一种月桂酰胺型混凝土发泡剂的制备方法及其应用

摘要

本发明公开了一种月桂酰胺型混凝土发泡剂的制备方法，其特征是包括：将摩尔比为1.0∶1.0～1.5的月桂酸与羟乙基乙二胺投入反应容器中，加入溶剂甲苯，在140～160℃反应2～5小时，冷却，粗产品为黄色固体，经无水丙酮洗涤、干燥后得到白色粉状固体，即为中间体；按中间体∶氯乙酸∶氢氧化钠的摩尔比为1∶1.0～1.3∶2.0～2.6的配比各组分，将氯乙酸和氢氧化钠溶于水、配制成质量百分比浓度为10～20%的氯乙酸钠水溶液；将中间体升温到80～90℃，待中间体熔化后，滴加入所述氯乙酸钠水溶液，滴加完毕后保温反应3～5小时，冷却、过滤、弃去不溶物，滤液即为具有优异发泡性能的月桂酰胺型混凝土发泡剂。

说明书

技术领域

本发明属于混凝土发泡剂的制备方法及其应用研究范畴，涉及一种月桂酰胺型混凝土发泡剂的制备方法及其应用，主要适用于泡沫混凝土的制造。

背景技术

现有技术中，常用的混凝土发泡剂主要有：松香树脂类、合成类、蛋白类、复合类等，其主要成分为一种或多种表面活性剂。松香树脂类混凝土发泡剂因其泡沫稳定性和发泡倍数均不理想，只能用于密度大于600kg/m³以上的中、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；合成类混凝土发泡剂虽然起泡快，发泡倍数高，但其泡沫稳定性较差，也不适合于低密度的泡沫混凝土制备；动物蛋白混凝土发泡剂虽然发泡倍数高、泡沫稳定性好，可用于低密度泡沫混凝土的制备，但其制备所需原材料如动物毛发、动物蹄角等来源有限，且动物蛋白混凝土发泡剂生产和使用过程中臭味大，应用中还存在缓凝和对环境温湿度等敏感，以及使用成本较高等缺点，限制了它的广泛应用；植物蛋白混凝土发泡剂虽然环保性好，使用成本较低，但其稳泡性差，也不适合生产低密度的泡沫混凝土。目前，市售混凝土发泡剂还存在着泡沫稳定时间短，特别是在加入拌合物中，气泡很快破裂，从而导致拌合物较早塌陷等应用缺陷，因此开发优质的低容重泡沫混凝土制备用发泡剂或其复合组分具有很大的现实意义。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，提供性能优良的月桂酰胺型混凝土发泡剂的制备方法及其应用。

本发明的内容是：一种月桂酰胺型混凝土发泡剂的制备方法，其特征是包括下列步骤：

a、制备中间体：将摩尔比为1.0：1.0～1.5的月桂酸与羟乙基乙二胺投入反应容器中，再加入溶剂甲苯（摩尔数为月桂酸量的3.0～4.0倍），在140～160℃的温度下反应2～5 小时，在反应过程中，绝大部分甲苯起带水作用被蒸出，即甲苯与水共沸被蒸出、冷凝后一并收集；冷却，粗产品为黄色固体，经无水丙酮洗涤2～5次（纯化）、干燥后得到白色粉状固体，即为中间体；

b、制备月桂酰胺型混凝土发泡剂：按照中间体：氯乙酸：氢氧化钠的摩尔比为1：1.0～1.3：2.0～2.6的配比取中间体、氯乙酸、氢氧化钠，将氯乙酸和氢氧化钠溶于水、并配制成质量百分比浓度为10～20%的氯乙酸钠水溶液；将中间体（较好的是快速）投入反应容器中并升温到80～90℃，待中间体熔化后，再（较好的是缓慢）滴加入所述质量百分比浓度为10～20%的氯乙酸钠水溶液，滴加完毕后，保温反应3～5小时，冷却、过滤、弃去不溶物，滤液即为终产物月桂酰胺型混凝土发泡剂（或称月桂酰胺型混凝土发泡剂母液，直接用于泡沫混凝土制造）。

