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基于烷基糖苷體系石膏發泡劑的復配研究

2020/3/30 14:53:15點擊:

建筑石膏制品在我國已有多年的生產和應用歷史,發泡石膏材料表觀容重有較為明顯的減小,是建筑保溫的理想材料石膏發泡多采用發泡劑,可使產生的泡沫由不穩定體系變成穩定體系目前對石膏發泡劑的研究主要集中在以十二烷基硫酸鈉(K12)為基礎的單一或其復配產品,其 具 有 發 泡 快、泡 沫 豐 富 等特點,但其穩泡性稍差。孫天文研制了以復合型皂角松香酸類陰離子表面活性劑為主要成分的石膏微發泡劑,使用較少量可達到較好的氣孔率葛曷一等使用松香骨膠和NaOH等配制石膏發劑,當發泡劑摻量為2%時,石膏試樣強度和保溫隔熱性能均較好張衛豪等開發了由烷基磺酸鹽類和纖維素醚類物質組成的發泡劑,研究了發泡劑各組分配比對泡沫和石膏料漿性能的影響

  與烷基硫酸鹽烷基磺酸鹽等相比,烷   (APG)作為一種綠色表面活性劑具有表面張力低,泡沫豐富細膩,配伍性強,無毒無害,生物降解迅速徹底等優點,廣泛地應用于日用化工工業清洗紡織助劑采油選礦等諸多領域但在建材領域的應用鮮有報道隨著綠色安全和可持續發展成為經濟發展的必要條件,將APG等綠色安全環保的新型表面活性劑應用于石膏發泡劑等建材領域也成為必然趨勢本文將APG作為石膏發泡劑的主組分,機械攪拌條件下優選出APG0810和APG1214在發泡性能上的較優配比,并將其與其他表面活性劑和穩泡劑進行復配,優選出適合用作石膏發泡劑的基礎體系,并在此基礎上研究攪拌條件和發泡劑用量對發泡情況的影響,以期為該類發泡劑的研發和生產提供一定的指導

1實驗部分

1.1主要試劑與儀

   烷基糖苷APG0810和APG1214十一烷基咪唑啉(UIZ) ,工業級,上海發凱化工有限公司;月 桂 醇 醚 硫酸鈉(AES) ,工業級,中輕化工股份有限公司;椰油酰胺丙基甜菜 堿(CAB35) ,工 業 級,廣州天賜高新材料股份有限公司;聚乙二醇(PEG) ,分子量為20000,工業級,遼寧奧克化工有限公司;聚乙烯醇(PVA) ,分子1750,分析純,江蘇永華精細化學品有限公司;聚丙烯酸鈉(PAAS) ,工業級,江門市中盛生物科技有公司;羥丙基甲基纖維素(HPMC) ,工業級,科耐歐貿易 有 限 公 司Eurostar40型 高 速 攪 拌 器,德 IKA公司

1.2

發泡和穩泡性能的測定25°C下,采用機械攪拌法進行發泡首先用量筒量取100mL配制好的發泡液,加 入1L的 細 底 燒 杯中,置于配有四葉攪拌槳的高速攪拌器下攪拌,控制攪拌 速 率,數分鐘后停止攪拌,并迅速將泡沫倒入100mL量筒中,并記錄靜置一定時間后的密實泡沫總體積(v1)及泌液量(v) ,同時記錄量筒中沫消去后的溶液體積(v0) ,計算不同靜置時間下的密實泡沫體積(v1v) ,發泡倍數=(v1v)/v0,泌液比例=v/v0通過發泡倍數來評價其發泡性能,通過隨時間變化的發泡倍數和泌液比例來評價其穩泡性能

2:結果與討論

2.1 APG0810與ApG1214配比優選

  由APG的相關應用研究發現,APG0810具有很好的 發 泡 性 能,而APG1214具 有 較 好 的 穩 泡 性 能APG0810與APG1214在 溶 液 中 質 量 分 數 為0.2%,1800r/min下攪 拌3min

