鎂基涂層織物隔熱效果影響研究

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(大連海事大學船舶防污染測控技術協同創新中心，遼寧大連 116026)

涂層法是紡織品隔熱功能整理的常用方法，樹脂和功能填料是隔熱涂料中的重要組成部分[1]。水性聚氨酯樹脂以其功能性、環保性和價格低廉等優點迅速發展[2]，常見的功能填料有TiO2，SiO2，ZnO，玻璃微珠等[3]。目前對織物隔熱效果的測試尚未有統一標準，多數學者采用紅外燈照射的方式對比研究涂層整理前后織物內側溫度的變化[4-6]，如賀香梅等[4]用TiO2-SiO2氣凝膠制得涂層織物，測得其在被照射時內側溫度可較原布低13.4 ℃。Sheng等[7]研究表明，將SiO2氣凝膠植入Al2O3纖維表面制得多層隔熱材料，其有效導熱率可比傳統材料減少21.8%。

氫氧化鎂作為一種儲量豐富、環境友好的無機功能材料[8-9]，在隔熱方面的作用也受到關注。王曉偉[10]用Mg(OH)2替換ZrO2、TiO2、堇青石復合涂料中的部分填料，發現摻有Mg(OH)2的涂料隔熱效果與原復合涂料相差不大。陳志翔[11]研究了Mg(OH)2在棉織物上的原位生長情況，結果表明，棉織物在生長Mg(OH)2后，導熱系數可比原棉織物降低0.013～0.023 W/(m·K)。

本文利用氫氧化鎂的親水性與水性聚氨酯樹脂的水溶性，將兩者混合后涂覆到織物表面制得鎂基涂層織物，研究其隔熱性能及規律，為氫氧化鎂的應用研究提供依據。

1 實 驗

1.1 材料及儀器

材料及藥品：白棉布(平紋，厚度0.34 mm，吳江協力紡織科技有限公司)，水性聚氨酯樹脂(PU，工業級，吳江市織女星紡織助劑有限公司)，氫氧化鎂(500 nm、2.6 μm、10 μm，工業級，蘇州澤鎂新材料科技有限公司)，熱電偶(Pt 100，德國久茂自動化大連有限公司)。

儀器：T500電子天平(常熟雙杰測試儀器廠)，JJ-1-200電動攪拌器(常州智博瑞儀器制造有限公司)，KJ-6018涂布實驗機(東莞市科建檢測儀器有限公司)，101-OA恒溫干燥箱(龍口先科有限公司)，003002厚度測試儀(德國開拓公司)，LD-1H紅外燈(廣州力得泰可機械設備廠)，MT-610溫度顯示器(大連美天三有電子儀表有限公司)。

1.2 鎂基涂層織物制備

將不同粒徑Mg(OH)2與水按1∶1.5的質量比混合攪拌，制得不同氫氧化鎂漿料。將一定質量氫氧化鎂漿料添加到水性聚氨酯樹脂中，攪拌至均勻狀態，涂布到棉織物表面，150 ℃烘干，1 min。

1.3 性能測試

1.3.1 掃描電鏡分析

將待測織物樣品均勻粘貼在樣品板上，噴金[12]，采用QUANTA 450鎢燈絲掃描電鏡進行表征，觀察鎂基涂層形態及氫氧化鎂在涂層中的分布狀態。

1.3.2 隔熱性能測試

以1 100 W紅外燈為光源[13]，測試在織物阻擋下，保溫箱內溫度變化情況。裝置示意如圖1所示。測試時應避免裝置周圍有較大氣流。經多次實驗，選定測試時長為1 h，距離調節桿示數為12 cm。