本发明的内容中：所述制备的月桂酰胺型混凝土发泡剂可以直接用作混凝土发泡剂、或用于对市售合成类、植物蛋白类或动物蛋白类混凝土发泡剂的复合改性。

本发明的内容中：所述制备的月桂酰胺型混凝土发泡剂可以用于（可以是干密度小于500kg/m³的）低容重泡沫混凝土中；泡沫混凝土组分材料包括：胶凝材料：42.5R普通硅酸盐水泥，或42.5R普通硅酸盐水泥加Ⅰ级粉煤灰；外加剂：聚羧酸减水剂、促凝剂；抗裂纤维：聚丙烯细纤维；水：自来水；发泡剂：月桂酰胺型。

本发明制备的月桂酰胺型混凝土发泡剂在应用于泡沫混凝土制备时，可以采用预先制泡法，即将月桂酰胺型混凝土发泡剂与水搅拌制取泡沫，倒入水泥、粉煤灰、外加剂、纤维及水搅拌制成的胶材浆料中，搅拌既得拌合物，经浇注、成型、养护制备低容重泡沫混凝土。

所述低容重泡沫混凝土配制可以是：42.5R普通硅酸盐水泥：300～400份，Ⅰ级粉煤灰：20～40份，聚羧酸减水剂：0.2～0.4份，促凝剂：0.5～1份，聚丙烯细纤维：1～2份，水：按水胶比为0.33～0.39加入，泡沫量：按胶材质量的1～2倍加入。

与现有技术相比，本发明具有下列特点和有益效果：

（1）采用本发明月桂酰胺型混凝土发泡剂的制备方法，其合成路线如下：

式中：中间体为月桂酰羟乙基乙二胺，终产物5及终产物6为月桂酰羟乙基乙二胺乙酸钠（产物5及产物6为同分异构体）即为本发明混凝土发泡剂。其属于两性表面活性剂，分子结构中亲水基团为—COONa、—CONH—、— N＜、及—OH，疏水基主要为11C的烷基链。该混凝土发泡剂具有优异的发泡性能，无需分离纯化即可作为混凝土发泡剂应用，其发泡倍数高达30以上、稳泡时间超过8小时；

（2）表面活性剂是一类在很低浓度时能够显著降低溶液表面张力的化合物，表面张力是由液体分子引力所引起的，其分子化学结构中包括亲水基团和疏水基团两部分；本发明所选用的羧酸盐型两性表面活性剂，与传统的混凝土发泡剂相比较，可以更有效地降低溶液表面张力值，且具有较小的临界胶束浓度及更优异的发泡性能；

（3）采用本发明，制备的终产物月桂酰胺型混凝土发泡剂母液无需分离纯化，直接作为混凝土发泡剂使用，母液浓度稀释到1.85%时，其发泡性能为：发泡体积达1150mL、发泡倍数达33.5、1h沉降距达1mm、稳泡时间达8.6h，亦即母液具有优异的发泡性能；

（4）本发明制备的终产物月桂酰胺型混凝土发泡剂母液也可以用于复合改良动物蛋白混凝土发泡剂、植物蛋白混凝土发泡剂及合成类混凝土发泡剂等商售发泡剂，取代量的质量百分比为10～45%；复合改性产品的发泡性能如下：发泡倍数提高了25%～42%，1h沉降距为2.0～3.1mm（商售产品复配前为13.1～41.2mm）、稳泡时间延长了100～235%，且发泡体积有所增加；

（5）本发明制备的终产物月桂酰胺型混凝土发泡剂可成功用于制备高掺粉煤灰的低容重泡沫混凝土，粉煤灰取代水泥量为30%，拌合物均匀无塌陷，硬化泡沫混凝土容重＜500kg/m³，28d抗压强度＞2.0MPa ；

（6）本发明制备工艺简单，原料成本低，工序简便，容易操作，实用性强。

具体实施方式

下面给出的实施例拟以对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1：

一种月桂酰胺型混凝土发泡剂的制备方法，包括下列步骤：

在带有冷凝装置的三口瓶中加入10克的月桂酸及15毫升甲苯，加热待月桂酸完全溶解，再加入6.2克羟乙基乙二胺，快速升温至155℃并保温反应3小时。冷却，得到黄色固体，经无水丙酮洗涤及真空干燥后得到白色中间体3和4（参见上述合成路线的化学反应式中），共7.6克，产率为53.1% ；

将5.7克中间体置入带有冷凝装置的三口瓶中，搅拌升温到80～95℃，待中间体完全融化后，缓慢滴加质量浓度为10～20%的氯乙酸钠水溶液，并在该温度下保温反应4小时。冷却，得到淡黄色粘稠液体，即为月桂酰胺型混凝土发泡剂（母液）。通过测定氯离子的浓度计算出氯乙酸钠的转化率约为98%。

