明的实施例中，所述无机微纳颗粒物的平均粒径为0.02-10微米。

本发明提供如前所述的微多孔辐射制冷纱线的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将一种或多种成纤聚合物加入到溶剂中，溶解后加入无机微纳颗粒，得到聚合物/无机微纳颗粒混合浆料；

步骤2、将所述聚合物/无机微纳颗粒混合浆料通过浆纱涂覆工艺，施加于纱线上，经过含水凝固浴处理，干燥，得到所述的微多孔辐射制冷纱线。

在本发明的实施例中，所述成纤聚合物溶于溶剂得到质量分数为10％～20％的乳液，再向其中加入质量分数为10％～30％的无机微纳颗粒，搅拌后进行超声震荡，得到聚合物/无机微纳颗粒混合浆料。

在本发明的实施例中，所述溶解成纤聚合物的溶剂选自N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲亚砜、四氢呋喃、二氯甲烷、氯仿、丙酮、甲苯、苯、乙酸乙酯、硝酸、醋酸和乙醇中的一种或多种。

在本发明的实施例中，采用多种成纤聚合物进行溶解，成纤聚合物之间的水中溶解度差异不小于0.2。

在本发明的实施例中，所述纱线为棉线或再生纤维素纱线，以1m/min-50m/min的浆纱速度进行所述聚合物/无机微纳颗粒混合浆料上浆；所述干燥为30-60℃温度下烘干。

本发明提供一种面料，由前文所述的微多孔辐射制冷纱线织造而成。

与现有技术相比，本发明公开了一种由涂层和纱线基体构成的微多孔辐射制冷纱线，所述涂层包括成纤聚合物和无机微纳颗粒物；其通过纱线在无机微纳颗粒和成纤聚合物的混合液中上浆，再浸入水中而成，由于成纤聚合物与水的物理和/或化学作用等，产生气孔使复合纱线形成了多孔结构。本发明该纱线的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；同时，浆料中的氧化铝等微纳颗粒可以增加对可见光的反射，降低可见光的穿透。本发明实施例直接对纱线进行上浆再编织成织物面料，避免了直接对面料上浆造成的纱线与纱线之间的孔隙减小，透气性降低的问题。

附图说明

图1为本发明实施例提供的微多孔辐射制冷纱线的结构示意及其放大图；

图2为本发明实施例中浆纱涂覆工艺的流程示意图；

图3为实施例1所述微多孔辐射制冷纱线制成的织物的图片；

图4为实施例2所述微多孔辐射制冷纱线制成的织物的图片；

图5为实施例3所述微多孔辐射制冷纱线制成的织物的光谱反射率图片；

图6为实施例3所述微多孔辐射制冷纱线制成的织物的与传统织物在户外的辐射制冷性能对比图片。

具体实施方式

下面通过实施例进一步描述发明的实施方式，但本发明的范围不只限制于此，所给出的这些实施案例仅仅是说明性的，不可理解为是对本发明的限制。本领域的专业技术人员根据发明的内容，对发明做出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。

本发明提供一种微多孔辐射制冷纱线，其具有多孔结构，且由纱线基体及其表面复合的涂层构成，所述涂层包括成纤聚合物和无机微纳颗粒物。

本发明提供的制冷功能纱线具有多孔结构，且可对可见光增加反射，从而提高辐射制冷效果，其制成的面料具有改善的热湿舒适性，利于用于人体皮肤降温。

参见图1，图1为本发明实施例的微多孔辐射制冷纱线结构示意及其放大图。图中显示，纱线基体表面带有少量气孔的固结体，具有弹性和一定强度；可由聚氨酯等树脂涂层与水反应形成。

本发明实施例所述的纱线基体一般为棉纱或黏胶、天丝等纱线，其表面复合有功能性的涂层。在本发明中，所述的涂层包括成纤聚合物和无机微纳颗粒物，可综合提高辐射制冷效果。其中，所述成纤聚合物是可溶于一些溶剂的聚合物，包括但不限于聚氨酯、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、聚酰胺和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种，优选为聚氨酯。

