CN113943123B - 一种改性蜚蠊蛋白混凝土发泡剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性蜚蠊蛋白混凝土发泡剂，按重量份包括以下原料：蜚蠊干粉10‑15份；表面活性剂0.1‑0.3份；稳泡剂0.3‑0.5份；碱1‑2份；水100‑150份。本发明以蜚蠊为蛋白质源，原材料资源丰富、成本低且绿色环保，发泡质量高；本发明中加入的氨水不仅可以作为碱试剂，对蛋白质进行水解，也可以在加热的条件下作为增气剂，可以提高起泡率。本发明通过改性蜚蠊蛋白，可以显著提高混凝土发泡剂的发泡性能、发泡稳定性以及混凝土相容性，从而有效提高泡沫混凝土的各项性能。

Description

一种改性蜚蠊蛋白混凝土发泡剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种混凝土发泡剂及其制备方法，尤其涉及一种改性蜚蠊蛋白混凝土发泡剂及其制备方法。
背景技术
泡沫混凝土作为一种轻质多孔的墙体保温材料，因隔音耐火、保温隔热及生产工艺简单等优点受到了广泛的关注。发泡剂是泡沫混凝土的关键组成成分之一，对泡沫混凝土的性能起决定性作用。发泡剂的发泡原理主要分为化学发泡与物理发泡。而物理发泡剂因成本低，制备工艺简单等优点在相关研究领域中占据主导地位。物理发泡剂主要分为松香树脂类发泡剂、表面活性剂类发泡剂、蛋白质类发泡剂以及复合类发泡剂。
蛋白质类发泡剂因其制备出的泡沫具有良好的泡沫稳定性，高混凝土相容性且环保性，常被作为基础发泡剂，通过与其他种类的发泡剂混合制备出具有优良发泡性能的复合型发泡剂。国内关于以蛋白质类发泡剂为基础的复合型发泡剂总体质量偏低，泡沫的稳定性与均匀性较差，制备出的泡沫混凝土强度偏低，并且发泡剂的蛋白质资源少，成本高，无法进行大批量生产。因此针对现阶段泡沫混凝土的研究现状，急需研究一种成本低廉，绿色环保，发泡性能好且制作工艺简单的混凝土发泡剂。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种成本低、绿色环保、发泡质量高的改性蜚蠊蛋白混凝土发泡剂；
本发明的另一个目的是提供一种改性蜚蠊蛋白混凝土发泡剂的制备方法。
技术方案：本发明所述的改性蜚蠊蛋白混凝土发泡剂，按重量份包括以下原料：
Figure BDA0003325628390000011
其中，按重量份还包括过氧化氢：0.1-0.5份；过氧化氢发挥起泡的作用，相当于起泡剂；在该重量份数范围内，过氧化氢具有良好的辅助发泡作用；若低于0.1份，则起泡效果不明显；若高于0.5份，则起泡时间过长，泡沫稳定性下降。
其中，按重量份还包括氨水：0.1-0.5份；氨水不仅可以作为碱试剂，即充当缓冲溶液，维持溶液pH值，对蛋白质进行水解；也可以在加热的条件下作为增气剂，可以提高起泡率。氨水的重量份数若低于0.1份，则作用效果不明显，若高于0.5份，则会造成溶液pH值下降。
其中，所述碱优选为氢氧化钙，制备出的泡沫具有良好的混凝土相容性；若使用其他的碱试剂，则泡沫的稳定性与混凝土相容性较差。
所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、酪蛋白酸钠中的至少一种；所述稳泡剂为十二醇、纤维素醚、甲基纤维素、乙基纤维素、氧化胺、十二烷基二甲基氧化胺中的至少一种。
上述改性蜚蠊蛋白混凝土发泡剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将蜚蠊干粉、碱、水混合，经加热水解后，制得蜚蠊蛋白混凝土发泡剂母液；
(2)向蜚蠊蛋白混凝土发泡剂母液中加入表面活性剂、稳泡剂，经加热后，冷却至室温，即得所述改性蜚蠊蛋白混凝土发泡剂。
其中，加热的方式为超声水浴加热；由于蛋白质的水解反应为放热反应，温度过高或过低都会降低反应程度，故步骤(1)中，所述水解反应的温度为55-65℃。
其中，为使蛋白质水解充分，步骤(1)中，所述水解反应的时间为10-12h。
其中，为提高表面活性剂与稳泡剂的溶解速率，同时避免过氧化氢与氨气分解过快，步骤(2)中，所述加热的温度为40-50℃。
其中，为提高发泡剂的发泡性能，步骤(2)中，向蜚蠊蛋白混凝土发泡剂母液中加入过氧化氢、氨水。
