纺织品抗紫外隔热涂层研究进展yd19106
薛如意 鞠剑峰 徐山青
基金项目：教育部留学人员科研基金(教育部留学回国人员科研启动基金，鳊号2014-1685)；江苏省教育厅自然科学研究项目(江苏省自然科学基金，鳊号13KJBl50032)
作者简介：薛如意，女，1990年生，硕士在读，主要从事纳米材料的制备及性能研究。
作者单位：薛如意、鞠剑峰.徐山青，南通大学纺织服装学院；鞠剑峰，南通大学化学化工学院。
原载：纺织导报2015/12；86-89
【摘要】介绍了纺织品抗紫外、隔热涂层国内外的研究进展，简述了其抗紫外、隔热原理、涂层整理方法以及纳米材料在抗紫外、隔热涂层中的应用，展望了纺织品抗紫外、隔热涂层的研究趋势。
【关键词】纳米材料；抗紫外；隔热；涂层；纺织品
【中图分类号】TSl95.5 文献标志码：A
随着人们生活水平的提高，户外活动不断增多，由于户外环境复杂多变，对功能性纺织品的需求不断增加，其中具有抗紫外、隔热功能的纺织品就是重要的一种，此类纺织品通过涂覆抗紫外、隔热涂层来实现。
抗紫外、隔热涂层中最重要的是具有吸收或反射紫外光、热量的纳米粉体材料。纳米材料具有小尺寸效应、量子尺寸效应等特性，使得其具有一些优异性能。如纳米材料的量子尺寸效应等使其对某种波长及各种波长的光吸收带有蓝移和宽化现象，因此起到抗紫外效果。当光照射到纳米材料表面时，纳米材料吸收一部分热能，同时，部分红外及可见光被反射，因此添加这类纳米材料可以发挥隔热作用。借助于涂层技术，在涂层中添加纳米材料，可获得具有抗紫外、隔热性能的功能性纺织品，目前涂层中添加的无机纳米材料主要有纳米TiO2、ZnO、A1203、Si02等。
1 纺织品抗紫外、隔热涂层制备方法及原理
1.1 涂层整理
涂层整理是指在织物表面均匀地涂敷l层或多层高分子成膜物质，使其产生不同功能的一种表面加工技术。涂层可以改变织物外观，改变织物风格，增加织物功能。抗紫外、隔热涂层就是其中一种。
涂层剂的种类不同，它的性能也不同。从化学结构方面，常见的涂层剂包括聚氯乙烯树脂(PVC)、聚丙烯酸酯涂层剂(PA)、聚氨酯涂层剂(PU)、天然橡胶和合成橡胶涂层剂。按使用的介质，可分为溶剂型和水分散型。其中PA和PU是两种常用的涂层剂。PA涂层剂优点是耐日光和气候牢度好，不易泛黄；透明度和共溶性好，有利于生产有色涂层产品；耐洗性好，粘着力强；成本较低。其缺点是弹性差，易折皱；表面光洁度差；手感难以调节适度。PU涂层剂的优点是涂层柔软并有弹性;涂层强度好，可用于很薄的涂层；涂层多孔性，具有透湿和通气性能；耐磨、耐湿、耐干洗。其缺点是成本较高；耐气候性差；遇水、热、碱要水解。PU涂层剂是当今发展的主要种类，虽然其耐寒性差、手感不爽、弹性低，但由于成本较低，目前仍被广泛使用。PU涂层剂主要用于高档产品和出口品种，目前聚氨酯涂层剂多以溶剂型为主。织物的涂层方法主要包括直接涂层、转移涂层、凝固涂层、泡沫涂层和层压等。涂层整理目前存在的主要问题是整理时采用的分散介质大部分为有机溶剂，具有易燃、有毒、价格较高等缺点，发展以水为分散介质的涂层剂是目前的发展方向。
1.2 抗紫外隔热原理
一束光照射到织物上时，常发生吸收、透过、反射等3种现象，即一部分被织物吸收，一部分在织物表面反射，其余则透过织物。抗紫外线原理是利用具有抗紫外性能的纳米粉体材料添加到涂料中并对织物进行整理，当光辐射到织物上时，小部分透过织物，绝大部分被纳米粉体材料反射或吸收。隔热机理可以分为阻隔型、反射型、辐射型。其中反射型研究最多，作用机理是反射可见光和近红外光区的辐射能。
1.3 抗紫外涂层的制备
纳米TiO2是一种无毒、成本低廉、来源丰富、化学稳定性和光稳定性高、光散射力强、紫外线屏蔽性好的白色粉末，作为功能粒子通过涂层整理的方法粘附到织物上，可以提高织物的抗紫外、隔热性能。李光等通过原位聚合制备TiO2／PET复合材料，考察了TiO2含量对UV吸收性能的影响，TiO2／PET复合材料在350～380 nm处UV吸收性能随着TiO2含量的增加而变大，热稳定性变化不大。徐小峰等利用溶胶凝胶技术，制得纳米TiO2水溶胶，并对棉织物进行抗紫外整理，结果经过整理的织物
