一种木质素基泡沫混凝土发泡剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种木质素基泡沫混凝土发泡剂及其制备方法与应用。该制备方法是将碱木质素固体粉末加入水中，配制成质量分数为30%～50%的水溶液，用碱性调节剂调节pH值至9～11，加热至60～70℃，加入α‐氨基酸类化合物和醛类物反应1～3h，得到胺化羧基化碱木质素；之后升温至70～90℃，加入含磺酸基单体和引发剂反应3～4h。再在产物中加入表面活性剂、稳泡剂，搅拌均匀，冷却后得到液体产品。本发明专利技术制得的发泡剂发泡能力强、泡沫细腻均匀、稳定性高、价格便宜。并且该发泡剂还拓宽了造纸黑液资源化利用的途径，减少黑液对环境的污染，有显著的经济和社会价值。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种木质素基泡沫混凝土发泡剂及其制备方法与应用。该制备方法是将碱木质素固体粉末加入水中，配制成质量分数为30%～50%的水溶液，用碱性调节剂调节pH值至9～11，加热至60～70℃，加入α‐氨基酸类化合物和醛类物反应1～3h，得到胺化羧基化碱木质素；之后升温至70～90℃，加入含磺酸基单体和引发剂反应3～4h。再在产物中加入表面活性剂、稳泡剂，搅拌均匀，冷却后得到液体产品。本专利技术制得的发泡剂发泡能力强、泡沫细腻均匀、稳定性高、价格便宜。并且该发泡剂还拓宽了造纸黑液资源化利用的途径，减少黑液对环境的污染，有显著的经济和社会价值。【专利说明】一种木质素基泡沬混凝土发泡剂及其制备方法与应用
本专利技术涉及一种混凝土发泡剂，特别是涉及一种木质素基泡沫混凝土发泡剂的制备方法与应用。
技术介绍
泡沫混凝土是指用机械方法将发泡剂水溶液制备成泡沫，再将泡沫加入到含硅质材料、钙质材料、水及各种外加剂等组成的料浆中，经混合搅拌、浇注成型、养护而成的一种轻质多孔材料，其既可现场浇筑施工(如现浇地暖、屋面、墙体自保温、补偿地基、隧道基坑回填等)，又可预制成保温砖、砌块、墙板、夹芯构件、装配式构件等。近年来，随着我国节能减排战略的实施，泡沫混凝土受到了越来越多的关注，并进行了大量的工程施工实践，如国家博物馆、上海浦东机场、612导弹研究院、上海轻轨、巴基斯坦核电站等。泡沫混凝土以其轻质、保温、节能、低碳、不燃、耐久等优点，已成为最受欢迎的新型建筑材料之一，在今后一段时间内必然会持续高速发展。目前我国的泡沫混凝土发泡剂主要有松香树脂类、合成表面活性剂类和蛋白类等。松香树脂类发泡剂的特点是与水泥相容性好，但其发泡倍数和泡沫稳定性一般，不能用于密度低于600kg/m3的泡沫混凝土，且松香树脂类发泡剂制备工艺较为复杂，因而此类发泡剂一般只在技术要求不高时选用。合成表面活性剂类发泡剂主要是阴离子表面活性剂型发泡剂，近几年来成为发泡 剂的主流产品，其优点是发泡能力强，但产生的泡径较大，稳定性差，且生产成本较高，同样难以用于低密度泡沫混凝土的生产。蛋白类发泡剂的突出优点是泡沫稳定，长时间不消泡，完全消泡的时间大多长于24h。而蛋白类发泡剂普遍存在的不足有:发泡倍数低于合成表面活性剂类发泡剂，价格高；蛋白类发泡剂多为动物蛋白，主要用动物蹄角或废毛生产，有一种不好闻的味道，且容易变质，这也限制了它的应用。此外，国际上还发展了反应型发泡剂，即通过原料在水中反应产生气泡。如美国专利US4419134用铝、铜、锌等其它金属或延展性良好的合金的粉末及一定含量的含磷有机酯制成的金属粉末水性糊剂物用做混凝土发泡剂，在水溶液中产生的气泡很稳定，而且可以通过调整含磷有机酯的量自由地控制起泡时间及气泡扩散速度。但此种发泡剂工艺较为复杂，应用还不曰 ο综合分析上述国内三大类发泡剂都存在性能不够全面的缺点。目前常用的改进方法是进行复合改性，研究复合型发泡剂。科技工作者对此已经提出了各种技术方案。中国专利技术专利CN101767953A利用合成阴离子表面活性剂、聚醚乳液和动物蛋白以及胶类物质等复合改性，制备一种保温砂浆发泡剂，使保温砂浆导热系数降低至0.02~0.04ff/m -K,并且每个泡体独立封闭，提高发泡效果，此种发泡剂的主要应用目的是引入封闭的气孔，降低砂浆的导热性能；中国专利技术专利CN100462337C采用十二烷基硫酸钠、烷芳基醚硫酸钠或者十二烷基醚硫酸钠和防白水、稳泡剂复配制备土工用发泡剂，该发泡剂的特点是发泡倍率高，质量不受存放温度和存放时间影响。但此种发泡剂泡沫不均匀，会降低泡沫混凝土的抗压强度，且稳泡性能有限；中国专利技术专利CN100465122C采用鸡蛋黄、二价金属盐、水溶性高分子表面活性剂等复配制备混凝土发泡剂，该发泡剂原料易得，发泡工艺简单，且克服了传统表面活性剂发泡剂泡沫稳定性差的缺点；中国专利技术专利CN100586892C采用阴-阳离子表面活性剂复配体系为主要成分，并加入水溶性高分子稳泡剂和填充剂制备混凝土发泡剂，该发泡剂泡壁厚、气泡稳定性高，且制备工艺简单，不易变质。