一种日间辐射降温聚乳酸无机掺杂超细纤维材料及其制备方法和应用

本发明属于非织造的，尤其涉及一种日间辐射降温聚乳酸无机掺杂超细纤维材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、柔性包装材料作为物资和外部环境间的最后一道屏障，用于维持温度恒定和屏蔽外界侵袭，是保证物资存储安全性和长效性的核心和关键。现有的柔性包装材料主要以纸类、膜类和超细纤维材料为主。超细纤维材料是一种由1-5μm纤维直接组成的柔性多孔介质，兼具有纸类材料的印刷性、加工性和膜类材料的阻隔性、贴合性，是柔性包装材料最重要的发展方向之一。包装用传统超细纤维材料多以聚丙烯(pp)、聚乙烯(pe)和聚酯等石油基聚合物为主，虽然具有成本低、成型流程短的优势，但无法抵抗在运输存贮中的环境温度变化。尤其是在炎热的夏季，太阳长时间直射带来的高温极易造成涨袋、污染和缩短保质期等损害，是物资安全废纸张的最大隐患。同时包装材料多为即用即弃型，石油基聚合物的大量使用会带来白色污染和温室效应等环境问题。因此，开发具有被动降温能力的绿色环保型超细纤维材料就成为了柔性包装材料领域和安全防护纺织品领域共同的研究热点。

2、辐射降温材料是一种基于红外辐射调控的热管理材料，可以在无外界能量接入的情况下，通过辐射散热形式实现长效的温度调节，为无源降温提供了新途径，近年来受到了学者们的广泛关注。如li等人(lid,liux,liw,etal.scalable andhierarchicallydesignedpolymerfilm as a selective thermal emitter for high-performance all-dayradiative cooling[j].nature nanotechnology,2021,16(2):153-158)通过静电纺丝法制备的一种聚乙烯氧化物(peo)膜，凭借peo的选择性辐射特性实现了有效的降温效果。song等人(songy-n,liy,yand-x,etal.novel passive cooling composite textile forboth outdoor and indoor personal thermal management[j].compositesparta:applied science andmanufacturing,2020,130:105738)制备的一种尼龙(pa)-聚偏二氟乙烯(pvdf)-nanope层压复合材料，具有红外选择性辐射，最高可实现6.5℃的降温效果。综上，现有研究表明pvdf和peo等聚合物的化学键特征峰处于大气透明窗口(8-14μm)，如c-o-c(1260-1100cm-1)、c-oh(1239-1030cm-1)、c-f(1148cm-1)，可以有效地将热量散发至外界环境，降低物体温度。然而在天气晴朗的白天，太阳不断照射会导致物体吸收的热量远大于辐射散发的热量，难以取得降温效果。

技术实现思路

1、针对超细纤维材料作柔性包装材料时辐射降温性性能差的技术问题，本发明提出一种日间辐射降温聚乳酸无机掺杂超细纤维材料及其制备方法和应用，所制备超细纤维材料具有优异的日间辐射降温性能。

2、为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种日间辐射降温聚乳酸无机掺杂超细纤维材料的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)将sio2加入到peg熔体中混合均匀，制备peg@sio2切片；

5、(2)将peg@sio2切片和pla切片混合，得到共混母粒；

6、(3)共混母粒通过熔喷法制得日间辐射降温聚乳酸无机掺杂超细纤维材料。

7、所述peg、sio2和pla切片的质量比为3：(1-3)：(94-97)。

8、所述步骤(1)中，将peg加热至60-80℃得到peg熔体。

9、所述步骤(3)中，熔喷工艺如下：主机转速3-10r/s、挤出区1温度170-190℃、挤出区2温度190-210℃、挤出区3温度210-230℃、计量泵温度210-230℃、计量泵转速2-5r/min、模头温度210-230℃、热风温度230-250℃、热风压力10-50kpa。

10、所述sio2的平均粒径为1-5μm。

11、所述pla切片210℃的熔体流动指数为20.0-25.0g/10min。

12、所述聚乙二醇的分子量为2000-6000。

13、日间辐射降温聚乳酸无机掺杂超细纤维材料在柔性包装材料中的应用。

14、本发明的有益效果：

15、(1)sio2的加入可以有效提高pla聚合物的结晶能力和热稳定性，对pla的熔喷成型有促进作用。同时sio2颗粒可被较为均匀地负载至pla纤维表面，随着sio2比例的增大，纤维材料的平均纤维直径从1-4μm逐渐增大至3-8μm，纤维表面粗糙度从7.832μm增大至12.7μm。

