描述了一种制备泡沫的方法，其中提供了一种包括水性液体、颗粒和至少一种表面活性剂的悬浮液，其中至少一种表面活性剂使颗粒的表面至少部分疏水化，并且其中包括具有至少部分疏水化的表面的颗粒的悬浮液是发泡的。至少一种表面活性剂选自具有包括至少九个碳原子的主链的表面活性剂，至少一种表面活性剂优选是由与头部基团连接的尾部组成的两亲性分子，其中尾部含有包括至少九个碳原子的主链。尾部含有包括至少九个碳原子的主链。尾部含有包括至少九个碳原子的主链。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用可持续材料的颗粒稳定的泡沫
[0001]本专利技术涉及泡沫形成领域。
技术介绍
[0002]到2030年，现代隔热材料有望将总能源成本降低20％。然而，当今的现代解决方案还必须适应不断变化的法规，例如使用不易燃、无毒和环境友好的材料。当前，许多主要的工业行动者不能满足这些要求。尽管通过有毒工艺制得且高度易燃，但由于其热导率低，因此诸如膨胀型聚苯乙烯(EPS)或聚氨酯(PU)的聚合物溶液最常使用。诸如玻璃棉或矿物棉的其他解决方案不易燃，但在制造过程中会消耗大量能源，并且可能导致人类健康问题。诸如多孔水泥或气凝胶的最新解决方案趋于达到低热导率，同时在其制造过程中具有阻燃性和无毒性。然而，前一种选择是高二氧化碳排放物，而气凝胶仍然非常昂贵。导致了在建筑隔热材料市场中存在着未被当前可用解决方案填补的空白。
[0003]此外，通过经发泡的混凝土(该混凝土通常由水泥、沙子和水的浆料组成，然后其进一步与充气的泡沫混合)实现了一种用于较轻密度产品的相当简单且相对廉价的生产方法。泡沫是使用发泡剂形成的。
[0004]在这种背景下，US2017158568 A1和WO 2017/093796 A1分别公开了一种用于生产超轻矿物泡沫的方法，其中将波特兰水泥(Portland cement)的浆料和包括水和发泡剂的水性泡沫混合。由此，获得了经发泡的水泥浆液，然后使其经历浇铸。
[0005]此外，EP 1 960 097 B1公开了多孔制品的制造，多孔制品诸如为水泥基湿泡沫，其中所述湿泡沫由包括胶体颗粒的经发泡的悬浮液制备。所述颗粒的表面已通过短链表面活性剂改性。这些泡沫显示出高稳定性，但也需要大量的表面活性剂。此外，在进一步加工这些泡沫(诸如烧结)时，形成了相当高的二氧化碳排放量。
技术实现思路
[0006]因此，本专利技术的目的是克服现有技术的缺点。特别地，一个目的是提供一种制备泡沫的方法，该泡沫尤其在环境方面得到了改进。
[0007]该目的通过根据权利要求1的方法实现。特别地，提供一种制备泡沫的方法，该方法包括以下步骤：
[0008]-提供包括优选为水的水性液体、颗粒和至少一种表面活性剂的悬浮液，其中至少一种表面活性剂使颗粒的表面至少部分疏水化；和
[0009]-使包括具有至少部分疏水化的表面的颗粒的悬浮液发泡。至少一种表面活性剂选自具有包括至少九个碳原子的主链的表面活性剂。
[0010]一个关键问题是在泡沫凝固之前，进入经发泡的悬浮液中的气泡的稳定性。传统上，使用表面活性剂(诸如脂质和蛋白质)通过吸附在气-液界面处来减慢气泡的聚结。然而，由于表面活性剂在界面处的低吸附能，这些表面活性剂稳定方法仅能使泡沫稳定几个小时。在此，泡沫的稳定性来自具有至少部分疏水化的表面的颗粒的稳定化作用，即由于表
面改性的颗粒在气泡表面上的吸附而引起的稳定化作用以及由于遍布整个水性液体的颗粒的渗滤网络的形成而引起的稳定化作用。与传统的表面活性剂相反，这些颗粒在动力学上被捕集在气泡的表面，从而将稳定性从几天提高到了几个月。另外，使用具有包括至少九个碳原子的主链的表面活性剂(在本文中称为长链表面活性剂)，不仅通过存在于气-液界面处的颗粒产生泡沫稳定化作用，而且也通过在悬浮液发泡时所产生的气泡周围形成的牢固的渗滤网络确保了所产生的湿泡沫的稳定性。渗滤网络可以看作是气-液界面和周围水性介质的胶凝或增强，这在当前情况下增加了泡沫的稳定性。表述“渗滤网络”在现有技术中是众所周知的，并且可以被称为“改性颗粒的渗滤网络，其形成了弹性模量高于粘性模量的凝胶”。因此，气-液界面通过这样形成的包括与改性颗粒的网络互连的表面改性的颗粒的复合材料稳定。通常，渗滤网络基于任何类型的表面活性颗粒和活性分子。活性颗粒对应于表面可以通过分子(诸如表面活性剂)吸附而改性的颗粒，或者可以在气-液界面处吸附而不进行任何表面改性的颗粒。活性分子是可以吸附在颗粒表面或气-液界面处的分子(诸如表面活性剂)。
[0011]此外，如果使用长链表面活性剂代替短链表面活性剂(即具有包括少于九个碳原子的主链的表面活性剂)，则分别为了稳定颗粒和泡沫所需的表面活性剂的量显著减少。实际上，发现为了获得与使用短链表面活性剂所获得的孔隙率相当的孔隙率水平，需要的长链表面活性剂的浓度低了大约四倍或甚至更低。获得稳定的泡沫所需的长链表面活性剂的量减少是由于长链表面活性剂在改性颗粒表面方面更有效的事实。换句话说，与短链表面活性剂相比，为了获得相同程度的颗粒改性，即颗粒疏水化，需要较少的表面活性剂。此外，来自一定分子量(通常约为300g/mol)的表面活性剂，长链表面活性剂还可以通过将一些颗粒粘合在一起来参与网络的建立，从而进一步增加泡沫的稳定性。也就是，通过经由吸附在颗粒表面上的长链表面活性剂彼此相互作用的颗粒来实现另外的稳定性。
