摘要：织物用隔热涂层能够在基本不消耗资源的情况下实现织物降温或保温的功能，是一种新型功能性涂层，具有较好的应用前景。综述了国内外织物用隔热涂层的研究方法与应用进展，介绍了其涂层材料以及涂层技术的研究概况，并列举了国内外织物用隔热涂层的部分研究工作，重点对织物用隔热涂层的今后的发展进行了展望。提出了织物用隔热涂层在原材料、涂层技术、测试装置、生产设备以及功能性等方面的研究方向。
关键词：隔热涂层，织物，材料，技术
隔热涂层织物是指将具有隔热功能的涂层涂覆于织物表面，对太阳辐射具有阻隔作用或高反射比、高辐射，从而抑制涂层表面温度上升以降低织物覆盖物内部温度，起到节能和隔热作用的织物［１］，是一种基本不消耗资源就可以实现降温或升温达到节能效果的产品。其在纺织行业有着较好的应用前景，如将其制成帐篷，可解决由于受地理、气候等环境因素以及帐篷本身结构与功能上的局限性影响所引起的帐篷内表面均温超出人体所能适应的范围，或者高温恶劣天气引起的帐篷内部温度过高而严重影响休息质量与身心健康的问题；若将其制成衣物，可解决夏季户外工作时强烈的近红外辐射透入皮下组织，引起血液及深部组织的发热以及长期在高温环境中工作，导致下肢血管扩张、血液淤积而引起昏倒等问题；若将其制成窗帘，可解决夏季太阳照射下室内温度过高的问题。此外，还可根据不同环境和使用要求，将该织物制作成各式各样的隔热用品，如隔热遮阳伞、保温箱以及防寒衣物等。目前，对于帐篷、建筑物内部的隔热降温大多采用消耗电力、水力资源等方式实现的，如夏日高温时对帐篷外表面淋水等以及在室内安装空调等，但无法为夏日户外工作者提供舒适的工作环境。
随着世界经济的高速发展，能源危机在全球显得尤为突出，全球都在探索开发诸如太阳能、风能等新能源，隔热涂层织物具有基本不消耗资源即可实现降温功能的特点，对缓解全球能源危机有着重要意义，并能解决夏日户外温度过高不适宜工作的问题，具有较好应用前景。
涂层材料及涂层技术是影响隔热涂层性能的两大重要因素，如何选择涂层材料以及各种涂层材料之间的配比是制成隔热涂层的基础，而采用何种技术将制备好的隔热涂层涂覆于基体之上，并具有隔热效果好、使用寿命长、整体美观等优点，是隔热涂层实际应用的关键。因此，要得到高性能、高可靠性、节能环保的织物用隔热涂层，应重点研究涂层材料与涂层技术，并将两者有机结合起来。
１ 研究概况
隔热涂层早在２０世纪７０年代就被提出，最早应用于航空航天、军工等领域［２］，随后在化工、建筑、纺织织物等领域中得到应用［３－４］，在纺织织物领域中，隔热涂层最初用于军事人员穿着的织物中，通过对红外辐射的反射、阻隔、辐射等消除或减小织物和背景之间红外反射特性的差别，实现对军事人员的红外伪装；随后在民用领域中得到应用，主要用于抑制织物外部红外热辐射的射入，隔绝大部分热辐射能量，达到降温的效果。根据抑制红外热辐射方式，织物用隔热涂层可分为反射型隔热涂层、阻隔型隔热涂层、辐射型隔热涂层，其中，反射型隔热涂层应用较多。目前，该技术仍处于初始阶段，国内外对其研究较少。
１．１ 织物用隔热涂层材料的研究概况
用于织物领域中的隔热涂层材料主要包括树脂与功能粒子。将功能粒子均匀的分散在树脂中，由树脂将其与织物连结起来，即可使得织物获得隔热功能。对树脂的研究主要集中在如何通过改性降低其折射系数，获得较好的耐候性、化学性质稳定性以及对织物较好的粘附强度。选用时，一般选择结构中少含Ｃ－Ｏ－Ｃ、Ｃ＝Ｏ、Ｏ－Ｈ等吸热基团的树脂，且可将多种树脂混合使用，提高涂层的隔热性能，如中山大学的涂料专利［５］采用丙烯酸树脂、醇酸树脂、氯化橡胶树脂、环氧树脂和ＨＣＰＥ等为基料，得出了红外热反射效率高、降温效果好的隔热涂层。功能粒子是隔热涂层中最重要的组分，主要作用是反射太阳近红外辐射，减少热量的吸收。如在应用于纺织织物中的隔热涂层功能粒子中，ＴｉＯ２不仅具有优良的抗老化能力，且对太阳光中的近红外光具有良好的反射能力，将其处理到织物上不仅可使织物获得良好的隔热性能，还可明显地提高涂层织物的耐老化性能，因此得到了广泛的研究，表１列出了辐照４０ｍｉｎ后，应用于织物中的不同功能粒子的隔热效果情况［６－７］。