其中，为使发泡剂具有良好的混凝土相容性，加入所述氨水后调节溶液pH值为12-13。
有益效果：本发明与现有技术相比，取得如下显著效果：1、本发明以蜚蠊为蛋白质源，原材料资源丰富、成本低且绿色环保，发泡质量高；2、本发明中加入的氨水不仅可以作为碱试剂，对蛋白质进行水解，也可以在加热的条件下作为增气剂，可以提高起泡率。3、本发明通过改性蜚蠊蛋白，可以显著提高混凝土发泡剂的发泡性能、发泡稳定性以及混凝土相容性，从而有效提高泡沫混凝土的各项性能。
附图说明
图1为实施例1、对比例1、对比例2制得发泡剂的实物对比图；
图2为实施例1、对比例1、对比例2的泡沫倍数对比图；
图3为实施例1、对比例1、对比例2的1h泌水率与1h沉降距数据对比图；
图4为实施例1、对比例1、对比例2对应的泡沫混凝土性能对比图；
图5为实施例2、对比例3的泡沫倍数、1h泌水率与1h沉降距数据对比图；
图6为实施例2、对比例3对应的泡沫混凝土性能对比图。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种改性蜚蠊蛋白混凝土发泡剂，按照重量份包括以下原料：蜚蠊干粉10份，十六烷基三甲基溴化铵0.2份，甲基纤维素0.4份，氢氧化钙1份，氨水0.5份，过氧化氢0.3份，去离子水150份。
上述改性蜚蠊蛋白混凝土发泡剂的制备方法包括以下步骤：
(1)取10份蜚蠊粉，1份氢氧化钙和150份去离子水混合于1000mL的锥形瓶，在温度65℃，超声波频率40kHz，超声波功率240W的条件下水解反应12h后，冷却至常温，经过滤即得改性蜚蠊蛋白混凝土发泡剂母液。
(2)向上述制得的改性蜚蠊蛋白混凝土发泡剂母液中加入十六烷基三甲基溴化铵0.2份、甲基纤维素0.4份，氨水0.5份，过氧化氢0.3份，升温至50℃，超声水浴加热15min后，冷却至室温即得改性蜚蠊蛋白混凝土发泡剂，5℃储存备用。
对比例1
本对比例与实施例1的不同在于原料中的碱为氢氧化钠，具体的，按重量份包含以下组分：蜚蠊干粉10份，十六烷基三甲基溴化铵0.2份，甲基纤维素0.4份，氢氧化钠1份，氨水0.5份，过氧化氢0.3份，去离子水150份。
上述改性蜚蠊蛋白混凝土发泡剂的制备方法包括如下步骤：
(1)取10份蜚蠊粉，1份氢氧化钠和150份去离子水混合于1000mL的锥形瓶，在温度65℃，超声波频率40kHz，超声波功率240W的条件下水解反应12h后，冷却至常温，经过滤即得对比例1母液。
(2)向上述制得的对比例1母液中加入十六烷基三甲基溴化铵0.2份、甲基纤维素0.4份，氨水0.5份，过氧化氢0.3份，升温至50℃，超声水浴加热15min后，冷却至室温即得对比例1，5℃储存备用。
对比例2
本对比例与实施例1的不同在于原料中不含蜚蠊干粉，具体的，按照重量份包括以下原料：十六烷基三甲基溴化铵0.2份，甲基纤维素0.4份，氢氧化钙1份，氨水0.5份，过氧化氢0.3份，去离子水150份。
上述发泡剂的制备方法包括以下步骤：
取1份氢氧化钙和150份去离子水混合于1000mL的锥形瓶，在温度65℃，超声波频率40kHz，超声波功率240W的条件下放置12h后，冷却至常温。然后加入十六烷基三甲基溴化铵0.2份、甲基纤维素0.4份，氨水0.5份，过氧化氢0.3份，升温至50℃，超声水浴加热15min后，冷却至室温即得对比例2，5℃储存备用。
实施例1、对比例1、对比例2制得的发泡剂如图1所示。
将实施例1、对比例1和对比例2制得的改性蜚蠊蛋白混凝土发泡剂分别与水1：5混合，然后采用发泡机将混合液制成均匀的泡沫，实施例1、对比例1和对比例2的泡沫性能如图2与图3所示。从图2与图3中可以看出，实施例1与对比例1的泡沫性能明显优于对比例2。实施例1、对比例1的发泡倍数相当，但实施例1的1h沉降距最小，仅为15mm。实施例1的1h泌水率最低，仅为56.98％。因此，实施例1的泡沫稳定性优于对比例1。
将泡沫掺入混凝土拌合物中，制备出高性能的泡沫混凝土，混凝土配合比如表1所示。
表1泡沫混凝土配合比
Figure BDA0003325628390000041
成型尺寸为100mm×100mm×100mm的正方体试件，经28d标准养护后，泡沫混凝土试件的性能如图4所示。
