CN104479586A - 水溶性有机阻锈胶黏剂及其制备方法 - Google Patents

水溶性有机阻锈胶黏剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水溶性有机阻锈胶黏剂，按照重量份数计包括如下物质：淀粉60～80份，聚乙烯醇10～14份，氧化剂0.8～1.2份，糊化剂0.5～1份，咪唑啉衍生物40～60份，交联剂1～2份，水250～350份。本发明所述水溶性有机阻锈胶黏剂的粘结强度高，胶黏剂随钢纤维加入混凝土中的水溶性好，利于钢纤维的分散，水溶后释放的阻锈成份对钢筋及钢纤维的阻锈效果优良，有机阻锈胶黏剂的各组份符合环保要求。采用水溶性有机阻锈胶黏剂胶黏后的成排钢纤维的用于混凝土时，集抗裂、增韧、增强、阻锈等多功效于一体，有效提升高性能混凝土的耐久性。

Description

水溶性有机阻锈胶黏剂及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及胶黏剂，更具体的涉及一种水溶性有机阻锈胶黏剂及其制备方法。该胶黏剂可用于钢丝的粘结及钢纤维与钢筋的阻锈。
背景技术
随着现代建筑行业的高速发展，普通混凝土耐久性的下降对社会、经济效益造成了巨大损失，因此对混凝土结构的耐久性提出了更高的要求，高性能混凝土因其韧性、抗渗性、抗侵蚀性等优异耐久性能在混凝土中的应用范围日益扩大，钢纤维、阻锈剂是高性能混凝土用来提升耐久性的重要方法。在普通混凝土中掺加钢纤维能增加混凝土的抗裂性能、抗渗性及韧性，使之更能符合高性能建筑材料的要求，当前为解决钢纤维在混凝土中的分散性难题研发出成排钢纤维，它是由水溶性胶黏剂黏结而成的。钢筋的锈蚀是混凝土结构性能退化致破坏的主要原因，有效阻止钢筋的腐蚀是保证混凝土结构安全，增强钢筋混凝土耐久性的重要举措，其中使用阻锈剂是钢筋混凝土结构的防腐、修复措施中常用的方法，无机阻锈剂因污染问题在欧美大部份地区已禁用，在国内也逐步被取代，使用切实有效并且环保的有机阻锈剂成为现实需要。
上述两种提升混凝土耐久性的方法，需要通过在混凝土搅拌中分别添加钢纤维和阻锈剂来完成。现有的胶黏剂只是单一的粘结钢纤维，阻锈剂是另外以溶液的方式在混凝土搅拌过程中添加的；因为阻锈剂是水性溶液，所以计算混凝土配合比的用水量时还需扣除阻锈剂溶液中的含水量。这两种方法的实施不仅步骤多、操作繁琐，还有增加计算误差的可能性，在掺加钢纤维的同时添加阻锈剂，开发出操作简便、高效、环保的用于成排钢纤维的有机阻锈胶黏剂迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水溶性有机阻锈胶黏剂，其将阻锈剂合成到胶黏剂内，减少了体力劳动又减少了计算误差。粘结的成排钢纤维在混凝土搅拌过程中打散开成单根钢纤维，胶黏剂遇水溶解，其中的阻锈成份也就能均匀分散到混凝土中，起到保护钢筋和钢纤维的作用，防止这两者锈蚀。本发明所述的有机阻 锈胶黏剂具有粘结性强、水溶速度快的特点，其中的咪唑啉衍生物可有效降低或减缓混凝土中钢筋锈蚀，对混凝土本体性能无明显负面影响。
本发明的具体技术方案如下：
一种水溶性有机阻锈胶黏剂，按照重量份数计包括如下物质：
所述咪唑啉衍生物选自2‐甲基咪唑啉、油酸咪唑啉、环烷酸咪唑啉、烷基咪唑啉、咪唑啉季铵盐、双咪唑啉季铵盐等中的一种或两种以上任意比例混合。上述物质具有良好的水溶性，并能与本发明所述组份友好相溶。
所述淀粉为玉米淀粉，将其用于本发明具有具有粘度高、水溶性好的特点。
所述氧化剂为NaClO，本发明中通过优选次氯酸钠作为氧化剂氧化淀粉，淀粉中的葡萄糖大分子链经氧化改性后断裂降解，产生的活性基团，具备与其它物质进行交联的能力，从而使淀粉的综合性能得到改善。
氧化后的淀粉必须经过糊化才能加速获得不同程度的延展性。在加热的基础上再加入糊化剂，可以破坏淀粉分子链上的氢键，削弱分子间的作用力，达到淀粉颗粒溶胀糊化的目的，增强淀粉的粘合力。本发明中使用的糊化剂优选为NaOH。
