用于海洋工程的劣化免疫仿生防护界面及制备方法技术

本发明专利技术公开了用于海洋工程的钢筋混凝土劣化免疫仿生防护界面及制备方法。所述劣化免疫仿生防护界面由内到外依次由底漆、中间漆和面漆三层组成；且相邻两层互相扩散并发生化学交联，形成分子交联互穿网络；所述的底漆为缓蚀剂

【技术实现步骤摘要】
用于海洋工程的劣化免疫仿生防护界面及制备方法


[0001]本专利技术属于材料领域，涉及一种防护涂层及其制备方法，具体地说，涉及一种海洋工程结构的劣化免疫仿生防护界面及其制备方法。

技术介绍

[0002]钢筋混凝土结构具有来源广泛、价格低廉、坚固耐用等优点，作为主要的建筑材料，已广泛应用于各种建筑工程中。但是，由于混凝土碳化、氯化物侵蚀等引起的钢筋混凝土结构的过早失效，给各国的国民经济造成了超乎预料的巨大损失，引起了各国普遍的关注。研究发现，氯离子侵蚀导致的钢筋腐蚀破坏是导致混凝土结构过早失效的首要因素。据美国(FHWA)的统计结果，美国近60万座桥梁中50％以上出现钢筋腐蚀病害，每年需750亿美元的维修费。日本目前用于钢筋混凝土设施的修复费用已经远远超过了其建造费用。综上可知，钢筋混凝土构筑物受海洋环境影响的腐蚀非常严重，因此，对海洋环境下的钢筋混凝土多重防腐技术的研究具有重要意义。
[0003]目前，针对海洋工程环境下钢筋混凝土的防护技术主要有混凝土外防护涂层、添加钢筋阻锈/缓蚀剂、阴极保护和钢筋涂层防护等。相比较于其他防护技术，钢筋涂层防护技术可以很好的阻挡混凝土中的碱和氯离子的渗透，通过完全隔离钢筋基体而提供优异的防腐蚀保护。只要涂层粘附在钢筋基体上，没有失效破坏，就能一直对钢筋提供良好的保护。钢筋涂层防护可以从钢筋的出厂、运输到服役进行全阶段地防护，具有全寿命周期防护的特点。然而在实际应用中，钢筋涂层防护技术却难以实现全寿命周期防护。这是因为：(1)涂层/钢筋与混凝土/钢筋的界面粘结力较弱，在外部荷载作用下易发生脱粘；(2)现有钢筋涂层防护多为环氧涂层，其硬度高、脆性大；在施工现场加工时，涂层容易发生破坏；换言之，现有涂层防护技术无法兼顾力学性能与可加工性。对涂层防护技术来说，涂层一旦发生局部破坏，就会导致钢筋局部发生点蚀现象，从而导致整套涂层防护系统就会失效；(3)现有涂层防护技术仅能通过隔离钢筋基体而提供防腐蚀保护，但无法兼顾对裂纹和侵蚀因子的修复和免疫。

