CN117303785B - 一种pH普适型高效石膏缓凝剂 - Google Patents

Abstract

本发明属于石膏外加剂技术领域，具体涉及一种pH普适型高效石膏缓凝剂及其制备方法。本发明提供的pH普适型高效石膏缓凝剂包括胺类化合物、骨胶、增强剂、柠檬酸、减水剂、表面活性剂和水。所述胺类化合物为氨基乙酸，增强剂为灰钙粉，减水剂为磺化三聚氰胺甲醛树脂，表面活性剂包括吐温‑80和磺化木质素。由本发明制得的pH普适型高效石膏缓凝剂制备方法简单，所用原料易获得，柠檬酸、骨胶和胺类化合物作为缓凝主要组分的同时，不同组分发挥着不同的作用，在降低成本、减轻pH值影响增加应用场景以及减少因缓凝效果而导致的强度降低等方面协同发挥作用。经实验证实，本发明制得的石膏缓凝剂能控制在不同酸碱条件下强度损失率在8％左右，适用前景较好。

Description

一种pH普适型高效石膏缓凝剂

技术领域

本发明属于石膏外加剂技术领域，具体涉及一种pH普适型高效石膏缓凝剂。

背景技术

石膏材料是世界公认且在各个国家广泛使用的绿色环保建筑材料。石膏材料用途广泛，如石膏天花板、石膏腻子、特种砂浆、粉刷石膏、石膏墙板、模具石膏、石膏砌块等，均以建筑石膏为原料制成。然而由于石膏材料的凝结硬化过程较快，通常在6-8分钟左右就已经凝结成块，丧失流动性，使得能够施工和操作的时间远远不足，而缓凝剂的加入可以调节石膏材料的凝结时间，不用重复和料，以满足施工工艺的要求。

就石膏缓凝剂而言，目前大致有三种类型。一是有机酸类，代表的有柠檬酸、苹果酸等，为市面常用的石膏缓凝剂，对建筑石膏具有显著的缓凝效果，是高效的石膏缓凝剂，但在对建筑石膏具有显著缓凝效果的同时，它们对石膏的抗压强度有较大的影响；二是磷酸盐类，代表的有三聚磷酸钠、六偏磷酸钠等，石膏的凝结时间在一定程度上有所延长，但是缓凝效果一般，且对强度有更大的影响；三是蛋白质类缓凝剂，为该领域近年来较为新颖的技术方案，具有较优缓凝效果的同时，对强度的影响也不大，但问题是工艺成本较大，由于使用的大都是动物羽毛、豆粕、玉米蛋白等含蛋白组分的下脚料进行水解后的产物，其含量也不固定，导致了该类缓凝剂的实际应用效果并不理想。

中国专利申请CN106966631A公开了一种复合石膏缓凝剂的方法，包括先对废弃香菇菌棒依次进行厌氧和有氧培养，收集培养后的挤出液，并对培养后的固体剩余物做碳化、粉碎、过筛处理，将过筛颗粒与乙醇溶液、氨水等加热静置后离心，收集沉淀物经焙烧后与助剂碾磨，再将挤出液离心、浓缩后与碾磨物混匀，即可得，但问题在于，该方法制备工艺较为复杂，且抗压强度有待于进一步提高。

中国专利申请CN108147691A公开了一种石膏缓凝剂及制备方法，能够与现有的味精生产工艺无缝衔接，在不影响味精正常生产的前提下，实现了石膏缓凝剂的生产，既节约了成本，又减少了环境污染，包括谷氨酸发酵氮源20-30％，乙酸苯乙酯0.01-0.05％，二异丙基乙胺0.2-0.8％，水30-45％。但问题在于，以该方法制得的石膏缓凝剂在凝结时间以及强度上存在差异。

以上现有技术均提供了一定的技术启示，特别是蛋白质在制备石膏缓凝剂上的应用，但问题在于，如何在维持凝结时间的同时还保有较好的强度特征，此外，不同的pH值对石膏缓凝剂也存在影响，为使石膏缓凝剂取得较优的技术效果通常都会根据缓凝剂类型调节pH值，但对于复合石膏缓凝剂不同组分适用的pH值并不相同，这加大了建筑工艺的复杂程度，也受限于特定环境条件，石膏缓凝剂受pH值的影响同样也是需要解决的问题。

