紡織品抗紫外隔熱涂層研究進展

薛如意+鞠劍峰+徐山青

摘要：介紹了紡織品抗紫外、隔熱涂層國內外的研究進展，簡述了其抗紫外、隔熱原理、涂層整理方法以及納米材料在抗紫外、隔熱涂層中的應用，展望了紡織品抗紫外、隔熱涂層的研究趨勢。

關鍵詞：納米材料；抗紫外；隔熱；涂層；紡織品

中圖分類號：TS195.5 文獻標志碼：A

Progress of Ultraviolet Resistance and Heat Insulation Coating on Textile

Abstract： The research progress of ultraviolet resistance and heat insulation coatings on textile were introduced. The principle of ultraviolet resistance and heat insulation coating， finishing methods and the application of nanometer materials were simply reviewed. The research trend of ultraviolet resistance and heat insulation coating on textile were proposed.

Key words： nanometer materials； ultraviolet resistance； heat insulation； coating； textile

隨著人們生活水平的提高，戶外活動不斷增多，由于戶外環境復雜多變，對功能性紡織品的需求不斷增加，其中具有抗紫外、隔熱功能的紡織品就是重要的一種，此類紡織品通過涂覆抗紫外、隔熱涂層來實現。

抗紫外、隔熱涂層中最重要的是具有吸收或反射紫外光、熱量的納米粉體材料。納米材料具有小尺寸效應、量子尺寸效應等特性，使得其具有一些優異性能。如納米材料的量子尺寸效應等使其對某種波長及各種波長的光吸收帶有藍移和寬化現象，因此起到抗紫外效果。當光照射到納米材料表面時，納米材料吸收一部分熱能，同時，部分紅外及可見光被反射，因此添加這類納米材料可以發揮隔熱作用。借助于涂層技術，在涂層中添加納米材料，可獲得具有抗紫外、隔熱性能的功能性紡織品，目前涂層中添加的無機納米材料主要有納米TiO2、ZnO、Al2O3、SiO2等。

1 紡織品抗紫外、隔熱涂層制備方法及原理

1.1 涂層整理

涂層整理是指在織物表面均勻地涂敷1層或多層高分子成膜物質，使其產生不同功能的一種表面加工技術。涂層可以改變織物外觀，改變織物風格，增加織物功能?？棺贤?、隔熱涂層就是其中一種。

涂層劑的種類不同，它的性能也不同。從化學結構方面，常見的涂層劑包括聚氯乙烯樹脂（PVC）、聚丙烯酸酯涂層劑（PA）、聚氨酯涂層劑（PU）、天然橡膠和合成橡膠涂層劑。按使用的介質，可分為溶劑型和水分散型。其中PA和PU是兩種常用的涂層劑。PA涂層劑優點是耐日光和氣候牢度好，不易泛黃；透明度和共溶性好，有利于生產有色涂層產品；耐洗性好；粘著力強；成本較低。其缺點是彈性差，易折皺；表面光潔度差；手感難以調節適度。PU涂層劑的優點是涂層柔軟并有彈性；涂層強度好，可用于很薄的涂層；涂層多孔性，具有透濕和通氣性能；耐磨、耐濕、耐干洗。其缺點是成本較高；耐氣候性差；遇水、熱、堿要水解。PU涂層劑是當今發展的主要種類，雖然其耐寒性差、手感不爽、彈性低，但由于成本較低，目前仍被廣泛使用。PU涂層劑主要用于高檔產品和出口品種，目前聚氨酯涂層劑多以溶劑型為主?？椢锏耐繉臃椒ㄖ饕ㄖ苯油繉?、轉移涂層、凝固涂層、泡沫涂層和層壓等。涂層整理目前存在的主要問題是整理時采用的分散介質大部分為有機溶劑，具有易燃、有毒、價格較高等缺點，發展以水為分散介質的涂層劑是目前的發展方向。

