CN116621263B - 一种搅拌站洗车废水用的消泡剂及其制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种搅拌站洗车废水用的消泡剂及其制备方法及其应用，该搅拌站洗车废水用的消泡剂由组分组成：聚醚类消泡剂，聚醚改性有机硅类消泡剂，改性烷基硅烷消泡剂；改性烷基硅烷消泡剂的制备方法如下：步骤1，在无水条件下，将炔二醇、缩水甘油醚、催化剂和有机溶剂混合，搅拌升温至80‑90℃，保温反应4‑6h，除去有机溶剂，得第一产物；步骤2，将步骤1的第一产物与端羟基二甲基硅氧烷混合，搅拌升温至75‑85℃，保温反应10‑15h，得改性烷基硅烷消泡剂。本申请的消泡剂能快速消除洗车废水浆的大泡，并能长时间抑泡，有效减少混凝土产生气孔、蜂窝和麻面现象，提高混凝土的密实度和强度。
Description
技术领域
本发明涉及消泡剂的领域，尤其是涉及一种搅拌站洗车废水用的消泡剂及其制备方法及其应用。
背景技术
每次运送混凝土之后，一般需要在搅拌站将混凝土搅拌运输车内残留的混凝土清洗干净，以免混凝土凝固。混凝土搅拌运输车清洗后，会产生大量的废水浆，为了减少环境的污染以及水资源的浪费，清洗后废水浆由搅拌站流至回收池进行收集，并进行沉淀除去砂石固体等操作，得到废水浆。但由于洗车过程中水流冲刷，洗车后的废水浆会出现大量的泡沫，如果直接使用，混凝土会产生较多气孔、蜂窝和麻面，导致混凝土的密实度和强度下降。
为了降低废水浆中泡沫的含量，人们通常在废水浆中加入市售聚醚类消泡剂或者有机硅类消泡剂，但这些消泡剂对于清洗混凝土搅拌车产生废水的消泡效果较差，因此，亟需提供给一种对上述废水浆具有较佳消泡效果的消泡剂。
发明内容
为了提供一种对上述废水浆具有较佳消泡效果的消泡剂，本申请提供一种搅拌站洗车废水用的消泡剂及其制备方法及其应用。
第一方面，本申请提供一种搅拌站洗车废水用的消泡剂，采用如下技术方案：
一种搅拌站洗车废水用的消泡剂，由以下质量份数的组分制备组成：
聚醚类消泡剂93-96％
聚醚改性有机硅类消泡剂2-3％
改性烷基硅烷消泡剂1-5％；
所述改性烷基硅烷消泡剂的制备方法如下：
步骤1，在无水条件下，将炔二醇、缩水甘油醚、催化剂和有机溶剂混合，搅拌升温至80- 90℃，保温反应4-6h，除去有机溶剂，得到第一产物；
步骤2，将步骤1的第一产物与端羟基二甲基硅氧烷混合，搅拌升温至75-85℃，保温反应 10-15h，得到改性烷基硅烷消泡剂。
仅采用聚醚类消泡剂或者聚醚改性有机硅类消泡剂作为洗车废水浆的消泡剂，均不能充分消除洗车废水浆中的泡沫，洗车废水浆在冲刷以及搅拌过程中仍不可避免地会产生泡沫，导致该洗车废水浆回收使用后，混凝土的强度仍明显降低。
本申请制备的改性烷基硅烷消泡剂不但自身具有较佳的消泡效果，而且能有效促进聚醚类消泡剂和聚醚改性有机硅类消泡剂的消泡效果发挥，将上述改性烷基硅烷消泡剂搭配聚醚类消泡剂和聚醚改性有机硅类消泡剂使用，能快速消除洗车废水浆的大泡，并能长时间抑泡，有效减少混凝土产生气孔、蜂窝和麻面现象，从而提高混凝土的密实度和强度。
优选的，按照质量份数计算，所述步骤1中，炔二醇投入114-170份，缩水甘油醚投入260-338份，催化剂投入5-10份，有机溶剂投入800-1200份。
