北京印刷学院孙志成教授Progress in Organic Coatings：超支化环氧树脂类液体光滑涂层的自修复性能研究

引言

类液体防污涂层基于液体在基材表面上形成低接触角和低表面能的原理，使得污染物容易被排斥或滑落，从而赋予表面类似液体的特性，使其对液体、细菌、油脂、粘合剂等外来物质具有强烈的排斥作用，防止发生附着。该涂层可被应用于防污和耐腐蚀场所，如船舶底部、航空器表面、建筑外墙、医疗设备及管道系统等，起到减少污垢积累、提高设备耐用性、降低维护成本的作用。

现有的类液体防污涂层在长期使用过程中容易出现表面受损导致的类液层失效问题，使其防污效果逐渐下降。本文通过共聚合反应，采用超支化环氧树脂（HBEP）、4,4′-二氨基二苯基二硫化物（APD）和单二硫化物封端的聚二甲基硅氧烷（MD-PDMS）制备了液态光滑涂层。该涂层不仅具有防污特性，而且在涂层受损时，可以通过40 ℃低温加热使其重新恢复为类液体光滑表面，展现出良好的防污性、耐候性和修复性。

成果简介

近日，北京印刷学院孙志成教授、郝雨薇博士团队成功开发了一种基于超支化环氧树脂的自修复类液体光滑涂层，通过在涂层交联网络中引入二硫键实现了可循环的自修复功能。该涂层通过共聚合反应，将HBEP与APD和MD-PDMS结合，形成了一种具有高密度交联网络结构，在常温下表现出优异的防污性能，对于宽表面张力范围内的液体具有较小的滑动角（低于5°），有效防止液体、灰尘和粘合物的附着。涂层在受到机械损伤后，能通过基体中动态二硫键，在加热至40 ℃时恢复其结构的完整性和表面的光滑性。研究表明，即使经过多次自修复循环，涂层的性能依然稳定，可广泛应用于户外设施、建筑、船舶等领域。

图1：涂层自修复过程机理示意图

图2：a-b) 涂层制备过程的FTIR谱图；c-d) 涂层 XPS分析图；e) 涂层表面扫描电镜（SEM）图；f）涂层表面的原子力显微镜（AFM）图

图3：a, b) 水和十六烷在HEAD/PDMS涂层上的接触角和滑动角随着MD-PDMS不同添加量的变化。c) 水滴（上）和十六烷（下）在倾斜表面上滑动的时间序列图像。d)不同液体（水、茶、咖啡、牛奶、十六烷和矿物油）在涂层玻璃上的滑动情况。倾斜角度：25°。e) 未涂层玻璃（右）与HEAD/PDMS涂层玻璃（左）的抗粘附性能对比。f) 未涂层（上）与HEAD/PDMS涂层（下）PET薄膜的自清洁性能对比。

图4：a) 随着钢丝绒磨损增加，滑动角（SA）的变化。b-c) 在反复磨损和自修复过程中的滑动角（SA）变化。d) 水滴的滑动行为及磨损和自修复后的表面共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）图像。e) 磨损前、磨损后及自修复后的HEAD/PDMS涂层表面的XPS光谱。f) 磨损前、磨损后及自修复后的HEAD/PDMS涂层表面的S2p XPS光谱。

结论

本文成功开发了一种自修复类液体防污涂层，该涂层不仅结合了超支化环氧树脂的优异力学性能，还通过二硫键的引入获得稳定的自修复性能，在受损后可恢复其结构的完整和防污功能。涂层的具备优异的抗污性和自修复性，能够在多个自修复循环后维持其性能稳定，适用于多个领域，尤其在公共设施、建筑和船舶等外部保护方面展现出巨大的应用潜力。

文献链接
Liu, C., Xie, W., Hao, Y., et al. (2025). Liquid-like hyperbranched epoxy resin slippery coating with durable self-healing property by dynamic disulfide bonds. Progress in Organic Coatings, 200, 109039.
DOI: 10.1016/j.porgcoat.2024.109039

来源：高分子科学前沿

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