本發(fā)明屬于天然高分子材料領(lǐng)域，具體地，涉及一種纖維素基被動(dòng)輻射制冷纖維及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，空調(diào)制冷已經(jīng)成為建筑物保持內(nèi)部溫度舒適不可或缺的手段，以空氣壓縮為代表的空調(diào)制冷技術(shù)不僅耗電嚴(yán)重，產(chǎn)生大量溫室氣體，還會(huì)造成環(huán)境“凈”升溫效應(yīng)。此外，壓縮機(jī)的制冷劑在使用過程中泄露會(huì)破壞大氣臭氧層，加劇其他環(huán)境問題。相比之下，具有凈制冷能力的被動(dòng)式日間輻射制冷(pdrc)技術(shù)對(duì)太陽光具有極高反射率，同時(shí)可將自身熱量通過波長(zhǎng)為8-13μm的大氣透明窗口散逸到外太空，因此無需損耗電能就能實(shí)現(xiàn)建筑物表面自發(fā)降溫，有望替代空氣壓縮制冷系統(tǒng)，對(duì)世界能源格局和減緩全球氣候變暖有著積極意義。

2、輻射制冷的原理是利用自然界的固有溫差(例如人體和周圍環(huán)境之間、地球和外太空之間)而形成的凈輻射傳熱來實(shí)現(xiàn)高效降溫。若能將輻射制冷技術(shù)集成到人體織物中，勢(shì)必會(huì)大幅度減少傳統(tǒng)高耗能制冷設(shè)備的使用，有助于“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

3、然而，目前已經(jīng)發(fā)展基于被動(dòng)輻射制冷技術(shù)的人體織物，大多采用石油基高分子，如聚乙烯、聚偏氟乙烯等。一方面這些材料不可降解，造成嚴(yán)重的環(huán)境負(fù)擔(dān)；另一方面，對(duì)于人體穿著的舒適性有待提高。

4、棉織物作為最受歡迎的紡織品材料之一，有望用于被動(dòng)輻射制冷織物。結(jié)合纖維素豐富的熱輻射官能團(tuán)c-o和c-o-c鍵，能夠與寒冷的外太空進(jìn)行輻射熱交換，但對(duì)于太陽光波段的整體反射率僅為約60％。因此，將纖維素材料用于被動(dòng)輻射制冷織物中，亟待解決的問題就是提高其太陽光波段的反射率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種纖維素基被動(dòng)輻射制冷纖維及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明采用纖維素溶液再生制備纖維素纖維，在纖維凝膠態(tài)時(shí)，經(jīng)過凝固浴擴(kuò)散在凝膠纖維孔洞或表面引入反射層和保護(hù)層的功能組分。

2、本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種纖維素基被動(dòng)輻射制冷纖維的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

4、(1)將纖維素溶液經(jīng)紡絲工藝制備得到凝膠纖維；

5、(2)將凝膠纖維依次經(jīng)過第一功能組分凝固浴、第二功能組分凝固浴，隨后進(jìn)行熱干燥處理，制備得到所述纖維素基被動(dòng)輻射制冷纖維。

6、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，將纖維素溶液經(jīng)紡絲罐噴頭擠出、再生后得到所述凝膠纖維。優(yōu)選地，所述再生是指在第一凝固浴中再生。優(yōu)選地，所述第一凝固浴選自水或醇溶液。

7、優(yōu)選地，所述醇溶液選自甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、丙三醇、乙二醇、異丙醇或異丁醇。

8、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述纖維素溶液包括纖維素材料和溶劑。優(yōu)選地，所述纖維素溶液是均一的溶液。

9、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述纖維素溶液中，所述纖維素材料的濃度(固含量)為3wt％-15wt％。

10、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述纖維素材料選自下述物質(zhì)中的一種或多種：微晶纖維素、細(xì)菌纖維素、棉漿粕、木漿粕、竹漿粕、草漿粕、精制棉、脫脂棉、棉短絨及甘蔗渣、木材和秸稈等中的至少一種；優(yōu)選為微晶纖維素、精制棉、脫脂棉、木漿粕中的一種或多種。

11、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述第一功能組分凝固浴包括保護(hù)組分和第一組分的水溶液。

12、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述保護(hù)組分選自海藻酸鈉、絲素蛋白等中的至少一種。

13、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述第一組分包括無機(jī)酸根離子或金屬離子。優(yōu)選地，無機(jī)酸根離子選自硫酸根離子、碳酸根離子、氫氧根離子等中的至少一種。優(yōu)選地，所述金屬離子例如選自鈣離子、鋇離子、鎂離子。

