一种具有光学屏蔽效果的光子纺织材料及其制备

本发明属于光学辐射，具体涉及一种具有光学屏蔽效果的光子纺织材料及其制备方法。背景技术：1、近年来，随着全球气候变化的加剧和人类活动对环境的不利影响日益凸显，对于有效降低地球表面温度、缓解热岛效应以及应对极端天气事件的需求日益迫切。辐射制冷技术作为一种新型的被动式降温手段，吸引了广泛的研究关注。辐射制冷材料主要包括单体材料、复合材料和纳米光子材料，其中单体材料和复合材料通常只能在夜间起到辐射制冷的作用，不能反射太阳光照，所以很难应用到实际应用中，而纳米光子材料可通过纳米材料结构设计来实现必要的光谱特性，用于日间辐射制冷，纳米光子晶体结构中的大自由度可能比气体材料或复合材料具有更好的冷却性能，其制冷原理是在太阳光谱中具有反射性，在大气透明窗口（8~13 μm）中具有发射性。纳米光子材料分为单层、双层、三层或三层以上的光子晶体，通常采用单层或多层纳米颗粒/薄膜涂敷的方法制备，并且有些设计过于复杂，不适合大规模批量生产和运用于实际应用中。相比而言，将纳米粒子嵌入基体材料制备纳米光子材料更具优势，尤其在制备辐射降温丙纶纺织品方面。首先，丙纶相比其它传统纺织品如涤纶、天然棉麻、乙伦等在大气波段的透过率要高；其次，具有太阳光屏蔽性能的纳米粒子在聚丙烯基体中的嵌入可进一步提升辐射降温性能。然而，由于纳米粒子具有尺寸小、比表面积高、比表面能大等特点，极易发生团聚，影响其在聚丙烯基体材料中分散性，从而影响太阳光屏蔽效率，降低辐射降温性能。因此，对纳米粒子改性以提高其在基体材料中的分散性，从而增强复合纳米光子材料的光学屏蔽性能非常重要。技术实现思路1、本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种具有光学屏蔽效果的光子纺织材料及其制备方法。2、本发明采用如下技术方案：3、一种具有光学屏蔽效果的光子纺织材料的制备方法，具体步骤如下：4、步骤一，制备改性纳米粒子，具体操作如下：5、步骤1，将纳米粒子在70~100℃的真空烘箱中连续干燥12~24 h后，与浸润试剂按质量比为1:5-20的比例，进行充分预浸润，充分搅拌后，制备纳米颗粒分散体系，而后放置通风处挥发至含水率为45%-55%的纳米粒子；6、步骤2，将等离子处理机的放电探头置于步骤1得到的纳米粒子上方1.5cm处，并以10 cm/s的恒定速度来回移动，调控等离子体放电电压范围为30~100v，处理时间为10~60s，得到改性纳米粒子，之后干燥为粉末状；7、步骤二，采用鼓风干燥箱对聚丙烯切粒烘干备用；8、步骤三，将步骤一得到的改性纳米粒子与步骤二烘干的聚丙烯切粒按混合比1:25~200的比例充分混合放入工业双螺杆挤出机造粒，重复喂料两次及以上，得到复合辐射降温母粒；9、步骤四，将步骤三得到的复合辐射降温母粒在转鼓干燥箱中烘干，采用熔融纺丝机进行纺丝，得到长丝；10、步骤五，采用圆织机制得具有光学屏蔽效果的辐射降温织物，即得具有光学屏蔽效果的光子纺织材料。11、优选的，步骤2中，等离子体处理条件为常温常压，气体氛围为普通空气；设备运行的环境温度为26℃，相对湿度为50%±10%。12、优选的，所述纳米粒子为氧化锌、氧化铜、氧化铝、氧化镁、二氧化钛、二氧化硅、碳化硅、氮化硅或氮化硼；所述浸润试剂为乙醇、丙醇、丁醇、正丁醇、异丁醇、戊醇、正戊醇或异戊醇。13、优选的，步骤二中，聚丙烯切粒在70~100℃的鼓风干燥箱中干燥8 h。14、优选的，步骤三中，工业双螺杆挤出机挤出时间分别为30 s、60 s、90 s；机头温度210℃，主机转速13 hz，喂料4 hz，切粒转速200 r/min，加热温度为210~220℃。15、优选的，步骤四中，复合辐射降温母粒在70~100℃的鼓风干燥箱中干燥6 h；螺杆六区温度为210℃、220℃、235℃、235℃、250℃、260℃；纺丝速度为600~1200 m/min；计量泵转速为40-60 rpm；喷丝板规格为0.35 mm × 18f；牵伸倍数为1.7-2.3；牵伸温度为60~90℃。16、优选的，步骤五中，圆织机针号为30~36，速度为400~800 rpm。17、优选的，步骤五中，所述辐射降温织物的厚度为0.38 mm。18、一种具有光学屏蔽效果的光子纺织材料，采用改性纳米粒子与聚丙烯共混制备复合辐射降温母粒，采用熔融纺丝制成长丝，最后采用机织设备制成辐射降温织物，即得具有光学屏蔽效果的光子纺织材料，其中，所述光子纺织材料，紫外屏蔽率接近100%，在大气透明窗口透过率>95%，降温能力达15.2℃，透气量≥210mm/s。