  目測觀察發泡情況發現m(APG0810)∶m(APG1214)=1∶1時,攪拌產生的泡沫較粗,隨著APG0810比例的增加,泡沫的 細 膩 程 度 呈增加趨勢,當質量比為4∶1和6∶1時,泡沫均較為均勻細膩

  圖1為APG0810與APG1214不同質量比時發泡倍數隨時間的變化情況由圖1可以看出,各體系初始發泡倍數較為接近,APG0810與APG1214質量比為4∶1時,隨著時間延長體系的發泡倍數衰減最慢

1為不同質量比APG0810與APG1214在1min時的泌液比例由表1可知,APG0810與APG1214質量比為4∶1時泌液比例最低,僅為12.7%綜合目測的泡沫細膩程度發泡倍數隨時間衰減情況和泌液比例數據,選擇m(APG0810)∶m(APG1214)=4∶1

2.2  APG與其他表面活性劑復配體系的優選

CAB35UIZ和AES都是發泡性和泡沫穩定性較好的表面活性劑,通過將其分別與m(APG0810) ∶m(APG1214)=4∶1的復合體系復配,進一步提高復配體系的發泡和穩泡性能固定APG0810APG1214與3種表面活性劑的質量比為4∶1∶2,發泡劑質量分數為0.2%,1800r/min下攪拌3min,考察3種表面活性劑與APG復配體系的發泡性能目測觀察發泡情況發現,加入UIZ和CAB35時,形成的泡沫較為均勻細膩

;而加入AES形成的泡沫不夠細膩。

  圖2和表2分別為3種表面活性劑與APG復配時,發泡倍數隨時間的變化情況及體系在1min時的泌液比例 2可 以 看 出,CAB35UIZ和AES與APG復配時,各體系初始發泡倍數較為接近,而穩泡性能相差較大;UIZ與APG復配體系的發泡倍數隨時間衰減最慢,CAB35與APG復 配 體 系 次 之,AES與APG復配體系隨時間衰減最快,其穩泡性能最差由表2可以看出,UIZAPG復配體系泌液比例最低,只有11.5%綜合分析,當UIZ與APG復配時,可以獲得更好的發泡和穩泡性能。

固定APG0810和APG1214的質量比為∶1,發泡劑質量分數為0.2%,1800r/min下攪拌3min,考察UIZ與APG復配體系的質量比對發泡性能的影響,

結果如圖3所示由圖3可以看出,各體系初始發倍數較為接近UIZ用量增加后,5~15min內,泡沫的衰減明顯變緩m(APG0810)∶m(APG1214)∶m(UIZ)=4∶1∶2時,復配體系的發泡倍數隨時間衰減最慢

  因此,選擇mAPG0810)∶m(APG1214)∶m(UIZ)=4∶1∶2

2.3穩泡劑的優選

 動物蛋白類穩泡劑是較為成熟的穩泡劑,但其料來源受限而聚合物具有性能穩定來源廣泛等特點,故本實驗選用聚合物為穩泡劑 HPMCPAASPVA和PEG作為篩選對象固定m(APG0810)∶m(APG1214)∶m(UIZ)=4∶1∶2,聚合物用量占其與表面活性 劑 總 質 量 的10%,發泡劑質量分數0.2%1800r/min下攪拌3min,考察不同體系的發泡情況目測觀察發泡情況發現,加入PAAS時,形成的泡沫較為均勻細膩;加入PVA時,形成的泡沫細膩程度稍次之;加入HPEG和HPMC時,形成的泡沫相似且泡沫細膩程度較差

