CN105238218B

CN105238218B - 一种自渗透海洋混凝土防腐材料及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN105238218B
Application number: CN201510734211.2A
Authority: CN
Inventors: 张广照; 马春风; 张国梁
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2018-06-19
Anticipated expiration: 2035-10-30
Also published as: CN105238218A

Abstract

本发明属于防腐材料的技术领域，公开了一种自渗透海洋混凝土防腐材料及其制备方法与应用。所述防腐材料由甲组分和乙组分组成；所述甲组分由以下按重量份数计的组分组成：环氧树脂12～80，活化型反应性溶剂5～45，增强型反应性溶剂0～35，界面改性剂5～10，界面增强剂0～5，毛细渗透剂0～5；所述乙组分由以下按重量份数计的组分组成：渗透型固化剂5～85，双功能固化剂5～85，固化调控剂0～50，固化促进剂0～25。本发明具有较好的自渗透作用，与混凝土间具有较好的润湿能力和粘结能力，本发明的防腐材料具有较好的防腐性能和力学性能。

Description

一种自渗透海洋混凝土防腐材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于防腐材料的技术领域，特别涉及一种海洋工程中混凝土表面的防腐材料及其制备方法与应用。

背景技术

我国是一个海洋大国，海岸线长、沿海岛屿多、管辖海域广、海洋资源丰富。同时严酷的海洋环境也对我国海洋产业造成了很大的损失。海洋工程中混凝土作为一种非金属材料广泛地应用于跨海桥梁、海上石油平台、沿海港口兴建工程中，并且在海水中的腐蚀相当严重。在我国海洋混凝土防腐才刚刚进入起步阶段，因此海洋腐蚀与防护将是我国经济发展中急需认真解决的问题。

环氧树脂由于其力学强度高、耐腐蚀性能优异、固化收缩小、界面附着力强、固化方便等优点而被广泛应用于海洋混凝土防腐工程中。然而海水对混凝土等非金属的腐蚀不同于对金属的腐蚀，其往往是从内部腐蚀开始的。未经涂覆专用保护涂料的混凝土在海水中使用的过程中，海水中的化学介质进入混凝土内部的微孔，在其中结晶，会产生膨胀应力，导致混凝土材料的破裂，以及化学胀裂；同时海水中的盐分会对混凝土中的钢筋产生腐蚀，使混凝土失强或胀裂。由于混凝土的多孔结构，所以防腐材料的良好渗透作用对混凝土防腐起着重要作用。

另一方面，虽然环氧树脂被广泛应用海洋混凝土的的表面防腐工程中，但是环氧树脂分子中含有醚键，树脂分子在紫外线照射下易降解断链，所以涂膜的户外耐候性差，并且环氧树脂固化后内应力大，涂膜质脆易开裂，耐热性和耐冲击性都不理想。而具有自渗透作用的环氧防腐材料不但能保持环氧树脂优异的防腐性能，而且良好的渗透既可以增加涂料和底材的接触面积，起到“锚固”的作用。环氧防腐材料渗透于混凝土中，可避免紫外光的照射，还可以避免温度变化引起的膨胀应力，避免了涂膜开裂、耐冲击性不理想的问题。具有自渗透作用的环氧防腐材料还可以赶跑混凝土孔隙中的水、湿气等腐蚀物质，消除腐蚀因素，增加混凝土的密实度，增加涂料的使用期限，更好帮助混凝土承受环境的破坏。

发明内容

针对常用海洋混凝土防腐材料不具有渗透性，涂层附着力不足，不能提高混凝土密实度等缺点，本发明的目的在于提供了一种自渗透海洋混凝土防腐材料。本发明的防腐材料能够渗入混凝土面深2～6mm，与混凝土材料形成互穿交联网络，增加了混凝土的密实度，提高了混凝土表面强度，消除了混凝土内部腐蚀因素；另一方面该材料减少了涂膜内应力，避免了涂膜开裂，增加涂料的使用期限。对于防腐面漆、中间漆与混凝土之间，本发明的防腐材料能够提供一个良好的粘结层，它与混凝土表面及外加的面漆、中间漆有着很好的结合性，使防护面漆或中间漆不会在长时间使用后起皮、剥落。