发明内容

本发明旨在提供一种pH普适型高效石膏缓凝剂及其制备方法，特别是该方法制备方法简单，所用原料易于获得，通过特定组分及配比可以在加强石膏缓凝效果的同时保证硬度，且适用于不同pH环境，为石膏缓凝剂及其制备方法提供了新思路。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种pH普适型高效石膏缓凝剂，所述石膏缓凝剂按质量份数由如下组份构成：1-10胺类化合物、5-15骨胶、10-50增强剂、1-12柠檬酸、0.02-0.1减水剂、0.05-0.25表面活性剂、200-400水。

进一步的，所述胺类化合物为氨基乙酸，所述增钙剂为灰钙粉。

进一步的，所述减水剂为磺化三聚氰胺甲醛树脂。

进一步的，所述表面活性剂包括吐温-80和磺化木质素，其质量比为0.5：1-5。

进一步的，所述石膏缓凝剂按质量份数由如下组份构成：1-8胺类化合物、5-12骨胶、30-50增强剂、5-12柠檬酸、0.02-0.06减水剂、0.05-0.14表面活性剂、260-400水，所述胺类化合物为氨基乙酸，增强剂为灰钙粉，减水剂为磺化三聚氰胺甲醛树脂。

进一步的，所述石膏缓凝剂按质量份数由如下组份构成：5胺类化合物、9骨胶、34增强剂、6柠檬酸、0.05减水剂、0.12表面活性剂、310水，所述胺类化合物为氨基乙酸，增强剂为灰钙粉，减水剂为磺化三聚氰胺甲醛树脂，表面活性剂包括吐温-80和磺化木质素，其质量比为0.5：2。

进一步的，所述石膏缓凝剂在施工时石膏中的加入量占石膏总重量的0.03％-0.06％。

进一步的，所述石膏缓凝剂在施工时选用的石膏为脱硫石膏。

进一步的，所述pH普适型高效石膏缓凝剂的制备方法为：

S1将配方量的骨胶、柠檬酸、表面活性剂和水加入到反应器中，在40-60℃的条件下搅拌20-40min，使之混合均匀；

S2将配方量的胺类化合物和减水剂加入到步骤S1的反应器中，在常温下搅拌10-50min，混合均匀后喷雾干燥；

S3在步骤S2操作完成后，将增强剂与步骤S2所得产物在分散机中搅拌50-70min充分混合，即得该石膏缓凝剂。

进一步的，所述的pH普适型高效石膏缓凝剂在适用于石膏缓凝和增强的应用。

石膏缓凝剂已在国内广泛应用，但以单一组分构建的石膏缓凝剂，如有机酸、磷酸盐以及蛋白质等为主要成分的石膏缓凝剂都存在不同程度的缺陷，包括对石膏抗压强度的影响以及成本、稳定性的问题。而构建复合型缓凝剂，经实验发现不仅具有较好的缓凝效果，对石膏的强度也影响较小。本发明是通过结合现有缓凝剂的不同特点进行复配，并辅以不同的原料获得的高效复合缓凝剂。

柠檬酸、骨胶和胺类化合物是本发明起主要作用的组分，所用胺类化合物为工业用氨基乙酸，柠檬酸通过络合作用与钙离子形成稳定的柠檬酸钙，骨胶和氨基乙酸均为蛋白类产物，通过与石膏表面的钙离子结合覆盖在石膏晶核表面，降低晶核的表面能，使得其水化进程减缓。

工业用氨基乙酸含量稳定且成本较低，且有柠檬酸和骨胶发挥作用减少用量，更符合一般适用场合。骨胶性质较为稳定，通过其包覆作用，在体系中加入骨胶后能明显增强整个石膏缓凝剂体系受pH的影响。