月桂酰胺型混凝土发泡剂（母液）浓度稀释为1.85%时，测其泡沫性能为：发泡体积为1150毫升、发泡倍数为33.5、1小时沉降距1毫米、稳泡时间为8.6小时；在3.2毫升市售植物类、3.7毫升市售合成类或5.0毫升市售动物类的市售发泡剂中掺入2毫升自制发泡剂，可使市售发泡剂的发泡倍数提高25～42%，1小时沉降距均显著减小，稳泡时间也有明显提高，发泡体积有所增加。

实施例2：

将实施例1制备的月桂酰胺型混凝土发泡剂用于低容重泡沫混凝土中；称取350克42.5R普通硅酸盐水泥，150克Ⅰ级粉煤灰，139.2克水，1.7克聚羧酸减水剂，1克聚丙烯纤维，1.5克促凝剂，1000毫升泡沫，制备低容重泡沫混凝土，标准养护箱养护28天，其抗压强度为2.77MPa，容重为477 kg/m³。

实施例3：

将实施例1制备的月桂酰胺型混凝土发泡剂用于低容重泡沫混凝土中；称取350克42.5R普通硅酸盐水泥，150克Ⅰ级粉煤灰，139.1克水，1.9克聚羧酸减水剂，1克聚丙烯纤维，4克促凝剂，1000毫升泡沫，制备低容重泡沫混凝土，标准养护箱养护28天，其抗压强度为2.31MPa，容重为430 kg/m³。

实施例4：

将实施例1制备的月桂酰胺型混凝土发泡剂用于低容重泡沫混凝土中；称取350克42.5R普通硅酸盐水泥，150克Ⅰ级粉煤灰，144.1克水，1.9克聚羧酸减水剂，1克聚丙烯纤维，2克促凝剂，1000毫升泡沫，制备低容重泡沫混凝土，标准养护箱养护28天，其抗压强度为2.36MPa，容重为439 kg/m³。

实施例5：

将实施例1制备的月桂酰胺型混凝土发泡剂用于低容重泡沫混凝土中；称取350克42.5R普通硅酸盐水泥，150克Ⅰ级粉煤灰，149.2克水，1.7克聚羧酸减水剂，1克聚丙烯纤维，1.9克促凝剂，1000毫升泡沫，制备低容重泡沫混凝土，标准养护箱养护28天，其抗压强度为2.33MPa，容重为419 kg/m³。

实施例6：

一种月桂酰胺型混凝土发泡剂的制备方法，包括下列步骤：

a、制备中间体：将摩尔比为1.0：1.0的月桂酸与羟乙基乙二胺投入反应容器中，再加入溶剂甲苯（摩尔数为月桂酸量的3.0倍），在140～160℃的温度下反应2小时，在反应过程中，绝大部分甲苯起带水作用被蒸出，即甲苯与水共沸被蒸出、冷凝后一并收集；冷却，粗产品为黄色固体，经无水丙酮洗涤2次（纯化）、干燥后得到白色粉状固体，即为中间体；

b、制备月桂酰胺型混凝土发泡剂：按照中间体：氯乙酸：氢氧化钠的摩尔比为1：1.0：2.0的配比取中间体、氯乙酸、氢氧化钠，将氯乙酸和氢氧化钠溶于水、并配制成质量百分比浓度为20%的氯乙酸钠水溶液；将中间体（较好的是快速）投入反应容器中并升温到80～90℃，待中间体熔化后，再（较好的是缓慢）滴加入所述质量百分比浓度为20%的氯乙酸钠水溶液，滴加完毕后，保温反应3小时，冷却、过滤、弃去不溶物，滤液即为终产物月桂酰胺型混凝土发泡剂（或称月桂酰胺型混凝土发泡剂母液，直接用于混凝土发泡）。

