CN103351109A

CN103351109A - 一种复合型水泥发泡剂及其制备方法

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Publication number: CN103351109A
Application number: CN2013102928246A
Authority: CN
Inventors: 陈景; 甘戈金; 徐芬莲; 赵晚群; 王业江; 王凤玲; 王晶晶; 叶海艳
Original assignee: China Construction Ready Mixed Concrete Chengdu Co Ltd
Current assignee: China West Construction Southwest Co Ltd
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2033-07-12
Also published as: CN103351109B

Abstract

本发明公开了一种复合型水泥发泡剂及其制备方法，所述复合型水泥发泡剂包含以下组分，各组分质量百分比为：发泡剂母液70-81%，增强剂11.2-15.8%，固化剂7-11%，稳泡剂0.8-3.2%。本发明产品不仅发泡倍数大，泡沫稳定性高，与基材的相容性好，而且其原料易得，生产工艺简单，成本低廉，不易变质，具有显著的经济效益和社会效益。

Description

一种复合型水泥发泡剂及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种复合型水泥发泡剂及其制备方法。

背景技术

近年来，在国家大力倡导环保节能的现状下，泡沫混凝土以其优良的保温、隔音、耐火及抗冻性能越来越受到广大工程技术人员的青睐。发泡剂是生产泡沫混凝土的一个关键因素，它能在特定的条件下通过物理（压缩空气，高速搅拌等）方法处理生成大量均匀、稳定的泡沫，其性能的优劣将直接决定泡沫混凝土的质量。

水泥发泡剂的种类繁多，目前已经发展到第四代，具体情况为：

第一代是松香类发泡剂，这类发泡剂是以松香作为主要原料制成，与水泥的相容性好，但发泡倍数和泡沫稳定性较差，只适用于干密度大于700kg/m³的高密度泡沫混凝土。

第二代是合成类发泡剂，在各种合成类发泡剂中，阴离子型因发泡快且发泡倍数大而得到普遍运用。阴离子型表面活性剂种类繁多，但可用作发泡剂的仅有十几种，其中运用最多的是烷基苯磺酸盐类，但同许多合成表面活性剂类发泡剂一样，阴离子型发泡剂最大的缺陷是气泡的泡径较大，泡壁薄，从而导致了气泡的稳定性不好，因此，不适用于干密度低于500kg/m³的低密度泡沫混凝土。

第三代是蛋白质类发泡剂，这类发泡剂的发泡倍数和稳泡性能均较好，因此适用于各个密度等级的泡沫混凝土，但其对原材料稳定性要求高，且生产工艺复杂，因此，在国内并未得到广泛运用。

第四代是复合类发泡剂，这类发泡剂一般包括发泡组分和稳泡组分。发泡组分通常是一些发泡性能优良的表面活性类物质，如松香类、合成类和蛋白类发泡剂，稳泡组分则通过增加溶液的黏度延缓膜壁的排液来增强泡沫的稳定性，一般为一些胶类物质。目前比较普遍的复合方法主要有互补法、协同法、增效法和增加功能法。该类型发泡剂质量参差不齐，且价格昂贵，不利于推广与生产应用。

市场上可供选择的性能稳定的、适用范围广，适合泡沫混凝土大规模生产应用的水泥发泡剂品种较少。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种复合型水泥发泡剂及其制备方法，它具有发泡倍数大，泡沫稳定性高，吸水率低，隔热性能良好，抗压强度值完全满足相应等级泡沫混凝土要求等特点。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种复合型水泥发泡剂，所述的水泥发泡剂由发泡剂母液、增强剂、固化剂和稳泡剂复合而成，各组分的质量百分比为：发泡剂母液70-81%，增强剂11.2-15.8%，固化剂7-11%，稳泡剂0.8-3.2%。

按上述方案，所述发泡剂母液包含以下组分在常温下混合搅拌均匀制得，各组分的质量百分比为：茶皂素2-4%，N-月桂酰-L-谷氨酸钠8-12%，水84-90%。

所述的N-月桂酰-L-谷氨酸钠的制备方法是：按照质量百分比为30%的谷氨酸，28%的碳酸钠和42%的水混合于反应釜中加热溶解，采用冰水浴降温至0℃，再向其中加入20%的月桂酰氯和碳酸钠溶液，控制反应体系的pH为8-9，升温至25℃左右，恒温搅拌2h，待反应结束后，用浓盐酸酸化反应物的pH至1-2，产物经蒸馏水洗涤，石油醚萃取、抽滤、烘干，再用氢氧化钠溶液中和至pH为7，抽滤，所得白色粉末状固体即为N-月桂酰-L-谷氨酸钠。

按上述方案，所述的增强剂中各组分的质量百分比为：十二烷基硫酸钠 0-100%，十二烷基苯磺酸钠 0-100%，十二烷基磺酸钠0-40%，各组分之和为100%。

按上述方案，所述的固化剂中各组分的质量百分比为：碳酸锂0-100%，氯化钙0-50%，硫酸钠0-50%，各组分之和为100%。

按上述方案，所述稳泡剂中各组分的质量百分比为：明胶0-50%，聚丙烯酰胺0-100%，聚乙烯醇0-100%，羟乙基纤维素0-70%，脂肪酸甲醇酰胺0-80%，羟甲基纤维素钠0-70%，各组分之和为100%。