本发明中所用的聚乙烯醇(PVA)是一种水溶性高分子聚合物，无毒无味，能自然降解，可用于制备水性环保型胶黏剂。PVA还可改进纯淀粉胶黏剂的成膜性低、慢干的缺陷。本发明中使用的聚乙烯醇的聚合度优选为1700，醇解度优选为88～99％。
淀粉溶液与PVA溶液分别配制完成后通过混合、交联反应得到胶黏剂溶液，再与阻锈组份溶液(咪唑啉衍生物溶液)复配混合均匀，因阻锈组份溶液的粘度小，需加入交联剂提高分散溶液的粘聚性，从而保证了水溶性有机阻锈胶黏剂的 粘结力。本发明中，所使用的交联剂是优选为硼砂。
本发明所述的水溶性有机阻锈胶黏剂可以采用现有的方法进行制备，优选的采用如下方法进行制备：
(1)配置质量浓度为18～22％的改性淀粉溶液：称取玉米淀粉、氧化剂和水，将玉米淀粉、氧化剂和水混合均匀后升温至55～70℃，搅拌均匀，再加入糊化剂，搅拌后得到改性淀粉溶液；
(2)配置质量浓度为15～20％的聚乙烯醇溶液：称取聚乙烯醇和水，将聚乙烯醇和水混合后升温至80～90℃，搅拌混合得到聚乙烯醇溶液；
(3)配置质量浓度为20～25％的咪唑啉衍生物溶液：称取咪唑啉衍生物和水，将咪唑啉衍生物和水混合均匀后升温至50～70℃，搅拌混合得到咪唑啉衍生物溶液；
(4)将改性淀粉溶液和聚乙烯醇溶液混合，发生交联反应得到胶黏剂溶液；
(5)将胶黏剂溶液与咪唑啉衍生物溶液混合均匀，升温，蒸出水份，直到胶黏剂溶液的质量浓度为25～35％，然后加入交联剂，室温下搅拌，得到水溶性有机阻锈胶黏剂。
考虑到胶粘剂的粘结强度和拉伸延展性俱佳，步骤(4)中交联反应的反应温度优选为60～70℃，反应时间优选为60～80min。
步骤(5)升温至105～110℃。
本发明所述水溶性有机阻锈胶黏剂的粘结强度高，胶黏剂随钢纤维加入混凝土中的水溶性好，利于钢纤维的分散，水溶后释放的阻锈成份对钢筋及钢纤维的阻锈效果优良，有机阻锈胶黏剂的各组份符合环保要求。以往成排钢纤维(采用胶黏剂黏结)和阻锈剂需分两次添加；阻锈剂以溶液形式掺加(因固体粉末分散不均匀)，增加混凝土搅拌用水的计算次数。现在将两步骤合二为一，胶粘剂中的阻锈成份虽然为固体，但会随着钢纤维的均匀分散而均布于混凝土中。简化混凝土搅拌的操作步骤，施工简便、降低劳动强度。采用水溶性有机阻锈胶黏剂胶黏后的成排钢纤维的用于混凝土时，集抗裂、增韧、增强、阻锈等多功效于一体，有效提升高性能混凝土的耐久性。
附图说明
图1为各实施例参照JT/T 537‐2004(钢筋混凝土阻锈剂)中的硬化砂浆阳极极化 试验图。
具体实施方式
下面结合实施例进一步描述本发明，但所述实施例仅用于解释本发明而不是限制本发明。在遵循本发明技术原理的前提下对具体实施方式做出的若干修改或者等同替换也视同本发明的保护范围。
实施例中使用的聚乙烯醇的聚合度为1700，醇解度为88～99％。
实施例1
将70份玉米淀粉、1份次氯酸钠和水放入容器中，搅拌混匀后升温至65℃，继续搅拌55min，再加入1.0份氢氧化钠，搅拌65min，得到质量浓度为19％的改性淀粉溶液；新容器中加入12份PVA和水，升温至85℃搅拌80min，得到质量浓度为20％的PVA溶液；新容器中加入50份1-(2-羟乙基)-2-烷基-咪唑啉和水，升温至60℃，搅拌50min，制得质量浓度为22％的1-(2-羟乙基)-2-烷基-咪唑啉溶液(阻锈剂溶液)；将改性淀粉溶液和PVA溶液混合，发生交联反应得到胶黏剂溶液，反应温度为65℃，反应时间为70min；，再将胶黏剂溶液与阻锈剂溶液于20℃混合搅拌80min，搅拌均匀后升温至110℃，直到胶黏剂溶液的质量浓度为25～35％，然后加入1.5份硼砂，20℃下搅拌50min，得到水溶性有机阻锈胶黏剂。
实施例2
