CN113896450A - 一种用于制备水泥基泡沫材料的粉体发泡剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于制备水泥基泡沫材料的粉体发泡剂，按照质量百分比由以下原料组成：α‑烯基磺酸钠40.0％‑50.0％，羟丙基甲基纤维素醚25.0％‑45.0％，十二醇10.0％‑12.5％，聚羧酸减水剂5.0％‑12.5％，以上各原料质量百分比之和为100％。本发明还提供了上述发泡剂的制备方法。本发明发泡剂制备工艺简单，成本低，并且具有存储及运输方便优势，最重要的是，本发明发泡剂泡沫稳定性高，发泡倍数强，是非常适用于制备水泥基泡沫材料的高性能发泡剂。

Description

一种用于制备水泥基泡沫材料的粉体发泡剂及其制备方法

技术领域

本发明属于土木工程材料技术领域，具体涉及一种用于制备水泥基泡沫材料的粉体发泡剂，本发明还涉及上述发泡剂的制备方法。

背景技术

随着国家对建筑节能和消防安全要求的不断提高，高性能无机保温材料的研究与应用获得了广阔的空间。其中，轻质水泥基泡沫保温材料，因具有优异的不燃烧性能和良好的绝热性能，在建筑节能工程中受到了前所未有的青睐，被广泛应用于围护结构保温隔热及室内轻质隔墙。轻质水泥基泡沫保温材料是以水泥为基料，内部含有大量孔径细小、分布均匀、形状呈球形且封闭独立孔隙的轻质保温材料。

发泡剂对水泥基泡沫材料的性能具有重要影响作用，一款性能优异的发泡剂不仅要具有较高的发泡倍数，而且所发出的泡沫要均匀细密，同时具备良好的稳定性。虽然，目前市场上可用于制备水泥基泡沫材料的发泡剂种类较多，但是就发泡剂的泡沫稳定性和发泡倍数等综合性能而言，尚存在诸多问题。

文献1《混凝土发泡剂的泡沫稳定性研究》(王翠花，潘志华，化学建材，2006(03)：47-50)公开了一种由烷基苯磺酸盐表面活性物质和动物蛋白进行复配制备而成的发泡剂。该蛋白类发泡剂制备的泡沫相对比较稳定，泡沫稳定时间可达3h以上，但其发泡能力较弱，发泡倍数仅为16.7。文献2《蛋白混凝土发泡剂》(四川省，西南科技大学，2018-01-01)中公开了几种动物蛋白混凝土发泡剂PG-1、植物蛋白混凝土发泡剂PG-2、酵母菌体蛋白混凝土发泡剂PG-3。上述发泡剂所用蛋白质材料属于天然绿色环保材料，发泡剂性能相对稳定，但是发泡倍数低于20。文献3《明胶基发泡剂的合成与性能》(杜杰，黎冰，马文昊，202004170328[J/OL]，精细化工：1-8)以碱性蛋白酶催化水解明胶制备了发泡剂母液，并与十二烷基苯磺酸钠(LAS-30)和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)复配，制得明胶基发泡剂。该发泡剂的发泡倍数可达80以上，但发泡剂的消泡率却达到了50％以上。

发泡剂是影响水泥基泡沫材料性能的关键要素，特别是对于超轻水泥基泡沫保温材料(表观密度小于300kg/m³)而言，泡沫稳定性及发泡倍数的综合性能提升，目前仍然是发泡剂技术发展中亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于制备水泥基泡沫材料的粉体发泡剂，解决了现有发泡剂泡沫稳定性及发泡倍数综合性能差的问题，为水泥基泡沫材料的发展提供发泡剂技术支撑。

本发明的另一个目的是提供上述发泡剂的制备方法。

本发明所采用的技术方案是：一种用于制备水泥基泡沫材料的粉体发泡剂，按照质量百分比由以下原料组成：α-烯基磺酸钠40.0％-50.0％，羟丙基甲基纤维素醚25.0％-45.0％，十二醇10.0％-12.5％，聚羧酸减水剂5.0％-12.5％，以上各原料质量百分比之和为100％。

本发明所采用的另一种技术方案是，一种用于制备水泥基泡沫材料的粉体发泡剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、原材料称量、准备

在室温条件下，按质量百分比分别称取如下原料：

α-烯基磺酸钠40.0％-50.0％，羟丙基甲基纤维素醚25.0％-45.0％，十二醇10.0％-12.5％，聚羧酸减水剂5.0％-12.5％，以上各原料质量百分比之和为100％；

