专利名称：一种钢构桥防护剂及其制备和应用方法
技术领域：
本发明涉及一种钢构桥防护剂，尤其涉及一种可以提高钢构桥使用寿命的水性防护剂及其制备和应用方法。
背景技术：
钢构桥因具有跨径大、承载能力强和施工期短等优点而被广泛采用。桥梁主要建设在跨越江河和海湾等高湿环境中，外界的腐蚀性物质(如氯盐、酸雨和硫酸盐等)极易随水汽一起在钢构桥表面凝结、富集，易引起钢构桥锈蚀破坏。同时，钢构桥在自然环境中的盐雾、酸雨、冰冻、雨雪和光照等物化因素交互作用下，易发生性能退化而破坏。如何减小外界物化因素对钢构桥的破坏作用，是提高桥梁使用寿命的重要措施之一。目前，国内外对钢构桥多采用表面防护措施来降低外界环境因素对桥梁结构的影响。表层防护可缓冲外界载荷、温度场和湿度场等对桥梁作用，有效减少外界水、二氧化碳和氯离子等物质的侵入，从而降低各种侵蚀效应的侵蚀破坏。大量研究和工程实践表明，最常用且效果较佳的防护措施之一是采用表层防护剂。表层防护剂多由无机类材料、有机类材料以及两者复合而成。常用的无机类材料多为具有阻锈功能的组分(如亚硝酸盐、磷酸盐和重铬酸盐等)和活性金属粉(如锌粉和铝粉等)与一定量的胶凝性材料或有机物混合后涂覆于钢构桥表面，达到隔绝外界和缓蚀效果；而有机类材料多为树脂(如聚氨酯和环氧树脂等)、浙青、有机涂料、油漆和多元醇酯等直接涂覆于钢构桥表面，起到防护和阻锈作用。无机类材料具有抗老化、稳定、持久和环保等优点，但常面临功能单一和粘结力差等问题；此外，尽管部分无机类材料具有较佳的阻锈功能，但因具有较大环境负效应而被禁止(如亚硝酸盐等)。有机类材料具有功能多、高效和易施工等优点，但易老化、龟裂、粉化和耐候性差且环境负效应较大。这两类材料自身的不足，使其制备的单一种类防护剂很难满足工程所需。如何充分发挥无机和有机材料各自优点，是当今金属防护领域研究的热点和难点。其中，开发有机/无机复合防护剂是一种行之有效的途径。现今研究开发的一些金属防护剂多侧重于单一性能防护(如防腐蚀、保护等)，而易忽视了金属防护中对多功能性的要求。如一种名为“黑色金属永久性防护剂及其生产方法”(授权公告号CN 101139496B)的发明专利，其特征是采用酚醛树脂、聚乙烯醇缩丁醛和聚乙烯缩甲醛等为主体成膜液，在反应釜中与环烷酸铝反应生成半透明液体产品。该发明作用机理是依靠阻绝外界物质与金属接触而起到防护效应；若防护膜层遭破损，外界的水和腐蚀性物质等易接触金属而发生腐蚀反应，从而降低防护效果。一种名为“一种防护剂组合物”(专利号93103720. 4)的发明专利，其特征是苯并三氮唑、三乙醇胺和钼酸钠等为主，其作用机理是在金属表面生成一层致密的钝化膜，减少外界腐蚀介质与金属接触，从而提高金属防腐蚀性能。从已有的防护剂及其使用效果可知，采用具有单一性能的防护剂难以保证钢构桥不发生腐蚀破坏。因此，研制一种兼有隔绝防护和阻锈功能的复合防护剂在一定程度上可满足工程所需，具有很好的经济和环境效益。
发明内容
本发明的目的是为了弥补上述现有技术的不足，提供一种兼有防护和阻锈功能的防护剂来提高钢构桥使用寿命。本发明的另一目的是提供该防护剂的制备和应用方法。本发明将合成的有/无机复合氟硅苯丙聚合物与阻锈成分等相互复配而制得的一种有无机复合型防护剂。本发明利用具有疏水和防护作用的有机聚合物固化成膜来隔绝钢构桥与外界接触，减小外界介质对钢构桥的侵蚀；利用阻锈组分易被金属吸附于表面，使得金属发生钝化反应生成致密的氧化膜层来提高金属的抗锈蚀能力；含有的纳米组分和光稳定剂赋予防护剂良好的抗老化能力和稳定性。此外，所含硅氧烷基团水解生成羟基可与钢构桥表面羟基发生缩合反应生成化学键，提高膜层与钢构桥之间的粘附力。