1.2 抗紫外、隔熱原理

一束光照射到織物上時，常發生吸收、透過、反射等 3 種現象，即一部分被織物吸收，一部分在織物表面反射，其余則透過織物?？棺贤饩€原理是利用具有抗紫外性能的納米粉體材料添加到涂料中并對織物進行整理，當光輻射到織物上時，小部分透過織物，絕大部分被納米粉體材料反射或吸收。隔熱機理可以分為阻隔型、反射型、輻射型。其中反射型研究最多，作用機理是反射可見光和近紅外光區的輻射能。

1.3 抗紫外涂層的制備

納米TiO2是一種無毒、成本低廉、來源豐富、化學穩定性和光穩定性高、光散射力強、紫外線屏蔽性好的白色粉末，作為功能粒子通過涂層整理的方法粘附到織物上，可以提高織物的抗紫外、隔熱性能。李光等通過原位聚合制備TiO2/PET復合材料，考察了TiO2含量對UV吸收性能的影響，TiO2/PET復合材料在350～380nm處UV吸收性能隨著TiO2含量的增加而變大，熱穩定性變化不大。徐小峰等利用溶膠凝膠技術，制得納米TiO2水溶膠，并對棉織物進行抗紫外整理，結果經過整理的織物抗紫外性能好，還表現出一定拒水性能和抗靜電性能。Darka等制備了用海藻酸鹽/TiO2改性的滌綸織物，通過整理過的滌綸織物的UPF值來評估紫外線防護等級。

納米ZnO是研究及應用較多的另一種納米粉體材料，目前廣泛應用于防曬霜。陶冶制備了納米ZnO溶膠并應用于錦綸織物的抗紫外整理，實驗表明，經整理織物抗紫外性能明顯提高。G.Broasca等制備了表面覆著有ZnO的滌綸織物，ZnO的最佳量是3%～5%，經過處理的滌綸織物有良好抗紫外性，其織物的機械性能未改變。A. El. shafei等在不同溫度下制備了ZnO/羥甲基殼聚糖納米復合材料，再將這種物質通過軋烘焙整理到棉織物上，整理過的棉織物表現出良好的抗紫外性能。

SiO2納米粉體材料的研究及應用較少，且一般為復合粉體材料。Weibin Bai等通過溶膠-凝膠法制備了漆酚甲醛聚合物/多羥基丙烯酸樹脂/SiO2納米復合材料，通過1000h抗紫外測試，結果表明，制備的納米復合材料有良好的抗紫外性能，并且當SiO2含量達到5 wt.%時，納米復合材料表現出最佳的抗紫外性。Jaroenworaluck A等用溶膠-凝膠法合成了介孔結構的SiO2凝膠，再摻雜TiO2納米顆粒。結果表明，TiO2濃度，顆粒大小，表面特性和紫外吸收程度有關。

這些納米粉體材料雖然研究較多，但是還存在使用時易團聚的缺點，不能發揮納米顆粒的特性。如果對納米顆粒進行表面改性，使用時納米顆粒不易團聚，就可以改善復合涂層的均一性，提高其抗紫外、隔熱性能。

J.Zabret等將采用SiO2/Al2O3進行表面改性的納米TiO2作為添加劑加入聚丙烯酸復合涂層中，并測定其分散性能和抗紫外性能，結果，添加了SiO2/Al2O3表面改性的納米TiO2的聚丙烯酸復合涂層具有更好的粒子分散性能和抗紫外性能。李鑫偉等將用硅烷偶聯劑KH-550表面改性的TiO2添加于氟碳涂料中制成復合涂料，改性后的納米TiO2分散性好，具有較好的抗紫外性能。J.Godnjavec等為了提高TiO2納米顆粒在丙烯酸水性涂料中的分散性，通過兩步表面改性，先在TiO2表面用Al2O3改性，再用多面體低聚硅氧烷改性，能大大提高TiO2的分散性，減少因TiO2團聚而對紫外線吸收率低的現象。李紅等采用陰離子表面活性劑和偶聯劑對納米ZnO分散處理，再整理到亞麻織物上，發現納米ZnO分散體系穩定性好，而且整理過的亞麻織物抗紫外性能明顯提高。這些研究表明，對納米顆粒進行表面改性是提高涂層抗紫外性能的重要手段。

