CN108129059A - 一种蛋白质基水泥发泡剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蛋白质基水泥发泡剂及其制备方法，属于混凝土技术领域。本发明通过提取城市污泥和米糠中的蛋白质，利用月桂酰氯对蛋白质进行接枝改性引入疏水基团，将脂肪长碳链逐渐接枝到蛋白质分子链上，以增强其表面活性和提高发泡高度，改善润湿能力和泡沫高度，添加到水泥浆料中，可以起到减水剂的作用，增大浆料的和易性，降低产品的绝干密度，制备更加优良的泡沫混凝土建材，同时通过十二醇与十二烷基苯磺酸钠复配使得发泡倍数与泡沫稳定性大幅度提高，所得的蛋白质基水泥发泡剂发泡倍数大，泡沫稳定性好、泡沫细腻、气泡分布均匀。

Description

一种蛋白质基水泥发泡剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种蛋白质基水泥发泡剂及其制备方法，属于混凝土技术领域。

背景技术

无论是我们的日常生活还是工业生产中，都会用到大量的各式各样的泡沫制品，使用这些泡沫制品可以达到隔热、隔音、轻质化、增加弹力、减震等目的。这些泡沫制品性能一定程度上得益于发泡剂的选择。

发泡剂又被人叫做起泡剂，既能使液体的表面张力降低，同时，又具有比较好的成泡性能。发泡剂在一定条件下能在流体内部如水泥浆体、沥青、石膏浆体等形成封闭的泡孔，进而改善其性能。用发泡剂的制备泡沫时，按照形成气孔方式的差异，发泡剂又包括物理类发泡剂、化学类发泡剂以及表面活性剂类发泡剂。物理类发泡剂是由于本身物态的变化而达到发泡目的；化学类发泡剂是由于发生化学变化生成气体而达到发泡目的；表面活性剂类的发泡剂在搅拌过程中由于液体表面张力的降低进而起泡形成微孔泡沫。

发泡剂因其良好的性能，在工业上使用广泛。在食品方面，充气糖果、蛋糕等常用卵蛋白和明胶作为发泡剂。在日化方面，牙膏中常用月桂基硫酸钠做发泡剂；洗衣液中通常使用发泡剂产生泡沫的数量来衡量其性能。在塑料方面，通过异氰酸酯和水反应产生气体，或者氟氯烃气化发泡，制成聚氨酯泡沫塑料，因其具有低导热率、质轻等优点，被广泛用作保温隔热材料；利用发泡剂于聚苯乙烯中发泡，制得轻质塑料板用于建筑物的保温和隔热，其特点是密度小、抗震能力强、保温能力强、工程造价低等。在材料方面，利用蛋白发泡剂制备发泡陶瓷，由于其具有较大的比表面积、较低的密度、良好的化学稳定性、热稳定性以及尺寸稳定性等优点，其在过滤、吸能、恒温、医用材料等方面应用十分广泛。在建筑方面，建筑能耗一直居高不下，建筑节能越来越受重视，有机保温材料由于耐久性较差、强度降低、易燃、容易产生毒烟造成人员伤亡，因而其在建筑方面的使用受到限制；使用蛋白发泡剂制成的泡沫混凝土具有吸声吸能、保温隔热、耐火抗震、易于浇灌成型、与墙体粘接性的优点，其在建筑方面的应用越来越广泛。

人们一直致力于蛋白型发泡剂的研究，其应用效果十分显著，其技术以及检测标准逐渐完善。但是，目前常用的蛋白型发泡剂质量低、功能少、稳泡能力较差，生产成本较高，不利于其在工业上的应用，因此还需有待改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对目前常用的蛋白型发泡剂质量低、功能少、稳泡能力较差，生产成本较高，不利于其在工业上的应用的问题，提供了一种蛋白质基水泥发泡剂及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种蛋白质基水泥发泡剂，其特征在于，所述发泡剂包括下述重量份原料：