本发明主要是通过下述技术方案得以实现的 一种钢构桥防护剂，它由按重量份计的如下组分制备而成 固含量20-40%的有/无机复合氟硅苯丙聚合物乳液40-100 ； 苯并三氮唑 0.3-0.9;硅酸锂0.6-1.2;
钼酸钠0.03-0.3;葡萄糖酸钠 0.05-0.8;
乙醇胺1. 5-8 ；四硼酸钠 0. 02-0. 1 ；
纳米二氧化钛 0.01-0.08;无水乙醇 0.5-4;
蒸馏水0-60。
制备本发明的优选按重量份计的配比范围为 固含量20-40%的有/无机复合氟硅苯丙聚合物乳液60-90 ； 苯并三氮唑 0. 5-0. 9 ；硅酸锂0. 6-1 ；
钼酸钠0.05-0.2; 葡萄糖酸钠 0.2-0.8;
乙醇胺2-6;四硼酸钠 0.05-0.08;
纳米二氧化钛 0.03-0.06; 无水乙醇 1-3; 蒸馏水10-40。
本发明的最佳按重量份计的配比为 固含量25%的有/无机复合氟硅苯丙聚合物乳液80; 苯并三氮唑 0.7;硅酸锂0.8;
钼酸钠0.1;葡萄糖酸钠 0.6;
乙醇胺5;四硼酸钠 0.06;
纳米二氧化钛0.04;无水乙醇 1;
蒸馏水20。
所述的乙醇胺包括二乙醇胺和三乙醇胺中的一种或者两者混合物。 所述纳米二氧化钛为锐钛矿或以锐钛矿为主的纳米二氧化钛混晶。 所述有/无机复合氟硅苯丙聚合物乳液采用半连续乳液聚合法制成，所用原料包重量份计的如下组分
氟化物单体 20-60 ； 硅氧烷单体 3-12 ；
质量含量15-30%的表面改性的无机纳米材料的水溶胶15-35 ；
甲基丙烯酸甲酯10-30 ；
苯乙烯10-30 ；
丙烯酸丁醒 10-55 ；
甲基丙烯酸？羟乙酯2-10 ；
甲基丙烯酸I2-10 ；
乳化剂2. 5-8 ；
引发剂0. 5-2 ；
蒸馏水270490。
所述的有/无机复合氟硅苯丙聚合物乳液具有最佳性能时，所用原料包括按
份计的如下组分氟化物单体 35 ； 硅氧烷单体 8质量含量20%表面改性的无机纳米材料水溶胶30;甲基丙烯酸甲酯 15; 苯乙烯15乳化剂3.6; 丙烯酸丁酯18;甲基丙烯酸5;甲基丙烯酸羟乙酯5;引发剂1 ；蒸馏水观0。所述的表面改性的无机纳米材料水溶胶中的无机纳米材料包含Si02、Al203和TW2 三种氧化物中的一种或几种混合物。所述氟化物单体包括甲基丙烯酸六氟丁酯；丙烯酸十二氟庚酯；丙烯酸十三氟辛酯中的一种或几种的混合物；所述硅氧烷单体包括甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷和环氧丙氧基甲基三甲氧基硅烷中的一种或几种的混合物。所述引发剂为过硫酸钾和过硫酸氨中的一种或者两者混合物；所述乳化剂为辛基酚聚氧乙烷(10)醚和烯丙基壬基酚聚氧乙烯磺酸氨中的一种或者两者混合物。所述的表面改性的无机纳米材料的水溶胶是采用溶胶凝胶法，由有机醇盐、无水乙醇、蒸馏水和氨水按摩尔比为1 (15-50) (1-3) (0.06-0. 15)反应，得到无机纳米材料的醇溶胶，再经硅氧烷单体表面改性，并以水替换醇溶剂得到的。所述有机醇盐包括硅酸四乙酯、钛酸丁酯和异丙醇铝中的一种或几种的混合物。所述硅氧烷单体包括甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷和环氧丙氧基甲基三甲氧基硅烷中的一种或几种的混合物，其用量为无机纳米材料的醇溶液中纳米氧化物总重量的10-40%。