专利名称：混凝土阻锈剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及ー种混凝土阻锈剂，属于建筑材料技术领域。
背景技术：
基础设施中钢筋混凝土工程占有很大比例，保护其不受破坏意义特别重大。而影响混凝土耐久性的主要因素是混凝土结构中钢筋的腐蚀，预防和控制钢筋的锈蚀是保证结构服役安全性和耐久性的关键。特别是海洋和除冰盐等环境条件作用下，氯离子通过混凝土孔隙渗入钢筋表面，浓度达到0. 4%左右就可以破坏钝化膜的稳 定，加速钢筋腐蚀。而阻锈剂是解决这ー问题有效，经济且方便的方法之一。阻锈剂较早应用于欧美等国家的钢筋混凝土结构工程中，最具代表性的为亚硝酸盐。如专利US6340438和US5527388中曾报道亚硝酸钙与有机胺及有机酸的混合物，可以起到协同阻锈作用，但受环保和腐蚀加速等方面的限制，美国及欧洲部分国家已经明确禁止使用。而有机阻锈剂具有环保高效等特点，正成为替代亚硝酸盐研究的主要方向。而目前，关于有机混凝土阻锈剂的合成研究相对较少。US2006/0156960A1报道ー种有机磷酸酷阻锈剂的合成。该专利所述合成方法为通过次磷酸与聚醚反应生成有机磷酸酯再与有机胺、甲醛反应生成氨基磷酸酷。但该类有机磷阻锈剂流入水体会促进水体富营养化，造成环境污染，并非属于环保型有机阻锈剂。此外，绝大部分有机混凝土方面的专利多为几种不同有机物的复配，如专利US5916483和EP34807中提到将有机胺或醇胺与无机或有机酸的反应物掺入到水泥基材料应用，并证实了其具有较好的阻锈效果。US006174461B1及US00634210IBI分别将阻锈剂与硅烷、减水剂复合，制备成为多功能阻锈剂。而且，其中的阻锈组分主要是前述专利中公布的胺、铵盐、糖(或其盐)、苯并三唑以及其衍生物。此类有机物主要通过杂原子氮原子、氧原子等极性基团与钢筋表面吸附，排除吸附的氯离子，从而起到阻锈作用。然而，这类分子通常具有较高的饱和蒸汽压，极易挥发，使用过程中有效利用率低。而且该类氨基醇分子中大多只有一个可以与钢筋吸附的官能团，吸附作用カ较弱。目前，随着国外应用技术的逐渐成熟，国内申请阻锈剂专利也增多。ZL00134393. 9提出利用电渗法使有机阻锈剂迁入混凝土内部，起到防止钢筋锈蚀的作用，其中阻锈组分为こ醇胺芳香族有机酚类衍生物与无机酸的中和产物，其中酚类属于有毒致癌成分，也不属于环保型有机阻锈剂。ZL20081010234924.2报道了ー种无碱非亚硝酸盐混凝土钢筋阻锈齐U，主要为葡萄糖酸锌、硅酸锂以及苯甲酸铵和低分子量(醇)胺类混合物，这些物质的简单混合并不会对其各自的吸附能力有明显的增强作用。ZL200610044239. 4报道了一种钢筋混凝土阻锈剂，其由钥酸钠与ニこ烯三胺丙烯基硫脲以及丁炔ニ醇混合而成。由于原料并非常用化工原料，应用成本太高。关于混凝土阻锈剂方面的相关文献报道也较多。Nmai等人报道了另ー种已被商品化的混凝土阻锈剂，其主要成分为氨基酸酷。报道称此类阻锈剂加入到混凝土中后，混凝土的强碱性会使氨基酸酯水解成为羧酸及醇。其中，羧酸根与混凝土中钙离子形成不溶的羧酸盐，吸附于毛细孔壁，长链非极性基团覆盖于孔壁表面，起到憎水效果，抑制腐蚀介质滲透。醇与钢筋表面铁原子吸附，起到隔离侵蚀性离子的作用，可见羟基可能是起到阻锈作用的有效吸附基团。(參考Nmai, Charles K. Multi-functional organic corrosioninhibitor. Cement and Concrete Composites. 2004, 26 (3) :199-207)。最近 Zhou 等人的研究也表明羟基可以作为碱性氯盐介质中有效的吸附基团，提高钢筋的耐腐蚀性能。该课题组报道的新型碱性氯盐介质中的环保型有机阻锈剂为季戊四醇糖苷，其分子结构中含有七个羟基基团，但不含氮原子。通过电化学测试，表面AFM观察以及量子化学模拟等方法，发现多羟基结构有机分子可以通过羟基较好吸附在钢筋表面，有效的改善碱性介质中钢筋的耐腐蚀性能(参考Zhou X, Yang H Y, Wang F H. Investigation on the inhibitionbehavior of apentaerythritol glycoside for carbon steel in3. 5% NaCl saturatedCa (OH) 2solution. Corrosion Science. 2012, 54 : 193-200)。但单纯依靠轻基络合吸附存在以下缺陷羟基含量过高会促进多羟基化合物与铁原子的络合，加速铁的溶解；而且羟基吸附性能不及氮原子，实验表明3. 5%氯盐模拟液中，此种阻锈剂阻锈效率均在90%以下。
