彩色輻射冷卻滌綸織物的制備及性能研究

A study on the preparation and performances of colored radiative cooling polyester fabrics

摘要： 被動(dòng)式日間輻射冷卻技術(shù)作為一種新型綠色環(huán)保的冷卻方式，通常要求材料保持白色或銀色的外觀，不符合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景下對(duì)色彩的要求。本文通過(guò)浸涂法和相分離技術(shù)制備了分級(jí)多孔聚合物涂層滌綸織物，并引入顏料彩色層賦予其彩色外觀。通過(guò)優(yōu)化顏料含量，平衡色彩與冷卻性能之間的矛盾，最終制備得到了具有較優(yōu)冷卻性能的彩色輻射冷卻織物。結(jié)果表明，黃色和紅色輻射冷卻織物的光譜特性相較于僅有顏料附著的彩色對(duì)比樣有著明顯的提升，并分別能實(shí)現(xiàn)低于箱體環(huán)境溫度9.3 ℃和6.2 ℃的冷卻效果。在開(kāi)放的戶(hù)外應(yīng)用場(chǎng)景下，其仍分別具備相對(duì)彩色對(duì)比樣4.7 ℃和3.3 ℃的冷卻能力，同時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)異的色牢度。

關(guān)鍵詞： 被動(dòng)式日間輻射冷卻;光譜特性;滌綸織物;分層多孔涂層;有機(jī)顏料;相分離

中圖分類(lèi)號(hào)： TS101.923

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)： 1001-7003（2025）02期數(shù)-0036起始頁(yè)碼-09篇頁(yè)數(shù)

DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2025.02期數(shù).005（篇序）

近年來(lái)，被動(dòng)式日間輻射制冷（Passive Daytime Radiative Cooling，PDRC）作為一種零能源輸入的新型冷卻方式受到了廣泛關(guān)注^［1-2］。PDRC需要反射太陽(yáng)光（0.3～2.5 μm），同時(shí)通過(guò)紅外大氣窗口（8～13 μm）向外太空輻射熱量來(lái)實(shí)現(xiàn)被動(dòng)冷卻^［3-4］。PDRC技術(shù)具有綠色節(jié)能的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，有望成為一種全新的冷卻方式應(yīng)用于各種場(chǎng)合^［5］。

實(shí)現(xiàn)高效率冷卻需要PDRC材料最大限度地反射太陽(yáng)光并且向外界輻射自身熱量。已有研究人員通過(guò)篩選具有優(yōu)秀光譜特性的材料和優(yōu)化材料結(jié)構(gòu)來(lái)提高冷卻效率^［6-8］。Mandal等^［9］通過(guò)相分離法制備了分級(jí)多孔聚偏氟乙烯—六氟丙烯（P（VdF-HFP））涂層，該涂層具有96.0%的高太陽(yáng)反射率和97.0%的高紅外發(fā)射率，在太陽(yáng)輻照強(qiáng)度為890 W/m²的條件下，實(shí)現(xiàn)了低于環(huán)境溫度6.0 ℃的冷卻效果。Atiganyanun等^［10］通過(guò)優(yōu)化隨機(jī)介質(zhì)二氧化硅（SiO2）的結(jié)構(gòu)參數(shù)，最大限度地提高了隨機(jī)介質(zhì)的太陽(yáng)光散射能力，擁有優(yōu)于商業(yè)冷卻涂料4.7 ℃的冷卻效果。但以上的PDRC材料為了獲得優(yōu)秀的光譜特性和冷卻性能，往往都呈現(xiàn)出白色或銀色的外觀，并不滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用中人們對(duì)審美色彩的需求^［11-12］。目前，彩色輻射冷卻織物的制備仍存在著巨大的難題，其中彩色外觀會(huì)存在額外的熱量吸收，導(dǎo)致色彩和冷卻性能難以共存。

