CN101798200B - 一种非离子型混凝土发泡剂及其制备方法 - Google Patents

一种非离子型混凝土发泡剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种非离子型混凝土发泡剂的制备方法，该方法制备的发泡剂具有强力搅拌下发泡倍数大，泡沫稳定时间长，混凝土发泡剂的浓度可以根据实际施工的需要进行调节，合成工艺简单，不易变质，稳定性高等特点。所述发泡剂是用聚乙二醇单甲醚、氢化钠、对氯甲基苯乙烯反应制备带有双键的大单体后再与丙烯酸酯类发生自由基聚合反应后获得。

Description

一种非离子型混凝土发泡剂及其制备方法
技术领域
本发明技术属于化工、建材行业混凝土生产领域，具体涉及一种非离子型混凝土发泡剂制备方法。
技术背景
泡沫混凝土是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、水及各种外加剂组成的料浆中，经混合搅拌、浇注成型、养护而成的一种多孔材料。它具有质轻、隔热保温、隔音耐火、抗震性能好等诸多优点其中，砌块在非承重墙体材料中，占有重要的地位。
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，复合发泡剂等。树酯类发泡剂以松香作为主要原料制成，应用最早也最为普遍，其泡沫稳定性和发泡倍数较低，只能用于密度大于600kg/m3以上的高密度泡沫混凝土，不能用于500kg/m3以下的低密度泡沫混凝土。蛋白类发泡剂的突出特点是泡沫特别稳定，完全消泡的时间大于24h，是其它类型的发泡剂望尘莫及的。
本发明的目的是提供一种合成工艺简单、稳定性高、成本低、导热系数小，密度适中的非离子型混凝土发泡剂的制备方法。
本发明发泡剂在混凝土中的适宜掺入量为水泥(包括矿物掺合料)重量的0.02％～0.3％，具体掺量应根据混凝土内部所需的气泡量通过试验确定。
本发明发泡剂在使用时，与其它外加剂一起直接加入混凝土或溶解于水中后加入混凝土中进行搅拌即可。
本发明发泡剂的应用性能试验原料如下：
水泥：为临沂沂州水泥集团生产的P.II42.5R型水泥，比表面积310m2/kg；砂：为沂河砂，细度模数2.64；石：为石灰岩，5-31.5mm连续粒级。
本发明发泡剂的优点与效果如下：
(1)生产工艺控制简单、操作方便，具有很广泛的适用性；
(2)减水率大于6％；
(3)离析和泌水明显降低；
(4)当含气量不大于5％时，混凝土抗折强度可提高10-25％；
(5)抗冻融循环次数可达250次以上；
(6)其它耐久性如盆结晶压破坏、碱集料反应破坏等也明显改善；
(7)对钢筋无锈蚀。
本发明的发泡剂可以与其它混凝土外加剂复合使用，如引气减水剂，高效混凝土引气减水剂，混凝土缓凝剂，混凝土早强剂，混凝土增稠剂，混凝土防水剂，混凝土泵送剂，混凝土膨胀剂等。
本发明具有水溶性强、与任何其他外加剂复合性好、引入气泡平均孔径较小，气泡稳定性高，对混凝土强度降低较小等特点，用于工民建筑、公路、铁路、桥梁、隧道、水利工程及耐冻混凝土、砂浆用引气剂。
发明内容
本发明实施方式在于提供一种非离子型混凝土发泡剂及其制备方法，该发泡剂反应转化率高，导热系数小，发泡体积大，在混凝土中使用性能优异。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明实施方式提供一种非离子型发泡剂的制备方法，该方法包括：以准备制得产品的总重量为100％计，按下述用量范围取各组分为原料，包括：
聚乙二醇单甲醚    75～85％
氢化钠            1～1.5％
对氯甲基苯乙烯    5～7％
丙烯酸酯类        8～10％
四氢呋喃          10～30倍
所述丙烯酸酯类包括：丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸-β-羟乙酯中的任一种或任二种的混合物。
所述聚乙二醇单甲醚分子量为200～5000。
所述方法具体包括：
(1)称取聚乙二醇单甲醚低聚物，加入四氢呋喃，搅拌使其完全溶解，加入氢化钠，40℃反应6h，加入对氯甲基苯乙烯，30℃反应30h，降到室温，将反应后的溶液过滤，加入适量的***沉淀聚合物，得到带有双键的分子大分子单体。
(2)在反应器中加入分子大分子单体、四氢呋喃、丙烯酸酯类、引发剂，搅拌使其混合均匀，密封，抽真空，鼓入高纯氮气，放入75℃的油浴中反应24h，减压蒸掉适量溶剂，用正己烷沉淀，提纯三次，产物放入真空干燥箱干燥至恒重，得到可用作发泡剂的聚合物。
所述引发剂是指偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰中的一种或两种的混合物，所述引发剂的用量为所用单体总重量的0.2％～5％。
由上述本发明所述实施方式提供的技术方案可以看出，本发明实施方式通过将聚乙二醇单甲醚低聚物、氢化钠反应的产物与对氯甲基苯乙烯反应得到带有双键的大分子单体与丙烯酸酯类在引发体系作用下聚合，形成非离子型混凝土发泡剂，该发泡剂的最重要的特点是强力搅拌下发泡倍数大，泡沫稳定时间长。本发明与现有技术相比还具有下列优点：本发明所获得的混凝土发泡剂的浓度可以根据实际施工的需要进行调节；本发明的发泡剂的合成工艺简单，不易变质，稳定性高；使用本发明的发泡剂制备的混凝土的导热系数小，对混凝土的抗压强度无影响。
具体实施方式