1.4 隔熱涂層的制備

陳克寧等以聚氨酯為粘合劑，TiO2為功能粒子，采用涂層方法制備高性能的隔熱涂層織物。結果表明，涂層織物的隔熱性能和機械性能均較好。王科林等以TiO2為功能粒子，采用涂層的方法制備了隔熱性能較好的TiO2涂層織物，結果表明，涂層后，織物的隔熱性能明顯提高了。李娜等制備了單分散球形SiO2顆粒，通過浸軋工藝將其用于棉織物紅外反射隔熱整理中，利用FTIR、TEM等手段對樣品進行表征，結果表明：整理后的織物在紅外輻射下升溫速度緩慢，且比未整理織物表面溫度低，使織物具有隔熱、涼爽性能。

李明珠等研制了以納米TiO2、相變微膠囊作為功能填料的新型紡織品用隔熱降溫涂料，將其用于戶外紡織品涂層整理。經模擬陽光照射120min，布下平均溫度在23～26℃，最大溫差達23℃，滿足應用要求。Lu等制備了混有摻銻SnO2的水性聚氨酯隔熱涂層，在復合涂層中摻銻SnO2能吸收紅外線，測試結果表明：在光照條件下，涂層玻璃表面溫度升高，但測量箱內部溫度降低17.5℃。Yu Zhang等通過沉淀法合成摻Al的ZnO納米花和納米棒，再將它們混入丙烯酸樹脂中合成復合涂層，結果表明涂層有一定的隔熱性能。Xiao等使用溶膠-凝膠法制備TiO2/SiO2殼核納米粒子填料，再將這種功能填料加入涂層中，結果表明加入TiO2/SiO2殼核納米粒子的涂層隔熱效果明顯提高了。許輝等制備了以SiO2氣凝膠為功能填料的透明隔熱涂料，結果表明，該隔熱涂料有良好的隔熱性能及化學穩定性。

隔熱涂層中添加的納米顆粒也存在團聚問題，為提高涂層隔熱性能，改善納米顆粒團聚，不少研究者也進行了一些研究。盧斌等制備了用穩定劑改性的SiO2氣凝膠透明隔熱涂料，實驗表明SiO2氣凝膠顆粒分散均勻，同時具有較好的隔熱效果。王科林等通過試驗用十二烷基苯磺酸鈉對TiO2表面改性，提高TiO2粉體在聚氨酯隔熱涂料中的分散性和穩定性，結果證實改性后的TiO2在聚氨酯隔熱涂料中的分散穩定性及其涂層織物的隔熱性能均有不同程度的提高。

氣凝膠被認為是最有前景的高性能隔熱材料之一，與傳統的隔熱材料相比，因為其導熱系數下降至13mW·m-1·K-1，所以表現出顯著的隔熱性能，但氣凝膠本身的脆性及SiO2氣凝膠對高溫環境中紅外線高透過率的缺陷，限制了它的應用范圍，若在氣凝膠中摻入遮光劑就能改善這些情況。如赫曉東等制備不同含量碳納米管的SiO2氣凝膠隔熱材料，在一定程度上SiO2氣凝膠的脆性得到改善，孔徑也變小且均勻分布。張賀新等以K2Ti6O3為紅外遮光劑，采用溶膠-凝膠法制備了K2Ti6O3-SiO2氣凝膠納米孔復合隔熱材料，結果表明K2Ti6O3-SiO2復合材料紅外透過率隨晶須含量的增加而減少。