由表１可知，在用于纺织织物中的隔热涂层，不同类型的功能粒子隔热效果不一致，当采用单一材料功能粒子时，ＴｉＯ２的隔热效果最佳，因此用于织物中的功能粒子大多选为ＴｉＯ２，但若只采用单一材料作为功能粒子时，涂层的机械性能往往达不到要求，因此出现了将多种材料混合制成复合式功能粒子，如ＴｉＯ２＋ＣａＣＯ３，虽然隔热性能不如ＴｉＯ２，但涂层的机械性能得到了提高，而ＴｉＯ２＋ＺｎＯ在提高涂层隔热性能的同时也增强了其机械性能，除此之外，还可通过改性剂提高功能粒子在树脂中的分散性和稳定性，获得机械性能、隔热性能均良好的隔热涂层，如王科林等采用十二烷基苯磺酸钠１０％（相对ＴｉＯ２的质 量 分 数），改 性 剂 溶 液ｐＨ值５，在８０℃下 改 性４０ｍｉｎ，使得ＴｉＯ２分散性得到提高，ＴｉＯ２在棉织物上分布更均匀、致密，制备的涂层织物隔热性能得到了提高［８］。此外，也可选择其他材料作为功能粒子，如吕艺的一种隔热防晒涂料及其制备方法的专利采用了１％～３０％（１～４００μｍ）空心陶瓷微粒制成的红外热反射涂层，其热反射率大于８９％［９］。
１．２ 织物用隔热涂层技术的研究概况
美国在上世纪８０年代就有专利技术，采用气相沉积法将金属涂覆到机织物、针织物或非织造织物的至少一面上，可得到对红外热辐射具有反射作用的纺织品［１０］。随着涂层技术的发展，喷涂法、溶胶－凝胶法也得到了应用，其中喷涂法由于操作简便且有效的特点而被广泛应用，而溶胶－凝胶法制得的涂层厚度较喷涂法更薄，可以制备出纳米级的涂层，且涂层的一致性和表面状况也高于喷涂法制备的涂层，目前这种方法由于工艺不成熟和成本较高，还未实现商业化，但具有较好的应用前景。国内外对其均有研究，如美国ＮＡＳＡ用溶胶－凝胶法制备一种新的纳米复合红外热反射涂层，主要用于改进纤维隔热毡的隔热性能；Ｌｅｅ发现如果采用溶胶－凝胶制备的涂层是由陶瓷基的纳米颗粒组成的，材料会有非线性光学性能［１１］。在国内，谢维斌用干法直接涂层法将浆料均匀地涂在织物上，并在一定温度和时间下进行交联焙烘［１２］，王科林通过ＬＴＦ ９７８８５涂层机将所制备的隔热涂料涂覆到棉织物上，并通过涂覆、烘干、二次涂覆、烘干、焙烘、水洗、烘干等方法制得涂层织物［８］。此外，还有气相沉积法以及通过辊涂、刷涂或刮涂的方法涂覆到纺织织物上等方法［１３］。
２ 发展展望
目前，国内对隔热涂层在纺织织物领域中的研究仍处于初始阶段，若将其应用于现代纺织织物中制成服装、帐篷等，不但可以降低人们高温下户外活动所产生的中暑以及心脏、呼吸系统为主的疾病发生率，缓解过量红外热辐射对人体的伤害；还能解决旅行者以及军事人员等低温下采用帐篷户外露宿时热量散失而无法入睡的问题，具有较好的应用前景。
就纺织织物用隔热涂层的发展方向，主要在以下几个方面：（１）功能粒子与树脂的改进。功能粒子是涂层最重要的组分，是影响涂层性能的最直接因素，而树脂是功能粒子的载体，与基布直接相连。在配制织物隔热涂层时，功能填料不一定选择一种，也可选择两种或几种功粒子按比例进行配比，得到的织物隔热保温性能可能会更好。树脂与基布的结合牢度也会影响织物的性能，如果树脂与基布的结合强度低，易在使用过程中脱落而失去隔热保温作用，应尽量选用与基布分子结构相匹配的树脂，以便能够形成牢固的化学键；另外要尽量选择与基布的热膨胀系数接近的涂层树脂，以避免使用中因冷热变化而导致涂层脱落对织物隔热性能的影响；除此之外，应根据涂层的不同用途，选择不同基团的树脂，如用于隔热的涂层应选择含有放热基团的树脂，用于保温的涂层应选择含有吸热基团的树脂。
（２）改性剂的配制。功能粒子溶于树脂中时，由于其具有表面极性很强而呈亲水等缺点，导致其在有机介质中容易团聚并产生沉降，影响了涂层的效果，为提高功能粒子在有机介质中的分散性，通常需要对其表面进行有机改性，即需要改性剂。如目前织物用隔热涂层选择十二烷基磺酸钠（ＳＤＳ）、硬脂酸钠、十二烷基苯磺酸钠（ＳＤＢＳ），以及硅烷偶联剂ＫＨ２１５１和ＫＨ２５７０、高分子聚丙烯酸钠等［８］作为功能粒子金红石型ＴｉＯ２的改性剂，以提高织物的隔热性等。
