CN104961372B - 一种凝结时间可调的防水稳泡剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种凝结时间可调的防水稳泡剂及其制备方法，所述的防水稳泡剂中各组分所占重量配比为：硬脂酸40～60份，氢氧化钾8～10份，纯碱2～4份，氨水25～38份，氟化钠0.06份，三乙醇胺6～9份，氯化钠10～50份，碳酸锂5～15份，水814～904份。将本发明制得的防水稳泡剂应用于发泡水泥中，可有效控制不同生产环境温度下发泡水泥的凝结速率，其塌模率远远低于同类型的普通硬脂酸铵乳液稳泡剂，并可减少脱模与切割时间，缩短施工工期，适合推广使用。

Description

一种凝结时间可调的防水稳泡剂及其制备方法

技术领域

本发明属于墙体保温材料技术领域，具体涉及一种凝结时间可调的防水稳泡剂及其制备方法。

背景技术

我国每年都有大量新建房屋，仅2013年就有20.1亿平方米新建房屋，而且每年新建房屋面积还在增加。随着国家发展“资源节约型、环境友好型”社会的建设的需要，建筑节能受到越来越多的重视。现阶段建筑节能的实施，主要是减少房屋使用过程中制冷和采暖的能源损耗，这不仅仅涉及到供暖制冷设备的改进，更重要的是加强房屋围护结构节能处理，减少建筑内外热对流从而实现建筑节能。无论是对新建成房屋围护结构的节能处理，还是对旧有房屋围护结构的节能改造，都需要用到大量的保温墙材。其中，水泥基发泡产品如水泥发泡保温板、加气块等，具有成本低、性能好、环保无污染等优势，逐渐被广泛使用。

我国发泡水泥保温板的生产中，尚存在一些技术缺陷，其中较为严重的是水泥发泡保温板生产过程中发生的沉降、塌模情况，严重影响了生产效率和产品的质量；另外水泥发泡保温板气孔壁的致密性不足引起的吸水率较高的问题，易导致产品保温性能下降和耐久性下降。导致沉降、塌模现象发生的原因是：当向拌制好的水泥浆料中加入发泡剂形成多孔的发泡胚体后，由于稳泡剂稳泡时间有限，而水泥凝结形成强度需要一定的时间，多孔的发泡胚体强度不足以支撑其自重，就会发生局部的塌陷甚至整体的沉降、塌模。

此外，当在不同环境温度下生产时，水泥发泡保温板的表面硬化时间与环境温度呈明显的负相关性，当冬季环境温度不低于5℃时，其表面硬化时间不低于135min；而当夏季环境温度不低于25℃时，其表面硬化时间不低于75min。仅使用硬脂酸铵作为稳泡剂时，发泡胚体表面硬化时间不高于60min时稳泡效果较好，塌模率非常低；发泡胚体表面硬化时间60～90min出现一定的沉降现象并伴随着塌模率的增加；发泡胚体表面硬化时间在120min以上时，塌模率较高。

为解决上述问题，需延长稳泡剂的稳泡时间以及加快水泥的凝结速率。目前较为普遍的做法是使用硫铝酸盐水泥等快硬水泥替代部分或全部硅酸盐水泥，从而缩短胶凝材料的凝结时间。但是这样做伴随着一系列副作用：1)快硬水泥长期强度低于普通硅酸盐水泥导致产品强度下降；2)快硬水泥水化凝结后收缩率较大，容易引起产品致密性的下降从而导致开裂和吸水率的增加；3)当使用部分或全部快硬水泥替代普通硅酸盐水泥时，增加了生产的价格成本，也增加的了生产工艺的复杂程度。

发明内容

本发明的目的是提供一种凝结时间可调的防水稳泡剂，该防水稳泡剂可以促进发泡水泥制品中胶凝材料的凝结，减少沉降和塌模现象，并缩短其生产周期。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种凝结时间可调的防水稳泡剂，各组分所占重量配比为：硬脂酸40～60份，氢氧化钾8～10份，纯碱2～4份，氨水25～38份，氟化钠0.06份，三乙醇胺6～9份，氯化钠10～50份，碳酸锂5～15份，水814～904份。

上述方案中，所述氨水为工业用氨水，所述氨水为工业用氨水，质量浓度为19～21％。

优选的，当施工环境温度高于25℃时，所述防水稳泡剂中各组分所占重量配比为：硬脂酸40～50份，氢氧化钾8～10份，纯碱2～4份，氨水25～32份，氟化钠0.06份，三乙醇胺6～7份，氯化钠10～20份，碳酸锂5～10份，水867～904份。