所述的有/无机复合氟硅丙聚合物乳液的有效成分是具有由表面改性的无机纳米材料构成核和有机聚合物构成壳的乳胶颗粒。所述的构成核的表面改性的无机纳米材料包括Si02、Al2O3和TW2三种氧化物中的一种或几种的混合物，以及附于其表面上用于改性的硅氧烷单体。所述的构成外壳的有机聚合物包括氟化物单体、硅氧烷单体、甲基丙烯酸甲酯、 丙烯酸丁酯、苯乙烯、甲基丙烯酸和甲基丙烯酸羟乙酯。所述的表面改性的无机纳米材料的水溶胶是将上述采用溶胶-凝胶法制得的含表面改性的无机纳米材料的醇溶胶采用真空浓缩，为便后续聚合反应而用少量蒸馏水替代无水乙醇而获取的；其质量含量15-30%也是指表面改性的无机纳米材料在水溶胶中所占的质量百分比。所述的钢构桥防护剂的制备方法，包括以下步骤1)有/无机复合氟硅苯丙聚合物乳液制备利用氟化物单体、硅氧烷单体、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸羟基乙酯、乳化剂、引发剂、表面改性的无机纳米材料的水溶胶，采用半连续乳液聚合法制备；2)将苯并三氮唑溶于无水乙醇中，配成醇溶液；3)将步骤1)和幻得到的各溶液、硅酸锂、钼酸钠、葡萄糖酸钠、纳米二氧化钛、四硼酸钠和乙醇胺加水搅拌混勻，即得钢构桥防护剂。上述的钢构桥防护剂制备方法具体如下第一步有机醇盐水解法制备无机纳米材料及其表面改性，其制备方法如下A、将有机醇盐溶于一定量无水乙醇中，混合均勻后装入分液漏斗中待用；B、将无水乙醇、蒸馏水和氨水按一定比加入到装有回流冷凝装置和电动搅拌器的四口烧瓶中，以100-300转/分的速度搅拌1-4小时，混合均勻后缓慢升温；C、当温度升至45_60°C时，将分液漏斗中的混合物滴加入四口烧瓶中，以150-300 转/分的速度快速搅拌，反应1-6小时；D、室温下搅拌陈化12-48小时，得到所需的无机纳米材料的醇溶胶；E、低速搅拌条件下，将一定量的硅氧烷单体滴加入无机纳米材料的醇溶胶中，室温下反应12- 小时后，升温到40-60°C并恒温反应1-5小时，即得表面改性的无机纳米材料的醇溶胶；F、采用抽真空干燥方式浓缩表面改性的无机纳米材料的醇溶胶，并以一定量的水替换，得表面改性的无机纳米材料的水溶胶。第二步采用乳液聚合法合成有无机复合聚合物，其制备方法如下A、用占单体质量1-4%的乳化剂和与单体等质量的水，制备稳定的单体预乳化液； 各单体包括甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟基乙酯、甲基丙烯酸、氟化物单体、硅氧烷单体。B、在装有搅拌、回流冷凝管、温度计的四口瓶中加入表面改性的无机纳米材料的水醇溶胶，并加入部分乳化剂、蒸馏水和碳酸氢钠，以200-300转/分的速度快速搅拌，混合均勻并升温；C、当温度升至70-85°C时，将部分甲基丙烯酸甲酯和少量苯乙烯两种单体的预乳化水溶液滴入烧瓶，并同步滴加部分引发剂溶液，反应0. 5-2小时；升温至75-90°C，滴加甲基丙烯酸羟基乙酯、剩余的甲基丙烯酸甲酯、部分丙烯酸丁酯、剩余的苯乙烯和甲基丙烯酸的五种单体预乳化水溶液，并同步滴加部分引发剂溶液，恒温反应0. 5-1小时；连续滴加氟化物单体、硅氧烷单体和剩余的丙烯酸丁酯三种单体的预乳化水溶液，并同步滴加剩余引发剂溶液，恒温反应4-12小时，降温至40°C以下，调节pH值至中性，得到有/无机复合氟硅苯丙聚合物乳液；取5g左右乳液放入重量为Hi0的培养皿中，称重为Hi1 ；将其在105士5°C烘箱中烘干至恒重，取出后放入干燥器中冷却至室温称重为m2;所合成聚合物乳液的固含量W 按照下式计算
