CN106380111B - 一种阻锈剂缓释微胶囊及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内含阻锈剂的缓释微胶囊及其制备方法，解决现有微胶囊阻锈期过短，其壁材不适合混凝土体系的技术问题。阻锈剂的缓释微胶囊囊芯为单氟磷酸钠，所述阻锈剂缓释微胶囊的囊壁为笼型聚倍半硅氧烷与聚甲基丙烯酸甲酯聚合物或聚苯乙烯聚合物的复合材料，与一般使用聚合物壁材相比，由于壁材中含有分子级大小的笼型聚倍半硅氧烷化合物，在水泥混凝土水化后期，水泥体系中的高碱性物质容易与笼型聚倍半硅氧烷化合物中的硅氧键发生化学反应，从而在微胶囊壁材上产生纳米级的微孔，这些微孔在水泥混凝土后期使用过程中，不断释放出单氟磷酸钠阻锈剂，将对混凝土中的钢筋产生持久的保护。

Description

一种阻锈剂缓释微胶囊及其制备方法
技术领域
本发明属于道路材料领域，涉及混凝土钢筋阻锈剂，具体涉及一种阻锈剂缓释微胶囊及其制备方法
背景技术
钢筋锈蚀引起混凝土建筑物过早破坏，造成了巨大的经济损失，是全世界普遍关注的重大问题。氯离子侵蚀是引起钢筋锈蚀的重要原因。在高碱性环境下，钢筋表面会自发生成一层致密的氧化膜，使钢筋处于钝化状态而免受腐蚀，但当环境中存在大量氯离子时，氯离子通过局部酸化和阳极去极化作用不断使钢筋表面的钝化膜溶解破坏。大量撒除冰盐、过量使用氯盐类早强剂、不合理地使用海砂及海水侵蚀等都会造成氯离子对钢筋的侵蚀。
防止钢筋锈蚀的技术措施有多种，如电化学保护、混凝土表面涂层、涂层钢筋等，而在钢筋混凝土中掺入阻锈剂来改变其自身的防护能力被认为是最简易最经济且行之有效的方法。常用的钢筋阻锈剂有亚硝酸盐、胺基醇、脂肪酸酯。单氟磷酸钠(MFP)作为一种较为新型的阻锈剂，属于一种水剂表面渗透型的阻锈剂，但MFP易溶于水，加入混凝土中容易引起MFP的损失，另外，MFP在表面涂刷施工时，其渗透速度逐渐降低，从而降低其阻锈效果。为了进一步提高单氟磷酸钠的阻锈效果，需要对其耐水性和内部***功能进行进一步的提升，现有的采用微胶囊包覆技术将阻锈剂置于囊芯内提高其耐水性，但阻锈剂的释放在短时发生，微胶囊阻锈期太短。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种内含阻锈剂的缓释微胶囊及其制备方法，解决现有微胶囊阻锈期过短，其壁材不适合混凝土体系的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种阻锈剂缓释微胶囊，包括囊芯和囊壁，囊芯为单氟磷酸钠，囊壁为笼型聚倍半硅氧烷与聚甲基丙烯酸甲酯聚合物或聚苯乙烯聚合物的复合材料。
笼型聚倍半硅氧烷为三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷、乙烯基聚倍半硅氧烷或甲基聚倍半硅氧烷。
阻锈剂缓释微胶囊的制备方法，包括以下步骤，
步骤一，将乳化剂溶解于有机溶剂中得到连续相的溶液；
步骤二，将笼型聚倍半硅氧烷与聚甲基丙烯酸甲酯聚合物或聚苯乙烯聚合物溶于有机溶剂二氯甲烷中，搅拌溶解后加入单氟磷酸钠固体物质，得到分散相；
步骤三，将步骤二得到的分散相加入到步骤一得到的连续相溶液中，经过高速剪切、低速搅拌至有机溶剂挥发，得到悬浊液；
步骤四，将步骤三得到的悬浊液经过离心沉淀，所得沉淀物经洗涤、常温干燥得到所述阻锈剂缓释微胶囊。
有机溶剂为液体石蜡、甲基硅油、乙基硅油、二甲基硅油、苯基硅油中的任意一种或多种组合物。
乳化剂为司班系列中的任意一种。乳化剂的质量浓度为0.5％～2％。
笼型聚倍半硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯聚合物或聚苯乙烯聚合物和单氟磷酸钠的加入量按质量比为1～2:1～4:5～10。
单氟磷酸钠细度大于100目。
高速剪切的速率为800r/min～1000r/min，时间为15min～30min。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
(Ⅰ)本发明包覆阻锈剂单氟磷酸钠所使用的壁材为笼型聚倍半硅氧烷与聚甲基丙烯酸甲酯聚合物或聚苯乙烯聚合物复合材料，与一般使用聚合物壁材相比，由于壁材中含有分子级大小(1～3nm)的笼型聚倍半硅氧烷化合物，在水泥混凝土水化后期，体系为高碱性环境，很容易与笼型聚倍半硅氧烷化合物中的硅氧键发生化学反应，从而在微胶囊壁材上产生纳米级的微孔，这些微孔在水泥混凝土后期使用过程中，不断释放出单氟磷酸钠阻锈剂，将对混凝土中的钢筋产生持久的保护。