技术实现思路

[0004]针对现有钢筋涂层防护技术所存在的问题，本专利技术公开了用于海洋工程的钢筋混凝土劣化免疫仿生防护界面。所述劣化免疫仿生防护界面模拟人体免疫系统三道防线，采用“隔
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阻
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缓”的结构体系，通过钢筋结构的外防护表层、抗渗防腐基体、阻锈钢筋骨架的优化设计，实现了对钢筋混凝土的仿生化免疫防腐处理。
[0005]本专利技术的技术方案：用于海洋工程的劣化免疫仿生防护界面的制备方法，包括以下步骤：
[0006](1)制备特异性靶向控释缓蚀免疫层：
[0007](1a)对钢筋表面进行处理，使钢筋的除锈等级达到Sa2.5或者St3，得到初步处理后的钢筋I。具体方法为：选择带肋钢筋，首先采用12％的稀盐酸溶液对钢筋表面进行酸洗，
再用水清洗后干燥，再打磨去除钢筋表面的污物及氧化物。其中，采用喷射或抛射除锈的钢筋除锈等级须达到Sa2.5，采用手工或动力工具除锈的钢筋除锈等级须达到St3。
[0008](1b)配制硅烷偶联剂溶液，将钢筋I浸入其中，5
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10分钟后取出，然后在100
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150℃固化1
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3小时，得到处理后的钢筋II；所述硅烷偶联剂溶液的浓度为0.5
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1.0％，所述的硅烷偶联剂为KH
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550、KH
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560或KH
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570；所述硅烷偶联剂溶液采用如下方法制备得到：将硅烷偶联剂和醇水混合物混合，根据偶联剂种类调节pH值为3.5～5.5，静置水解24
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48h。
[0009](1c)在钢筋II表面立刻涂刷底漆使其成膜，然后在55
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60℃下进行初步固化0.5
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2h，得到特异性靶向控释缓蚀免疫层；所述底漆成膜的厚度为80
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150μm，所述底漆为缓蚀剂
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聚氨酯共混体系；所述缓蚀剂为聚天冬氨酸和聚磷酸盐、钼酸盐、有机磷缓蚀剂中的一种或几种复配。将聚天冬氨酸缓蚀剂与其他缓蚀剂复配，具有绿色环保的特点，当底漆产生破坏时，基体中的缓蚀剂会被释放，并紧密吸附于裸露的钢筋表面，阻隔侵蚀性离子对钢筋的侵蚀，实现了底漆对侵蚀因子的靶向控释免疫。
[0010]所述的底漆采用如下方法制备得到：将聚氧化丙烯二醇在100
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120℃真空脱水1
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3h，冷却至40～60℃，缓慢加入异氰酸酯单体；异氰酸酯单体完全加入后，升温至65～80℃，期间多次加入丙酮降粘，反应1～2h得到预聚体；将缓蚀剂与多元醇按照一定的配比混合均匀，加入到预聚体中，降温至40
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50℃反应1h，继续降温至室温，加水乳化；最后，真空蒸出丙酮，得到缓蚀剂
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聚氨酯共混体系。
[0011]本步骤的关键在于：底漆的涂刷必须在钢筋表面处理完成后立刻进行，并且钢筋表面不得有肉眼可见的污物和氧化现象；从而确保底漆与钢筋通过化学键相连。原理为：钢筋表面氧化产生的羟基，与偶联剂的水解产物形成氢键，然后部分脱水形成共价键；同理，偶联剂与底漆表面形成共价键，底漆与钢筋通过偶联剂形成化学键连接。
[0012](2)制备非特异性自修复应力免疫层：步骤(1)的底漆固化完成后，升温至80
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100℃后立即喷涂中间漆，以保证两层间的分子可以发生渗透交换，得到非特异性自修复应力免疫层。所述中间漆成膜的厚度为250
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500μm；所述中间漆为自修复聚脲溶液，制备方法如下：
[0013](2a)制备GO改性的聚脲基双壁微胶囊；采用GO
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modified double
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walled polyurea microcapsules/epoxy composites for marine anticorrosive self
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healing coating.(Materials&Design,Ma Y,Zhang Y,Liu J,et al.2020,189:108547)公开的制备方法制备氧化石墨烯改性聚脲基双壁微胶囊。
[0014](2b)制备聚多巴胺微球；采用水相氧化法制备聚多巴胺，将一定浓度的乙醇溶液和氨水在40
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50℃下搅拌，加入一定量的多巴胺盐酸盐溶液，搅拌反应8～10h；反应完成后离心、洗涤，得到聚多巴胺微球。
