基于仿生原理制备的超疏水材料因其表面独特的微观结构，能够延缓冰晶的形成并且降低冰层在表面的附着力，在防冰领域具有极大的应用潜力。然而，单一超疏水涂层表面只能延缓结冰，而不能完全杜绝结冰，且结冰后冰层和粗糙结构会产生“铆定作用”，反而提升除冰难度。结合光热转换材料与相变储能材料，能够达到清洁、高效的除/除冰效果，利用有机硅改性聚氨酯，能够兼具疏水性与优异的力学性能和耐久性。本文以光热转换与相变储能特性的微纳颗粒构筑表面粗糙结构，以疏水改性聚氨酯作为低表面能物质，开发了一种被动防冰、主动除冰协同作用的超疏水防冰表面，并进行润湿性、力学性能、耐候性、防/除冰性能测试，主要研究内容如下：
        首先采用原位聚合法在正十四烷@三聚氰胺-甲醛树脂相变微胶囊（MPCM）表面包覆聚吡咯（PPy），得到兼具光热转换、相变储能特性的微纳粒子（MPCM@PPy）。采用扫描电子显微镜（SEM）对微纳粒子微观形貌进行表征，得知PPy在MPCM表面呈苔藓状分布，具有微米和纳米级的双层级结构。采用分光光度计表征微纳粒子光吸收强度，结果表明PPy包覆量6 wt%时MPCM@PPy的光吸收能力最佳，此时相变潜热达160.99 J/g，包封效率为69.95%。光照条件下，能够在60 s内从25 ℃升温到50 ℃。热重分析结果表明在200 ℃高温环境下具有较高的质量保持率。
        其次，以异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）与聚四氢呋喃二醇（PTMG）为反应主体，引入疏水改性剂单端羟丙基聚二甲基硅氧烷（PDMS-OH），以化学共聚的方式对聚氨酯进行封端改性，得到具有疏水性的聚氨酯涂层（PU-b-PDMS）。通过力学性能、润湿性测试，确定PDMS-OH引入量为4 mol%，“软段”原料PTMG分子量为650时，制备成的涂层力学性能最佳，抗拉强度达到2.78 MPa，铅笔硬度达2H，附着力等级为0级。同时表明疏水性得到较大提升，接触角达到108.4°。
        再次，利用硅烷偶联剂十二烷基三甲氧基硅烷（DTMS）对上述MPCM@PPy进行疏水改性（H-MPCM@PPy）。以上述PU-b-PDMS为低表面能物质，H-MPCM@PPy微纳粒子构筑表面粗糙结构，通过“基底+低表面能聚合物+疏水性微纳颗粒”自下而上的涂层制备方式，得到H-MPCM@PPy/PU-b-PDMS 超疏水表面。通过润湿性评价，确定H-MPCM@PPy微纳粒子添加量为0.25 g时（S5），涂层接触角为150.2°（＞150°），滑动角达8.3°（＜10°），涂层表现为超疏水特性。在150 cm线性耐磨测试后，接触角保持在137.2°，10次高低温循环及24 h紫外老化后，接触角保持在150°以上，具有优异的耐磨性和耐候性。在温度-20 ℃，湿度90%的环境中，200 μL水滴在表面完全结冰需要758 s，相比于PU-b-PDMS涂层延迟结冰565.7%，冰黏附强度为6.05 KPa，较PU-b-PDMS有机涂层（16.88 kPa）降低64.1%，光照条件下能在134 s将冰融化，具有优异的防冰效果和光热除冰能力。
 

超疏水；光热；相变储能；聚氨酯；防冰