一种彩色被动辐射制冷涂层织物及其制备方法

1.本发明涉及被动辐射制冷材料技术领域，尤其涉及一种彩色被动辐射制冷涂层织物及其制备方法。


背景技术：

2.面对日渐剧增的冷却需求和能源消耗，急需一种方法来解决问题，辐射冷却就是一种无需外部输入能量、利用材料本身特性即可实现被动辐射降温的方法。日间被动辐射制冷材料利用其对太阳光的高反射率和在大气窗口(8～13μm)的中红外高发射率，能将热量以辐射的方式从大气窗口传递至外太空，进而达到降温的效果且不需要任何能量输入。该材料在节能方面有十足的潜力，如能产业化将能大幅减少出于降温的能源消耗。
3.目前关于日间被动辐射降温材料的研究中，为了保证材料对太阳光有着高反射特性，降温材料都被设计成白色，但是出于对美观的考虑，单纯的白色无法满足现实生活中的实际运用。更重要的是，彩色日间被动辐射制冷用于织物的例子仍有限，并且已有的研究主要关注于以下几个方面：
4.1)将彩色无机颜料涂层与聚合物层相结合，实现多层结构。其中无机颜料彩色涂层提供颜色，聚合物层通过调节微结构来提高反射率与发射率，如在聚合物层中引入多尺寸的孔。这种结构的无机颜料涂层，会吸收可见光波段光产生辐射能量，还会在吸收部分红外波段的辐射能量，降低整体的冷却功率。
5.2)利用结构色，通过构建的特殊结构与自然光的相互作用(散射、干涉、衍射等)产生颜色。结构色虽然能避免吸收光产生辐射能量，但是相较于颜料产生的颜色，结构色极淡，饱和度远不及，限制了结构色的实际应用。
6.公开号为cn111155332a的中国专利文献公开了一种辐射冷却被动降温织物，通过在普通纤维织物两侧表面分别磁控溅射一层高反射层(银层或者铝层)和涂覆一层二氧化硅微球层来构建一种多层结构，通过多层结构的协同作用来实现纤维织物的被动辐射制冷功能。这种织物相较于普通织物能够降低1～5℃，但是磁控溅射的银层使其成本增加，且颜色只有单调的白色无法满足日常需要。
7.公开号为cn111996679a的中国专利文献公开了一种彩色辐射制冷柔性复合薄膜，通过静电纺丝的方法制备了一种聚合物纤维膜，同时掺杂具有无机颜料和相变微胶囊，通过相变微胶囊的相变吸热和辐射降温的协同作用最高实现10℃的相对降温效果。但其相变微胶囊的使用成本升高，并且该发明采用的是静电纺丝法，对普通纤维织物不具有普适性。


技术实现要素：

8.本发明提供了一种彩色被动辐射制冷涂层织物及其制备方法，克服了现有技术中色彩单调、制备方法复杂、成本高等问题，有利于彩色被动辐射制冷涂层织物的产业化应用。
9.本发明的具体技术方案如下：
10.一种彩色被动辐射制冷涂层织物，包括纤维织物以及依次涂布在所述纤维织物表面的日间被动辐射涂层和改性有机颜料涂层；
11.所述的日间被动辐射涂层为无机纳米粒子涂层；所述的无机粒子涂层对可见光-近红外太阳光具有高反射率且在8～13μm大气窗口具有高辐射率。
12.优选的，所述的改性有机颜料的制备方法为：
13.(
ⅰ
)将分散剂加入到水中并调节其ph值至6.5～8.5，再加入有机颜料粒子，超声混合均匀，得到水相；
14.(
ⅱ
)将聚合物单体与助乳化剂混合均匀，得到油相；
15.(
ⅲ
)混合水相和油相并超声，向混合体系中滴加引发剂水溶液，在70～75℃下反应，得到改性有机颜料。
16.所述的聚合物单体为丙烯酸丁酯(ba)、甲基丙烯酸甲酯(mma)、苯乙烯中的至少一种；所述的为正十六烷或正十六醇。
