專利名稱：：Lc-01型泡沫混凝土發(fā)泡劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種泡沫混凝土發(fā)泡劑組合物，從廣義上講，屬于混凝土高效引氣劑，也屬于混凝土添加劑。
背景技術(shù)：
：泡沫混凝土，又稱發(fā)泡水泥，是通過化學(xué)或物理的方式根據(jù)應(yīng)用需要將氮?dú)狻⒍趸細(xì)?、氧氣或空氣引入混凝土漿體中，經(jīng)過成型、合理養(yǎng)護(hù)，使形成含有大量孔洞并具有一定強(qiáng)度的混凝土制品。泡沫混凝土，常按密度劃分等級(jí)，即3級(jí)為300kg/m3，4級(jí)為400kg/m3,……。輕質(zhì)泡沫混凝土，一般指的是36級(jí)泡沫混凝土。泡沫混凝土，20世紀(jì)30年代由瑞士人首先提出，同世紀(jì)50年代在美、蘇等國應(yīng)用于建筑工程。我國于20世紀(jì)卯年代開始引進(jìn)、應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)。輕質(zhì)泡沫混凝土由于具有質(zhì)輕、高強(qiáng)、節(jié)能、利廢、保溫、隔音、耐老化、不易燃等性能，因而其開發(fā)研究和應(yīng)用在國內(nèi)外受到了越來越多的重視。輕質(zhì)泡沫混凝土生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)在于發(fā)泡劑的研制。所用發(fā)泡劑，最早是松香皂，由于其發(fā)泡倍數(shù)不高，人們又用添加高效表面活性劑如十二垸基苯磺酸鈉等的方法對(duì)其進(jìn)行改性，但改來改去，普遍存在與水泥、粉煤灰漿料結(jié)合不好，即存在"起灰"問題。當(dāng)前，人們普遍認(rèn)為，作為第三代發(fā)泡劑，動(dòng)植物蛋白水解液與水泥、粉煤灰具有良好的結(jié)合性，但其存在兩個(gè)缺陷，一是發(fā)泡倍數(shù)不高，二是容易變質(zhì)失效。因此，人們不得不著手開發(fā)第四代發(fā)泡劑，即復(fù)合型發(fā)泡劑。就當(dāng)前市場(chǎng)流行的、使用效果較好的發(fā)泡劑而言，若按其宣傳詞，一個(gè)比一個(gè)更厲害，但按施工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定結(jié)果而言(均按1:60稀釋)，"南京"產(chǎn)品，早期的發(fā)泡倍數(shù)為1.3m3/kg,1.5kg能生產(chǎn)11113泡沫混凝土(4級(jí))，放置一段時(shí)間還有沉淀生成，影響使用，其新產(chǎn)品雖解決了沉淀問題，但發(fā)泡倍數(shù)降為0.80m3/kg;"威海"產(chǎn)品，號(hào)稱由韓國進(jìn)口原料生產(chǎn)，發(fā)泡倍數(shù)很高(5.16m3/kg),但穩(wěn)定性差，0.67kg能生產(chǎn)lmi泡沫混凝土(4級(jí))，可見接觸水泥漿料時(shí)，消泡嚴(yán)重。"北京"產(chǎn)品，按1:30稀釋，發(fā)泡倍數(shù)1.5n^/kg，lkg能生產(chǎn)1.2n^泡沫混凝土(4級(jí))。上述發(fā)泡劑，由純水泥生產(chǎn)的泡沫混凝土產(chǎn)品(即發(fā)泡水泥)，其抗壓強(qiáng)度尚可，但若摻入40%的粉煤灰，要么塌模、要么抗壓強(qiáng)度顯著降低。就混凝土結(jié)構(gòu)而言，除"北京"產(chǎn)品制備的泡沫混凝土閉孔率(70%)較高外，"南京"新產(chǎn)品次之，其余幾乎都是"棉花狀"，這種結(jié)構(gòu)的泡沫混凝土產(chǎn)品，不僅強(qiáng)度較低，而且隔熱、隔聲的性能也較差。