抗紫外性能好，还表现出一定拒水性能和抗静电性能。Darka等制备了用海藻酸盐／TiO2改性的涤纶织物，通过整理过的涤纶织物的UPF值来评估紫外线防护等级。
纳米ZnO是研究及应用较多的另一种纳米粉体材料，目前广泛应用于防晒霜。陶冶制备了纳米ZnO溶胶并应用于锦纶织物的抗紫外整理，实验表明，经整理织物抗紫外性能明显提高。G.Broasca等制备了表面覆着有ZnO的涤纶织物，ZnO的最佳量是3％～5％，经过处理的涤纶织物有良好抗紫外性，其织物的机械性能未改变。A.E1.shafei等在不同温度下制备了ZnO／羟甲基壳聚糖纳米复合材料，再将这种物质通过轧烘焙整理到棉织物上，整理过的棉织物表现出良好的抗紫外性能。
SiO2纳米粉体材料的研究及应用较少，且一般为复合粉体材料。Weibin Bai等通过溶胶-凝胶法制备了漆酚甲醛聚合物／多羟基丙烯酸树脂／SiO2纳米复合材料，通过1 000 h抗紫外测试，结果表明，制备的纳米复合材料有良好的抗紫外性能，并且当SiO2含量达到5 wt.％时，纳米复合材料表现出最佳的抗紫外性。Jaroenworaluck A等用溶胶-凝胶法合成了介孔结构的SiO2凝胶，再掺杂TiO2纳米颗粒。结果表明，TiO2浓度，颗粒大小，表面特性和紫外吸收程度有关。
这些纳米粉体材料虽然研究较多，但是还存在使用时易团聚的缺点，不能发挥纳米颗粒的特性。如果对纳米颗粒进行表面改性，使用时纳米颗粒不易团聚，就可以改善复合涂层的均一性，提高其抗紫外、隔热性能。
J.Zabret等将采用SiO2／A1203进行表面改性的纳米TiO2作为添加剂加入聚丙烯酸复合涂层中，并测定其分散性能和抗紫外性能，结果，添加了SiO2／A12O3表面改性的纳米TiO2的聚丙烯酸复合涂层具有更好的粒子分散性能和抗紫外性能。李鑫伟等将用硅烷偶联剂KH-550表面改性的TiO2添加于氟碳涂料中制成复合涂料，改性后的纳米TiO2分散性好，具有较好的抗紫外性能。J.Godnjavec等为了提高TiO2纳米颗粒在丙烯酸水性涂料中的分散性，通过两步表面改性，先在TiO2表面用A12O3，改性，再用多面体低聚硅氧烷改性，能大大提高TiO2的分散性，减少因TiO2团聚而对紫外线吸收率低的现象。李红等采用阴离子表面活性剂和偶联剂对纳米ZnO分散处理，再整理到亚麻织物上，发现纳米ZnO分散体系稳定性好，而且整理过的亚麻织物抗紫外性能明显提高。这些研究表明，对纳米颗粒进行表面改性是提高涂层抗紫外性能的重要手段。
1.4 隔热涂层的制备
陈克宁等以聚氨酯为粘合剂，TiO2为功能粒子，采用涂层方法制备高性能的隔热涂层织物。结果表明，涂层织物的隔热性能和机械性能均较好。王科林等以TiO2为功能粒子，采用涂层的方法制备了隔热性能较好的TiO2涂层织物，结果表明，涂层后，织物的隔热性能明显提高了。李娜等制备了单分散球形SiO2颗粒，通过浸轧工艺将其用于棉织物红外反射隔热整理中，利用FTIR、TEM等手段对样品进行表征，结果表明：整理后的织物在红外辐射下升温速度缓慢，且比未整理织物表面温度低，使织物具有隔热、凉爽性能。
李明珠等研制了以纳米TiO2相变微胶囊作为功能填料的新型纺织品用隔热降温涂料，将其用于户外纺织品涂层整理。经模拟阳光照射120 min，布下平均温度在23～26℃，最大温差达23℃，满足应用要求。Lu等制备了混有掺锑SnO2的水性聚氨酯隔热涂层，在复合涂层中掺锑SnO2能吸收红外线，测试结果表明：在光照条件下，涂层玻璃表面温度升高，但测量箱内部温度降低1 7.5℃。Yu Zhang等通过沉淀法合成掺A1的ZnO纳米花和纳米棒，再将它们混入丙烯酸树脂中合成复合涂层，结果表明涂层有一定的隔热性能。Xiao等使用溶胶凝胶法制备TiO2／SiO2壳核纳米粒子填料，再将这种功能填料加入涂层中，结果表明加入TiO2／SiO2壳核纳米粒子的涂层隔热效果明显提高了。许辉等制备了以SiO2气凝胶为功能填料的透明隔热涂料，结果表明，该隔热涂料有良好的隔热性能及化学稳定性。
