專利名稱：一種海洋工程鋼筋混凝土硅烷乳液防護劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海洋工程鋼筋混凝土硅烷乳液防護劑的制備方法，屬于海洋工程材料防腐領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著以藍色經(jīng)濟區(qū)為代表的沿海經(jīng)濟帶建設(shè)，“十二五”期間，我國將在海洋資源開發(fā)、海上交通運輸?shù)阮I(lǐng)域建設(shè)大量的基礎(chǔ)設(shè)施、船舶及海工裝備，由此催生了海洋防腐蝕產(chǎn)業(yè)巨大的市場需求。
海洋環(huán)境由于輻射強、鹽度高、濕度大、臺風(fēng)等自然特點，會造成混凝土結(jié)構(gòu)開裂膨脹、金屬材料銹蝕破壞、高分子材料變形劣化等現(xiàn)象，使傳統(tǒng)工程材料的使用壽命只有陸地環(huán)境下的十分之一，每年因為海洋環(huán)境損失巨大。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，因海洋環(huán)境腐蝕損失占 ⑶P的3% 5%，全世界每年因腐蝕而造成的直接經(jīng)濟損失約為7000億美元。按最低比例 3%計算，浙江省2010年⑶P為2. 7萬億計，腐蝕造成的直接經(jīng)濟損失達1千億元，并且每年按百分之十的速度增長。加上臺風(fēng)等極端天氣所帶來的工程材料次生危害，海洋腐蝕損失進一步加大。適用于海洋腐蝕環(huán)境工程材料的制備成為我國目前海洋開發(fā)戰(zhàn)略急需解決的重大問題之一。
目前，針對海洋環(huán)境下混凝土腐蝕情況，主要有三類防蝕技術(shù)高性能混凝土技術(shù)、阻銹劑技術(shù)、混凝土表面處理技術(shù)。前兩者由于對混凝土施工等工藝要求較高，往往存在防腐蝕缺陷?；炷帘砻嫣幚硪蚱涫┕し奖?、效果顯著，為今后防蝕領(lǐng)域研究重點。
傳統(tǒng)的表面防腐涂層利用成膜物質(zhì)在混凝土表面結(jié)成致密的鈍化膜，隔絕外界腐蝕介質(zhì)的侵入。但由于混凝土的水化特性，一直在通過表面毛細孔等通道釋放水化汽，堵塞毛細孔處會產(chǎn)生較高的壓強，最終使涂層氣泡從表面脫落。同時對于混凝土表面高堿性環(huán)境，往往會使涂層老化、脫落等現(xiàn)象。
龐順強、徐飛鵬等人在“一種海洋工程混凝土防腐涂料”(公開號CN101531858) 專利中指出“其各組分及配比為彈性環(huán)氧樹脂10% 15%、E51環(huán)氧樹脂20% 30%、活性稀釋劑2 5 %、防腐顏料25 30 %、填料10 15 %、助劑0. 5 1. 0 %、固化劑20 % 30%”。該防腐涂料在表面成膜“涂裝一道可達到500微米厚”，堵塞表面毛細孔道，而且以有機物質(zhì)為涂料主體。如施用在早齡期混凝土上，水化反應(yīng)水汽及高堿性表面會使其極易脫落。
市場上滲透型防護劑以有機硅為原料，主要有兩大類一類是純硅烷單體浸漬劑。 盡管該法具有一定效果，但揮發(fā)性較大，而且由于其水解縮聚利用空氣中的水份，往往在表干后仍需要很長時間才能完全固化。
例如國內(nèi)比較有競爭力的思康化學(xué)公司的混凝土硅烷浸漬防護產(chǎn)品中，SP-205為異丁基三乙氧基硅烷，SP-206為異辛基三乙氧基硅烷。都是高純度的未經(jīng)稀釋的三乙氧基硅烷濃縮液。在噴、刷涂于外墻或屋面上，水泥堿性基材一天才有拒水效果。
另一類有機硅防護劑是聚硅氧烷乳液型。該防護劑利用乳液形式解決水解縮聚過程反應(yīng)水的問題，但聚硅氧烷由于較高聚合度降低了其滲透深度，同時表面活性水解醇氧基的減少也使其與無機表面成膜能力下降。