降低化學(xué)顏料吸熱以提高材料的冷卻性能是一種可行的方法。因此，本文選用具有優(yōu)秀光譜特性的P（VdF-HFP）聚合物制備輻射冷卻涂層，并將顏料分散在聚合物溶液中制備彩色復(fù)合涂層。通過(guò)優(yōu)化顏料含量，平衡色彩與冷卻性能之間的矛盾。采用簡(jiǎn)單的兩步法，先后將白色輻射冷卻涂層和彩色復(fù)合涂層分別整理到滌綸織物中，從而獲得具有良好冷卻性能的彩色輻射冷卻織物。

1"實(shí)"驗(yàn)

1.1"材料與儀器

1.1.1"材"料

滌綸織物（市售），P（VdF-HFP）（東莞展陽(yáng)高分子材料有限公司），丙酮（上海麥克林生化科技有限公司），聯(lián)苯胺黃顏料（廣州美丹鈦白顏料有限公司），喹吖啶酮紅顏料（阿拉丁生化科技股份有限公司）。

1.1.2"儀"器

Nicolet 5700型傅里葉變換紅外光譜儀（美國(guó)Nicolet有限公司），Ultra 55型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（德國(guó)Zeiss有限公司），UV-Vis-NIR分光光度計(jì)（日本日立有限公司），PT-100熱電偶、SIN-R200F無(wú)紙記錄儀（杭州聯(lián)測(cè)自動(dòng)化技術(shù)有限公司），F(xiàn)luke Ti27紅外熱像儀（福祿克測(cè)試儀器（上海）有限公司），DATACOLOR 600測(cè)色配色儀（美國(guó)德塔有限公司），Nano S型納米激光粒度儀（英國(guó)Malvern公司）。

1.2"方"案

1.2.1"輻射冷卻聚合物涂層前驅(qū)液的制備

將P（VdF-HFP）和丙酮按照1︰8的質(zhì)量比加入燒杯中，勻速攪拌5 min至聚合物完全分散后倒入三口燒瓶中，50 ℃下勻速攪拌溶液30 min至聚合物完全溶解。隨后使用注射器向燒瓶中勻速滴入與聚合物等質(zhì)量比的去離子水，確保去離子水在1 min內(nèi)滴加完成。繼續(xù)勻速攪拌15 min后，停止加熱繼續(xù)攪拌，待冷卻至室溫后得到聚合物涂層前驅(qū)液。

1.2.2"彩色復(fù)合涂層前驅(qū)液的制備

將P（VdF-HFP）和丙酮按照1︰8的質(zhì)量比加入到燒杯中，再取不同質(zhì)量的顏料分散在聚合物溶液中（顏料與聚合物二元質(zhì)量比為1︰125、1︰100、1︰75、1︰50）。在室溫下均速攪拌60 min，待顏料混合均勻后得到不同顏料含量的彩色復(fù)合涂層前驅(qū)液。

1.2.3"彩色輻射冷卻織物的制備

將滌綸織物置于玻璃皿底部，隨后向玻璃皿中加入凝固厚度為500 μm的聚合物涂層前驅(qū)液。靜置于室溫下12 h，由于丙酮和水揮發(fā)速率的差異，聚合物涂層中會(huì)出現(xiàn)分級(jí)多孔

結(jié)構(gòu);待溶劑完全揮發(fā)后，得到涂層厚度為300 μm左右的輻射冷卻涂層織物。取上述不同顏料含量的彩色復(fù)合涂層前驅(qū)液，分別刮涂50 μm在涂層織物表面;待溶劑揮發(fā)后，最終制備得到不同顏料含量的彩色輻射冷卻織物。同樣地，取同質(zhì)量的顏料均勻分散在丙酮中，然后將顏料分散液刮涂在滌綸織物表面，待丙酮揮發(fā)后制備得到僅附著顏料的彩色對(duì)比樣。

1.3"測(cè)試與表征

1.3.1"顏料粒徑表征

采用Nano S型納米激光粒度儀以動(dòng)態(tài)光散射法對(duì)膠體微球的水合粒徑進(jìn)行測(cè)定。將樣品稀釋成透明狀后進(jìn)行測(cè)試。