本发明的另一目的在于提供上述自渗透海洋混凝土防腐材料的制备方法。

本发明的再一目的在于上述自渗透海洋混凝土防腐材料的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种自渗透海洋混凝土防腐材料，由甲组分和乙组分组成。

所述甲组分由以下按重量份数计的组分组成：

所述乙组分由以下按重量份数计的组分组成：

其中，甲、乙组分的重量比为(100:3)～(100:70)。

所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂或双酚F型环氧树脂。其中，双酚A型环氧树脂为E-51或E-44中的一种以上，双酚F型环氧树脂为F-51或F-44中的一种以上。

所述的活化型反应性溶剂为酮类化合物中的一种或多种的混合物，优选为双乙烯酮、丙酮、丁酮、甲基异丁基酮、二甲基丙酮或二丙酮醇中的一种以上。

所述的增强型反应性溶剂为醛类化合物或缩水甘油醚类化合物中的一种以上；所述的醛类化合物包括苯甲醛、戊二醛、糠醛或多聚甲醛中的一种以上；所述的缩水甘油醚类化合物为苄基缩水甘油醚、12-14烷基缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、丙三醇三缩水甘油醚或三羟甲基三缩水甘油醚中的一种以上。

所述的界面改性剂为异丁基三乙氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷或丙基三乙氧基硅烷中的一种以上。

所述的界面增强剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂中的一种以上；所述偶联剂为KH550、KH560、KH570、KH590或KH602，钛酸酯偶联剂KR-TTS、KR-41B或KR-38(美国Kenrich石油化学公司)中的一种以上。

所述的毛细渗透剂为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂或非离子表面活性剂中的一种以上。其中所述的阴离子表面活性剂为烷基苯磺酸钠、烷基硫酸钠或脂肪酸钠中的一种以上；所述的阳离子表面活性剂为烷基三甲基季铵溴化物、烷基二甲基苄基季铵氯化物的一种以上；所述非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸甲酯聚氧乙烯醚或烷基酚聚氧乙烯醚的一种以上。

所述的渗透型固化剂为二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、二甲胺基丙胺或间苯二甲胺中的一种以上。

所述的固化调控剂为改性胺类固化剂或低分子聚酰胺类固化剂中的一种以上，所述改性胺类固化剂为591^#或593^#，低分子聚酰胺类固化剂为650^#或651^#。

所述的双功能固化剂为曼尼斯碱类固化剂701^#、810^#、910^#、T-31^#中的一种以上。

所述的固化促进剂为三乙醇胺、二甲基苯胺、2,4,6-三(二甲基氨基甲基)苯酚或甲基四氢苯酐中的一种以上。

所述自渗透海洋混凝土防腐材料的制备方法为：

(1)将12～80重量份的环氧树脂，5～45重量份的活化型反应性溶剂，0～35重量份的增强型反应性溶剂，5～10重量份的界面改性剂，0～5份界面增强剂，0～5重量份毛细渗透剂搅拌混合均匀，得甲组分；所述搅拌混合的时间为10～20min；搅拌的转速为450～550rpm；

(2)将5～85重量份渗透型固化剂，5～85重量份的双功能固化剂，0～50重量份的固化调控剂，0～25重量份固化促进剂搅拌混合均匀，得乙组分；所述搅拌混合的时间为10～20min，搅拌的转速为250～350rpm；

(3)将甲、乙组分按照重量比为100:3～100:70常温搅拌混合均匀，混合,得到具有自渗透作用的海洋混凝土防腐材料。所述搅拌混合的时间为8～10min，搅拌的转速为150～200rpm。

所述自渗透海洋混凝土防腐材料应用于跨海桥梁、海上石油平台、沿海港口等大型工程以及基础建筑物的防腐防渗工程领域。

本发明相对于现有技术具备如下的突出优点和效果：

1)本发明通过毛细渗透剂使用，提高了材料与混凝土间的润湿能力，克服了环氧材料于混凝土中渗透量少、渗透深度不大的缺点；本发明材料对混凝土有自渗透作用，材料最终能够渗入混凝土面2～6mm深；

2)本发明通过界面增强剂的使用，不但能够进一步提高材料与混凝土间的润湿能力，而且能够提高材料与混凝土之间的粘结能力。材料在混凝土表面形成致密的保护层，不应力收缩、不起皮、不发脆、不开裂；