17.进一步优选的，所述的聚合物单体为丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯，丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯的质量比为1:1；以聚合物单体的质量为基准，助乳化剂的添加量为1.5％。
18.改性有机颜料为聚合物包裹有机颜料的复合粒子，构成复合粒子外壳层的丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯或苯乙烯链段含有丰富c-o、c-h和c＝o基团，其分子结构的伸缩振动在中红外波长范围内，故可产生较强的红外辐射，有助于提高织物在大气窗口处的红外辐射率。
19.所述的有机颜料粒子为酞青蓝bgs、联苯胺黄1138、永固红f3rk中的至少一种。上述有机颜料具有高反射率。
20.优选的，改性有机颜料涂层的涂敷量为0.02～0.03mg/cm2。
21.所述的无机纳米粒子的粒径分布为纳米级，其太阳光反射率在90％以上，中红外辐射率在85％以上。
22.优选的，所述的无机纳米粒子为二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、磷酸铝、硫酸钡粒子中的至少一种。
23.无机粒子与织物的结合力很弱，为了提高无机纳米粒子与织物的结合牢度，优选的，日间被动辐射涂层的制备方法包括：
24.将粘接剂聚二甲基硅氧烷(pdms)溶解到有机溶剂中，再将无机纳米粒子分散于其中，搅拌得到无机纳米粒子分散液；将无机纳米粒子分散液喷涂在织物上，烘干，得到日间被动辐射涂层。
25.本发明利用pdms将无机纳米粒子结合到织物上，不仅能提高无机纳米粒子的附着牢度，并且使织物具有一定的防水作用。
26.所述的粘结剂与有机溶剂的质量比为1：50～100。
27.所述的有机溶剂为四氢呋喃。
28.所述的无机纳米粒子分散液中，无机纳米粒子的质量分数为5～20％。
29.进一步优选的，所述的无机纳米粒子分散液中，无机纳米粒子的质量分数为10～15％。
30.优选的，日间被动辐射涂层与纤维织物的质量比为1：0.5～1.5。
31.所述的纤维织物为棉织物、涤纶织物、氨纶织物、尼龙织物、聚酯纤维织物等。
32.本发明还提供了上述彩色被动辐射制冷涂层织物的制备方法，包括以下步骤：
33.(1)将粘接剂聚二甲基硅氧烷(pdms)溶解到有机溶剂中，再将无机纳米粒子分散于其中，搅拌得到无机纳米粒子分散液；
34.将无机纳米粒子分散液涂覆到纤维织物上，烘干，得到日间被动辐射涂层；
35.(2)将改性有机颜料溶液喷涂在日间被动辐射涂层上，烘干，即得所述的彩色被动辐射制冷涂层织物。
36.步骤(1)的无机粒子分散液中，无机纳米粒子的质量分数为5～20％；以无机纳米粒子的质量为基准，聚二甲基硅氧烷的加入量为10～20％。
37.无机纳米粒子分散液中，加入不同质量分数的无机粒子，在相同处理织物的条件下，其最终制备得到的辐射制冷织物的涂层涂覆量不同，从而影响其被动辐射制冷效果。
38.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
39.本发明提供的彩色被动辐射制冷涂层织物，通过多层功能涂层复合组装而得，使得普通纤维织物具备了优异的可见-近红外太阳光高反射和大气窗口(8～13μm)中红外的强辐射，进而可以实现在太阳光照下高效的辐射制冷。同时，最外层的有机颜料涂层使纤维织物具有更丰富的颜色，无需高反射的银层，成本较低，应用的领域更广泛。
40.本发明的成本低，且操作简单，在彩色基础上实现辐射降温，在节能环保领域具有重大意义。
附图说明