1.3.2"表面形貌表征

采用Ultra 55型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)織物樣品的表面形貌進(jìn)行觀察，測(cè)試電壓為3 kV。

1.3.3"光譜特性測(cè)試

采用UV-Vis-NIR分光光度計(jì)（硫酸鋇積分球）對(duì)織物樣品在可見(jiàn)光及近紅外光波段（300～2 500 nm）的反射率進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)Nicolet 5700型傅里葉變換紅外光譜儀（鍍金積分球附件）測(cè)試織物樣品的中紅外（8～13 μm）發(fā)射率。

1.3.4"冷卻性能測(cè)試

采用自制的測(cè)試裝置進(jìn)行冷卻性能測(cè)試，測(cè)試裝置放置在距地面1 m高的桌子處，使用PT-100熱電偶實(shí)時(shí)記錄溫度變化。對(duì)于開(kāi)放環(huán)境冷卻性能測(cè)試，在高太陽(yáng)輻照條件下，使

用紅外熱像儀監(jiān)測(cè)樣品表面溫度。

1.3.5"彩色層摩擦色牢度測(cè)試

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味取罚褂弥睆?6 mm的丙烯酸圓柱棒以9 N的壓力對(duì)彩色織物表面進(jìn)行往復(fù)10次摩擦，對(duì)織物摩擦前后的顏色進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)其彩色層牢度。使用DATACOLOR 600測(cè)色配色儀對(duì)摩擦前后彩色織物的K/S值進(jìn)行測(cè)定，評(píng)價(jià)其顏色變化。

1.3.6"彩色層水洗色牢度測(cè)試

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)驮硐瓷味取罚瑢⒖椢镏糜谠硪褐校?0︰1的浴比，在40 ℃下機(jī)械攪動(dòng)30 min。對(duì)皂洗前后織物K/S值進(jìn)行測(cè)定，評(píng)價(jià)其顏色變化。

2"結(jié)果與分析

2.1"顏料粒徑分析

顏料的粒徑會(huì)影響其使用效果，本文分別對(duì)黃色和紅色顏料的粒徑進(jìn)行測(cè)試，如圖1所示。聯(lián)苯胺黃顏料和喹吖啶酮紅顏料粒徑分別分布在1 000 nm和1 700 nm左右，可以看出兩種顏料的粒徑較大且分布較寬，這是因?yàn)轭伭媳旧泶嬖谳^強(qiáng)的團(tuán)聚效應(yīng)使其在分散液中以聚集體的方式存在。一般來(lái)說(shuō)，團(tuán)聚效應(yīng)會(huì)隨著顏料含量提升而增強(qiáng)，因此在制備彩色輻射冷卻織物時(shí)，應(yīng)控制彩色層中顏料含量以避免顏料的團(tuán)聚導(dǎo)致其顏色過(guò)深。

2.2"PDRC原理

材料的冷卻性能可以由凈冷卻功率Pnet進(jìn)行評(píng)價(jià)，如下式所示^［13］：

Pnet（Tc）=Prad（Tc）-Psun-Patm（Tamb）-Pnonrad（1）

Prad（Tc）=∫^∞0ε（λ）Mbb（λ，Tc）dλ（2）

Psun=∫^∞0ε（λ）IAM1.5（λ）dλ（3）

Patm（Tamb）=2π∫^π20∫^∞0ε（λ）εatm（λ，θ）Mbb（λ，Tamb）dλcosθdθ（4）

Pnonrad（Tc，Tamb）=hc（Tamb-Tc）（5）

式中：Prad是樣品輻射到外太空的能量，Psun和Patm分別為樣品從太陽(yáng)和大氣中吸收的功率，IAM1.5（λ）為太陽(yáng)輻射的AM1.5光譜分布，Pnonrad是非輻射損耗功率，Mbb（λ，Tc）和Mbb（λ，Tamb）分別是溫度為T(mén)c和Tamb時(shí)黑體的輻射，Tc和Tamb分別表示輻射冷卻溫度和環(huán)境溫度，ε（λ）是樣品的光譜發(fā)射率，εatm（λ，θ）為大氣的發(fā)射率，θ為樣品朝向天空的角度，hc為總非輻射傳熱系數(shù)。