表面活性剂吐温-80和磺化木质素各有不同的功效，前者更侧重于助溶，能够加速石膏缓凝剂在应用时保证较快的溶解速度，而磺化木质素更侧重其分散效果，能够较快的发挥不同组分的作用。

减水剂磺化三聚氰胺甲醛树脂的本质也是一种表面活性剂，其主要作用使调整因柠檬酸而导致强度降低的问题，同时也有利于石膏的流动性，最终改善石膏性能。

增强剂灰钙粉是在其他组分经混合后喷雾干燥才进行混合的组分，能够进一步加强在应用时石膏的流动性和强度。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

(1)本发明原料构成明确，理论依据清晰，包括胺类化合物、骨胶、增强剂、柠檬酸、减水剂、表面活性剂等。本发明提供的pH普适型高效石膏缓凝剂是一个作用机理相对明确的复合体系，不同原料之间既发挥着其本身的功能，又弥补了其他原料的缺陷。

(2)本发明制备流程简易，先将配方量的骨胶、柠檬酸、表面活性剂和水加入到反应器中，使之混合均匀，再将配方量的胺类化合物和减水剂加入到反应器中，混合均匀后喷雾干燥，待操作完成后，加入增强剂在分散机中充分混合，即得该石膏缓凝剂，整个流程所用材料价格低廉且易于获得，没有过于复杂的工艺，实用性强。

(3)本发明制得的pH普适型高效石膏缓凝剂是一个复合体系，柠檬酸、骨胶和胺类化合物作为缓凝主要组分的同时，不同组分发挥着不同的作用，在降低成本、减轻pH值影响增加应用场景以及减少因缓凝效果而导致的强度降低等方面均发挥作用，彼此之间产生协同作用。

(4)本发明还创造性的加入了减水剂和表面活性剂，减水剂的加入更进一步防止石膏强度的降低，而表面活性剂能够增大溶解和分散效果，促进石膏缓凝剂体系的整体效果。

(5)本发明还进一步加入了增强剂灰钙粉，能够在较低的成本下提升石膏缓凝剂性能，尤其是在流动性和强度方面。

(6)本发明制得的pH普适型高效石膏缓凝剂各组分之间作用机理清晰明确，通过实验获得了较佳的质量份数比，并创造性的加入了以往石膏缓凝剂中未曾使用的组分，取得了较好的效果，市场前景广阔。

具体实施方式

以下通过实施例行使的具体实施方式，将本发明的所述内容做进一步解释。但本发明上述主题的范围不仅限于以下实施例。

以下实施例中所用到的骨胶、柠檬酸、磺化三聚氰胺甲醛树脂等均为市场上普通的商品化原材料。以下实施例中涉及的方法如无特别说明，均为本领域的常规方法。

实施例1

一种pH普适型高效石膏缓凝剂，制备方法包括以下步骤：

S1将配方量的骨胶、柠檬酸、表面活性剂和水加入到反应器中，在40℃的条件下搅拌20min，使之混合均匀；

S2将配方量的胺类化合物和减水剂加入到步骤S1的反应器中，在常温下搅拌10min，混合均匀后喷雾干燥；

S3在步骤S2操作完成后，将增强剂与步骤S2所得产物在分散机中搅拌50min充分混合，即得该石膏缓凝剂。

所述石膏缓凝剂按质量份数由如下组份构成：1胺类化合物、5骨胶、10增强剂、1柠檬酸、0.02减水剂、0.05表面活性剂、200水。所述胺类化合物为氨基乙酸，所述增钙剂为灰钙粉，所述减水剂为磺化三聚氰胺甲醛树脂，所述表面活性剂包括吐温-80和磺化木质素，其质量比为0.5：1。