7
W=^^xl00%
In1-In0第三步将苯并三氮唑溶于少量无水乙醇中，配成醇溶液；第四步将第二步、第三步得到的各溶液、硅酸锂、纳米二氧化钛、钼酸钠、葡萄糖酸钠、乙醇胺和四硼酸钠按比例添加到含有一定量的蒸馏水的反应器中，在室温下以 100-150转/分的速度混合均勻，即得钢构桥防护剂。本发明中，有/无机复合氟硅苯丙聚合物可在钢构桥表面固化成膜，该膜层具有良好机械性能和致密度，可有效减少外界温度场和湿度场及其光照等因素对钢构桥的影响。所含低表面能的氟硅烷组分固化过程中，可赋予膜层良好的疏水性能，无机纳米材料不仅可改善聚合物性能和增加膜良好的粗糙度，而且可赋予膜层抗紫外线老化和自洁净等性能。此外，所含硅氧烷基团水解生成羟基可与钢构桥表面羟基发生缩合反应生成化学键，提高膜层与钢构桥之间的粘附力。苯并三氮唑是一种性能优良的有机聚合物光稳定剂、金属防锈剂和缓蚀剂。它具有良好的紫外光吸收能力，可赋予聚合物良好的抗老化性能；可与金属原子形成共价键和配位键，相互交替成链状聚合物在金属表面形成保护膜，阻止氧化还原反应引起的锈蚀。此外，当其与多种缓蚀剂配合使用时，缓蚀效果更佳。硅酸锂作为表面处理剂和防锈剂，可与金属及其表面羟基起反应生成!^e2(SiO3)3 和其它硅酸盐类的膜层，具有耐热、不燃、耐辐射、保色、无毒、自干和耐干湿交替等性能。此外，部分锂离子被吸附于钢筋表面，起到钝化和保护钢铁作用。钼酸钠是一种有效的孔蚀缓蚀剂，可显著增强金属抗点蚀性能，与铁反应生成狗(MoO3)3，能使得孔蚀再钝化与封闭。与聚磷酸盐、葡萄糖酸盐、锌盐和苯并三氮唑等复配使用时，不但可以减少阻锈剂使用量，而且还可起到更好的缓蚀效果。葡萄糖酸钠是一种缓蚀剂和螯合剂。具有明显的协调效应，适用于与钼、硅、磷、 钨和亚硝酸盐等复配时，可起到提高缓蚀效果；与一般缓蚀剂相比，缓蚀率随温度升高而增加；它对钙、镁和铁盐等具有极强的络合能力，特别对狗3+有极好的螯合作用，从而有效减少外界对铁的腐蚀。乙醇胺具有缓蚀和螯合作用。可与多种重金属螯合生成2-4个配位的稳定螯合物，是优良的螯合剂；作为缓蚀剂可防止金属表面氧化，从而提高钢构桥金属耐腐蚀性。四硼酸钠具有一定缓蚀功能，可与钼酸盐、硅酸盐和葡萄糖酸盐等协调使用，具有良好的缓蚀效果。水作为溶剂起到均勻分散作用，有利于施工且无环境负效应。本发明钢构桥防护剂为液体，涂覆于钢构桥表面即可。本发明的有益效果是1、采用表面改性和乳液聚合方式将有机、无机材料以化学键形式结合成一体，从而改性有机聚合物，有效减少了有机/无机材料之间剥离，抑制聚合物固化成膜时发生过大收缩，克服了因材质相异而造成的不稳和分相，充分发挥无机和有机材料自身的优点，实现了不同材质间的优势互补。2、有/无机复合氟硅苯丙聚合物所含的氟硅烷组分本身具有良好的疏水性和抗老化性能，固化成膜可减少外界水和有害介质接触金属；无机纳米材料具有良好的协同作用，可有效提高固化膜的粗糙度而增加膜层疏水性；光稳定剂和纳米组分可赋予固化膜良好的抗紫外线老化和自洁净等性能；所含阻锈成分是由无毒、高效和耐候性佳的多种有机 /无机阻锈剂和缓蚀剂复合而成，相互之间具有良好的协调效应，易被吸附于金属表面使其钝化，从而减少金属锈蚀率。3、含有的硅氧烷基团水解生成羟基可与钢构桥表面的羟基发生缩合反应生成化学键，提高防护剂与基体之间的粘附力，避免使用过程中出现脱落和起鼓等现象。4、合成以水和少量乙醇为溶剂，其成本较低且无毒害副产品生成；使用过程中，依靠防护剂各组分自身特性赋予其多功能性，具有良好的环境效益。