优选的，当施工环境温度在15～25℃时，所述防水稳泡剂中各组分所占重量配比为：硬脂酸50～60份，氢氧化钾8～10份，纯碱2～4份，氨水32～38份，氟化钠0.06份，三乙醇胺6～7份，氯化钠15～35份，碳酸锂5～15份，水831～882份。

优选的，当施工环境温度在5～15℃时，所述防水稳泡剂中各组分所占重量配比为：硬脂酸50～60份，氢氧化钾8～10份，纯碱2～4份，氨水32～38份，氟化钠0.06份，三乙醇胺7～9份，氯化钠25～50份，碳酸锂10～15份，水814～866份。

上述一种凝结时间可调的防水稳泡剂的制备方法，包括以下步骤：

1)按以下重量配比称取各原料：硬脂酸40～60份，氢氧化钾8～10份，纯碱2～4份，氨水25～38份，氟化钠0.06份，三乙醇胺6～9份，氯化钠10～50份，碳酸锂5～15份，水814～904份；

2)将占水总质量1/3～2/5的水置于搅拌容器中，加热至60～65℃，然后加入氢氧化钾、纯碱、氟化钠、氯化钠和碳酸锂，搅拌至完全溶解后，迅速加入硬脂酸，搅拌至硬脂酸完全溶解，得硬脂酸铵乳液(稳泡组分)；然后加入剩余重量的水，当温度降至20～25℃时加入三乙醇胺，搅拌均匀后加入氨水，继续搅拌至形成均一乳液，得所述凝结时间可调的防水稳泡剂。

为实现上述目的，本发明的设计原理是：仅使用具有良好稳泡效果的硬脂酸铵作为稳泡组分，充分利用其防水功能，并优化硬脂酸铵乳液的生产工艺；但单独采用硬脂酸铵作为稳泡组分时，通常需要加入松香类稳泡剂、蛋白质类稳泡剂等其他稳泡剂，才能保证发泡胚体的稳定性，避免发生塌模现象，本发明进一步使用与水泥发泡产品相适应的稳泡体系，平衡水泥水化时间与稳泡剂稳泡时间，减少塌模和沉降的发生，并缩短生产周期。

本发明将硬脂酸溶解于热的碱溶液中，碱溶液包括氢氧化钾和纯碱，并通过合理调控配比调节碱与硬脂酸的化学计量比，使得硬脂酸与碱可以发生充分的化学反应，并避免碱过量浪费，制得的硬脂酸铵乳液作为稳泡组分；制备硬脂酸铵乳液的过程中仅需一次加热，充分利用碱与水反应时的水化热，工艺简单，节约能源。

本发明采用三乙醇胺、氯化钠、碳酸锂组成三元早强体系。三乙醇胺在20℃以上时，早强效果显著，而当温度在5℃其早强效果不能很好发挥，同时由于三乙醇胺掺量较低，其掺量极不好控制，太高会影响后期强度，太低又不能发挥其早强作用，将三乙醇胺与氯化钠复掺，不仅能恢复其低温早强效果，而且可以使得三乙醇胺在浓度较低时很好的发挥其早强效果。氯化钠单独作为早强剂时，需要较大的掺量才能获得早强效果，将其与碳酸锂复掺，可以大幅度减少其用量。碳酸锂的早强化学机理与三乙醇胺及氯化钠均不同，掺入时可以进一步产生早强效果的叠加效应，并有助于提高水泥制品的长期强度。因此，使用三乙醇胺、氯化钠、碳酸锂组成三元早强体系，克服了单一早强剂使用时低温早强效能低、所需掺量大、长期强度不足的缺点，并发挥不同早强剂之间的协同作用。通过调节早强组分的用量可调节水泥胶凝材料的凝结时间。而且该早强体系能够很好的适应于水泥发泡保温板发泡过程中的碱性环境。

当三乙醇胺、氯化钠、碳酸锂三元早强体系和硬脂酸铵稳泡体系复合使用时，由于硬脂酸铵具有很强的表面活性，能够使胶凝材料颗粒更好的分散于水中，三乙醇胺能够更好的附着于水泥颗粒表面，使其对水泥水化促进的作用增强，同时三乙醇胺与硬脂酸铵、氯化钠、碳酸锂及稳泡乳液中钾和钠等的金属阳离子形成络合物，能够更好的破坏水泥颗粒表面水化产物壁，增加水泥水化速率。经过合理的掺量配比实验，通过对稳泡组分和三元早强组分掺量的调整，可保证水泥发泡胚体的凝结时间低于60min，有效减少塌模与沉降的发生，保障了产品质量；并大大缩短脱模和养护时间，从而缩短生产周期，增加生产效率；同时，本发明所述的防水稳泡剂可作为水泥发泡制品中唯一的外加剂使用，简化生产工序。