所述石膏缓凝剂在施工时石膏中的加入量占石膏总重量的0.03％，所述石膏缓凝剂在施工时选用的石膏为脱硫石膏。

实施例2

一种pH普适型高效石膏缓凝剂，制备方法包括以下步骤：

S1将配方量的骨胶、柠檬酸、表面活性剂和水加入到反应器中，在40℃的条件下搅拌20min，使之混合均匀；

S2将配方量的胺类化合物和减水剂加入到步骤S1的反应器中，在常温下搅拌15min，混合均匀后喷雾干燥；

S3在步骤S2操作完成后，将增强剂与步骤S2所得产物在分散机中搅拌50min充分混合，即得该石膏缓凝剂。

所述石膏缓凝剂按质量份数由如下组份构成：8胺类化合物、15骨胶、50增强剂、12柠檬酸、0.1减水剂、0.25表面活性剂、400水。所述胺类化合物为氨基乙酸，所述增钙剂为灰钙粉，所述减水剂为磺化三聚氰胺甲醛树脂，所述表面活性剂包括吐温-80和磺化木质素，其质量比为0.5：5。

所述石膏缓凝剂在施工时石膏中的加入量占石膏总重量的0.06％，所述石膏缓凝剂在施工时选用的石膏为脱硫石膏。

实施例3

一种pH普适型高效石膏缓凝剂，制备方法包括以下步骤：

S1将配方量的骨胶、柠檬酸、表面活性剂和水加入到反应器中，在60℃的条件下搅拌40min，使之混合均匀；

S2将配方量的胺类化合物和减水剂加入到步骤S1的反应器中，在常温下搅拌50min，混合均匀后喷雾干燥；

S3在步骤S2操作完成后，将增强剂与步骤S2所得产物在分散机中搅拌70min充分混合，即得该石膏缓凝剂。

所述石膏缓凝剂按质量份数由如下组份构成：8胺类化合物、12骨胶、50增强剂、12柠檬酸、0.06减水剂、0.14表面活性剂、260水，所述胺类化合物为氨基乙酸，增强剂为灰钙粉，减水剂为磺化三聚氰胺甲醛树脂，所述表面活性剂包括吐温-80和磺化木质素，其质量比为0.5：3。

所述石膏缓凝剂在施工时石膏中的加入量占石膏总重量的0.03％，所述石膏缓凝剂在施工时选用的石膏为脱硫石膏。

实施例4

一种pH普适型高效石膏缓凝剂，制备方法包括以下步骤：

S1将配方量的骨胶、柠檬酸、表面活性剂和水加入到反应器中，在60℃的条件下搅拌40min，使之混合均匀；

S2将配方量的胺类化合物和减水剂加入到步骤S1的反应器中，在常温下搅拌50min，混合均匀后喷雾干燥；

S3在步骤S2操作完成后，将增强剂与步骤S2所得产物在分散机中搅拌70min充分混合，即得该石膏缓凝剂。

所述石膏缓凝剂按质量份数由如下组份构成：6胺类化合物、12骨胶、32增强剂、9柠檬酸、0.08减水剂、0.25表面活性剂、350水。所述胺类化合物为氨基乙酸，所述增钙剂为灰钙粉，所述减水剂为磺化三聚氰胺甲醛树脂，所述表面活性剂包括吐温-80和磺化木质素，其质量比为0.5：4。

所述石膏缓凝剂在施工时石膏中的加入量占石膏总重量的0.05％，所述石膏缓凝剂在施工时选用的石膏为脱硫石膏。

实施例5

一种pH普适型高效石膏缓凝剂，制备方法包括以下步骤：

S1将配方量的骨胶、柠檬酸、表面活性剂和水加入到反应器中，在40℃的条件下搅拌40min，使之混合均匀；

S2将配方量的胺类化合物和减水剂加入到步骤S1的反应器中，在常温下搅拌40min，混合均匀后喷雾干燥；

S3在步骤S2操作完成后，将增强剂与步骤S2所得产物在分散机中搅拌70min充分混合，即得该石膏缓凝剂。

所述石膏缓凝剂按质量份数由如下组份构成：5胺类化合物、9骨胶、34增强剂、6柠檬酸、0.05减水剂、0.12表面活性剂、310水，所述胺类化合物为氨基乙酸，增强剂为灰钙粉，减水剂为磺化三聚氰胺甲醛树脂，表面活性剂包括吐温-80和磺化木质素，其质量比为0.5：2。