由式（1～5）可發(fā)現(xiàn)，若想提高材料的輻射冷卻性能，除應(yīng)具備高的輻射功率外，還應(yīng)盡可能減少?gòu)奶?yáng)和大氣中吸收的熱量。這要求材料必須同時(shí)具備高的太陽(yáng)反射率來(lái)減少太陽(yáng)輻射能量的吸收和高的大氣窗口發(fā)射率來(lái)提高向外太空輻射的能量。此外，非輻射損耗功率也是影響冷卻性能的關(guān)鍵因素，一般來(lái)說(shuō)，在hc較低的應(yīng)用場(chǎng)景中，輻射冷卻材料表現(xiàn)出更優(yōu)的冷卻性能。

2.3"織物的表面形貌

對(duì)不同織物樣品進(jìn)行表面形貌測(cè)試，如圖2所示。由圖2（a～b）可見(jiàn)，原滌綸織物可以觀察到光滑且明顯的單根纖維，而白色輻射冷卻織物表面形成了具有分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)的聚合物涂層。涂層中不同層次的孔洞結(jié)構(gòu)通過(guò)相分離技術(shù)實(shí)現(xiàn)，涂層前驅(qū)液中含有溶劑相（丙酮）和非溶劑相（水），由于丙酮和水揮發(fā)速率的差異，隨著溶劑的快速揮發(fā)，溶解在丙酮中的聚合物形成了彼此交聯(lián)的聚合物涂層;但同時(shí)未揮發(fā)的水仍然存在于涂層中，隨著水的緩慢揮發(fā)，其原先占據(jù)的位置形成了不同層次的微納米孔。根據(jù)米氏散射，與太陽(yáng)光波長(zhǎng)在同一尺度的粒子能夠無(wú)選擇性地散射所有波長(zhǎng)的太陽(yáng)光^［14］。聚合物涂層中，空氣取代聚合物形成了獨(dú)特的微納級(jí)孔洞（0.05～10 μm），與太陽(yáng)光波長(zhǎng)尺度相近。這種獨(dú)特的分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)有利于高效散射太陽(yáng)光，提高了涂層織物的太陽(yáng)光反射率^［15］。

圖2（c～f）為不同顏料含量彩色層的表面形貌。當(dāng)在白色輻射冷卻織物表面引入彩色層后，織物表面形成一層明顯被聚合物包覆的顏料顆粒;聚合物不僅為織物上顏料顆粒提供了一定牢度，還有助于提高彩色輻射冷卻織物在大氣窗口處的紅外發(fā)射率。并且隨著顏料含量的增加，其團(tuán)聚效應(yīng)愈發(fā)明顯，當(dāng)彩色層中顏料與聚合物二元質(zhì)量比為1︰125時(shí)，顏料較為均勻地分散在聚合物中;而當(dāng)彩色層中顏料與聚合物二元質(zhì)量比達(dá)到1︰50時(shí)，顏料已大部分呈聚集體形式存在。

2.4"織物的表面化學(xué)組成

根據(jù)基爾霍夫定律，物體在熱平衡條件下，其吸收率等于發(fā)射率^［16］。織物的化學(xué)組成會(huì)影響其在大氣窗口范圍的發(fā)射率，對(duì)白色和彩色輻射冷卻織物的化學(xué)組成進(jìn)行表征，如圖3所示。在大氣窗口（769～1 250 cm^-1）內(nèi)，1 177 cm^-1處出現(xiàn)了來(lái)自滌綸織物C—O—C鍵的特征吸收峰，1 064 cm^-1和873 cm^-1處分別出現(xiàn)了來(lái)自P（VdF-HFP）聚合物—CF2鍵的特征吸收峰。P（VdF-HFP）聚合物中特征官能團(tuán)在大氣窗口