  不同聚合物與APG和UIZ復配時,發泡倍數隨時間的變化情況如圖4所示

由圖4可知,加入PVA的發泡和穩泡性能均較好,PAAS的穩泡性能較好,但發泡性能不佳發泡性能順序為:PVAHPMC>PEG>PAAS,穩泡性能順序為:PVA>PAAS>PEG>HPMCPAAS或PVA與APG和UIZ的復配,產生的泡沫較均勻細膩,但PAAS的發泡倍數小,而PVA的發泡倍數和穩定性均較好這可能與PVA的醇羥和APG形成 獨特的分子間作用力有關PVA是 一 具有良好水溶性的高分子化合物,它不僅能提高液相黏度,阻止液膜排液,同時還能形成高強度的界面膜,因此有較好的穩泡作用進一步考察PVA的加入量占其與表面活性劑總質量5%,10%,20%和40%時的發泡和穩泡情況,固定m(APG0810)∶m(APG1214)∶m(UIZ)=4∶1∶2,發泡劑質量分數0.2%,1800r/min下攪拌3min目測觀察發泡情況,PVA用量為5%時,攪拌產生的泡沫較粗,隨著PVA用量的增加,泡沫的細膩程度呈先增加后減少的趨勢,當PVA用量為10%和20%時,泡沫均較為均勻細膩,當PVA用量達40%時泡沫細膩程度下降,與5%時相似

由圖5可以看出,PVA用量對復配體系發泡和穩泡性能有一定的影響,不同PVA用量下,各體系初始發泡倍數較為接近,隨著時間長,PVA用量為10%時體系的發泡倍數隨時間衰減較慢綜合考慮,選擇PVA用量為聚合物與表面活性劑總質量的10%

2.4攪拌條件的優選

固定m(APG0810)∶m(APG1214)∶m(UIZ)=4∶1∶2,PVA用量為聚合物與表面活性劑總質量的10%,發泡劑質量分數為0.2%,考察攪拌速率 間對發泡和穩泡性能的影響,結果如圖6所示目測觀察發泡情況  現,當攪拌時間小于3min時,泡 沫 較大,難以形成均勻細膩的泡沫高速1800和2000r/min下,形成的泡沫較為細膩,泡沫間形成的結構較為穩固,使得 穩 定 性 較 好;而 低 速1500和1200r/

min下,泡沫不夠細膩,且消泡較快

由圖6可以看出,不同攪拌速率時,初始發泡倍數相差較大,攪拌速率較快時對穩泡性能有利,攪拌速率低于1500r/min時,泡沫不穩定攪拌速率越快初始發泡倍數越大,而攪拌時間越長對于高轉速的初始發泡性能越低;低速下攪拌時間越長,初始發泡性能亦不佳,在相同的攪拌速率下,攪拌時間過長,同樣影響發泡和穩泡性能1800和2000r/min各攪拌3min條件下的發泡倍數隨著時間過衰減均較慢,確 1800r/min下攪拌3min,靜置不同時間下的泡沫照片見圖7

2.5發泡劑用量的優選

  固定m(APG0810)∶m(APG1214)∶m(UIZ)=4∶1∶2,PVA用量為聚合物與表面活性劑總質量的10%,1800r/min下攪拌3min,考察不同質量分數發泡劑下的發泡情況8為不同發泡劑用量時發泡倍數隨時間的變化情況及體系在1min時的泌液比例由圖8a可以看出,不同質量分數時,初始發泡倍數較為接近,發泡劑質量分數逐漸升高,對發泡性能影響不大,而對穩泡性能有較大的影響,尤其是10min后的穩泡性隨著時間延長,發泡劑質量分數為0.2%時的發泡倍數衰減最慢,1min的 發 泡 倍 數 為4.33,15min時仍能保持在3.12


由圖8b泌液情況可以看出,隨著發泡劑質量分數的增加,1min時的泌液比例逐漸降低,發 泡 劑 質 量 分 數 達0.2%時 趨 于 穩 定,為12.0%因此,選擇發泡劑的質量分數為0.2%

 

3:結論

1)對基于APG的石膏發泡劑的復配體系進行研究APG與UIZ的 復 配,改善了其發泡和穩泡性能,延長了泡沫的壽命;而聚合物PVA的引入,進一步提高了發泡劑的穩泡性能.2)優選 的 條 件 為:m(APG0810)∶m

(APG1214)∶m(UIZ)=4∶1∶2,PVA用量為聚合物與表面活性劑總質量的10%,發泡劑質量分數為0.2%

1800r/min下攪拌3min   1min的 發 泡 倍 數 為4.33,5min為3.82,15min為3.12;

1min的 泌 液 比 例 為12.0%該發泡劑具有較優的發泡     液性能

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