本发明专利技术公开了一种咪唑离子液电迁移阻锈剂及其制备方法，本发明专利技术所述电迁移阻锈剂在咪唑环上引入与铁存在静电或配位作用的基团，可增强吸附能力，从而有效提升阻锈效率。所述制备方法包含以下步骤：（1）咪唑与C1~C12的卤代烃制得N‑烷基取代的咪唑；（2）将N‑烷基取代的咪唑与季铵化试剂反应，制得所述咪唑离子液电迁移阻锈剂。本发明专利技术所提供的咪唑离子液电迁移阻锈剂的合成方法简单，无需严苛条件，阻锈效率优良，可在电场作用下迁移至试块内部，迁移量不受试块pH值影响。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种咪唑离子液电迁移阻锈剂及其制备方法，属于建筑材料领域。技术背景钢筋混凝土是目前应用最为广泛的建筑材料，混凝土长寿命、高耐久问题仍是未能攻克的一大难题，在影响混凝土耐久性的诸多因素中，钢筋锈蚀被认为是首要原因。正常情况下，水泥水化形成的强碱性环境使埋入其中的钢筋表面形成一层致密钝化膜，不会有锈蚀现象发生。但随着混凝土结构使用时间的增加，内部碱性变低，同时在有害离子如氯离子的渗入和水、氧气的共同作用下，钝化膜逐渐破坏，发生腐蚀。由于生成的铁锈体积膨胀，从而造成了常见的顺筋开裂，加剧了钢筋混凝土结构的腐蚀破坏。减缓或阻止钢筋锈蚀的方法有很多，其中，使用钢筋阻锈剂是一种施工方便且经济、有效的方法，掺入型阻锈剂适用于新建建筑，而迁移型阻锈剂适用于既有建筑的防护。代表性的迁移型阻锈剂如瑞士Sika公司的以醇胺为主的Ferrogard 903，美国Cortec公司的以氨基羧酸盐为主的MCI2020和美国Degussa公司以硅烷加有机阻锈剂组成的Protectosil CIT等，这类阻锈剂可在混凝土孔隙中通过气相和液相渗透到钢筋表面，置换氯离子并修复保护膜，从而起到抑制锈蚀的作用。不过有研究表明，醇胺并不能提高临界氯离子浓度，即不能延缓锈蚀的发生(Materials and Corrosion，2010，61，802-809.)，醇胺类阻锈剂使用在已发生锈蚀的钢筋上也被证明是无效的(Cement and Concrete Research，2007，37，972-977.)，胺类化合物的阻锈效果也并不理想(Corrosion Science，2009，51，2959-2968.)。有研究指出，迁移型阻锈剂的渗透深度与混凝土保护层厚度、混凝土密实程度有密切关系，当混凝土保护层较厚或密实度较大时，阻锈剂不能到达钢筋表面或钢筋附近阻锈剂浓度不足，无法起到应有的阻锈效果。电迁移技术可使带电荷阻锈剂加速迁移，另外在电场作用下，混凝土内部的氯离子排出，同时，钢筋区域产生氢氧根离子，增加了碱度，使活化的铁基体重新钝化，从而起到阻锈效果。目前研究较多的是醇胺或胺类的共轭酸，这类分子一般由醇胺或胺类用无机酸酸化得到，带正电荷，因此可以向钢筋负极迁移(Construction and Building Materials，2013，39，2-8.)。有研究指出，共轭酸的pka不宜小于混凝土孔隙液的pH，否则转化为中性分子，电场的加速迁移效应减弱，所以这类阻锈剂在碳化的钢筋混凝土结构上使用效果较好(Corrosion Science，2005，47，2063-2078.)。此外，持续的通电使钢筋阴极不断产生OH-，也会使阻锈剂去质子化，导致到达钢筋表面的阻锈剂含量不高。烷基季铵盐和季磷盐自身带正电荷，不受混凝土孔隙液的pH限制，也有相关的研究(Transportation Research Record，2008，2044，51-60.)。最近文献及专利中报道了咪唑啉季铵盐在掺氯盐混凝土试块中的电迁移研究，电场加速了阻锈剂的迁移，同时可有效降低氯含量，增加钢筋腐蚀电阻(Materials and Corrosion，2015，66，1039-1050；CN201210424795；CN201210425608.)，不过制备过程中需要用到二甲苯，反应温度高达200℃，蒸去溶剂也需高温。咪唑离子液具有化学稳定性好、蒸汽压低、不可燃及导电性好等优点，相比传统迁移型阻锈剂具有绿色无毒的特点。咪唑离子液可有效抑制酸性环境下铁的腐蚀，同时杨怀玉等人也证实了这类化合物在碱性氯盐环境下的阻锈作用，研究表明咪唑氮环可通过静电作用吸附于钢筋表面，起到隔离氯离子的作用，从而有效保护钢筋(Electr℃himicaActa，2011，56，4268-4275)。周欣等人制备了掺入型咪唑离子液混凝土钢筋阻锈剂，所用季铵化试剂为硫酸二乙酯，可在咪唑环上接入乙基(CN103755200B)。由于咪唑离子液的阳离子可在电场作用下定向迁移，因此可将其开发成有效的电迁移阻锈剂，应用于既有建筑的防护工程之中，目前文献中尚无相关报道。这类分子的迁移效果不受混凝土pH值影响，适用范围更广，同时合成过程中无需高沸点溶剂，反应温度适中，提纯简便，具有显著的应用价值和广阔的市场前景。
