本站小編為你精心準備了混凝土蛋白質發泡劑改性探析參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《粉煤灰綜合利用雜志》2016年第5期

摘要:

研究了添加少量表面活性劑和膠狀物質在蛋白質發泡劑中，用發泡倍數和泡沫體積隨時間時變化作為發泡劑性能評價指標，探討了它們對發泡劑的發泡性和泡沫穩定性的改善效果。

關鍵詞:

發泡劑；泡沫；穩定性

利用機械方式將發泡劑水溶液制成泡沫，再將泡沫混入到水泥混合料中，是制備泡沫混凝土的主要方法之一。泡沫混凝土的質量好壞與發泡劑性能密不可分，良好的發泡劑是制備優質泡沫混凝土的核心要素。從化學成分上看，發泡劑主要是由表面活活性劑和蛋白質兩大類物質組成。這類物質除能在極少量情況下就能降低溶液的表面張力外，還可以通過不同方式促進泡沫的穩定，進而提高泡沫混凝土的性能。蛋白質型發泡劑是目前比較受市場歡迎的一類發泡劑，雖然發泡能力不及陰離子型發泡劑且價格較高，但泡沫穩定性好，性能優良。蛋白質型發泡劑按照原料成分可分為植物蛋白和動物蛋白兩種。發泡劑從早期的以表面活性劑類化學物質為主要起泡源的種類轉變為近期以蛋白質為主要起泡源的種類。美國、日本、韓國、意大利等國家相繼研發出高性能蛋白型發泡劑［1］。如美國研制的烷基磺酸堿金屬鹽與水解蛋白質復合組成的液體發泡劑、日本采用蛋白質物添加適量的陽離子表面活性劑配成的混合發泡劑等。Maldonado－Valderrama［2］研究了蛋白質－表面活性劑復合體系發泡劑對泡沫穩定性的影響。與國際上比較成熟的蛋白質類發泡劑相比，我國現有的發泡劑在發泡能力、泡沫穩定性等方面存在很大差距，我國的發泡劑應用比國外要晚得多，從上世紀50年代我國開始生產應用發泡劑［3］，主要有松香膠發泡劑、廢動物毛發泡劑、樹脂皂類發泡劑、水解血膠發泡劑、石油磺酸鋁發泡劑等［4］。近幾年國內又相繼出現了AB復合發泡劑［5］CCW－95型固體發泡劑等［6］，系幾種復合物組成;青海型發泡劑［7］也在生產上有所應用，屬于蛋白質類。基于此，我們采用幾種新型的改性外加劑(簡稱改性劑)，將其對基礎的蛋白質發泡劑性能的影響進行了研究。

1試驗

1．1試驗材料和儀器

發泡劑母液:發泡劑是由北京廣慧公司提供FH－200型蛋白質發泡劑。十二醇:分析純，某化學試劑公司產;阿拉伯樹膠:天津博迪化工有限公司提供;十二烷基苯磺酸鈉:工業級，浙江龍嘯化工有限公司產;三乙醇胺:分析純，某化學試劑公司產。主要儀器:GH－1型蛋白質發泡機。

1．2試驗方法

我國目前還沒有評價發泡劑性能的有關技術標準及規程。本文采用壓縮空氣法制備泡沫，即采用一定量的初始發泡劑母液，按一定比例與水稀釋成發泡液(發泡劑母液:水=1:25為基礎)，倒入發泡機后，(用壓力、流量控制發泡狀態，得到泡沫。)用1000mL量筒量取1000mL泡沫，在實驗室環境中存放，并觀察泡沫體積的變化。王翠花［9］研究發泡劑發泡性能時候認為，當泡沫體積＜200mL時認為是基本消泡，記錄消泡時間T和泡沫液體積V。泡沫體積與泡沫完全消泡后泡沫液體積之比稱為發泡倍數M，表示發泡能力，消泡時間T表示泡沫穩定性。

