一种类沸石锌基咪唑酯金属有机框架钢筋阻锈剂及制备方法与应用技术

本发明专利技术属于混凝土工程用钢筋阻锈剂领域，公开了一种类沸石锌基咪唑酯金属有机框架钢筋阻锈剂及制备方法与应用，采用锌离子作金属结点，与咪唑类有机配体通过配位自组装形成类沸石锌基咪唑酯钢筋阻锈剂，其中，所述类沸石锌基咪唑酯MOFs的结构式为：其中R为甲基、硝基、甲酰基中的一种。本发明专利技术利用类沸石锌基咪唑酯MOFs在混凝土高碱性条件下化学稳定性高，在钢筋表面强吸附作用强以及吸附成膜后疏水性大等优点，对混凝土内部钢筋起到高效的阻锈作用。起到高效的阻锈作用。起到高效的阻锈作用。

【技术实现步骤摘要】
一种类沸石锌基咪唑酯金属有机框架钢筋阻锈剂及制备方法与应用


[0001]本专利技术属于钢筋混凝土阻锈剂领域，更具体地，涉及一种类沸石锌基咪唑酯金属有机框架钢筋阻锈剂及制备方法与应用。

技术介绍

[0002]钢筋混凝土被广泛应用于建设工程领域，但是当外界侵蚀性介质(尤其是氯离子)通过混凝土多孔结构渗透到钢筋表面并累积时，会造成混凝土中的钢筋发生锈蚀破坏，锈蚀产物的累积可以进一步引发混凝土的开裂剥落，从而严重降低钢筋混凝土结构的耐久性。在新拌混凝土中内掺有机钢筋阻锈剂被认为是抑制混凝土中钢筋锈蚀最为经济高效，可操作性最强的技术手段，在工程建设领域得到了广泛应用。但是，传统有机钢筋阻锈剂阻锈效率较低，会对混凝土材料性能产生负面影响且具有一定的毒性，因此亟需一种适用于钢筋混凝土的新型高效、绿色环保的有机钢筋阻锈剂。
[0003]金属有机框架(MOFs)材料是一类新型多孔晶态杂化材料，该材料由金属离子(团簇)作为结点与有机连接体通过配位并向外拓扑形成规则网状结构。由于MOFs具有超分子结构、孔隙率高、比表面积大、孔隙可调等独特优势，因此被广泛应用于能源转换、吸附分离、分子传输等领域。其中类沸石锌基咪唑酯MOFs同时兼具结构稳定，疏水性强，环保无害以及含有大量π电子体系等强吸附位点的特点，因此通过调控该材料的形貌及尺寸可以满足建设工程领域对混凝土中钢筋阻锈剂的要求。Lai等人 (doi:10.4028/www.scientific.net/AMM.773
‑
774.1133)利用溶剂热合成法制备出类沸石锌基咪唑酯MOFs，但是该方法得到的晶体粒径过大(～1μm)，难以满足上述的强吸附性要求，同时大量非水溶剂的使用并不符合绿色化学的发展方向；此外，目前尚未见到类沸石锌基咪唑酯MOFs作为钢筋阻锈剂应用于混凝土领域的相关报道。

