纤维素涂层改性的疏水性日间辐射降温织物及其制备方法

本发明属于功能性织物制备，尤其涉及一种纤维素涂层改性的疏水性日间辐射降温织物及其制备方法。

背景技术：

1、随着全球变暖的日益加剧，户外工作人员在高温下的工作舒适性和安全性受到严重威胁，开发户外降温技术的要求愈发迫切。由于常规户外降温设备体积较大，而且加剧能源消耗，因此开发使用便利、低能源消耗或无能源消耗的户外降温技术迫在眉睫。日间辐射降温织物由于不需要能量输入便可以自发降温，而且不需要额外增加人员的佩戴负担而成为解决这一问题的有效手段。

2、日间辐射降温材料是通过反射太阳光中热效应较高的波段的光线，同时能够大量辐射自身热量至外太空的特性来实现降温的，这就要求材料在太阳光谱区(0.3～2.5μm)具备高反射率，且在红外大气窗口(8～13μm)处具备高的发射率。公开号为cn111607983a的中国专利文献利用磷酸铝粒子在8～13μm处的高发射率与对可见光-近红外光的高反射率，制备得到了具备日间辐射降温特性的涂层织物。某些硅类的物质同样也具备日间辐射降温材料的特性，公开号为cn112851945b的中国专利文献通过将有机硅微球整理到织物上，使整理后的织物具备了明显的日间辐射降温效果。有效的分级孔能够对光进行mie散射，所以具备分级孔的材料同样能够具备一定的辐射降温能力，公开号为cn114016300a的中国专利文献通过相分离制备了多孔的偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(p(vdf-hfp))涂层，配合基底的织物形成了多级孔，得到了太阳光反射率为63％、大气窗口发射率为98％的日间辐射降温织物。

3、现阶段的日间辐射降温织物大都仅仅依靠无机粒子的涂覆，面对复杂的外界环境，经常出现降温性能的不足或损失。

技术实现思路

1、本发明提供了一种纤维素涂层改性的疏水性日间辐射降温织物及其制备方法，该疏水性日间辐射降温织物具有在大气窗口发射率高、日间辐射降温能力强等优点，有机疏水涂层能够很好地保护织物基底和纤维素涂层，延长其使用寿命。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种纤维素涂层改性的疏水性日间辐射降温织物，包括织物基底，所述的织物基底上依次涂覆有纤维素涂层和有机疏水涂层；

4、以纤维素涂层的质量计，所述的纤维素涂层的涂覆量为0.01～10mg·cm-2。

5、纤维素中含有大量的-oh、c-h(环)、c-o和c-o-c等化学结构，使得涂层在红外大气窗口(8～13μm)处具备高的发射率，为日间辐射降温提供了可能；并且特定涂覆量的纤维素粒子在织物基底上堆积形成大量的分级孔结构，进一步提高了纤维素涂层对太阳光的散射作用，最终实现纤维素涂层的高太阳光反射率；另外，有机疏水涂层能够很好地保护纤维素涂层及织物基底，延长其使用寿命。

6、本发明的疏水性日间辐射降温织物在不输入外部能源的情况下，解决了户外工作人员热管理失衡的问题，并且没有对环境产生大量负担。

7、优选的，以纤维素涂层的质量计，所述的纤维素涂层的涂覆量为0.1～1mg·cm-2。

8、随着涂覆量的增加，纤维素粒子在织物表面的有效作用面积增加；另外随着纤维素粒子的增加，其在织物表面发生多层堆积，因而粒子与粒子之间的空隙逐渐减小，逐渐形成大量的分级孔结构，进一步提高了纤维素涂层对太阳光的散射作用，最终实现纤维素涂层棉织物的高太阳光反射率。但当涂敷量增加到一定程度后，反射率及发射率基本不变，说明虽然纤维素粒子涂敷量增加可以有效提高太阳光的散射作用，但过多的粒子堆积无法进一步提高反射率。