(Ⅱ)本发明的阻锈剂缓释微胶囊的壁材在水泥混凝土拌和和水化初期并未破裂，因此不影响混凝土中水泥的正常水化，笼型聚倍半硅氧烷材料的触发作用，能够与混凝土中的组分反应生成二次产物，使混凝土结构更加密实。
附图说明
图1为本发明实施例1-7用于砂浆中钢筋的时间-电位关系图。
图2为本发明实施例1阻锈剂缓释微胶囊扫描电镜照片。
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1：
本实施例给出一种阻锈剂缓释微胶囊，以质量百分数计，乳化剂质量浓度为2％，三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯聚合物和单氟磷酸钠的加入量按质量比为1:1:5。
基于本实施例的原料配方，本实施例阻锈剂缓释微胶囊的具体制备过程如下所述：
步骤一，称取4g司班80溶于200ml液体石蜡中，得到乳化剂质量浓度为2％的连续相；
步骤二，分别称取2g三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷和2g聚甲基丙烯酸甲酯聚合物溶于20ml有机溶剂二氯甲烷中，搅拌使之溶解完全，并向其中加入10g细度为200目的单氟磷酸钠粉末，搅拌均匀，形成的溶液为分散相；
步骤三，将油相慢慢加入到连续相溶液中，经过高速剪切乳化，高速剪切速率为1000r/min，剪切时间为15min，然后在常温下，转速为300r/min搅拌6h至有机溶剂完全挥发，得到含有缓释微胶囊的悬浊液；
步骤四，将得到的悬浊液经过离心，得到的沉淀使用石油醚进行洗涤，常温干燥得到含有阻锈剂单氟磷酸钠的微胶囊。
实施例2：
本实施例给出一种阻锈剂缓释微胶囊，以质量百分数计，乳化剂质量浓度为0.5％，乙烯基聚倍半硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯聚合物和单氟磷酸钠的加入量按质量比为2:1:10。
本实施例中对原料的要求和阻锈剂缓释微胶囊的制备方法均与实施例1相同，所不同的是，采用乳化剂为司班60，单氟磷酸钠粉末细度为100目，高速剪切速率为800r/min，剪切时间为30min。
实施例3：
本实施例给出一种阻锈剂缓释微胶囊，以质量百分数计，乳化剂质量浓度为1％，甲基聚倍半硅氧烷、聚苯乙烯聚合物和单氟磷酸钠的加入量按质量比为1:2:6。
本实施例中对原料的要求和阻锈剂缓释微胶囊的制备方法均与实施例1相同，所不同的是，采用乳化剂为司班40，单氟磷酸钠粉末细度为300目，高速剪切速率为1000r/min，剪切时间为15min。
实施例4：
本实施例给出一种阻锈剂缓释微胶囊，以质量百分数计，乳化剂质量浓度为2％，三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯聚合物和单氟磷酸钠的加入量按质量比为1:1:10。
本实施例中对原料的要求和阻锈剂缓释微胶囊的制备方法均与实施例1相同，所不同的是，采用乳化剂为司班40，单氟磷酸钠粉末细度为200目，高速剪切速率为900r/min，剪切时间为25min。
实施例5：
本实施例给出一种阻锈剂缓释微胶囊，以质量百分数计，乳化剂质量浓度为2％，甲基聚倍半硅氧烷、聚苯乙烯聚合物和单氟磷酸钠的加入量按质量比为1:1:6。
本实施例中对原料的要求和阻锈剂缓释微胶囊的制备方法均与实施例1相同，所不同的是，采用乳化剂为司班85，单氟磷酸钠粉末细度为150目，高速剪切速率为800r/min，剪切时间为30min。
实施例6：
本实施例给出一种阻锈剂缓释微胶囊，以质量百分数计，乳化剂质量浓度为1.5％，乙烯基聚倍半硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯聚合物和单氟磷酸钠的加入量按质量比为1:4:9。
本实施例中对原料的要求和阻锈剂缓释微胶囊的制备方法均与实施例1相同，所不同的是，采用乳化剂为司班80，单氟磷酸钠粉末细度为200目，高速剪切速率为800r/min，剪切时间为30min。
实施例7：
本实施例给出一种阻锈剂缓释微胶囊，以质量百分数计，乳化剂质量浓度为1％，三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷、聚苯乙烯聚合物和单氟磷酸钠的加入量按质量比为1:1:5。
本实施例中对原料的要求和阻锈剂缓释微胶囊的制备方法均与实施例1相同，所不同的是，采用乳化剂为司班85，单氟磷酸钠粉末细度为200目，高速剪切速率为900r/min，剪切时间为25min。
对比例1：