泡沫混凝土發(fā)泡劑的性能，包括發(fā)泡倍數(shù)及其發(fā)泡后所形成的泡沫與水泥、粉煤灰等槳料混合后的穩(wěn)定性、結(jié)合性，是決定泡沫混凝土強(qiáng)度、隔熱、隔聲、是否開裂等性能的關(guān)鍵因素。然而，到目前為止，仍有很多業(yè)內(nèi)人士，評(píng)判發(fā)泡劑質(zhì)量優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)仍停留在發(fā)泡倍數(shù)、泌水性及泡沫單獨(dú)存在時(shí)的穩(wěn)定時(shí)間長短上。實(shí)驗(yàn)事實(shí)已經(jīng)證明，泡沫單獨(dú)存在時(shí)，其半衰期即使可達(dá)數(shù)天，但不能保證它接觸水泥、粉煤灰漿料時(shí)不大量破泡，也不能保證它不影響混凝土的凝結(jié)。此外，當(dāng)前人們對(duì)發(fā)泡劑研究還存在另一個(gè)誤區(qū)，那就是僅在常規(guī)的表面活性劑和穩(wěn)泡劑圈中打轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，而沒有考慮水泥、粉煤灰漿料的化學(xué)特性，研究時(shí)僅把重點(diǎn)放在尋求起泡性能好的表面活性劑和能與之配伍并使泡沫表面黏度增加的穩(wěn)泡劑上。其結(jié)果是泡沫表面黏度小，發(fā)泡倍數(shù)高，但接觸水泥、粉煤灰槳料破泡嚴(yán)重，而破泡后的表面活性劑吸附在水泥、粉煤灰顆粒表面，又嚴(yán)重影響水泥的凝結(jié)；泡沫表面黏度大，接觸水泥、粉煤灰漿料時(shí)雖然很少破泡，但發(fā)泡倍數(shù)顯著降低，單位質(zhì)量發(fā)泡劑的泡沫混凝土產(chǎn)量降低。總之，對(duì)泡沫混凝土發(fā)泡劑不合理的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)以及不正確的思路，致使人們長期未找到一個(gè)性能優(yōu)越的發(fā)泡劑。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種新型的泡沫混凝土發(fā)泡劑，即LC-Ol型泡沫混凝土發(fā)泡劑。它由起泡劑和穩(wěn)泡劑兩部分組成。經(jīng)過大量試驗(yàn)和理論分析，我們找到了一類具有兩個(gè)親水基團(tuán)(羧基)、一個(gè)長鏈?zhǔn)杷鶊F(tuán)(烴基)的新型表面活性劑和幾種具有兩個(gè)或多個(gè)親水基團(tuán)(羧基或能與鈣、鎂等離子反應(yīng)的羥基)的穩(wěn)泡劑。將這種表面活性劑與單親水基團(tuán)(羧基、磺酸基或硫酸根)的表面活性劑混用，不但提高了發(fā)泡倍數(shù)，而且發(fā)泡后具有兩個(gè)羧基的表面活性劑的兩個(gè)羧基之間的原子鏈就像"鋼筋"一樣相互交錯(cuò)形成網(wǎng)絡(luò)，從而使其泡沫較純單親水基團(tuán)表面活性劑的泡沫更為穩(wěn)定。新選用的穩(wěn)泡劑，均為具有能與鈣、鎂等離子反應(yīng)的兩個(gè)或多個(gè)羧基或羥基的物質(zhì)，這類新型表面活性劑和穩(wěn)定劑形成的泡沫，一旦接觸水泥、粉煤灰漿料，泡沫表面的羧基、羥基便與水泥水化析出的鈣、鎂等離子以及水泥、粉煤灰表面的鈣、鎂等離子強(qiáng)烈吸附，并最終形成化學(xué)鍵，這樣就在泡沫表面形成了一個(gè)由水泥、粉煤灰顆粒組成的球形硬殼，其結(jié)果是，其泡沫接觸水泥、粉煤灰漿料不但不易破泡，反而變得更加穩(wěn)定。三乙醇胺除具有穩(wěn)泡作用外，還有促進(jìn)水泥顆粒水化、加速泡沫混凝土漿料初凝的作用。此外，雙羧基表面活性劑本身具備的穩(wěn)泡性，加上專屬穩(wěn)泡劑的小分子特性，可以顯著地降低發(fā)泡劑原液的黏度，從而提高了它的施工性能。