CN102765962B - 一种高分子混凝土发泡剂及其制备方法 - Google Patents

一种高分子混凝土发泡剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高分子混凝土发泡剂,属建筑材料行业混凝土生产领域。是由下述重量百分比的原料制成:大分子单体21~26%、亚硫酸钠5~9%、丙酮4~6%、甲醛13~17%、甲基烯丙基磺酸钠5~14%和水39~42%。本发明产品性能稳定、发泡倍数大、泡沫稳定性高,可直接作为混凝土发泡剂使用,不需要复配其他发泡类物质;水溶性好,液态、均相无分层,不易变质等优点;本发明还公开了该种高分子混凝土发泡剂的制备方法。

Description

一种高分子混凝土发泡剂及其制备方法
技术领域
本发明属建筑材料行业混凝土生产领域,具体涉及一种高分子混凝土发泡剂及其制备方法。
背景技术
泡沫混凝土是一种内部含有大量细小、封闭、均匀分布气孔的多孔性材料,具有轻质高强、隔热保温、防火隔音、抗水减震等特性,普遍应用于高层建筑墙体制作、保温和衬垫等工程中。发泡剂是能使水溶液在机械作用力引入空气的情况下,产生大量泡沫的一类物质。将发泡剂产生的泡沫加入到含硅质材料、钙质材料、水及各种外加剂等组成的料浆中搅拌,成型,养护形成泡沫混凝土。按照成分划分,发泡剂包括以下几种:松香树脂类、蛋白质类和合成表面活性剂类。各种发泡剂各有其优缺点。松香类发泡剂使用较早,生产工艺简单、成本低,但是其发泡能力和泡沫稳定性都较差。蛋白类发泡剂如动物蛋白发泡剂和植物蛋白发泡剂,虽然发泡量大,泡沫稳定性也较好,但是其存在生产成本高、生产工艺复杂,气味重,夏季容易变质还易受pH值影响等缺点。合成表面活性剂类发泡剂主要分为阳离子类、阴离子类和非离子类三种。阳离子型发泡剂价格很高且对水泥的强度有负影响,所以研究和应用不广泛;阴离子型发泡剂如十二烷基苯磺酸钠,发泡倍数大,但泡沫稳定性较差;非离子型发泡剂如聚乙二醇,发泡性较差,但稳泡性较好。总体来说,目前国内常见的合成类发泡剂表现为功能单一,性能偏差,不能适应大规模工业化生产。
目前混凝土发泡剂存在或发泡性差、稳泡性不好,或成本高、制备工艺复杂等不足,本发明的目的是针对上述问题,提供一种合成高分子混凝土发泡剂。另外,合成高分子类混凝土发泡剂目前研究较少,是混凝土发泡剂的发展方向之一。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的不足,本发明的目的在于提供一种产品性能稳定、发泡倍数大、泡沫稳定性高的高分子混凝土发泡剂及其制备方法。
本发明的技术方案是:一种高分子混凝土发泡剂,其特征在于,由下述重量百分比的原料制成:
大分子单体21~26%
亚硫酸钠5~9%
丙酮4~6%
甲醛13~17%
甲基烯丙基磺酸钠5~14%
水39~42%
其中,大分子单体的化学式为
Figure BDA00001947039200021
所述甲醛为质量百分比浓度为37%的甲醛溶液。
一种高分子混凝土发泡剂的制备方法,包括如下步骤:
(1)、大分子单体的制备
在反应容器中加入月桂酸和2/3用量的乙醇胺,通入N2保护,进行搅拌反应,加热升温至115~120℃,搅拌反应4h;之后降温至100~105℃,加入催化剂,然后迅速加入剩余量的乙醇胺,升温至105~110℃,搅拌反应3h后再升温至115~120℃,加入马来酸酐,搅拌反应4h,冷却至室温,得到带有双键的大分子单体;其中,月桂酸、乙醇胺和马来酸酐的用量摩尔比为1:1:1.1。
(2)、高分子混凝土发泡剂的制备
将亚硫酸钠、丙酮和3/4用量的水放入反应容器中,进行搅拌反应,加热至温度不超过50℃,搅拌反应30min;然后升温至60℃,逐滴加入甲醛溶液,当反应容器中的溶液变为红棕色时,加入大分子单体、甲基烯丙基磺酸钠和剩余的水,搅拌反应2~3h;继续升温至70~80℃,搅拌反应3~4h,冷却至室温,得到高分子混凝土发泡剂。
所述催化剂为氢氧化钾,所述氢氧化钾用量为反应体系重量的0.6%。
本发明的有益效果是:
(1)、产品性能稳定、发泡倍数大、泡沫稳定性高,可直接作为混凝土发泡剂使用,不需要复配其他发泡类物质;
(2)、水溶性好,液态、均相无分层,不易变质;
(3)、该发泡剂与其他混凝土外加剂相容性好,产生的泡沫均匀、细腻,制备的泡沫混凝土强度高,隔热性能良好;
(4)、本发明发泡剂的合成所用原材料价格低,因此生产成本低,而且合成工艺较简单,综合效益高,应用前景广阔。
具体实施方式
本发明的制备过程分两步,第一步是大分子单体的合成,具体实施过程如下:在装有冷凝管、分水器、搅拌器、温度计的反应容器中加入80g月桂酸和16.26g乙醇胺,通入N2保护,开启搅拌器,加热升温至120℃,搅拌反应4h;之后降温至100℃,加入0.62g KOH作为催化剂,然后迅速加入剩余的8.14g乙醇胺,升温至110℃,搅拌反应3h后再升温至120℃,加入43.12g马来酸酐,搅拌反应4h,冷却至室温,得到带有双键的大分子单体。
第二步高分子混凝土发泡剂的制备
实施例1
在装有冷凝管、温度计和搅拌器的反应容器中加入5.4g亚硫酸钠、3.8g丙酮和19.3g水,开启搅拌器,加热至温度为50℃,搅拌反应30min;升温至60℃,逐滴加入10.5g质量百分比浓度为37%的甲醛溶液,当反应容器中的溶液变为红棕色时,加入15.6g大分子单体、3.6g甲基烯丙基磺酸钠和6.4g水,搅拌反应2h;继续升温至80℃,搅拌反应3h后,冷却至室温,得到高分子混凝土发泡剂。
