一种预凝胶工艺制备环保耐用辐射制冷涂层织物

本发明属于先进材料技术，具体涉及一种预凝胶工艺制备环保耐用辐射制冷涂层织物的方法。背景技术：1、传统的冷却方式如空调，属于能源消耗型降温，不仅消耗了巨大的能源，而且排放了大量的二氧化碳，急需新的冷却技术来满足世界日益增长的冷却需求。被动日间辐射冷却(pdrc)，一种利用大气窗口(atw)将热量辐射到寒冷的外太空（13k）从而实现被动无消耗降温，有望大规模应用以降低能源消耗，因此迅速成为促进节能减排、对抗温室效应等重大能源环境问题的一种有效途径，并引起了公众和科学界的广泛关注。然而目前对于辐射制冷技术的研究大多集中在材料方面，对于纺织品的研究仍很欠缺，纺织品已经伴随着人类生活千年，成为生活不可缺少的一部分，将辐射制冷技术与纺织品相结合，创造出可以进行降温的凉爽纺织品，从而降低对于能耗型降温空调的需求。这些纺织品可以被开发用于各种应用，如服装、窗帘、帐篷、遮阳伞、帽子、头巾、汽车罩和檐篷等，在提供冷却效果的同时保持透气舒适的条件，从而提高了舒适度，节约了能源，并有助于环境保护。2、目前已有的辐射制冷织物主要通过浸涂、喷涂等方式在现有织物的基础上制备涂层织物。cn113136724a公布了一种辐射制冷织物，通过将丝织物浸渍纳米氧化铝水溶胶制备，烘干后纳米氧化铝粒子附着在纤维上，有高折射率的粒子与纤维叠加在一起提高了织物反射率，从而实现阳光下比室温降低3.6℃的降温效果。cn112853522a将无机微纳颗粒和基底材料混合得到微纳颗粒和基底材料纺丝原液；将所述微纳颗粒和基底材料纺丝原液进行干湿法纺丝，得到辐射制冷纤维；所述无机微纳颗粒为具有高折射率的特性，在基底材料中可产生高的散射效率，可使辐射制冷纤维具有高太阳辐射反射率，其选自二氧化钛、二氧化硅、氧化锌、碳化硅、氮化硅、硫化锌、氧化铝、氧化铁、氮化硼、氧化镁、硫酸钡、碳酸钡和硅酸铝中的一种或两种以上。cn110387751a公开了一种辐射自降温功能纤维织物,通过在纺织品表面分层构筑覆商业用高反射银层和大气窗口辐射层，将纳米粒子分散在树脂粘合剂中层形成中红外选择性辐射层；商业银层的使用使其成本增加，且多种粒子的混合，比例以及单粒子具体功效尚不清楚且需要考究。现有技术公布了一种辐射制冷技术的防护服面料，包括第一材料层和第二材料层以及粘合第一材料层和第二材料层的粘合层，第一材料层的材质为高密织物，用于病毒、细菌等防护，第二材料层的材质为柔性辐射制冷薄膜或柔性辐射制冷织物，用于被动辐射制冷，制备工艺复杂，分层结构对于粘合工艺以及支撑架构都有较高的要求，并且增加了成本。3、专利cn114892417a公布了一种日间辐射降温纺织品，包括织物基体和附着于所述织物基体表面的辐射制冷多孔涂层，所述辐射制冷多孔涂层包括有机多孔基体材料和分散于所述有机多孔基体材料中的辐射制冷功能材料；所述辐射制冷功能材料至少包括氧化镁和氢氧化镁中的一种或两种，所用氧化镁和氢氧化镁含量达到40%，制备的织物平均反射率92%，大气窗口平均发射率93%。4、综上所述，现阶段辐射制冷涂层织物研究工艺存在以下问题：5、分层构筑辐射制冷织物工艺复杂，且效果不太理想，涂层往往需要借助树脂粘合剂，影响孔隙以及纳米粒子的性能，添加树脂的涂层一般致密结构，大大降低了太阳光谱波段的反射率。将辐射制冷薄膜通过热压与织物粘合制备辐射制冷织物，制备工艺复杂，对于粘合工艺要求也较高。浸涂工艺的织物一般选用天然纤维织物，因其表面基团多，易于结合反应，对于疏水化工合纤织物的辐射制冷涂层研究较少。采用聚合物涂层的制备流程一般采用聚合物添加功能性纳米粒子的方式提升织物的反射或者发射性能，对织物最终的增重产生显而易见的不利影响。6、另外，现有技术中，涂层之后的操作大都采用直接浸入水中相分离，或者低沸点溶剂置于环境中挥发溶剂相分离的操作，如果样品过大，那就需要更大的凝固浴槽来满足，且在浸入凝固浴的过程中可能存在涂层溶液流动而导致涂层厚度不匀，涂层不连续的现象；该技术方案存在缺陷导致其不适合工业生产。而且现有辐射制冷材料虽然具有一定的降温效果，但是没考虑实际环境对材料老化以及生态环保等问题。7、综上所述，开发一种与现有技术兼容，有望大规模低制造成本，工艺简单且对疏水化纤织物同样有效的辐射降温涂层织物结构，以及对合纤织物涂层结构进行优化的设计方法，具有非常大的应用前景。技术实现思路1、针对现有辐射降温织物技术存在问题，本发明提供一种新的涂层工艺，制备了一种具有各向异性多孔结构，且具有自黏附的环保耐用的生物质醋酸纤维素涂层纺织品。2、与之前研究不同的是，本发明可以在不负载纳米粒子的情况下，通过设计涂层结构制备出高太阳反射率以及长波红外发射率辐射降温织物，克服了现有技术中聚合物涂层牢度不好、制备工艺复杂、成本高昂等问题，实现日间被动辐射制冷涂层织物的一步法快速制备；同时本发明采用的醋酸纤维素，是一种具有可生物降解的生物质材料，在环保方面具有很大的优势，对解决能源危机以及环境和生态问题具有巨大的好处。