LC-01型泡沫混凝土發(fā)泡劑的發(fā)泡倍數(shù)，按1:100稀釋，可達(dá)5.05.6mVkg，接觸水泥、粉煤灰漿料，消泡率<12%，即每公斤可生產(chǎn)4m3以上的4級(jí)泡沫混凝土；按1:60稀釋，發(fā)泡倍數(shù)》3.5m3/kg，接觸水泥，幾乎不消泡，即每公斤可生產(chǎn)不低于3.53.8rn3的4級(jí)泡沫混凝土(含粉煤灰40%)，其抗壓強(qiáng)度是當(dāng)今流行的永泰企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(Q/3201YTJN01-2005)的2倍左右。之所以考察按1:60稀釋時(shí)的發(fā)泡倍數(shù)，是因?yàn)楝F(xiàn)行泡沫混凝土生產(chǎn)所用的發(fā)泡機(jī)的最大稀釋倍數(shù)為1:60。本發(fā)明的工藝流程如圖1所示。本發(fā)明LC-01型泡沫混凝土發(fā)泡劑的各項(xiàng)理化指標(biāo)如表1所示。表1LC-01型泡沫混凝土發(fā)泡劑的各項(xiàng)理化指標(biāo)(20'C)<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>*:使用效率指的是每公斤發(fā)泡劑可生產(chǎn)的4級(jí)泡沫混凝土的立方米數(shù)工藝流程如圖中原料1為NaOH或碳酸鈉，或KOH，或碳酸鉀，原料2為硼砂或硅酸鈉、或鋁酸鈉，原料3為丁二酸等小分子二元羧酸，原料4為三乙醇胺，原料5為松香，原料6為AES，或含有磺酸基(包括硫酸根)的表面活性劑，原料7為6501,原料8為雙氧水。工藝條件以蒸餾水或低硬度水為溶劑，原料l、2、3、4和原料1、5的反應(yīng)溫度及各中間產(chǎn)品攪拌混合的溫度均為80100'C，最佳溫度條件為95土3'C(若采用先熔化原料5，后中和的方法時(shí)，熔化時(shí)的外浴溫度可為120200°C，甚至明火加熱，但應(yīng)防火)。其中原料1與原料原料1與5的摩爾比為0.960.98:1，可得中間產(chǎn)品9、10;室溫條件下，把原料7與原料8在高壓釜中攪拌混合均勻，而后升溫到100110°C，并保溫反應(yīng)34小時(shí)，可得中間產(chǎn)品11，即椰子油脂肪酸二羧甲基酰胺[R-CON(CH2COOH)2]，冷至室溫后出料。80100°C，先把中間產(chǎn)品10、ll混合均勻，而后將該混合物加入到中間產(chǎn)品9的反應(yīng)器中混合均勻，冷至室溫包裝即得成品LC-01型泡沫混凝土發(fā)泡劑。具體實(shí)施方式實(shí)施例1原料(1)NaOH(99.0%,天津)(2)丁二酸(工業(yè)品，95%，安徽)(3)硼砂(工業(yè)品，95%，上海)37.538mol1.82.4mol1.92.1mol(4)三乙醇胺(工業(yè)品.85%,河北邢臺(tái))(5)松香(工業(yè)品，二級(jí)，廣西)(6)AES(脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉，70%,吉林)(7)6501(椰子油脂肪酸二乙醇酰胺(1:1)，95%，廣東)(8)雙氧水(27.5%，工業(yè)品，山東)合成方法按比例將原料l、2、3、4混合，加入一定量的水(軟水或蒸餾水，下同)加熱溶解，并繼續(xù)反應(yīng)lh即得中間產(chǎn)品9。按比例稱取原料l、5。將原料l溶解于水。將原料5加熱令其全部熔化，而后在攪拌下，先少量、緩慢加入原料l的溶液，待繼續(xù)加入時(shí)反應(yīng)比較平穩(wěn)后(此時(shí)體系溫度降至10(TC以下)，可較快地加入剩余溶液。繼續(xù)反應(yīng)11.5h后，加入原料6再攪拌混合lh即得中間產(chǎn)品10。按比例取原料7、8，攪拌均勻后密封，升溫到100~105°C，繼續(xù)保溫反應(yīng)3h,冷至室溫即得中間產(chǎn)品11。