一种高效辐射制冷纤维及其制备方法技术

本申请提供了一种高效辐射制冷纤维，由改性纳米无机粒子、高导热材料、分散剂和成纤树脂共混后熔融挤出并纺丝制成，所述纳米无机粒子的折射率为1

【技术实现步骤摘要】
一种高效辐射制冷纤维及其制备方法


[0001]本专利技术涉及功能纤维制造
，D01F1/10，尤其涉及一种高效辐射制冷纤维及其制备方法。

技术介绍

[0002]夏季由于强烈的太阳辐射与热岛效应使建筑物和室外织物的温度大幅提升，不仅降低了人体衣物的穿着舒适度，还对人体健康有着致命威胁，因此，人们对具备降温功能的纺织品需求愈发增加。现有降温功能的纺织品大多是在纺织品表面设置功能镀层，但是这种镀层不仅会降低纺织品的透气性和柔软性，其还存在不耐磨和不耐水洗的问题，导致纺织品制冷功能的持续性表现较差。
[0003]人体主要有三种散热方式：20％左右为蒸发散热，40％左右为辐射散热，30左右为热传导散热；根据以上散热原理，人们研发了以宇宙空间(约3K)为自然散热器，通过大气窗口(8
‑
13μm)将地球的温度(约300K)产生的热量辐射向外太空的辐射制冷纤维，完全被动制冷的辐射制冷方法相比于主动制冷，不需热能或者电能驱动的同时还减少电能的使用，形成能源节约的正向循环，符合中国社会绿色发展的目标，具有更广泛的应用前景，是一种节能环保的新方法。
[0004]辐射纤维都是采用高发射率的微球或微米颗粒，基于所选择的辐射粒子与聚合物基体复合成纤维而实现其降温效果的。中国专利CN110685031A公开了一种辐射制冷纤维及其制备方法、应用，通过对基体材料和不同的功能填料复配及优化，其面料对可见光和近红外光的反射率≥60％，在7
‑
14μm波段的发射率≥80％，但是其对太阳光波段的反射效果存在缺陷，并没有很好的日间辐射制冷效果，且生产效率也不理想。中国专利CN 111575823 A公开了一种辐射制冷纤维的设计方法以及该辐射制冷纤维，其通过设计预定的材料和纤维厚度范围，确定填充粒子的最佳粒径提高太阳光谱反射效率，但是该技术中纤维的力学强度不能满足需求，工艺复杂，无法用于人体辐射制冷织物。
[0005]针对以上问题，制备出一种对太阳光反射高、日间制冷效果好、力学强度优异、制备工艺简单可实现工业化生产的高效辐射制冷纤维具有非常现实的意义。