[0012]在本上下文中，将共同形成表面活性剂分子结构的连续链的最长列的共价键合原子称为主链。因此，具有包括至少九个碳原子的主链的表面活性剂的主链可以包括彼此共价连接的至少九个碳原子或其中一些与其他原子共价连接的至少九个碳原子。表面活性剂对应于本领域技术人员已知的两亲性化合物，意味着它们包括疏水基团和亲水基团。取决于表面活性剂的类型，通过将两亲性表面活性剂添加到包括颗粒的悬浮液中，可以使最初的疏水或疏液颗粒表面分别具有更高的亲水性或亲液性，并且可以使最初的亲水或亲液颗粒表面分别具有更高的疏水性或疏液性。如本文所使用的术语“疏水”、“疏液”、“亲水”和“亲液”的含义对应于这些术语通常已知的含义。例如，亲水/亲液是指易于被水/溶剂分散或易于吸收水/溶剂，而疏水/疏液则相反。由于表面活性剂具有至少九个碳原子的主链的事实，因此该颗粒在与表面活性剂相互作用时将被疏水化。
[0013]两亲性表面活性剂还可以被视为包括尾部和头部基团，其中优选的是该尾部具有包括至少九个碳原子的主链。也就是，本文使用的至少一种表面活性剂对应于具有优选极性头部基团和至少一个疏水链、所述主链的分子，其中该极性头部基团与颗粒相互作用。
[0014]气-液界面处渗滤网络的强度和/或遍布整个连续相形成的渗滤网络的强度可以通过至少部分表面疏水化的颗粒的类型以及相互连接不同颗粒并吸附在气-液界面处的长链表面活性剂的类型进行调节。作为一般趋势，已经观察到，表面活性剂的链越长，则越可能形成凝胶状结构。
[0015]可以将诸如多糖或蛋白质或其他优选的有机分子的添加剂添加到悬浮液中，然后该添加剂参与网络稳定化。也就是说，已经观察到将这样的化合物添加到包括已经表面改性的颗粒，即疏水化的颗粒的悬浮液中，获得了改善的泡沫的稳定性和印刷适性。这归因于凝胶状结构的形成。在本上下文中可以想到的添加剂是纤维素、黄原胶或气相法二氧化硅(fumed silica)。
[0016]在这一点上，应当注意的是，可以制备包括优选水的水性液体和至少一种表面活性剂的第一悬浮液，然后将颗粒添加到所述第一悬浮液中，其中至少一种表面活性剂使颗粒的表面至少部分疏水化，从而制备第二悬浮液，然后使第二悬浮液本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制备泡沫的方法，包括以下步骤：-提供包括优选为水的水性液体、颗粒和至少一种表面活性剂的悬浮液，其中所述至少一种表面活性剂使所述颗粒的表面至少部分疏水化；和-使包括具有至少部分疏水化的所述表面的所述颗粒的所述悬浮液发泡，其特征在于，所述至少一种表面活性剂选自具有包括至少九个碳原子的主链的表面活性剂，所述至少一种表面活性剂优选是由与头部基团连接的尾部组成的两亲性分子，其中所述尾部含有包括至少九个碳原子的所述主链。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一种表面活性剂选自由聚电解质、蛋白质、多糖、甘油、甘油酯、脂肪酸、铵化合物、烷基化合物或它们的组合组成的组。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述聚电解质和/或所述蛋白质和/或所述多糖和/或所述甘油和/或所述甘油酯和/或所述脂肪酸和/或所述铵化合物和/或所述烷基化合物具有至少一种选自溴化物、胺、磷酸酯、膦酸酯、硫酸酯、酰胺、羧酸、吡咯烷、甜菜碱或没食子酸酯或相应的盐的基团。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一种表面活性剂是单硬脂酸甘油酯基化合物、十六烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基溴化铵、壬胺或它们的组合。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一种表面活性剂以每所述颗粒总重量的约0.001重量％多至5重量％的量存在，优选以每所述颗粒总重量的约0.01重量％多至2重量％的量存在。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中向所述悬浮液中添加一种或多种添加剂，所述添加剂选自：-稳定剂，-增塑剂，-高效减水剂，-缓凝剂，-加速剂，-粘合剂，-润湿剂，-气体发生剂，-硬化剂，和-流变改性剂。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在使所述悬浮液发泡之前或在使所述悬浮液发泡之后，所述悬浮液的pH值被调节至约3至14，优选调节至约8至14。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述颗粒是无机颗粒，优选选自硅铝酸盐或硅酸钙，特别是从矿物加工尾矿、催化剂残留物、煤底灰、稻壳灰、棕榈油灰、废玻璃、造纸污泥灰、来自水处理的污泥、云母、蛭石、微二氧化硅、磨碎的粒状高炉矿渣、颜料、珍珠岩或陶...
【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈，
申请(专利权)人：苏黎世联邦理工学院，
类型：发明
国别省市：
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