CN112876128B - 一种高效烷氧基化咪唑啉衍生物阻锈剂及制备方法及应用 - Google Patents

一种高效烷氧基化咪唑啉衍生物阻锈剂及制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高效烷氧基化咪唑啉衍生物阻锈剂的应用，使用时，将基准水泥、标准砂、水和阻锈剂按比例混合并搅拌均匀，振实至返浆，再插入钢筋，阻锈剂分子通过扩散吸附到钢筋表面，起到阻锈作用。烷氧基链段的引入使得分子具有聚羧酸减水剂单体的结构，能最大程度的实现阻锈剂分子与混凝土的配伍性，不会对混凝土的物理化学性能造成严重影响，不仅可以增加分子的空间位阻，阻挡氯离子的浸入，还能起到分散混凝土的作用、防止混凝土坍落度损失而不引起明显缓凝的，可以很大程度上提高钢筋在侵蚀环境中的使用寿命。

Description

一种高效烷氧基化咪唑啉衍生物阻锈剂及制备方法及应用
技术领域
本发明涉及阻锈剂技术领域，具体为一种高效烷氧基化咪唑啉衍生物阻锈剂的制备方法及在钢筋混凝土中的应用。
背景技术
钢筋混凝土是现代社会广泛使用的建筑材料，被用于各行各业构筑物的建造,对国民经济建设起着极大的作用。但是，由于环境污染加剧等原因，钢筋混凝土结构往往在使用较短时期后就开始出现裂缝、钢筋腐蚀等劣化现象。钢筋腐蚀引起钢筋混凝土构筑物的提前失效是当今世界性的突出灾害。因此从源头上预防钢筋的腐蚀成为关键，其中使用钢筋阻锈剂是一种最方便、经济性好的有效方法。
许多化合物曾被或仍被用作钢筋混凝土的阻锈剂，如亚硝酸钠、苯甲酸钠、重铬酸钾、氯化亚锡、硅酸钠、氨水、磷酸钠等无机阻锈剂以及季铵盐、甘油磷酸酯钠盐、羟基磷酸盐、乙基马来酰胺、二甲基乙醇胺、黄原胺、氨基甲酸铵、肼、乙二胺、二环己胺等有机阻锈剂。这些阻锈剂按保护膜类型可分为氧化膜型、沉淀膜型、吸附膜型三类。有些氧化膜型阻锈剂如重铬酸钾会使混凝土的压缩强度下降较多(20％-40％)，而氯化亚锡则作用时间较短，常用的阻锈剂亚硝酸钠和亚硝酸钙虽然对混凝土的强度影响不大并且有较好的阻锈效果，但它们只有在较多的用量时才有阻锈效果,并且亚硝酸盐具有毒性,对环境和健康有一定的损害，在某些国家已禁止使用。沉淀膜型阻锈剂如甘油磷酸酯钠盐、羟基磷酸盐往往和金属的结合力较弱，且质地多孔疏松，所以其阻锈效果弱于氧化型膜层。而含氮的胺类化合物属于吸附膜型阻锈剂，它们含有未成对的孤对电子，具有一定的供电子能力，能够与铁原子空的d 轨道形成配位键发生化学吸附，具有较好的防护作用。
同时，阻锈剂作为混凝土的一种外加剂，使用时不应对水泥水化的物理化学过程产生不良影响。因此测试加入阻锈剂后水泥凝结时间和抗压、抗折强度等性能有无变化也是评定该阻锈剂能否真正实用的一项重要指标。所以阻锈剂分子需要引入取代基来增强分子与混凝土的配伍性，使其能够分散在混凝土中不沉淀，不易被水浸出。因此，开发一种具有功能性、配伍性好、且与其它混凝土外加剂相适应的高效阻锈剂更有实用性。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种高效烷氧基化咪唑啉衍生物阻锈剂，其是由长链烷基、咪唑啉环和烷氧基链段三部分组成的功能性有机物，长链烷基和咪唑啉环双层保护可以有效地避免氯离子等对钢筋表面钝化膜的破坏，是一种新型环境友好、热稳定性强、不易挥发、分散性强的有机分子。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高效烷氧基化咪唑啉衍生物阻锈剂，阻锈剂化学结构式如下式所示：
Figure BDA0002910463840000021
其中，R为C16-C20的烃基，n为0-8，m为40-70。
本发明还提供如下技术方案：一种高效烷氧基化咪唑啉衍生物阻锈剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将含16到20个碳原子的脂肪酸与羟乙基乙二胺混合加入到反应釜中，并加入二甲苯做为携水剂，在一定温度下脱水搅拌反应，反应结束后减压脱除二甲苯，得到咪唑啉衍生物中间体；
(2)取一定量咪唑啉衍生物中间体到高压釜中，在高压条件下和一定温度下先加入一定量的环氧丙烷，再加入一定量的环氧乙烷，老化后得到最终产物。
本发明还提供如下技术方案：一种高效烷氧基化咪唑啉衍生物阻锈剂的应用：使用时，将基准水泥、标准砂、水和阻锈剂按比例混合并搅拌均匀，振实至返浆，再插入钢筋，阻锈剂分子通过扩散吸附到钢筋表面，起到阻锈作用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：烷氧基链段的引入使得分子具有聚羧酸减水剂单体的结构，能最大程度的实现阻锈剂分子与混凝土的配伍性，不会对混凝土的物理化学性能造成严重影响，不仅可以增加分子的空间位阻，阻挡氯离子的浸入，还能起到分散混凝土的作用、防止混凝土坍落度损失而不引起明显缓凝的，可以很大程度上提高钢筋在侵蚀环境中的使用寿命。
具体实施方式
本发明提供一种技术方案：一种高效烷氧基化咪唑啉衍生物阻锈剂，阻锈剂化学结构式如下式所示：
Figure BDA0002910463840000031