本发明的有益效果为：

1)本发明所述的防水稳泡剂可有效调节发泡保温板等水泥发泡制品生产过程中胶凝材料的凝结时间，并减少其出现沉降和塌模等现象，适合推广使用。

2)本发明所述的防水稳泡剂可作为唯一外加剂用于水泥发泡制品的生产，可有效提高生产效率，降低生产成本，简化生产工序。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

以下实施例中，如无具体说明，采用的试剂均为市售化学试剂。

以下实施例中，导热系数按照GB/T 10295-2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定热流计法》进行测试；表观密度按照GB/T 5486-2008《无机硬质绝热制品试验方法》进行测试，烘箱加热温度为65±2℃；抗压强度按照GB/T 5486-2008《无机硬质绝热制品试验方法》在实验室条件下养护3d后进行测试；吸水率按照GB/T 5486《无机硬质绝热制品试验方法》进行测定；塌模率和表面硬化时间通过观察得到。

实施例1

水泥发泡保温板的生产环境温度为30℃时：

一种凝结时间可调的防水稳泡剂，各原料的添加量为：硬脂酸45kg，氢氧化钾8kg份，纯碱3kg，氨水28kg(质量浓度为20％)，氟化钠60g，三乙醇胺7kg，氯化钠15kg，碳酸锂8kg，水886kg，其制备方法包括以下步骤：

将300kg水置于搅拌容器中，加热至60℃，加入氢氧化钾、纯碱、氟化钠、氯化钠和碳酸锂，搅拌1min至完全溶解，迅速加入硬脂酸，继续搅拌10min至硬脂酸完全溶解，得硬脂酸铵乳液(稳泡组分)；然后加入586kg水，待溶液冷却至20℃时加入三乙醇胺，搅拌5min，然后加入氨水，继续搅拌15min形成均匀乳液，得所述的凝结时间可调的防水稳泡剂。

将本实施例制得的凝结时间可调的防水稳泡剂应用于制备水泥发泡保温板，各组分的添加量为：普通硅酸盐42.5水泥55kg、粉煤灰35kg、聚丙烯纤维0.3kg、水38kg、凝结时间可调的防水稳泡剂5kg、双氧水(质量浓度27.5％)5.4kg；其制备方法包括以下步骤：首先将水、凝结时间可调的防水稳泡剂和聚丙烯纤维置于搅拌设备内搅拌10s；然后加入普通硅酸盐水泥搅拌3min，得匀质浆料；然后加入双氧水，迅速搅拌10s后，立即将浆料倒入模具发泡成型，自然条件下养护12h后拆模，1d后切割，得所述的水泥发泡保温板。

将本实施例制得的水泥发泡保温板进行性能测试，结果见表1。

表1 实施例1制得的水泥发泡保温板的性能测试结果

实施例2

水泥发泡保温板的生产环境温度为20℃时：

一种凝结时间可调的发泡水泥防水稳泡剂，各原料的添加量为：硬脂酸50kg，氢氧化钾9kg，纯碱3kg，氨水32kg(质量浓度为20％)，氟化钠60g，三乙醇胺7kg，氯化钠20kg，碳酸锂10kg，水869kg，其制备方法包括以下步骤：

将300kg水置于搅拌容器中，加热至60℃，加入氢氧化钾、纯碱、氟化钠、氯化钠和碳酸锂，搅拌1min至完全溶解，迅速加入硬脂酸，继续搅拌10min至硬脂酸完全溶解，得硬脂酸铵乳液(稳泡组分)；然后加入569kg水，待溶液冷却至20℃时加入三乙醇胺，搅拌5min，然后加入氨水，继续搅拌15min形成均匀乳液，得所述的凝结时间可调的防水稳泡剂。

将本实施例制得的发泡水泥防水稳泡剂应用于制备水泥发泡保温板，各组分的添加量为：普通硅酸盐42.5水泥55kg、粉煤灰35kg、聚丙烯纤维0.3kg、水38kg、凝结时间可调的防水稳泡剂5kg、双氧水(质量浓度27.5％)5.8kg；其制备方法包括以下步骤：首先将水、凝结时间可调的防水稳泡剂和聚丙烯纤维置于搅拌设备内搅拌10s；然后加入普通硅酸盐水泥搅拌3min，得匀质浆料；然后加入双氧水，迅速搅拌10s后，立即将浆料倒入模具发泡成型，自然条件下养护12h后拆模，1d后切割，得所述的水泥发泡保温板。

