透气超疏水辐射降温棉织物的制备方法

本发明属于降温棉织物，具体涉及透气超疏水辐射降温棉织物的制备方法。

背景技术：

1、棉作为具有柔软、洁白、保温、亲水等特点的天然可再生生物资源，已经有5000多年的发展历史。自19世纪以来，棉的染色和整理技术已逐步得到改进，以扩大其在纺织品、服装、医药、食品和化学品方面的应用。然而，近年来，由于产品种类和功能的缺乏，棉纺织工业的发展停滞不前。棉纤维由于其横截面的中腔结构被广泛用于人体保暖，但由于全球变暖，单纯的保温功能已不能适应人体的热管理需求。因此，开发一种冷却棉织物可以帮助减少由极端高温引起的发热、皮肤癌和心血管疾病的威胁。

2、最近，被动日间辐射冷却已成为一种很有前途的无能耗冷却技术。它的工作原理是通过太阳波长波段(0.3-2.5μm)的高反射率来减少对阳光的吸收，并通过大气透明窗口(8-13μm)将热量以热辐射的形式发射到寒冷的宇宙(2.7k)。为了使被动日间辐射冷却材料投入实际应用，已经提出并报道的大规模生产策略，包括聚合物复合材料、聚合物多孔涂层、陶瓷多孔涂层、静电纺纱、纺织织造等。其中，纺织织造有望拓宽被动日间辐射冷却技术的应用，同时在现有纺织工业的基础上实现被动日间辐射冷却技术的产业化。天然棉纤维的主要成分是纤维素，其中含有-oh和-c-o-c-，这两种官能团都能在大气透明窗口中实现高红外发射特性。因此，优化棉花的微观结构调整其在太阳波段的反射性能，结合其高红外发射和保温性能，对其热管理应用至关重要。

3、并且对于辐射降温材料，其表面光学性能的稳定对持久冷却性能具有重要意义，因此引入超疏水功能有益于减少雨水冲刷、灰尘堆积等问题对辐射降温织物功能的破坏。并且用于人体热管理的辐射降温织物透气性至关重要，低透气透湿性不利于汗液挥发从而引起内部闷热、细菌滋生等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供透气超疏水辐射降温棉织物的制备方法，解决了现有辐射降温涂层织物因低透气透湿性从而引起身体闷热、细菌滋生的问题。

2、本发明所采用的技术方案是，透气超疏水辐射降温棉织物的制备方法，把p(vdf-hfp)和sio2均匀共混于dmf和丙酮的混合溶剂中得到复合溶胶；之后利用浆纱机将棉纱线连续浸渍通过复合溶胶和水，之后烘干得到sio2/p(vdf-hfp)气凝胶微结构整理棉纱线。最后通过整经机和箭杆织机织造完成透气超疏水辐射降温棉织物的规模化制备。超疏水辐射降温棉织物具有更优异的高温日间户外热管理能力，与水的接触角大于150°，并且在多次水洗后仍能保持良好的超疏水性能和易去污性能，良好的透气和透湿性能也使得相较于其他辐射降温材料减少了内部闷热和细菌滋生的情况。

3、本发明的特点还在于，

4、进一步的，选择不同质量比1:9～9:1的dmf和丙酮作为复合溶剂是为了利用不同溶剂与水的亲和力差异从而形成微纳多级气凝胶多孔结构。

5、进一步的，复合溶胶的制备方法为：称取30～70g/l的p(vdf-hfp)加入复合溶剂中，之后加入20～60g/l的sio2，在室温下充分搅拌至均匀混合。具有一定黏度的复合溶胶可以通过浸渍吸附在棉纱线上。

6、进一步的，采用0.3～0.7m/min的速度使棉纱线匀速通过混合溶剂和非溶剂水中。通过连续浸渍的方法，吸附了复合溶胶的棉纤维进入水中可发生快速相分离形成独特的微纳多级气凝胶多孔结构。

7、进一步的，通过箭杆织机以12.5～14.5根/cm的经密和16.0～24.0根/cm的纬密完成透气超疏水辐射降温棉织物的规模化制备。超疏水辐射降温纱线表面的聚合物和无机颗粒的低表面能和独特气凝胶多孔粗糙结构使得织物的接触角大于150°，即达到超疏水状态。