（３）涂层技术的改进。对现有的用于各种领域的涂层技术进行分析，结合涂层材料，研究出不同涂层技术所适应的涂层场合，并集各个涂层技术的优点，研制出一种操作方便、可靠性高的可同时适用于各个领域的涂层技术，使得隔热涂层技术具有通用性。
（４）基布的改进。当红外热辐射照射到涂层时，虽有大部分能量被反射，但也有部分能量会透射到织物内部，此时，选择对红外辐射具有较好阻隔作用的基布就显得尤为重要。不同的基布，由于表面的光泽平滑度、后整理方式、经纱线及纬纱线线密度、经纱及纬纱织物密度、织物紧度、织物厚度、织物透气性的不同，其对红外辐射的阻隔性能相差较大。一般地，织物表面光泽平滑度越好，织物的密度、厚度越大，其防热性能越好［１４］，而透气性大的织物由于其结构较疏松使得辐射热较易直接透过而导致隔热性能较差。但并不能为了追求织物对红外热辐射的阻隔性而盲目的提高织物的紧度、厚度等而使得织物的透气性大大降低，导致织物内部气体混浊、多余热量无法散失等。因此基布的选择应综合各方面因素进行考虑。
（５）设计出可靠的隔热性能测试装置。纺织织物用隔热涂层最重要的性能就是其隔热性能，由于其仍处于研究阶段，未见其隔热性能测试的标准装置，各研究机构分别采用不同的测试装置对该性能进行测试，使得测试结果没有对比性，因此，设计出一套被各研究机构认可的隔热性能测试装置成为当务之急。在该装置设计中，关键的问题是如何创造一个相对外界独立的环境，排除外界环境的干扰，以通过人工热源对该涂层的隔热性能进行测试，并保证每次测量时的环境一致，包括织物每次测试时的有效面积、平整度、张紧力均需一致。
（６）隔热性能的自适应性。在温带大陆性气候、沙漠气候以及夏秋交替之季，昼夜温差较大，织物白天应具有较好的隔热性能，夜晚应具有较好的保温性能，这就需将隔热与保温相结合，制成具有自适应性的隔热涂层，即高温时，在增大织物外表面红外辐射反射的同时，保证织物内部过多的红外辐射透射到织物外部；当外界温度降低到与织物内部温度相近时，减小织物外表面红外热辐射的反射，增大其透射，并增大织物内表面红外热辐射的反射，减小其透射；当外界温度低于织物内部温度时，增大织物内表面的红外辐射反射，并减小对流、蒸发引起的热量散失，使得织物内部近似处于恒温状态。
（７）研制集隔热保温、节能环保功能于一体的纺织织物用隔热涂层。一般地，隔热涂层涂覆在织物外表面，保温涂层涂覆在织物内表面，若为得到同时具有隔热与保温性能的织物，将保温涂层与隔热涂层分别涂覆在织物的内外表面，则可能由于织物厚度小以及织物渗透性等原因导致两种涂层产生化学反应，影响织物的隔热保温性能，因此，若研制一种同时具有隔热与保温性能的涂层，并将其涂覆在织物的一侧，即可消除采用两种涂层所引起的交互影响等问题。此外，应重点挖掘其节能、环保的功能，根据不同环境和使用要求，制作成各式各样的防晒隔热纺织织物用品，如遮阳隔热帐篷、防晒窗帘、仓储防晒隔热篷布、机械设备遮阳隔热布等，在不消耗煤炭、石油等高碳能源的情况下对覆盖物进行降温，可降低ＣＯ２的排放，实现低碳经济。
（８）生产设备的智能化。通过对现有生产设备的改进及创新，使其具有在线检测、故障诊断等功能，一旦某处涂层涂覆不均匀，或者涂覆过程中基体存在损坏等情况时，应能及时检测出并采取相关措施，减少次品率，并将生产设备进行模块化设计，缩短生产设备的加工周期，提高生产效率。
综上所述，国外对纺织织物用隔热涂层研究较早，而国内对其研究仍处于初始阶段，要有效的减少纺织织物用隔热涂层内外热量的传递和交换，应从涂层材料及涂层技术的开发与改进入手，充分发挥其节能环保功能，对缓解日益加重的能源危机具有重要的意义。
参考文献略
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