技术实现思路

[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术首先提供了一种高效辐射制冷纤维，所述制冷纤维由改性纳米无机粒子、高导热材料、分散剂和成纤树脂共混后熔融挤出并纺丝制成。
[0007]进一步地，所述改性纳米无机粒子为经有机改性剂处理后的纳米无机粒子，具有辐射制冷功能；纳米无机粒子的折射率为1
‑
5，优选为1.4
‑
3。纳米无机粒子的加入可明显提高纤维对太阳光的反射率，但是异质纳米无机粒子的加入也会破坏成纤树脂所形成的网络交联结构的连续状态，纳米无机粒子添加量过多时会明显降低纤维的力学性能和柔软性，本申请通过控制无机纳米粒子的折射率以保证其最少加入量的情况下达到最佳的反射性能，降低无机纳米粒子和成纤树脂异质界面(过多)产生的力学性能下降的问题。
[0008]进一步地，所述纳米无机粒子选自Al2O3、Fe2O3、ZrO2、HfO2、Ta2O5、TiO2、SiC、Si3N4、铝酸钙、硅酸盐矿物、CaCO3、BaSO4、玉石粉体中的至少一种。
[0009]进一步地，所述硅酸盐矿物包括但不限于硅酸钙、硅酸锆、硅酸镁、硅酸镁钙、硅酸锰、铝硅酸钙、硅酸钙、硅酸铝中的至少一种。
[0010]优选地，所述纳米无机粒子包括硅酸盐矿物和TiO2；两者质量比为1：(0.5
‑
3)，更优选为1：2。
[0011]在一种优选的实施方式中，所述纳米无机粒子为硅酸铝和TiO2。
[0012]进一步地，所述TiO2为金红石型或锐钛矿型，优选为锐钛矿型。
[0013]进一步地，所述有机改性剂选自木质素磺酸盐、改性木质素磺酸盐、有机硅分子、C2
‑
C30的脂肪酸或C2
‑
C30脂肪酸酯、C8
‑
C20的烷基季铵盐、改性纤维素中的至少一种。
[0014]进一步地，所述木质素磺酸盐包括但不限于木质素磺酸钠、木质素磺酸钙、木质素磺酸镁、木质素磺酸钾中的至少一种。
[0015]进一步地，所述改性木质素磺酸盐包括但不限于羧基、羟基、氨基、巯基中的至少一种改性的木质素磺酸盐。
[0016]进一步地，所述有机硅分子为C6
‑
C18烷基三甲氧基硅烷或C6
‑
C18烷基三乙氧基硅烷，包括但不限于辛基三甲氧基硅烷、癸基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、癸基三乙氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷、十八烷基三乙氧基硅烷中的至少一种。
[0017]进一步地，所述C2
‑
C30的脂肪酸或C2
‑
C30脂肪酸酯，包括但不限于正辛酸、棕榈酸、月桂酸、油酸、十七烷酸、硬脂酸、二十五烷酸、丙二醇油酸酯、二硬脂酸酯、辛癸酸甘油酯中的至少一种。
[0018]进一步地，所述C8
‑
C20的烷基季铵盐包括但不限于十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵、二辛基二甲基氯化铵、双辛基癸基二甲基氯化铵中的至少一种。
[0019]进一步地，所述改性纤维素包括但不限于羟乙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、羧甲基羟丙基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙基羟丁基纤维素中的至少一种。
[0020]进一步优选地，所述有机改性剂为C2
‑
C30的脂肪酸或C2
‑
C30脂肪酸酯，更优选为棕榈酸、十七烷酸、硬脂酸中的任意一种。
[0021]进一步地，所述有机改性剂用量占纳米无机粒子重量的1
‑
15％，优选为3
‑
8％。
[0022]进一步地，所述改性纳米无机粒子的制备方法为：将有机改性剂和纳米无机粒子加入重蒸四氢呋喃中搅拌25
‑
40分钟，在氮气保护下加入N,N'
‑
二环己基碳酰亚胺和4
‑
二甲氨基吡啶后，于70
‑
80℃冷凝回流搅拌，反应48
‑
60h后过滤、干燥即可。
[0023]进一步地，所述N,N'
‑
二环己基碳酰亚胺和4
‑
二甲氨基吡啶的总重量为有机改性剂的2
‑
4％。
[0024]进一步地，所述改性纳米无机粒子的颗粒平均直径为100
‑
1200nm。
[0025]进一步地，所述改性纳米无机粒子占制冷纤维的0.1
‑
10wt％，优选为0.5
‑
7wt％，更优选为1
‑
5wt％。
[0026]进一步地，所述高导热材料的热导率为2
‑
400W/(m
·
k)；包括但不限于石墨粉、石墨烯、碳纳米管、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效辐射制冷纤维，其特征在于，所述制冷纤维由改性纳米无机粒子、高导热材料、分散剂和成纤树脂共混后熔融挤出并纺丝制成；所述改性纳米无机粒子为经有机改性剂处理后的纳米无机粒子，所述纳米无机粒子的折射率为1
‑
5，选自Al2O3、Fe2O3、ZrO2、HfO2、Ta2O5、TiO2、SiC、Si3N4、铝酸钙、硅酸盐矿物、CaCO3、BaSO4、玉石粉体中的至少一种。2.根据权利要求1所述的制冷纤维，其特征在于，所述纳米无机粒子包括硅酸盐矿物和TiO2；两者质量比为1：(0.5
‑
3)。3.根据权利要求1所述的制冷纤维，其特征在于，所述有机改性剂选自木质素磺酸、改性木质素磺酸盐、有机硅分子、C2
‑
C30的脂肪酸或C2
‑
C30脂肪酸酯、C8
‑
C20的烷基季铵盐、改性纤维素中的至少一种，优选为C2
‑
C30的脂肪酸或C2
‑
C30脂肪酸酯。4.根据权利要求1所述的制冷纤维，其特征在于，所述有机改性剂为棕榈酸、十七烷酸、硬脂酸中的任意一种。5.根据权利要求1所述的制冷纤维，其特征在于，所述高导热材料的热导率为2
‑
400W/(m
·
k)；在0
‑
1000℃的热膨胀系数为(0
‑
7)
×
10
‑6K
‑1，莫氏硬度为1
‑
10；选自石墨粉、氮化硼、氮化硅、氮化铝、碳化硅、氧化锌、氧化镁、二氧化硅、三氧化二铝中的至少一种。6.根据权利要求1所述的制冷纤维，其特征在于，所述高导热材料在0
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：杨军辉，孙光耀，李晓明，朱鹏，谢伟，徐毅明，
申请(专利权)人：江苏集萃功能材料研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：