并且，本发明实施例所述的无机微纳颗粒物呈微纳米尺寸，包括但不限于二氧化硅(SiO

在本发明的实施例中，所述微多孔辐射制冷纱线的条干CV指标8-15％，细度为5-50tex、强力100-1000cN，3mm有害毛羽低于100根/10cm。

相应地，本发明提供了如前所述的微多孔辐射制冷纱线的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将一种或多种成纤聚合物加入到溶剂中，溶解后加入无机微纳颗粒，得到聚合物/无机微纳颗粒混合浆料；

步骤2、将所述聚合物/无机微纳颗粒混合浆料通过浆纱涂覆工艺，施加于纱线上，经过含水凝固浴处理，干燥，得到所述的微多孔辐射制冷纱线。

图2为本发明实施例中浆纱涂覆工艺的流程示意图，图中，1为浆料槽，2为凝固浴，3为烘房，4为卷绕装置。微多孔辐射制冷纱线的制备流程如下：纱线依次经过浆料槽1、凝固浴2、烘房3、卷绕装置4，得到微多孔辐射制冷纱线。

本发明实施例首先配制浆料：称取成纤聚合物，加入到N，N-二甲基甲酰胺等溶剂中，可在室温条件下机械搅拌，使聚合物充分溶解、分散均匀。其中，溶解成纤聚合物的溶剂包括但不限于N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲亚砜、四氢呋喃、二氯甲烷、氯仿、丙酮、甲苯、苯、乙酸乙酯、硝酸、醋酸、乙醇中的一种或多种，优选为N，N-二甲基甲酰胺。所述成纤聚合物溶于溶剂，搅拌使溶液具有粘性，可得到质量分数为10％～20％的乳液。之后，优选向其中加入质量分数为10％～30％的无机微纳颗粒，充分搅拌，再进行超声震荡，使混合均匀，得到聚合物/无机微纳颗粒混合浆料。

在本发明的实施例中，所述的成纤聚合物(可用于纤维的聚合物，平均分子量1000-10000道尔顿)包括但不限于聚氨酯、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、聚酰胺和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种。所述的无机微纳颗粒包括但不限于二氧化硅(SiO

本发明一些实施例优选采用聚氨酯等一种成纤聚合物，该聚合物与水反应产生气泡，利于纱线形成多孔结构。另一些实施例采用多种成纤聚合物进行溶解，成纤聚合物之间的水中溶解度差异不小于0.2；利用两种或以上的成纤聚合物在水中析出速率差，可得到多孔结构的功能涂层纱线。

本发明实施例可将配制的聚合物/无机微纳颗粒悬浊液(混合浆料)装入浆料槽1中；主要采用纤维素纱线中的棉线或黏胶、天丝等再生纤维素纱线(规格如14～30tex)，进行浆纱涂覆加工，其优选以1m/min-50m/min的均匀速度依次通过浆料槽1、含水的凝固浴2。上浆时可经轧辊压去多余的浆料，留浆量约为纱重的50％-90％；所述含水凝固浴为常温凝固浴，其中的溶剂除了水(通常为去离子水)，还包括但不限于乙醇、丙醇、乙二醇、丙三醇、聚乙二醇中的一种或多种。凝固浴处理后，本发明实施例可在30-60℃的烘房3烘干，干燥后的纱线经过卷绕装置4，制成微多孔的聚合物/无机微纳颗粒复合纱线，即为所述的微多孔辐射制冷纱线。本发明制备技术工艺简单，降低了生产成本。

本发明还提供了一种面料，由前文所述的微多孔辐射制冷纱线织造而成；其可以为针织面料或梭织面料等织物。本发明实施例对所述面料的组织结构、规格等并无特殊限制，常规织造即可，如克重300-340g/m