其中，R为C16-C20的烃基，n为0-8，m为40-70。优选的，n为0或1， m为45-55。丙氧基化分子(即n)的加入可使得分子粘度和收缩性减小，增加分子的流动性，可根据不同的需求与实际应用情况决定是否加入。乙氧基化分子(即m)数量能保证分子在水中的溶解性，且与市场常见的聚羧酸减水剂大单体中乙氧基化分子数量相近，能保证加入后不会对混凝土物理化学性能造成巨大影响。
本发明还提供一种高效烷氧基化咪唑啉衍生物阻锈剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将含16到20个碳原子的脂肪酸与羟乙基乙二胺混合加入到反应釜中，并加入二甲苯做为携水剂，在一定温度下脱水搅拌反应，反应结束后减压脱除二甲苯，得到咪唑啉衍生物中间体；
(2)取一定量咪唑啉衍生物中间体到高压釜中，在高压条件下和一定温度下先加入一定量的环氧丙烷，再加入一定量的环氧乙烷，老化后得到最终产物。
脂肪酸为十六碳二烯酸、油酸或亚油酸、亚麻酸、十八碳二烯酸、二十碳三烯酸或二十碳五烯酸的一种。脂肪酸与羟乙基乙二胺按照摩尔比1： 1.05-1.1的比例进行混合，二甲苯加入量为脂肪酸与羟乙基乙二胺总质量的 30-50％，先在160-180℃反应脱水，再在210-230℃反应脱水。
本发明还提供一种高效烷氧基化咪唑啉衍生物阻锈剂的应用，使用时，将基准水泥、标准砂、水和阻锈剂按比例混合并搅拌均匀，振实至返浆，再插入钢筋，阻锈剂分子通过扩散吸附到钢筋表面，起到阻锈作用。阻锈剂的加入量为混凝土质量的0.3-1.5％。
实施例1
(1)将0.5mol油酸与0.525mol羟乙基乙二胺进行混合，加入75g的二甲苯，160-180℃反应脱水至出水量为0.45-0.5mol水，再升温至210-230℃反应脱水至出水量为0.45-0.5mol水，反应结束后减压脱除二甲苯。
(2)取0.5mol咪唑啉衍生物中间体到高压釜中，先加入0.5mol的环氧丙烷，再加入25mol的环氧乙烷，老化后得到最终产物。
(3)配制好的含1.15％NaCl的饱Ca(OH)2溶液倒入三个玻璃磨口瓶内，加入上述阻锈剂0.3％，放入一个钢筋试棒，全部浸入溶液中，将瓶盖盖紧。用电压表分别测定1d、3d、5d、7d时，钢筋的自然电位，并于空白作对比。
实施例2
(1)将0.5mol亚油酸与0.54mol羟乙基乙二胺进行混合，加入82g的二甲苯，160-180℃反应脱水至出水量为0.45-0.5mol水，再升温至210-230℃反应脱水至出水量为0.45-0.5mol水，反应结束后减压脱除二甲苯。
(2)取0.5mol咪唑啉衍生物中间体到高压釜中，先加入1mol的环氧丙烷，再加入30mol的环氧乙烷，老化后得到最终产物。
(3)配制好的含1.15％NaCl的饱Ca(OH)2溶液倒入三个玻璃磨口瓶内，加入上述阻锈剂0.6％，放入一个钢筋试棒，全部浸入溶液中，将瓶盖盖紧。用电压表分别测定1d、3d、5d、7d时，钢筋的自然电位，并于空白作对比。
实施例3
(1)将0.5mol亚油酸与0.55mol羟乙基乙二胺进行混合，加入86g的二甲苯，160-180℃反应脱水至出水量为0.45-0.5mol水，再升温至210-230℃反应脱水至出水量为0.45-0.5mol水，反应结束后减压脱除二甲苯。
(2)取0.5mol咪唑啉衍生物中间体到高压釜中，先加入1.5mol的环氧丙烷，再加入35mol的环氧乙烷，老化后得到最终产物。
(3)配制好的含1.15％NaCl的饱Ca(OH)2溶液倒入三个玻璃磨口瓶内，加入上述阻锈剂1％，放入一个钢筋试棒，全部浸入溶液中，将瓶盖盖紧。用电压表分别测定1d、3d、5d、7d时，钢筋的自然电位，并于空白作对比。
实施例4
(1)将0.5mol亚油酸与0.53mol羟乙基乙二胺进行混合，加入80g的二甲苯，160-180℃反应脱水至出水量为0.45-0.5mol水，再升温至210-230℃反应脱水至出水量为0.45-0.5mol水，反应结束后减压脱除二甲苯。
(2)取0.5mol咪唑啉衍生物中间体到高压釜中，加入28mol的环氧乙烷，老化后得到最终产物。
(3)配制好的含1.15％NaCl的饱Ca(OH)2溶液倒入三个玻璃磨口瓶内，加入上述阻锈剂1.5％，放入一个钢筋试棒，全部浸入溶液中，将瓶盖盖紧。用电压表分别测定1d、3d、5d、7d时，钢筋的自然电位，并于空白作对比。
实施例1测试结果
时间 空白/mv 加阻锈剂/mv
1d -228 -160
3d -240 -166
5d -256 -183
7d -262 -183
实施例2测试结果
时间 空白/mv 加阻锈剂/mv
1d -228 -140
3d -240 -152
5d -256 -161
7d -262 -162
实施例3测试结果
时间 空白/mv 加阻锈剂/mv
1d -228 -126
3d -240 -135
5d -256 -143
7d -262 -143
实施例4测试结果
时间 空白/mv 加阻锈剂/mv
1d -228 -105
3d -240 -120
5d -256 -128
7d -262 -129