3)本发明通过界面改性剂的使用，使得涂层表面形成疏水结构能够有效防止腐蚀因子在水作为介质的影响直接渗透于混凝土结构内部造成腐蚀；

4)本发明所述的防腐材料通过自渗透作用，使得混凝土表面密实，提高混凝土强度；驱除混凝土表面水份，减少混凝土表面腐蚀因素；

5)本发明所述防腐材料选用环氧树脂，具有优异的防腐性能及力学性能，涂膜强度高，耐久性优异；

6)本发明材料能够于潮湿环境中固化，可抵抗海洋潮湿甚至少量明水的环境，快速固化；

7)本发明的防腐材料初始粘度低，渗透性及可操作时间可控性好，可以铺展至小到纳米级别的混凝土缝隙中。

具体实施方式

下面通过具体实施例来详细说明本发明，但本发明并不仅仅局限于以下实施例。

实施例1

将63份环氧树脂E-44，8份活化型反应性溶剂双乙烯酮，11份增强型反应性溶剂戊二醛、8份增强型反应性溶剂三羟甲基三缩水甘油醚，6份界面改性剂异丁基三乙氧基硅烷，2份界面增强剂KR-TTS，2份毛细渗透剂十二烷基苯磺酸钠在500rpm下搅拌混合15min，得甲组分；将33份渗透型固化剂二乙烯三胺，33份渗透型固化剂三乙烯四胺，30份双功能固化剂810^#，5份固化调控剂591^#，2份固化促进剂三乙醇胺在300rpm下搅拌混合15min，得乙组分；使用时将甲乙组分按100:63的重量比例混合,在200rpm下搅拌10min，得到自渗透海洋混凝土防腐材料；所述的份数都为重量份。性能测试如表1所示。

实施例2

将12份环氧树脂E-44，20份活化型反应性溶剂二甲基丙酮，21份活化型反应性溶剂丁酮，12份增强型反应性溶剂苯甲醛、13份增强型反应性溶剂乙二醇二缩水甘油醚，10份界面改性剂辛基三乙氧基硅烷，0.7份界面增强剂KR-41B，1.3份毛细渗透剂十六烷基三甲基溴化铵在500rpm下搅拌混合15min，得甲组分；将25份渗透型固化剂三乙烯四胺，49份渗透型固化剂二乙烯三胺，9份双功能固化剂910^#，9份双功能固化剂810^#，5份固化调控剂593^#，5份固化调控剂651^#，1份固化促进剂2,4,6-三(二甲基氨基甲基)苯酚在300rpm下搅拌混合15min，得乙组分；使用时将甲乙组分按100:70的重量比例混合，在200rpm下搅拌10min，得到海洋混凝土防腐材料；所述的份数都为重量份。性能测试如表1所示。

实施例3

将33份环氧树脂F-44，25份活化型反应性溶剂甲基异丁基酮，13份增强型反应性溶剂多聚甲醛、15份增强型反应性溶剂12-14烷基缩水甘油醚，8份界面改性剂丙基三乙氧基硅烷，5份界面增强剂KH590，1份毛细渗透剂脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-9在500rpm下搅拌混合15min，得甲组分；将85份渗透型固化剂间苯二甲胺，8份双功能固化剂T-31^#，4份固化调控剂651^#，3份固化促进剂甲基四氢苯酐在300rpm下搅拌混合15min，得乙组分；使用时将甲乙组分按100:53的重量比例混合，在200rpm下搅拌10min，得到海洋混凝土防腐材料；所述的份数都为重量份。性能测试如表1所示。

实施例4

将71份环氧树脂E-51，11份活化型反应性溶剂丙酮，6.8份增强型反应性溶剂糠醛、1份增强型反应性溶剂新戊二醇二缩水甘油醚，7.5份界面改性剂辛基三乙氧基硅烷，2.2份界面增强剂KH570，0.5份毛细渗透剂烷基硫酸钠(辛基硫酸钠)在500rpm下搅拌混合15min，得甲组分；将44份渗透型固化剂四乙烯五胺，23份双功能固化剂701^#，20份固化调控剂650^#，13份固化促进剂二甲基苯胺在300rpm下搅拌混合15min，得乙组分；使用时将甲乙组分按100:25的重量比例混合，在200rpm下搅拌10min，得到海洋混凝土防腐材料；所述的份数都为重量份。性能测试如表1所示。

