[发明专利]使用天然生物质甲壳素高聚物制备环境友好型钢筋阻锈剂的方法

说明书

本发明涉及一种使用天然生物质甲壳素高聚物制备环境友好型钢筋阻锈剂的方法，通过对甲壳素高聚物进行高温催化降解、强氧化降解、脱酰基化等改性处理步骤，得到连有亲水性CH₂OH、‑OH、‑NH₂官能团且具有直链状的壳聚糖低聚物。使用天然生物质甲壳素高聚物制备醇氨有机阻锈剂，扩大了制备醇氨有机阻锈剂的原材料来源，降低了醇氨类有机阻锈剂使用成本，避免了咪唑、嘧啶、吡啶五元或六元杂环醇氨类有机阻锈剂制备过程复杂、生产过程中产生剧毒废气的问题，实现醇氨有机阻锈剂的绿色化生产。该醇氨有机阻锈剂在较低掺量下能明显降低混凝土中钢筋的腐蚀电位，有效减缓和阻止混凝土中钢筋的锈蚀速度，具有良好的经济与社会效益。

技术领域

本发明涉及生物质材料领域，具体涉及一种使用天然生物质甲壳素高聚物制备环境友好型钢筋阻锈剂的方法。

背景技术

钢筋混凝土复合材料因其具有成本低廉和比普通混凝土材料更高的强度、韧性等优点，已成为土木工程结构设计中的首选材料。每年中国钢筋混凝土材料的使用量就达世界钢筋混凝土材料总用量一半以上。近年来，随着我国海洋发展战略的确立与实施，海洋工程的建设蓬勃发展，大型海底隧道、跨海大桥、深海港口和码头、海上石油平台等基础设施开工建设。这些海洋工程的主体均使用钢筋混凝土作为建筑结构材料。但海洋环境是一个复杂的环境，海水中含有大量腐蚀性的氯离子(Cl^-)，环境中的氯离子渗透到钢筋混凝土内部会加速钢筋的锈蚀和混凝土开裂而导致海洋结构物的承载力下降。如何提高海洋环境下，钢筋混凝土结构的耐久性和延长海洋结构物使用寿命是海洋工程领域亟待解决的问题，已经日益引起了国内外学者的广泛重视。

一般来说，提高海洋钢筋混凝土结构物的抗氯离子侵蚀措施主要包括，使用特种钢筋、涂层、阴极保护法、电化学修复、掺加钢筋阻锈剂等,其中掺加钢筋阻锈剂是阻止混凝土中的钢筋腐蚀的最有效方法之一。目前，按其化学成分来说，钢筋阻锈剂可分为无机阻锈剂、有机阻锈剂和复合型阻锈剂。无机阻锈剂主要包括亚硝酸盐、铬酸盐、钼酸盐。有机阻锈剂主要由醇氨类、氨基羧酸类、醛类、有机磷化合物、有机硫化合物、羧酸及其盐类、磺酸及其盐类、杂环化合物等构成。复合型钢筋阻锈剂由上述无机化学物与有机化合物复合组成。大量研究表明，常用的亚硝酸钙类无机阻锈剂在用量不足时会加速钢筋腐蚀，使用此种无机阻锈剂对环境和人体健康有负面影响，世界上许多国家已限制或停止使用亚硝酸钙类无机阻锈剂。复合型钢筋阻锈剂一般需与其他成分进行复配才能在工程中应用，制备过程比较复杂、成本较高，这制约了复合型钢筋阻锈剂在钢筋混凝土材料中使用。综上所述,有机阻锈剂(特别是醇氨类有机阻锈剂)因其具有无毒、环境安全性好特点，使用醇氨类有机阻锈剂减缓混凝土中的钢筋锈蚀已成为钢筋混凝土材料发展的趋势，开发醇氨类有机阻锈剂是世界各国研究的热点问题。

醇氨类有机阻锈剂主要为含有-OH、-NH₂、-SH、-COOH,-SO₃亲水性官能团的脂肪族、杂环型小分子有机化学物，这些脂肪族或杂环型有机小分子化学物具有多个活性吸附中心、对外供应电子的能力大、与钢筋的结合力强等特性。目前使用的醇氨类有机阻锈剂多为咪唑、嘧啶、吡啶等五元或六元杂环类人工合成化学物。此类醇氨有机阻锈剂来源有限、价格昂贵。更为重要的是,制备此类醇氨有机阻锈剂工艺复杂、生产过程产生对周围环境和身体健康有害的剧毒废气，这些缺点阻碍了此种醇氨类有机阻锈剂在钢筋混凝土材料中广泛应用。利用天然生物质材料制备醇氨类有机阻锈剂，开发出一种低成本、绿色环保的醇氨有机阻锈剂已成为此领域研究的热点。