在各种表面上，污染物附着是一种常见现象，尤其在工业、建筑和医疗领域尤为突出。污染物的积聚不仅会损害表面外观，还会降低设备性能并缩短其使用寿命。防污涂层能有效阻止水和油基污染物渗透到基材中，并利用特定的表面润湿性促进污染物滑动。因此，在防护涂层领域，开发具有优异防污性能和综合性能的材料仍是一项关键挑战。
表面能对于防污效果起着决定性作用，因为低表面能表面能从源头上抑制污垢附着。Bayer曲线说明了这一原理：相对附着力随表面能的变化呈V形趋势，在20-30mJ/m2时达到最小值，此时污物附着力最低，防污性能最佳。由于无毒、环保和持久的防污性能，低表面能涂层已取代传统的有毒系统，成为防污材料的主流研究方向。硅基材料是典型的代表，其独特的低表面能结构减少了污染物附着，而低粗糙度和低玻璃化转变温度确保了即使在低温下也具有优异的柔韧性。然而，机械性能差和与基材附着力不足等固有缺陷严重限制了其工业应用。
化学改性是解决硅树脂基材附着力缺陷的关键方法。为了提高涂层的综合性能，研究人员提出了多种改性策略，如引入环氧基和聚氨酯/脲基等官能团，或添加两亲性试剂、两性离子、季铵盐（QASs）和防污剂等成分。虽然之前的研究提供了有价值的见解，但现有的挑战凸显了进一步研究环保、安全和可持续防污涂层的迫切需求。
在防污涂层和界面改性领域，硅烷偶联剂与聚天冬氨酸酯聚脲的复合应用仍需进一步研究。作为一种典型的双功能有机硅化合物，硅烷偶联剂的核心优势在于其独特的“双重反应性”：一端的烷氧基可以与无机基材（如混凝土、石材、玻璃、金属等）表面的羟基发生特异性反应，形成高键能、稳定性强的硅氧烷键；另一端的有机官能团（如氨基、环氧基、乙烯基等）可以与有机聚合物（如树脂、涂料等）稳定结合。正是这种连接无机基材与有机涂层的“桥梁”功能，有效地解决了传统体系中界面结合力弱的关键问题，显著提高了复合涂层的附着力和耐久性。此外，硅烷结构本身或由其改性的涂层，还可以通过调节表面能，赋予材料优异的疏水性和疏油性，为实现防污和抗污染功能提供重要支持。这一特性与聚天冬氨酸酯聚脲优异的机械强度和耐磨性相得益彰，为开发高性能复合防污涂层提供了可行的技术途径。
近期，郑州大学刘兴江团队、河南省科学院化学研究所张陆军团队采用主链封端策略，成功制备了一种具有优异附着力、耐磨性能的无氟蓖麻油基聚脲防污涂层。
以生物基蓖麻油/聚丙二醇（PPG）作为软链段，异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）作为硬链段，合成聚氨酯预聚体；随后用硅烷偶联剂BTMSPA与预聚物发生反应实现链锚定，然后加入聚天冬氨酸酯F524作为固化剂，获得BPAE-X涂层。
所制得的涂层具有优异的防污性能，其接触角>90°，咖啡、油墨和橙色苏打水擦拭后无残留物。该涂层具有优异的机械性能，拉伸强度19.06MPa，为对基材的附着力测试始终达到0级。该涂层表现出优异的耐磨性，即使经过1000次Taber磨损循环后，仍能保持优异的拒液性。此外，该涂层还具有优异的耐化学腐蚀性，能有效保护金属基材免受腐蚀。
本研究为生物基防污涂层的设计提供了见解，为敏感领域的防污应用提供了一种有效的解决方案。
相关研究成果以“Synergistic Antifouling and Robust Protection Enabled by a Main-Chain Capped Castor Oil-Based Polyurea Coating”为标题发表在《ACS Applied Polymer Materials》上。
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【产业启示】
核心创新：
主链封端策略，即将低表面能组分通过共价键嵌入聚合物主链中，避免了低表面能组分的迁移和流失。
应用领域：
1.食品加工设备
涂层无氟、原料含生物基蓖麻油，符合食品接触材料的环保趋势。
2.医疗及卫生设施
低表面能涂层表面可抑制细菌和藻类附着，减少清洁频率和消毒剂用量。
3.建筑与工业防护
优异的附着力和耐腐蚀性，适用于金属结构的长期防腐与防污一体化保护。
4.船舶防污
无氟、无铜离子，在海洋防污领域有潜力成为环境友好型替代方案。
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