所述石膏缓凝剂在施工时石膏中的加入量占石膏总重量的0.04％，所述石膏缓凝剂在施工时选用的石膏为脱硫石膏。

对比例1、

一种pH普适型高效石膏缓凝剂，制备方法包括以下步骤：

S1将配方量的骨胶、柠檬酸、表面活性剂和水加入到反应器中，在40℃的条件下搅拌40min，使之混合均匀；

S2将配方量的胺类化合物加入到步骤S1的反应器中，在常温下搅拌40min，混合均匀后喷雾干燥；

S3在步骤S2操作完成后，将增强剂与步骤S2所得产物在分散机中搅拌70min充分混合，即得该石膏缓凝剂。

所述石膏缓凝剂按质量份数由如下组份构成：5胺类化合物、9骨胶、34增强剂、6柠檬酸、0.12表面活性剂、310水，所述胺类化合物为氨基乙酸，增强剂为灰钙粉，表面活性剂包括吐温-80和磺化木质素，其质量比为0.5：2。

所述石膏缓凝剂在施工时石膏中的加入量占石膏总重量的0.04％，所述石膏缓凝剂在施工时选用的石膏为脱硫石膏。

本对比例与实施例5类似，不同之处在于，本对比例中的石膏缓凝剂没有加入减水剂。

对比例2、

一种pH普适型高效石膏缓凝剂，制备方法包括以下步骤：

S1将配方量的骨胶、柠檬酸、表面活性剂和水加入到反应器中，在40℃的条件下搅拌40min，使之混合均匀；

S2将配方量的减水剂加入到步骤S1的反应器中，在常温下搅拌40min，混合均匀后喷雾干燥；

S3在步骤S2操作完成后，将增强剂与步骤S2所得产物在分散机中搅拌70min充分混合，即得该石膏缓凝剂。

所述石膏缓凝剂按质量份数由如下组份构成：9骨胶、34增强剂、6柠檬酸、0.05减水剂、0.12表面活性剂、310水，所述增强剂为灰钙粉，减水剂为磺化三聚氰胺甲醛树脂，表面活性剂包括吐温-80和磺化木质素，其质量比为0.5：2。

所述石膏缓凝剂在施工时石膏中的加入量占石膏总重量的0.04％，所述石膏缓凝剂在施工时选用的石膏为脱硫石膏。

本对比例与实施例5类似，不同之处在于，本对比例中的石膏缓凝剂没有加入胺类化合物氨基乙酸。

对比例3、

一种pH普适型高效石膏缓凝剂，制备方法包括以下步骤：

S1将配方量的柠檬酸、表面活性剂和水加入到反应器中，在40℃的条件下搅拌40min，使之混合均匀；

S2将配方量的胺类化合物和减水剂加入到步骤S1的反应器中，在常温下搅拌40min，混合均匀后喷雾干燥；

S3在步骤S2操作完成后，将增强剂与步骤S2所得产物在分散机中搅拌70min充分混合，即得该石膏缓凝剂。

所述石膏缓凝剂按质量份数由如下组份构成：5胺类化合物、34增强剂、6柠檬酸、0.05减水剂、0.12表面活性剂、310水，所述胺类化合物为氨基乙酸，增强剂为灰钙粉，减水剂为磺化三聚氰胺甲醛树脂，表面活性剂包括吐温-80和磺化木质素，其质量比为0.5：2。

所述石膏缓凝剂在施工时石膏中的加入量占石膏总重量的0.04％，所述石膏缓凝剂在施工时选用的石膏为脱硫石膏。

本对比例与实施例5类似，不同之处在于，本对比例中的石膏缓凝剂没有加入骨胶。

实验例、石膏缓凝剂的效果实验实验对象：实施例1-5和对比例1-3得到的pH普适型高效石膏缓凝剂。

实验方法：

(1)凝结时间的测定，石膏凝结时间包括初凝时间和终凝时间，依据GB/T17669.4，在标准稠度与凝结时间测定仪下，按照石膏初终凝时间的测定方法，分别测定初凝时间、终凝时间。