图1为实施例1、2和3合成的有机/无机复合氟硅苯丙聚合物微球TEM图。
具体实施例方式下面实施例是对本发明技术内容的进一步说明，但并非对本发明实质内容的限制。实施例1 将异丙醇铝0. 1千克、钛酸丁酯0.3千克、硅酸四乙酯1.7千克和无水乙醇6千克，混合均勻后待用；将无水乙醇10千克、蒸馏水0. 4千克和氨水0. 1千克(质量分数为 25% )加入到装有回流冷凝装置和电动搅拌器的反应器中，以150转/分速度搅拌1-2小时，混合均勻后缓慢升温；当温度升至45-60°C时，将有机醇盐和乙醇混合物滴加入反应器中，以200转/分的速度快速搅拌，反应2-4小时；室温下搅拌陈化M小时，得到所需的无机纳米材料的醇溶胶。低速搅拌条件下，将甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷0. 18千克滴加入无机纳米材料的醇溶胶中，室温下反应22小时，升温到50°C并恒温反应2小时，即得表面改性的无机纳米材料的醇溶胶；采用抽真空干燥方式浓缩，并加入2千克水替代乙醇，得到表面改性的无机纳米材料的水溶胶。在装有搅拌、回流冷凝管、温度计的反应器中加入表面改性的无机纳米材料的水溶胶(质量分数约为20%) 3千克，并加入辛基酚聚氧乙烷(10)醚0.01千克、烯丙基壬基酚聚氧乙烯磺酸氨0. 01千克、蒸馏水16千克和pH值调节缓冲剂碳酸氢钠0. 012千克，通入氮气1小时排除空气；然后，以200转/分的速度搅拌均勻并升温；当温度升至75°C时， 将甲基丙烯酸甲酯0. 6千克、苯乙烯0. 7千克、水1. 3千克、辛基酚聚氧乙烷(10)醚0. 015 千克和烯丙基壬基酚聚氧乙烯磺酸氨0. 015千克制成的预乳化液加入反应器中，并同步滴加入过硫酸钾溶液0. 26千克(质量分数为5% )，反应0. 5小时；升温至80°C，将丙烯酸丁酯1. 2千克、甲基丙烯酸羟基乙酯0. 5千克、甲基丙烯酸0. 5千克、甲基丙烯酸甲酯0. 9千克、苯乙烯0. 8千克、水3. 9千克、辛基酚聚氧乙烷(10)醚0. 065千克和烯丙基壬基酚聚氧乙烯磺酸氨0. 065千克制成的预乳化液加入反应器中，并同步滴加过硫酸钾溶液0. 76千克 (质量分数为5% )，恒温反应0. 5小时；将丙烯酸丁酯0. 6千克、甲基丙烯酸六氟丁酯1. 75 千克、丙烯酸十二氟庚酯1. 75千克、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷0. 8千克、水4. 9千克、辛基酚聚氧乙烷(10)醚0. 09千克和烯丙基壬基酚聚氧乙烯磺酸氨0. 09千克制成的预乳化液加入反应器中，并同步滴加过硫酸钾溶液0.98千克(质量分数为5% )，恒温反应5小时，降温至40°C以下，用氨水(质量分数为25%)调节pH值至中性，即得到稳定的有/ 无机复合氟硅苯丙聚合物乳液(固含量约为25% )。将有/无机复合氟硅苯丙聚合物乳液60千克和蒸馏水40千克加入到带有搅拌器的混合器中，以100转/分的速度混合均勻；升温至40士5°C，将硅酸锂0.6千克、钼酸钠 0. 1千克、0. 3千克苯并三氮唑和0. 6千克无水乙醇的混合液、葡萄糖酸钠0. 2千克、纳米二氧化钛0. 03、乙醇胺1. 5千克和四硼酸钠0. 