CN114315202B - 一种蛋白类石膏缓凝剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种蛋白类石膏缓凝剂及其制备方法，其中制备方法，包括以下步骤：蛋白组分预处理：将碱类物质和水溶解，形成碱溶液，经过加热，将蛋白组分加入碱溶液中，搅拌，冷却至室温，得到蛋白液；混合液制备：将酸类物质加入蛋白液中，搅拌至完全溶解，冷却至室温，得到混合液；粉体缓凝剂制备：将抗结块剂边添加至反应釜搅拌边加热，通过雾化器将制备好的混合液于均匀喷洒至釜中，继续搅拌，取出物料，过100目筛，即得到粉体缓凝剂。本发明中的蛋白类石膏缓凝剂缓凝作用强，对石膏强度的副作用小，原料组分和制备工艺较简单，整个制备过程中无有害物质产生。

Description

一种蛋白类石膏缓凝剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料外加剂领域，具体涉及一种蛋白类石膏缓凝剂及其制备方法。

背景技术

石膏作为主要传统胶凝材料之一，具有如下特点：(1)凝结硬化快。(2)质轻，保温隔热性较好。(3)微膨胀，收缩小。(4)石膏制品可加工性好，施工快捷、高效。(5)耐火性好。(6)石膏可以循环利用，具有显著的节能效应。近年来，石膏基建材发展迅速，各种石膏基砂浆和石膏制品的产量逐年大幅增长。

在石膏基材料中，石膏缓凝剂是至关重要且不可或缺的添加剂。缓凝剂直接决定了石膏基材料在施工或成型的过程中的可操作时间，同时对石膏硬化后的强度有较大的影响。石膏缓凝剂主要可以分为有机类和无机类，其中有机类主要是蛋白类缓凝剂，无机类主要包括柠檬酸、柠檬酸盐、磷酸盐等。与蛋白类缓凝剂相比，无机类缓凝剂缓凝效果一般，且对石膏硬化后的强度影响较大。因此，目前市场上的石膏缓凝剂以蛋白类为主。

蛋白类缓凝剂是以蛋白质为基础，通过处理和改性而得。缓凝剂中的肽键有较强的络合金属离子能力，限制了钙离子向二水石膏扩散，从而降低了半水石膏的溶解速率。缓凝剂的作用与其分子量和分子结构有着直接的关系。天然的蛋白质直接作为石膏缓凝剂时，效果十分有限，必须通过化学改性，方能提高其性能。石膏缓凝剂的亲水性较强，极易吸潮，如何将缓凝剂母液制备成粉体，也是较难解决的问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种缓凝作用强，普适性好，对石膏强度副作用小的蛋白类石膏缓凝剂及其制备方法，其中的原料组分和制备工艺较简单。

为解决上述技术问题，本发明提供一种蛋白类石膏缓凝剂的制备方法，包括以下步骤：

蛋白组分预处理：将100～120质量份的水加入第一反应釜中，然后再加入20～30质量份碱类物质，搅拌至完全溶解，形成碱溶液，再将碱溶液温度加热至80～90℃，把65～80质量份蛋白组分加入碱溶液中，持续搅拌2～3h，冷却至室温，得到蛋白液；

混合液制备：将20～35质量份酸类物质加入蛋白液中，搅拌均匀，直至完全溶解，冷却至室温，得到混合液；

粉体缓凝剂制备：在第二反应釜中加入150～160质量份抗结块剂，开启出气阀门，边搅拌边加热至150～170℃，反应釜持续搅拌，通过雾化器将制备好的混合液于2～3h内均匀喷洒至釜中，然后继续搅拌3～4h，取出物料，过100目筛，即得到粉体缓凝剂。