[0015](2c)制备自修复聚脲溶液：在溶剂中加入聚醚胺并搅拌均匀，然后缓慢滴入异氰酸酯中，控制反应温度为0～30℃，滴加完毕后预聚0.5
‑
1h得到预聚物；将(2b)得到的聚多巴胺微球和氨基扩链剂加入到溶剂中混合均匀，再加入到前述预聚物中，控制反应体系中—NCO与NH2的摩尔比为1.05:1
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1.2:1，反应5～10min，得到聚多巴胺/聚脲弹性体；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于海洋工程的劣化免疫仿生防护界面的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）制备特异性靶向控释缓蚀免疫层：（1a）对钢筋表面进行处理，使钢筋的除锈等级达到Sa2.5或者St3，得到初步处理后的钢筋I；（1b）配制硅烷偶联剂溶液，将钢筋I浸入其中，5
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10分钟后取出，然后在100
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150℃固化1
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3小时，得到处理后的钢筋II；（1c）在钢筋II表面立刻涂刷底漆使其成膜，然后在55
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60℃下进行初步固化0.5
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2h，得到特异性靶向控释缓蚀免疫层；所述底漆成膜的厚度为80
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150μm，所述底漆为缓蚀剂
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聚氨酯共混体系；所述缓蚀剂为聚天冬氨酸和聚磷酸盐、钼酸盐、有机磷缓蚀剂中的一种或几种复配；（2）制备非特异性自修复应力免疫层：步骤（1）的底漆固化完成后，升温至80
‑
100℃后立即喷涂中间漆，得到非特异性自修复应力免疫层；所述中间漆成膜的厚度为250
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500μm；所述中间漆为自修复聚脲溶液，制备方法如下：（2a）制备GO改性的聚脲基双壁微胶囊；（2b）制备聚多巴胺微球；（2c）制备自修复聚脲溶液：在溶剂中加入聚醚胺并搅拌均匀，然后缓慢滴入异氰酸酯中，控制反应温度为2~30℃，滴加完毕后预聚0.5
‑
1h得到预聚物；将（2b）得到的聚多巴胺微球和氨基扩链剂加入到溶剂中混合均匀，再加入到前述预聚物中，控制反应体系中—NCO与NH2的摩尔比为1.05:1
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1.2:1，反应5~10min，得到聚多巴胺/聚脲弹性体；将（2a）得到的GO改性聚脲基双壁微胶囊加入到聚多巴胺/聚脲弹性体中， 高速搅拌使GO改性的聚脲基双壁微胶囊在聚多巴胺/聚脲弹性体中分散均匀，得到自修复聚脲溶液；（3）制备非特异性损伤自分化免疫层：中间漆喷涂完成后，将温度降至30
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40℃，立刻进行面漆的喷涂，所述面漆成膜的厚度为100
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500μm，并在面漆固化前进行混凝土施工；所述面漆为GO改性环氧树脂溶液；喷涂完成后升温至40~60℃，通电进行GO取向，即可得到非特异性损伤自分化免疫层，从而完成劣化免疫仿生防护界面的制备。2.根据权利要求1所述的用于海洋工程的劣化免疫仿生防护界面的制备方法，其特征在于：所述通电进行GO取向的具体方法为：将钢筋的两端分别与电源的正极和负极相连，在40~60℃的温度条件、110
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360V的电压下通电15
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45min，断电后持续加热8
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20h，自然冷却至室温，在表面涂抹硅烷偶联剂，放置24
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48h直至完全固化即可。3.根据权利要求2所述的用于海洋工程的劣化免疫仿生防护界面的制备方法，其特征在于：步骤（1c）所述的底漆采用如下方法制备得到：将聚氧化丙烯二醇在100
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120℃真空脱水1
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3h，冷却至40~60℃，缓慢加入异氰酸酯单体；异氰酸酯单体完全加入后，升温至65~80℃，期间多次加入丙酮降粘，反应1~2h得到预聚体；将缓蚀剂与多元醇按照一定的配比混合均匀，加入到预聚体中，降温至40
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50℃反应1h，继续降温至室温，加水乳化；最后，真空蒸出丙酮，得到缓蚀剂
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聚氨酯共混体系。4.根据权利要求2所述的用于海洋工程的劣化免疫仿生防护界面的制备方法，其特征在于：步骤（1b）所述硅烷偶联剂溶液的浓度为0.5
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1.0%，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：马衍轩，刘加童，葛亚杰，张鹏，吴睿，宋晓辉，崔祎菲，鲍久文，薛善彬，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：