處的吸收有利于提升其發(fā)射率。值得注意的是，三種不同織物在大氣窗口范圍內(nèi)的紅外光譜高度一致，這說(shuō)明顏料的加入對(duì)輻射冷卻織物的大氣窗口發(fā)射率基本沒(méi)有影響。

2.5"織物彩色層顏料含量的影響

由于顏料對(duì)太陽(yáng)光的強(qiáng)烈吸收，過(guò)多的顏料含量會(huì)明顯加深彩色層的顏色，導(dǎo)致過(guò)多的可見(jiàn)光吸收降低彩色輻射冷卻織物的冷卻性能。因此，為解決色彩與冷卻性能之間的矛盾，必須平衡好織物色彩與其光譜特性的關(guān)系。圖4（a）為黃色輻射冷卻織物K/S值隨其顏料含量的變化曲線(xiàn)，K/S值表

示被測(cè)試織物的吸收系數(shù)K和散射系數(shù)S的比值，K/S值越大代表織物顏色越深。當(dāng)顏料含量增加時(shí)，織物的顏色隨之加深;但同時(shí)，高顏料含量使織物在太陽(yáng)光波段的反射率迅速降低，如圖4（b）所示。為了制備具有較優(yōu)冷卻性能的彩色輻射冷卻織物，必須降低顏料含量以提高其光譜特性。綜合來(lái)說(shuō)，當(dāng)黃色輻射冷卻織物彩色層中顏料與聚合物二元質(zhì)量比為1︰100時(shí)，織物具有較優(yōu)的色彩和反射率。同理，為了同時(shí)獲得較優(yōu)的色彩和反射率，優(yōu)化得到的紅色輻射冷卻織物彩色層二元質(zhì)量比為1︰100，如圖4（c～d）所示。

2.6"彩色輻射冷卻織物的光譜特性

以上述的顏料含量分別制備黃色與紅色輻射冷卻織物，并對(duì)其光譜特性進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)測(cè)試僅有顏料附著的彩色對(duì)比樣和白色輻射冷卻織物的光譜特性作為對(duì)照，如圖5所示。對(duì)于太陽(yáng)光反射率，由于顏色的產(chǎn)生需要吸收與其互補(bǔ)波長(zhǎng)的可見(jiàn)光，在此波長(zhǎng)范圍，顏料對(duì)可見(jiàn)光的吸收起主導(dǎo)作用，彩色輻射冷卻織物的反射率相較白色輻射冷卻織物下降幅度較大;而在其余波長(zhǎng)范圍，由于顏料對(duì)這部分光的吸收較少，彩色輻射冷卻織物的反射率相較之下仍保持較高的水平，如圖5（a～b）所示。綜合來(lái)說(shuō)，彩色和白色輻射冷卻織物的平均太陽(yáng)反射率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于彩色對(duì)比樣，這得益于輻射冷卻涂層中微米和納米級(jí)孔洞的協(xié)同作用，當(dāng)太陽(yáng)光傳播進(jìn)入分級(jí)多孔聚合物涂層中時(shí)，由于折射率的差異，光會(huì)在空氣與聚合物的界面發(fā)生額外的散射，提高了彩色和白色輻射冷卻織物的平均太陽(yáng)光反射率。其中，黃色、紅色和白色輻射冷卻織物的平均太陽(yáng)光反射率分別為84.9%、82.9%和94.8%。

值得注意的是，黃色輻射冷卻織物的平均太陽(yáng)光反射率要高于紅色輻射冷卻織物，相對(duì)白色輻射冷卻織物下降程度較小，這是由于黃色輻射冷卻織物吸收的互補(bǔ)波長(zhǎng)可見(jiàn)光較少并且在其余太陽(yáng)波長(zhǎng)反射率較高。在可見(jiàn)光范圍內(nèi)，黃色輻射冷卻織物反射率從小于520 nm時(shí)迅速下降，而紅色輻射冷卻織物反射率從小于600 nm時(shí)便迅速下降。

