制造耐用、防水且高效的辐射冷却微纤维涂层织物，用于户外遮蔽

《Progress in Organic Coatings》：Fabrication of durable, waterproof and efficient radiation cooling microfilaments coated fabric for outdoor sheltering

　　

彭璐|张恒|甄琦|关晓宇|翟倩|杨子强

中原理工大学智能纺织与纺织电子学院，中国河南省郑州市新郑县淮河路1号，451191

摘要

户外遮蔽对于个人防护及相关应用至关重要。然而，传统的聚烯烃基纺织品在机械性能和防雪性能方面仍存在局限性。在本研究中，通过纺粘-水缠结工艺制备了聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚酰胺6（PET/PA6）双组分微纤维非织造布，形成三维缠结的微纤维网络，随后涂覆聚偏二氟乙烯/氟碳防水剂@氧化铝（PVDF/C?F??@Al?O?）复合层，从而获得多功能织物。水缠结作用将连续纤维分裂成微纤维，形成平均孔径为43.5 μm、孔隙率为约94%的稳定多孔结构。涂层处理后，平均孔径减小至11.3 μm，同时保持了相互连接的多孔通道。优化后的结构使织物的机器方向拉伸强度从94.9 N提高到142.8 N，并保持了良好的透气性。这些涂层织物还表现出优异的防水性能，接触角超过140°，静水压力可达3839 Pa。此外，这些织物具有高太阳反射率（92.1%）和中红外发射率（96.2%），能够有效进行日间辐射冷却，与棉织物相比最大温度降低13.0°C。这些结果证明了涂层双组分微纤维织物在户外遮蔽和热调节应用中的巨大潜力。

引言

户外遮蔽对于救灾和人员安全至关重要，是民用和工业领域的重要防线。传统的户外遮蔽材料主要由聚烯烃基微纤维纺织品制成，如聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）[1]、[2]、[3]、[4]。虽然PP和PE因其低密度和天然防水性而受到青睐，但它们存在限制其长期使用的关键缺陷。具体来说，聚烯烃纺织品极易受到紫外线降解和固有脆性的影响；在持续阳光照射下会迅速分解，导致机械性能失效[2]、[5]、[6]。随着极端天气事件的频繁发生以及对高性能防护材料和长寿命需求的增加，开发兼具高机械强度和优异耐候性的户外遮蔽材料引起了广泛的研究兴趣[7]、[8]。

如今，聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚酰胺6（PET/PA6）双组分微纤维织物已成为一种可靠的替代品[9]、[10]、[11]、[12]。这些织物通过纺粘-水缠结复合非织造工艺制备，其中连续的双组分PET/PA6纤维被挤出并铺展在网状基材上，然后通过高压水射流分裂成微纤维。这种独特的制造工艺赋予了微纤维织物高比表面积、高孔隙率和交织结构，为户外应用提供了巨大潜力。然而，未经处理的PET/PA6微纤维织物存在固有的弱点：缺乏足够的液体阻隔性能和较低的太阳反射率，这使得它们在极端环境中的热管理和防潮效果较差。因此，同时提高PET/PA6微纤维织物的超疏水性能和高效辐射冷却能力仍是功能性户外遮蔽纺织品领域的重要挑战。

最近，各种表面涂层技术已被成功应用于赋予纺织品多种功能[13]、[14]、[15]、[16]。傅等人[17]通过刀片涂层工艺在聚酯织物表面制备了聚偏二氟乙烯/热塑性聚氨酯/二氧化硅（PVDF/TPU/SiO?）复合涂层。由于PVDF本身具有较低的表面能，所得涂层表现出明显的疏水性，使改性织物具有超疏水自清洁性能，接触角达到155°。魏等人[18]通过浸涂工艺在织物表面制备了氧化铝/纤维素（Al?O?/CEL）醋酸酯复合涂层。通过Al?O?纳米粒子的光散射效应和聚合物基质的红外振动模式，改性织物实现了80%的太阳反射率和97%的中红外发射率，从而实现了高效的辐射冷却。这些研究表明，优化涂层配方是同时提高液体阻隔性和热管理性能的可行方法。因此，将功能性涂层应用于高强度微纤维基底为开发下一代户外遮蔽材料提供了有前景的途径。

在本研究中，使用PET/PA6双组分微纤维非织造布作为基底，PVDF/C?F??@Al?O?复合溶液作为涂层剂，制备了多功能涂层织物。研究了制备的涂层织物的形态、光学性能、辐射冷却性能、防水性能、透气性和机械性能，以评估其作为耐用且具有热管理能力的户外遮蔽材料的可行性和应用潜力。

章节片段

材料

PET/PA6双组分微纤维织物的单位面积质量为60 g/m2，厚度为0.5 mm。PVDF购自东莞市双福塑料贸易有限公司（中国东莞）。氟碳防水剂（C?F??）（NW-PA，Texnology）的pH值为4.5，购自广州市连庄科技有限公司（中国广州）。粒径为500 nm的Al?O?购自上海中业新材料有限公司（中国上海）。无水乙醇购自天津...

形态特征

图2展示了不同PVDF固含量涂层PET/PA6双组分微纤维织物的表面和横截面SEM图像。图2a–c分别显示了PVDF固含量为1 wt%、3 wt%和5 wt%的样品的低倍率表面形态。所有涂层织物都保持了相互连接的纤维网络，表明涂层处理没有破坏双组分微纤维的原始三维结构。

结论

本研究通过纺粘-水缠结工艺制备了具有三维缠结微纤维网络的PET/PA6双组分微纤维织物，并随后涂覆PVDF/C?F??@Al?O?复合层，获得了具有防水、透气和辐射冷却性能的多功能织物。涂层调节了孔结构，同时保持了纤维框架，导致厚度增加、孔隙率降低和平均孔径减小。

作者贡献声明

彭璐：撰写——初稿，正式分析。张恒：撰写——审阅与编辑，正式分析。甄琦：资源获取，数据管理。关晓宇：概念构思。翟倩：数据管理。杨子强：监督。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（52573068）、河南省高校科技创新人才（24HASTIT011）和中原理工大学（K2025ZDPY02、K2023YXRC01）的支持。