Claims (6)

1.一种高效烷氧基化咪唑啉衍生物阻锈剂，其特征在于：阻锈剂化学结构式如下式所示
Figure FDA0003535724870000011
其中，R为C16-C20的烃基，n为0-8，m为40-70。
2.根据权利要求1所述的高效烷氧基化咪唑啉衍生物阻锈剂，其特征在于：所述n为0或1，m为45-55。
3.一种如权利要求1所述的高效烷氧基化咪唑啉衍生物阻锈剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤
(1)将含16到20个碳原子的脂肪酸与羟乙基乙二胺混合加入到反应釜中，并加入二甲苯做为携水剂，在一定温度下脱水搅拌反应，反应结束后减压脱除二甲苯，得到咪唑啉衍生物中间体；
(2)取一定量咪唑啉衍生物中间体到高压釜中，在高压条件下和一定温度下先加入一定量的环氧丙烷，再加入一定量的环氧乙烷，老化后得到最终产物。
4.根据权利要求3所述的高效烷氧基化咪唑啉衍生物阻锈剂的制备方法，其特征在于：所述脂肪酸为十六碳二烯酸、油酸或亚油酸、亚麻酸、十八碳二烯酸、二十碳三烯酸或二十碳五烯酸的一种。
5.根据权利要求3所述的高效烷氧基化咪唑啉衍生物阻锈剂的制备方法，其特征在于，所述脂肪酸与羟乙基乙二胺按照摩尔比1：1.05-1.1的比例进行混合，所述二甲苯加入量为脂肪酸与羟乙基乙二胺总质量的30-50％，先在160-180℃反应脱水，再在210-230℃反应脱水。
6.一种如权利要求1所述的高效烷氧基化咪唑啉衍生物阻锈剂的应用，其特征在于：使用时，将基准水泥、标准砂、水和阻锈剂按比例混合并搅拌均匀，振实至返浆，再插入钢筋，阻锈剂分子通过扩散吸附到钢筋表面，起到阻锈作用。
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