把中間產(chǎn)品IO、11按比例先行混勻，而后加入到中間產(chǎn)品9的反應(yīng)器(A)，按產(chǎn)品固含量為30%的要求，用剩余的水洗滌相關(guān)容器，并加入到反應(yīng)器A中，繼續(xù)攪拌反應(yīng)lh，即得本發(fā)明產(chǎn)品LC-01型泡沫混凝土發(fā)泡劑。將實(shí)施例1中的原料1改為無水或十水碳酸鈉，按其所中和的H+的摩爾數(shù)量與氫氧化鈉相同的原則計(jì)算它們的用量；最后洗滌相關(guān)容器的補(bǔ)充水的用量亦應(yīng)做相應(yīng)調(diào)整。其他原料、數(shù)量及工藝條件不變，同樣可得本發(fā)明產(chǎn)品LC-01型泡沫混凝土發(fā)泡劑。與實(shí)施例l相比，其優(yōu)點(diǎn)在于碳酸鈉比較便宜，其有效成分易于確定，缺點(diǎn)是中間產(chǎn)品IO的生產(chǎn)過程中，應(yīng)謹(jǐn)慎地加入原料1的溶液，防止"溢鍋"。將實(shí)施例1中的原料2改為丙二酸或己二酸，加入的摩爾數(shù)量與丁二酸相同；最后洗滌相關(guān)容器的補(bǔ)充水的用量亦應(yīng)做相應(yīng)調(diào)整。其他原料、數(shù)量及工藝條件不變，同樣可得本發(fā)明產(chǎn)品LC-01型泡沫混凝土發(fā)泡劑。與丁二酸相比，目前丙二酸價(jià)格較貴；己二酸需依賴進(jìn)口，且其價(jià)格與丁二酸相當(dāng)，而相同固含量的產(chǎn)品其效果不如丁二酸。原料與實(shí)施例l相同。中間產(chǎn)品IO的合成用傳統(tǒng)的方法將原料5砸碎成最大直徑《4ran的顆粒，將原料l制成水溶液，并加熱到809(TC，而后將粉碎后的原料5逐步加入到反應(yīng)體系中(防溢鍋)。加完后繼續(xù)反應(yīng)3小時(shí)。其他工藝條件同實(shí)施例l。該方法的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)溫度相對(duì)較低，但反應(yīng)速度慢，操作需謹(jǐn)慎。與實(shí)施例l相比，完全不使用中間產(chǎn)品ll。只是按照實(shí)施例1的方法制備出中間產(chǎn)品9、10,而后仍按實(shí)施例1的方法將中間產(chǎn)品9、IO攪拌混合，即得產(chǎn)品。其優(yōu)點(diǎn)是省去了高壓反應(yīng)設(shè)備，也節(jié)約了時(shí)間，發(fā)泡倍數(shù)也有所提高；缺點(diǎn)是泡沫單獨(dú)存放時(shí)的穩(wěn)定時(shí)間會(huì)有所降低，泡沫混凝土產(chǎn)品的抗壓強(qiáng)度也稍有降低，但仍高于永泰企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明可用其他不違背本發(fā)明主要特征的各種具體形式來描述。例如，用偏鋁酸代替硼酸；用其他分子伸展后具有平面結(jié)構(gòu)的三元羧酸、四元羧酸代替丁二酸；用具有兩個(gè)或三個(gè)羧基、一個(gè)具有不同長度碳鏈的烴基代替本發(fā)明的中間產(chǎn)品11等。因此，在與本發(fā)明的權(quán)利耍求書相當(dāng)?shù)暮x和范圍內(nèi)的任何改變，都應(yīng)認(rèn)為是包括在權(quán)利要求書之中的。實(shí)施例2實(shí)施例3實(shí)施例4實(shí)施例權(quán)利要求1.一種泡沫混凝土發(fā)泡劑組合物，它包括起泡劑和穩(wěn)泡劑兩部分，起泡劑為一類新型表面活性劑；穩(wěn)泡劑為結(jié)構(gòu)簡單的小分子有機(jī)或無機(jī)物，其特征在于起泡劑由具有兩個(gè)親水基團(tuán)(羧基)、一個(gè)長鏈?zhǔn)杷鶊F(tuán)(烴基)的新型表面活性劑和單親水基團(tuán)的松香皂及具有磺酸基或硫酸根的常規(guī)表面活性劑組成；穩(wěn)泡劑為具有兩個(gè)或多個(gè)親水基團(tuán)(羧基或能與鈣、鎂等離子反應(yīng)的羥基)的小分子化合物組成。