用于减少或防止混凝土或水泥质材料中微生物引起的腐蚀的添加剂制剂制造技术

本发明专利技术涉及一种用于减少或防止混凝土、水泥质材料(诸如砂浆或灰浆)或它们的组合中微生物引起的腐蚀的添加剂制剂。所述添加剂制剂包含季铵盐硅烷和杀真菌剂，其中在所述制剂中所述季铵盐硅烷与所述杀真菌剂的比率在约10:1至约1:10的范围内、优选在约5:1至约1:5的范围内。

Additives used to reduce or prevent corrosion caused by microorganisms in concrete or cement materials

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于减少或防止混凝土或水泥质材料中微生物引起的腐蚀的添加剂制剂相关申请的交叉引用本申请要求于2018年6月21日在美国专利商标局提交的美国非临时专利申请号16/014,559的优先权，所述非临时专利申请要求2017年6月23日提交的美国临时专利申请号62/524,168的优先权。所述专利申请的公开内容以引用方式整体并入本文。专利
本专利技术涉及添加剂制剂的领域，更具体而言涉及用来减少或防止混凝土、水泥质材料或它们的组合中微生物引起的腐蚀的添加剂制剂。专利技术背景微生物引起的混凝土腐蚀(MICC)是造成一直暴露于污水和类似腐蚀性环境的混凝土结构过早损坏的一个重大问题。过早损坏和替换的需要是极其昂贵的，因为在这类基础建设工程中，费用的大多数不是材料(混凝土)，而是在建造工程(劳动、挖掘、设备等)中。过早损坏也未被市政机关列入预算，并因此是不期望的。在一些情况下，损坏可能具有严重的环境、安全和基础建设影响。例如，污水管损坏可能将有毒的内容物沥滤入地下水，或者造成渗污水坑或可能损害附近建筑结构的其他水通路。MICC是在混凝土污水管中特别普遍存在的一个问题，其中嗜硫细菌将气态H2S转化成硫酸，硫酸腐蚀水线以上的混凝土管。季铵盐硅烷(QS，quatsilanes)(也常被称为甲硅烷基季铵盐(SilylQuats)或N,N-二甲基-N-(3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基)氯化十八烷基铵)已在工业上被建议通过抗微生物作用来防止细菌旺盛生长，从而减少或消除硫酸对混凝土的侵蚀。季铵盐硅烷的一些实例是MicrobanAEM5772，其为72％活性剂；以及MicrobanAEM5772-5，其为3.6％活性剂。因为其甲硅烷基所致的与集料的相容性而优选QS。然而，目前可购得的季铵盐硅烷制剂性质上是稀的，并且未尝试使这种化学剂对混凝土结构的固化和最终物理性质的严重副作用无效。另外，稀的水性QS制剂因水解不稳定性而具有短的保存期。若干学术论文已更详细地研究了参与MICC的菌群，并且尽管有许多理论，但大多数已确定硫杆菌(Thiobacillus)属的细菌不是唯一的作用物；还有真菌、特别是镰刀菌(Fusarium)属的真菌，其也存在并且似乎在劣化过程中与细菌物种共生地参与。尽管液态(诸如在溶液或悬浮液中)的QS具有针对各种真菌物种的强抗真菌效力，但一旦呈其“干膜”形式(即，一旦混凝土已固化)，其选择性丧失其针对真菌物种的效力而仍维持良好的抗细菌效力。因此，需要针对MICC的对混凝土结构确实有效和全面的防护。此外，细菌与真菌物种之间的复杂相互影响随着暴露于酸化条件的混凝土的pH不断下降而改变，从而导致对混凝土起作用的不同微生物生态系统的连续级联，使得每个pH区带和变化由其独特的微生物生态系统来表征。
技术实现思路
本专利技术涉及一种用于减少或防止混凝土、水泥质材料(诸如砂浆或灰浆)或它们的组合中微生物引起的腐蚀的添加剂制剂。在本专利技术的实施方案中，添加剂制剂包含：(1)季铵盐硅烷(QS)(也常被称为甲硅烷基季铵盐或N,N-二甲基-N-(3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基)氯化十八烷基铵)，优选作为抵抗硫杆菌和其他细菌的抗细菌添加剂；(2)杀真菌剂，优选用来抵抗镰刀菌和其他真菌物种；以及(3)任选的添加剂，优选用来抵消QS在混凝土中的副作用。杀真菌剂的非限制性实例包括但不限于：邻苯基苯酚钠(MicrobanP2)；抑霉唑硫酸盐(MicrobanIF4)；二碘代甲基对甲苯砜；氨基甲酸酯，包括但不限于丁基氨基甲酸碘代丙炔酯(IPBC)，多菌灵，和它们的组合；异噻唑啉酮，包括但不限于OIT(2-辛基-2H-异噻唑-3-酮)、DCOIT(4,5-二氯-2-辛基-4-异噻唑啉-3-酮)、BBIT(N-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮)，和它们的组合；唑类，包括但不限于戊唑醇和丙环唑；百菌清，吡啶硫酮锌，吡啶硫酮铜，吡啶硫酮钠，和它们的组合。尽管QS化学结合于最终的混凝土混合物中存在的硅酸盐，但混凝土中的杀真菌剂通常不结合。因此，杀真菌剂可能易受水沥滤侵害。易受侵害性的程度随杀真菌剂的水溶性而变化，更高的可溶性导致更高的沥滤。向混凝土混合物添加QS的益处之一是大幅提高了混凝土对流经其空隙空间的水流的抵抗力。限制这种水流也抑制了水从混凝土中沥滤杀真菌剂(和任何其他水溶性化学剂)的能力，从而极大地减少了混凝土的任何迁移。这将极大地提高抗真菌防护的耐久性以及减少这些化学剂释放入污水系统。混凝土中所述制剂的量可基于环境的严重程度和所需防护水平而变化。例如，基于混凝土(不包括集料)中水泥的重量计介于75ppm与2500ppm之间的总制剂活性剂水平将基于所测MIC水平提供良好的防护。制剂中QS活性剂与所选杀真菌剂的比率在约10:1至约1:10的范围内，优选在约5:1至约1:5的范围内。可存在其他添加剂，诸如消泡剂。消泡剂的量优选为制剂中QS的量的约2重量％至约25重量％。向针对MICC的混凝土处理增加抗真菌效力是对该制剂的作用方式的一种新颖和重要的增加，并且明显不同于目前可购得的产品。意外地发现，在部分程度上由于QS在混凝土中的疏水性效应，将杀真菌剂与用作抗细菌活性剂的QS配对抑制了沥滤并且改进了任意抗真菌活性剂的耐久性。本专利技术的其他可应用领域将从下文提供的详细描述中变得显而易见。应理解详细描述和特定实施例尽管指示了本专利技术的优选实施方案，但意图仅出于例示目的并且不意图限制本专利技术的范围。附图简述本专利技术将从详细描述和附图中变得被更充分理解，所述附图未必按比例绘制，其中：图1是空气夹带对比QS剂量水平的图形描述，示出空气夹带随着QS水平升高而增加。图2是凝固时间对比QS剂量水平的图形描述，示出凝固时间随着所添加的QS水平升高而增加。图3是强度对比QS剂量水平的图形描述，示出强度随着QS水平升高而降低。图4是按照时间的水重量增加百分比的图形描述，示出根据ASTMC1585-13对混凝土样品的水吸收测试的结果。图5是按照时间的样品重量增加百分比的图形描述，示出对用IF4和/或QS/消泡剂制剂处理的普通硅酸盐水泥(OPC)混凝土样品的水吸收测试的结果。图6是按照时间的样品重量增加百分比的图形描述，示出对用P2和/或QS/消泡剂制剂处理的普通硅酸盐水泥(OPC)混凝土样品的水吸收测试的结果。图7是按照时间的样品重量增加百分比的图形描述，示出对用一系列掺入(WD)和未掺入(ND)消泡剂的QS/OIT制剂处理的80％普通硅酸盐水泥(OPC)和20％(GGBS或矿渣)混凝土样品的水吸收测试的结果。优选实施方案的描述对本专利技术的实施方案的以下描述在性质上仅为示例性的，并且决不意图限制本专利技术、其应用或用途。本专利技术具有广泛的潜在应用和效用。出于提供本专利技术的实现性公开内容的目的，以下描述在本文中仅以举例方式提供，但不限制本专利技术的范围或实质。本文中所使用的术语“微生物(microbe或microbial)”应被解释为指代微生物学家所研究的或在已处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种添加剂制剂，其包含：/n季铵盐硅烷，和/n杀真菌剂，/n其中在所述制剂中所述季铵盐硅烷与所述杀真菌剂的比率在约10:1至约1:10的范围内。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170623 US 62/524168;20180621 US 16/0145591.一种添加剂制剂，其包含：
季铵盐硅烷，和
杀真菌剂，
其中在所述制剂中所述季铵盐硅烷与所述杀真菌剂的比率在约10:1至约1:10的范围内。