中国专利技术专利CN101654345B采用甲、乙两组分复合制备混凝土发泡剂，其中甲组分主要由聚乙烯醇、松香、碳酸钠、烧碱、三乙醇胺、盐酸等组成，乙组分主要由三乙醇胺、硫酸钠、亚硝酸钠、氯化钙等组成。该发泡剂的主要目的是弥补混凝土制品的强度损失和凝结时间；中国专利技术专利CN101798200A采用聚乙二醇单甲醚低聚物、氢化钠、对氯甲基苯乙烯和丙烯酸酯类为原料，在引发体系下聚合制备非离子型混凝土发泡剂，该发泡剂的特点是发泡倍数大，泡沫稳定时间长。但此方法反应条件苛刻，且使用氢化钠为原料，操作要求高。美国专利US6153005用含氟的稳泡剂与合成表面活性剂混合后添加至水泥材料中，可形成稳定的微泡，用于生产新型的超轻质泡沫混凝土。这种混凝土可以调整密度、强度及其它物理性质，具有广阔的用途，但使用含氟稳泡剂成本较高。综合发泡剂的研究现状可知，科研工作者主要通过表面活性剂、增稠剂和无机盐复配改善发泡剂某一方面的性能，但这种方法效果有限，不能完全解决发泡剂的问题，且表面活性剂的主要原料大部分来源于石化产品，生产成本高。木质素是自然界中含量仅次于纤维素的第二大生物质资源，同时木质素是造纸工业的副产品，目前超过95%的木质素仍以“黑液”形式直接排入江河或浓缩后烧掉，很少得到有效利用。对木质素的开发和利用具有巨大的经济效益和社会效益。按照浆蒸煮工艺的不同，工业木质素可分为碱木质素和木质素磺酸盐。用硫酸盐法蒸煮得到的是碱木质素；用亚硫酸法蒸煮得到的是木质素磺酸盐。由于酸法制浆产生大量废酸、废水，处理废水的成本高而且污染严重，对环境造成极大伤害，因此酸法制浆逐渐被遗弃。现今，我国制浆工业以碱法制浆为主，由此也产生了大量含碱木质素的制浆黑液副产物，目前碱木质素年产量占工业木质素的90%以上。碱木质素水溶性较差，仅溶解于强碱性溶液，严重限制了它的应用。大量的碱木质素通常被排掉或焚烧，不仅污染环境且浪费资源；仅有少量被改性用作混凝土普通减水剂。改性碱木质素除了具有分散性，还具有一定的表面活性和起泡能力，可提高新拌混凝土的和易性与保坍性。以碱木质素为基本原料开发泡沫混凝土发泡剂，不仅利用其起泡性，而且扩大了碱木质`素的应用范围，减少工业木质素对环境的污染，有效利用可再生的自然资源，具有重要的应用价值和环境意义。另外，采用碱木质素制备发泡剂还可降低发泡剂生产成本。目前关于碱木质素改性制备混凝土发泡剂的研究尚未见报道。碱木质素改性的主要方法是磺化反应，主要有磺甲基化、高温高压磺化、氧化磺化等。在喊木质素中引入未水性的横酸基，其主要目的之一是提闻水溶性；其二是提闻喊木质素分子中的电荷密度，从而提高其对固体颗粒的吸附能力，使固体颗粒之间的静电斥力增大，分散性增强。因此碱木质素磺化改性的基本目标是用作分散剂。《华南理工大学学报》(自然科学版)2007年第5期公布了一种碱木质素氧化磺化用作混凝土减水剂的制备方法，以麦草碱木质素为原料，以Fenton试剂为氧化剂、亚硫酸钠为磺化剂，先进行氧化后再进行磺甲基化反应，得到的产物对水泥净浆的分散性能与木质素磺酸钙相近。《林产化学与工业》200本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种木质素基泡沫混凝土发泡剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）将碱木质素固体粉末加入水中，配制成质量分数为30%～50%的水溶液，用碱性调节剂调节pH值至9～11，边搅拌边加热至60～70℃，加入α‐氨基酸类化合物，并滴加醛类物，反应1～3h，得到胺化羧基化碱木质素；（2）在步骤（1）得到的产物中加入含磺酸基单体，升温至70～90℃，并滴加引发剂，反应3～4h；（3）在步骤（2）得到的产物中加入表面活性剂、稳泡剂，搅拌均匀，冷却后即得木质素基混凝土发泡剂的液体产品；以质量份数计，原料用量为：所述醛类物为甲醛、乙醛或乙二醛；所述含磺酸基单体为苯乙烯磺酸钠、乙烯基磺酸钠、甲基丙烯基磺酸钠和烯丙基磺酸钠中的一种；所述引发剂为过氧化二苯甲酰或偶氮二异丁腈；所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、脂肪醇硫酸钠和十二醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种或两种以上混合物；所述稳泡剂为羧甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素或聚乙烯醇中的一种。FDA0000402248500000011.jpg

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邱学青，郑大锋，杨东杰，孙晓红，楼宏铭，庞煜霞，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：