9、进一步优选的，以纤维素涂层的质量计，所述的纤维素涂层的涂覆量为0.1～0.5mg·cm-2；最优选为0.3mg·cm-2。

10、优选的，所述的纤维素涂层中纤维素为被硅烷偶联剂改性的纤维素。

11、采用硅烷偶联剂对纤维素进行疏水改性，能够增加织物整体的疏水性，增强耐候性，并且能够使纤维素与有机疏水涂层亲和性更高，使两者结合更加牢固，增加涂层的牢度。

12、优选的，所述的硅烷偶联剂为甲基三甲氧基硅烷(mtms)、乙基三甲氧基硅烷(etms)、辛基三甲氧基硅烷(otms)、十二烷基三甲氧基硅烷(dtms)、十六烷基三甲氧基硅烷(hdtms)、十八烷基三甲氧基硅烷(odtms)、十三氟辛基三乙氧基硅烷(fas)、γ-氨丙基三乙氧基硅烷(kh550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(kh560)中的至少一种。

13、进一步优选的，硅烷偶联剂改性的纤维素的方法包括：将纤维素粉末分散于水中，加入硅烷偶联剂搅拌反应，对纤维素进行改性。

14、优选的，所述的有机疏水涂层的材料为聚二甲基硅氧烷(pdms)、甲基丙烯酸十八烷基酯与甲基丙烯酸甲酯共聚物(psma-co-pmma)、石蜡中的至少一种。

15、本发明通过有机疏水涂层与纤维素涂层结合，进一步提高纤维素涂层在大气窗口的发射率，增强织物基底的日间辐射降温能力，有机疏水涂层和纤维素的疏水改性能够为织物提供很好的疏水性，并且有机疏水涂层能够很好地保护织物基底和纤维素涂层，延长其使用寿命。

16、优选的，所述的织物基底的材质为棉、涤纶、锦纶、麻、无纺布中的至少一种。

17、最优选的，纤维素为竹纤维；有机疏水材料为聚二甲基硅氧烷。

18、竹纤维的多层次结构能够充分散射太阳光，从而增强得到的纤维素粒子涂层的日间辐射降温效果。pdms作为透明的聚合物涂层，不仅疏水性强，而且其中的si-o-si键能够提高织物在大气窗口的发射率，pdms涂层的透明性也不会影响纤维素在可见光和近红外光谱范围内的反射率。

19、本发明还提供了所述的纤维素涂层改性的疏水性日间辐射降温织物的制备方法，包括以下步骤：

20、(1)将纤维素粉末分散于水中，加入硅烷偶联剂进行改性，得到疏水改性的纤维素分散液；

21、(2)将有机疏水材料溶解于有机溶剂中，加入乳化剂和水进行乳化，得到有机疏水材料的乳液；

22、(3)将疏水改性的纤维素分散液整理到织物基底表面，干燥后获得具有兼具分级孔结构与多层次超分子聚集态结构的纤维素涂层的织物；

23、将有机疏水材料的乳液整理到纤维素涂层表面，干燥后获得纤维素涂层改性的疏水性日间辐射降温织物。

24、纤维素粉末可以选用市售产品，也可以自行制备。

25、优选的，纤维素粉末的制备方法包括：将天然纤维素材料脱去木质素和半纤维素，水洗后放入漂白液中进行漂白，待处理至白色后得到纤维素粒子悬浮液；将纤维素粒子悬浮液通过漏斗进行过滤，用蒸馏水反复清洗，之后通过真空抽滤后进行冷冻干燥和研磨得到纤维素粉末。

26、优选的，步骤(2)中，乳化包括：通过超声辅助的方法获得粗乳液，随后采用均质机均质，获得稳定的有机疏水材料的乳液。

27、优选的，所述的乳化剂为非离子乳化剂、阴离子乳化剂和阳离子乳化剂中的至少一种。

28、优选的，将纤维素分散液或有机疏水材料的乳液整理到织物基底表面的方法可以是浸涂、喷涂、旋涂中的任意一种。

29、与现有技术相比，本发明的显著优点有：

30、(1)本发明采用的纤维素粒子来源广泛，可再生，易降解，不会对环境造成污染。

31、(2)本发明采用的纤维素粒子本身具有多层次分级孔结构，可以散射太阳光，而且纤维素含有大量的氢键，在大气窗口发射率很高，日间辐射降温能力很强。

32、(3)本发明的有机疏水涂层不仅增强了材料在大气窗口的发射率，而且不影响材料在可见光和近红外波段的反射率。

33、(4)本发明制备的疏水涂层能够很好地保护织物，延长使用寿命。