一种用于水收集的辐射制冷复合纤维及织物、及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种辐射制冷复合纤维及织物、及其制备方法。本发明专利技术的辐射制冷复合纤维的制备方法，包括以下步骤：将无机微纳米颗粒和聚合物基底材料混合得到复合材料；将复合材料加工成纤维预制棒；将纤维预制棒进行热拉制即得辐射制冷复合纤维。本发明专利技术的制备方法，利用无机微纳米颗粒进行掺杂，最大程度提升降温效果，在太阳辐射波段具有高反射率，在红外波段具有高发射率，具有优异的日夜辐射制冷性能；本发明专利技术利用亲水聚合物对热拉制和热压印得到的具有表面微结构的辐射制冷复合纤维进行亲水改性，获得超亲水辐射制冷复合纤维及其织物；该纤维编制品在表现出优异的水收集能力的同时，兼具良好的力学性能。兼具良好的力学性能。兼具良好的力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种用于水收集的辐射制冷复合纤维及织物、及其制备方法


[0001]本专利技术涉及辐射制冷
，尤其涉及一种辐射制冷复合纤维及织物、及其制备方法。

技术介绍

[0002]大气可以被认为是一个巨大的可再生的蓄水池，可以在地球上任何地方充当水源。空气中的水量估计为14000km3，而地球上的淡水量约为1200km3。露水是由于大气水蒸气在低于露点温度的表面凝结而形成的水滴。露水可被视为一种非常规水源，可在气候条件有利于结露、供水不足和水质普遍存在问题的地区开采。尽管在许多天气条件有利于露水形成的地方，潜在的可提取淡水量很大，但现有的露水收集系统普遍存在集水效率较低的缺陷，这表明露水收集是一种未充分开发的提供优质水的替代方案。辐射式(也称为无源式)露水收集系统是一种主流的露水收集系统，该类系统利用产生露水的物理过程来收集露水，无需任何额外的能量输入。
[0003]辐射制冷技术通过材料的选择和结构的设计，可以使物体在太阳辐射0.3μm～2.5μm波长范围实现高反射率，极大阻挡通过太阳辐射的热量输入；在大气窗口，8μm～13μm波段内实现高发射率，从而将物体的热辐射损失最大化进而达到降低温度的目的。采用这一技术可以极大提升辐射式露水收集系统的收集效率。
[0004]鉴于广阔的应用前景，寻找性能更佳的辐射式露水收集系统的表面材料一直以来便是研究人员和工程师们关注的热点问题。例如，现有技术公开了利用聚乙烯(PE)箔进行露水收集。但因为聚乙烯本身在红外波段的高透过率，其制冷原理需要被制冷表面本身在红外光波段具有高发射率，难以高效实现辐射制冷。另外，聚乙烯本身具有一定的疏水性，相比亲水材料其较大的接触角阻碍了露水凝结的成核过程，影响露水收集效果。例如现有技术还公开了以二氧化钛(TiO2)为主的白色涂料涂覆在聚氯乙烯(PVC)箔上，大大提高了辐射制冷性能。尽管二氧化钛(TiO2)在红外区发射率很高，但并不能完全覆盖整个8μm～13μm的波段大气窗口。现有技术还公开了一种水汽捕捉装置，其中包括波浪形水汽凝结面。该水汽凝结面由疏水的辐射制冷材料聚四氟乙烯(PTFE)为基板；波浪形水汽凝结面的凸起部为亲水凸起部，由纳米二氧化硅、金属或玻璃等亲水材料覆盖于基板得到；其低凹部为疏水低凹部，即基板本体；其工作原理为亲水凸起部捕捉到的水汽形成水珠后转移到疏水低凹部，并沿疏水低凹部传输至储水装置中。该水汽凝结面结构简单，同时尝试解决辐射制冷和露水传输两方面的问题，但缺乏对亲水材料和辐射制冷材料的优选，存在进一步提升的空间。且整个波浪形水汽凝结面为刚性结构，质量较大，布置与构造较为复杂，不适宜大规模制备。
[0005]综上所述，现有辐射式露水收集系统的冷凝表面材料难以兼具优良的辐射制冷性能和亲水性，刚性结构布置复杂且维护困难。所以，现缺乏一种超亲水辐射制冷纤维的制备技术，在达到优异的辐射制冷性能和亲水性的同时兼具良好的机械性能，并制备得到适用于表明冷凝的纺织品。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提出了一种辐射制冷复合纤维及织物、及其制备方法，以解决或部分解决现有技术中存在的问题。
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种辐射制冷复合纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0008]将无机微纳米颗粒和聚合物基底材料混合得到复合材料；
[0009]将复合材料加工成纤维预制棒；
[0010]将纤维预制棒进行热拉制即得辐射制冷复合纤维；
[0011]其中，所述聚合物基底材料为热塑性材料；
[0012]所述无机微纳米颗粒包括二氧化钛、二氧化硅、氧化锌、碳化硅、氮化硅、硫化锌、氧化铝、氧化镁、氧化铁、氮化硼、硫酸钡、碳酸钡、硅酸铝中的至少一种。
[0013]优选的是，所述的辐射制冷复合纤维的制备方法，所述聚合物基底材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯、聚酰胺、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯硫醚、聚丁烯对苯二酸酯、聚醚醚酮、聚砜、聚碳酸酯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯酸丁酯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸乙酯、间苯二甲酸酯磺酸钠共聚物、丙烯酸酯共聚物、聚对苯二甲酸丙二酯、聚乙烯醇、氟树脂改性的聚甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯树脂、聚乙烯醇缩乙醛、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸丁酯中的至少一种。