步骤2、发泡剂的制备

将步骤1称量好的α-烯基磺酸钠、羟丙基甲基纤维素醚和聚羧酸减水剂倒入搅拌机中，在一定转速下搅拌2-3min，接着，继续在此转速下，将步骤1称量好的十二醇匀速倒入搅拌机内再搅拌3-5min，得到粉体发泡剂。

上述步骤2中的转速为145转/分钟。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的粉体发泡剂制备工艺简单、成本低，并且具有存储及运输方便优势，在使用时只需按比例加水混合均匀即可得到发泡液，发泡液适于空压发泡机发泡，具有使用方便、发泡效率高的优点；

(2)本发明的粉体发泡剂所制备出的泡沫具有发泡倍数适中、泡沫稳定性高、泡沫均匀细腻、泡沫弹性好、泡沫液膜韧性高且与水泥浆体亲和性好等特点，发泡倍数大于25，30min的泌水量为0ml，30min的沉降距为0mm；

(3)本发明的粉体发泡剂在制备和使用过程中无污染，环境友好。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的粉体发泡剂，按照质量百分比由以下原料组成：α-烯基磺酸钠40.0％-50.0％，羟丙基甲基纤维素醚25.0％-45.0％，十二醇10.0％-12.5％，聚羧酸减水剂5.0％-12.5％，以上各原料质量百分比之和为100％。

本发明所用α-烯基磺酸钠具有发泡能力好、泡沫细密、成本低等优点，但是单独由α-烯基磺酸钠制备出的泡沫，稳定性较差，通常1小时候泡沫破裂消损50％以上。因此，为获得高稳定性的泡沫，需要引入稳泡组份，进行泡沫稳定性增强的技术设计。

十二醇是一种有机化合物，化学式是C₁₂H₂₆O，属于改变泡沫上表面活性剂分子排序的稳泡剂。十二醇存在最优掺量，在十二醇掺入量过少时，改性效果不明显。这是由于少量的十二醇分子溶于发泡剂中后，泡沫液膜对其吸附的量过少，尽管有十二醇分子插入液膜内，但因数量少而对泡沫液膜内分子的排列基本没有影响，从而未能增强泡沫的稳定性。而当继续提高十二醇浓度后，足量的十二醇分子被吸附于泡沫液膜内并插入表面活性剂分子间，从而显著地加强液膜的强度，而且十二醇分子的羟基可以和α-烯基磺酸钠分子间形成氢键，加强泡沫液膜的黏性，提高液膜弹性，使泡沫半衰期成倍数的增长。当十二醇浓度继续提高，泡沫半衰期基本保持不变，这是因为此时溶液中的十二醇分子已经过量，由于泡沫液膜的界面面积原因，液膜对其吸附量有一定的限度而已处于饱和状态，因此泡沫半衰期不再随十二醇浓度的提高而增长。

为进一步提高泡沫的稳定性，需要在表面活性剂分子排序改善的基础上增加泡沫壁厚。羟丙基甲基纤维素醚为高分子聚合物，当溶于发泡剂中，可以提高溶液的黏性，使泡沫液膜厚度增加，增强泡沫抵抗重力作用的能力，从而使泡沫半衰期出现增长趋势。但羟丙基甲基纤维素醚的掺量过多后，会导致溶液的黏度过大，使空气难以进入发泡剂溶液中进行发泡，从而造成发泡剂的发泡能力会出现较大降低。

本发明的发泡剂是应用于制备水泥基泡沫材料的，因此不仅要求泡沫的结构性、均匀性、稳定性好，还要能够与水泥浆体具有良好的亲和力。因此，在本发明中进一步引入了聚羧酸减水剂组份。聚羧酸减水剂分子链上的非极性端，会嵌入泡沫表层的分子间隙内，对泡沫液膜起到“销钉加固”作用。与此同时，聚羧酸减水剂分子的主链上接有许多个有一定长度和刚度的支链(侧链)，在主链上有能吸附水泥颗粒的磺酸盐或其它基团，并且一旦主链吸附水泥颗粒表面，支链会形成立体交叉，从而阻碍了颗粒相互接近，因此既能够与水泥颗粒形成紧密吸附状态又能使得水泥颗粒均匀分散。