通过加入以上质量配比的组分，各组分在有机溶剂中充分混合分散，有利于炔二醇化合物中得到羟基与缩水甘油醚中的环氧基充分反应，生成含羟基的第一产物，接着第一产物与端羟基二甲基硅氧烷混合进入第二步反应，第一产物中的羟基与羟基继续反应，得到改性烷基硅烷消泡剂。
优选的，所述炔二醇为2，5-己炔二醇、2,5-二甲基-2,5-己炔二醇、3,6-二甲基-4-辛炔 -3,6-二醇中的一种或者多种组合。进一步的，所述炔二醇优选为2,5-二甲基-2,5-己炔二醇。
2，5-己炔二醇、2,5-二甲基-2,5-己炔二醇、3,6-二甲基-4-辛炔-3,6-二醇作为原料，制备的改性烷基硅烷消泡剂消泡效果较佳，还能促进聚醚类消泡剂的发挥，有效抑制泡沫的生成，降低泡沫对混凝土性能的损害。其中2,5-二甲基-2,5-己炔二醇作为原料合成的改性烷基硅烷消泡剂促进聚醚类消泡剂消泡抑泡的效果最佳，混凝土表面平整，密实度和强度提高。
优选的，所述催化剂为叔丁醇钾。
加入叔丁醇钾，炔二醇和缩水甘油醚质检的反应活性提升，两者更加容易结合，有利于合成反应进行，提高反应产率。
优选的，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺和N,N-二甲基乙酰胺中的一种或者多种。进一步地，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺炔二醇、缩水甘油醚以及催化剂能在四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺和N,N-二甲基乙酰胺中反应，其中在N,N-二甲基甲酰胺中的反应效果最好，反应产率最高，从而制备得到的改性烷基硅烷消泡剂消泡效果较好，且改善聚醚类消泡剂的消泡效果十分明显。
优选的，所述步骤2中，步骤1的第一产物与端羟基二甲基硅氧烷按照投入的质量比为1:(0.3-0.6)。
步骤2中，将步骤1的第一产物与端羟基二甲基硅氧烷按照上述质量比混合，使得第一产物中的羟基与端羟基二甲基硅氧烷上的羟基反应，从而将第一产物与端羟基二甲基硅氧烷结合，得到改性烷基硅烷消泡剂。
优选的，所述步骤2中，当步骤1的第一产物与端羟基二甲基硅氧烷混合后，加入三乙胺调节pH值为8-9。
步骤2中，通过加入三乙胺将pH值为8-9，步骤1的第一产物与端羟基二甲基硅氧烷之间反应效果较佳，减少杂质生成，从而减少杂质对改性烷基硅烷消泡剂消泡效果的影响。
第二方面，本申请提供一种搅拌站洗车废水用的消泡剂的制备方法，采用如下技术方案：
一种搅拌站洗车废水用的消泡剂的制备方法如下：将聚醚类消泡剂、聚醚改性有机硅类消泡剂和改性烷基硅烷消泡剂混合，搅拌均匀，得到搅拌站洗车废水用的消泡剂。
第三方面，本申请提供一种搅拌站洗车废水用的消泡剂的应用，采用如下技术方案：一种搅拌站洗车废水用的消泡剂的应用，每1kg的废水浆中，投入5-8g搅拌站洗车废水用的消泡剂。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请制备的改性烷基硅烷消泡剂不但自身具有较佳的消泡效果，而且能有效促进聚醚类消泡剂和聚醚改性有机硅类消泡剂的消泡效果发挥，将上述改性烷基硅烷消泡剂搭配聚醚类消泡剂和聚醚改性有机硅类消泡剂使用，能快速消除洗车废水浆的大泡，并能长时间抑泡，有效减少混凝土产生气孔、蜂窝和麻面现象，从而提高混凝土的密实度和强度。
