CN111116482A - 一种咪唑衍生物及其制备方法和作为钢筋混凝土阻锈剂的应用 - Google Patents

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张志锋
吴宜锐
武胜萍
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    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
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    • C07D233/54—Heterocyclic compounds containing 1,3-diazole or hydrogenated 1,3-diazole rings, not condensed with other rings having two double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D233/64—Heterocyclic compounds containing 1,3-diazole or hydrogenated 1,3-diazole rings, not condensed with other rings having two double bonds between ring members or between ring members and non-ring members with substituted hydrocarbon radicals attached to ring carbon atoms, e.g. histidine
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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    • C04B24/12—Nitrogen containing compounds organic derivatives of hydrazine
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B2103/60—Agents for protection against chemical, physical or biological attack
    • C04B2103/61—Corrosion inhibitors

Abstract

本发明公开了一种咪唑衍生物及其制备方法和作为钢筋混凝土阻锈剂的应用，所述咪唑衍生物的化学结构式如下式I所示，其中，R为C12‑C14正烷基，X‑选自卤素离子。本发明通过在咪唑上接羟基基团，可以显著增强阻锈剂与钢筋的吸附性能。咪唑环上长链基团可以增大阻锈剂与钢筋表面的吸附面积，尽而有效地避免氯离子等对钢筋表面钝化膜的破坏，从而可以很大程度上提高钢筋在侵蚀环境中的服役寿命。

Description

一种咪唑衍生物及其制备方法和作为钢筋混凝土阻锈剂的 应用
技术领域
本发明涉及一种咪唑衍生物及其制备方法和作为钢筋混凝土阻锈剂的应用，属于新型阻锈剂技术领域。
背景技术
随着海洋经济的逐渐兴起，大量钢筋混凝土结构应用于海工环境的建设中。海港码头、桥梁、深海隧道等基础设施建设需要大量的钢筋混凝土结构。钢筋混凝土结构长期处于氯盐、高温、高湿等环境中，钢筋表面钝化膜极易发生破坏，造成钢筋锈蚀，进而引发混凝土开裂，甚至混凝土结构破坏等。在早些时候，无机阻锈剂大量应用于钢筋混凝土结构的建设中，取得了一定的作用。但由于无机阻锈剂存在一定的毒性以及富磷等会对环境产生二次破坏，因此无机阻锈剂在钢筋混凝土结构中的应用越来越少。
掺入型阻锈剂目前得到了越来越多的研究与应用，掺入型阻锈剂具有存在活性N/O/S等原子，可以稳定吸附在钢筋表面，对钢筋耐蚀作用有一定的效果。但掺入型阻锈剂无法对已经开裂的钢筋混凝土结构起到修补作用，因此开发一种新型迁移型有机阻锈剂，对开裂钢筋混凝土结构起到修补作用，成为研究的重点。
迁移型阻锈剂通常为具有带正电荷的阳离子阻锈剂，可在外加电压作用下，加速在混凝土内部传输到达钢筋表面，对锈蚀钢筋起到修复作用。因此，开发一种新型迁移型阻锈剂，对开裂钢筋混凝土结构进行修复，显得犹为重要。
发明内容
发明目的：为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种咪唑衍生物及其制备方法和作为钢筋混凝土阻锈剂的应用。所得咪唑衍生物能够在外加电压作用下迁移至混凝土内部，对锈蚀钢筋进行修复保护。
技术方案：为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种咪唑衍生物，其化学结构式如下式I所示：
Figure BDA0002375446910000021
其中，R为C12-C14正烷基，X-选自卤素离子。
优选，所述R选自C12H25-或C14H29-。
优选，所述X-选自Cl-、Br-或I-。
所述咪唑衍生物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将咪唑与含12到14个碳原子的卤代正烷基试剂溶于碱溶液中，并加入四丁基溴化铵，在恒定温度下搅拌反应，烘干后得到12到14碳链取代的咪唑衍生物中间体；
(2)将上述得到的中间体与4-卤苯酚，溶于有机溶剂中，在恒定温度下持续搅拌反应，烘干后，即可得到所述咪唑衍生物。
优选，步骤(1)中，参与反应的咪唑、卤代正烷基试剂、四丁基溴化铵按照摩尔比1：(0.9-1.2)：(0.01-0.1)的比例进行混合，反应温度在50℃-70℃，反应时间为18h-28h，搅拌采用磁力搅拌，磁搅拌子旋转速度为250r/min-350r/min。
优选，步骤(2)中，加入的4-卤苯酚与步骤(1)制备的中间体摩尔比(1-1.05)：1的比例进行混合，有机溶剂为乙醇、甲醇、乙腈中的一种或几种，反应温度在90℃-120℃，反应时间为36h-48h，搅拌采用磁力搅拌，磁搅拌子旋转速度为250r/min-350r/min。
本发明最后还提供了所述的咪唑衍生物作为钢筋混凝土结构中钢筋阻锈剂的应用，尤其是作为迁移型阻锈剂的应用。
应用时，将所述的咪唑衍生物溶于混凝土结构浸泡周围水环境中，通过渗透作用到达钢筋表面，对产生锈蚀的钢筋进行修复保护。
更具体的应用，包括将上述所制备的咪唑衍生物溶解于pH＝13.6的碱性溶液中，通过外加电源加带迁移型咪唑衍生物向混凝土内部传输，并对已经锈蚀开裂的钢筋混凝土结构进行修补。其中钛网电极为接恒电源正极，并置于所配置有机阻锈剂溶液中，混凝土内锈蚀钢筋接恒电源负极。
上述所制备的迁移型咪唑衍生物制备方法简单，设备要注低，制备环境要求温和。由于分子结构含有羟基基团，能够较好地吸附于钢筋表面，同时，咪唑环上长链基团可以增大阻锈剂与钢筋表面的吸附面积，尽而有效地避免氯离子等对钢筋表面钝化膜的破坏，对钢筋腐蚀提供保护。此外，迁移型咪唑衍生物阻锈剂与水溶液有着较好的溶解性，溶解后不含有N、P等元素，不会构成环境二次污染，是一种环境友好型阻锈剂。其作为阻锈剂，可以对钢筋有着较好的耐蚀保护作用。
有益效果：相对于无机阻锈剂与掺入型有机阻锈剂，本发明明显具有以下优势：
(1)本发明提供的迁移型咪唑衍生物，含有羟基基团，可以有效地吸附于钢筋表面，并对钢筋提供耐蚀保护。此外，咪唑环中呈现正电性，可在外加电压作用下，快速在混凝土内部进行传输，以实现对开裂钢筋混凝土结构的修复。
(2)从环境保护方面来讲，本发明提供的迁移型咪唑衍生物，制备原材料简单易得，购买方便且成本低廉。制备过程便捷，能源消耗少。且溶解于水中后，不产生N、P等元素，对周围环境不会构成二次污染，是一种环境友好型阻锈剂。
附图说明
图1：迁移型阻锈剂核磁共振测试图；
图2：迁移型阻锈剂红外光谱测试图；
图3：迁移型阻锈剂试样与对比样在碱性混凝土模拟液中开路电位。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例，进一步阐明本发明。
实施例1咪唑衍生物的合成
Figure BDA0002375446910000031
(1)称取0.5mol咪唑、0.525mol溴代十二烷溶于氢氧化钠溶液中，并加入8.06g四丁基溴化铵(参与反应的咪唑、溴代十二烷、四丁基溴化铵的摩尔比1：1.05：0.05)，在70℃下采用磁力搅拌进行反应，磁搅拌子旋转速度为300r/min，反应时间为24h，反应结束后烘干，得到1-十二烷基-3-咪唑衍生物中间体；
(2)将上述得到的中间体与0.5mol 4-卤苯酚(4-卤苯酚与步骤(1)制备的中间体的摩尔比1.08：1)，溶于有机溶剂乙腈中，移至三口烧瓶中，在110℃温度下采用磁力搅拌持续搅拌，磁搅拌子旋转速度为300r/min，反应40h，烘干后，即可得到所述咪唑衍生物，其核磁共振测试如图1所示，其红外光谱测试如图2所示。
实施例2咪唑衍生物的应用
对上述所实施例进行阻锈性能评价。将阻锈剂加入到碱性混凝土模拟液中，采用开路电路位法测试试样对钢筋的保护性能。测试系统采用电化学三电极系统，测试钢筋为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂片为对电极，使用PARSTAT 4000电化学工作站进行数据采集。对比样为不添加阻锈剂的空白试样。
测试结果见表1和图3：
通过对比样品开路电位可知，阻锈剂样品开路电位远大于对比样开路电位，说明上述实施例可显著提高钢筋的耐蚀性能。
表1开路电位测试结果
Figure BDA0002375446910000041