1.5 抗紫外、隔熱涂層的制備

范立紅等利用納米無機氧化物（TiO2和ZnO）對大豆蛋白織物進行防紫外線復合涂層整理，性能測試表明，整理后的大豆蛋白織物不但具有優良的抗紫外功能，還有優良的抗紅外及隔熱效果。王書忠等研究了無機納米粒子/丁苯膠乳復合技術的研究，結果證明納米CaCO3和納米ZnO都有隔熱功能，而且ZnO還具有防紫外老化功能。盛振宏等通過液相法制備出高效阻隔紅外和紫外輻射的環保涂層材料，涂敷在玻璃上，測得膜層紫外線屏蔽率為75.7%，紅外阻隔率為92%。

Teng等將對苯二甲酸乙二醇酯和抗紫外劑（TiO2和偶氮亞胺基苯的衍生物）混合，再紡成改性滌綸織物，結果表明改性滌綸織物的透射比在UVB波段內小于 10%，能有效屏蔽紫外線，同時其具有良好的隔熱性能。官文超等分別制備了富勒烯衍生物C60/丙烯酸/丙烯酸丁酯無皂乳液和C60/聚-2-丙烯酰胺-甲基丙磺酸，水溶性C60衍生物在阻隔紅外和紫外的環保涂料上有很大潛力。朱超等用高分子模板制備Y2O3功能性復合薄膜，證明其有優異的抗近紅外和抗紫外線的性能。李偉博等制備摻鋁氧化鋅納米粉體，將其表面改性后，與聚乙烯醇縮丁醛共混后得到復合薄膜，當鋁摻雜量為2%時，復合薄膜紫外線透過率最大，近紅外透過率最低。劉穎等用激光沉積法在玻璃表面制備了TiO2薄膜，結果表明薄膜對紫外和近紅外的阻率分別為大于70%和大于20%。

2 隔熱抗紫外涂層織物的發展研究趨勢

隔熱抗紫外涂層織物應向功能型多功能化產品發展。織物在獲得抗紫外隔熱性能的同時還具有自清潔、拒水拒油、抗菌、防靜電等性能，以滿足市場需求。

隔熱抗紫外涂層織物應該向綠色環?；较虬l展。PU涂層所用的溶液大都是溶劑型的，以有機溶劑為主，對操作者危害較大，易燃易爆，還具有污染環境，溶劑回收難等問題。研究完全水分散的涂層劑是當前發展發展趨勢，其中，水性聚氨酯是以水為分散介質的新型聚氨酯體系，具有無污染、安全可靠等優點，將其用于隔熱抗紫外涂層織物整理，是一種新的發展方向。

隔熱抗紫外涂層織物應向智能化發展。智能化是集感知、驅動和信息處理于一體，具備自感知、自診斷、自適應、自修復等智能性功能。例如防水透氣織物，是指織物既能防雨防風，又能排汗、透氣、穿著舒適，在穿著過程中使水在一定壓力下不浸透織物，而人體散發的汗液等卻能以水蒸汽的形式通過織物傳導到外界，而不在人體表面與織物之間冷凝積聚，保持穿著者干爽、溫暖。若能將隔熱抗紫外和防水透氣這幾大功能結合于一體，這種智能化織物將具有更大發展前景。

隔熱抗紫外涂層織物還應該向具有特殊功能的方向發展。例如，電磁輻射是人類健康的第4大危害，人們幾乎時刻處在電磁輻射的環境中，如果開發出具有電磁波屏蔽作用等特殊功能的隔熱抗紫外涂層織物，將具有較大的應用前景。

參考文獻

[1] 康永，柴秀娟.納米材料的性能研究進展[J].合成材料老化與應用，2010，39（4）：33-39.

[2] 柳孝龍，余濤，劉俊，等.納米材料及其功能性紡織產品的開發研究[J].印染，2007，33（7）：49-51.

[3] 姚晨，趙石林，繆國元.納米透明隔熱涂料的特性與應用[J].涂料工業，2007，37（1）：29-32.

[4] 吳紅玲，蔣少軍.產業用涂層織物加工技術的探討[J].非織造布，2002，10（3）：27-30.

[5] 黃良仙，郭能明，楊軍勝，等.織物涂層劑研究新進展[J].印染助劑，2012，29（1）：10-15.