本发明以α-烯基磺酸钠为起泡剂，利用十二醇和羟丙基甲基纤维素醚作为双稳泡组份，在此基础上，又进一步利用聚羧酸减水剂的特殊分子结构及性能，实现对泡沫的稳定性提升，并改善了泡沫对水泥浆体的亲润性。本发明基于试验测试和理论分析确定了各组份的比例范围，并验证了多组分的协同增强与改性效果，获得了适用于制备水泥基泡沫材料的发泡剂技术体系。此外，从技术稳定性考虑，本发明精简了发泡剂组份数量，更便于产品的质量控制。

本发明粉体发泡剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、原材料称量、准备

在室温条件下，按质量百分比分别称取如下原料：

α-烯基磺酸钠40.0％-50.0％，羟丙基甲基纤维素醚25.0％-45.0％，十二醇10.0％-12.5％，聚羧酸减水剂5.0％-12.5％，以上各原料质量百分比之和为100％；

步骤2、发泡剂的制备

将步骤1称量好的α-烯基磺酸钠、羟丙基甲基纤维素醚和聚羧酸减水剂倒入搅拌机中，在一定转速下搅拌2-3min，接着，继续在此转速下，将步骤1称量好的十二醇匀速倒入搅拌机内再搅拌3-5min，得到粉体发泡剂。

上述步骤2中的转速为145转/分钟。

实施例1:

在室温条件下，按此质量百分比分别称取如下原料：α-烯基磺酸钠50.0％、羟丙基甲基纤维素醚25.0％、十二醇12.5％、聚羧酸减水剂12.5％。

将称量好的α-烯基磺酸钠、羟丙基甲基纤维素醚和聚羧酸减水剂倒入搅拌机中，在转速为145转/分钟的速度下搅拌2min。接着，继续在此转速下，将液态的十二醇匀速倒入搅拌机内再搅拌4min，得到粉体发泡剂。

实施例2：

在室温条件下，按此质量百分比分别称取如下原料：α-烯基磺酸钠40.0％、羟丙基甲基纤维素醚45.0％、十二醇10.0％、聚羧酸减水剂5.0％。

将称量好的α-烯基磺酸钠、羟丙基甲基纤维素醚和聚羧酸减水剂倒入搅拌机中，在转速为145转/分钟的速度下搅拌3min。接着，继续在此转速下，将液态的十二醇匀速倒入搅拌机内再搅拌3min，得到粉体发泡剂。

实施例3：

在室温条件下，按此质量百分比分别称取如下原料：α-烯基磺酸钠45.0％、羟丙基甲基纤维素醚35.0％、十二醇11.0％、聚羧酸减水剂9.0％。

将称量好的α-烯基磺酸钠、羟丙基甲基纤维素醚和聚羧酸减水剂，倒入搅拌机中，在转速为145转/分钟的速度下搅拌2min。接着，继续在此转速下，将液态的十二醇匀速倒入搅拌机内再搅拌5min，得到粉体发泡剂。

表1实施例1～3制备得到的粉体发泡剂的综合性能

表1为实施例1～3制备得到的粉体发泡剂的性能测试结果，从表中可以看出，使用本发明发泡剂制得的泡沫，其30min时泌水量为0mL，30min时的沉降距为0mm，60min时的泌水量和沉降距也较低，且发泡倍数在20以上，说明本发明发泡剂泡沫稳定性高，发泡倍数强，表现出了优异的综合性能。

Claims (3)

1.一种用于制备水泥基泡沫材料的粉体发泡剂，其特征在于，按照质量百分比由以下原料组成：

α-烯基磺酸钠40.0％-50.0％，羟丙基甲基纤维素醚25.0％-45.0％，十二醇10.0％-12.5％，聚羧酸减水剂5.0％-12.5％，以上各原料质量百分比之和为100％。

2.一种用于制备水泥基泡沫材料的粉体发泡剂的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、原材料称量、准备

在室温条件下，按质量百分比分别称取如下原料：

α-烯基磺酸钠40.0％-50.0％，羟丙基甲基纤维素醚25.0％-45.0％，十二醇10.0％-12.5％，聚羧酸减水剂5.0％-12.5％，以上各原料质量百分比之和为100％；

步骤2、发泡剂的制备

将步骤1称量好的α-烯基磺酸钠、羟丙基甲基纤维素醚和聚羧酸减水剂倒入搅拌机中，在一定转速下搅拌2-3min，接着，继续在此转速下，将步骤1称量好的十二醇匀速倒入搅拌机内再搅拌3-5min，得到粉体发泡剂。

3.根据权利要求2所述的粉体发泡剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中的转速为145转/分钟。