3、本发明采用如下技术方案：4、一种环保耐用辐射制冷涂层织物，包括织物基材及其表面的环保被动日间辐射制冷涂层；所述被动日间辐射制冷涂层为带有表面活性剂的纤维素生物质涂层。优选的，纤维素生物质涂层为醋酸纤维素生物质涂层；表面活性剂为非离子表面活性剂，比如聚乙烯吡咯烷酮。5、本发明中，织物为疏水合纤织物，可以为涤纶或锦纶，腈纶的一种或者几种。6、本发明中，醋酸纤维素作为环保生物质聚合物材料，分子链的c-h、c-o、c=o在大气窗口波段具有强烈的吸收振动峰，根据基尔霍夫辐射定律，高吸收可以转化为高热发射率，从而在大气窗口（8-13μm）具有高发射，实现有效的热辐射，达到成功的辐射冷却。现有技术都是通过静电纺丝形成醋酸纤维素反射层，因为通过卷对卷的静电纺丝得到具有多级结构的醋酸纤维素薄膜，才可以实现高反射与高发射。本发明没有采用现有技术认为必要的无机填料或者静电纺丝，通过非常简单的涂覆工艺，实现显著的反射能力与发射能力，这是出乎意料的技术进步。7、本发明中，聚乙烯吡咯烷酮简称pvp，是一种非离子型高分子化合物，可以优化孔隙结构以及底层合纤的亲和剂。8、本发明公开了一种上述环保耐用辐射制冷涂层织物的制备方法，包括以下步骤，将表面活性剂、纤维素以及溶剂混合形成透明均匀前驱体溶液；将前驱体溶液涂覆于织物基材表面形成涂层；然后对涂层溶液进行预凝胶化预定型，再置于去离子水中；然后取出干燥，得到上述环保耐用辐射制冷涂层织物。9、优选的，溶剂包括第一溶剂和第二溶剂；优选的，第一溶剂为n,n-二甲基甲酰胺溶液、n,n-二甲基乙酰胺溶液、n -甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜溶液的一种或者几种，第二溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇的一种或者几种。10、本发明中，相分离技术是一种通用的方法，广泛用于通过各种相分离工艺生产多孔膜，其中，成膜系统的相分离行为在决定膜形态和性能方面起着至关重要的作用。本发明将纤维素以及表面活性剂分散于第二溶剂中，搅拌分散均匀，再加入第一溶剂，搅拌溶解得到透明稳定前驱体溶液，结合涂层成型新工艺，在不负载纳米粒子的情况下，克服了现有技术中聚合物涂层牢度不好、制备工艺复杂、成本高昂等问题，实现日间被动辐射制冷涂层织物的一步法快速制备，太阳光反射率在90%以上，长波红外发射率90%以上；具体的，织物表面涂层前驱体溶液的预凝胶化完成预定型，以及去离子水中凝固浴中的相分离后定型，而后进行轧车去除多余水分以及干燥得到所述被动日间辐射制冷涂层。11、优选的，纤维素、表面活性剂以及溶剂的用量比例为（3～10g）∶（0.1～1g）∶（50～100ml）。12、本发明中，表面活性剂、纤维素以及溶剂在60～130 ℃回流冷凝状态下，以100～1500rpm的转速搅拌0.2～3h使溶液混合均匀，制得前驱体溶液；喷洒去离子水或者放置形成凝胶化，形成凝胶化的具体操作没有限制，只要织物表面形成凝胶即可，作为常识，在织物表面均匀喷洒去离子水，或者通风放置；置于去离子水中的时间为0.5～2小时；干燥为晾干或者烘干。13、本发明中，涂层的厚度为10～300μm，优选50～200μm。14、本发明公开了上述环保耐用辐射制冷涂层织物在制备辐射制冷材料尤其是柔性材料中的应用。如服装、窗帘、帐篷、遮阳伞、帽子、汽车罩和檐篷等，在提供冷却效果的同时保持面料轻薄的特点，从而提高了舒适度，节约了能源，并有助于环境保护。15、本发明制备的辐射制冷涂层织物以及制备方法具有以下增益效果。16、本发明辐射降温涂层织物采用生物质材料醋酸纤维素高分子原料，兼具环保耐用可生物降解等优点于一体；通过在溶剂体系引入乙醇以及高分子聚乙烯吡咯烷酮，调控了涂层的孔隙结构，还作为纤维亲和剂，极大的改善了涂层溶液在织物表面的流平性以及牢固性。17、本发明预凝胶工艺构筑的涂层表面，保证了涂层的均匀性，大幅度提升了涂层的光谱反射率，涂层制备工艺简单并且易于大规模低成本制造；而且取得增加涂层牢度的效果，因此本发明单层结构的涂层因为表面活性剂的存在，具有自粘合特性无需粘合剂便可与织物保持较高的结合牢度；同时涂层的热稳定性以及后续纳米粒子的分散稳定性都非常好。18、本发明制造的醋酸纤维素辐射制冷织物同时具有高太阳光谱反射率以及长波红外发射率等优点，尤其是，具有优异的耐磨，耐酸碱，耐水洗，耐老化特性。同时提供了一种可以连续化生产的预凝胶化工艺，之内工艺简单，辐射降温性能优异，良好的生态环保性以及经济效益，对解决能源危机以及环境和生态问题具有巨大的好处。