50～100份蛋白基表面活性剂，0.6～1.2份十二醇，5～10份三乙醇胺，1～2份阿拉伯胶，8～16份烷基苯磺酸盐，1000～2000份去离子水。

所述蛋白基表面活性剂为蛋白水解液与月桂酰氯接枝改性，再用盐酸调节pH至1～2，静置1～2h后离心分离，用石油醚萃取干燥制得。

所述蛋白水解液为厌氧消化污泥脱水后的预处理污泥与米糠粉末复配，经复合酶在50～60℃下水解2～3h，再用氢氧化钠溶液调节pH至12～13，在80～90℃下水解2～3h制得。

所述预处理污泥与米糠粉末的重量份为500～1000份预处理污泥，100～200份米糠粉末。

所述复合酶为戊聚糖酶、碱性蛋白酶、木瓜水解酶按质量比1:1:12混合，所述复合酶用量为预处理污泥与米糠粉末质量的1%。

所述接枝改性过程为加热至70～80℃搅拌反应5～6h。

所述月桂酰氯用量为米糠粉末质量的10%。

所述的一种蛋白质基水泥发泡剂的制备方法具体步骤为：

（1）将米糠装入粉碎机中粉碎，过100目筛，得米糠粉末；

（2）将厌氧消化污泥装入压滤机中脱水至含水率为50～70%，得预处理污泥；

（3）将预处理污泥、米糠粉末，加入去离子水中搅拌均匀，并调节pH至7.0～7.5，再加入复合酶水解，水解完毕后离心分离，得蛋白水解液；

（4）向蛋白水解液中加入月桂酰氯，并加热至70～80℃搅拌反应5～6h，再用盐酸调节pH至1～2，静置1～2h后离心分离15～20min，得沉淀；

（5）用石油醚萃取沉淀后干燥，得蛋白基表面活性剂；

（6）将蛋白基表面活性剂、去离子水、十二醇、三乙醇胺、阿拉伯胶、烷基苯磺酸盐搅拌10～15min，得蛋白质基水泥发泡剂。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明通过提取城市污泥和米糠中的蛋白质制备蛋白基水泥发泡剂，不仅可以有效地解决城市污泥环境污染问题和米糠中蛋白物质浪费的问题，而且还可解决蛋白质型发泡剂成本过高的问题；

（2）本发明复配制得了一种蛋白质基水泥发泡剂，通过十二醇与十二烷基苯磺酸钠复配使得发泡倍数与泡沫稳定性大幅度提高，所得的蛋白质基水泥发泡剂发泡倍数大，泡沫稳定性好、泡沫细腻、气泡分布均匀；

（3）本发明利用月桂酰氯对蛋白质进行接枝改性引入疏水基团，将脂肪长碳链逐渐接枝到蛋白质分子链上，以增强其表面活性和提高发泡高度，改善润湿能力和泡沫高度，添加到水泥浆料中，可以起到减水剂的作用，增大浆料的和易性，降低产品的绝干密度，制备更加优良的泡沫混凝土建材。

具体实施方式

将米糠装入粉碎机中粉碎，过100目筛，得米糠粉末，将厌氧消化污泥装入压滤机中脱水至含水率为50～70%，得预处理污泥，取500～1000g预处理污泥，100～200g米糠粉末，加入10～20L去离子水中，以200～300r/min搅拌20～30min，加入氢氧化钠溶液调节pH至7.0～7.5，再加入6～12g复合酶，在50～60℃下水解2～3h，再加入氢氧化钠溶液调节pH至12～13，在80～90℃下水解2～3h，水解完毕后置于离心机中，以4000～6000r/min离心分离15～20min，取上清液得蛋白水解液，向蛋白水解液中加入10～20g月桂酰氯，并加热至70～80℃，以300～400r/min搅拌反应5～6h，再用盐酸调节pH至1～2，静置1～2h后置于置于离心机中，以4000～6000r/min离心分离15～20min，得沉淀，用石油醚萃取沉淀2～3次后置于干燥箱中，在60～70℃下干燥10～12h，得蛋白基表面活性剂，取50～100g蛋白基表面活性剂，加入1～2L去离子水中，以300～400r/min搅拌20～30min，再加入0.6～1.2g十二醇，5～10g三乙醇胺，1～2g阿拉伯胶，8～16g烷基苯磺酸盐，继续搅拌10～15min，得蛋白质基水泥发泡剂。