本对比例给出一种阻锈剂微胶囊，以质量百分数计，乳化剂质量浓度为2％，聚甲基丙烯酸甲酯聚合物和单氟磷酸钠的加入量按质量比为1:5。
本对比例中对原料的要求和阻锈剂微胶囊的制备方法均与实施例1相同，所不同的是，阻锈剂微胶囊囊壁材料没有添加三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷。
对比例2：
本对比例给出一种水泥混凝土，以m(水)∶m(水泥)∶m(标准砂)＝135∶300∶750配比，按照国家标准普通水泥混凝土的制备方法制备得到。
效果分析：
以实施例1-7中得到的阻锈剂缓释微胶囊以及对比例2得到的阻锈剂微胶囊按2％质量比掺入到水泥中，以m(水)∶m(水泥)∶m(标准砂)＝135∶300∶750配比，按照GB 8076—1997《混凝土外加剂》钢筋锈蚀快速试验方法中的硬化砂浆法进行试验，将处理好的硬化砂浆电极置于饱和氢氧化钙溶液中，浸泡数小时后，用PS-6型钢筋锈蚀测量仪进行测试，氯化钠水溶液的浓度为3.5％，记录5、10、15、20、25、30min时埋有钢筋的砂浆电极阳极极化电位值实验，结果如图1所示。
实验结果表明：水泥混凝土中，未加入任何阻锈剂，样品中的钢筋得不到防护(对比例2)，而在水泥混凝土中加入未加笼型聚倍半硅氧烷包覆单氟磷酸钠微胶囊，由于其微胶囊表面没有渗透通道，单氟磷酸钠无法从微胶囊表面形成扩散进入水泥中，使得单氟磷酸钠无法对钢筋进行有效地防护。而添加了笼型聚倍半硅氧烷包覆单氟磷酸钠的微胶囊，在高碱性环境下，囊壁中的笼型聚倍半硅氧烷化合物中的硅氧键与碱发生反应，使得微胶囊壁上产生纳米级大小的微孔，而单氟磷酸钠从这些纳米级微孔表面发生渗透扩散，不断释放阻锈剂，使得钢筋得到长久的保护。从图1可以看出，反应30min以后，加有微胶囊的7个试样(实施例1-7)的钢筋的阳极极化电位较对比例1、对比例2的试样都要高，结果表明水泥中掺入本发明制备的阻锈剂缓释微胶囊对于钢筋具有十分明显的阻锈效果。

Claims (7)

1.一种阻锈剂缓释微胶囊，所述阻锈剂缓释微胶囊包括囊芯和囊壁，所述囊芯为单氟磷酸钠，其特征在于，所述阻锈剂缓释微胶囊囊壁采用笼型聚倍半硅氧烷与聚甲基丙烯酸甲酯聚合物或聚苯乙烯聚合物的复合材料；
所述笼型聚倍半硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯聚合物或聚苯乙烯聚合物和单氟磷酸钠的加入量按质量比为1～2:1～4:5～10；
所述阻锈剂缓释微胶囊的制备方法包括以下步骤：
步骤一，将乳化剂溶解于有机溶剂中得到连续相的溶液；
步骤二，将笼型聚倍半硅氧烷与聚甲基丙烯酸甲酯聚合物或聚苯乙烯聚合物溶于有机溶剂二氯甲烷中，搅拌溶解后加入单氟磷酸钠固体物质，得到分散相；
步骤三，将步骤二得到的分散相加入到步骤一得到的连续相溶液中，经过高速剪切、低速搅拌至有机溶剂挥发，得到悬浊液；
步骤四，将步骤三得到的悬浊液经过离心沉淀，所得沉淀物经洗涤、常温干燥得到所述阻锈剂缓释微胶囊；
所述笼型聚倍半硅氧烷为三甲基硅烷基聚倍半硅氧烷、乙烯基聚倍半硅氧烷或甲基聚倍半硅氧烷。
2.权利要求1所述阻锈剂缓释微胶囊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将乳化剂溶解于有机溶剂中得到连续相的溶液；
步骤二，将笼型聚倍半硅氧烷与聚甲基丙烯酸甲酯聚合物或聚苯乙烯聚合物溶于有机溶剂二氯甲烷中，搅拌溶解后加入单氟磷酸钠固体物质，得到分散相；
步骤三，将步骤二得到的分散相加入到步骤一得到的连续相溶液中，经过高速剪切、低速搅拌至有机溶剂挥发，得到悬浊液；
步骤四，将步骤三得到的悬浊液经过离心沉淀，所得沉淀物经洗涤、常温干燥得到所述阻锈剂缓释微胶囊。
3.如权利要求2所述阻锈剂缓释微胶囊的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为液体石蜡、甲基硅油、乙基硅油、二甲基硅油和苯基硅油中的一种或多种组合物。
4.如权利要求2所述阻锈剂缓释微胶囊的制备方法，其特征在于，所述乳化剂为司班系列中的一种。
5.如权利要求2所述阻锈剂缓释微胶囊的制备方法，其特征在于，所述乳化剂的质量浓度为0.5％～2％。
6.如权利要求2所述阻锈剂缓释微胶囊的制备方法，其特征在于，所述单氟磷酸钠细度大于100目。
7.如权利要求2所述阻锈剂缓释微胶囊的制备方法，其特征在于，所述高速剪切的速率为800r/min～1000r/min，时间为15min～30min。
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