近年来，利用智能微胶囊（MCs）实现涂层的智能自修复是提升有机涂层防腐性能研究的热点，该方法被证明可以有效地抑制金属腐蚀并延长涂层的使役寿命。天然聚电解质ε-聚赖氨酸（ε-PLL）和海藻酸钠（SA）由于其独特的水和pH响应性能，在开发绿色环保的智能自修复涂层上具有巨大潜力。但目前这两种聚电解质仅在生物医学和制药领域被广泛应用于药物的可控释放，对于它们是否适用于封装负载缓蚀剂的载体并制备MCs还有待证实
本文以2-巯基苯噻唑（2-MBT）为缓蚀剂，天然埃洛石纳米管（HNTs）为缓蚀剂载体，经天然聚电解质ε-PLL和SA聚电解质层层包封，获得了具有水和碱性pH值响应的MCs，将其添加到水性聚氨酯涂层中制备了一种新型的绿色环保的铝合金（AA2024）防腐用智能自修复涂层体系。涂层自修复性能的盐雾试验和电化学测试结果表明，智能涂层具有良好的自修复能力，且在中性3.5 wt.% NaCl中浸泡6天，涂层仍可维持90%以上的缓蚀效率。MC的缓释行为研究表明，MC中2-MBT的释放是一个具备水和碱性pH值响应、可持续960小时的三阶段长效释放过程，满足智能胶囊缓释行为必备的敏感性、选择性和持续性特征，释放速率同时受2-MBT的溶解度和SA层的孔隙率控制。
本工作不仅制备了赋予水性聚氨酯涂层自修复能力的智能微胶囊，而且为基于层层自组装技术制备的智能微胶囊的设计提供了新思路。
图1 （a）MCs的制备过程示意图；（b）HNTs的扫描电镜照片；（c和d）HNTs的透射电镜照片；（e、f和g）HNTs的能谱照片
图2 （a）HNTs和负载2-MBT的HNTs的热失重曲线；（b）HNTs和负载2-MBT的HNTs的热失重微分曲线；（c）ε-PLL、SA、MCs和HNTs的傅里叶红外吸收光谱；（d）HNTs、HNTs封装ε-PLL后和MCs的Zeta电位；（e）MCs的扫描电镜照片；（f）MCs的透射电镜照片
图3 添加（a）0 wt.%和（b）5 wt.% MCs的涂层暴露在中性5 wt.% NaCl盐雾环境中（1）小时、（2）168和（3）288小时后的照片；（c）清漆和（d）智能涂层在中性3.5 wt.% NaCl溶液中浸泡6天的Nyquist图和Bode图
图4 （a）划痕涂层的电化学阻抗谱测量装置示意图；（b）等效电路模型图；（c）清漆和智能涂层的Rct值随浸泡时间的变化规律；（d）清漆和智能涂层的Cdl值随浸泡时间的变化规律；（e）智能涂层的缓蚀效率随浸泡时间的变化规律
图5 MCs在不同pH值的（a）蒸馏水和（b）3.5 wt.% NaCl溶液中释放的2-MBT的实时紫外吸收值；2-MBT在不同pH值的（c）蒸馏水和（d）3.5 wt.% NaCl溶液中的释放百分比；在不同pH值的（e）蒸馏水和（f）3.5 wt.% NaCl溶液中，2-MBT分别在三个释放阶段的平均释放速率
图7 智能涂层的自修复机制示意图，包括（a）添加MCs的智能涂层；（b）有划痕的智能涂层；（c和d）缓蚀剂从微胶囊内的释放和在金属表面的吸附
本文第一作者中国科技大学材料学院李博雯博士生，通讯作者为中科院金属所的唐奡研究员和李瑛研究员，所属的金属所电化学腐蚀团队重点围绕腐蚀电化学学科热点问题以及国家重大需求开展相关基础研究工作，发展金属电化学腐蚀理论以及使役性能评价方法，研发相关防护技术，具体包括：揭示纳米化改变金属钝化行为的本质所在；揭示深海、中温盐水蒸汽共存等极端海洋使役环境中材料的腐蚀失效机制，建立使役性能评价方法；研发智能环保防腐防污多功能一体化涂层等。
原文链接：
https://doi.org/10.1021/acsami.2c18339
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