2.—種生產(chǎn)泡沫混凝土發(fā)泡劑的方法，包括起泡劑和穩(wěn)泡劑及其混合工藝，其特征在于以蒸餾水或低硬度水為溶劑，通過其用量調(diào)整產(chǎn)品的固含量，以氫氧化鈉(鉀)或碳酸鈉(鉀)調(diào)節(jié)產(chǎn)品的pH值，起泡劑和穩(wěn)泡劑分別制備，并需充分混合均勻，而后在8010(TC的溫度條件下，將起泡劑加入到穩(wěn)泡劑中攪拌混合均勻。3.根據(jù)權(quán)利要求1，所述起泡劑中的新型雙親水基團(tuán)和單親水基團(tuán)表面活性劑，其特征在于，前者為椰子油脂肪酸二羧甲基酰胺[R-CON(CH2COOH)2]，后者為松香皂、AES或其他含有磺酸基或硫酸根的表面活性劑，其摩爾比依次為00.1:1822:2832。4.根據(jù)權(quán)利要求1，所述穩(wěn)泡劑中的具有兩個(gè)或多個(gè)親水基團(tuán)(羧基或能與鈣、鎂等離子反應(yīng)的羥基)的小分子化合物，其特征在于，含羧基的穩(wěn)泡劑為丁二酸或丙二酸、或己二酸、或其他小分子多元有機(jī)酸，或它們的組合，含羥基的穩(wěn)泡劑為硼砂(或硅酸鈉、或偏鋁酸鈉)和三乙醇胺，其摩爾比依次為1.82.4:1.92.1(8、8):28。5.根據(jù)權(quán)利要求1，所述的單親水基團(tuán)表面活性劑松香皂的制備，其特征在于，先在高于10(TC的溫度下將松香熔化，而后控溫80100'C，攪拌下依據(jù)先慢后快的原則加入含有能與松香等摩爾反應(yīng)的氫氧化鈉(鉀)或碳酸鈉(鉀)溶液，加完后需繼續(xù)反應(yīng)l1.5h。6.根據(jù)權(quán)利要求2,所述的以蒸餾水或低硬度水為溶劑，通過其用量調(diào)整產(chǎn)品的固含量，以氫氧化鈉(鉀)或碳酸鈉(鉀)控制產(chǎn)品的pH值，其特征在于，中間產(chǎn)品合成用水不超過90%,其pH值均應(yīng)在8以上。7.根據(jù)權(quán)利要求2，所述的起泡劑中的雙親水基團(tuán)表面活性劑，即椰子油脂肪酸二羧甲基酰胺，其特征在于，它需通過6501(1:l)與雙氧水在100110'C密閉高壓反應(yīng)34h制備，其原料的摩爾比為1:1,其用量在00.lniol。全文摘要LC-01型泡沫混凝土發(fā)泡劑，屬于混凝土高效引氣劑。本發(fā)明采用雙(或多)親水基團(tuán)表面活性劑和穩(wěn)定劑制備的LC-01型泡沫混凝土發(fā)泡劑的發(fā)泡倍數(shù)，按1∶100稀釋，可達(dá)5.0～5.6m³/kg，接觸水泥、粉煤灰漿料，消泡率＜12％，即每公斤可生產(chǎn)4m³以上的4級(jí)泡沫混凝土；按1∶60稀釋，發(fā)泡倍數(shù)≥3.5m³/kg，接觸水泥，幾乎不消泡，即每公斤可生產(chǎn)不低于3.5～3.8m³的4級(jí)泡沫混凝土(含粉煤灰40％)，其4級(jí)泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度為1.2～1.5MPa。較好地解決了泡沫混凝土發(fā)泡劑的發(fā)泡倍數(shù)及其泡沫與混凝土漿料接觸時(shí)的穩(wěn)定性的矛盾，幾倍地提高了每公斤發(fā)泡劑的泡沫混凝土產(chǎn)量及其抗壓強(qiáng)度。文檔編號(hào)C04B24/00GK101638303SQ20091013837公開日2010年2月3日申請(qǐng)日期2009年5月7日優(yōu)先權(quán)日2009年5月7日發(fā)明者李森蘭,杜巧云,王利亞,王建平,路長發(fā)申請(qǐng)人:洛陽師范學(xué)院;河南昌惠建筑節(jié)能工程有限公司