优选的，所述蛋白组分为大豆分离蛋白、工业级骨胶或明胶中的一种或两种及以上的混合物。

优选的，所述碱类物质为工业级片状氢氧化钠。

优选的，所述酸类物质为柠檬酸、富马酸和苹果酸中的一种。

优选的，所述抗结块剂为30～50质量份生石灰和100～120质量份硅藻土的混合物，两者质量比为1:2～1:4。

优选的，所述生石灰为粉末状，氧化钙含量≥85％，所述硅藻土不超过400目。

优选的，所述的第一反应釜和第二反应釜均为电加热蒸压反应釜，所述第二反应釜出气阀始终为开启状态。

本发明还提供一种上述蛋白类石膏缓凝剂的制备方法获得的蛋白类石膏缓凝剂。

与相关技术相比较，本发明提供的蛋白类石膏缓凝剂的制备方法以及该方法制备的蛋白类石膏缓凝剂，具有如下有益效果：

本发明制备方法中的先对蛋白组分进行预处理，使其充分水解，生成低分子量的氨基酸。处理后的蛋白含有较多的氨基，利用氨基与有机酸中的羧基发生缩合反应，生成较多的肽键，从而使其缓凝效果得以提升。用生石灰和硅藻土代替了现有技术中的反应溶剂，氨基与羧基反应生成的水，会立刻被生石灰和硅藻土吸收，使化学平衡向正方向移动，反应速度加快。在制备粉体缓凝剂的过程中，反应釜的通气阀为开启状态，混合液进入反应釜后，在高温和雾化条件下，水分被蒸发，排出反应釜外。混合液的溶质则被均匀喷洒在不断翻动的生石灰和硅藻土上，并与之混合均匀，有效地提高了缓凝剂的均匀性。

制得的蛋白类石膏缓凝剂相比于现有技术中的产品，其缓凝作用强，缓凝性能与市场上一流产品相当。普适性好，适应于脱硫石膏、磷石膏、石膏-水泥复合体系。对石膏强度的副作用小，随着缓凝剂掺量的增加，石膏强度损失率小。

蛋白类石膏缓凝剂为粉体，其均匀程度高，品质稳定。而且粉体流动性好，在生产石膏基材料时，容易被分散均匀，没有表面活性剂。

具体实施方式

下面结合本发明具体实施方式，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的一种蛋白类石膏缓凝剂的制备方法，包括以下步骤：

蛋白组分预处理：将100～120质量份的水加入第一反应釜中，然后再加入20～30质量份碱类物质，搅拌至完全溶解，形成碱溶液，再将碱溶液温度加热至80～90℃，把65～80质量份蛋白组分加入碱溶液中，持续搅拌2～3h，冷却至室温，得到蛋白液；

其中，所述蛋白组分为大豆分离蛋白、工业级骨胶或明胶，大豆分离蛋白中蛋白质含量高，富含多种氨基酸。骨胶和明胶均由动物蛋白加工而成，分别在印刷领域和食品加工领域有着广泛的应用。骨胶和明胶均富含大量的动物蛋白，经水解后，可获得不同种类的氨基酸。

碱类物质为工业级片状氢氧化钠，含量≥99％，大豆分离蛋白、骨胶和明胶可以采用强碱和强酸水解，而片状氢氧化钠是常用的工业用碱，更加容易采购。

将碱溶液温度加热至80～90℃，可以加快蛋白组分水解，温度过高则水会沸腾，温度过低，则水解速度不够快。

混合液制备：将20～35质量份酸类物质加入蛋白液中，搅拌均匀，直至完全溶解，冷却至室温，得到混合液。

酸类物质为柠檬酸、富马酸或苹果酸，含量≥99％，均含有羧基，可以与氨基酸中的氨基发生缩合反应，从而生成肽键，实现接枝改性。

粉体缓凝剂制备：在第二反应釜中加入30～50质量份生石灰和100～120质量份硅藻土，生石灰为粉末状，有利于和硅藻土、反应物混合均匀，常见的硅藻土通常不超过400目，本发明的具体实施方式中采用400目，硅藻土主要用于吸附残余水分，若颗粒过粗，则吸附能力不足，开启出气阀门，边搅拌边加热至150～170℃，反应釜持续搅拌，通过雾化器将制备好的混合液于2～3h内均匀喷洒至釜中，然后继续搅拌3～4h，取出物料，过100目筛，即得到粉体缓凝剂。

第二反应釜的出气阀为开启状态，混合液进入反应釜后，在高温和雾化条件下，水分被蒸发，排出反应釜外。若水分留在反应釜内，则会消耗掉生石灰，甚至导致缓凝剂结块。混合液溶质则被均匀喷洒在不断翻动的生石灰和硅藻土上，并与之混合均匀，有效地提高了缓凝剂的均匀性。

