一种纳米无机物凉感复合材料与含有该材料的涂层及应用

本发明涉及一种凉感材料，特别涉及一种纳米无机物凉感复合材料与含有该材料的涂层及应用。

背景技术：

1、能源消耗和气候变化是21世纪人类面临的两大主要问题。随着建筑物供暖与制冷系统的频繁使用，能源大量消耗的同时也带来了大量温室气体的排放，进而全球的气候也变得愈发恶劣。全球气候变化引发的极端高温事件不仅影响了人们的日常生活、社会生产以及经济发展，而且有可能危及生命安全。然而，在进行户外活动时经常遇到的一个风险是暴露在过度的热应激中。据am j prev med报道，热应激是美国自然灾害死亡的主要原因。人的生理和心理影响会导致工业劳动生产率和供给的降低，最终影响整体经济，特别是在发展中国家。全球变暖的背景下，户外热应激对健康和经济的威胁将变得更加强烈和频繁。climate vulnerable forum最近的分析估计，到2030年，由热引起的问题的年成本将达到2.4万亿美元。辐射制冷涂料是一种高太阳反射率和红外发射率的功能涂料，能够有效反射太阳光，同时把物体热量以红外辐射形式高效地发射出去，从而达到辐射制冷和降低能耗的目的。使用辐射制冷涂料进行散热，无须改变设备结构，简捷有效，具有经济节能、效果优良、适用范围广泛等优点。制备人体热辐射透过率很高的凉感涂层，并将其应用于服饰等纺织品上，对于提高人类生活舒适度意义重大。

2、对比于其他凉感物质，纳米氧化锌颗粒、氮化硼纳米片具有导热性能优良、紫外反射率高等凉感特性，但由于其纳米结构的限制，导致此类物质自发团聚，凉感性能受到限制。

技术实现思路

1、发明目的：本发明第一目的为提供一种纳米无机物凉感复合材料，解决纳米凉感物质易团聚的问题，提高导热性能和凉感性能；本发明第二目的为提供含有所述凉感材料的涂层；本发明第三目的为提供所述涂层在织物凉感改性中的应用。

2、技术方案：本发明所述的纳米无机物凉感复合材料，按重量份计，包括30～40份水性旋光uv固化聚氨酯、15～20份双键接枝凉感无机物、1～5份片状金属颜料、5～10份薄荷精油聚氨酯微胶囊和5～10份消泡剂。

3、双键接枝凉感无机物与光固化旋光uv聚氨酯结合为复合凉感材料，可有效解决纳米凉感物质自发团聚的问题，还可以减少粘合剂用量，实现绿色生产。

4、优选的，所述片状金属颜料为片状铝粉颜料。加入片状铝粉金属颜料，众多的片状铝粉颜料互相连结，大小粒子互相填补形成连续的金属膜，与薄荷精油微胶囊共同贯通涂层，提高其导热性能，片状金属颜料又反射涂膜外的光线，提高涂层凉感性能，这是常规粉状凉感物质所不具备的性能。使用薄荷精油微胶囊作为金属铝膜各层之间的连接物质可持续缓释其中具有凉感性能的薄荷精油，提高涂层的凉感性能，同时相较于直接使用薄荷脑、薄荷精油等物质，微胶囊的包覆可有效减少薄荷精油的挥发，提高其稳定性。

5、优选的，所述双键接枝凉感无机物中的凉感无机物为纳米氧化锌、氮化硼、纳米氧化钛、纳米二氧化硅中的一种或几种。

6、优选的，所述消泡剂为消泡剂byk-011或byk-028。

7、荷精油聚氨酯微胶囊、byk-011、byk-028购于上海卜丁化工有限公司。

8、优选的，所述原料中水性旋光uv固化聚氨酯的制备方法为：

9、(1)取二异氰酸酯和二元醇低聚物在催化剂作用下，合成聚氨酯预聚体；

10、(2)加入亲水扩链剂聚四氢呋喃反应，然后滴加左手性试剂反应，扩链完成后，封端，中和，去除溶剂，得到水性旋光uv固化聚氨酯。

11、优选的，步骤(1)中，所述聚氨酯预聚体溶剂为丙酮，加入丙酮维持体系的黏度为4～6pa·s。

12、优选的，步骤(2)中，加入亲水扩链剂反应，继续滴加左手性试剂反应，扩链完成后，并将封端剂与少量对苯二酚溶解于丙酮中滴加到体系中，并加入三乙胺中和，再加入蒸馏水充分搅拌，减压蒸馏去除丙酮，得到水性旋光uv固化聚氨酯。

