自修复超亲水聚脲复合涂层的设计与应用：提升油水分离膜环境耐久性的新策略

针对油水分离膜易受环境损伤导致耐久性不足的难题，研究人员通过动态二硫键和多重氢键调控聚脲(PU)结构，结合植酸(PA)和聚乙烯亚胺(PEI)构建了自修复超亲水涂层PEI/PA/SHPU@SSM。该材料在80°C下自修复效率达90.53%，经32次分离循环后效率仍保持97.6%，较非自修复组提升1.3%，为复杂环境中油水分离材料的长期稳定性提供了创新解决方案。

　　

随着工业发展加剧，含油废水污染已成为威胁生态环境和人类健康的严峻问题。传统油水分离膜虽具有高效分离特性，但长期暴露于机械磨损、酸碱腐蚀等复杂环境中易失效，其耐久性瓶颈制约了实际应用。尤其以天然聚合物构建的超亲水膜更面临稳定性差、易水解等缺陷，而现有自修复材料多局限于超疏水体系，抗污染能力不足。如何赋予超亲水材料自修复特性以延长使用寿命，成为当前研究的关键挑战。

北方民族大学的研究团队在《Surface and Coatings Technology》发表的研究中，创新性地将动态化学键引入聚脲(PU)涂层体系，开发出兼具机械强度与环境响应性的PEI/PA/SHPU@SSM复合分离材料。该工作通过分子设计在PU中整合二硫键(动态共价键)和多重氢键(非共价键)，使涂层在80°C下实现90.53%的自修复效率；同时利用植酸(PA)的六磷酸基团与聚乙烯亚胺(PEI)的阳离子特性，通过氢键、配位螯合和静电作用增强表面亲水性。这种多机制协同策略使材料在32次油水分离循环后效率仍达97.6%，水下油接触角经30次磨损后保持147.1°，显著优于传统材料。

关键技术包括：1) 以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和聚丙二醇二胺(D2000)合成含-NCO端基预聚物；2) 通过4-氨基苯二硫醚(AD)引入动态二硫键；3) 草酰二肼(ODH)链延长构建自修复聚脲(SHPU)涂层；4) 在不锈钢网(SSM)表面逐层组装PEI/PA/SHPU复合涂层。

材料制备与表征
通过红外光谱和X射线光电子能谱证实了SHPU中二硫键的成功引入，差示扫描量热显示其玻璃化转变温度(T_g)为-42.3°C，动态机械分析表明交联密度达1.45×10^-3 mol/cm³。原子力显微镜显示PEI/PA修饰使表面粗糙度(Ra)从98 nm增至215 nm，接触角测试证实超亲水特性(水接触角<5°)。

自修复性能评估
划痕实验显示，80°C加热2小时后涂层裂纹宽度从28 μm恢复至2.6 μm。分子动力学模拟揭示二硫键交换反应能垒为92.4 kJ/mol，氢键重组能促进损伤修复。对比实验表明，含二硫键的SHPU组自修复效率较对照组提升47.8%。

油水分离性能
在pH 1-14范围内，PEI/PA/SHPU@SSM对多种油水混合物(正己烷、柴油等)的分离效率均>96%，水通量达8672 L·m^-2·h^-1。经砂砾磨损和酸碱浸泡后，自修复组的分离效率衰减率仅为非修复组的1/3，证实其卓越的环境稳定性。

该研究通过分子尺度设计实现了材料宏观性能的突破，为开发长效油水分离材料提供了新思路。动态二硫键与多重氢键的协同作用机制，不仅解决了传统超亲水涂层易损毁的难题，其温度响应特性更为复杂环境下的原位修复提供了可能。值得注意的是，PEI/PA/SHPU@SSM的制备工艺简单、原料易得，具备工业化应用潜力。未来研究可进一步探索涂层在高压、高盐等极端条件下的性能表现，以及大规模连续化生产的可行性。这项成果为水处理领域的可持续材料开发树立了重要标杆。