动物蛋白类混凝土发泡剂的制备与发泡性能测试

摘要 : 以 氢氧化钠、盐酸和人发为主要原料制备xK型动物蛋白混凝土发泡剂，以十二烷基苯磺酸钠(LAS)、十二烷基硫酸钠(SDS)和明胶3种稳泡剂对合成发泡剂进行复配改性，并对复配发泡剂的稳泡性能进行了分析研究。结果表明，这3种稳泡剂能不同程度提高合成发泡剂的泡沫稳定性，其中以LAS与明胶复配的改性作用最好。

关键词:动物蛋白发泡剂;稳泡剂;泡沫混凝土

中图分类号:TU528.042.4 文献标识码:B 文章编号:1001一702X(20()7)07一0008一03

0 引言

　　泡沫混凝土具有流动性高、自重轻、消耗资源少和保温隔热性能卓越等优点，因此，作为一种功能材料可广泛应用于建筑工程领域1。在生产中，泡沫混凝土是以水泥、石灰、粉煤灰、砂和外加剂为主要原料经掺合均匀后，加入适量水充分搅拌制成料浆，同时迅速将发泡剂水溶液经发泡机制成泡沫吹入，经混合搅拌，浇筑成型，养护而成一种内部含有大量封闭气孔的“密孔”轻质建筑材料闭。生产高性能泡沫混凝土，优质发泡剂必不可少，要求发泡剂同时具有成本低廉、原材料易得、起泡力高和技术应用可行等特点阔。

　　国内的混凝土发泡剂主要有:松香胶发泡剂、树脂皂类发泡剂等树脂类，废动物毛发泡剂、水解血胶发泡剂、动物角质发泡剂等动物蛋白类[2l，复合发泡剂间等。但总体来说目前国内的发泡剂存在泡沫稳定性低，泡沫混凝土制品强度不高等问题，使得泡沫混凝土的开发应用受到一定限制。国外在发泡剂的制备和性能改善方面做了大量的研究回，美国、俄罗斯、日本等相继开发出高效蛋白质类发泡剂卜121。我国现有的发泡剂与国际上比较成熟的动物蛋白类发泡剂相比，存在很大差距，有待于进一步改进和提高。鉴于此，本文开展了XK型动物蛋白类混凝土发泡剂的合成、复配及性能分析等研究工作。

1 实验

1.1 主要原料

　　氢氧化钠:AR，成都市联合化工试剂研究所;盐酸:AR，成都新都海兴化工试剂厂;十二醇、十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(LAS)，AR，成都科龙化工试剂厂;明胶，工业级，成都科龙化工试剂厂。

1.2 动物蛋白发泡剂的合成

　　动物蛋白发泡剂的制备己有文献报道阳3]。本文利用氢氧化钠和人发水解，再加稀盐酸中和制备出XK型动物蛋白混凝土发泡剂(以下简称XK型发泡剂)。将人发、氢氧化钠和十二醇以一定比例混合加入装有温度计、机械搅拌器、回流冷凝管的三口瓶中，70~80℃水浴反应5一7h，将产物冷却、过滤，用盐酸中和滤液，之后在80刁0℃水浴反应3h，冷却、过滤后即制得发泡剂母液。

1.3 发泡剂性能测试

　　本试验采用国外普遍使用的测试方法阎对发泡剂的发泡倍数、沉陷距和泌水量等性能进行测试。pH值、固含量和相对密度按GB汀8077一2叨0(@凝土外加剂匀质性试验方澎进行测试。

2 结果与讨论

2.IXK型发泡剂配方的确定

　　XK 型 发泡 剂的性能受到很多因素的影响，为确定各因素的最佳值及影响目标的主次关系，特设计3水平4因素的正交试验。本试验以Na0H、人发、HCI和十二醇的不同配比为4因素，每个因素取3个水平，以此设计肠(3今正交试验(见表D。实验考察的目标为发泡倍数、沉陷距和泌水量。各因素不同配比对发泡剂性能的影响及极差分析见表1

　　发泡剂的发泡倍数、沉陷距和泌水量等性能是衡量泡沫性能的3大重要指标，通常认为最理想的发泡剂应是沉陷距和泌水量最小(即持久性最好)、发泡倍数最大。一般认为，lh后泡沫的沉陷距不大于10mm，lh的泌水量不大于80ml，发泡倍数不小于20的为优质发泡剂。