技术实现思路
针对钢筋混凝土结构保护层厚度及密实度增加的趋势，现有迁移型阻锈剂存在迁移缓慢、阻锈效果不理想的问题，本专利技术的目的在于提供一种环保，使用范围更广的阻锈剂，同时，本专利技术还提供所述阻锈剂的制备方法，所述方法合成简便，所得分子结构多样，反应条件温和。考虑到阻锈性能与分子在钢筋表面的吸附能力紧密相关，本专利技术在咪唑环上引入与铁存在静电或配位作用的基团，可增强吸附能力，从而有效提升阻锈效率。本专利技术所述咪唑离子液电迁移阻锈剂，所述咪唑离子液电迁移阻锈剂的结构式如式(I)所示：其中R1为C1～C12碳链，R2为以下任意一种：X为卤素。本专利技术所述咪唑离子液电迁移阻锈剂可在电场作用下加速迁移。与现有共轭酸类电迁移阻锈剂相比具有优势，本专利技术的咪唑离子液电迁移阻锈剂自身带正电荷，并不会在混凝土中解离形成中性分子，因此迁移量不受混凝土pH值的影响。在本专利技术所述咪唑离子液电迁移阻锈剂的制备方法，包括以下步骤：(1)咪唑与C1～C12的卤代烃反应，制得N-烷基取代的咪唑。(2)将步骤(1)所得N-烷基取代的咪唑与季铵化试剂以摩尔比1:(1.0-1.2)溶于有机溶剂中，在70-90℃下进行反应，反应时间为24-48h；反应结束后，蒸去有机溶剂，若有无机盐产生，则滤除，产物用乙酸乙酯洗涤，得到的油状物在烘箱中干燥即得本专利技术所述咪唑离子液电迁移阻锈剂。步骤(1)的反应条件优选为，咪唑与C1～C12卤代烃以摩尔比1:(1.0-1.1)溶于30％NaOH水溶液中，加入相转移催化剂四丁基溴化铵，摩尔量相对于咪唑为2％-5％，反应温度为40-60℃，时间为12-24h。反应结束后反应液用乙酸乙酯萃取，得到的有机相用饱和食盐水洗涤，随后蒸去有机溶剂，即得N-烷基取代的咪唑。步骤(2)中，季铵化试剂为苄卤、卤代乙醇或卤代乙酸钠，可在咪唑环中引入苄基、羟乙基或羧甲基，这些基团可分别通过芳基的π电子作用及羟基、羧基的配位作用吸附于钢筋表面，因此相比CN103755200B中乙基取代的咪唑离子液，分子中吸附位点更多。步骤(2)中，有机溶剂为乙腈或乙醇中的任意一种。步骤(2)中，季铵化试剂优选为苄氯，苄溴，氯代乙醇，溴代乙醇，氯乙酸钠中的任意一种。本专利技术所述咪唑离子液电迁移阻锈剂的优点：合成所需的原料廉价易得，合成方法简单，无需严苛条件；阻锈效率优良，在3.5％NaCl饱和氢氧化钙溶液中效果优于常用的氨基醇类阻锈剂；在3A cm-2的电流密度下，可在短时间内渗透至砂浆试块30mm深处。附图说明图1：实施例1-5的腐蚀效率图，其中blank为未添加阻锈剂的样品，DMEA为市场上通用的醇胺类阻锈剂，S0为专利CN103755200B中所述的硫酸乙酯-1-甲基-3-乙基咪唑离子液，S1-S5为实施例1-5的咪唑离子液电迁移阻锈剂。图2：本专利技术的咪唑离子液电迁移阻锈剂迁移性能评价装置；图中示出：1-稳流直流电源，2-导线，3-本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种咪唑离子液电迁移阻锈剂，其特征在于，所述咪唑离子液电迁移阻锈剂的结构式如式(I)所示：其中R1为C1～C12碳链，R2为以下任意一种：X为卤素。
【技术特征摘要】
1.一种咪唑离子液电迁移阻锈剂，其特征在于，所述咪唑离子液电迁移阻锈剂的结构式如式(I)所示：其中R1为C1～C12碳链，R2为以下任意一种：X为卤素。2.权利要求1所述咪唑离子液电迁移阻锈剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)咪唑与C1～C12的卤代烃反应，制得N-烷基取代的咪唑；(2)将步骤(1)所得N-烷基取代的咪唑与季铵化试剂以摩尔比1:(1.0-1.2)溶于有机溶剂中，在70-90℃下进行反应，反应时间为24-48h；反应结束后，蒸去有机溶剂，若有无机盐产生，则滤除，产物用乙酸乙酯洗涤，得到的油状物在烘箱中干燥即得所述咪唑离子液电迁移阻锈剂。3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，步骤(1)...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵旦，蔡景顺，石亮，姜骞，刘建忠，沙建芳，穆松，
申请(专利权)人：江苏苏博特新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。