将80份玉米淀粉、1.2份次氯酸钠和水放入容器中，搅拌混匀后升温至70℃，继续搅拌60min，再加入1.2份氢氧化钠，搅拌75min，得到质量浓度为22％的改性淀粉溶液；新容器中加入14份PVA和水，升温至90℃搅拌85min，得到质量浓度为16％的PVA溶液；新容器中加入55份咪唑啉季铵盐和水，升温至65℃，搅拌50min，制得质量浓度为25％的咪唑啉季铵盐溶液(阻锈剂溶液)；将改性淀粉溶液和PVA溶液混合，发生交联反应得到胶黏剂溶液，反应温度为65℃，反应时间为80min；，再将胶黏剂溶液与阻锈剂溶液于20℃混合搅拌90min，搅拌均匀后升温至110℃，直到胶黏剂溶液的质量浓度为25～35％，然后加入1.8份硼砂，20℃下搅拌60min，得到水溶性有机阻锈胶黏剂。
实施例3
将60份玉米淀粉、0.8份次氯酸钠和水放入容器中，搅拌混匀后升温至60 ℃，继续搅拌50min，再加入0.8氢氧化钠，搅拌65min，得到质量浓度为18％的改性淀粉溶液；新容器中加入12份PVA和水，升温至90℃搅拌85min，得到质量浓度为20％的PVA溶液；新容器中加入60份双咪唑啉季铵盐和水，升温至65℃，搅拌50min，制得质量浓度为23％的双咪唑啉季铵盐溶液(阻锈剂溶液)；将改性淀粉溶液和PVA溶液混合，发生交联反应得到胶黏剂溶液，反应温度为65℃，反应时间为70min；，再将胶黏剂溶液与阻锈剂溶液于20℃混合搅拌90min，搅拌均匀后升温至110℃，直到胶黏剂溶液的质量浓度为25～35％，然后加入1.0份硼砂，20℃下搅拌60min，得到水溶性有机阻锈胶黏剂。
实施例4
将70份玉米淀粉、1.0份次氯酸钠和水放入容器中，搅拌混匀后升温至65℃，继续搅拌60min，再加入1.0氢氧化钠，搅拌70min，得到质量浓度为21％的改性淀粉溶液；新容器中加入14份PVA和水，升温至90℃搅拌85min，得到质量浓度为18％的PVA溶液；新容器中加入30份双咪唑啉季铵盐与25份咪唑啉季铵盐的混合物和水，升温至60℃，搅拌60min，制得质量浓度为24％的咪唑啉衍生物溶液(阻锈剂溶液)；将改性淀粉溶液和PVA溶液混合，发生交联反应得到胶黏剂溶液，反应温度为65℃，反应时间为80min；，再将胶黏剂溶液与阻锈剂溶液于20℃混合搅拌90min，搅拌均匀后升温至110℃，直到胶黏剂溶液的质量浓度为25～35％，然后加入2.0份硼砂，20℃下搅拌50min，得到水溶性有机阻锈胶黏剂。
实施例5
将65份玉米淀粉、0.9份次氯酸钠和水放入容器中，搅拌混匀后升温至65℃，继续搅拌55min，再加入1.0氢氧化钠，搅拌65min，得到质量浓度为20％的改性淀粉溶液；新容器中加入14份PVA和水，升温至90℃搅拌85min，得到质量浓度为20％的PVA溶液；新容器中加入25份油酸基咪唑啉与30份聚氧乙烯环烷酸咪唑啉的混合物和水，升温至60℃，搅拌60min，制得质量浓度为22％的咪唑啉衍生物溶液(阻锈剂溶液)；将改性淀粉溶液和PVA溶液混合，发生交联反应得到胶黏剂溶液，反应温度为65℃，反应时间为80min；，再将胶黏剂溶液与阻锈剂溶液于20℃混合搅拌90min，搅拌均匀后升温至110℃，直到胶黏剂溶液的质量浓度为25～35％，然后加入2.0份硼砂，20℃下搅拌50min，得到水 溶性有机阻锈胶黏剂。
每吨成排钢纤维的胶水(本发明所述水溶性有机阻锈胶黏剂)耗用量为30～40kg，成排钢纤维在混凝土中的掺量为40～160kg/m3。成排钢纤维是通过人工或机械(大多数是人工)均匀撒在运送砂、石子的皮带运输机上投入混凝土搅拌机中的。
1、本发明的的优势体现在产品的使用及应用后的效果上，故参照GB/T7124‐2008(胶粘剂拉伸剪切强度的测定)对实施例中制得的水溶性有机阻锈胶黏剂做了粘结强度的测试，参照JT/T 537‐2004(钢筋混凝土阻锈剂)对实施中制得的水溶性有机阻锈胶黏剂做了阻锈性能的测试，另根据实际应用要求对实施例做了分散时间的测试，结果如下：
拉伸剪切强度测试结果见下表1：
表1
  拉伸剪切强度/MPa
实施例1 0.80
实施例2 0.90
实施例3 0.65
实施例4 0.75
实施例5 0.70
当拉伸剪切强度达到0.55MPa即达到粘结成排钢丝的成型、切断工序的要求，由上表的测试结果可以看出，实施例制备的胶黏剂均满足后序加工要求。
