研究人员利用聚氨酯包覆空心玻璃微球提升深潜服隔热与防水性能

随着深海能源开发和军事侦察等水下活动的快速发展，潜水服作为维持人类极端环境生存的关键装备，其热调节能力直接关系到操作者的安全与耐受时长。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。而水性聚氨酯（Waterborne Polyurethane, WPU）因其环保特性（VOC排放减少80%以上）和可调控的力学性能，成为理想替代材料。然而，单纯WPU的隔热性能不足，而直接添加空心玻璃微球（Hollow Glass Microspheres, HGM）又面临微球易破碎、与基体相容性差等挑战。

针对这一技术瓶颈，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通过原位聚合在HGM表面构建聚氨酯保护层。研究人员首先用KH550对HGM进行氨基化改性，随后通过甲苯二异氰酸酯（TDI）与聚醚多元醇反应，在微球表面形成厚度约1.5 μm的聚氨酯涂层（PU-HGMs）。通过扫描电镜（SEM）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）证实了涂层的成功构建，并系统研究了不同PU-HGMs含量（5-20 wt%）对复合涂层性能的影响。

关键技术包括：1）硅烷偶联剂表面氨基化改性；2）原位聚合构建聚氨酯保护层；3）层压技术制备复合涂层；4）通过导热系数测试、红外热成像和水接触角测量等评价性能。

微观结构表征

SEM显示PU-HGMs完整保留了HGM的空心结构，聚氨酯涂层显著提升了微球的抗剪切能力。FTIR在2920 cm-1和2850 cm-1处检测到-CH2-特征峰，证实了聚氨酯层的存在。

隔热性能

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%。100°C环境下2分钟后表面温度仅49.4°C，红外热像显示其隔热性能优于传统材料。

防水性能

相同配比涂层水接触角达121.33°，吸水率仅3.1%，归因于聚氨酯层的疏水性和微球结构完整性。

力学性能

5 wt% PU-HGMs添加量时，涂层拉伸强度达0.83 MPa，断裂伸长率高达1261%，表明聚氨酯涂层具有显著增韧效果。

该研究通过创新性的"微球装甲化"策略，成功解决了HGM在高压加工中的易碎难题。聚氨酯保护层不仅提升了填料与WPU基体的界面相容性，还通过极性匹配实现了填料的均匀分散。所开发的复合涂层兼具优异隔热（导热系数接近静止空气）、超低吸水和柔性可拉伸特性，为深潜服、特种防护服等功能涂层的大规模制备提供了理论依据和技术方案。特别是其环保特性（无溶剂、无游离异氰酸酯）符合绿色化学发展趋势，在海洋装备领域具有广阔应用前景。研究还启示通过调控聚氨酯层厚度（本研究约1.5 μm）可平衡力学与隔热性能，为多功能涂层设计提供了新思路。