2.根据权利要求1所述的添加剂制剂，其中所述季铵盐硅烷是非水性的。


3.根据权利要求1所述的添加剂制剂，其中所述制剂中所述季铵盐硅烷与所述杀真菌剂的比率在约5:1至约1:5的范围内。


4.根据权利要求1所述的添加剂制剂，其还包含消泡剂。


5.根据权利要求4所述的添加剂制剂，其中所述消泡剂选自聚醚胺、乙氧基化醇、基于硅酮的消泡剂、磷酸三丁酯和它们的组合。


6.根据权利要求1所述的添加剂制剂，其中所述消泡剂为所述制剂中所述季铵盐硅烷的量的约2重量%至约25重量%。


7.根据权利要求1所述的添加剂制剂，其中所述杀真菌剂选自邻苯基苯酚钠、抑霉唑硫酸盐、二碘代甲基对甲苯砜、氨基甲酸酯、异噻唑啉酮、唑、百菌清、吡啶硫酮锌、吡啶硫酮铜、吡啶硫酮钠和它们的组合。


8.根据权利要求7所述的添加剂制剂，其中所述氨基甲酸酯选自丁基氨基甲酸碘代丙炔酯(IPBC)、多菌灵和它们的组合。


9.根据权利要求7所述的添加剂制剂，其中所述异噻唑啉酮选自OIT(2-辛基-2H-异噻唑-3-酮)、DCOIT(4,5-二氯-2-辛基-4-异噻唑啉-3-酮)、BBIT(N-丁基-1,2-苯并异噻唑啉-3-酮)和它们的组合。


10.根据权利要求7所述的添加剂制剂，其中所述唑选自戊唑醇和丙环唑和它们的组合。


11.一种制备根据权利要求1所述的添加剂制剂的方法，所述方法包括将季铵盐硅烷、杀真菌剂以在约10:1至约1:10范围内的所述季铵盐硅烷与所述杀真菌剂的比率进行组合。


12.根据权利要求11所述的方法，在所述制剂中所述季铵盐硅烷与所述杀真菌剂的比率在约5:1至约1:5的范围内。

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【专利技术属性】
技术研发人员：BI尼尔森，IW翁，GM理查兹，DR马修斯，
申请(专利权)人：美可帮产品公司，
类型：发明
国别省市：美国;US