实例1

将米糠装入粉碎机中粉碎，过100目筛，得米糠粉末，将厌氧消化污泥装入压滤机中脱水至含水率为50%，得预处理污泥，取500g预处理污泥，100g米糠粉末，加入10L去离子水中，以200r/min搅拌20min，加入氢氧化钠溶液调节pH至7.0，再加入6g复合酶，在50℃下水解2h，再加入氢氧化钠溶液调节pH至12，在80℃下水解2h，水解完毕后置于离心机中，以4000r/min离心分离15min，取上清液得蛋白水解液，向蛋白水解液中加入10g月桂酰氯，并加热至70℃，以300r/min搅拌反应5h，再用盐酸调节pH至1，静置1h后置于置于离心机中，以4000r/min离心分离15min，得沉淀，用石油醚萃取沉淀2次后置于干燥箱中，在60℃下干燥10h，得蛋白基表面活性剂，取50g蛋白基表面活性剂，加入1L去离子水中，以300r/min搅拌20min，再加入0.6g十二醇，5g三乙醇胺，1g阿拉伯胶，8g烷基苯磺酸盐，继续搅拌10min，得蛋白质基水泥发泡剂。

实例2

将米糠装入粉碎机中粉碎，过100目筛，得米糠粉末，将厌氧消化污泥装入压滤机中脱水至含水率为60%，得预处理污泥，取750g预处理污泥，150g米糠粉末，加入15L去离子水中，以250r/min搅拌25min，加入氢氧化钠溶液调节pH至7.2，再加入9g复合酶，在55℃下水解2h，再加入氢氧化钠溶液调节pH至12，在85℃下水解2h，水解完毕后置于离心机中，以5000r/min离心分离18min，取上清液得蛋白水解液，向蛋白水解液中加入15g月桂酰氯，并加热至75℃，以350r/min搅拌反应5h，再用盐酸调节pH至1，静置1h后置于置于离心机中，以5000r/min离心分离18min，得沉淀，用石油醚萃取沉淀2次后置于干燥箱中，在65℃下干燥11h，得蛋白基表面活性剂，取75g蛋白基表面活性剂，加入1L去离子水中，以350r/min搅拌25min，再加入0.8g十二醇，7g三乙醇胺，1g阿拉伯胶，14g烷基苯磺酸盐，继续搅拌12min，得蛋白质基水泥发泡剂。

实例3

将米糠装入粉碎机中粉碎，过100目筛，得米糠粉末，将厌氧消化污泥装入压滤机中脱水至含水率为70%，得预处理污泥，取1000g预处理污泥，200g米糠粉末，加入20L去离子水中，以300r/min搅拌30min，加入氢氧化钠溶液调节pH至7.5，再加入12g复合酶，在60℃下水解3h，再加入氢氧化钠溶液调节pH至13，在90℃下水解3h，水解完毕后置于离心机中，以6000r/min离心分离20min，取上清液得蛋白水解液，向蛋白水解液中加入20g月桂酰氯，并加热至80℃，以400r/min搅拌反应6h，再用盐酸调节pH至2，静置2h后置于置于离心机中，以6000r/min离心分离20min，得沉淀，用石油醚萃取沉淀3次后置于干燥箱中，在70℃下干燥12h，得蛋白基表面活性剂，取100g蛋白基表面活性剂，加入2L去离子水中，以400r/min搅拌30min，再加入1.2g十二醇，10g三乙醇胺，2g阿拉伯胶，16g烷基苯磺酸盐，继续搅拌15min，得蛋白质基水泥发泡剂。

对照例：东莞某有限公司生产的发泡剂。

将实例及对照例的发泡剂进行检测，具体检测如下：

发泡倍数的测定：参照中华人民共和国建材行业标准《JC/T2199-2013泡沫混凝土用泡沫剂》对发泡倍数、泌水率、沉陷距的测定要求，测定蛋白型发泡剂的泡沫性能。将制备好的发泡剂利用发泡机发泡，发泡机出来的泡沫稳定后，用不锈钢容器取样，将试样在30s内装满容器，并刮平泡沫，称其质量。平行测定三次，求平均值。