将本实施例制得的水泥发泡保温板进行性能测试，结果见表2。

表2 实施例2制得的水泥发泡保温板的性能测试结果

实施例3

水泥发泡保温板的生产环境温度为10℃时：

一种凝结时间可调的防水稳泡剂，各原料的添加量为：硬脂酸55kg，氢氧化钾10kg，纯碱3.5kg，氨水38kg(质量浓度为20％)，氟化钠60g，三乙醇胺9kg，氯化钠40kg，碳酸锂15kg，水830kg，其制备方法包括以下步骤：

将300kg水置于搅拌容器中，加热至60℃，加入氢氧化钾、纯碱、氟化钠、氯化钠和碳酸锂，搅拌1min至完全溶解，迅速加入硬脂酸，继续搅拌10min至硬脂酸完全溶解，得硬脂酸铵乳液(稳泡组分)；然后加入530kg水，待溶液冷却至20℃时加入三乙醇胺，搅拌5min，然后加入氨水，继续搅拌15min形成均匀乳液，得所述的凝结时间可调的防水稳泡剂。

将本实施例制得的凝结时间可调的防水稳泡剂应用于制备水泥发泡保温板，各组分的添加量为：普通硅酸盐42.5水泥55kg、粉煤灰35kg、聚丙烯纤维0.3kg、水38kg、凝结时间可调的防水稳泡剂5kg、双氧水(质量浓度27.5％)6.5kg；其制备方法包括以下步骤：首先将水、凝结时间可调的防水稳泡剂和聚丙烯纤维置于搅拌设备内搅拌10s；然后加入普通硅酸盐水泥搅拌3min，得匀质浆料；然后加入双氧水，迅速搅拌10s后，立即将浆料倒入模具发泡成型，自然条件下养护1d后拆模，2d后切割，得所述的水泥发泡保温板。

将本实施例制得的水泥发泡保温板进行性能测试，结果见表3。

表3 实施例3制得的水泥发泡保温板的性能测试结果

对比例1

水泥发泡保温板的生产环境温度为10℃时：

一种水泥发泡保温板，各原料的添加量为：普通硅酸盐42.5水泥55kg、粉煤灰35kg、聚丙烯纤维0.3kg、水38kg、硬脂酸铵乳液(质量浓度为5.8％)6.5kg、双氧水(质量浓度为27.5％)5.8kg，其制备方法包括以下步骤：

首先将水、硬脂酸铵乳液和聚丙烯纤维置于搅拌设备内搅拌10s，然后加入普通硅酸盐水泥搅拌3min，得匀质浆料；然后加入双氧水，迅速搅拌10s后，立即将浆料倒入模具发泡成型，自然条件下养护1d后拆模，3d后切割，得水泥发泡保温板。

将制得的水泥发泡保温板进行性能测试，结果见表4。

表4 对比例1制得的水泥发泡保温板的性能测试结果(施工温度为10℃)

对比例2

水泥发泡保温板的生产环境温度为10℃时：

一种水泥发泡保温板，各原料的添加量为：普通硅酸盐42.5水泥55kg、粉煤灰35kg、聚丙烯纤维0.3kg、水38kg、硬脂酸铵乳液(质量浓度为5.8％)6.5kg、三乙醇胺9kg、双氧水(质量浓度为27.5％)5.8kg，其制备方法包括以下步骤：

首先将水、硬脂酸铵乳液、三乙醇胺和聚丙烯纤维置于搅拌设备内搅拌10s，然后加入普通硅酸盐水泥搅拌3min，得匀质浆料；然后加入双氧水，迅速搅拌10s后，立即将浆料倒入模具发泡成型，自然条件下养护1d后拆模，3d后切割，得水泥发泡保温板。

将制得的水泥发泡保温板进行性能测试，结果见表5。

表5 对比例2制得的水泥发泡保温板的性能测试结果(施工温度为10℃)

对比例3

水泥发泡保温板的生产环境温度为10℃时：

一种水泥发泡保温板，各原料的添加量为：普通硅酸盐42.5水泥55kg、粉煤灰35kg、聚丙烯纤维0.3kg、水38kg、硬脂酸铵乳液(质量浓度为5.8％)6.5kg、氯化钠40kg、双氧水(质量浓度为27.5％)5.8kg，其制备方法包括以下步骤：

