时间：2026-04-28 分类：成功发表动态
中国林业科学研究院林产化学工业研究所、南京林业大学于金尼、周永红团队在《林产化学与工业》发表研究论文《腰果酚基聚氨酯疏水自修复涂层的制备及防腐性能研究》。该研究以生物质资源腰果酚为原料，通过点击反应、曼尼希反应和加成反应，成功设计并合成了一种集疏水、自修复、高防腐于一体的新型生物基聚氨酯(CPBPU)涂层材料。该工作不仅实现了生物质资源的高值化利用，也为开发长效、智能的金属防护涂层提供了创新思路和可靠方案。
金属腐蚀是全球性的重大经济损失问题，开发高性能防护涂层是应对此挑战的关键。传统的石油基涂层难以兼顾环保、长效防护与损伤自修复能力。本研究瞄准这一痛点，巧妙利用腰果酚分子中天然的酚羟基和不饱和长碳链，通过引入苯并噁嗪结构和动态二硫键，构建了兼具优异综合性能的智能涂层体系。
研究团队首先合成了核心前驱体。以腰果酚为起点，通过点击反应合成了腰果酚基多元醇(CPol)，再经曼尼希反应与氨基封端的聚二甲基硅氧烷(NH₂-PDMS)结合，成功制备了含硅氧烷柔性链段的腰果酚基苯并噁嗪树脂(CPBOZ)。随后，通过改变CPBOZ与含有动态二硫键的双(2-氨基苯基)二硫(DTDA)的比例，与异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)反应，最终得到了一系列不同组成的腰果酚基聚氨酯(CPBPU-1 至 CPBPU-5)。傅里叶变换红外光谱(FT-IR) 和 ¹H 核磁共振谱(¹H NMR) 等表征手段证实了目标产物的成功合成。
对固化后的涂层进行系统性能评估后发现，当n(-OH):n(-NH₂) = 0.4:0.6时，CPBPU-4涂层展现出最优的综合性能。其凝胶含量达89.10%，表明交联网络结构良好;水接触角达到(98.1±2.2)°，显示出优异的疏水性能，这得益于硅氧烷链段和苯并噁嗪结构的共同作用;涂膜铅笔硬度高达5H，柔韧性为2mm，附着力为5级，并对多种有机溶剂表现出卓越的耐受性，体现了高硬度与良好柔韧性的平衡。热重分析表明涂层具有较好的热稳定性，起始分解温度超过260°C。
自修复性能是本研究的最大亮点。CPBPU分子中同时存在可逆的氢键和动态二硫键。当涂层表面被划伤后，在200°C下加热30分钟，划痕宽度显著减小，实现了高效的自修复。其中，CPBPU-4涂层的修复效果最佳。这表明，适量的二硫键在氢键的协同下，能通过温和条件下的动态交换有效修复损伤，而二硫键过多(如CPBPU-5)则会因分子链刚性增强而降低修复效率。
防腐性能测试结果令人瞩目。电化学阻抗谱分析显示，完整CPBPU-4涂层在3.5% NaCl溶液中的低频阻抗模值高达5.1×10⁸ Ω·cm²，证明其具有极强的腐蚀介质隔绝能力。当涂层被划伤后，该值骤降至1.9×10⁴ Ω·cm²。然而，经过上述自修复处理后，阻抗值成功恢复至1.4×10⁵ Ω·cm²，恢复了约3个数量级，显著证明了自修复能有效恢复涂层的防护功能。此外，中性盐雾试验表明，CPBPU-4涂层可保护金属基体在盐雾环境中至少7天不受严重腐蚀，进一步验证了其在实际环境中的防护潜力。
该研究成果成功地将可再生生物质原料转化为高性能智能涂层材料，实现了疏水、自修复、高防腐等多种功能的集成，为解决金属腐蚀防护领域的可持续发展和长效维护难题提供了一条具有广阔应用前景的技术路径，对推动生物质基高分子功能材料的发展具有重要意义。
