基于介孔聚多巴胺微球的双层智能响应自修复超疏水涂层研究及其在木材防护中的应用

针对超疏水涂层耐磨性不足导致木材寿命缩短的问题，研究人员通过一锅法制备负载十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)的介孔聚多巴胺(MPDA)微球，结合刮涂-喷涂技术构建MPDA-HDTMS/EP底层与HDTMS-SiO2疏水表层的双层智能涂层。该涂层在近红外光及酸碱刺激下可释放HDTMS实现损伤自修复，兼具优异耐磨、自清洁及防冰性能，为环保型长效木材防护涂层开发提供新思路。

　　

木材作为天然多孔材料，易受温湿度环境影响导致性能劣化。虽然超疏水涂层能通过形成“荷叶效应”提升木材防水性，但传统无机纳米SiO₂涂层存在机械稳定性差、氟化物改性不环保等瓶颈。如何兼顾涂层的超疏水特性与长效耐久性，成为木材表面处理领域的关键挑战。

东北林业大学研究人员在《Surfaces and Interfaces》发表研究，创新性地将仿生理念与智能材料相结合。受贻贝粘附蛋白启发，采用一锅法合成介孔聚多巴胺(MPDA)微球作为载体，通过π-π堆积和氢键作用负载长链硅烷HDTMS，构建具有近红外/酸碱三重响应的自修复体系。通过刮涂环氧树脂(EP)基底层与喷涂HDTMS改性SiO₂顶层的双层工艺，成功制备无氟环保型智能涂层。

关键技术包括：1）优化TMB/F127比例为2:1的一锅法合成300nm均质MPDA微球；2）通过FTIR和XPS验证HDTMS成功负载；3）采用接触角测试仪评估涂层在砂纸磨损后的自修复性能；4）通过低温结冰实验验证防冰功能。

研究结果显示：

1. 材料表征：MPDA微球比表面积达352.6 m²/g，孔径分布集中于3.8nm，HDTMS负载率约18.7wt%。FTIR谱图中1609cm^-1处N-H键特征峰证实PDA成功聚合。
2. 智能响应：在808nm近红外光照射10分钟或pH 2/12环境下，涂层划痕处接触角可从102°恢复至152°，修复效率达96%。
3. 功能验证：经1000次砂纸磨损后，涂层仍维持150°以上接触角；-20℃环境下延迟结冰时间达4.2小时，优于传统涂层2.3倍。

该研究突破性地实现了三大创新：首先，通过MPDA介孔结构协同PDA粘附特性，解决了修复剂定向释放与基材结合力的矛盾；其次，利用HDTMS的低表面能特性替代含氟物质，符合环保趋势；最后，双层设计将物理粗糙度（SiO₂微纳结构）与化学疏水性（HDTMS）解耦优化，使涂层寿命提升3倍以上。这种仿生智能涂层技术为医疗器械防腐、海洋防污等跨领域应用提供了新范式，被作者Ni等后续研究拓展为三重响应体系，展现出广阔的产业化前景。