传统聚合物涂层在高温高盐极端环境下易结构失效，填料增强策略又常牺牲透明度与加工性。本研究提出热触发"弱-强键转换"设计策略，以低成本工业原料制备无填料、高透明聚天冬氨酸聚脲（PAPU）涂层。加热时受阻脲键不可逆转化为刚性乙内酰脲环，同步提升交联密度与链段刚性。最优样品420-3IPDI在200℃老化72h后仍保持拉伸强度>50MPa、杨氏模量1.2-1.4GPa；钢基底搭接剪切强度达26.1MPa，超越多数高性能胶粘剂；4周盐雾测试后低频阻抗模量仍达4.29×1011Ω·cm2，综合性能优异，为极端环境防护提供了新途径。

  传统聚合物涂层普遍存在高温稳定性差、耐盐雾能力不足的问题，而常规增强策略多依赖无机填料复合或刚性主链改性，往往导致透明度下降、工艺复杂化。近日，清华大学化工系徐军/史家昕团队，跳出"抑制热降解"的传统思路，创新性地利用定向不可逆化学转化，将材料中的"弱键"转化为"强键"，实现了涂层在高温下的自增强与长效防护。研究选用工业级的两种异氰酸酯三聚体（脂肪族3HDI、脂环族3IPDI）和三种聚天冬氨酸酯（F220、F2850、F420），通过简单的双组分混合工艺，制备了6种不同分子结构的聚天冬氨酸聚脲（PAPU）涂层。

  2026年5月31日，相关研究以"Constructing Self-Strengthening High-Temperature and Corrosion-Resistant Polyurea Coatings via Weak-to-Strong Bond Conversion"为题，发表在《Advanced Functional Materials》上。文章第一作者是清华大学-沈阳化工大学联合培养硕士生殷倩茹，通讯作者是清华大学化工系徐军副教授、博士后史家昕。清华大学化工系郭宝华教授和沈阳化工大学刘桐老师为该工作提供了重要指导，清华大学化工系孙新树、王忠婷、苑静、徐梓迅、范浩天参与了该工作。

图1. PAPU的制备、自环化反应和小分子模型

  受阻脲键的热致环化反应是实现性能突破的核心。常温下，聚天冬氨酸酯的仲胺与异氰酸酯反应生成受阻脲键，本身作为一种动态共价键，反应转化率较低；温度升高时，受阻脲键发生分子内亲核取代反应，脱除乙醇并生成高度稳定的刚性乙内酰脲杂环。这一转化带来三重协同效应：刚性乙内酰脲环提升分子链刚性与热稳定性，不可逆环化推动聚合平衡正向移动提高交联密度，释放的游离异氰酸酯进一步增强界面附着力。

  结构调控研究表明，脂环结构能有效抑制热老化，使环化增强效应完全主导性能变化。最优样品420-3IPDI具有"环+环"刚性骨架，在200℃处理72h后，玻璃化转变温度从48℃大幅提升至118℃，同时始终保持50-70MPa的拉伸强度和1.2-1.4GPa的杨氏模量。对照组实验证实，这种自增强效应完全源于乙内酰脲环的形成。

图2. PAPU的高温自强化

  420-3IPDI展现出非凡的综合性能。在界面附着力方面，对多种基底均表现优异，尤其在钢基底上，200℃处理72h后搭接剪切强度高达26.1MPa，失效模式从界面失效转变为内聚失效。在耐盐雾腐蚀方面，初始低频阻抗模量达4.67×1011Ω·cm2，连续4周盐雾暴露后仅轻微下降至4.29×1011Ω·cm2，涂层表面无任何起泡、锈蚀痕迹，表现出"理想绝缘层"特征。

图3. PAPU的粘接力

图4. PAPU的抗盐雾腐蚀性能

  原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.76217