對(duì)于大氣窗口發(fā)射率，由于發(fā)射率與材料本身的化學(xué)組成直接相關(guān)，彩色和白色輻射冷卻織物的大氣窗口發(fā)射率基本一致且都優(yōu)于彩色對(duì)比樣，如圖5（c～d）所示。其中黃色、紅色和白色輻射冷卻織物的平均大氣窗口發(fā)射率分別為924%、91.8%和92.1%。綜上所述，制備得到的彩色輻射冷卻織物相較于白色輻射冷卻織物仍具有良好的光譜特性，其中黃色輻射冷卻織物由于較低的太陽(yáng)光吸收表現(xiàn)出更優(yōu)秀的光譜特性。

2.7"彩色輻射冷卻織物的冷卻性能

為探究彩色輻射冷卻織物的冷卻性能，本文使用自制冷卻性能測(cè)試裝置（圖6（a）），其內(nèi)部用泡沫進(jìn)行填充作為絕緣材料，并包覆鋁箔降低傳熱以避免影響裝置內(nèi)部溫度，同時(shí)在裝置外部使用聚乙烯薄膜進(jìn)行密封以隔絕空氣對(duì)流的影響。然后使用熱電偶記錄裝置內(nèi)測(cè)試樣品的溫度變化，裸露的熱電偶用來(lái)監(jiān)測(cè)箱體環(huán)境溫度（圖6（b））。由圖6（c～d）的曲線(xiàn)可見(jiàn)，在平均太陽(yáng)輻照強(qiáng)度和風(fēng)速分別為548.8 W/m²和0.9 m/s的條件下對(duì)樣品進(jìn)行持續(xù)2 h冷卻性能測(cè)試。由圖6（e～f）的溫度變化曲線(xiàn)可見(jiàn)，相較于彩色對(duì)比樣，黃色和紅色輻射冷卻織物分別能達(dá)到最高6.1 ℃和5.0 ℃的冷卻效果。相較于箱體環(huán)境溫度，黃色、紅色和白色輻射冷卻織物分別能夠降低9.3 ℃、6.2 ℃和16.2 ℃，其中，白色輻射冷卻織物的冷卻效果最佳，黃色輻射冷卻織物的冷卻效果相比白色輻射

冷卻織物略有下降，但表現(xiàn)出比紅色輻射冷卻織物更好的冷卻效果。

為評(píng)價(jià)彩色輻射冷卻織物在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景下的冷卻性能，本文使用Fluke Ti27紅外熱像儀在開(kāi)放的戶(hù)外條件下測(cè)試織物的冷卻性能，如圖7所示。在開(kāi)放的戶(hù)外場(chǎng)景中，織物被放置在黑色紙板上進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試過(guò)程中的平均太陽(yáng)輻照強(qiáng)度為491.0 W/m²，經(jīng)過(guò)1 h的太陽(yáng)輻照后，織物表面溫度達(dá)到平衡。由圖7（c～d）可見(jiàn)，白色輻射冷卻織物溫度相比黃色和紅色對(duì)比樣分別下降了8.5 ℃和8.0 ℃，黃色和紅色輻射冷卻織物相較于彩色對(duì)比樣分別具有4.7 ℃和3.3 ℃的冷卻效果。彩色輻射冷卻織物在開(kāi)放環(huán)境中其非輻射損耗功率不可避免地提高，導(dǎo)致其冷卻性能下降。這種現(xiàn)象與理論符合，彩色輻射冷卻織物在戶(hù)外條件下仍能保持一定的冷卻性能。

2.8"彩色輻射冷卻織物的色牢度

為評(píng)價(jià)彩色輻射冷卻織物彩色層的牢度，本文分別對(duì)其進(jìn)行摩擦和水洗色牢度測(cè)試，并選擇僅附著顏料的對(duì)比樣作為對(duì)照，結(jié)果如圖8（a～b）所示。經(jīng)摩擦測(cè)試后，黃色對(duì)比樣表面經(jīng)摩擦的位置出現(xiàn)了一道明顯的劃痕，這表明顏料粒子因牢度較差從紗線(xiàn)中脫落而堆積在表面;黃色輻射冷卻織物表面經(jīng)摩擦后并未發(fā)生明顯變化，這是因?yàn)椴噬珜又蓄伭狭Ｗ颖痪酆衔锇玻瑸槠涮峁┝藘?yōu)異的牢度。經(jīng)水洗測(cè)試后，黃色對(duì)比樣中顏料大部分脫落導(dǎo)致顏色明顯變淺;而黃色輻射冷卻織物僅略微產(chǎn)生褶皺，具有優(yōu)秀的水洗色牢度。