技术实现思路

[0004]针对现有钢筋混凝土阻锈剂的阻锈效率较低、会对混凝土材料性能产生负面影响及具有一定毒性的问题，本专利技术的目的在于提供一种类沸石锌基咪唑酯金属有机框架(MOFs型)钢筋阻锈剂及制备方法与应用，采用类沸石锌基咪唑酯MOFs作为主体材料，利用类沸石锌基咪唑酯结构稳定，疏水性强，环保无害以及含有大量π电子体系等强吸附位点的特点，可以对混凝土中钢筋起到高效的阻锈作用。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于MOFs的钢筋阻锈剂，将类沸石锌基咪唑酯MOFs材料干燥研磨后得到粉状钢筋阻锈剂并密闭存储，使用前按需称量粉剂加入混凝土用胶凝材料中并充分预搅拌，然后再与其他原材料共搅。
[0006]上述类沸石锌基咪唑酯金属有机框架钢筋阻锈剂具有如下式所示的结构式，
[0007][0008]所述R为甲基、硝基、甲酰基中的一种。
[0009]本专利技术提供了上述类沸石锌基咪唑酯金属有机框架钢筋阻锈剂的制备方法，包括以下步骤：
[0010]以锌化物和咪唑类有机配体为原料反应生成具有如下式所示的类沸石锌基咪唑酯MOFs：
[0011][0012]所述R为甲基、硝基、甲酰基中的一种；并且，所述原料中锌离子与咪唑类有机配体两者的摩尔比满足1:60～80；
[0013]进一步地，所述反应具体为将锌化物和咪唑类有机配体分别溶于相应溶剂中，反应开始前，应控制溶液体系中锌离子浓度为0.04～0.05mol/L，将锌化物溶液逐滴滴入咪唑类有机配体溶液中并在25～27℃下持续搅拌反应23～25小时得到含类沸石锌基咪唑酯金属有机框架钢筋阻锈剂的混合液；
[0014]更进一步地，将所述混合液置于高速离心机中以8000～10000rpm转速离心10～15分钟，最后用相应溶剂将产物洗涤3～4次并放入100～120℃真空干燥箱中干燥6～10小时。其中，为了践行绿色化学的发展理念，所述溶剂均为去离子水。
[0015]进一步地，所述锌化物为硫酸锌、醋酸锌、硝酸锌中的至少一种；所述咪唑类有机配体为：其中R为甲基、硝基、甲酰基中的一种。
[0016]进一步地，上述得到的类沸石锌基咪唑酯MOFs尺寸为80～120nm，不影响标准水泥胶砂试件的力学性能。
[0017]本专利技术提供了一种类沸石锌基咪唑酯MOFs材料在钢筋阻锈剂中应用；能够高效延缓混凝土中钢筋锈蚀的发生，所述材料的合成工艺简便，化学稳定性好，阻锈效率高，环保无毒害。
[0018]进一步地，上述的类沸石锌基咪唑酯MOFs材料干燥研磨后得到粉状钢筋阻锈剂并密闭存储，使用前按需称量粉剂加入到混凝土用胶凝材料中并充分预搅拌，然后再与其他原材料共搅。
[0019]进一步地，所述混凝土中类沸石锌基咪唑酯金属有机框架钢筋阻锈剂添加量为0.1～0.4wt.％
[0020]本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
[0021]本专利技术还进一步提出使用时将类沸石锌基咪唑酯MOFs与混凝土用胶凝材料中并充分预搅拌，目的是为了充分利用胶凝材料间的堆积空隙使该阻锈剂尽可能在混凝土基体中均匀分散，并且本专利技术利用去离子水替代常用的有机溶剂作为溶剂来合成类沸石锌基咪唑酯MOFs，主要是考虑到绿色环保无毒害的环境要求；其次，选取常温常压的水相反应条件，而不是水热、溶剂热等高温高压的反应条件也是基于简化合成工艺的经济方面考虑。
[0022]除了从各种含金属盐中选中锌盐外，本专利技术还对类沸石锌基咪唑酯的合成工艺所采用的反应物锌盐与咪唑类有机配体的配比进行控制，将原料中锌离子与咪唑类有机配体两者的摩尔比控制为1:60～80，锌离子浓度控制为0.04～ 0.05mol/L，得到具有下式所示的MOFs材料。
[0023]其中R为甲基、硝基、甲酰基中的一种；
[0024]本专利技术还进一步对类沸石锌基咪唑酯MOFs合成中溶剂的量、水相反应的具体参数条件等进行优选控制，在成功获得类沸石锌基咪唑酯MOFs的同时，进一步确保了MOFs的颗粒大小适宜(80～120nm)，因此不会对混凝土力学性能产生负面影响。本专利技术以锌化物和咪唑类有机配体为原料，以去离子水为溶剂进行常温常压水相反应，并优选将持续搅拌时间控制在23～25小时，然后在高速离心机中以10000rpm转速离心10～15分钟，最后用去离子水将产物洗涤3～4次并放入100～120℃真空干燥箱中干燥6～10小时，得到具有高效阻锈性能的类沸石锌基咪唑酯MOFs。其中将锌化物溶液逐滴滴入咪唑类有机配体溶液中是为了使两个反应物原料充分反应，而在搅拌状态下持续反应23～25 小时是为了使得到的MOFs产物在保持不断生长的前提下尺寸能够均匀分布，最终得到的晶体大小适宜。
[0025]本专利技术中的钢筋混凝土阻锈剂是以类沸石锌基咪唑酯MOFs为主体成份，能够有效抑制混凝土孔隙液中氯离子对钢筋的腐蚀破坏，且该阻锈剂用量较小 (混凝土模拟孔隙液中阻锈剂用量可低至100ppm)，且具有高效阻锈、绿色环保、操作简单的特点。并且该钢筋混凝土阻锈剂热稳定高，可以在不同温度条件下使用，混凝土内部水泥水化放热产生的温升效应对其结构无影响，同时该钢筋阻锈剂对混凝土本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种类沸石锌基咪唑酯金属有机框架钢筋阻锈剂，其特征在于，所述类沸石锌基咪唑酯金属有机框架钢筋阻锈剂具有如下式所示的结构式，所述R为甲基、硝基、甲酰基中的一种。2.权利要求1所述的类沸石锌基咪唑酯金属有机框架钢筋阻锈剂的制备方法，其特征在于，以锌化物和咪唑类有机配体为原料反应生成具有如下式所示的类沸石锌基咪唑酯金属有机框架钢筋阻锈剂：所述R为甲基、硝基、甲酰基中的一种；并且，所述原料中锌离子与咪唑类有机配体两者的摩尔比满足1:60～80。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述反应具体为将锌化物和咪唑类有机配体分别溶于相应溶剂中，反应开始前，应控制溶液体系中锌离子浓度为0.04～0.05mol/L，将锌化物溶液逐滴滴入咪唑类有机配体溶液中并在25～27℃下持续搅拌反应23～25小时得到含类沸石锌基咪唑酯金属有机框架钢筋阻锈剂的混合液。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，将所述混合液置于高速离心机中以8000～10000rpm转速离心1...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡捷，王羊洋，黄锦圳，张漳敏，马玉玮，黄浩良，韦江雄，余其俊，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：