2結果與討論

2．1改性劑對蛋白質型發泡劑起泡性和穩定性的影響

泡沫是氣體分散在液體中的粗分散體系，由于體系存在著大量的氣－液界面，屬于熱力學上的不穩定體系，所以泡沫最終還是趨于破壞的。造成泡沫破壞的主要原因是重力排液、表面張力排液和氣泡內氣體的擴散［10］。(1)重力排液由于液相密度大于氣相密度，因此在重力的作用下，存在于氣泡間的液膜，就會產生向下的排液現象，使液膜變薄，并導致泡沫破裂。重力排液僅在液膜較厚時為主導因素。(2)表面張力排液由于泡沫由多面體氣泡簇集而成。依據Young－Laplace公式［8］(△p=2g/R)，凹液面處的壓力小于平液面處(相當于公式中R無窮大)的壓力，因此液體從壓力大處向壓力小處排液，使得壓力大處液膜減薄，進而導致液膜破裂。(3)氣泡內氣體的擴散因為形成泡沫的氣泡大小不一，根據Young－Laplace公式，附加壓力△p與曲率半徑成反比，小氣泡內壓力大于大氣泡內的壓力，因此小氣泡會有通過液膜向大氣泡里排氣的趨勢，使小氣泡變小以至于消失，大氣泡則變大同時使液膜變薄，最后破裂。從以上3個方面可以看出，泡沫自身的穩定性主要取決于液體析出的快慢和液膜的強度，而增大溶液的粘度和液膜的粘度和彈性模量恰恰可以解決這3方面的問題。本文通過摻加具有穩泡性的表面活性物和膠狀物來改善泡沫的穩定性。摻入物質按照作用方式分為兩類:第一類是能降低液體表面張力，提高泡沫薄膜的質量，增加薄膜的粘度和彈性模量，減小泡沫的透氣性，增強泡沫的穩定性;第二類是增粘性物質，通過提高液相粘度來減緩泡沫的排液速率，從而提高泡沫的穩定性。

2．2十二醇對發泡液的改性

在1000mL的發泡液中添加0～0．8g的十二醇，所得發泡液的發泡倍數和泡沫消泡時間見圖1、圖2。如圖1所示，當十二醇摻量＜0．3g時，發泡倍數低于純發泡劑(16．7)，當十二醇摻量在0．3～0．7g范圍內時，發泡倍數逐漸上升，當摻量等于0．7g時發泡倍數達到最大(16．9)，說明十二醇還能促進泡沫的形成;摻量大于0．7g時，發泡倍數降低;如圖2所示摻量在0～0．6g時，消泡時間緩慢提高，當摻量大于0．6g時，消泡時間顯著增大。這是因為十二醇分子本身碳氫鏈周圍有“冰山”結構降低溶液的表面張力，促進了膠團的形成，降低了臨界膠束濃度，增加了泡沫量，如果繼續增加十二醇摻量，溶液的粘度逐漸增大，使溶液的發泡量降低。

2．3三乙醇胺對發泡液的改性

在1000mL的發泡液中添加0～11mL的三乙醇胺，發泡液的發泡能力和泡沫穩定性結果如圖3和圖4。從圖3可以看出，當加入三乙醇胺后，發泡倍數有所提高，提高幅度并不高;當摻量在7mL之間時，發泡倍數最大。如圖4所示，泡沫的消泡時間也是延長的。當摻量在5mL時泡沫的消泡時間最長。

2．4阿拉伯膠對發泡液的改性

阿拉伯樹膠粉，俗名阿拉伯膠，溶于水，主要用作增稠劑。采用阿拉伯膠是出于其對泡沫膜壁強度增強作用的考慮。試驗時阿拉伯膠以粉狀物添加到熱水(發泡劑混合水的一部分)中溶解，將溶液與發泡液混合倒入發泡機中。試驗結果見圖5、圖6所示。根據圖5可以看出，加入阿拉伯膠后會不同程度影響泡沫液的發泡倍數，摻量在0～12g范圍內時，泡沫液的發泡倍數幾乎不發生變化，當摻量從12g增加到18g時，泡沫液的發泡倍數逐漸下降，當摻量為18g時發泡倍數顯著降低，僅為13．7。根據圖6可以看出，當摻量在6g時，泡沫的消泡時間顯著增加，即泡沫穩定性提高;當摻量大于6g時，泡沫的消泡時間顯著降低。這是因為:阿拉伯膠是一種增稠劑，加入后使得母液相應的變稠，這樣發出的泡沫薄膜強度了提高，增加了薄膜的粘度和彈性模量，減小了泡沫的透氣性，從而增強了泡沫的穩定性;但因為摻量不斷增大時，液相的粘度也不斷增大，起泡時克服粘滯阻力所要做的功也增大，起泡倍數也就降低。而且摻量增大，液膜中的液體的比重也增加，這時重力作用就容易造成泡沫破裂而析水，從而使穩定性降低。

2．5十二烷基苯磺酸鈉對發泡液的改性

烷基苯磺酸鹽為一種陰離子型表面活性劑。試驗時以粉狀的形式先溶于水中，然后與泡沫液混合后倒入發泡機中。試驗結果如圖7、圖8所示。根據圖7所示，當十二烷基苯磺酸鈉摻量在7～10g范圍內時，泡沫液的發泡倍數顯著提高，并且當摻量等于10g時，發泡倍數達到最大;摻量在10～19g范圍內時，發泡倍數基本保持穩定并且略有下降;同時從圖8可以看出當摻量小于16g時，泡沫消泡時間一直在提高，并且在16g時，穩泡時間達到最大3．1h。這是因為摻量增大使得液相粘度增大，導致發泡需要克服的功也增大，起泡較難，而且制出的泡沫壁較厚，重力作用明顯，導致穩定性也下降，泡沫不斷析水消泡。