對(duì)黃色織物經(jīng)摩擦和水洗后的K/S值進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如圖8（c～d）所示。黃色對(duì)比樣經(jīng)摩擦后，顏料因從紗線(xiàn)中脫落而堆積在表面造成其顏色略微加深，其K/S值有一定幅度增加;而黃色輻射冷卻織物經(jīng)摩擦后，因彩色層具有優(yōu)秀的摩擦色牢度，其K/S值基本保持不變。經(jīng)水洗測(cè)試后，黃色對(duì)比樣顏料基本完全脫落導(dǎo)致其K/S值大幅降低;而黃色輻射冷卻織物因其優(yōu)秀的水洗色牢度，其K/S值僅略微下降。

為探究摩擦和水洗對(duì)黃色輻射冷卻織物冷卻性能的影響，本文對(duì)經(jīng)摩擦和水洗后的織物的光譜特性進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如圖9（a～b）所示。經(jīng)摩擦后，黃色輻射冷卻織物的太陽(yáng)光反射率和大氣窗口發(fā)射率基本保持不變;經(jīng)水洗后，其太陽(yáng)光反射率有略微的降低，這是由于水洗后的褶皺小幅度地降低了涂層的散射效果，但其大氣窗口發(fā)射率仍保持不變。綜合來(lái)說(shuō)，彩色輻射冷卻織物經(jīng)摩擦和水洗后仍保持著優(yōu)秀的光譜特性，具有良好的冷卻性能。

3"結(jié)"論

本文通過(guò)相分離技術(shù)制備了分級(jí)多孔P（VdF-HFP）涂層，并采用浸涂的方式整理在滌綸織物表面。通過(guò)調(diào)控彩色層中顏料含量，優(yōu)化了織物的光譜特性以降低色彩對(duì)冷卻性能的負(fù)面影響，最終制備了具有一定輻射冷卻性能的彩色輻射冷卻織物。

1） 當(dāng)彩色層中顏料與聚合物質(zhì)量比為1︰100時(shí)，彩色輻射冷卻織物具有較優(yōu)的色彩和太陽(yáng)光反射率。

2） 制備的彩色輻射冷卻織物相較于僅有顏料附著的對(duì)比樣，其光譜特性有著明顯提高。黃色和紅色輻射冷卻織物分別具有84.9%和82.9%的平均太陽(yáng)反射率，以及92.4%和91.8%的中紅外發(fā)射率。黃色和紅色輻射冷卻織物分別具有低于箱體環(huán)境溫度9.3 ℃和6.2 ℃的冷卻效果。在開(kāi)放的戶(hù)外環(huán)境中，其仍能具備相對(duì)于彩色對(duì)比樣4.7 ℃和3.3 ℃的冷卻效果。其中黃色輻射冷卻織物相較于紅色輻射冷織物有著更優(yōu)秀的冷卻性能。

3） 制備的彩色輻射冷卻織物表現(xiàn)出優(yōu)秀的色牢度，經(jīng)摩擦和水洗后仍保持良好的光譜特性。

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A study on the preparation and performances of colored radiative cooling polyester fabrics

ZHANG Chi， WANG Xiangrong

CHEN Juekun， SHI Yi， ZHANG Jiawen， CAI Ying， YI Lingmin

（a.College of Textile Science and Engineering; b.Engineering Research Center for Eco-Dyeing amp; Finishing of Textiles， Ministry of Education;c.Key Laboratory of Advanced Textile Materials and Manufacturing Technology， Ministry of Education，Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China）