首先将水、硬脂酸铵乳液和聚丙烯纤维置于搅拌设备内搅拌10s，然后加入普通硅酸盐水泥及氯化钠搅拌3min，得匀质浆料；然后加入双氧水，迅速搅拌10s后，立即将浆料倒入模具发泡成型，自然条件下养护1d后拆模，3d后切割，得水泥发泡保温板。

将制得的水泥发泡保温板进行性能测试，结果见表6。

表6 对比例3制得的水泥发泡保温板的性能测试结果(施工温度为10℃)

对比例4

水泥发泡保温板的生产环境温度为10℃时：

一种水泥发泡保温板，各原料的添加量为：普通硅酸盐42.5水泥55kg、粉煤灰35kg、聚丙烯纤维0.3kg、水38kg、硬脂酸铵乳液(质量浓度为5.8％)6.5kg、碳酸锂15kg、双氧水(质量浓度为27.5％)5.8kg，其制备方法包括以下步骤：

首先将水、硬脂酸铵乳液和聚丙烯纤维置于搅拌设备内搅拌10s，然后加入普通硅酸盐水泥及氯化钠搅拌3min，得匀质浆料；然后加入双氧水，迅速搅拌10s后，立即将浆料倒入模具发泡成型，自然条件下养护1d后拆模，3d后切割，得水泥发泡保温板。

将制得的水泥发泡保温板进行性能测试，结果见表7。

表7 对比例4制得的水泥发泡保温板的性能测试结果(施工温度为10℃)

实施例1～3中性能测试结果表明：在不同的生产环境温度下，通过对本发明原料配比的改变，可以控制水泥凝结速率以控制水泥发泡保温板生产过程中的表面硬化时间。

实施例3和对比例1中的性能测试结果表明：将本发明制得的防水稳泡剂应用于发泡水泥中，其塌模率远远低于同类型的普通硬脂酸铵乳液稳泡剂，并且减少了脱模与切割的时间，缩短了工期，效果显著。

实施例3和对比例2～4中的性能测试结果表明：三元早强组分(三乙醇胺、氯化钠、碳酸锂)可以促进水泥发泡保温板的凝结时间和稳泡时间达到平衡关系，而单组分的早强组分无法满足水泥发泡保温板低温环境下的生产需求。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种凝结时间可调的防水稳泡剂，其特征在于，各组分所占重量配比为：硬脂酸40~60份，氢氧化钾8~10份，纯碱2~4份，氨水25~38份，氟化钠0.06份，三乙醇胺6~9份，氯化钠10~50份，碳酸锂5~15份，水814~904份，其制备方法包括如下步骤：

1）按以下重量配比称取各原料：硬脂酸40~60份，氢氧化钾8~10份，纯碱2~4份，氨水25~38份，氟化钠0.06份，三乙醇胺6~9份，氯化钠10~50份，碳酸锂5~15份，水814~904份；

2）将占水总质量1/3~2/5的水置于搅拌容器中，加热至60~65℃，然后加入氢氧化钾、纯碱、氟化钠、氯化钠和碳酸锂，搅拌至完全溶解后，加入硬脂酸，搅拌至硬脂酸完全溶解；然后加入剩余重量的水，当温度降至20~25℃时加入三乙醇胺，搅拌均匀后加入氨水，继续搅拌至形成均一乳液，得所述凝结时间可调的防水稳泡剂。

2.根据权利要求1所述的防水稳泡剂，其特征在于，所述氨水为工业用氨水，质量浓度为19~21%。

3.根据权利要求1所述的防水稳泡剂，其特征在于，各组分所占重量配比为：硬脂酸40~50份，氢氧化钾8~10份，纯碱2~4份，氨水25~32份，氟化钠0.06份，三乙醇胺6~7份，氯化钠10~20份，碳酸锂5~10份，水867~904份。

4.根据权利要求1所述的防水稳泡剂，其特征在于，各组分所占重量配比为：硬脂酸50~60份，氢氧化钾8~10份，纯碱2~4份，氨水32~38份，氟化钠0.06份，三乙醇胺6~7份，氯化钠15~35份，碳酸锂5~15份，水831~882份。

5.根据权利要求1所述的防水稳泡剂，其特征在于，各组分所占重量配比为：硬脂酸50~60份，氢氧化钾8~10份，纯碱2~4份，氨水32~38份，氟化钠0.06份，三乙醇胺7~9份，氯化钠25~50份，碳酸锂10~15份，水814~866份。