实施例7：

一种月桂酰胺型混凝土发泡剂的制备方法，包括下列步骤：

a、制备中间体：将摩尔比为1.0：1.5的月桂酸与羟乙基乙二胺投入反应容器中，再加入溶剂甲苯（摩尔数为月桂酸量的4.0倍），在140～160℃的温度下反应5 小时，在反应过程中，绝大部分甲苯起带水作用被蒸出，即甲苯与水共沸被蒸出、冷凝后一并收集；冷却，粗产品为黄色固体，经无水丙酮洗涤5次（纯化）、干燥后得到白色粉状固体，即为中间体；

b、制备月桂酰胺型混凝土发泡剂：按照中间体：氯乙酸：氢氧化钠的摩尔比为1：1.3：2.6的配比取中间体、氯乙酸、氢氧化钠，将氯乙酸和氢氧化钠溶于水、并配制成质量百分比浓度为10%的氯乙酸钠水溶液；将中间体（较好的是快速）投入反应容器中并升温到80～90℃，待中间体熔化后，再（较好的是缓慢）滴加入所述质量百分比浓度为10%的氯乙酸钠水溶液，滴加完毕后，保温反应5h，冷却、过滤、弃去不溶物，滤液即为终产物月桂酰胺型混凝土发泡剂（或称月桂酰胺型混凝土发泡剂母液，直接用于混凝土发泡）。

实施例8：

一种月桂酰胺型混凝土发泡剂的制备方法，包括下列步骤：

a、制备中间体：将摩尔比为1.0：1.2的月桂酸与羟乙基乙二胺投入反应容器中，再加入溶剂甲苯（摩尔数为月桂酸量的3.5倍），在140～160℃的温度下反应3 小时，在反应过程中，绝大部分甲苯起带水作用被蒸出，即甲苯与水共沸被蒸出、冷凝后一并收集；冷却，粗产品为黄色固体，经无水丙酮洗涤3次（纯化）、干燥后得到白色粉状固体，即为中间体；

b、制备月桂酰胺型混凝土发泡剂：按照中间体：氯乙酸：氢氧化钠的摩尔比为1：1.1：2.3的配比取中间体、氯乙酸、氢氧化钠，将氯乙酸和氢氧化钠溶于水、并配制成质量百分比浓度为15%的氯乙酸钠水溶液；将中间体（较好的是快速）投入反应容器中并升温到80～90℃，待中间体熔化后，再（较好的是缓慢）滴加入所述质量百分比浓度为15%的氯乙酸钠水溶液，滴加完毕后，保温反应4h，冷却、过滤、弃去不溶物，滤液即为终产物月桂酰胺型混凝土发泡剂（或称月桂酰胺型混凝土发泡剂母液，直接用于混凝土发泡）。

实施例9～15：

一种月桂酰胺型混凝土发泡剂的制备方法，包括下列步骤：

a、制备中间体：将摩尔比为1.0：1.0～1.5的月桂酸与羟乙基乙二胺投入反应容器中，再加入溶剂甲苯（摩尔数为月桂酸量的3.0～4.0倍），在140～160℃的温度下反应2～5小时，在反应过程中，绝大部分甲苯起带水作用被蒸出，即甲苯与水共沸被蒸出、冷凝后一并收集；冷却，粗产品为黄色固体，经无水丙酮洗涤2～5次（纯化）、干燥后得到白色粉状固体，即为中间体；各组分的具体用量（摩尔数）见表1。

表1：实施例9～15中各组分的具体用量（摩尔数）

b、制备月桂酰胺型混凝土发泡剂：按照中间体：氯乙酸：氢氧化钠的摩尔比为1：1.0～1.3：2.0～2.6的配比取中间体、氯乙酸、氢氧化钠，将氯乙酸和氢氧化钠溶于水、并配制成质量百分比浓度为10～20%的氯乙酸钠水溶液；将中间体（较好的是快速）投入反应容器中并升温到80～90℃，待中间体熔化后，再（较好的是缓慢）滴加入所述质量百分比浓度为10～20%的氯乙酸钠水溶液，滴加完毕后，保温反应3～5小时，冷却、过滤、弃去不溶物，滤液即为终产物月桂酰胺型混凝土发泡剂（或称月桂酰胺型混凝土发泡剂母液，直接用于混凝土发泡）；各组分的具体用量（摩尔数）见表1。

上述实施例6—15中：所述中间体为月桂酰羟乙基乙二胺，终产物月桂酰胺型混凝土发泡剂为月桂酰羟乙基乙二胺乙酸钠。

上述实施例中：所采用的百分比例中，未特别注明的，均为质量（重量）百分比例；所述重量份可以均是克或千克。

上述实施例中：各步骤中的工艺参数(温度、时间、浓度等)和各组分用量数值等为范围的，任一点均可适用。

本发明内容及上述实施例中未具体叙述的技术内容同现有技术，所述原材料均为市售产品。

本发明不限于上述实施例，本发明内容所述均可实施并具有所述良好效果。