14、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述保護(hù)組分的濃度為0.1wt％-10wt％。

15、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述保護(hù)組分和第一組分的濃度比為1-5:1-10。

16、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述第二功能組分凝固浴選自含有第二組分的水溶液。優(yōu)選地，所述第二組分包括無機(jī)酸根離子或金屬離子，且第二組分與第一組分不同。

17、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述第一組分和第二組分中，金屬離子和無機(jī)酸根離子的摩爾比為0.1-2:0.1-2。

18、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述熱干燥處理的的溫度為60℃-100℃。

19、本發(fā)明還提供了一種纖維素基被動(dòng)輻射制冷纖維，所述纖維為皮芯結(jié)構(gòu)，由內(nèi)而外依次包括纖維芯層和功能層；所述功能層包括反射組分和保護(hù)組分；

20、其中，所述反射組分選自硫酸鋇、碳酸鈣、碳酸鋇、硫酸鈣等中的至少一種；所述保護(hù)組分選自海藻酸酸鈉、絲素蛋白等中的至少一種。

21、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述反射組分是由第一功能凝固浴中的第一組分?jǐn)U散進(jìn)纖維芯層的表面或表面的孔洞內(nèi)，而后與第二功能組分凝固浴中的第二組分在凝膠芯層的表面或表面的孔洞內(nèi)原位沉淀得到。

22、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述保護(hù)組分涂覆在所述纖維芯層的表面，在進(jìn)入第二功能組分凝固浴再生后附著在所述纖維芯層的表面。

23、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述纖維芯層選自纖維素基纖維。優(yōu)選地，所述纖維素基纖維包括所述纖維素材料。

24、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述纖維素基被動(dòng)輻射制冷纖維的尺寸(直徑)范圍為5μm-500μm。

25、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述纖維素基被動(dòng)輻射制冷纖維通過上述制備方法制備得到。

26、本發(fā)明還提供上述纖維素基被動(dòng)輻射制冷纖維在輻射制冷領(lǐng)域中的應(yīng)用。

27、本發(fā)明的有益效果：

28、本發(fā)明采用纖維素溶液再生制備纖維素纖維，在纖維凝膠態(tài)時(shí)，經(jīng)過凝固浴擴(kuò)散在凝膠纖維孔洞或表面引入反射組分和保護(hù)組分混合得到功能層，從而制備纖維素基輻射制冷纖維。

29、(1)本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)纖維素基被動(dòng)輻射制冷纖維的連續(xù)化制備：通過對(duì)纖維素溶液的連續(xù)化紡絲工藝，在連續(xù)紡絲中通過凝固浴擴(kuò)散引入功能組分，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)皮芯結(jié)構(gòu)的纖維素基被動(dòng)輻射制冷纖維的連續(xù)化的生產(chǎn)。

30、(2)本發(fā)明制備的纖維同時(shí)兼顧輻射制冷性能和力學(xué)性能：將纖維編織成織物時(shí)，對(duì)纖維的力學(xué)性能有極高的要求，本工藝通過對(duì)凝膠纖維表面涂覆，不破壞纖維素纖維本身的結(jié)構(gòu)，因此力學(xué)性能可以接近未經(jīng)過涂覆的纖維素纖維，滿足商業(yè)化編織需求。

31、(3)本發(fā)明制備的纖維經(jīng)過編織后，可以將太陽光波段的反射率提高到95.16％，近紅外波段發(fā)射率達(dá)到98.13％。在實(shí)際模擬應(yīng)用中，比太陽光直接作用于人體皮膚降溫12.8℃，比未經(jīng)處理的纖維素纖維編織后的織物降溫6.9℃。

32、(4)本發(fā)明制備的纖維素基被動(dòng)輻射制冷纖維具有可降解性，不會(huì)造成環(huán)境污染。

33、(5)本發(fā)明制備的纖維纖維素基被動(dòng)輻射制冷纖維經(jīng)過編織后，具有較好的氣體透過性和吸濕能力，穿著較為舒適。

34、(6)本發(fā)明采用凝膠纖維連續(xù)化涂覆工藝，因纖維凝膠態(tài)時(shí)具有孔洞結(jié)構(gòu)，因此滿足離子擴(kuò)散，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)原位沉淀的包覆。相比于直接運(yùn)用干態(tài)的纖維，具有極高的功能組分穩(wěn)定性。