王金國，唐明等人在“砂漿、混凝土用高性能有機硅防水劑”(公開號CN1406902) 中指出“本發(fā)明是在將有機硅原液取出30-60%，加入25%酸性萘磺酸甲醛縮合物，攪拌后加入10%丙烯酸乳液，直接加工成中性的液體外加劑”。該發(fā)明由于利用丙烯酸改性有機硅制備防水劑，在海洋高輻射、高鹽度、高濕度的環(huán)境下極易老化、開裂。
所以，利用未聚合的多水解醇氧基硅烷單體直接乳化是有機硅防護劑研究的一個重要方向。這樣既能保持較高的成膜活性，又提供足量成膜反應(yīng)時水解反應(yīng)水，縮短反應(yīng)時間，達到反應(yīng)活性與時間的合理結(jié)合。
但硅烷單體由于極強的疏水性、揮發(fā)性，且在酸、堿催化劑及高剪切力下極易水解的特點，很難直接乳化。目前，國內(nèi)外仍未有硅烷單體直接乳化相關(guān)報道。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對硅烷單體疏水性能及海洋重腐蝕環(huán)境下鋼筋混凝土服役特征，克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的產(chǎn)品、工藝問題，提高一種工藝簡單、快速固化、持久穩(wěn)定的海洋工程鋼筋混凝土硅烷乳液防護劑。
為解決其技術(shù)問題，本發(fā)明的具體方案為
提供一種海洋工程鋼筋混凝土硅烷乳液防護劑的制備方法，包括以下步驟在反應(yīng)釜內(nèi)用40 80質(zhì)量份的去離子水預(yù)先將乳化劑攪拌溶解，在1000 2000轉(zhuǎn)/分的攪拌下緩慢加入20 60質(zhì)量份硅烷單體，然后在400 1200轉(zhuǎn)/分的攪拌下于30 60°C 乳化6 12小時，得到均一穩(wěn)定微納米級乳液，即為產(chǎn)品；所述的硅烷單體是至少具有三個乙氧基的硅烷單體；所述的乳化劑包括至少兩種非離子型乳化劑，總添加量為硅烷單體的 2 10%。
本發(fā)明中，所述硅烷單體是甲基三乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、丁基乙基三乙氧基硅烷、異丁基乙基三乙氧基硅烷、正辛基乙基三乙氧基硅烷、異辛基乙基三乙氧基硅烷、十二烷基乙基三乙氧基硅烷或苯基三乙氧基硅烷中的一種或多種。
本發(fā)明中，所述的乳化劑為span系列乳化劑、tween系列乳化劑、op系列乳化劑中的兩種或多種。
本發(fā)明所述的乳化劑中，以任一種非離子型乳化劑為主乳化劑，其它非離子型乳化劑作為輔乳化劑，主乳化劑與輔乳化劑的質(zhì)量比為2 1 6 1。
與目前的有機硅防護劑相比，本發(fā)明制備的乳液防護劑有以下優(yōu)點
1、該乳液防護劑選用硅烷單體作為成膜物質(zhì)，利用高活性的水解醇氧基在混凝土表面強堿性物質(zhì)催化下水解縮聚，形成一層無色透明疏水堅硬有機無機復(fù)合膜，既能降低 90%表面吸水率，達到阻礙海洋腐蝕介質(zhì)侵蝕混凝土鋼筋的效果，又保持內(nèi)部水汽外排通道，減小對膜層產(chǎn)生的內(nèi)部氣壓。
2、該乳液防護劑采取水包油形式為水解縮聚提供足夠的反應(yīng)水，比純硅烷單體浸漬劑揮發(fā)率低，不僅提高了硅烷的利用率、增加滲透距離，而且大大縮短完全固化時間。
3、該乳液防護劑克服單體極強疏水性、揮發(fā)性、易水解等乳化難題，采取單體直接乳化模式，與傳統(tǒng)聚硅氧烷乳液相比，工藝簡單，成膜物質(zhì)分子量更小，滲透能力更強，成膜能力更高。


圖1未處理混凝土表面掃描電鏡照片；
