镁基涂层织物隔热效果影响研究

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(大连海事大学船舶防污染测控技术协同创新中心，辽宁大连 116026)

涂层法是纺织品隔热功能整理的常用方法，树脂和功能填料是隔热涂料中的重要组成部分[1]。水性聚氨酯树脂以其功能性、环保性和价格低廉等优点迅速发展[2]，常见的功能填料有TiO2，SiO2，ZnO，玻璃微珠等[3]。目前对织物隔热效果的测试尚未有统一标准，多数学者采用红外灯照射的方式对比研究涂层整理前后织物内侧温度的变化[4-6]，如贺香梅等[4]用TiO2-SiO2气凝胶制得涂层织物，测得其在被照射时内侧温度可较原布低13.4 ℃。Sheng等[7]研究表明，将SiO2气凝胶植入Al2O3纤维表面制得多层隔热材料，其有效导热率可比传统材料减少21.8%。

氢氧化镁作为一种储量丰富、环境友好的无机功能材料[8-9]，在隔热方面的作用也受到关注。王晓伟[10]用Mg(OH)2替换ZrO2、TiO2、堇青石复合涂料中的部分填料，发现掺有Mg(OH)2的涂料隔热效果与原复合涂料相差不大。陈志翔[11]研究了Mg(OH)2在棉织物上的原位生长情况，结果表明，棉织物在生长Mg(OH)2后，导热系数可比原棉织物降低0.013～0.023 W/(m·K)。

本文利用氢氧化镁的亲水性与水性聚氨酯树脂的水溶性，将两者混合后涂覆到织物表面制得镁基涂层织物，研究其隔热性能及规律，为氢氧化镁的应用研究提供依据。

1 实 验

1.1 材料及仪器

材料及药品：白棉布(平纹，厚度0.34 mm，吴江协力纺织科技有限公司)，水性聚氨酯树脂(PU，工业级，吴江市织女星纺织助剂有限公司)，氢氧化镁(500 nm、2.6 μm、10 μm，工业级，苏州泽镁新材料科技有限公司)，热电偶(Pt 100，德国久茂自动化大连有限公司)。

仪器：T500电子天平(常熟双杰测试仪器厂)，JJ-1-200电动搅拌器(常州智博瑞仪器制造有限公司)，KJ-6018涂布实验机(东莞市科建检测仪器有限公司)，101-OA恒温干燥箱(龙口先科有限公司)，003002厚度测试仪(德国开拓公司)，LD-1H红外灯(广州力得泰可机械设备厂)，MT-610温度显示器(大连美天三有电子仪表有限公司)。

1.2 镁基涂层织物制备

将不同粒径Mg(OH)2与水按1∶1.5的质量比混合搅拌，制得不同氢氧化镁浆料。将一定质量氢氧化镁浆料添加到水性聚氨酯树脂中，搅拌至均匀状态，涂布到棉织物表面，150 ℃烘干，1 min。

1.3 性能测试

1.3.1 扫描电镜分析

将待测织物样品均匀粘贴在样品板上，喷金[12]，采用QUANTA 450钨灯丝扫描电镜进行表征，观察镁基涂层形态及氢氧化镁在涂层中的分布状态。

1.3.2 隔热性能测试

以1 100 W红外灯为光源[13]，测试在织物阻挡下，保温箱内温度变化情况。装置示意如图1所示。测试时应避免装置周围有较大气流。经多次实验，选定测试时长为1 h，距离调节杆示数为12 cm。

1.红外灯；2.布样；3.保温箱；4.热电偶；5.温度显示仪；6.距离调节杆图1 隔热效果测试装置

2 结果与讨论

2.1 Mg(OH)2粒径对隔热性能的影响

当Mg(OH)2添加量为40%，涂层厚度在(0.12±0.01) mm范围内时，不同粒径涂层织物隔热性能对比情况如图2所示。可见添加粒径为500 nm的Mg(OH)2时，保温箱内温度最低。原因是相同质量条件下，Mg(OH)2粒径越小，比表面积越大，对红外光的有效反射面积越大，因此涂层对红外光的透过率越低，织物隔热性能越好[14]。

图2 不同Mg(OH)2粒径条件下保温箱内温度随时间的变化情况

2.2 Mg(OH)2添加量对隔热性能的影响

根据Mg(OH)2粒径对镁基涂层织物隔热性能的影响情况，选用500 nm Mg(OH)2进行进一步研究。图3为相同涂层厚度下，Mg(OH)2添加量对织物隔热性能影响情况。可见Mg(OH)2添加量越大，织物隔热效果越好。添加量为45%时保温箱内最终稳定温度比原布低约15 ℃。同时，织物涂层中不添加Mg(OH)2时，保温箱内最终稳定温度温度较原布高约1.5 ℃，认为树脂有一定的吸热作用。

图4为不同氢氧化镁添加量涂层织物在放大10 000倍下的SEM图片。可见，所用Mg(OH)2为片状形貌，可较为均匀地分布于涂层内部，结合涂层织物的隔热效果可知，Mg(OH)2添加量越大，Mg(OH)2对织物的覆盖面积越大，因此所能够反射红外光的面积越大，隔热效果越好。

Mg(OH)2为六方片状结构，结合织物SEM图可知，所用Mg(OH)2的(1100)晶面较小，即厚度较薄，经涂层整理后，所添加的Mg(OH)2(0001)晶面基本平行于织物表面，增大了Mg(OH)2对红外光的反射作用面积，能更多地反射红外辐射，从而起到良好的隔热作用。

图3 不同Mg(OH)2添加量条件下箱内温度随时间的变化情况

图4 不同Mg(OH)2添加量镁基涂层织物SEM图

2.3 织物厚度对隔热性能的影响

图5为氢氧化镁添加量为30%时织物隔热效果随厚度的变化情况。由图5可知，对于同一种纯棉基布，当涂层厚度在0～0.30 mm时，织物隔热性能随涂层厚度先提高再降低。涂层厚度约为0.12 mm时，织物隔热性能最佳。同时，由于所用树脂较易吸收红外光导致保温箱内温度升高，故认为当涂层厚度小于0.12 mm时，镁基涂层对红外光的反射起主导作用，而当涂层厚度继续增加时，涂层中树脂对红外光的吸收逐渐增多，导致隔热性能降低。

图5 箱内稳定温度随涂层厚度的变化情况

3 结 论

与传统涂布配方相比，采用水性聚氨酯树脂配制涂层胶，操作简单，节约成本，杜绝了甲苯、二甲基甲酰胺等有机溶剂的使用。通过实验得出以下结论：

a)以Mg(OH)2为功能材料，水性聚氨酯树脂为涂层剂，对棉织物进行涂层整理，Mg(OH)2可均匀分布于涂层内部与表面。

b)镁基涂层可提高织物的隔热性能。

c)Mg(OH)2粒径越小，添加量越大，织物隔热效果越好，且涂层厚度以0.12 mm为宜。

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