[6] 王忍，杜文琴.涂層織物生產方法與發展趨勢[J].紡織導報，2011（2）：58-62.

[7] 鄧樺，李秀明.納米材料在防紫外線紡織品中的應用[J].針織工業，2006（10）：46-48.

[8] 徐進進，田太洲，王斌，等. 隔熱功能織物的研究現狀和發展趨勢[J].印染助劑，2013，30（11）：1-4.

[9] 王科林，陳克寧，牛家嶸，等.二氧化鈦的隔熱機理及其在功能織物上的應用[J].現代紡織技術，2009，17（1）：59-62.

[10] 李光，滿鵬，郝立飛，等.納米TiO2在PET中的分散性及對其性能的影響[J].材料導報，2008，22（專輯X）：176-179.

[11] 徐小峰，咸春穎，林萍，等.納米TiO2在棉織物抗紫外整理中的應用[J].東華大學學報（自然科學版），2009，35（1）：74-78.

[12] Darka M，Zoran S，et al.Functionalization of polyester fabrics with alginates and TiO2 nanoparticles [J].Carbohydrate Polymers，2010，79（3）：526-532.

[13] 陶冶.納米氧化鋅溶膠的紡織品抗紫外整理測定分析[J].江蘇紡織A版，2010（12）：48-50.

[14] Broasca G，Borcia G，Dumitrascu N，et al.Characterization of ZnO coated polyester fabrics for UV protection[J].Applied Surface Science，2013，279（15）：272-278.

[15] Shafei A El，Abou-Okeil A.ZnO/carboxymethyl chitosan bionano-composite to impart antibacterial and UV protection for cotton fabric[J].Carbohydrate Polymers，2011，83（2）：920-925.

[16] Bai W B，Lin J H.Characterisation of urushiol formaldehyde polymer/multihydroxyl polyacrylate/SiO2nanocomposites prepared by the sol-gel method[J].Progress in Organic Coatings，2011，71（1）：43-47.

[17] Jaroenworaluck A，Pijarn N，Kosachan N，et al.Nanocomposite TiO2-SiO2 gel for UV absorption[J].Chemical Engineering Journal，2012（181-182）：45-55.

[18] 張心亞，沈慧芳，黃洪，等. 納米粒子材料的表面改性及其應用研究進展[J].材料工程，2005（10）：58-63.

[19] Godnjavec J，Zabret J，Znoj B，et al.Investigation of surface modification of rutile TiO2 nanoparticles with SiO2/Al2O3 on the properties of polyacrylic composite coating[J].Progress in Organic Coatings，2014，77（1）：47-52.

[20] 李鑫偉，宋仁國，徐津津，等.TiO2納米復合氟碳涂料的性能[J].材料保護，2013（7）：19-21.

[21] Godnjavec J，Znoj B，Veronovski N，et al.Polyhedral oligomeric silsesquioxanes as titanium dioxide surface modifiers for transparent acrylic UV blocking[J].Progress in Organic Coatings，2012，74（4）： 654-659.

[22] 李紅，鄭來久.亞麻織物納米ZnO抗紫外整理[J].印染，2008，34（14）：31-33.

[23] 王科林，陳克寧，牛家嶸，等.聚氨酯基TiO2隔熱涂層織物[J].印染，2010，36（8）：5-10.

[24] 王科林，牛家嶸，陳克寧. TiO2涂層織物的隔熱性能及其影響因素[J].上海紡織科技，2011，39（6）：46-49.

[25] 李娜，閔杰.球形SiO2的制備及在棉織物紅外反射隔熱中的應用研究[J].印染助劑，2010，27（9）：21-23.

[26] 李明珠，張慶，余逸男，等.隔熱降溫抗紫外遮陽紡織品[J].印染，2011，37（21）：28-30.

[27] Lu K L，Guo J Z.Doped nano-SnO2/waterborne polyurethane composite coatings preparation and thermal insulating properties of antimony[J].Journal of Inorganic Materials，2012，27（10）：1117-1120.