实施例2
在装有冷凝管、温度计和搅拌器的反应容器中加入13.9g亚硫酸钠、9.7g丙酮和56.3g水,开启搅拌器,加热至温度为45℃,搅拌反应30min;升温至60℃,逐滴加入26.9g质量百分比浓度为37%的甲醛溶液,当反应容器中的溶液变为红棕色时,加入39.9g大分子单体、18.5g甲基烯丙基磺酸钠和18.7g水,搅拌反应2.5h;继续升温至75℃,搅拌反应3h后,冷却至室温,得到高分子混凝土发泡剂。
实施例3
在装有冷凝管、温度计和搅拌器的反应容器中加入3.1g亚硫酸钠、2.2g丙酮和14.3g水,开启搅拌器,加热至温度为40℃,搅拌反应30min;升温至60℃,逐滴加入6.1g质量百分比浓度为37%的甲醛溶液,当反应容器中的溶液变为红棕色时,加入9g大分子单体、6.3g甲基烯丙基磺酸钠和4.8g水,搅拌反应2h;继续升温至70℃,搅拌反应3.5h后,冷却至室温,得到高分子混凝土发泡剂。
实施例4
在装有冷凝管、温度计和搅拌器的反应容器中加入6.6g亚硫酸钠、4.6g丙酮和28.8g水,开启搅拌器,加热至温度为50℃,搅拌反应30min;升温至60℃,逐滴加入12.8g质量百分比浓度为37%的甲醛溶液,当反应容器中的溶液变为红棕色时,加入20g大分子单体、10.6g甲基烯丙基磺酸钠和9.6g水,反应2h;继续升温至70℃,搅拌反应4h后,冷却至室温,得到高分子混凝土发泡剂。
实施例5
在装有冷凝管、温度计和搅拌器的反应容器中加入8.32g亚硫酸钠、4.6g丙酮和29.3g水,开启搅拌器,加热至温度为50℃,搅拌反应30min;升温至60℃,逐滴加入12.8g质量百分比浓度为37%的甲醛溶液,当反应容器中的溶液变为红棕色时,加入24g大分子单体、5.5g甲基烯丙基磺酸钠和9.8g水,搅拌反应2h;继续升温至80℃,搅拌反应3h后,冷却至室温,得到高分子混凝土发泡剂。
实施例6
在装有冷凝管、温度计和搅拌器的反应容器中加入4.16g亚硫酸钠、4.6g丙酮和24g水,开启搅拌器,加热至温度为45℃,搅拌反应30min;升温至60℃,逐滴加入12.8g质量百分比浓度为37%的甲醛溶液,当反应容器中的溶液变为红棕色时,加入20g大分子单体、6.6g甲基烯丙基磺酸钠和8g水,搅拌反应3h;继续升温至80℃,搅拌反应3h后,冷却至室温,得到高分子混凝土发泡剂。
为了说明本发明的发泡剂在发泡性及泡沫稳定性等方面的性能,对上述实施例中合成的发泡剂进行发泡实验,根据行业标准JG/T266-2011《泡沫混凝土》中的试验方法及要求测定发泡剂的发泡倍数、泌水量和沉降距。发泡倍数、泌水量和沉降距的测定结果见表1。
表1各实施例发泡剂的发泡性能及泡沫稳定性能
  测试项目   实施例1   实施例2   实施例3   实施例4  实施例5   实施例6   X
  发泡倍数   32   28   29   25  27   24   22
  1h泌水量/ml   67   70.1   69.3   73.4  72   74.2   76.8
  1h沉降距/mm   5.8   6.2   6.0   6.9  6.4   7.1   8.3
注:X为某市售动物蛋白发泡剂
由表1的实验数据可以看出,与市售动物蛋白发泡剂相比,本发明的合成发泡剂的发泡倍数和泡沫稳定性都有不同程度的提高,说明该合成发泡剂具有较优的发泡性和稳泡性。
将本发明实施例合成的混凝土发泡剂应用于泡沫混凝土的制备,配料方案如下:42.5普通硅酸盐水泥325Kg,粉煤灰115Kg,硬脂酸钙3Kg,自制聚羧酸减水剂(40wt%)4.5Kg,聚丙烯纤维0.6Kg,硫酸钠3Kg,碳酸锂3Kg,水154Kg,泡沫45Kg。实验过程:先将普通硅酸盐水泥、粉煤灰、其他配料和水搅拌均匀;再按1:30的比例称取发泡剂和水,经发泡机发泡制取泡沫,最后称取泡沫,加入浆料中继续搅拌均匀,倒入模具中,待成型脱模后养护28d,得到发泡混凝土试块。根据GB/T5486-2008《无机硬质绝热制品试验方法》和GB/T10294-1988《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》分别测试发泡混凝土的干密度、抗压强度和导热系数。其中干密度和抗压强度的试件尺寸为100mm×100mm×100mm,测试导热系数的试件尺寸为300mm×300mm×50mm。测试的混凝土性能结果见表2。
表2泡沫混凝土物理性能
  测试项目   实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5   实施例6   X
  干密度/(Kg/m3   465   485   470   500   495   510   530
  28d抗压强度/MPa   1.33   1.45   1.38   1.52   1.49   1.56   1.24
  导热系数/[W/(m·℃)]   0.081   0.090   0.085   0.098   0.095   0.103   0.124
注:X为某市售动物蛋白发泡剂
由表2的结果可见,本发明产品制备的泡沫混凝土具有优异的物理性能。在相同的配料和实验条件下,与市售动物蛋白发泡剂制备的泡沫混凝土相比,用本发明发泡剂制备的泡沫混凝土的干密度减小20~65Kg/m3,28d抗压强度提高0.09~0.32MPa,导热系数减小0.021~0.043W/(m·℃)。