2、2,5-二甲基-2,5-己炔二醇作为原料合成的改性烷基硅烷消泡剂促进聚醚类消泡剂消泡抑泡的效果最佳，混凝土表面平整，密实度和强度提高。
3、炔二醇、缩水甘油醚以及催化剂能在四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺和N,N-二甲基乙酰胺中反应，其中在N,N-二甲基甲酰胺中的反应效果最好，反应产率最高，从而制备得到的改性烷基硅烷消泡剂消泡效果较好，且改善聚醚类消泡剂的消泡效果十分明显。
具体实施方式
实施例1
一种搅拌站洗车废水用的消泡剂，由GP型甘油聚氧丙烯醚330、聚醚改性有机硅消泡剂和改性烷基硅烷消泡剂组成，其中GP型甘油聚醚330购自江苏海安，聚醚改性有机硅消泡剂购自天津岱旭，执行标准为国标，改性烷基硅烷消泡剂则通过自制得到。
改性烷基硅烷消泡剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，在无水条件下，将114g(M：114.1424，1mol)3-己炔-1,6-二醇(3-Hexyne-1,6- diol)、260g缩水甘油醚(1,2,3-tris(2,3-epoxypropoxy)propane)、5g叔丁醇钾和800gN,N-二甲基甲酰胺混合，搅拌升温至90℃，保温反应4h，减压蒸馏，除去有机溶剂，得到第一产物；
步骤2，将步骤1的第一产物与端羟基二甲基硅氧烷按照质量比为1:2混合，边搅拌边加入三乙胺，调节pH值至9，搅拌升温至85℃，保温反应10h，得到改性烷基硅烷消泡剂。
一种搅拌站洗车废水用的消泡剂的制备方法，将95gGP型甘油聚氧丙烯醚330、2g聚醚改性有机硅消泡剂和3g改性烷基硅烷消泡剂混合，搅拌均匀，得到搅拌站洗车废水用的消泡剂。
实施例2
一种搅拌站洗车废水用的消泡剂，与实施例1的区别在于：改性消泡剂的制备方法不同，具体地，步骤1，在无水条件下，将114g(M：114.1424，1mol)3-己炔-1,6-二醇、338g缩水甘油醚、10g叔丁醇钾和1200gN,N-二甲基甲酰胺混合，搅拌升温至80℃，保温反应6h，减压蒸馏，除去有机溶剂，得到第一产物；
步骤2，将步骤1的第一产物与端羟基二甲基硅氧烷按照质量比为1:0.3混合，边搅拌边加入三乙胺，调节pH值至8，搅拌升温至75℃，保温反应15h，得到改性烷基硅烷消泡剂。
实施例3
一种搅拌站洗车废水用的消泡剂，与实施例1的区别在于，改性烷基硅烷消泡剂的制备方法不同，具体地，改性烷基硅烷消泡剂制备时，采用144g-二甲基-2,5-己炔二醇(M：144.2114，1mol)替代114g 3-己炔-1,6-二醇进行步骤1的反应。
实施例4
一种搅拌站洗车废水用的消泡剂，与实施例1的区别在于，改性烷基硅烷消泡剂的制备方法不同，具体地，改性烷基硅烷消泡剂制备时，采用170g 6-二甲基-4-辛炔-3,6-二醇(M： 170.2487，1mol)替代114g 3-己炔-1,6-二醇进行步骤1的反应。
实施例5
一种搅拌站洗车废水用的消泡剂，与实施例3的区别在于：采用四氢呋喃等量替换N,N-二甲基甲酰胺。
实施例6
一种搅拌站洗车废水用的消泡剂，与实施例3的区别在于：搅拌站洗车废水用的消泡剂制备过程中，将95gGP型甘油聚氧丙烯醚330、1g聚醚改性有机硅消泡剂和4g改性烷基硅烷消泡剂混合，搅拌均匀，得到搅拌站洗车废水用的消泡剂。