隔热涂层中添加的纳米颗粒也存在团聚问题，为提高涂层隔热性能，改善纳米颗粒团聚，不少研究者也进行了一些研究。卢斌等制备了用稳定剂改性的SiO2气凝胶透明隔热涂料，实验表明SiO2气凝胶颗粒分散均匀，同时具有较好的隔热效果。王科林等通过试验用十二烷基苯磺酸钠对TiO2表面改性，提高TiO2粉体在聚氨酯隔热涂料中的分散性和稳定性，结果证实改性后的TiO2在聚氮酯隔热涂料中的分散稳定性及其涂层织物的隔热性能均有不同程度的提高。
气凝胶被认为是最有前景的高性能隔热材料之一，与传统的隔热材料相比，因为其导热系数下降至13 mW·m-1·K-1，所以表现出显著的隔热性能，但气凝胶本身的脆性及SiO2气凝胶对高温环境中红外线高透过率的缺陷，限制了它的应用范围，若在气凝胶中掺入遮光剂就能改善这些情况。如赫晓东等制备不同含量碳纳米管的SiO2气凝胶隔热材料，在一定程度上SiO2气凝胶的脆性得到改善，孔径也变小且均匀分布。张贺新等以K2Ti6O3为红外遮光剂，采用溶胶-凝胶法制备了K2Ti6O3-SiO2气凝胶纳米孔复合隔热材料，结果表明K2Ti6O3-SiO2复合材料红外透过率随晶须含量的增加而减少。
1.5 抗紫外、隔热涂层的制备
范立红等利用纳米无机氧化物(TiO2和ZnO)对大豆蛋白织物进行防紫外线复合涂层整理，性能测试表明，整理后的大豆蛋白织物不但具有优良的抗紫外功能，还有优良的抗红外及隔热效果。王书忠等研究了无机纳米粒子／丁苯胶乳复合技术的研究，结果证明纳米CaCO3和纳米ZnO都有隔热功能，而且ZnO还具有防紫外老化功能。盛振宏等通过液相法制备出高效阻隔红外和紫外辐射的环保涂层材料，涂敷在玻璃上，测得膜层紫外线屏蔽率为75.7％，红外阻隔率为92％。
Teng等将对苯二甲酸乙二醇酯和抗紫外剂(TiO2和偶氮亚胺基苯的衍生物)混合，再纺成改性涤纶织物，结果表明改性涤纶织物的透射比在UVB波段内小于10％，能有效屏蔽紫外线，同时其具有良好的隔热性能。官文超等分别制备了富勒烯衍生物C60／丙烯酸／丙烯酸丁酯无皂乳液和C60／聚-2-丙烯酰胺-甲基丙磺酸，水溶性C60衍生物在阻隔红外和紫外的环保涂料上有很大潜力。朱超等用高分子模板制备Y2O3功能性复合薄膜，证明其有优异的抗近红外和抗紫外线的性能。李伟博等制备掺铝氧化锌纳米粉体，将其表面改性后，与聚乙烯醇缩丁醛共混后得到复合薄膜，当铝掺杂量为2％时，复合薄膜紫外线透过率最大，近红外透过率最低。刘颖等用激光沉积法在玻璃表面制备了TiO2薄膜，结果表明薄膜对紫外和近红外的阻率分别为大于70％和大于20％。
2 隔热抗紫外涂层织物的发展研究趋势
隔热抗紫外涂层织物应向功能型多功能化产品发展。织物在获得抗紫外隔热性能的同时还具有自清洁、拒水拒油、抗菌、防静电等性能，以满足市场需求。
隔热抗紫外涂层织物应该向绿色环保化方向发展。PU涂层所用的溶液大都是溶剂型的，以有机溶剂为主，对操作者危害较大，易燃易爆，还具有污染环境，溶剂回收难等问题。研究完全水分散的涂层剂是当前发展发展趋势，其中，水性聚氨酯是以水为分散介质的新型聚氨酯体系，具有无污染、安全可靠等优点，将其用于隔热抗紫外涂层织物整理，是一种新的发展方向。
隔热抗紫外涂层织物应向智能化发展。智能化是集感知、驱动和信息处理于一体，具备自感知、自诊断、自适应、自修复等智能性功能。例如防水透气织物，是指织物既能防雨防风，又能排汗、透气、穿着舒适，任穿着过程中使水在一定压力下不浸透织物，而人体散发的汗液等却能以水蒸汽的形式通过织物传导到外界，而不在人体表面与织物之间冷凝积聚，保持穿着者干爽、温暖。若能将隔热抗紫外和防水透气这几大功能结合干一体，这种智能化织物将具有更大发展前景。
隔热抗紫外涂层织物还应该向具有特殊功能的方向发展。例如，电磁辐射是人类健康的第4大危害，人们几乎时刻处在电磁辐射的环境中，如果开发出具有电磁波屏蔽作用等特殊功能的隔热抗紫外涂层织物，将具有较大的应用前景。
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