　　由表 1 中 各因素极差大小可以看出:(l)对发泡倍数影响的主次顺序为:人发>Na0H二HCI二十二醇，人发为主要因素，随着人发用量的增加，自制发泡剂产生的泡沫越细腻丰富，故发泡倍数越大。(2)对沉陷距影响的大小因素为:人发>NaOH>HCI>十二醇，HCI、十二醇的影响相对较小，人发还是主要影响因素，Na0H的影响也较大。随着人发量的增加，自制发泡剂产生的泡沫孔径越小，越稳定性持久。故沉陷距越小。(3)对泌水量影响的大小顺序为:人发>Na0H>HCI>十二醇，人发仍然是主要因素，泡沫越细腻丰富，越稳定持久，发泡倍数越大，沉陷距越小，因此泌水量越小。综合上述试验分析结果可知，5号、9号配方相对较好。

2.2 发泡剂泡沫性能研究

2.2.1 泡沫性能测试

　　对自制 、市 售和改性发泡剂泡沫性能测试分析结果如表

2所示。

　　在自制发泡剂溶液中加入LAS，溶液起泡力变强，泡沫细腻丰富，稳定持久。如果和明胶复配使用效果更好。由表2对比可知，动物蛋白性发泡剂的沉陷距、泌水量和发泡倍数均符合标准，其中以自制XK型发泡剂加入稳泡剂B的性能最佳，这和理论是相符合[l4];而植物性发泡剂的起泡力最大，但是稳泡性能较差。

2.2.2 稳泡剂对泡沫稳定性的影响

　　目前普遍认为泡沫中液体析出和气体穿透液膜扩散是导致泡沫衰变的主要因素[l8。换言之，泡沫的稳定性主要取决于液体析出的快慢和液膜的强度，因此可以选择适当的发泡剂，以降低液相的表面张力，增加液膜的强度和弹性;同时加入稳泡剂，提高泡沫稳定性。因为液膜的表面薪度决定了泡沫的稳定性。加入合适的稳泡剂可使液体有适当的薪度。本试验通过添加稳泡剂LAS、SDS、明胶及LAS和明胶复配来改善发泡剂的泡沫稳定性。稳泡剂及其掺量对发泡剂泡沫稳定性的影响见图1一图4

　　由图 1 一图 4可以看出，加入3种稳泡剂(LAS、SDS、明胶)及LAS和明胶复配物后，发泡剂溶液的起泡能力和泡沫稳定性均比未掺稳泡剂有不同程度的提高。

　　(l) 在 自制 发泡剂溶液中加入LAS，观察到溶液的起泡力增强，泡沫细腻丰富，稳定持久。由Laplace公式可知，液膜的助place交界处与平面膜之间的压差和表面张力成正比，表面张力低则压差小，因此排液速度慢，液膜变薄速度慢，有利于泡沫稳定[1q。由图1可知，当发泡剂中掺入0.1%的LAS、放置时间为lh时，泡沫稳定性明显低于其它的发泡剂，稳定性较差;掺量为0.25%时泡沫的稳定性最好，Zh后的泡沫仍较稳定，且在4h时泡沫稳定性大于未掺试样。

　　(2) 由图 2 、图3可见，SDS在掺量为0.25%时改善泡沫稳定性效果最佳;明胶在掺量为0.1%时，改善泡沫稳定性效果最佳。因为SDS是一种表面活性剂，极易溶于水，有良好的乳化、起泡性能;明胶是组成复杂的两性物质，常用作乳化剂和稳定剂ln。加入SDS和明胶后使得母液相应地变稠，制得的泡沫质量较高，透气性较小，使泡沫的稳定性增强。但掺量继续增大，液相的赫度不断增大，克服粘滞阻力做的功也增大，起泡力降低，且掺量太大，液膜中液体的比重增加，这时重力作用下泡沫容易破裂而析水，从而使稳定性降低[lg]。

　　(3) 由图 4 可见，复配掺入0.25%的LAS和明胶发泡液泡沫稳定性最好，Zh后泡沫排液依然较慢，泡沫更加细腻丰富，稳定持久。加入复配的LAS和明胶后母液变稠，勃稠度较大，透气性较小，从而泡沫的稳定性增强。

3 结语

　　(l) 采用 人 发制备的XK型动物蛋白发泡剂成本较低，能大量生产，而且不易变质，对环境比较友好。

　　(2) 在合 成 动物蛋白发泡剂中，分别加入0.25%十二烷基苯磺酸钠、0.1%明胶或0.25%十二烷基硫酸钠等稳泡剂，泡沫的稳定性均有明显提高，其中，以十二烷基苯磺酸钠和明胶复配使用效果最好，对发泡剂起到了很好的改性作用。