41.图1为实施例1中彩色被动辐射制冷涂层织物的可见-近红外反射谱图；
42.图2为实施例1中彩色被动辐射制冷涂层的sem图；
43.图3为实施例1中彩色被动辐射制冷涂层织物通过模拟装置所得的降温对比曲线图。
具体实施方式
44.下述实施例中，所用的改性有机颜料采用以下制备工艺制得：
45.根据相应的比例，准确配置含有聚合物的油相和分散剂分散颜料的水相，将其混合，用细胞粉碎机超声分散25min，然后加入引发剂在75℃下进行聚合反应，得到有机颜料复合粒子悬浮液。
46.实施例1
47.一种彩色被动辐射制冷涂层织物，由以下步骤制备而成：
48.1)按以下的重量比，取25份的丙烯酸丁酯、25份的甲基丙烯酸甲酯、0.75份的正十六烷混合为油相；取0.5份的dns-86分散剂加入到450份的去离子水中，再加入0.8份的碳酸氢钠；混合水相和油相，超声20min，再加入0.8份的过硫酸钾，在75℃下进行时长为2h的聚合反应，即得有机颜料复合粒子悬浮液。
49.2)取1份的pdms加入到50份的四氢呋喃中混合均匀，后加入10份的二氧化硅粒子，搅拌混合均匀。
50.3)将棉织物浸入在步骤2)中的无机粒子悬浮液中2～3次，进行烘干，随后将步骤
1)的有机颜料复合粒子悬浮液喷涂到织物上1～2次，烘干即得彩色被动辐射制冷涂层织物。
51.图1为实施例1中彩色被动辐射制冷涂层织物在紫外分光光度计下的可见-近红外波段的反射率谱图，彩色织物在可见光波段吸收特定波长的太阳光从而呈现彩色外观，在近红外波段仍然有着不低的反射率来保证较好的辐射降温效果；
52.图2为实施例1中彩色被动辐射制冷涂层在台式扫描电镜下表面的微观结构图，可以观测到无机粒子被聚合物固定在织物上，并且上面有机颜料附着在粒子表面；
53.图3为实施例1中彩色被动辐射制冷涂层织物在模拟光源下的降温对比曲线图，由图可见彩色被动辐射制冷织物有着优异的降温效果。
54.实施例2
55.一种彩色被动辐射制冷涂层织物，由以下步骤制备而成：
56.1)按以下的重量比，取25份的丙烯酸丁酯、25份的苯乙烯、0.75份的正十六烷混合为油相；取0.5份的dns-86分散剂加入到450份的去离子水中，再加入0.8份的碳酸氢钠；混合水相和油相，超声20min，再加入0.8份的过硫酸钾，在75℃下进行时长为2h的聚合反应，即得有机颜料复合粒子悬浮液。
57.2)取1份的pdms加入到50份的四氢呋喃中混合均匀，后加入10份的二氧化硅粒子，搅拌混合均匀。
58.3)将棉织物浸入在步骤2)中的无机粒子悬浮液中2～3次，进行烘干，随后将步骤1)的有机颜料复合粒子悬浮液喷涂到织物上1～2次，烘干即得彩色被动辐射制冷涂层织物。
59.实施例3
60.一种彩色被动辐射制冷涂层织物，由以下步骤制备而成：
61.1)按以下的重量比，取25份的苯乙烯、25份的甲基丙烯酸甲酯、0.75份的正十六烷混合为油相；取0.5份的dns-86分散剂加入到450份的其离子水中，再加入0.8份的碳酸氢钠；混合水相和油相，超声20min，再加入0.8份的过硫酸钾，在75℃下进行时长为2h的聚合反应，即得有机颜料复合粒子悬浮液。
62.2)取1份的pdms加入到50份的四氢呋喃中混合均匀，后加入10份的二氧化硅粒子，搅拌混合均匀。
63.3)将棉织物浸入在步骤2)中的无机粒子悬浮液中2～3次，进行烘干，随后将步骤1)的有机颜料复合粒子悬浮液喷涂到织物上1～2次，烘干即得彩色被动辐射制冷涂层织物。
64.实施例4
65.一种彩色被动辐射制冷涂层织物，由以下步骤制备而成：