2、阻锈性能测试：参照JT/T 537‐2004(钢筋混凝土阻锈剂)中的硬化砂浆阳极极化试验，结果见图1；对比实施例和基准样(未掺含阻锈成份的实施例)，可以发现掺入实施例后，试件的极化曲线迅速上升，到达高位后基本保持不变，说明实施例能有效抑制混凝土中钢筋的腐蚀。
3、分散性测试：将实施中制得的水溶性有机阻锈胶黏剂胶黏的成排钢纤维掺入混凝土中搅拌(成排钢纤维的胶水耗用量为30～40kg/t，钢纤维在混凝土中的掺量为40～160kg/m3)。本发明所述分散性测试采用目测的方法，目测其在混凝土中的分散时间(钢纤维无粘连、结团)，记录时间；具体要求如下：1、多根钢纤维是否被水泥浆体包裹结成一团；2、对成排钢纤维而言，还要看是否散成单根钢纤维。结果见下表2
测试其在混凝土中的分散时间，结果见下表：
   分散时间/秒
实施例1 65
实施例2 80
实施例3 55
实施例4 70
实施例5 68
混凝土中的搅拌时间通常控制在90秒内，成排钢纤维需在这段时间内完全分散才能提升混凝土的综合性能，由上表的测试结果可以看出，经实施例中制得的水溶性有机阻锈胶黏剂胶黏的成排钢纤维在混凝土中具有优良的分散性能，说明实施例制得的水溶性有机阻锈胶黏剂具有良好的水溶性能。

Claims (10)

1.一种水溶性有机阻锈胶黏剂，其特征在于按照重量份数计包括如下物质：
淀粉                    60～80份
聚乙烯醇                10～14份
氧化剂                  0.8～1.2份
糊化剂                   0.5～1份
咪唑啉衍生物             40～60份
交联剂                    1～2份
水                       250～350份。
2.根据权利要求1所述的水溶性有机阻锈胶黏剂，其特征在于所述咪唑啉衍生物选自2-甲基咪唑啉、油酸咪唑啉、环烷酸咪唑啉、烷基咪唑啉、咪唑啉季铵盐、双咪唑啉季铵盐等中的一种或两种以上任意比例混合。
3.根据权利要求1所述的水溶性有机阻锈胶黏剂，其特征在于所述淀粉为玉米淀粉。
4.根据权利要求1所述的水溶性有机阻锈胶黏剂，其特征在于所述氧化剂为NaClO。
5.根据权利要求1所述的水溶性有机阻锈胶黏剂，其特征在于所述糊化剂为NaOH。
6.根据权利要求1所述的水溶性有机阻锈胶黏剂，其特征在于所述聚乙烯醇的聚合度为1700，醇解度为88～99%。
7.根据权利要求1所述的水溶性有机阻锈胶黏剂，其特征在于所述交联剂为硼砂。
8.上述任一权利要求所述的水溶性有机阻锈胶黏剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）配置质量浓度为18～22%的改性淀粉溶液：称取玉米淀粉、氧化剂和水，将玉米淀粉、氧化剂和水混合均匀后升温至55～70℃，搅拌均匀，再加入糊化剂，搅拌后得到改性淀粉溶液；
（2）配置质量浓度为15～20%的聚乙烯醇溶液：称取聚乙烯醇和水，将聚乙烯醇和水混合后升温至80～90℃，搅拌混合得到聚乙烯醇溶液；
（3）配置质量浓度为20～25%的咪唑啉衍生物溶液：称取咪唑啉衍生物和水，将咪唑啉衍生物和水混合均匀后升温至50～70℃，搅拌混合得到咪唑啉衍生物溶液；
（4）将改性淀粉溶液和聚乙烯醇溶液混合，发生交联反应得到胶黏剂溶液；
（5）将胶黏剂溶液与咪唑啉衍生物溶液混合均匀，升温，蒸出水份，直到胶黏剂溶液的质量浓度为25～35%，然后加入交联剂，室温下搅拌，得到水溶性有机阻锈胶黏剂。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于步骤（4）中交联反应的反应温度为60～70℃，反应时间为60～80min。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于步骤（5）升温至105～110℃。
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