8、本发明采用浆纱机将棉纱线分别连续浸渍于混合溶胶和水中就能完成非溶剂诱导快速相分离的原理是：

9、棉纱线浸渍于混合溶胶中可以发生吸附。吸附混合溶胶后的棉纱线浸渍于非溶剂水中时，其表面的聚合物会发生快速相分离形成独特的多孔气凝胶结构。这是因为聚合物不能溶于水并且遇到水会快速析出，且混合溶胶中的复合溶剂都和水具有较好的亲和力，水能够从内部把溶剂置换出来从而形成独特的多孔结构。同时，复合溶剂中不同组分与水的亲和力差异也使得其从体系中被水置换出来的速度具有一定差异，因此可以在纱线表面形成一层独特的微纳多级多孔结构的气凝胶结构。

10、本发明微结构整理棉纱线的高太阳光反射、高红外发射及超疏水的原理是：

11、微结构整理棉纱线表面的多孔气凝胶结构可以增强对太阳光的米氏散射，因此可以减少织物对太阳光能量的吸收由此获得高太阳光反射率；而聚合物p(vdf-hfp)中的c-f键和无机颗粒中的si-o键可以提供在大气透明窗口的高红外发射特点，并且搭配其微米级多孔结构因而具有较高的红外发射率；表面无机颗粒/聚合物气凝胶的粗糙多孔结构和聚合物及无机颗粒的低表面能特性使得其具有良好的超疏水性能。

12、本发明的有益效果是

13、本发明通过非溶剂诱导快速相分离对棉纱线进行微结构整理得到超疏水辐射降温棉纱线，之后织造得到的透气超疏水辐射降温棉织物具有较高的太阳光反射率和红外发射率，且具有良好的超疏水性能、易去污性能和透气透湿性能。本发明的制备可依托现有纺织工业设备完成规模化生产，在改善棉织物热管理性能的同时，可适用于户外降温车衣、人体降温等领域从而拓宽棉产业和辐射降温材料的应用。

技术特征：

1.透气超疏水辐射降温棉织物的制备方法，其特征在于，将聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物p(vdf-hfp)和sio2均匀共混于n,n-二甲基甲酰胺dmf和丙酮的复合溶剂中得到sio2/p(vdf-hfp)混合溶胶；采用浆纱机将棉纱线分别连续浸渍于混合溶胶和水中完成非溶剂诱导快速相分离以对棉纱线进行微结构整理，之后烘干得到超疏水辐射降温棉纱线；最后超疏水辐射降温棉纱线经过整经机整理得到经纱，将经纱转移至箭杆织机并以超疏水辐射降温棉纱线为纬纱完成透气超疏水辐射降温棉织物的制备。

2.根据权利要求1所述的透气超疏水辐射降温棉织物的制备方法，其特征在于，所述sio2/p(vdf-hfp)混合溶胶中p(vdf-hfp)的浓度为30～70g/l，sio2的浓度为20～60g/l，混合溶剂中n,n-二甲基甲酰胺dmf和丙酮的质量比为1:9～9:1。

3.根据权利要求1所述的透气超疏水辐射降温棉织物的制备方法，其特征在于，棉纱线以0.3～0.7m/min的速度先浸渍于sio2/p(vdf-hfp)混合溶胶中，之后再浸渍于水中。

4.根据权利要求1所述的透气超疏水辐射降温棉织物的制备方法，其特征在于，在使用箭杆织机织造过程中，经密的选择为12.5～14.5根/cm，纬密的选择为16～24根/cm。

5.根据权利要求1所述的透气超疏水辐射降温棉织物的制备方法，其特征在于，微结构整理过程中产生的多孔复合气凝胶结构对太阳光的平均反射率大于91％，在大气透明窗口的平均发射率大于92％，其表面与水滴接触角大于150°，且多次水洗仍能保持良好的超疏水性能和易去污性能，其透气性大于220mm/s，透湿性大于160g/m2·h。

技术总结
本发明公开了透气超疏水辐射降温棉织物的制备方法，先把聚偏氟乙烯‑六氟丙烯共聚物和SiO<subgt;2</subgt;加入DMF与丙酮的复合溶剂中得到混合溶胶；其次采用浆纱机将棉纱线连续依次浸渍混合溶胶和水，然后烘干得到SiO<subgt;2</subgt;/P(VDF‑HFP)气凝胶微结构整理棉纱线；最后通过整经机和箭杆织机对微结构整理棉纱线进行织造，获得透气超疏水辐射降温棉织物。该方法制备的棉织物具有高太阳光反射率、强红外发射率和优异的户外日间降温性能，与水滴的接触角大于150°，且多次水洗仍能保持良好的超疏水性能和易去污性能，其透气透湿性可达220mm/s和160g/m<supgt;2</supgt;·h。该方法可实现规模化生产，改善了棉织物的热管理能力拓宽了其应用领域。

技术研发人员：薛朝华,马超群,郭小静,陈明月,请求不公布姓名,请求不公布姓名,王慧迪,万立
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/12