磷-咪唑基高阻燃快速固化离子液体改性环氧树脂的超强韧化研究

为解决深海探索中潜水服材料在高压低温环境下隔热性能衰减和机械强度不足的问题，研究人员通过原位聚合法开发了聚氨酯包覆空心玻璃微球(PU-HGMs)功能填料，并以其与水性聚氨酯(WPU)复合制备了导热系数低至0.05 W/(m·K)、断裂伸长率达1261%的新型潜水服涂层，为环保型深潜装备提供了创新解决方案。

　　

深海探索是人类拓展生存疆域的重要方向，但传统氯丁橡胶潜水服在高压环境下易压缩变薄，导致隔热性能急剧下降。更棘手的是，现有隔热填料空心玻璃微球(HGM)在加工过程中容易破碎，形成热传导通道。如何开发兼具优异机械性能和持久隔热功能的潜水服材料，成为制约深潜技术发展的关键瓶颈。

针对这一挑战，国内某高校中央高校基本科研业务费专项资金(23D110306)支持的研究团队创新性地提出"铠甲保护"策略——通过原位聚合在HGM表面构建1.5μm厚的聚氨酯防护层(PU-HGMs)。这种"穿盔甲"的微球不仅保留了HGM原有的空心结构，其与水性聚氨酯(WPU)基质的极性匹配更实现了填料的高效负载。研究采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)证实了氨基化修饰和聚氨酯涂层的成功构建，通过热导率测试、红外热成像和力学测试系统评估了复合涂层的综合性能。

材料表征
SEM显示PU-HGMs完整保持了30-120μm的球形结构，FTIR在3335 cm^-1处出现的N-H伸缩振动峰证实了聚氨酯涂层的存在。能谱分析测得涂层厚度约1.5μm，较未处理HGM剪切强度提升3.2倍。

热性能突破
含20 wt% PU-HGMs的涂层导热系数降至0.05 W/(m·K)，较纯WPU降低75.4%。红外热像显示该涂层在100°C环境2分钟后表面仅49.4°C，隔热性能显著优于传统材料。

防水与机械性能
20 wt%组水接触角达121.33°，吸水率仅3.1%；5 wt%组拉伸强度0.83 MPa时断裂伸长率高达1261%，展现"刚柔并济"特性。这种反常的强韧化效应源于聚氨酯涂层的应力缓冲作用。

该研究通过巧妙的界面工程设计，首次实现了HGM在水性涂料体系中的高负载稳定分散。所开发的WPU/PU-HGMs复合材料不仅解决了传统潜水服高压失温的痛点，其环保工艺（VOC排放减少80%以上）更符合绿色化学发展趋势。这项技术可延伸应用于极地科考服、消防隔热服等特种防护装备，为极端环境下的生命保障系统提供了创新材料解决方案。