Claims (8)

1.一种咪唑衍生物，其化学结构式如下式I所示：
Figure FDA0002375446900000011
其中，R为C12-C14正烷基，X-选自卤素离子。
2.根据权利要求1所述的咪唑衍生物，其特征在于，所述R选自C12H25-或C14H29-。
3.根据权利要求1所述的咪唑衍生物，其特征在于，所述X-选自Cl-、Br-或I-。
4.权利要求1所述咪唑衍生物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将咪唑与含12到14个碳原子的卤代正烷基试剂溶于碱溶液中，并加入四丁基溴化铵，在恒定温度下搅拌反应，烘干后得到12到14碳链取代的咪唑衍生物中间体；
(2)将上述得到的中间体与4-卤苯酚，溶于有机溶剂中，在恒定温度下持续搅拌反应，烘干后，即可得到所述咪唑衍生物。
5.根据权利要求4所述的咪唑衍生物的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，参与反应的咪唑、卤代正烷基试剂、四丁基溴化铵按照摩尔比1：(0.9-1.2)：(0.01-0.1)的比例进行混合，反应温度在50℃-70℃，反应时间为18h-28h，搅拌采用磁力搅拌，磁搅拌子旋转速度为250r/min-350r/min。
6.根据权利要求1所述的咪唑衍生物的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，加入的4-卤苯酚与步骤(1)制备的中间体摩尔比(1-1.05)：1的比例进行混合，有机溶剂为乙醇、甲醇、乙腈中的一种或几种，反应温度在90℃-120℃，反应时间为36h-48h，搅拌采用磁力搅拌，磁搅拌子旋转速度为250r/min-350r/min。
7.权利要求1-3任一项所述的咪唑衍生物作为钢筋混凝土结构中钢筋阻锈剂的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，将所述的咪唑衍生物溶于混凝土结构浸泡周围水环境中，通过渗透作用到达钢筋表面，对产生锈蚀的钢筋进行修复保护。
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CN102924379A (zh) * 2012-10-30 2013-02-13 华南理工大学 一种阳离子型电迁移性咪唑啉季铵盐及其应用
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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