实施例5

将80份环氧树脂F-51，5份活化型反应性溶剂丙酮，5份增强型反应性溶剂糠醛、0.8份增强型反应性溶剂苄基缩水甘油醚，5份界面改性剂异丁基三乙氧基硅烷，2份界面增强剂KH550，2.2份毛细渗透剂烷基二甲基苄基季铵氯化物(氯化十四烷基二甲基苄基铵)在500rpm下搅拌混合15min，得甲组分；将37份渗透型固化剂间苯二甲胺，5份双功能固化剂T-31^#，50份固化调控剂593^#，8份固化促进剂2,4,6-三(二甲基氨基甲基)苯酚在300rpm下搅拌混合15min，得乙组分；使用时将甲乙组分按重量比100:37的重量比例混合，在200rpm下搅拌10min，得到海洋混凝土防腐材料；所述的份数都为重量份。性能测试如表1所示。

实施例6

将22份环氧树脂F-44，23份活化型反应性溶剂二丙酮醇，22份活化型反应性溶剂丙酮，7份增强型反应性溶剂多聚甲醛、10.9份增强型反应性溶剂丙三醇三缩水甘油醚，9份界面改性剂异丁基三乙氧基硅烷，1.1份界面增强剂KH560，2.5份毛细渗透剂脂肪酸甲酯聚氧乙烯醚，2.5份毛细渗透剂十四烷基苯磺酸钠混合，在500rpm下搅拌15min得甲组分；将23份渗透型固化剂二乙烯三胺，44份双功能固化剂810^#，15份固化调控剂651^#，18份固化促进剂甲基四氢苯酐在300rpm下搅拌混合15min，得乙组分；使用时将甲乙组分按重量比100:11的比例混合，在200rpm下搅拌10min，得到海洋混凝土防腐材料；所述的份数都为重量份。性能测试如表1所示。

实施例7

将45份环氧树脂E-51，21份活化型反应性溶剂丁酮，3份增强型反应性溶剂苯甲醛、21.5份增强型反应性溶剂苄基缩水甘油醚，6.5份界面改性剂异丁基三乙氧基硅烷，1.3份界面增强剂KH602，1.7份毛细渗透剂硬脂酸钠在500rpm下搅拌混合15min，得甲组分；将5份渗透型固化剂二甲胺基丙胺，85份双功能固化剂910^#，3份固化调控剂650^#，7份固化促进剂三乙醇胺在300rpm下搅拌混合15min，得乙组分；使用时将甲乙组分按重量比100:46的比例混合，在200rpm下搅拌10min，得到海洋混凝土防腐材料；所述的份数都为重量份。性能测试如表1所示。

实施例8

将51份环氧树脂F-51，18份活化型反应性溶剂双乙烯酮，10份增强型反应性溶剂戊二醛、9.1份增强型反应性溶剂乙二醇二缩水甘油醚，8.5份界面改性剂辛基三乙氧基硅烷，1份界面增强剂KR-38，0.5份界面增强剂KH550，1份毛细渗透剂辛基酚聚氧乙烯醚，0.9份毛细渗透剂十六烷基三甲基溴化铵在500rpm下搅拌混合15min，得甲组分；将15份渗透型固化剂三乙烯四胺，36份双功能固化剂701^#，24份固化调控剂591^#，25份固化促进剂二甲基苯胺在300rpm下搅拌混合15min，得乙组分；使用时将甲乙组分按100:3的重量比例混合，在200rpm下搅拌10min，得到海洋混凝土防腐材料；所述的份数都为重量份。性能测试如表1所示。

表1性能测试数据

通过这些实例结果的分析可知：

1)本发明提供了一种具有自渗透作用的海洋混凝土防腐材料及其制备方法，该防腐材料能够渗透至混凝土表面2～6mm。

2)本发明提供的具有自渗透作用的海洋混凝土防腐材料能够提高混凝土的密实度，驱除混凝土内部腐蚀因素，提高混凝土材料的抗氯离子渗透性，具有优异的防腐性能。

3)本发明提供的具有自渗透作用的海洋混凝土防腐材料能够与混凝土表面良好的粘结，并提高渗透层混凝土强度，其中拉拔强度在7.9至12.1MPa之间远远大于混凝土自身强度。