(2)不同pH下抗压强度的测定，依据GB/T 17669.3标准，用抗压试验机进行抗压强度的测定，并对照空白进行强度损失率的测定。石膏水化液的pH值需调节，酸性拌和水用H2SO4来配制，碱性拌和水用NaOH来配制，用酸度计测量并调节至实验要求的pH值。

实验结果：如表1-2所示：

处理	空白样	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	对比例1	对比例2	对比例3
										初凝时间	7	116	135	132	138	142	138	125	122
终凝时间	12	122	138	139	141	155	144	131	128

表1：不同石膏缓凝剂的缓凝效果

表2：不同石膏缓凝剂在改变pH值后的抗压强度变化

由表1-2可知，本发明提供的pH普适型高效石膏缓凝剂在缓凝效果以及减少强度损失等方面表现良好，特别是在不同pH条件下能够控制石膏强度的减少量。从缓凝效果看，实施例提供的技术方案均实现了初凝时间在110min以上，符合一般的施工条件，而在强度方面，实施例5为本发明的较优实施例，在不同的酸碱条件下强度损失率均在8％左右，而对比例1未加入减水剂影响了强度，对比例2缺少氨基乙酸影响强度，而对比例3未加入骨胶更是使其未能发挥不同组分之间的协同作用，使得强度损失率大为增加，由此可见，本发明提供的处理方法是一个整体，不同技术特征之间存在协同作用，单一特征的缺失会影响技术效果的实现，有且仅在本发明提供的技术方案下能够产生期望的技术效果。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种pH普适型高效石膏缓凝剂，其特征在于，所述石膏缓凝剂按质量份数由如下组份构成：1-10份胺类化合物、5-15份骨胶、10-50份增强剂、1-12份柠檬酸、0.02-0.1份减水剂、0.05-0.25份表面活性剂、200-400份水；所述胺类化合物为氨基乙酸；所述减水剂为磺化三聚氰胺甲醛树脂。

2.如权利要求1所述的pH普适型高效石膏缓凝剂，其特征在于，所述增强剂为灰钙粉。

3.如权利要求1所述的pH普适型高效石膏缓凝剂，其特征在于，所述表面活性剂包括吐温-80和磺化木质素，其质量比为0.5：1-5。

4.如权利要求1所述的pH普适型高效石膏缓凝剂，其特征在于，所述石膏缓凝剂按质量份数由如下组份构成：1-8份胺类化合物、5-12份骨胶、30-50份增强剂、5-12份柠檬酸、0.02-0.06份减水剂、0.05-0.14份表面活性剂、260-400份水。

5.如权利要求4所述的pH普适型高效石膏缓凝剂，其特征在于，所述石膏缓凝剂按质量份数由如下组份构成：5份胺类化合物、9份骨胶、34份增强剂、6份柠檬酸、0.05份减水剂、0.12份表面活性剂、310份水，表面活性剂包括吐温-80和磺化木质素，其质量比为0.5：2。

6.如权利要求1-5任一项所述的pH普适型高效石膏缓凝剂，其特征在于，所述石膏缓凝剂在施工时石膏中的加入量占石膏总重量的0.03%-0.06%。

7.如权利要求1-5任一项所述的pH普适型高效石膏缓凝剂，其特征在于，所述石膏缓凝剂在施工时选用的石膏为脱硫石膏。

8.如权利要求1-5任一项所述的pH普适型高效石膏缓凝剂，其特征在于，所述pH普适型高效石膏缓凝剂的制备方法为：

S1将配方量的骨胶、柠檬酸、表面活性剂和水加入到反应器中，在40-60℃的条件下搅拌20-40min，使之混合均匀；

S2将配方量的胺类化合物和减水剂加入到步骤S1的反应器中，在常温下搅拌10-50min，混合均匀后喷雾干燥；

S3在步骤S2操作完成后，将增强剂与步骤S2所得产物在分散机中搅拌50-70min充分混合，即得该石膏缓凝剂。