实施例7
一种搅拌站洗车废水用的消泡剂，与实施例3的区别在于：搅拌站洗车废水用的消泡剂制备过程中，将95gGP型甘油聚氧丙烯醚330、4g聚醚改性有机硅消泡剂和1g改性烷基硅烷消泡剂混合，搅拌均匀，得到搅拌站洗车废水用的消泡剂。
对比例1
一种搅拌站洗车废水用的消泡剂，与实施例3的区别在于，搅拌站洗车废水用的消泡剂制备时，未加入改性烷基硅烷消泡剂，具体地：将95gGP型甘油聚氧丙烯醚330和5g聚醚改性有机硅消泡剂混合，搅拌均匀，得到搅拌站洗车废水用的消泡剂。
对比例2
一种搅拌站洗车废水用的消泡剂，与实施例3的区别在于，省去步骤2，将步骤1得到的第一产物直接作为搅拌站洗车废水用的消泡剂组分。具体地，搅拌站洗车废水用的消泡剂的制备方法为：将95gGP型甘油聚氧丙烯醚330、2g聚醚改性有机硅消泡剂和3g第一产物混合，搅拌均匀，得到搅拌站洗车废水用的消泡剂。
对比例3
一种搅拌站洗车废水用的消泡剂，与实施例3的区别在于：搅拌站洗车废水用的消泡剂制备过程中，将95gGP型甘油聚氧丙烯醚330、4.5g聚醚改性有机硅消泡剂和0.5g改性烷基硅烷消泡剂混合，搅拌均匀，得到搅拌站洗车废水用的消泡剂。
实验
首先，进行洗车废水浆的收集，包括以下步骤：步骤S01)，收集废浆水至一级沉淀池，步骤 S02)，第一沉淀池表面废浆水流入二级沉淀池，步骤S03)，第二沉淀池表面废浆水流入泥浆搅拌池，步骤S04)，当泥浆搅拌池中的废浆水达到20吨时，停止废浆水流入，转速60r/min，搅拌30min，获得成品浆水，步骤S05)，将成品浆水排入成品浆水搅拌池中，转速20r/min，持续搅拌。
接着，进行混凝土样品的制备，包括以下步骤：步骤S1-1，取10kg成品浆水分别与50g各实施例以及对比例制备的搅拌站洗车废水用的消泡剂投入第一搅拌釜中，搅拌30min；步骤S1-2，将21kg水泥、3.3kg粉煤灰、49kg砂、65kg石投入第二搅拌釜中，转速30r/min，搅拌3min，步骤S2，将步骤S1-1制备的成品水浆和0.34kg聚羧酸减水剂SPF-300加入第二搅拌釜中，转速60r/min,搅拌5min，得到混凝土拌合料。
实验
根据国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准GB/T50081-2016》的要求，制作边长为 150mm的立方体标准试件来测试上述混凝土拌合料的28d劈裂强度、7d抗压强度和28d抗压强度，来评价上述各实施例以及对比例制备的消泡剂添加至废水浆后，对混凝土性能的影响。
实验2
对实施例1制备的标准试件表面的气孔、蜂窝和麻面分布情况进行观察，之后将标准试件切开两半，观察切面的气孔、蜂窝和麻面分布情况，记录标准试件表面和切面气孔、蜂窝和麻面分布情况。
检测结果见表1。
表1
由上表中实施例3与对比例1测试数据对比可知，对比例1制备的混凝土试件表面和切面均分布较多的气孔、蜂窝和麻面，且混凝土的7d抗压强度、28d抗压强度和28d劈裂强度较低，表明在废水浆中仅加入GP型甘油聚氧丙烯醚和聚醚改性有机硅消泡剂，其消泡效果较差。当废水浆中加入含改性烷基硅烷消泡剂的消泡剂进行搅拌消泡后，实施例3制备的混凝土试件表面和切面的气孔、蜂窝和麻面均明显减少，且测得的混凝土的7d抗压强度、28d 抗压强度和28d劈裂强度均明显提升，证明改性烷基硅烷消泡剂的使用能与GP型甘油聚氧丙烯醚和聚醚改性有机硅消泡剂搭配，促进消泡，明显降低废水浆中泡沫含量，提高混凝土的密实度和强度。
