氨基改性空心玻璃微球增强水性聚氨酯复合涂层的隔热防水性能研究

针对深潜服在高压环境下隔热性能下降的难题，研究人员通过KH550硅烷偶联剂氨基改性空心玻璃微球（HGM），采用原位聚合法制备聚氨酯包覆微球（PU-HGMs），以水性聚氨酯（WPU）为基体开发新型复合涂层。当PU-HGMs含量达20 wt%时，涂层导热系数降至0.05 W/(m·K)，水接触角达121.33°，兼具优异隔热性、疏水性和力学性能，为环保型潜水服涂层设计提供新策略。

　　

随着深海能源开发和军事侦察等水下活动的快速发展，高性能潜水服成为保障极端环境下人类生存的关键装备。传统氯丁橡胶泡沫潜水服在高压下易压缩变薄，导致隔热性能急剧下降。水性聚氨酯（WPU）因其环保特性（VOC排放减少80%以上）和可调控的机械性能，被视为理想替代材料。然而，如何提升填料在高压环境中的稳定性成为技术瓶颈。

国内某高校（中央高校基本科研业务费专项资金资助项目23D110306承担单位）的研究团队创新性地采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）对空心玻璃微球（HGM）进行氨基改性，通过原位聚合在微球表面构建1.5 μm厚的聚氨酯保护层（PU-HGMs）。通过层压技术将PU-HGMs与WPU基体复合，制备出兼具隔热、防水和力学增强功能的复合涂层。

研究采用傅里叶变换红外光谱（FTIR-ATR）证实了HGM表面氨基的成功接枝，扫描电镜（SEM）显示PU涂层完整保留了HGM的空腔结构。当PU-HGMs添加量为20 wt%时，涂层展现出卓越性能：导热系数较纯WPU降低75.4%至0.05 W/(m·K)，100℃环境下2分钟后表面温度仅49.4℃；水接触角达121.33°，吸水率低至3.1%。特别值得注意的是，5 wt%添加量即可使涂层拉伸强度提升至0.83 MPa，断裂伸长率达1261%，显示聚氨酯层的显著增韧效果。

研究结果揭示了三个关键发现：

1. 界面相容性提升：PU涂层与WPU基体的极性匹配使填料分散均匀，SEM显示无相分离现象。
2. 力学性能突破：聚氨酯层显著增强HGM抗剪切能力，解决了传统HGM在加工过程中易破碎的难题。
3. 多功能协同效应：空心结构保留使涂层同时具备低导热系数（0.027-0.053 W/m·K）和轻量化特性（密度0.13-0.17 g/cm³）。

该研究通过创新的"核壳结构"设计，突破了HGM在水性涂料中有效负载的技术瓶颈。所开发的WPU/PU-HGMs复合涂层不仅适用于深潜服，在建筑节能、航空航天等领域也具有广阔应用前景。研究团队提出的"先保护后复合"策略，为其他脆性功能填料在水性体系中的应用提供了普适性方法。

（注：原文发表于《Progress in Neurobiology》的表述有误，实际期刊未明确提及；作者单位根据资助信息"Fundamental Research Funds for the Central Universities"推断为国内高校；技术方法部分已按要求忽略具体试剂配比等细节）