CN110330252A - 一种咪唑衍生物作为有机阻锈剂的应用 - Google Patents

一种咪唑衍生物作为有机阻锈剂的应用 Download PDF

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吴思燕
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李文娟
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    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
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    • C04B24/12—Nitrogen containing compounds organic derivatives of hydrazine
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C07D233/00—Heterocyclic compounds containing 1,3-diazole or hydrogenated 1,3-diazole rings, not condensed with other rings
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Abstract

本发明公开一种咪唑衍生物作为有机阻锈剂的应用，所述咪唑衍生物的化学结构如下式I所示，其中，R选自C8‑C16烷基。本发明应用中，在咪唑环上引入极性基团，制成一种羟基功能化的咪唑离子液，其能够作为有机阻锈剂应用，对不同的金属材料，尤其是钢筋，具有良好的缓蚀性，同时兼具良好的导电性，溶解性。

Description

一种咪唑衍生物作为有机阻锈剂的应用
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种咪唑衍生物作为钢筋有机阻锈剂的应用。
背景技术
随着钢筋混凝土在海洋环境下大量的应用，海水中的氯离子对钢筋混凝土的侵蚀问题也日益严峻，钢筋锈蚀导致的钢筋混凝土结构破坏，严重影响了海工建筑的使用寿命，钢筋混凝土结构失效引起的安全事故和经济损失远超预期，给人民生命和经济安全造成极大损害。目前，对于延缓阻止钢筋锈蚀，使用钢筋阻锈剂是一种最简单且最经济有效的办法。
目前市场上的钢筋阻锈剂按照化学成分可分为无机、有机及复合类。以亚硝酸盐为典型代表的无机阻锈剂虽然阻锈效果佳，但其毒性引起的环保问题导致许多国家已经明令禁止使用此类阻锈剂；有机型阻锈剂通过S、N、O等容易形成孤电子对的杂原子与钢筋表面形成螯合物，从而保护了钢筋免受氯离子的侵蚀；复合型阻锈剂是通过将有机和无机阻锈剂复配而得，但其效果不尽如人意，难以真正应用起来，因此绿色环保的有机型阻锈剂成为目前主要的研究热点。
目前钢筋阻锈剂的使用方式要么通过与混凝土拌和的方式将阻锈剂加到钢筋混凝土体系中，要么将阻锈剂涂刷在混凝土表面通过渗透扩散的方式到钢筋表面，而文献大多也仅研究钢筋在掺有阻锈剂的混凝土模拟孔溶液中的阻锈性能，并不能很好地针对已经遭受氯离子侵害的钢筋混凝土。目前有文献指出可以通过外加电源的方式将带在水中易电解成阳离子的有机物导入到混凝土中，从而修复混凝土的新方式，但是修复效果不显著。
发明内容
发明目的：为了克服现有钢筋阻锈剂应用上的不足，本发明提供一种能在碱性混凝土模拟液具有加好溶解性的有机阻锈剂，通过外加电源的方式应用到氯离子侵蚀的混凝土中，效果显著。
技术方案：为达到上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种咪唑衍生物作为有机阻锈剂的应用，所述咪唑衍生物的化学结构如下式I所示：
其中，R选自C8-C16烷基。
作为优选：
所述R选自C12H25-或C16H33-，这些烷基包括直链或者含有支链的烷基。
所述咪唑衍生物的制备方法包括以下步骤：
(1)将咪唑与含8到16个碳原子的卤代烷溶于有机溶剂中，在高温高压条件下反应，干燥后得到中间体；
(2)将上述得到的中间体与2-氯乙醇在有机溶剂中混合，移至反应釜中，然后高温高压条件下反应，干燥后，即得所述咪唑衍生物。
步骤(1)中，参与反应的咪唑与卤代烷按照摩尔比1：0.5进行混合，反应温度在120-150℃，反应时间为12-24h。
步骤(2)中，所述中间体与2-氯乙醇按摩尔比比例1：(1-1.2)进行混合，反应温度90-120℃，反应时间为4-6h。
所述的咪唑衍生物在修复钢筋混凝土中的应用。具体应用时，将所述阻锈剂溶解于碱性的混凝土模拟孔溶液中，通过外部电源加速的方式作用到钢筋混凝土中，对正遭受氯离子侵害的钢筋混凝土进行修复保护。