由上表中实施例3与对比例2的测试数据对比可以看出，第一产物直接作为消泡剂组分来处理废水浆，凝土试件表面和切面仍分布较多的气孔、蜂窝和麻面，表明第一产物与GP型甘油聚氧丙烯醚和聚醚改性有机硅消泡剂搭配后，消泡效果仍难以满足使用要求，而改性烷基硅烷消泡剂与GP型甘油聚氧丙烯醚和聚醚改性有机硅消泡剂搭配使用的效果十分优异，对废水浆起到良好的消泡效果，因此实施例3制备的混凝土相对于对比例2的气孔、蜂窝和麻面减少，且强度也明显提升。
由上表中实施例3与对比例3的测试数据对比可以看出，当改性烷基硅烷消泡剂在消泡剂中的占比过低时，改性烷基硅烷消泡剂与GP型甘油聚氧丙烯醚和聚醚改性有机硅消泡剂搭配后的消泡效果下降十分明显，证明改性烷基硅烷消泡剂在消泡剂组分的占比会明显影响消泡剂消泡效果的发挥，控制改性烷基硅烷消泡剂的占比对提高整体消泡剂的消泡效果是较为关键的。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (7)
1.一种搅拌站洗车废水用的消泡剂，其特征在于：由以下质量份数的组分制备组成：
聚醚类消泡剂93-96%
聚醚改性有机硅类消泡剂2-3%
改性烷基硅烷消泡剂1-5%；
所述改性烷基硅烷消泡剂的制备方法如下：
步骤1，在无水条件下，将炔二醇、缩水甘油醚、催化剂和有机溶剂混合，搅拌升温至80-90℃，保温反应4-6h，除去有机溶剂，得到第一产物；
步骤2，将步骤1的第一产物与端羟基二甲基硅氧烷混合，搅拌升温至75-85℃，保温反应10-15h，得到改性烷基硅烷消泡剂；
所述催化剂为叔丁醇钾；
所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺和N,N-二甲基乙酰胺中的一种或者多种。
2.根据权利要求1所述的一种搅拌站洗车废水用的消泡剂，其特征在于：按照质量份数计算，所述步骤1中，炔二醇投入114-170份，缩水甘油醚投入260-338份，催化剂投入5-10份，有机溶剂投入800-1200份。
3.根据权利要求1所述的一种搅拌站洗车废水用的消泡剂，其特征在于：所述炔二醇为2，5-己炔二醇、2,5-二甲基-2,5-己炔二醇、3,6-二甲基-4-辛炔-3,6-二醇中的一种或者多种组合。
4.根据权利要求1所述的一种搅拌站洗车废水用的消泡剂，其特征在于：所述步骤2中，步骤1的第一产物与端羟基二甲基硅氧烷按照投入的质量比为1:（0.3-0.6）。
5.根据权利要求1所述的一种搅拌站洗车废水用的消泡剂，其特征在于：所述步骤2中，当步骤1的第一产物与端羟基二甲基硅氧烷混合后，加入三乙胺调节pH值为8-9。
6.一种如权利要求1-4任一所述的搅拌站洗车废水用的消泡剂的制备方法，其特征在于：将聚醚类消泡剂、聚醚改性有机硅类消泡剂和改性烷基硅烷消泡剂混合，搅拌均匀，得到搅拌站洗车废水用的消泡剂。
7.一种如权利要求1-4任一所述的搅拌站洗车废水用的消泡剂的应用，其特征在于：每1kg的废水浆中，投入5-8g搅拌站洗车废水用的消泡剂。
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