热管理织物及其制备方法和应用

本发明属于功能性织物，具体地，涉及一种热管理织物及其制备方法和应用。

背景技术：

1、用于人体和环境热管理的传统加热和冷却技术会通常产生大量能源消耗。然而，太阳能加热和辐射制冷正在成为一种无需额外能源消耗的可持续热管理技术。具体来说，太阳能加热依靠物体对太阳光谱(300μm-2500μm)的高光谱吸收来实现出色的光热转换。另一方面，由于材料中化学键的随机旋转和振动跃迁会引起无处不在的热辐射，因此白天的辐射冷却可通过放大物体在长波红外(lwir)大气传输窗口(即8μm-13μm)的传出热辐射，同时减少其对太阳光的吸收来实现。基于金属、半导体、天然材料和聚合物的辐射冷却技术已被大量提出，然而，这些技术只能对多变的天气条件产生单一影响，无法实现双向温度调节的加热和冷却功能。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种热管理织物及其制备方法和应用。该热管理织物可以根据外界环境的变化进行有效的低温环境加热和高温环境制冷的双向温度调节的热管理功能。

2、在本发明的第一方面，本发明提供了一种热管理织物，根据本发明的实施例，该热管理织物包括织物本体和负载在所述织物本体上的功能材料，所述功能材料包括石墨烯、相变颗粒和硫酸钡颗粒，所述石墨烯包覆在所述相变颗粒的至少部分表面上。

3、根据本发明的实施例，本发明的热管理织物中，将石墨烯包覆的相变颗粒和硫酸钡颗粒负载在织物本体上，在外界环境温度变化过程中，相变颗粒内部的化学键发生断裂和组合，从而实现能量的储存和释放，同时在化学键发生变化过程中相变颗粒的颜色也会发生黑白转化，即在温度较高时(大于相变材料的临界温度)，相变颗粒可以吸收热量并储存在材料内部，实现对织物的降温，并且此时相变颗粒呈白色，进而可以使织物呈白色，从而能够反射95％的可见光，有利于进一步降低织物的温度；在温度较低时(小于相变材料的临界温度)，相变颗粒可以释放热量，实现对织物的加热，并且此时相变颗粒呈黑色，进而可以使织物呈黑色，从而能够有效吸收太阳光，有利于进一步提高织物的温度。此外，本发明还在织物上负载硫酸钡颗粒，在温度较高时，白色的硫酸钡颗粒一方面可以具有较高的可见光反射率(＞98％)，另一方面其在大气窗口(8μm-13μm波段)具有较高的发射率(＞97％)，从而可以通过辐射制冷实现织物的降温，配合相变颗粒的降温作用可以使织物的温度进一步降低。进一步地，本发明中采用石墨烯将相变颗粒进行包覆，石墨烯具有良好的紫外线吸收效果，能够避免相变颗粒以及织物在太阳光波段紫外线的直接照射，有效的避免了相变颗粒的老化，同时也避免了织物遮挡的人体或物体受到紫外线的照射，从而使织物具有更长的使用寿命和防紫外线能力。由此，本发明的热管理织物可以有效地实现低温环境加热和高温环境制冷的双向温度调节的热管理功能，并且该热管理织物还具有较好的防紫外线能力和长期稳定性，可以具有较长的使用寿命。

4、另外，根据本发明上述实施例的热管理织物还可以具有如下附加的技术特征：

5、根据本发明的实施例，所述石墨烯和所述相变颗粒的质量之和与所述硫酸钡颗粒的质量比为(0.5-2.5)：(1.5-3.5)。由此，可以更好地实现对热管理织物的加热和降温，使其具有较好的热管理功能。

6、根据本发明的实施例，所述相变颗粒包括：2-苯胺基-6-(二丁基氨基)-3-甲基荧烷和结晶紫内酯中至少之一。由此，可以较好地实现相变颗粒对织物的加热和降温作用。

7、根据本发明的实施例，所述相变颗粒的体积平均粒径dv50为500nm-10μm。由此，可以更好地使用石墨烯对相变颗粒进行包覆，并且可以使相变颗粒更加均匀地负载在织物本体上。

8、根据本发明的实施例，所述硫酸钡颗粒的体积平均粒径dv50为300nm-2μm。由此，上述尺寸的硫酸钡颗粒具有最强的散射效率，负载在织物本体上后，有助于实现较高的太阳光反射率，从而可以更好地实现对织物的降温作用。