05千克依次缓慢加入搅拌器中，搅拌2-6小时， 即得钢构桥防护剂。实施例2 有/无机复合氟硅苯丙聚合物乳液制备如实施例1。将有/无机复合氟硅苯丙聚合物乳液80千克和蒸馏水20千克加入到带有搅拌器的混合器中，以100转/分的速度混合均勻；升温至40士5°C，将硅酸锂0.8千克、钼酸钠 0. 1千克、0. 7千克苯并三氮唑和1千克无水乙醇的混合液、葡萄糖酸钠0. 6千克、纳米二氧化钛0. 04、乙醇胺5千克和四硼酸钠0. 06千克依次缓慢加入搅拌器中，搅拌2-6小时，即得钢构桥防护剂。实施例3:有/无机复合氟硅苯丙聚合物乳液制备如实施例1。将有/无机复合氟硅苯丙聚合物乳液70千克和水30千克加入到带有搅拌器的混合器中，以100转/分的速度混合均勻；升温至40士5°C，将硅酸锂0. 8千克、钼酸钠0. 12千克、0. 6千克苯并三氮唑和1千克无水乙醇的混合液、葡萄糖酸钠0. 5千克、纳米二氧化钛 0. 05、乙醇胺3千克和四硼酸钠0. 06千克依次缓慢加入搅拌器中，搅拌2-6小时，即得钢构桥防护剂。实施例4:钢构桥防护剂合成制备与实施例2相同，但合成固含量约为20%有/无机复合氟硅苯丙聚合物乳液所用原料如下氟化物单体 22; 硅氧烷单体4;表面改性的无机纳米材料(质量分数为20% ) 10 ；乳化剂2.5; 苯乙烯11;甲基丙烯酸甲酯11; 丙烯酸丁酯18;甲基丙烯酸 2; 甲基丙烯酸羟乙酯2;引发剂1; 蒸馏水270。实施例5:钢构桥防护剂合成制备与实施例2相同，但合成固含量约为35%有/无机复合氟硅丙聚合物乳液所用原料如下氟化物单体 55; 硅氧烷单体10;表面改性的无机纳米材料(质量分数为20% ) 30 ；乳化剂4.5; 苯乙烯22;甲基丙烯酸甲酯22; 丙烯酸丁酯38;甲基丙烯酸6; 甲基丙烯酸羟乙酯6;引发剂1.3;蒸馏水270。
实施例6:钢构桥防护剂合成制备与实施例2相同，但合成固含量约为30%有/无机复合氟硅丙聚合物乳液所用原料如下氟化物单体 25; 硅氧烷单体5;表面改性的无机纳米材料(质量分数为20% ) 20 ；乳化剂3;苯乙烯27;甲基丙烯酸甲酯观； 丙烯酸丁酯35;甲基丙烯酸5;甲基丙烯酸羟乙酯5;引发剂1.2; 蒸馏水280。上述的有/无机复合氟硅苯丙聚合物微球TEM图，如图1所示。从图中可以看出， 合成的微球颗粒具有由无机纳米材料构成的核和有机聚合物构造的壳结构，该结构可赋予有机聚合物乳液粒子更佳的耐候性、耐热性、抗老化和其他力学性能等。所制备的钢构桥防护剂性能测试如下表所示
权利要求
1.一种钢构桥防护剂，其特征是包括按重量份计的如下组分制备而成 固含量20-40%的有/无机复合氟硅苯丙聚合物乳液40-100 ；苯并三氮唑 0. 3-0. 9 ； 硅酸锂0. 6-1. 2 ；钼酸钠0. 03-0. 3 ；葡萄糖酸钠 0. 05-0. 8 ； 乙醇胺1. 5-8 ；四硼酸钠 0. 02-0. 1 ； 纳米二氧化钛 0. 01-0. 08 ； 无水乙醇 0.5-4; 蒸馏水0-60。