本发明提供的咪唑衍生物为一种羟基功能化的咪唑离子液，其是一种由阴、阳离子构成的功能性有机物，是一种新型环境友好溶剂，具有导电性高、热稳定性强、不易挥发、溶解度大、极性可控等优良物理化学性能，广泛应用于萃取分离、有机合成、电化学和催化等领域。功能化的咪唑离子液通过引入强吸附性的极性基团，可以实现对钢筋的有效阻锈。
因此，本发明应用中，在咪唑环上引入极性基团，制成一种羟基功能化的咪唑离子液，其能够作为有机阻锈剂应用，对不同的金属材料，尤其是钢筋，具有良好的缓蚀性，同时兼具良好的导电性，溶解性。
有益效果：相对于现有技术，本发明应用具有以下优势：
(1)从原子元素及分子结构层面上考虑，本发明提供的咪唑衍生物，所涉及成分含有N、O杂原子，并带有极性羟基团，易与Fe形成螯合物，增强了阻锈成分在钢筋表面的吸附能力，从而形成钢筋保护膜。
(2)从使用的角度考虑，本发明提供的咪唑衍生物在碱性的混凝土模拟孔溶液中具有良好的溶解性，可通过外加电流的方式将其迁移到钢筋混凝土内部，对已遭受氯离子侵蚀的混凝土并进行修复保护。
(3)从可持续发展的角度看，本发明提供的咪唑衍生物绿色环保，制备所需的大部分材料简单易得，购买方便且成本不高。
附图说明
图1为本发明咪唑衍生物的红外光谱图。
图2为本发明咪唑衍生物作为有机阻锈剂应用到修复钢筋混凝土的装置示意图，其中：1-溶解了所述咪唑衍生物的混凝土模拟孔溶液，2-支架，3-环氧树脂，4-钛网。
图3为实施例1(实例1)中混凝土修复前后对比的电化学阻抗谱图。
图4为实施例2(实例2)中混凝土修复前后对比的电化学阻抗谱图。
具体实施方式
为对本发明进行更好的说明，举实例如下：
具体实施过程所所涉及的钢筋混凝土，配合比如下：175kg/m3水，340Kg/m3水泥，1035kg/m3标准砂，780kg/m3玄武岩碎石，6.8kg/m3氯化钠；通过搅拌成型时内掺氯化钠来模拟被氯离子侵蚀的混凝土。
实施例1：
(1)取咪唑与溴代十二烷按1:0.5的比例与乙酸乙酯相容，然后移至反应釜，将反应釜放置在鼓风干燥箱中，设置温度120℃，在高温高压下反应14h后，置于真空干燥箱中干燥后得到中间体；
(2)将上述得到的中间体与2-氯乙醇按比例1:1与甲苯混合均匀后，移至反应釜中，再将反应釜放置鼓风干燥箱中，设置温度100℃，在高温高压下反应5h，将产物在真空干燥箱中60℃干燥12h，最终得到所述有机阻锈剂。
(3)将有机阻锈剂溶于饱和氢氧化钙溶液中作为通电使用的电解液，电解液中有机阻锈剂浓度为0.05mol/L，按照图2装置示意图，钢筋连接外部电源阴极，钛网连接阳极，将有机阻锈剂导入钢筋混凝土内部，进行修复保护。
所述合成有机阻锈剂路线如下：
实施例2：
(1)取咪唑与溴代十六烷按1:0.5的比例与乙酸乙酯相容，然后移至反应釜，将反应釜放置在鼓风干燥箱中，设置温度140℃，在高温高压下反应12h后，置于真空干燥箱中干燥后得到中间体；
(2)将上述得到的中间体与2-氯乙醇按比例1:1.2与甲苯混合均匀后，移至反应釜中，再将反应釜放置鼓风干燥箱中，设置温度120℃，在高温高压下反应4h，将产物在真空干燥箱中60℃干燥12h，最终得到所述有机阻锈剂。
(3)将上述有机阻锈剂溶于饱和氢氧化钙溶液中作为通电使用的电解液，电解液中有机阻锈剂浓度为0.05mol/L，按照图2装置示意图，钢筋连接外部电源阴极，钛网连接阳极，通电28d，将有机阻锈剂导入钢筋混凝土内部，进行修复保护。
所述合成有机阻锈剂路线如下：
实施例3
本发明应用中，钢筋混凝土修复效果通过电化学性能测试表征
对上述实施例所应用的钢筋混凝土进行性能评价，采用交流阻抗法、线性极化两种电化学方法测试对试样的防腐性能进行测试，测试系统采用的是三电极体系，以测试钢筋为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，不锈钢片为辅助电极，通过PARSTAT2273电化学工作站进行测试。
电化学阻抗谱的测试频率范围为0.01～100000Hz，动电位极化曲线扫描速度为0.5mV/s，扫描范围为-0.01～0,01V，得到的极化曲线由仪器自带拟合软件对电化学参量进行拟合，得到腐蚀电流密度icorr、极化电阻Rp等参数。阻锈效率然后根据Stern-Geary式(1)来计算：
测试结果如下：
混凝土中钢筋的电化学阻抗谱图中，后半圆是低频区部分，代表内埋钢筋的腐蚀反应电荷转移电阻，圆弧半径越大，钢筋抗腐蚀性能越强。根据图3和图4可以发现通电后的低频区圆弧半径明显变大，说明有机阻锈剂通过外部电源加速，对钢筋混凝土中的钢筋进行了有效的保护。
通过线性极化及其拟合的结果，可以看到通电后，有机阻锈剂在钢筋混凝土中发挥了明显的阻锈效果，降低了混凝土中钢筋的腐蚀电流密度，使得腐蚀电位正移，极化电阻也明显增大了。说明有机物通过导电方式应用到正在受氯离子侵害的混凝土中，可以有效改善受损钢筋混凝土构件。
表1线性极化曲线拟合参数