1h泌水率的测定：将制备好的发泡剂利用发泡机发泡，发泡机出来的泡沫稳定后，用不锈钢容器取样，在30s内把泡沫装满容器，并把泡沫抹平，1h后用纱布封闭不锈钢容器，倒出其内部的液体于容器中，测定倒出的液体的质量。平行测定三次，求平均值。

1h沉降距的测定：将制备好的发泡剂利用发泡机发泡，发泡机出来的泡沫稳定后，用不锈钢容器取样，30s内把泡沫加满容器，并刮平泡沫，1h后用刻度尺测量泡沫下降的高度，重复测定三次，取平均值，即泡沫的1h沉降距H_1h。

具体检测结果如表1。

表1

检测项目	实例1	实例2	实例3	对照例
					发泡倍数	35.83	32.96	33.79	27.72
1h泌水率%	55.93	53.99	50.12	71.52
					1h沉降距mm	10	18	20	36

由表1可知，本发明制备的发泡剂发泡性能优良，满足行业标准对发泡倍数的要求，符合中华人民共和国建材行业标准并且达到一等品的标准。

Claims (8)

1.一种蛋白质基水泥发泡剂，其特征在于，所述发泡剂包括下述重量份原料：

50～100份蛋白基表面活性剂，0.6～1.2份十二醇，5～10份三乙醇胺，1～2份阿拉伯胶，8～16份烷基苯磺酸盐，1000～2000份去离子水。

2.如权利要求1所述的一种蛋白质基水泥发泡剂，其特征在于：所述蛋白基表面活性剂为蛋白水解液与月桂酰氯接枝改性，再用盐酸调节pH至1～2，静置1～2h后离心分离，用石油醚萃取干燥制得。

3.如权利要求2所述的一种蛋白质基水泥发泡剂，其特征在于：所述蛋白水解液为厌氧消化污泥脱水后的预处理污泥与米糠粉末复配，经复合酶在50～60℃下水解2～3h，再用氢氧化钠溶液调节pH至12～13，在80～90℃下水解2～3h制得。

4.如权利要求3所述的一种蛋白质基水泥发泡剂，其特征在于：所述预处理污泥与米糠粉末的重量份为500～1000份预处理污泥，100～200份米糠粉末。

5.如权利要求3所述的一种蛋白质基水泥发泡剂，其特征在于，所述复合酶为戊聚糖酶、碱性蛋白酶、木瓜水解酶按质量比1:1:12混合，所述复合酶用量为预处理污泥与米糠粉末质量的1%。

6.如权利要求2所述的一种蛋白质基水泥发泡剂，其特征在于：所述接枝改性过程为加热至70～80℃搅拌反应5～6h。

7.如权利要求2所述的一种蛋白质基水泥发泡剂，其特征在于：所述月桂酰氯用量为米糠粉末质量的10%。

8.如权利要求1～7任意一项所述的一种蛋白质基水泥发泡剂的制备方法，其特征在于，具体步骤为：

（1）将米糠装入粉碎机中粉碎，过100目筛，得米糠粉末；

（2）将厌氧消化污泥装入压滤机中脱水至含水率为50～70%，得预处理污泥；

（3）将预处理污泥、米糠粉末，加入去离子水中搅拌均匀，并调节pH至7.0～7.5，再加入复合酶水解，水解完毕后离心分离，得蛋白水解液；

（4）向蛋白水解液中加入月桂酰氯，并加热至70～80℃搅拌反应5～6h，再用盐酸调节pH至1～2，静置1～2h后离心分离15～20min，得沉淀；

（5）用石油醚萃取沉淀后干燥，得蛋白基表面活性剂；

（6）将蛋白基表面活性剂、去离子水、十二醇、三乙醇胺、阿拉伯胶、烷基苯磺酸盐搅拌10～15min，得蛋白质基水泥发泡剂。