为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，对本发明做进一步的说明。

实施例1

微多孔辐射制冷纱线由涂层和纱线基体构成，棉纱为19.5tex，所述涂层包括成纤聚合物(分子量为2000道尔顿)和无机微纳颗粒物；其制备方法具体如下：

(1)称取聚氨酯加入N，N-二甲基甲酰胺中，在室温条件下机械搅拌，得到质量分数为10％～20％的乳液，再向其中加入质量分数为10％～30％的Al2O

(2)将所述的悬浊液装入1L浆料槽中，将棉线以1.8m/min的浆纱速度通过浆料槽，再经轧辊压去多余的浆料，留浆量约为纱重的50％。

(3)将去离子水装入1L水槽中，让上述上浆后的纱线以1.8m/min的浆纱速度经过水槽，经过压辊、烘房(30℃)、卷绕装置，得到微多孔辐射制冷聚氨酯/氧化铝复合纱线，纱线条干CV10.3％，强力567cN。

将实施例1所述微多孔辐射制冷纱线通过针织织造，制成一定规格的织物面料。

图3是实施例1所述微多孔辐射制冷纱线通过针织织造制成的织物(克重300g/m

实施例2

微多孔辐射制冷纱线由涂层和纱线基体构成，黏胶纱线为14.6tex，所述涂层包括成纤聚合物(分子量为2000道尔顿)和无机微纳颗粒物；其制备方法具体如下：

(1)称取聚氨酯加入N，N-二甲基甲酰胺中，在室温条件下机械搅拌，得到质量分数为10％～20％的乳液，再向其中加入质量分数为10％～30％的SiO

(2)将所述的悬浊液装入1L浆料槽中，将棉线以1.5m/min的浆纱速度通过浆料槽，再经轧辊压去多余的浆料，留浆量约为纱重的70％。

(3)将去离子水装入1L水槽中，让上述上浆后的纱线以1.5m/min的浆纱速度经过水槽，经过压辊、烘房(40℃)、卷绕装置，得到微多孔辐射制冷聚氨酯/氧化铝复合纱线，纱线条干CV11.2％，强力493cN。

按照实施例1中的织造工艺制成面料；图4是实施例2所述微多孔辐射制冷纱线通过针织织造制成的织物(克重340g/m

实施例3

微多孔辐射制冷纱线由涂层和纱线基体构成，所述涂层包括成纤聚合物和无机微纳颗粒物；其制备方法具体如下：

(1)称取聚氨酯加入N，N-二甲基甲酰胺中，在室温条件下机械搅拌，得到质量分数为10％～20％的乳液，再向其中加入质量分数为10％～30％的TiO

(2)将所述的悬浊液装入1L浆料槽中，将棉线以1.2m/min的浆纱速度通过浆料槽，再经轧辊压去多余的浆料，留浆量约为纱重的90％。

(3)将去离子水装入1L水槽中，让上述上浆后的纱线以1.2m/min的浆纱速度经过水槽，经过压辊、烘房(60℃)、卷绕装置，得到微多孔辐射制冷聚氨酯/氧化铝复合纱线，纱线条干CV10.9％，强力641cN。

该实施例制备的微多孔辐射制冷功能复合纱线/织物通过紫外分分光光度计测试，发现可在太阳辐射波段实现较高的反射率(参见图5)，有效阻挡太阳辐射输入，实现良好的辐射制冷性能(参见图6，以棉织物、C

由以上实施例可知，本发明公开了一种由涂层和纱线基体构成的微多孔辐射制冷纱线，所述涂层包括成纤聚合物和无机微纳颗粒物；其通过纱线在无机微纳颗粒和成纤聚合物的混合液中上浆，再浸入水中而成。本发明该纱线的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；同时，浆料中的氧化铝等微纳颗粒可以增加对可见光的反射，降低可见光的穿透。本发明实施例直接对纱线进行上浆再编织成织物面料，在保证辐射制冷功能的同时，具有良好的透气性和舒适性，利于用于人体皮肤降温。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于使本技术领域的专业技术人员，在不脱离本发明技术原理的前提下，是能够实现对这些实施例的多种修改的，而这些修改也应视为本发明应该保护的范围。