[0014]优选的是，所述的辐射制冷复合纤维的制备方法，将纤维预制棒进行热拉制即得辐射制冷复合纤维，其中，热拉制温度为25～600℃，张力为0～500g。
[0015]优选的是，所述的辐射制冷复合纤维的制备方法，将复合材料加工成纤维预制棒的具体方法包括热压法、套管法、薄膜卷绕法、热固法、熔融挤出法、3D打印和机械抛光切割中的一种。
[0016]优选的是，所述的辐射制冷复合纤维的制备方法，将纤维预制棒进行热拉制之前，还包括对纤维预制棒的表面进行热压印，得到具有表面微结构的纤维预制棒。
[0017]优选的是，所述的辐射制冷复合纤维的制备方法，将纤维预制棒进行热拉制得到辐射制冷复合纤维后，还包括使用亲水聚合物溶液对辐射制冷复合纤维进行亲水改性，其中，所述亲水聚合物包括聚多巴胺、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚氨脂、聚乙二醇、聚醚多元醇、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。
[0018]优选的是，所述的辐射制冷复合纤维的制备方法，所述无机微纳米颗粒的粒径为0.01～30μm，所述复合材料中无机微纳米颗粒的掺杂浓度为0.1～50vol.％。
[0019]优选的是，所述的辐射制冷复合纤维的制备方法，所述亲水聚合物溶液的质量浓度为0.1～50％。
[0020]优选的是，所述的辐射制冷复合纤维的制备方法，所述辐射制冷复合纤维的直径为1～3000μm。
[0021]第二方面，本专利技术还提供了一种辐射制冷复合纤维织物，采用所述的制备方法制备得到的辐射制冷复合纤维加工得到。
[0022]本专利技术的一种辐射制冷复合纤维的制备方法，相对于现有技术具有以下有益效果：
[0023]1、本专利技术的辐射制冷复合纤维的制备方法，利用二氧化钛、二氧化硅、氧化锌等无机微纳米颗粒进行掺杂，最大程度提升降温效果，在太阳辐射波段具有高反射率，在红外波
段具有高发射率，具有优异的日夜辐射制冷性能；
[0024]2、本专利技术的辐射制冷复合纤维的制备方法，利用亲水聚合物对热拉制和热压印得到的具有表面微结构的辐射制冷复合纤维进行亲水改性，获得超亲水辐射制冷复合纤维及其织物；通过热拉制和直接热压印技术结合，可制备出具有多种复杂表面微结构的复合纤维；该纤维编制品在表现出优异的辐射制冷性能和亲水能力的同时，兼具良好的力学性能，可大面积织造，且制备简便，成本可控，适合工业大规模生产。生产厂商可根据目标需求，完成不同表面微结构的纤维设计。本专利技术的制备方法简单，可连续大规模制备，适合工业放大应用，同时可根据实际需要设计不同的材料。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种辐射制冷复合纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将无机微纳米颗粒和聚合物基底材料混合得到复合材料；将复合材料加工成纤维预制棒；将纤维预制棒进行热拉制即得辐射制冷复合纤维；其中，所述聚合物基底材料为热塑性材料；所述无机微纳米颗粒包括二氧化钛、二氧化硅、氧化锌、碳化硅、氮化硅、硫化锌、氧化铝、氧化镁、氧化铁、氮化硼、硫酸钡、碳酸钡、硅酸铝中的至少一种。2.如权利要求1所述的辐射制冷复合纤维的制备方法，其特征在于，所述聚合物基底材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯、聚酰胺、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯硫醚、聚丁烯对苯二酸酯、聚醚醚酮、聚砜、聚碳酸酯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯酸丁酯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸乙酯、间苯二甲酸酯磺酸钠共聚物、丙烯酸酯共聚物、聚对苯二甲酸丙二酯、聚乙烯醇、氟树脂改性的聚甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯树脂、聚乙烯醇缩乙醛、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸丁酯中的至少一种。3.如权利要求1所述的辐射制冷复合纤维的制备方法，其特征在于，将纤维预制棒进行热拉制即得辐射制冷复合纤维，其中，热拉制温度为25～600℃，张力为0～500g。4.如权利要求1所述的辐射制冷复合纤维的制备方法，其特征在于，将复合材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶光明，吴嘉威，苏敏钰，
申请(专利权)人：武汉佰钧城软件园发展有限公司，
类型：发明
国别省市：