发明内容
本发明的目的是提供ー种新型混凝土阻锈剂，使其应用于钢筋混凝土结构中吋，能显著提高钢筋的防腐阻锈性能，并且对环境友好。申请人:经研究发现，氨基和羟基可以作为碱性氯盐介质中有效的吸附基团，能较好地吸附在钢筋表面，有效提高钢筋的防腐阻锈性能。但羟基的吸附能力始終弱于氮原子，若将多羟基与多个氮原子结合会更加提高钢筋的吸附能力。但单纯提高吸附只是阻锈性能提升的ー个方面，还要考虑阻锈剂分子间的相互作用情況。如吸附分子之间斥力作用太大，分子间致密性难以保证，这样形成的吸附膜不够完整和稳定。而氨基分子结构中更多羟基的引入，会在分子间形成氢键，降低分子间的斥力，有利于形成稳定吸附膜。本发明采用具有I- ニ羟こ基氨基-3-烷基氨基-2-丙醇结构的化合物作为阻锈齐U，其结构式为
权利要求
1.一种混凝土阻锈剂，其特征在于，结构式为
2.权利要求I所述混凝土阻锈剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤 步骤一、将环氧衍生物加入到溶剂中，边搅拌边加入二乙醇胺和催化剂进行反应； 步骤二、往步骤一的反应产物中加入有机胺进行反应，反应结束后，加入NaOH溶液进行中和，再经过蒸馏、抽滤，得到的液体即为本发明的阻锈剂； 步骤一中，所述环氧衍生物结构式为
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述溶剂选自二甲基亚砜、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、甲醇、乙醇或水中的一种或任意两种的混合物。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述催化剂选自A1C13、FeCl3、SbCl5,SnCl4,BF3> ZnCl2 或 TiCl3 中的一种。
5.如权利要求2所述混凝土阻锈剂的制备方法，其特征在于，步骤一中所述催化剂与环氧衍生物的摩尔比为O. 001:1 O. 2:1。
6.如权利要求2所述混凝土阻锈剂的制备方法，其特征在于，步骤一中所述环氧衍生物和二乙醇胺的摩尔比为1:1 1:2。
7.如权利要求2所述混凝土阻锈剂的制备方法，其特征在于，步骤一中反应温度为20 120°C，反应时间为I 10h。
8.如权利要求2所述混凝土阻锈剂的制备方法，其特征在于，步骤二中有机胺与环氧衍生物和的摩尔比为I: I 2:1。
9.如权利要求2至8任一项所述混凝土阻锈剂的制备方法，其特征在于，步骤二中反应温度为10 100°C，反应时间为O. 5 15h。
全文摘要
本发明公开了一种混凝土阻锈剂及其制备方法，本发明的阻锈剂为一种具备1-二羟乙基氨基-3-烷基氨基-2-丙醇结构的化合物，其由两步反应制得先由环氧衍生物和二乙醇胺在催化剂的作用下进行反应，反应后的产物再与有机胺反应，将得到的产物经中和、蒸馏和抽滤，所得液体即为本发明的阻锈剂。本发明合成工艺简单，制备的阻锈剂具有高效阻锈、绿色环保、分散性好等优点，且对混凝土性能没有任何不利影响。
文档编号C07C213/04GK102765898SQ20121022928
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月3日 优先权日2012年7月3日
发明者刘加平, 刘建忠, 缪昌文, 蔡景顺, 陈翠翠 申请人:南京博特新材料有限公司, 江苏博特新材料有限公司, 江苏省建筑科学研究院有限公司, 江苏苏博特新材料股份有限公司