4)本发明提供的具有自渗透作用的海洋混凝土防腐材料涂层能够形成疏水层，水在涂层上的接触角在88°至117°之间，有明显疏水作用，能够有防止腐蚀因子在水作为介质之下渗透于混凝土内部。

上述实施例是本发明提供的具有自渗透作用的海洋混凝土防腐材料及其制备方法与其在海洋混凝土防腐中应用的较优实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种自渗透海洋混凝土防腐材料，其特征在于：由甲组分和乙组分组成；

所述甲组分由以下按重量份数计的组分组成：

所述乙组分由以下按重量份数计的组分组成：

其中，甲、乙组分的重量比为(100:3)～(100:70)；

所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂或双酚F型环氧树脂；

所述的活化型反应性溶剂为酮类化合物中的一种或多种的混合物；

所述的增强型反应性溶剂为醛类化合物或缩水甘油醚类化合物中的一种以上；

所述的界面改性剂为异丁基三乙氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷或丙基三乙氧基硅烷中的一种以上；

所述的界面增强剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂中的一种以上；

所述的毛细渗透剂为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂或非离子表面活性剂中的一种以上；所述的阴离子表面活性剂为烷基苯磺酸钠、烷基硫酸钠或脂肪酸钠中的一种以上；所述的阳离子表面活性剂为烷基三甲基季铵溴化物、烷基二甲基苄基季铵氯化物的一种以上；所述非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸甲酯聚氧乙烯醚或烷基酚聚氧乙烯醚的一种以上。

2.根据权利要求1所述自渗透海洋混凝土防腐材料，其特征在于：所述的双酚A型环氧树脂为E-51或E-44中的一种以上，所述双酚F型环氧树脂为F-51或F-44中的一种以上；

所述的活化型反应性溶剂为双乙烯酮、丙酮、丁酮、甲基异丁基酮、二甲基丙酮或二丙酮醇中的一种以上；

所述的醛类化合物为苯甲醛、戊二醛、糠醛或多聚甲醛中的一种以上；所述的缩水甘油醚类化合物为苄基缩水甘油醚、12-14烷基缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、丙三醇三缩水甘油醚或三羟甲基三缩水甘油醚中的一种以上；

所述偶联剂为KH550、KH560、KH570、KH590或KH602中一种以上，钛酸酯偶联剂KR-TTS、KR-41B或KR-38中的一种以上。

3.根据权利要求1所述自渗透海洋混凝土防腐材料，其特征在于：所述的渗透型固化剂为二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、二甲胺基丙胺或间苯二甲胺中的一种以上；

所述的固化调控剂为改性胺类固化剂或低分子聚酰胺类固化剂中的一种以上；

所述的双功能固化剂为曼尼斯碱类固化剂701^#、810^#、910^#或T-31^#中的一种以上；

4.根据权利要求3所述自渗透海洋混凝土防腐材料，其特征在于：所述改性胺类固化剂为591^#或593^#，低分子聚酰胺类固化剂为650^#或651^#。

5.根据权利要求1～4任一项所述自渗透海洋混凝土防腐材料的制备方法，其特征在于：具体制备步骤为：

(1)将12～80重量份的环氧树脂，5～45重量份的活化型反应性溶剂，0～35重量份的增强型反应性溶剂，5～10重量份的界面改性剂，0.7～5份界面增强剂，0.5～5重量份毛细渗透剂搅拌混合均匀，得甲组分；

(2)将5～85重量份渗透型固化剂，5～85重量份的双功能固化剂，0～50重量份的固化调控剂，0～25重量份固化促进剂搅拌混合均匀，得乙组分；

(3)将甲、乙组分按照重量比为100:3～100:70常温搅拌混合均匀，混合,得到具有自渗透作用的海洋混凝土防腐材料。

6.根据权利要求5所述自渗透海洋混凝土防腐材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述搅拌混合的时间为10～20min；搅拌的转速为450～550rpm；步骤(2)中所述搅拌混合的时间为10～20min，搅拌的转速为250～350rpm；步骤(3)中所述搅拌混合的时间为8～10min，搅拌的转速为150～200rpm。

7.一种由权利要求1～4任一项所述自渗透海洋混凝土防腐材料在跨海桥梁、海上石油平台、沿海港口的大型工程以及基础建筑物的防腐防渗工程领域的应用。