2.根据权利要求1所述的钢构桥防护剂，其特征是所述有/无机复合氟硅苯丙聚合物采用半连续乳液聚合法制成，所用原料包括按重量份计的如下组分氟化物单体 20-60 ； 硅氧烷单体 3-12 ；质量含量15-30%的表面改性的无机纳米材料的水溶胶15-35 ；甲基丙烯酸甲酯 10-30 ；苯乙烯10-30 ；丙烯酸丁酯10巧5 ；甲基丙烯酸羟乙酯2-10;甲基丙烯酸2-10 ；乳化剂2. 5-8 ；引发剂0.5-2;蒸馏水270-290 ；所述的表面改性的无机纳米材料包括Si02、Al2O3和TW2三种氧化物的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求2所述的钢构桥防护剂，其特征是所述氟化物单体包括甲基丙烯酸六氟丁酯；丙烯酸十二氟庚酯；丙烯酸十三氟辛酯中的一种或几种的混合物；所述硅氧烷单体包括甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷和环氧丙氧基甲基三甲氧基硅烷中的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求2所述的钢构桥防护剂，其特征是所述引发剂为过硫酸钾和过硫酸氨中的一种或者两者混合物；所述乳化剂为辛基酚聚氧乙烷(10)醚和烯丙基壬基酚聚氧乙烯磺酸氨中的一种或者两者混合物。
5.根据权利要求2所述的钢构桥防护剂，其特征是所述的表面改性的无机纳米材料的水溶胶是采用溶胶凝胶法，由有机醇盐、无水乙醇、蒸馏水和氨水按摩尔比为 1 (15-50) (1-3) (0.06-0. 15)反应，得到无机纳米材料的醇溶胶，再经硅氧烷单体表面改性，并以水替换醇溶剂得到的。
6.根据权利要求5所述的钢构桥防护剂，其特征是所述有机醇盐包括硅酸四乙酯、钛酸丁酯和异丙醇铝中的一种或几种的混合物。
7.根据权利要求5所述的钢构桥防护剂，其特征是所述硅氧烷单体包括甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷和环氧丙氧基甲基三甲氧基硅烷中的一种或几种的混合物，其用量为无机纳米材料的醇溶液中纳米氧化物总重量的10-40%。
8.权利要求1-7任意一项所述的钢构桥防护剂的制备方法，其特征是包括以下步骤1)有/无机复合氟硅苯丙聚合物乳液制备利用氟化物单体、硅氧烷单体、甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸羟基乙酯、乳化剂、引发剂、表面改性的无机纳米材料的水溶胶，采用半连续乳液聚合法制备；2)将苯并三氮唑溶于无水乙醇中，配成醇溶液；3)将步骤1)和2)得到的各溶液、硅酸锂、钼酸钠、葡萄糖酸钠、纳米二氧化钛、四硼酸钠和乙醇胺加水搅拌混勻，即得钢构桥防护剂。
9.一种权利要求1-7任意一项所述的钢构桥防护剂采用机械喷涂或人工涂覆方式应用于钢构桥表面。
全文摘要
本发明公开了一种钢构桥防护剂及其制备和应用方法。其组分为有/无机复合氟硅苯丙聚合物、硅酸锂、钼酸钠、苯丙三氮唑、纳米二氧化钛、葡萄糖酸钠、乙醇胺、无水乙醇和蒸馏水。含有的阻锈成分可被吸附于钢构桥的金属表面上，使金属表面因发生钝化反应而生成致密保护膜，起缓蚀和防腐蚀作用；所含低表面能的氟硅烷苯丙聚合物组分可固化成膜，起到疏水和保护作用；纳米组分可提高膜层抗紫外线老化、改善聚合物性能和赋予其良好的自洁等性能。所含硅氧烷基团水解生成羟基可与钢构桥表面羟基发生缩合反应生成化学键，提高膜层与基体材料之间的粘附力，改善界面结合。该防护剂稳定性好、无毒环保、功能多、易于施工，可广泛用于各种钢构桥结构工程的防护中，有利于提高钢构桥的使用寿命。
文档编号C08F220/22GK102199390SQ20111008328
公开日2011年9月28日 申请日期2011年4月2日 优先权日2011年4月2日
发明者何章兴, 余志武, 刘鹏, 宋力, 李进洲, 黄可龙 申请人:中南大学, 高速铁路建造技术国家工程实验室