16、(2)随着sio2比例的增大，超细纤维材料的力学性能逐渐增强，当sio2的比例为2.5％时样品的纵向断裂强力为25.21n，横向断裂强力为4.48n，顶破强力为4.64n。同时超细纤维材料表现出显著的日间辐射降温效果，当sio2的比例为2.5％时材料的发射率和反射率最大，分别为87.5％和98.1％，此时纤维材料日间辐射降温性能最强，温差最高可达8.9℃。

17、(3)pla/peg@sio2纤维材料具有良好的液体屏蔽性，且液体屏蔽性能随着sio2比例的增大而提高，当sio2的比例为2.5％时，接触角最高可达134.4°，耐静水压最高可达1064.2pa。不仅如此，pla/peg@sio2纤维材料还表现出了良好的可书写性、可印刷性和可折叠性。以期为防水透气用辐射降温材料的制备及其在柔性包装和户外运动领域的功能性应用提供新思路。

18、(4)熔喷技术作为超细纤维材料的主要商业制备方法之一，是利用高速热气流牵伸聚合物熔体一步成纤的非织造成型技术，不仅可以实现多种原料的复合纺丝，还具有工艺易调整、生产效率高和无毒无污染的生产优势，可以较好的用于日间辐射降温pla超细纤维材料的规模化生产。

技术特征：

1.一种日间辐射降温聚乳酸无机掺杂超细纤维材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的日间辐射降温聚乳酸无机掺杂超细纤维材料的制备方法，其特征在于，所述peg、sio2和pla切片的质量比为3：(1-3)：(94-97)。

3.根据权利要求1所述的日间辐射降温聚乳酸无机掺杂超细纤维材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，将peg加热至60-80℃得到peg熔体。

4.根据权利要求1所述的日间辐射降温聚乳酸无机掺杂超细纤维材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，熔喷工艺如下：主机转速3-10r/s、挤出区1温度170-190℃、挤出区2温度190-210℃、挤出区3温度210-230℃、计量泵温度210-230℃、计量泵转速2-5r/min、模头温度210-230℃。

5.根据权利要求4所述的日间辐射降温聚乳酸无机掺杂超细纤维材料的制备方法，其特征在于，所述熔喷工艺中热风温度230-250℃，热风压力10-50kpa。

6.根据权利要求1-5任一项所述的日间辐射降温聚乳酸无机掺杂超细纤维材料的制备方法，其特征在于，所述sio2的平均粒径为1-5μm。

7.根据权利要求6所述的日间辐射降温聚乳酸无机掺杂超细纤维材料的制备方法，其特征在于，所述pla切片在210℃的熔体流动指数为20.0-25.0g/10min。

8.根据权利要求7所述的日间辐射降温聚乳酸无机掺杂超细纤维材料的制备方法，其特征在于，所述聚乙二醇的分子量为2000-6000。

9.权利要求1-8任一项所述方法制备的日间辐射降温聚乳酸无机掺杂超细纤维材料。

10.权利要求9所述日间辐射降温聚乳酸无机掺杂超细纤维材料在柔性包装材料中的应用。

技术总结
本发明提出了一种日间辐射降温聚乳酸无机掺杂超细纤维材料及其制备方法和应用，属于非织造的技术领域，用以解决超细纤维材料作柔性包装材料时辐射降温性性能差的技术问题。包括以下步骤：将SiO<subgt;2</subgt;加入到PEG熔体中混合均匀，制备PEG@SiO<subgt;2</subgt;切片；将PEG@SiO<subgt;2</subgt;切片PLA切片混合，得到共混母粒；共混母粒通过熔喷法制得日间辐射降温聚乳酸无机掺杂超细纤维材料。本发明所制备超细纤维材料表现出优异的日间辐射降温性能，还表现出优异的液体屏蔽性、印刷书写性和异形裁剪性，有望为柔性包装和户外运动等领域提供一种新型的辐射降温用柔性防水透气材料。

技术研发人员：张恒,甄琪,李晗,翟倩,秦子轩,赵珂,陈佳艺,余兴,王家帝,于欣雨
受保护的技术使用者：中原工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8