19、由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明的有益效果是：20、本发明制得的光子纺织材料，不仅降温能力出众（紫外屏蔽率接近100%，在大气透明窗口（8~13 μm）透过率>90%，最大被动辐射降温可达15.2℃），而且透气透湿性能优异（透气量≥210mm/s），达到了节能目的同时兼具服用舒适性；其中，改性纳米粒子选用浸润试剂预浸润和等离子体相结合的处理方式，通过对放电电压和放电时间的调控，一方面提高了纳米颗粒本身的分散性，削弱了等离子体刻蚀对纳米粒子的物理损伤，另一方面所选用的试剂在等离子体处理下，均能产生与聚丙烯结构相似的c-c/c=c键，起到类似相容剂的作用，有效平衡了化学反应程度和刻蚀作用，提高了纳米粒子在聚丙烯基体中的分散性，增强了纳米粒子在复合织物中的光屏蔽效果；21、在等离子体处理过程中，本发明不涉及有毒化学物质和大量有机溶剂的使用，对环境友好；选用气体氛围为普通空气，不用氦气或氩气，不仅安全且最大限度节省成本；采用常温常压等离子体处理条件以及规模化的纺丝和织造方式可轻松实现量产。技术特征：1.一种具有光学屏蔽效果的光子纺织材料的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：2.根据权利要求1所述的一种具有光学屏蔽效果的光子纺织材料的制备方法，其特征在于：步骤2中，等离子体处理条件为常温常压，气体氛围为普通空气；设备运行的环境温度为26℃，相对湿度为50%±10%。3.根据权利要求1所述的一种具有光学屏蔽效果的光子纺织材料的制备方法，其特征在于：所述纳米粒子为氧化锌、氧化铜、氧化铝、氧化镁、二氧化钛、二氧化硅、碳化硅、氮化硅或氮化硼；所述浸润试剂为乙醇、丙醇、丁醇、正丁醇、异丁醇、戊醇、正戊醇或异戊醇。4.根据权利要求1所述的一种具有光学屏蔽效果的光子纺织材料的制备方法，其特征在于：步骤二中，聚丙烯切粒在70~100℃的鼓风干燥箱中干燥8 h。5.根据权利要求1所述的一种具有光学屏蔽效果的光子纺织材料的制备方法，其特征在于：步骤三中，工业双螺杆挤出机挤出时间分别为30 s、60 s、90 s；机头温度210℃，主机转速13 hz，喂料4 hz，切粒转速200 r/min，加热温度为210~220℃。6.根据权利要求1所述的一种具有光学屏蔽效果的光子纺织材料的制备方法，其特征在于：步骤四中，复合辐射降温母粒在70~100℃的鼓风干燥箱中干燥6 h；螺杆六区温度为210℃、220℃、235℃、235℃、250℃、260℃；纺丝速度为600~1200 m/min；计量泵转速为40-60 rpm；喷丝板规格为0.35 mm × 18f；牵伸倍数为1.7-2.3；牵伸温度为60~90℃。7.根据权利要求1所述的一种具有光学屏蔽效果的光子纺织材料的制备方法，其特征在于：步骤五中，圆织机针号为30~36，速度为400~800 rpm。8.根据权利要求1所述的一种具有光学屏蔽效果的光子纺织材料的制备方法，其特征在于：步骤五中，所述辐射降温织物的厚度为0.38 mm。9.一种根据权利要求1所述的制备方法制备的具有光学屏蔽效果的光子纺织材料，其特征在于：采用改性纳米粒子与聚丙烯共混制备复合辐射降温母粒，采用熔融纺丝制成长丝，最后采用机织设备制成辐射降温织物，即得具有光学屏蔽效果的光子纺织材料，其中，所述光子纺织材料，紫外屏蔽率接近100%，在大气透明窗口透过率>95%，降温能力达15.2℃，透气量≥210mm/s。技术总结一种具有光学屏蔽效果的光子纺织材料及其制备方法，光子纺织材料采用改性纳米粒子与聚丙烯共混制备复合辐射降温母粒，采用熔融纺丝制成长丝，最后采用机织设备制成辐射降温织物，即得具有光学屏蔽效果的光子纺织材料，本发明制得的光子纺织材料，不仅降温能力出众（紫外屏蔽率接近100%，在大气透明窗口（8~13μm）透过率>90%，最大被动辐射降温可达15.2℃），而且透气透湿性能优异（透气量≥210mm/s），达到了节能目的同时兼具服用舒适性。技术研发人员：崔丽娜,邱夷平,黄灿艺,刘文勇,林温娜,张银佳受保护的技术使用者：泉州师范学院技术研发日：技术公布日：2024/8/27