13、优选的，所述聚四氢呋喃为1.0～1.5。亲水扩链剂采用聚四氢呋喃，提高了聚氨酯的柔性及亲水性。

14、优选的，所述的左手性试剂为s-联萘酚。一方面联萘酚在聚合过程中可以保持稳定的手性构象，最后赋予聚氨酯旋光性；另一方引入芳香结构可以大大提高聚合物稳定性。

15、优选的，所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯。

16、优选的，所述二元醇低聚物为聚乙二醇1000、聚乙二醇1500、聚丙二醇2000中的任意一种。

17、优选的，所述二异氰酸酯和二元醇低聚物的摩尔比为4～5:2～3。

18、优选的，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡。

19、优选的，所述的封端剂为季戊四醇三丙烯酸酯。

20、所述双键接枝凉感无机物的制备方法为：

21、(1)将凉感无机物先在碱性条件下处理进行羟基化；凉感无机物为金属氧化物时不需要羟基化处理；

22、(2)将乙烯基三甲氧基硅烷加入甲醇和去离子水混合液中，搅拌均匀，然后加入凉感无机物，浸泡，最后冲洗烘干得到接枝双键的凉感无机物。

23、所述的纳米无机物凉感复合材料的制备方法为：将所有原料混合，并进行真空处理，在uv光固化仪下引发凉感物质与聚氨酯之间的双键自由基聚合，得到复合凉感材料。

24、制备涂层的过程中加入消泡剂，并将原料进行真空处理，除去原料中的静止空气，可以增强凉感材料的导热性能。

25、本发明含有所述纳米无机物凉感复合材料的涂层。

26、本发明所述的涂层的制备方法，包括以下步骤：将所述复合凉感材料与水混合，加入增稠剂，制备得到凉感涂层。

27、优选的，所述的增稠剂为增稠剂pu-202，购于馆陶县泰达化工有限公司。

28、优选的，所述复合凉感材料与水的比例为3～4:5～6。

29、优选的，所述复合凉感材料与增稠剂的比例为6～7:1。

30、本发明8所述的涂层在在织物凉感改性中的应用。

31、所述应用的方法为：将所述涂层先通过丝网印花方式涂附在织物表面，将织物放入uv光固化仪下，由此引发涂层与织物表面的交联反应。这个过程主要是在uv光的照射下，光引发剂产生活性的自由基，进而引发聚合，实现复合凉感织物的改性。在升温过程及紫外光照射条件下监控凉感织物的保温率及其抗紫外性能。

32、优选的，所述升温过程选择在平板保温仪中设定为35～36℃。

33、优选的，所述紫外光源为氙弧灯光、氚灯和日光模拟器中的任意一种或至少两种的组合。

34、发明机理：本发明对纳米氮化硼、纳米氧化锌等凉感无机物进行表面双键接枝改性，然后与光固化旋光聚氨酯结合，有效解决纳米凉感物质自发团聚的问题，还可以减少粘合剂用量，实现绿色生产。

35、在无机凉感物质中加入纳米铝粉片状金属颜料，众多的片状铝粉颜料互相连结，大小粒子互相填补形成连续的金属膜，与薄荷精油微胶囊共同贯通，提高其导热性能，片状金属颜料又反射涂膜外的光线，提高涂层凉感性能。薄荷精油微胶囊作为金属铝膜各层之间的连接物质可持续缓释其中具有凉感性能的薄荷精油，提高涂层的凉感性能，同时相较于直接使用薄荷脑、薄荷精油等物质，微胶囊的包覆可有效减少薄荷精油的挥发，提高其稳定性。

36、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：(1)该纳米无机物凉感复合材料通过选用接枝双键的无机凉感物质与水溶性光固化聚氨酯复合，解决了纳米凉感无机物质易团聚的问题；(2)该纳米无机物凉感复合材料引入片状金属颜料和薄荷精油微胶囊，共同贯通，提高了复合材料的导热性能和凉感性能；(3)该涂层应用于织物，通过聚氨酯的光固化特性，使涂层与织物牢固结合，实现对织物的凉感改性，同时光固化聚氨酯是一种绿色经济材料，可减少生产过程中粘合剂的用量，符合绿色化学要求。