9、在本发明的第二方面，本发明提供了一种制备上述热管理织物的方法，根据本发明的实施例，该方法包括：(1)将表面处理剂和相变颗粒分散在第一溶剂中，加热后过滤，得到表面带有阳离子的相变颗粒；(2)将所述表面带有阳离子的相变颗粒和石墨烯粉末加入到水中，搅拌分散，然后过滤，得到石墨烯包覆的相变颗粒；(3)将所述石墨烯包覆的相变颗粒、硫酸钡颗粒和粘结剂加入到第二溶剂中，搅拌分散，得到功能材料混合液；(4)将所述功能材料混合液施加于织物本体上，干燥后得到所述热管理织物。

10、根据本发明的实施例，本发明的制备方法中，首先通过表面处理剂在相变颗粒表面上引入阳离子，然后再采用石墨烯对表面带有阳离子的相变颗粒进行包覆，可以使石墨烯更加均匀且稳定地包覆在相变颗粒表面，之后在将石墨烯包覆的相变颗粒与硫酸钡颗粒和粘结剂进行混合得到功能材料混合液并施加于织物本体上，通过粘结剂的粘附作用可以使石墨烯包覆的相变颗粒和硫酸钡颗粒稳定地负载在织物表面。由此，通过本发明的上述方法制备得到的热管理织物可以实现在低温环境下加热和高温环境下制冷的双向温度调节的热管理功能，同时具有较好的防紫外线能力，此外，该方法得到的热管理织物还具有较好的稳定性，可以实现长时间稳定性应用，并且可以经过多次水洗和机洗而不失去热管理功能。

11、另外，根据本发明上述实施例的制备热管理织物的方法还可以具有如下附加的技术特征：

12、根据本发明的实施例，在步骤(1)中，所述表面处理剂和所述相变颗粒的质量比为1:(5-20)。由此，可以在相变颗粒表面引入适当的阳离子，从而使石墨烯可以均匀稳定地包覆在相变颗粒表面，最终使得制备得到的热管理织物具有较好的稳定性和较佳的防紫外线能力。

13、根据本发明的实施例，在步骤(1)中，所述表面处理剂包括2,2'-偶氮双(2-甲基丙脒)二盐酸盐、偶氮二异丁腈、偶氮二异丁酸和过氧化苯甲酰中的至少之一。

14、根据本发明的实施例，在步骤(1)中，所述加热的温度为50℃-80℃。

15、根据本发明的实施例，在步骤(1)中，所述加热的时间为3h-6h。

16、根据本发明的实施例，在步骤(2)中，所述表面带有阳离子的相变颗粒和所述石墨烯粉末的质量比为2:1-1:2。由此，可以在相变颗粒表面适量且均匀地包覆上石墨烯，使得制备得到的热管理织物具有较好的稳定性和较佳的防紫外线能力。

17、根据本发明的实施例，在步骤(2)中，所述石墨烯粉末的片层大小为500nm-10μm。由此，可以使石墨烯更加均匀地包覆在相变颗粒表面。

18、根据本发明的实施例，在步骤(2)中，所述石墨烯粉末包括氧化石墨烯粉末和还原氧化石墨烯粉末中的至少之一。

19、根据本发明的实施例，在步骤(3)中，所述石墨烯包覆的相变颗粒、所述硫酸钡颗粒和所述粘结剂的质量比为(0.5-2.5)：(1.5-3.5)：(5.5-6.5)。由此，可以使制备得到的热管理织物具有较好的热管理功能，并且具有较佳的长期稳定性。

20、根据本发明的实施例，在步骤(3)中，所述粘结剂包括以下物质中的至少之一：水性聚氨酯、丁二烯、苯乙烯、丙烯腈、醋酸乙烯酯、氯乙烯、丙烯酸酯以及丁二烯、苯乙烯、丙烯腈、醋酸乙烯酯、氯乙烯、丙烯酸酯中一种或多种单体的聚合物。

21、根据本发明的实施例，所述第一溶剂和所述第二溶剂分别独立地包括有机溶剂和水的混合溶剂，所述有机溶剂和水的体积比为2:1-1:2。

22、根据本发明的实施例，所述有机溶剂包括乙醇、丙酮、异丙醇、正丁醇和二甲基亚砜中的至少之一。

23、在本发明的第三方面，本发明提供了上述热管理织物或采用上述方法得到的热管理织物在服装、建筑材料和帐篷中的应用。本发明的热管理织物可以自主实现低温环境加热和高温环境制冷的热管理功能，并且具有较好的防紫外线功能和长期稳定性，因此可以广泛应用在服装、建筑材料、户外用具如帐篷等应用领域。

24、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。