1.紅外燈；2.布樣；3.保溫箱；4.熱電偶；5.溫度顯示儀；6.距離調節桿圖1 隔熱效果測試裝置

2 結果與討論

2.1 Mg(OH)2粒徑對隔熱性能的影響

當Mg(OH)2添加量為40%，涂層厚度在(0.12±0.01) mm范圍內時，不同粒徑涂層織物隔熱性能對比情況如圖2所示。可見添加粒徑為500 nm的Mg(OH)2時，保溫箱內溫度最低。原因是相同質量條件下，Mg(OH)2粒徑越小，比表面積越大，對紅外光的有效反射面積越大，因此涂層對紅外光的透過率越低，織物隔熱性能越好[14]。

圖2 不同Mg(OH)2粒徑條件下保溫箱內溫度隨時間的變化情況

2.2 Mg(OH)2添加量對隔熱性能的影響

根據Mg(OH)2粒徑對鎂基涂層織物隔熱性能的影響情況，選用500 nm Mg(OH)2進行進一步研究。圖3為相同涂層厚度下，Mg(OH)2添加量對織物隔熱性能影響情況。可見Mg(OH)2添加量越大，織物隔熱效果越好。添加量為45%時保溫箱內最終穩定溫度比原布低約15 ℃。同時，織物涂層中不添加Mg(OH)2時，保溫箱內最終穩定溫度溫度較原布高約1.5 ℃，認為樹脂有一定的吸熱作用。

圖4為不同氫氧化鎂添加量涂層織物在放大10 000倍下的SEM圖片。可見，所用Mg(OH)2為片狀形貌，可較為均勻地分布于涂層內部，結合涂層織物的隔熱效果可知，Mg(OH)2添加量越大，Mg(OH)2對織物的覆蓋面積越大，因此所能夠反射紅外光的面積越大，隔熱效果越好。

Mg(OH)2為六方片狀結構，結合織物SEM圖可知，所用Mg(OH)2的(1100)晶面較小，即厚度較薄，經涂層整理后，所添加的Mg(OH)2(0001)晶面基本平行于織物表面，增大了Mg(OH)2對紅外光的反射作用面積，能更多地反射紅外輻射，從而起到良好的隔熱作用。

圖3 不同Mg(OH)2添加量條件下箱內溫度隨時間的變化情況

圖4 不同Mg(OH)2添加量鎂基涂層織物SEM圖

2.3 織物厚度對隔熱性能的影響

圖5為氫氧化鎂添加量為30%時織物隔熱效果隨厚度的變化情況。由圖5可知，對于同一種純棉基布，當涂層厚度在0～0.30 mm時，織物隔熱性能隨涂層厚度先提高再降低。涂層厚度約為0.12 mm時，織物隔熱性能最佳。同時，由于所用樹脂較易吸收紅外光導致保溫箱內溫度升高，故認為當涂層厚度小于0.12 mm時，鎂基涂層對紅外光的反射起主導作用，而當涂層厚度繼續增加時，涂層中樹脂對紅外光的吸收逐漸增多，導致隔熱性能降低。

圖5 箱內穩定溫度隨涂層厚度的變化情況

3 結 論

與傳統涂布配方相比，采用水性聚氨酯樹脂配制涂層膠，操作簡單，節約成本，杜絕了甲苯、二甲基甲酰胺等有機溶劑的使用。通過實驗得出以下結論：

a)以Mg(OH)2為功能材料，水性聚氨酯樹脂為涂層劑，對棉織物進行涂層整理，Mg(OH)2可均勻分布于涂層內部與表面。

b)鎂基涂層可提高織物的隔熱性能。

c)Mg(OH)2粒徑越小，添加量越大，織物隔熱效果越好，且涂層厚度以0.12 mm為宜。

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[3] 朱貞,陳宏書,王結良,等.織物隔熱涂層的研究[J].現代涂料與涂裝,2014,17(6):21-30.

[4] 賀香梅,徐壁,蔡再生.SiO2氣凝膠隔熱涂層織物的制備及性能研究[J].表面技術,2014,43(3):95-100.

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[14] 張輝,沈蘭萍,張建春.基于空心微珠的織物防熱輻射性能研究[J].上海紡織科技,2005,33(7):56-59.