Abstract：

At present， traditional refrigeration equipment， mainly including refrigerators and air conditioners， consumes a lot of energy and resources， causing the greenhouse effect and urban heat island effect. At the same time， the high temperature in summer will seriously affect the health of outdoor people and greatly reduce the service life of outdoor products. Therefore， developing cooling fabrics for people under the hot sun and for outdoor products is considered an attractive strategy. However， its openness and solar radiative heating pose great challenges in achieving effective outdoor cooling during the day. Passive daytime radiative cooling （PDRC） has attracted wide attention as a new cooling method with no energy input. PDRC materials need to reflect sunlight （0.3—2.5 μm） while radiating heat into outer space through an infrared atmospheric window （8—13 μm） to achieve passive cooling. PDRC technology has the unique advantage of eco-friendliness and is expected to become a new cooling method used on various occasions.

To achieve efficient cooling， PDRC materials need to reflect sunlight to the maximum extent and radiate heat to the outer space. The researchers improved the cooling performance by selecting materials with excellent spectral characteristics and optimizing the material structure. Mandal et al. prepared a hierarchical porous P（VdF-HFP） coating by phase separation method. The coating has a high solar reflectivity of 96.0% and a high mid-infrared emissivity of 97.0% with a cooling temperature of 6.0 ℃ that is lower than the ambient temperature under solar irradiation intensity of 890 W/m². Atiganyanun et al. optimized the structural parameters of the random medium SiO2 to enhance the solar scattering. It has a cooling effect of 4.7 ℃ better than the commercial solar reflective white paint. Zhai et al. designed a random glass polymer hybrid metamaterial thin film structure consisting of a polymethylpentene （TPX） matrix and randomly distributed micron-scale SiO2 spheres. The 50 μm thin film with 6.0% volume fraction microspheres can achieve an atmospheric window emissivity of 93.0% and ultra-high solar reflectivity of more than 96.0% on a silver substrate. In order to get excellent spectral characteristics and cooling performance， the above PDRC materials usually show a white or silver appearance， which does not meet the aesthetic needs in practical applications. As a common flexible material， textiles have a great requirement for colors. At present， researchers have prepared radiative cooling fabrics with a white appearance by different methods. However， there are huge problems in the preparation of colored radiative cooling fabrics， where the appearance of colors often absorbs additional heat， resulting in the hard coexistence of colors and cooling properties.

To solve the problem of the hard coexistence of colors and cooling performance， a P（VdF-HFP） polymer with excellent spectral characteristics was selected to prepare radiative cooling coating， and the pigments were dispersed in the polymer solution to prepare the color composite coating. The conflict between colors and cooling performance was balanced by optimizing pigments content. A simple two-step method was used to prepare the colored radiative cooling fabric with well cooling performance. Firstly， a polymer coating precursor with a certain solidification thickness was coated on the fabric surface by dipping coating. Due to the difference of solvent volatilization rate in precursor solution， white radiative cooling fabric with hierarchical porous coating was prepared after solvent volatilization. The colored composite coating was then introduced to the radiation-cooled fabric surface by a simple scraping method. The experimental results show that when the mass ratio of pigment and polymer in the color layer is 1︰100， the yellow and red radiative cooling fabrics have an average solar reflectance of 84.9% and 82.9%， and mid-infrared emissivity of 92.4% and 91.8%， respectively. Yellow and red radiative cooling fabrics have cooling effects lower than the box ambient temperature of 9.3 ℃ and 6.2 ℃， respectively. Even in an open outdoor environment， they can still have a cooling effect of 4.7 ℃ and 3.3 ℃ relative to the colored contrast samples. The yellow radiative cooling fabric has better cooling performance than the red one. The prepared colored radiative cooling fabric shows excellent color fastness and maintains good spectral characteristics after rubbing and washing. In conclusion， the contradiction between color and cooling properties is balanced by a simple and scalable method， and a feasible scheme is provided for the preparation of color radiative cooling fabrics with good cooling performance.

Key words：

passive daytime radiative cooling; spectral characteristics; polyester fabric; hierarchical porous coating; organic pigments; phase separation