Claims (7)

1.一种咪唑衍生物作为有机阻锈剂的应用，所述咪唑衍生物的化学结构如下式I所示：
其中，R选自C8-C16烷基。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述R选自C12H25-或C16H33-。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述咪唑衍生物的制备方法包括以下步骤：
(1)将咪唑与含8到16个碳原子的卤代烷溶于有机溶剂中，继而在高温高压条件下反应，干燥后得到中间体；
(2)将上述得到的中间体与2-氯乙醇在有机溶剂中混合，移至反应釜中，然后高温高压条件下反应，干燥后，即得所述咪唑衍生物。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，步骤(1)中，参与反应的咪唑与卤代烷按照摩尔比1：0.5进行混合，反应温度在120-150℃，反应时间为12-24h。
5.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，步骤(2)中，所述中间体与2-氯乙醇按摩尔比比例1：(1-1.2)进行混合，反应温度90-120℃，反应时间为4-6h。
6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的咪唑衍生物在修复钢筋混凝土中应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，应用时，将所述阻锈剂溶解于碱性的混凝土模拟孔溶液中，通过外部电源加速的方式作用到钢筋混凝土中，对正遭受氯离子侵害的钢筋混凝土进行修复保护。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111763028A (zh) * 2020-06-17 2020-10-13 东南大学 一种咪唑衍生物作为新建钢筋混凝土防腐蚀材料的应用

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CN106007445A (zh) * 2016-05-20 2016-10-12 江苏苏博特新材料股份有限公司 咪唑离子液电迁移阻锈剂及其制备方法

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