Designing Smart Microcapsules with Natural Polyelectrolytes to Improve Self-Healing Performance for Water-Based Polyurethane Coatings

材料科学 聚电解质 聚氨酯 化学工程 环境友好型 腐蚀 埃洛石 吸附 纳米技术 复合材料 有机化学 聚合物 生态学 生物 工程类 化学
作者
Bowen Li,Demian Njuko,Meijiang Meng,Ao Tang,Ying Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (47): 53370-53379 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acsami.2c18339
摘要

Active anticorrosive organic coatings adopting microcapsules (MCs) have lately attracted extensive attention as they were proven to be effective to minimize metal corrosions and offer a long-lasting protection performance. Herein, a novel environmental-friendly active corrosion protection system was designed for aluminum alloy 2024 (AA2024) based on water-based polyurethane coatings with the addition of water and alkaline pH-responsive smart MCs, which is fabricated by utilizing 2-mercaptobenzothiazole (2-MBT) as an inhibitor, halloysite clay nanotubes (HNTs) as an inhibitor carrier, and the natural polyelectrolytes ε-poly-l-lysine (ε-PLL) and sodium alginate (SA) as layer-by-layer (LBL) encapsulation polyelectrolytes. Salt spray tests and electrochemical measurements prove that the scratched coatings with embedded MCs possess an excellent self-healing performance by forming an adsorption layer of released 2-MBT on the AA2024 surface, thereby providing over 90% inhibition efficiency within 6 days' immersion. The UV-vis spectrophotometer results further showed that the release of 2-MBT is a three-stage long-term process sensitive to water and alkaline pH value, while the outward release rate is both regulated by the solubility of 2-MBT and the SA layer. The fabricated MCs not only offer a great promise to provide an excellent self-healing performance but also shed light on the future design of advanced MCs on demand based on the LBL technique.
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