本发明实施方式提供一种非离子型发泡剂的制备方法，该发泡剂在强力搅拌下发泡倍数大，泡沫稳定时间长，该发泡剂是由下述各组分在溶液中聚合得到聚合物，按占聚合物总重量的百分比计，聚合物中各组分及含量为：聚乙二醇单甲醚(75～85％)、对氯甲基苯乙烯(5～7％)、丙烯酸酯类(8～10％)。
为便于理解，下面通过具体实施例对本发明做进一步说明。
本发明的实施例分为二步，第一步是合成带有双键的大分子单体。具体实施过程如下：准确称取500g脱水后的聚乙二醇单甲醚低聚物2000，放入反应器中，加入6000ml用分子筛干燥过新蒸的四氢呋喃，搅拌使其完全溶解，加入10g氢化钠，40℃反应6h，加入270g对氯甲基苯乙烯，30℃反应30h，降到室温，将反应后的溶液过滤，加入适量的***沉淀聚合物，得到带有双键的大分子单体。
第二步实施例1
在反应器中加入20g大分子单体、100ml四氢呋喃，搅拌使其完全溶解，加入5g甲基丙烯酸-β-羟乙酯、引发剂偶氮二异丁腈0.2g，搅拌使其混合均匀，密封，抽真空，鼓入高纯氮气，放入75℃的油浴中反应24h，减压蒸掉适量溶剂，用正己烷沉淀，提纯三次，产物放入真空干燥箱干燥至恒重，得到可用作发泡剂的聚合物。
第二步实施例2
在反应器中加入20g大分子单体、100ml四氢呋喃，搅拌使其完全溶解，加入6g甲基丙烯酸-β-羟乙酯、引发剂偶氮二异丁腈0.208g，搅拌使其混合均匀，密封，抽真空，鼓入高纯氮气，放入75℃的油浴中反应24h，减压蒸掉适量溶剂，用正己烷沉淀，提纯三次，产物放入真空干燥箱干燥至恒重，得到可用作发泡剂的聚合物。
第二步实施例3
在反应器中加入20g大分子单体、100ml四氢呋喃，搅拌使其完全溶解，加入7g甲基丙烯酸-β-羟乙酯、引发剂偶氮二异丁腈0.216g，搅拌使其混合均匀，密封，抽真空，鼓入高纯氮气，放入75℃的油浴中反应24h，减压蒸掉适量溶剂，用正己烷沉淀，提纯三次，产物放入真空干燥箱干燥至恒重，得到可用作发泡剂的聚合物。
第二步实施例4
在反应器中加入20g大分子单体、100ml四氢呋喃，搅拌使其完全溶解，加入8g甲基丙烯酸-β-羟乙酯、引发剂偶氮二异丁腈0.224g，搅拌使其混合均匀，密封，抽真空，鼓入高纯氮气，放入75℃的油浴中反应24h，减压蒸掉适量溶剂，用正己烷沉淀，提纯三次，产物放入真空干燥箱干燥至恒重，得到可用作发泡剂的聚合物。
第二步实施例5
在反应器中加入20g大分子单体、100ml四氢呋喃，搅拌使其完全溶解，加入9g甲基丙烯酸-β-羟乙酯、引发剂偶氮二异丁腈0.232g，搅拌使其混合均匀，密封，抽真空，鼓入高纯氮气，放入75℃的油浴中反应24h，减压蒸掉适量溶剂，用正己烷沉淀，提纯三次，产物放入真空干燥箱干燥至恒重，得到可用作发泡剂的聚合物。
第二步实施例6
在反应器中加入20g大分子单体、100ml四氢呋喃，搅拌使其完全溶解，加入10g甲基丙烯酸-β-羟乙酯、引发剂偶氮二异丁腈0.24g，搅拌使其混合均匀，密封，抽真空，鼓入高纯氮气，放入75℃的油浴中反应24h，减压蒸掉适量溶剂，用正己烷沉淀，提纯三次，产物放入真空干燥箱干燥至恒重，得到可用作发泡剂的聚合物。
第二步实施例7
在反应器中加入20g大分子单体、110ml四氢呋喃，搅拌使其完全溶解，加入11g甲基丙烯酸-β-羟乙酯、引发剂偶氮二异丁腈0.31g，搅拌使其混合均匀，密封，抽真空，鼓入高纯氮气，放入75℃的油浴中反应24h，减压蒸掉适量溶剂，用正己烷沉淀，提纯三次，产物放入真空干燥箱干燥至恒重，得到可用作发泡剂的聚合物。
第二步实施例8
在反应器中加入20g大分子单体、100ml四氢呋喃，搅拌使其完全溶解，加入4g甲基丙烯酸-β-羟乙酯、引发剂偶氮二异丁腈0.19g，搅拌使其混合均匀，密封，抽真空，鼓入高纯氮气，放入75℃的油浴中反应24h，减压蒸掉适量溶剂，用正己烷沉淀，提纯三次，产物放入真空干燥箱干燥至恒重，得到可用作发泡剂的聚合物。
第二步实施例9
在反应器中加入20g大分子单体、100ml四氢呋喃，搅拌使其完全溶解，加入3g甲基丙烯酸-β-羟乙酯、引发剂偶氮二异丁腈0.184g，搅拌使其混合均匀，密封，抽真空，鼓入高纯氮气，放入75℃的油浴中反应24h，减压蒸掉适量溶剂，用正己烷沉淀，提纯三次，产物放入真空干燥箱干燥至恒重，得到可用作发泡剂的聚合物。
第二步实施例10
在反应器中加入20g大分子单体、100ml四氢呋喃，搅拌使其完全溶解，加入2g甲基丙烯酸-β-羟乙酯、引发剂偶氮二异丁腈0.22g，搅拌使其混合均匀，密封，抽真空，鼓入高纯氮气，放入75℃的油浴中反应24h，减压蒸掉适量溶剂，用正己烷沉淀，提纯三次，产物放入真空干燥箱干燥至恒重，得到可用作发泡剂的聚合物。
将第二步实施例中例1、例2、例3得到的聚合物溶解于水，得到发泡剂30％的水溶液，制备泡沫混凝土，主要步骤有混合砂浆制备、泡沫制备、泡沫砂浆混合搅拌、浇筑成型。在泡沫混凝土的制备中掺入少量的高铝水泥来调整水泥浆的凝结时间，矿物材料，粉煤灰(选用石灰和石膏对其进行活性激发)，外加剂(助凝剂、早强剂、高浓萘系减水剂、骨料)。依照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》和GB8076-2008《混凝土外加剂》分别对发泡混凝土进行测定，其混凝土含气量达5.3％，减水率达7.0％，泌水率降低64％，而7d和28d抗压强度比均在95％以上，经250次冻融循环后，抗压强度降低率不大于7％，相对动弹模量达93％。