[28] Zhang Y，Liu L Y，Xing J J，et al.Preparation of Al-doped ZnO nanostructures and their application in acrylic resin-based heat insulation coatings[J].Materials Science in Semiconductor Processing，2013，16（6）：1573-1579.

[29] Xiao S Y，Zhang Y.A novel thermal insulation coating with SiO2/TiO2 core-shell particles and its in-situ characterization at high temperature[J].Journal of Inorganic Materials，2012，27（4）：445-448.

[30] 許輝，汪牡丹，涂進春，等. SiO2氣凝膠對復合隔熱涂料性能的影響[J].材料導報，2013，27（7）：100-103

[31] 盧斌，郭迪，盧峰.SiO2氣凝膠透明隔熱涂料的研制[J].涂料工業，2012，42（6）：15-18.

[32] 王科林，牛家嶸，陳克寧. TiO2表面改性及對涂層織物隔熱性能的影響[J].印染，2009，35，（14）：1-5.

[33] Baetens R，Jelle B P，Gustavsen A.Aerogel insulation for building applications：a state-of-the-art review[J].Energy and Buildings，2011，43（4）：761-769.

[34] 赫曉東，張賀新，李垚.碳納米管摻雜SiO2氣凝膠隔熱材料的制備與性能表征[J].稀有金屬材料與工程，2007，36（s1）：567-569.

[35] 張賀新，張曉紅，方雙全.K2Ti6O3晶須摻雜對SiO2氣凝膠結構和紅外透過性能的影響[J].硅酸鹽學報，2011，39（2）：268-272.

[36] 范立紅，張輝，沈蘭萍，等.大豆蛋白織物防紫外線涂層整理工藝探討[J].印染，2004，30（21）：1-5.

[37] 王書忠，馬毅璇，胡福增，等.無機納米粒子/丁苯膠乳復合技術的研究[J].功能高分子學報，2002，15（4）：437-441.

[38] 盛振宏，易戈文，岳超，等.窗玻璃用納米隔熱抗紫外環保涂層材料的研究[J].涂料工業，2010，40（1）：54-56.

[39] Teng C Q，Yu M H.Preparation and property of poly（ethylene terephthalate）fibers providing ultraviolet radiation protection[J].Journal of Applied Polymer Science，2003，88（5）：1180-1185.

[40] 官文超，曹遠美，胡楨，等.C60衍生物的合成及在水性成膜材料中的抗紅外和紫外性能[J].高分子材料科學與工程，2006，22（2）：107-110.

[41] 朱超，官文超，曹遠美，等.Y2O3溶膠復合薄膜的抗近紅外/紫外性能研究[J].化工新型材料，2006，34（3）：21-23.

[42] 李偉博，張剛申，高珊，等.摻鋁氧化鋅納米粉體的制備及性能研究[J].湖北大學學報（自然科學版），2011，33（1）：72-75.

[43] 劉穎，朱超，葉紅，等.激光沉積法制備光譜選擇性透過TiO2薄膜[J].江漢大學學報（自然科學版），2013，41（3）：5-8.

[44] 路艷華，王漓江，劉治梅，等. 納米材料在功能紡織品方面的應用及研究進展[J]. 遼東學院學報（自然科學版），2008，15（2）：1-5.

[45] 候發秋，陳永軍，卿寧. 納米SiO2改性水性聚氨酯的研究進展[J]. 材料導報，2013，27（Z1）：66-69.

作者簡介：薛如意，女，1990年生，碩士在讀，主要從事納米材料的制備及性能研究。

作者單位：薛如意、鞠劍峰、徐山青，南通大學紡織服裝學院；鞠劍峰，南通大學化學化工學院。

基金項目：教育部留學人員科研基金（教育部留學回國人員科研啟動基金，編號2014-1685）；江蘇省教育廳自然科學研究項目（江蘇省自然科學基金，編號13KJB150032）。