本发明所述复合型水泥发泡剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）配制发泡剂母液：按照发泡剂母液的各组分质量百分比为：茶皂素2-4%，N-月桂酰-L-谷氨酸钠8-12%，水84-90%，将茶皂素，N-月桂酰-L-谷氨酸钠加入到常温水中搅拌2-3min直至全部溶解制成母液；

（2）按照所述的水泥发泡剂的各组分的质量百分比为：发泡剂母液70-81%，增强剂11.2-15.8%，固化剂7-11%，稳泡剂0.8-3.2%，向发泡剂母液中逐次加入增强剂、固化剂和稳泡剂，在40-50℃下加热搅拌均匀，即可得到所述复合型水泥发泡剂。

本发明中，发泡剂母液由茶皂素与N-月桂酰-L-谷氨酸钠复配而成，N-月桂酰-L-谷氨酸钠是一种氨基酸表面活性剂，本身具有较好的发泡性能，加入非离子型表面活性剂茶皂素后，其自身的表面活性基团与茶皂素分子结合，在增大分子量的同时，也进一步增强了其疏水性，使其分子在气-液界面上更容易分散，促使了泡沫的形成和稳定；加入所述增强剂到发泡剂母液中后，其阳离子表面活性基团与增强剂上的阴离子表面活性基团产生强烈的静电作用，增加了阴阳离子在界面上的吸附量，提高了发泡剂的发泡倍数。同时，二者在液膜间的粘度增加，提高了泡沫的稳定性，而且由于母液的pH值为5-6，呈弱酸性，酸碱度与人体皮肤基本一致，因此与皮肤的触感舒适柔润，能够有效防止十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠等药品对皮肤的刺激作用，提高泡沫的耐硬水性；所述固化剂复合添加到发泡剂中后，可显著缩短胶材的凝结时间，起速凝早强的作用，可有效防止泡沫混凝土制品在凝结硬化过程中发生坍塌。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

（1）原料易得，生产工艺简单，成本低廉，有效期达到半年以上。

（2）成品的综合性能优良，发泡倍数达到40倍以上，泡沫稳定性好，1h沉陷距为4-7mm，1h泌水量为12-18ml，大幅优于JG/T 266-2011《泡沫混凝土》的要求值；气泡尺寸细密均匀，与基材的相容性好。

（3）适用于干密度为300kg/m³及其以上各种密度的泡沫混凝土，制得的各等级泡沫混凝土体积稳定性能好，吸水率低，隔热性能良好，强度值完全满足JG/T 266-2011《泡沫混凝土》的要求值。

具体实施方式

一种复合型水泥发泡剂，由发泡剂母液、增强剂、固化剂和稳泡剂复合而成，具体配方如表1，各原料组分均能从市场上购买获得，当然采用相应制备方法获得原料组分也可以。

所述N-月桂酰-L-谷氨酸钠的制备方法是：按照质量百分比为30%的谷氨酸，28%的碳酸钠和42%的水混合于反应釜中加热溶解，采用冰水浴降温至0℃，再向其中加入20%的月桂酰氯和碳酸钠溶液，控制反应体系的pH为8-9，升温至25℃左右，恒温搅拌2h，待反应结束后，用浓盐酸酸化反应物的pH至1-2，产物经蒸馏水洗涤，石油醚萃取、抽滤、烘干，再用氢氧化钠溶液中和至pH为7，抽滤，所得白色粉末状固体即为N-月桂酰-L-谷氨酸钠。

表1 复合型水泥发泡剂的配比（以质量百分比计）

Figure 2013102928246100002DEST_PATH_IMAGE002

为了更好地理解本发明，下面结合具体实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1-10

实施例1-10所述复合型水泥发泡剂，由发泡剂母液、增强剂、固化剂和稳泡剂复合而成，各组分的质量百分比为见表2。

实施例1-10所述复合型水泥发泡剂的制备方法，按照所述原料的质量百分比，将茶皂素，N-月桂酰-L-谷氨酸钠加入到常温水中搅拌2-3min直至全部溶解制成母液，再逐次加入增强剂、固化剂和稳泡剂，在45℃下加热搅拌均匀，即可得到复合型水泥发泡剂。

表2 复合型水泥发泡剂实施例1-10的配比（以质量百分比计）

Figure 2013102928246100002DEST_PATH_IMAGE004

为更好地说明本发明的实施效果，选择市售发泡剂进行对比试验：FM0是国内某知名品牌水泥发泡剂（HTW-1型复合发泡剂）；FM1-FM10是实施例1-10配制出的复合型水泥发泡剂。