下面通过实施例进一步说明上述具体实施方式，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。未做特别说明的试剂、原料和仪器设备均可通过商业途径直接购得。

实施例1：

一种蛋白类石膏缓凝剂的制备方法，具体制备方法包括以下几个步骤，下列各组分按质量份添加：

(1)蛋白组分预处理：将100份水加入第一反应釜中，然后再加入20份片状氢氧化钠，搅拌至完全溶解，形成碱溶液。将溶液温度加热至90℃，把65份大豆分离蛋白加入碱溶液中，持续搅拌2h，冷却至室温，得到蛋白液。

(2)混合液制备：将35份柠檬酸加入蛋白液中，搅拌均匀，直至完全溶解，冷却至室温。

(3)粉体缓凝剂制备：在第二反应釜中加入50份生石灰，100份硅藻土，开启出气阀门，边搅拌边加热至160℃。第二反应釜持续搅拌，通过雾化器将步骤(2)中所得到的混合液于2～3h内均匀喷洒至第二反应釜中，然后继续搅拌4h，取出物料，过100目筛，即得到粉体缓凝剂。

实施例2：

一种蛋白类石膏缓凝剂及制备方法，具体制备方法包括以下几个步骤，下列各组分按质量份添加：

(1)蛋白组分预处理：将120份水加入第一反应釜中，然后再加入30份片状氢氧化钠，搅拌至完全溶解，形成碱溶液。将溶液温度加热至80℃，把80份大豆分离蛋白加入碱溶液中，持续搅拌3h，冷却至室温，得到蛋白液。

(2)混合液制备：将20份柠檬酸加入蛋白液中，搅拌均匀，直至完全溶解，冷却至室温。

(3)粉体缓凝剂制备：在第二反应釜中加入30份生石灰，120份硅藻土，开启出气阀门，边搅拌边加热至160℃。第二反应釜持续搅拌，通过雾化器将步骤(2)中所得到的混合液于2～3h内均匀喷洒至第二反应釜中，然后继续搅拌4h，取出物料，过100目筛，即得到粉体缓凝剂。

实施例3：

一种蛋白类石膏缓凝剂及制备方法，具体制备方法包括以下几个步骤，下列各组分按质量份添加：

(1)蛋白组分预处理：将100份水加入第一反应釜中，然后再加入25份片状氢氧化钠，搅拌至完全溶解，形成碱溶液。将溶液温度加热至90℃，把70份明胶加入碱溶液中，持续搅拌2h，冷却至室温，得到蛋白液。

(2)混合液制备：将30份富马酸加入蛋白液中，搅拌均匀，直至完全溶解，冷却至室温。

(3)粉体缓凝剂制备：在第二反应釜中加入50份生石灰，110份硅藻土，开启出气阀门，边搅拌边加热至170℃。第二反应釜持续搅拌，通过雾化器将步骤(2)中所得到的混合液于2～3h内均匀喷洒至第二反应釜中，然后继续搅拌3h，取出物料，过100目筛，即得到粉体缓凝剂。

实施例4：

一种蛋白类石膏缓凝剂及制备方法，具体制备方法包括以下几个步骤，下列各组分按质量份添加：

(1)蛋白组分预处理：将110份水加入第一反应釜中，然后再加入30份片状氢氧化钠，搅拌至完全溶解，形成碱溶液。将溶液温度加热至90℃，把80份明胶加入碱溶液中，持续搅拌2h，冷却至室温，得到蛋白液。

(2)混合液制备：将20份富马酸加入蛋白液中，搅拌均匀，直至完全溶解，冷却至室温。

(3)粉体缓凝剂制备：在第二反应釜中加入30份生石灰，120份硅藻土，开启出气阀门，边搅拌边加热至150℃。第二反应釜持续搅拌，通过雾化器将步骤(2)中所得到的混合液于2～3h内均匀喷洒至第二反应釜中，然后继续搅拌4h，取出物料，过100目筛，即得到粉体缓凝剂。

实施例5：

一种蛋白类石膏缓凝剂及制备方法，具体制备方法包括以下几个步骤，下列各组分按质量份添加：

(1)蛋白组分预处理：将110份水加入第一反应釜中，然后再加入30份片状氢氧化钠，搅拌至完全溶解，形成碱溶液。将溶液温度加热至90℃，把75份明胶加入碱溶液中，持续搅拌2h，冷却至室温，得到蛋白液。