从图4可以看出，对比例2混凝土试件的导热系数、干密度和抗压强度都远远大于对比例1混凝土试件与实施例1混凝土试件，对比例2混凝土试件的吸水率小于对比例1混凝土试件与实施例1混凝土试件。因此，对比例2泡沫混凝土试件性能最差。实施例1的吸水率最高，达到39.73％。实施例1混凝土试件的导热系数最低，仅为0.11W·m-1·K-1。对比例1的抗压强度与干密度略高于实施例1，分别达到了1181.98kg/m3与5.9MPa。
实施例2
一种改性蜚蠊蛋白的混凝土发泡剂，按照重量份包括以下原料：蜚蠊干粉10份，十六烷基三甲基溴化铵0.3份，纤维素醚0.5份，氢氧化钙2份，氨水0.1份，过氧化氢0.5份，去离子水100份。
上述改性蜚蠊蛋白的混凝土发泡剂的制备方法如下：
(1)取10份蜚蠊干粉，2份氢氧化钙和100份去离子水混合于1000mL的锥形瓶，在温度55℃，超声波频率40kHz，超声波功率240W的条件下水解反应10h后，冷却至常温，经过滤即得蜚蠊蛋白发泡剂母液。
(2)向上述制得的蜚蠊蛋白发泡剂母液中加入十六烷基三甲基溴化铵0.3份，纤维素醚0.5份，氨水0.1份，过氧化氢0.5份，升温至40℃，高速搅拌30min后，冷却至室温即得改性蜚蠊蛋白混凝土发泡剂，5℃储存备用。
对比例3
本对比例与实施例2的不同在于原料中的表面活性剂，具体的，按照重量份包括以下原料：蜚蠊干粉10份，十二烷基硫酸钠0.3份，纤维素醚0.5份，氢氧化钙2份，氨水0.1份，过氧化氢0.5份，去离子水100份。
上述改性蜚蠊蛋白的混凝土发泡剂的制备方法如下：
(1)取10份蜚蠊干粉，1份氢氧化钙和100份去离子水混合于1000mL的锥形瓶，在温度55℃，超声波频率40kHz，超声波功率240W的条件下水解反应10h后，冷却至常温，经过滤即得蜚蠊蛋白发泡剂母液。
(2)向上述制得的蜚蠊蛋白发泡剂母液中加入十二烷基硫酸钠0.3份，纤维素醚0.5份，氨水0.1份，过氧化氢0.5份，升温至40℃，高速搅拌30min后，冷却至室温即得改性蜚蠊蛋白混凝土发泡剂，5℃储存备用。
将实施例2、对比例3制得的改性蜚蠊蛋白混凝土发泡剂分别与水以1：5的比例混合，倒入发泡机中，制成均匀的泡沫，实施例2与对比例3的泡沫性能如图5所示。从中可以看出，实施例2与对比例3的泡沫稳定性相当，但实施例2的发泡倍数大于对比例3，为39.53。因此，实施例2的泡沫性能较好。
按表1中的混凝土配合比制备泡沫混凝土。模具成型，28d的标准养护后，实施例2与对比例3泡沫混凝土的性能如图6所示。从图6中可以看出，实施例2泡沫混凝土的干密度、抗压强度和导热系数都小于对比例3，实施例2的吸水率大于对比例3，达到了38.74％。因此，实施例2的泡沫混凝土性能比对比例3好。
实施例3
一种改性蜚蠊蛋白的混凝土发泡剂，按照重量份包括以下原料：蜚蠊干粉15份，酪蛋白酸钠0.1份，十二烷基二甲基氧化胺0.3份，氢氧化钙2份，氨水0.3份，过氧化氢0.1份，去离子水120份。
上述改性蜚蠊蛋白的混凝土发泡剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)取15份蜚蠊干粉，1份氢氧化钙和120份去离子水混合于1000mL的锥形瓶，在温度60℃，超声波频率40kHz，超声波功率240W的条件下水解反应12h后，冷却至常温，经过滤即得蜚蠊蛋白发泡剂母液。
(2)向上述制得的蜚蠊蛋白发泡剂母液中加入酪蛋白酸钠0.1份，十二烷基二甲基氧化胺0.3份，氨水0.5份，过氧化氢0.1份，升温至45℃，超声水浴加热20min后，冷却至室温即得改性蜚蠊蛋白混凝土发泡剂，5℃储存备用。
将实施例3制得的改性蜚蠊蛋白混凝土发泡剂与水以1：5的比例混合，倒入发泡机中，制成均匀的泡沫，实施例3制得的改性蜚蠊蛋白混凝土发泡剂的泡沫性能如表2所示。从表2中可以看出，实施例3的发泡倍数为30.76，低于实施例1和实施例2，1h沉降距和1h泌水率与实施例1、实施例2相当。
表2实施例3的泡沫性能
泡沫性能 发泡倍数 1h沉降距(mm) 1h泌水率(％)
测试结果 30.76 16 65.13
按表1中的混凝土配合比制备泡沫混凝土。模具成型，28d的标准养护后，泡沫混凝土的性能如表3所示。从表3中可以看出，实施例3对应的泡沫混凝土干密度、抗压强度、导热系数分别为1241.66kg/m3、6.1MPa、0.15W/(m·K)，均超过了实施例1与实施例2，且吸水率低于实施例1与实施例2。