2．6十二醇與三乙醇胺混合添加對泡沫液的改性

在1000mL發泡液中，固定十二醇摻量為0．6g，增加三乙醇胺的摻量試驗結果如圖9、圖10所示。根據圖9所示，三乙醇胺和十二醇復配氣泡能力提升不明顯，當三乙醇胺摻量達3mL時，發泡倍數達到最大14．7;從圖10可以看出，三乙醇胺與十二醇復配并沒有很好的穩泡效果，加入三乙醇胺后，泡沫排液速度比較快，泡沫穩定性較差，所以從總體效果來說，此種復配不理想。

2．7十二醇與阿拉伯膠混合添加對泡沫液的改性

在1000mL發泡液中，固定十二醇摻量為0．6g，增加阿拉伯膠的試驗結果如圖11、圖12所示根據圖11可以看出溶液的發泡倍數顯著降低，當摻量為18g時，發泡倍數降低至6，此復配體系對泡沫液發泡倍數影響很大;但是從圖12可以看出，加入阿拉伯膠后，泡沫的穩定性大幅度提高，當摻量為12g時，泡沫消泡時間達到5．2h，但是阿拉伯膠摻量過大會造成穩定性降低，說明在一定摻量范圍內阿拉伯膠對泡沫的穩定性有很好的效果，但是卻使發泡倍數降低。

2．8十二醇與十二烷基苯磺酸鈉混合添加對泡沫液的改性

在1000mL發泡液中，固定十二醇摻量為0．6g，增加十三烷基苯磺酸鈉的摻量，試驗結果如圖13、圖14所示，根據圖13所示，十二醇與十二烷基苯磺酸鈉復配使得發泡倍數大幅度提高，其中當十二烷基苯磺酸鈉摻量在13g時，發泡倍數達到25．6，其后有所下降;十二醇與十二烷基苯磺酸鈉復配對泡沫穩定性有很大的提升，當摻量為10g時，消泡時間達到6．5h，所以十二醇與十二烷基苯磺酸鈉復配效果最佳。

3結論

(1)十二醇摻量為0．6～0．7g時，發泡倍數和穩定性有了明顯改善，對發泡劑起到了有利的改性作用;

(2)三乙醇胺摻量為5～6mL時，泡沫的穩定性有一定的改善作用;

(3)阿拉伯膠的摻入，引起發泡倍數變化不大，但對泡沫穩定性有改善作用;

(4)烷基苯磺酸鹽摻量為7～15g，發泡倍數和穩定性有了明顯改善，對發泡劑起到了有利的改性作用：

（5)十二醇與三乙醇胺復配對發泡倍數影響不大，但是降低泡沫的穩定性;

(6)十二醇與阿拉伯膠復配使發泡倍數降低，但是使泡沫穩定性大幅度提高，總體效果是有利的;

(7)十二醇與十二烷基苯磺酸鈉復配使得發泡倍數與泡沫穩定性大幅度提高，最佳摻量范圍為十二醇0．6～0．7g，十二烷基苯磺酸鈉7～16g。

參考文獻：

［3］屈志中，翟串梅，謝烈英．松香膠泡沫劑配制和使用的幾個問題［J］．建筑技術，2004，35(10):756－758．

［4］高波，王群力，周孝德．混凝土發泡劑及泡沫穩定性的研究［J］．粉煤灰綜合利用，2004(1):13－16．

［5］尚紅霞，黃勁苗．泡沫混凝土砌塊發泡劑的研制［J］．新型建筑材料，1999(1):15－16．

［6］張巨松，揚合，曾尤．國內外混凝土發泡劑及發泡技術分析．［J］．低溫建筑技術，2001(6)，66－67．

［7］余紅發，胡仁．蛋白質型發泡劑的性能研究［J］．新型建筑材料，1994(12):30－32．

［8］徐燕莉．表面活性劑的功能［M］．北京:化學工業出社，2000．

［9］王翠花，潘志華．蛋白質類發泡劑的合成及其泡沫穩定性［J］．南京工業大學學報，2006，28(4):93－95．

［10］丁起．新型高效混凝土發泡劑的研究．新型建筑材料，2009，10，16－18．

作者:胡濤 鐘世云 單位:同濟大學先進土木工程材料教育部重點實驗室