66.1)按以下的重量比，取25份的丙烯酸丁酯、25份的甲基丙烯酸甲酯、0.75份的正十六烷混合为油相；取0.5份的dns-86分散剂加入到450份的去离子水中，再加入0.8份的碳酸氢钠；混合水相和油相，超声20min，再加入0.8份的过硫酸钾，在75℃下进行时长为2h的聚合反应，即得有机颜料复合粒子悬浮液。
67.2)取1份的pdms加入到50份的四氢呋喃中混合均匀，后加入10份的二氧化硅粒子，搅拌混合均匀。
68.3)将锦纶织物浸入在步骤2)中的无机粒子悬浮液中2～3次，进行烘干，随后将步骤1)的有机颜料复合粒子悬浮液喷涂到织物上1～2次，烘干即得彩色被动辐射制冷涂层织物。
69.实施例5
70.一种彩色被动辐射制冷涂层织物，由以下步骤制备而成：
71.1)按以下的重量比，取25份的丙烯酸丁酯、25份的甲基丙烯酸甲酯、0.75份的正十六烷混合为油相；取0.5份的dns-86分散剂加入到450份的去离子水中，再加入0.8份的碳酸氢钠；混合水相和油相，超声20min，再加入0.8份的过硫酸钾，在75℃下进行时长为2h的聚合反应，即得有机颜料复合粒子悬浮液。
72.2)取1份的pdms加入到50份的四氢呋喃中混合均匀，后加入10份的二氧化硅粒子，搅拌混合均匀。
73.3)将涤纶织物浸入在步骤2)中的无机粒子悬浮液中2～3次，进行烘干，随后将步骤1)的有机颜料复合粒子悬浮液喷涂到织物上1～2次，烘干即得彩色被动辐射制冷涂层织物。
74.实施例6
75.一种彩色被动辐射制冷涂层织物，由以下步骤制备而成：
76.1)按以下的重量比，取25份的丙烯酸丁酯、25份的甲基丙烯酸甲酯、0.75份的正十六烷混合为油相；取0.5份的dns-86分散剂加入到450份的去离子水中，再加入0.8份的碳酸氢钠；混合水相和油相，超声20min，再加入0.8份的过硫酸钾，在75℃下进行时长为2h的聚合反应，即得有机颜料复合粒子悬浮液。
77.2)取1份的pdms加入到50份的四氢呋喃中混合均匀，后加入10份的二氧化硅粒子，搅拌混合均匀。
78.3)将腈纶织物浸入在步骤2)中的无机粒子悬浮液中2～3次，进行烘干，随后将步骤1)的有机颜料复合粒子悬浮液喷涂到织物上1～2次，烘干即得彩色被动辐射制冷涂层织物。
79.实施例7
80.一种彩色被动辐射制冷涂层织物，由以下步骤制备而成：
81.1)按以下的重量比，取25份的丙烯酸丁酯、25份的甲基丙烯酸甲酯、0.75份的正十六烷混合为油相；取0.5份的dns-86分散剂加入到450份的去离子水中，再加入0.8份的碳酸氢钠；混合水相和油相，超声20min，再加入0.8份的过硫酸钾，在75℃下进行时长为2h的聚合反应，即得有机颜料复合粒子悬浮液。
82.2)取1份的pdms加入到50份的四氢呋喃中混合均匀，后加入10份的二氧化硅粒子，搅拌混合均匀。
83.3)将氨纶织物浸入在步骤2)中的无机粒子悬浮液中2～3次，进行烘干，随后将步骤1)的有机颜料复合粒子悬浮液喷涂到织物上1～2次，烘干即得彩色被动辐射制冷涂层织物。
84.实施例8
85.一种彩色被动辐射制冷涂层织物，由以下步骤制备而成：
86.1)按以下的重量比，取25份的丙烯酸丁酯、25份的甲基丙烯酸甲酯、0.75份的正十
六烷混合为油相；取0.5份的dns-86分散剂加入到450份的去离子水中，再加入0.8份的碳酸氢钠；混合水相和油相，超声20min，再加入0.8份的过硫酸钾，在75℃下进行时长为2h的聚合反应，即得有机颜料复合粒子悬浮液。
87.2)取1份的pdms加入到50份的四氢呋喃中混合均匀，后加入10份的二氧化钛粒子，搅拌混合均匀。