(2)混合液制备：将25份苹果酸加入蛋白液中，搅拌均匀，直至完全溶解，冷却至室温。

(3)粉体缓凝剂制备：在第二反应釜中加入30份生石灰，120份硅藻土，开启出气阀门，边搅拌边加热至160℃。第二反应釜持续搅拌，通过雾化器将步骤(2)中所得到的混合液于2～3h内均匀喷洒至第二反应釜中，然后继续搅拌4h，取出物料，过100目筛，即得到粉体缓凝剂。

对比例1：

一种蛋白类石膏缓凝剂及制备方法，具体制备方法包括以下几个步骤，下列各组分按质量份添加：

(1)蛋白组分预处理：将120份水加入第一反应釜中，然后再加入20份片状氢氧化钠，搅拌至完全溶解，形成碱溶液。将溶液温度加热至90℃，把100份骨胶加入碱溶液中，持续搅拌2h，冷却至室温，得到蛋白液。

(2)粉体缓凝剂制备：在第二反应釜中加入30份生石灰，120份硅藻土，开启出气阀门，边搅拌边加热至160℃。第二反应釜持续搅拌，通过雾化器将步骤(1)中所得到的蛋白液于2～3h内均匀喷洒至第二反应釜中，然后继续搅拌4h，取出物料，过100目筛，即得到粉体缓凝剂。

对比例2：

一种蛋白类石膏缓凝剂及制备方法，具体制备方法包括以下几个步骤，下列各组分按质量份添加：

(1)蛋白组分预处理：将120份水加入第一反应釜中，然后再加入30份片状氢氧化钠，搅拌至完全溶解，形成碱溶液。将溶液温度加热至120℃，把80份骨胶加入碱溶液中，持续搅拌2h，得到蛋白液。

(2)粉体缓凝剂制备：在第二反应釜中加入30份生石灰，120份硅藻土，开启出气阀门，边搅拌边加热至160℃。第二反应釜持续搅拌，通过雾化器将步骤(1)中所得到的蛋白液于2～3h内均匀喷洒至第二反应釜中，然后继续搅拌4h，取出物料，过100目筛，然后与20份柠檬酸混合均匀。

对比实施例1～5以及对比例1～2所制得的石膏缓凝剂性能，试验方法参照GB/T17669.4-1999《建筑石膏净浆物理性能的测定》和GB/T 17669.3-1999《建筑石膏力学性能的测定》，具体结果如表1所示：

表1

从表1可以看出，本发明实例中的缓凝剂具有缓凝作用强、对石膏强度的副作用小等特点。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种蛋白类石膏缓凝剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

蛋白组分预处理：将100~120质量份的水加入第一反应釜中，然后再加入20~30质量份碱类物质，搅拌至完全溶解，形成碱溶液，再将碱溶液温度加热至80~90℃，把65~80质量份蛋白组分加入碱溶液中，持续搅拌2~3h，冷却至室温，得到蛋白液；

混合液制备：将20~35质量份酸类物质加入蛋白液中，搅拌均匀，直至完全溶解，冷却至室温，得到混合液；

粉体缓凝剂制备：在第二反应釜中加入150~160质量份抗结块剂，开启出气阀门，边搅拌边加热至150~170℃，第二反应釜持续搅拌，通过雾化器将制备好的混合液于2~3h内均匀喷洒至第二反应釜中，然后继续搅拌3~4h，取出物料，过100目筛，即得到粉体缓凝剂；其中，所述第二反应釜出气阀始终为开启状态，抗结块剂不断翻动；

所述酸类物质为柠檬酸、富马酸和苹果酸中的一种；

所述抗结块剂为30~50质量份生石灰和100~120质量份硅藻土的混合物，两者质量比为1:2~1:4。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述蛋白组分为大豆分离蛋白、工业级骨胶或明胶中的一种或两种及以上的混合物。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱类物质为工业级片状氢氧化钠。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述生石灰为粉末状，氧化钙含量≥85%，所述硅藻土不超过400目。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的第一反应釜和第二反应釜均为电加热蒸压反应釜。

6.一种如权利要求1-5任一项所述蛋白类石膏缓凝剂的制备方法获得的蛋白类石膏缓凝剂。