Claims (4)

1.一种非离子型混凝土发泡剂，包括以下原料：聚乙二醇单甲醚75～85%、氢化钠1～1.5%、对氯甲基苯乙烯5～7%、丙烯酸酯类8～10%；
还包括四氢呋喃10～30倍。
2.根据权利要求1所述的非离子型混凝土发泡剂，其特征在于，所述丙烯酸酯类包括：丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸-β-羟乙酯中的任一种或任二种的混合物。
3.根据权利要求1所述的非离子型混凝土发泡剂，其特征在于，所述聚乙二醇单甲醚分子量为200～5000。
4.一种权利要求1所述的非离子型混凝土发泡剂的合成工艺，其特征在于，为：称取聚乙二醇单甲醚低聚物，加入四氢呋喃，搅拌使其完全溶解，加入氢化钠，40℃反应6h,加入对氯甲基苯乙烯，30℃反应30h,降到室温，将反应后的溶液过滤，加入适量的***沉淀聚合物，得到带有双键的大分子单体；在反应器中加入所述大分子单体、四氢呋喃、丙烯酸酯类、引发剂，搅拌使其混合均匀，密封，抽真空，通入高纯氮气，放入75℃的油浴中反应24h，减压蒸掉适量溶剂，用正己烷沉淀，提纯三次，产物放入真空干燥箱干燥至恒重，得到可用作发泡剂的聚合物。
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