泡沫混凝土一般作为非承重结构的保温隔热材料或是回填材料使用，在工程实际中一般设计使用干密度为300~800kg/m³的泡沫混凝土，更高密度的泡沫混凝土在保温隔热性能与施工性能方面都有较大幅度的下降。因此，以干密度为300kg/m³和800kg/m³的泡沫混凝土为例，对比本发明和市售发泡剂的性能。但是，本发明同样是可以在干密度为900kg/m³及其以上高密度的泡沫混凝土中使用的。

具体效果测试方法如下：首先在搅拌锅中加入适量水，再加入32.5级普通硅酸盐水泥，水灰比（水与水泥的比例）以控制水泥浆体的流动度为155±5mm为宜，在开始搅拌的同时，采用空气压缩发泡机制备适量泡沫，采用边搅拌边加入的方式制备干密度为300kg/m³和800kg/m³的泡沫混凝土，制成后立即注入模具中，固化成型后拆模。各个泡沫混凝土的性能检测结果如表3所示。

表3 FM0-FM10水泥发泡剂制备的泡沫混凝土性能对比试验结果

Figure 2013102928246100002DEST_PATH_IMAGE005

由表3的结果可知，本发明所述复合型水泥发泡剂的发泡倍数达到40倍以上，泡沫的稳定性好，1h沉陷距为4-7mm，1h泌水量为12-18ml，大幅优于JG/T 266-2011《泡沫混凝土》的要求值（发泡倍数＞20，1h沉陷距＜10mm，1h泌水量＜80ml），制备的泡沫混凝土具有优异的物理性能与力学性能。

在对比试验的过程中，经观察，与FM0相比，本发明发泡后，气泡的尺寸细密均匀，与基材的相容性更好。

在相同配比的条件下，相较国内某知名品牌水泥发泡剂FM0制备的泡沫混凝土，其抗压强度更高，导热系数更低，因此，本发明所述复合型水泥发泡剂适用于300kg/m³及其以上各种密度等级的泡沫混凝土，制得的各等级泡沫混凝土体积稳定性能好，吸水率低，隔热性能良好，强度值完全满足JG/T 266-2011《泡沫混凝土》的要求值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本发明所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种复合型水泥发泡剂，其特征在于它由发泡剂母液、增强剂、固化剂和稳泡剂复合而成，各组分的质量百分比为：发泡剂母液70-81%，增强剂11.2-15.8%，固化剂7-11%，稳泡剂0.8-3.2%。

2.根据权利要求1所述的一种复合型水泥发泡剂，其特征在于所述发泡剂母液包含以下组分在常温下混合搅拌均匀制得，各组分的质量百分比为：茶皂素2-4%，N-月桂酰-L-谷氨酸钠8-12%，水84-90%。

3.根据权利要求1所述的一种复合型水泥发泡剂，其特征在于所述N-月桂酰-L-谷氨酸钠的制备方法是：按照质量百分比为30%的谷氨酸，28%的碳酸钠和42%的水混合于反应釜中加热溶解，采用冰水浴降温至0℃，再向其中加入20%的月桂酰氯和碳酸钠溶液，控制反应体系的pH为8-9，升温至25℃左右，恒温搅拌2h，待反应结束后，用浓盐酸酸化反应物的pH至1-2，产物经蒸馏水洗涤，石油醚萃取、抽滤、烘干，再用氢氧化钠溶液中和至pH为7，抽滤，所得白色粉末状固体即为N-月桂酰-L-谷氨酸钠。

4.根据权利要求1所述的一种复合型水泥发泡剂，其特征在于所述增强剂中各组分的质量百分比为：十二烷基硫酸钠0-100%，十二烷基苯磺酸钠0-100%，十二烷基磺酸钠0-40%，各组分之和为100%。

5.根据权利要求1所述的一种复合型水泥发泡剂，其特征在于所述的固化剂中各组分的质量百分比为：碳酸锂0-100%，氯化钙0-50%，硫酸钠0-50%，各组分之和为100%。

6.根据权利要求1所述的一种复合型水泥发泡剂，其特征在于所述稳泡剂中各组分的质量百分比为：明胶0-50%，聚丙烯酰胺0-100%，聚乙烯醇0-100%，羟乙基纤维素0-70%，脂肪酸甲醇酰胺0-80%，羟甲基纤维素钠0-70%，各组分之和为100%。

7.权利要求1所述的复合型水泥发泡剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的复合型水泥发泡剂的制备方法，其特征在于所述增强剂中各组分的质量百分比为：十二烷基硫酸钠0-100%，十二烷基苯磺酸钠0-100%，十二烷基磺酸钠0-40%，各组分之和为100%。

9.根据权利要求7所述的复合型水泥发泡剂的制备方法，其特征在于所述的固化剂中各组分的质量百分比为：碳酸锂0-100%，氯化钙0-50%，硫酸钠0-50%，各组分之和为100%。

10.根据权利要求7所述的复合型水泥发泡剂的制备方法，其特征在于所述稳泡剂中各组分的质量百分比为：明胶0-50%，聚丙烯酰胺0-100%，聚乙烯醇0-100%，羟乙基纤维素0-70%，脂肪酸甲醇酰胺0-80%，羟甲基纤维素钠0-70%，各组分之和为100%。