88.3)将棉织物浸入在步骤2)中的无机粒子悬浮液中2～3次，进行烘干，随后将步骤1)的有机颜料复合粒子悬浮液喷涂到织物上1～2次，烘干即得彩色被动辐射制冷涂层织物。
89.实施例9
90.一种彩色被动辐射制冷涂层织物，由以下步骤制备而成：
91.1)按以下的重量比，取25份的丙烯酸丁酯、25份的甲基丙烯酸甲酯、0.75份的正十六烷混合为油相；取0.5份的dns-86分散剂加入到450份的去离子水中，再加入0.8份的碳酸氢钠；混合水相和油相，超声20min，再加入0.8份的过硫酸钾，在75℃下进行时长为2h的聚合反应，即得有机颜料复合粒子悬浮液。
92.2)取1份的pdms加入到50份的四氢呋喃中混合均匀，后加入10份的氧化铝粒子，搅拌混合均匀。
93.3)将棉织物浸入在步骤2)中的无机粒子悬浮液中2～3次，进行烘干，随后将步骤1)的有机颜料复合粒子悬浮液喷涂到织物上1～2次，烘干即得彩色被动辐射制冷涂层织物。
94.实施例10
95.一种彩色被动辐射制冷涂层织物，由以下步骤制备而成：
96.1)按以下的重量比，取25份的丙烯酸丁酯、25份的甲基丙烯酸甲酯、0.75份的正十六烷混合为油相；取0.5份的dns-86分散剂加入到450份的去离子水中，再加入0.8份的碳酸氢钠；混合水相和油相，超声20min，再加入0.8份的过硫酸钾，在75℃下进行时长为2h的聚合反应，即得有机颜料复合粒子悬浮液。
97.2)取1份的pdms加入到50份的四氢呋喃中混合均匀，后加入10份的氮化硅粒子，搅拌混合均匀。
98.3)将棉织物浸入在步骤2)中的无机粒子悬浮液中2～3次，进行烘干，随后将步骤1)的有机颜料复合粒子悬浮液喷涂到织物上1～2次，烘干即得彩色被动辐射制冷涂层织物。
99.实施例11
100.一种彩色被动辐射制冷涂层织物，由以下步骤制备而成：
101.1)按以下的重量比，取25份的丙烯酸丁酯、25份的甲基丙烯酸甲酯、0.75份的正十六烷混合为油相；取0.5份的dns-86分散剂加入到450份的去离子水中，再加入0.8份的碳酸氢钠；混合水相和油相，超声20min，再加入0.8份的过硫酸钾，在75℃下进行时长为2h的聚合反应，即得有机颜料复合粒子悬浮液。
102.2)取1份的pdms加入到50份的四氢呋喃中混合均匀，后加入10份的磷酸铝粒子，搅拌混合均匀。
103.3)将棉织物浸入在步骤2)中的无机粒子悬浮液中2～3次，进行烘干，随后将步骤
1)的有机颜料复合粒子悬浮液喷涂到织物上1～2次，烘干即得彩色被动辐射制冷涂层织物。
104.实施例12
105.一种彩色被动辐射制冷涂层织物，由以下步骤制备而成：
106.1)按以下的重量比，取25份的丙烯酸丁酯、25份的甲基丙烯酸甲酯、0.75份的正十六烷混合为油相；取0.5份的dns-86分散剂加入到450份的去离子水中，再加入0.8份的碳酸氢钠；混合水相和油相，超声20min，再加入0.8份的过硫酸钾，在75℃下进行时长为2h的聚合反应，即得有机颜料复合粒子悬浮液。
107.2)取1份的pdms加入到50份的四氢呋喃中混合均匀，后加入10份的硫酸钡粒子，搅拌混合均匀。
108.3)将棉织物浸入在步骤2)中的无机粒子悬浮液中2～3次，进行烘干，随后将步骤1)的有机颜料复合粒子悬浮液喷涂到织物上1～2次，烘干即得彩色被动辐射制冷涂层织物。
109.实施例2-12制备的彩色被动辐射制冷涂层织物具有与实施例1相似的降温效果。
110.以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。