超疏水抗紫外日间被动辐射制冷多孔涂层织物的制备及性能.pdf
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1、研究与技术丝绸 超疏水抗紫外日间被动辐射制冷多孔涂层织物的制备及性能 侯 艺 张佳文 蔡 英 易玲敏(浙江理工大学.纺织科学与工程学院.生态染整技术教育部工程研究中心.先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室杭州)摘要:具有个人热管理功能的纺织品可减缓夏日高温对人体的伤害 本文以尼龙织物为基材聚(偏氟乙烯 六氟丙烯)及含氟改性的无机、纳米粒子的混合分散液为整理剂得到了具有超疏水和抗紫外功能的日间被动辐射制冷()多孔涂层织物 研究表明:整理后的尼龙织物表面及纤维间被相互黏连的多孔聚合物膜及氟改性、纳米粒子覆盖粒子相对质量和涂覆量的增加可增强织物的光谱性能改性织物的太阳光反射率和中红外发射率最高可达
2、.和.太阳光下多孔涂层织物的温度可比环境温度低 且具有优异的超疏水性、耐候性和机械性能改性氧化锌()的引入为整理后的尼龙织物提供了优异的抗紫外性能使其达到抗紫外织物的国家标准关键词:被动日间辐射冷却多孔涂层抗紫外超疏水户外纺织品改性粒子中图分类号:.文献标志码:文章编号:()引用页码:./.收稿日期:修回日期:基金项目:国家自然科学基金项目()作者简介:侯艺()女硕士研究生研究方向为纺织化学与染整工程 通信作者:易玲敏教授.夏日高温严重影响了户外人员的身体健康因此开发以纺织品为基础的个人热管理功能材料是十分重要的 现有研究表明日间被动辐射制冷()技术是一种既无能耗又具有实际应用前景的冷却技术之
3、一有望在缓解地球热效应的同时为人类带来舒适便捷的生活环境 其无须任何额外能量的输入便可有效地反射太阳热辐射(波长为.)并通过中红外“大气窗口”(波长为 )将热量输送到外太空实现制冷效应 理想的 材料在太阳光谱中的反射率为 以减少热吸收在中红外“大气窗口”的发射率为 以产生强烈的热输出近年来人们设计了多种结构来制备 材料其中多孔结构因其对太阳光的散射效应有利于提高材料的太阳光反射率从而构建高性能的 材料 尼龙织物()由于强度高、耐磨性好及表面光滑等优点一直被认为是户外用纺织品的优良材料 但纺织面料暴露在户外光照的过程中大量紫外光长时间的照射使面料发生老化从而破坏织物组织结构 因此研究并开发具备良
4、好制冷性能的抗紫外户外个人热管理纺织品具有重要意义 含氟聚合物、粒子因其独特的、结构而具有较高的中红外发射率而 纳米粒子具有优良的抗紫外性能 因此本文以含氟聚合物、含氟硅烷偶联剂改性的无机、纳米粒子为主要原料采用浸渍的方式在尼龙织物表面构筑了可实现 功能的多孔涂层制备具有超疏水和抗紫外性能的 织物并探究了不同工艺条件下织物光谱性能的变化考察了多孔涂层织物的户外制冷性及耐候性 实 验.材 料/尼龙织物(市售)聚(偏氟乙烯 六氟丙烯)()东莞展阳高分子材料有限公司)二氧化硅(东莞鑫惟进实业有限公司)氧化锌()、分析纯乙醇(上海麦克林生化科技有限公司)全氟辛基三乙氧基硅烷(上海上氟科技有限公司)分析