圖2混凝土表面無機復(fù)合透明疏水保護膜掃描電鏡照片。
具體實施方式
本發(fā)明中海洋工程鋼筋混凝土硅烷乳液防護劑制備方法，包括以下步驟在反應(yīng)釜內(nèi)用40 80質(zhì)量份的去離子水預(yù)先將乳化劑攪拌溶解，在1000 2000轉(zhuǎn)/分的攪拌下緩慢加入20 60質(zhì)量份硅烷單體，然后在400 1200轉(zhuǎn)/分的攪拌下于30 60°C乳化 6 12小時，得到均一穩(wěn)定微納米級乳液，即為產(chǎn)品；所述的硅烷單體是至少具有三個乙氧基的硅烷單體；所述的乳化劑包括至少兩種非離子型乳化劑，總添加量為硅烷單體的2 10%。所述的乳化劑中，以任一種非離子型乳化劑為主乳化劑，其它非離子型乳化劑作為輔乳化劑，主乳化劑與輔乳化劑的質(zhì)量比為2 1 6 1。
各實施例中的試驗數(shù)據(jù)見下表
權(quán)利要求
1.一種海洋工程鋼筋混凝土硅烷乳液防護劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 在反應(yīng)釜內(nèi)用40 80質(zhì)量份的去離子水預(yù)先將乳化劑攪拌溶解，在1000 2000轉(zhuǎn)/分的攪拌下緩慢加入20 60質(zhì)量份硅烷單體，然后在400 1200轉(zhuǎn)/分的攪拌下于30 60°C乳化6 12小時，得到均一穩(wěn)定微納米級乳液，即為產(chǎn)品；所述的硅烷單體是至少具有三個乙氧基的硅烷單體；所述的乳化劑包括至少兩種非離子型乳化劑，總添加量為硅烷單體的2 10%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅烷單體是甲基三乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、丁基乙基三乙氧基硅烷、異丁基乙基三乙氧基硅烷、正辛基乙基三乙氧基硅烷、異辛基乙基三乙氧基硅烷、十二烷基乙基三乙氧基硅烷或苯基三乙氧基硅烷中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的乳化劑為span系列乳化劑、tween 系列乳化劑、op系列乳化劑中的兩種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的乳化劑中，以任一種非離子型乳化劑為主乳化劑，其它非離子型乳化劑作為輔乳化劑，主乳化劑與輔乳化劑的質(zhì)量比為 2 1 6 1。
全文摘要
本發(fā)明涉及海洋工程材料防腐領(lǐng)域，旨在提供一種海洋工程鋼筋混凝土硅烷乳液防護劑的制備方法。該方法包括在反應(yīng)釜內(nèi)用40～80質(zhì)量份的去離子水預(yù)先將乳化劑攪拌溶解，在高剪切力下緩慢加入20～60質(zhì)量份硅烷單體，然后在低速攪拌下于30～60℃乳化6～12小時，得到均一穩(wěn)定微納米級乳液，即為產(chǎn)品。本發(fā)明既能降低90％表面吸水率，達到阻礙海洋腐蝕介質(zhì)侵蝕混凝土鋼筋的效果，又保持內(nèi)部水汽外排通道，減小對膜層產(chǎn)生的內(nèi)部氣壓。比純硅烷單體浸漬劑揮發(fā)率低，不僅提高了硅烷的利用率、增加滲透距離，而且大大縮短完全固化時間。與傳統(tǒng)聚硅氧烷乳液相比，工藝簡單，成膜物質(zhì)分子量更小，滲透能力更強，成膜能力更高。
文檔編號C04B41/50GK102531675SQ20111042550
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者徐強, 楊輝, 樊先平, 王敏嘉, 申乾宏, 詹樹林 申請人:浙江大學(xué)