表3实施例3对应的泡沫混凝土性能
Figure BDA0003325628390000061
实施例4
一种改性蜚蠊蛋白的混凝土发泡剂，按照重量份包括以下原料：蜚蠊干粉12份，十六烷基三甲基溴化铵0.3份，甲基纤维素0.3份，氢氧化钾1份，氨水0.3份，过氧化氢0.5份，去离子水150份。
上述改性蜚蠊蛋白的混凝土发泡剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)取12份蜚蠊干粉，1份氢氧化钾和150份去离子水混合于1000mL的锥形瓶，在温度60℃，超声波频率40kHz，超声波功率240W的条件下水解反应12h后，冷却至常温，经过滤即得蜚蠊蛋白发泡剂母液。
(2)向上述制得的蜚蠊蛋白发泡剂母液中加入十六烷基三甲基溴化铵0.3份，甲基纤维素0.3份，氨水0.3份，过氧化氢0.5份，升温至45℃，超声水浴加热20min后，冷却至室温即得改性蜚蠊蛋白混凝土发泡剂，5℃储存备用。
将实施例4制得的改性蜚蠊蛋白混凝土发泡剂与水以1：5的比例混合，倒入发泡机中，制成均匀的泡沫，实施例4制得的改性蜚蠊蛋白混凝土发泡剂的泡沫性能如表4所示。从表4中可以看出，实施例4的发泡倍数与实施例1、实施例2相当，但1h沉降距和1h泌水率大于实施例1、实施例2和实施例3。因此，通过比较实施例1、实施例2、实施例3和实施例4，实施例1的泡沫性能最好，其次是实施例2。
表4实施例4的泡沫性能
泡沫性能 发泡倍数 1h沉降距(mm) 1h泌水率(％)
测试结果 35.83 24 71.13
按表1中的混凝土配合比制备泡沫混凝土。模具成型，28d的标准养护后，泡沫混凝土的性能如表5所示。从表5中可以看出，实施例4对应的泡沫混凝土干密度、抗压强度、导热系数分别为1289.46kg/m3、6.4MPa、0.16W/(m·K)，均大于实施例1和实施例2，与实施例3相当。因此，通过比较实施例1、实施例2、实施例3和实施例4对应的泡沫混凝土性能，实施例1对应的泡沫混凝土性能最好，其次是实施例2对应的泡沫混凝土。
表5实施例4对应的泡沫混凝土性能
Figure BDA0003325628390000071

Claims (6)

1.一种改性蜚蠊蛋白混凝土发泡剂，其特征在于，按重量份包括以下原料：
蜚蠊干粉 10-15份；
表面活性剂 0.1-0.3份；
稳泡剂 0.3-0.5份；
碱 1-2份；
水 100-150份；
按重量份还包括过氧化氢：0.1-0.5份；按重量份还包括氨水：0.1-0.5份；
所述碱为氢氧化钙；
所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、酪蛋白酸钠中的至少一种。
2.根据权利要求1所述改性蜚蠊蛋白混凝土发泡剂，其特征在于，所述稳泡剂为十二醇、纤维素醚、甲基纤维素、乙基纤维素、氧化胺、十二烷基二甲基氧化胺中的至少一种。
3.一种权利要求1所述改性蜚蠊蛋白混凝土发泡剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将蜚蠊干粉、碱、水混合，经加热水解后，制得蜚蠊蛋白混凝土发泡剂母液；
（2）向蜚蠊蛋白混凝土发泡剂母液中加入表面活性剂、稳泡剂，向蜚蠊蛋白混凝土发泡剂母液中加入过氧化氢、氨水；经加热后，冷却至室温，即得所述改性蜚蠊蛋白混凝土发泡剂。
4.根据权利要求3所述改性蜚蠊蛋白混凝土发泡剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述水解反应的温度为55-65℃，时间为10-12h。
5.根据权利要求3所述改性蜚蠊蛋白混凝土发泡剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述加热的温度为40-50℃。
6.根据权利要求3所述改性蜚蠊蛋白混凝土发泡剂的制备方法，其特征在于，加入所述氨水后调节溶液pH值为12-13。
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