5、纯丙酮(杭州双林化学试剂有限公司).纳米粒子的疏水改性.纳米 的疏水改性将.粒径大小为 的 添加至 质量分数为 的乙醇溶液中超声 至粒子均匀分散 缓慢滴入.的 下搅拌 得到 改性的()纳米粒子分散液第 卷 第 期超疏水抗紫外日间被动辐射制冷多孔涂层织物的制备及性能.纳米 的疏水改性称取 粒径大小为 的 粒子添加至 质量分数为 的乙醇溶液中超声 至粒子均匀分散 缓慢滴入.的 下搅拌 得到 改性的()纳米粒子分散液.制冷织物的制备称取.的()聚合物粉末和 丙酮溶液磁力搅拌形成有机聚合物溶液 将.的 分散液和相应质量的 分散液缓慢添加至有机聚合物溶液中 下搅拌 至溶质分散均匀形成/()整理液其中 分
6、散液的质量分别占有机聚合物溶液的、和 采用浸涂法经 干燥 后得到整理液改性尼龙织物记为 此外将添加未改性粒子和未添加 分散液的织物作为对比样分别记为 和 .测试与表征.表面形貌及元素组成测试采用 台式扫描电镜(荷兰飞纳有限公司)观察织物的表面形貌 采用 型傅里叶变换红外光谱仪(美国赛默飞世尔科技公司)分析织物表面的化学官能团 用 型 射线光电子能谱仪(美国赛默飞世尔科技公司)分析织物的表面元素及含量.光谱性能测试利用带有 积分球的 紫外可见近红外分光光度计(日本日立公司)测试织物太阳光谱波段(.)的反射率运用带有镀金积分球的 傅里叶红外光谱仪(德国布鲁克有限公司)测定织物的红外发射率波长范围为
7、.主要观察的区间为“大气窗口”波段().抗紫外性能测试采用纺织品 抗紫外因子测试仪(美国蓝菲光学有限公司)测定织物的紫外线防护系数()及 透过率波长范围为 .制冷性能测试使用 热电偶温度计(杭州联测自动化技术有限公司)测量织物的日间被动辐射制冷效果红外热图像由 红外摄像机(美国福禄克电子仪器仪表公司)在阳光直射下拍摄获得.机械性能测试采用 型万用实验材料机(东莞市中皓试验设备有限公司)对尺寸为 的矩形织物试样进行测试拉伸速率为 /每个样品重复测量 次取平均值.超疏水性能测试采用 视频接触角张力仪(德国克吕氏有限公司)精确测量样品的水接触角取样品 个不同位置的数据平均值为最终数值.耐候性测试采用
8、 紫外光加速老化试验机(美国 公司)将织物暴露在紫外光照和潮湿的交替循环中 考察其性能变化测试温度为 采用 测色配色仪(美国德塔有限公司)对整理前后的织物表面进行测色分析考察其黄变性能取每个样品 个不同位置的数据平均值为最终结果 根据 测试方法 洗涤织物 洗衣机(上海新威实验室设备有限公司)洗涤温度 一个洗涤周期()相当于 次商业洗涤 结果与分析.织物的表面形貌分析将()、的混合悬浮液涂覆于尼龙织物表面形成涂层不同涂覆量下涂层织物的表面形貌如图 所示 通过对比 织物(图()及 织物的表面形貌整理后的尼龙织物表面被一层多孔涂层所覆盖 当涂覆量./时织物表面的涂层相对厚重(图()当涂覆量达到./织
9、物表面基本被多孔涂层完全覆盖(图()且纤维间被相互连接的多孔聚合物膜及无机粒子所包覆这种粗糙多孔结构有利于增强对太阳光的散射作用从而减少热吸收图 不同涂覆量下涂层织物的表面形貌.织物的表面组成本文采用 及 分析了 及整理后织物的表面官能团及元素组成结果如图 所示 由图()可见 织物的红外谱图在 (.)处出现了明显的伸缩振动吸收峰并且在 和 处出现了()中 的弯曲振动吸收峰 此外 (.)处出现了微弱的 非对称伸缩振动特征峰 这些化学键的振动吸收峰位置均对应于“大气窗口”区域()即所用的材料适用于日间被动辐射冷却图 整理前后织物的表面元素组成.利用 进一步对整理后织物的表面元素组成进行分析(图()
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