[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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。

发明内容

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，本发明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。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于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。

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，

所述R为甲基、硝基、甲酰基中的一种。

本发明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：

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：

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；

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；