Claims (1)

1.一种高分子混凝土发泡剂的制备方法,其特征在于:由下述重量百分比的原料制成:
大分子单体21~26%
亚硫酸钠5~9%
丙酮4~6%
甲醛13~17%
甲基烯丙基磺酸钠5~14%
水39~42%
其中,大分子单体的化学式为
Figure FDA0000458998490000011
所述甲醛为质量百分比浓度为37%的甲醛溶液;
包括如下步骤:
(1)大分子单体的制备
在反应容器中加入月桂酸和2/3用量的乙醇胺,通入N2保护,进行搅拌反应,加热升温至115~120℃,搅拌反应4h;之后降温至100~105℃,加入催化剂,然后迅速加入剩余量的乙醇胺,升温至105~110℃,搅拌反应3h后再升温至115~120℃,加入马来酸酐,搅拌反应4h,冷却至室温,得到带有双键的大分子单体;其中,月桂酸、乙醇胺和马来酸酐的用量摩尔比为1:1:1.1;
(2)高分子混凝土发泡剂的制备
将亚硫酸钠、丙酮和3/4用量的水放入反应容器中,进行搅拌反应,加热至温度不超过50℃,搅拌反应30min;然后升温至60℃,逐滴加入甲醛溶液,当反应容器中的溶液变为红棕色时,加入大分子单体、甲基烯丙基磺酸钠和剩余的水,搅拌反应2~3h;继续升温至70~80℃,搅拌反应3~4h,冷却至室温,得到高分子混凝土发泡剂;
所述催化剂为氢氧化钾,所述氢氧化钾用量为反应体系重量的0.6%。
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