ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 2000 года по МПК C04B38/10 

Изобретение относится к области получения стойках пен, которые могут быть использованы в промышленности строительных материалов для получения поризованных изделий на основе различных вяжущих веществ (цемента, гипса и т.д.), а также глин.

Известен пенообразователь на основе алкилсульфатов и несульфированных спиртов, а также сульфатов натрия (авт. св. СССР N 302320, Бюл. N 15, 1971). Недостатком этого пенообразователя является низкая кратность пены.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является пенообразователь, который содержит следующие компоненты, мас.%: алкилсульфаты фракции C₁₀ - C₁₃ - 10...30, высшие жирные спирты фракции C₁₂- C₁₆ - 0,5- 5,0, мочевина - 10 - 30, бутанол - 5 -15, вода до 100% (а.с. N 1291585, Бюл. N 7, 1987).

Недостатком данного пенообразователя является низкая кратность пены, вызывающая повышенный расход пенообразователя, который отрицательно влияет на свойства пенобетонных изделий, а также большое водоотделение в начальный период времени, когда приготовляется пенобетонная смесь.

Задача технического решения - увеличение кратности пены, ее несущей способности и вспениваемости, что позволяет уменьшить количество пенообразователя для получения пенобетона одной и той же плотности, а следовательно, повысить прочностные показатели пенобетона, поскольку излишние количества ПАВ уменьшают прочность пенобетона. Применение кубовых остатков органического синтеза (КООС) способствует утилизации вторичных материалов, улучшает экологическую обстановку и снижает стоимость пенобетона.

Поставленная задача решается за счет того, что пенообразователь, включающий алкилсульфаты, высшие жирные спирты, мочевину, бутанол и воду, содержит вторичные алкилсульфаты фракции C₁₀ - C₁₆, глицерин, КООС, пластификатор и ускоритель схватывания и твердения при следующем соотношении всех компонентов, мас.%:
Вторичные алкилсульфаты натрия фракции C₁₀ - C₁₆ - 10 - 26
Высшие жирные спирты фракции C₁₂ - C₁₆ - 0,1 - 5
Мочевина - 1 - 8
Бутанол - 0,5 - 5,5
КООС - 0,5 - 10
Глицерин - 0,5 - 5,5
Пластификатор - 0,2 - 8,5
Ускоритель схватывания и твердения - 0,5 - 6
Вода - остальное.

Пенообразователь предлагаемого состава увеличивает кратность пены за счет содержания глицерина, повышающего вязкость смеси и способствующего получению мелкодисперсной пены, а также кубовых остатков органического синтеза. Наряду с этим глицерин повышает растворимость извести и активно влияет на процессы гидратации. В качестве ускорителя схватывания и твердения могут применяться сульфаты двух- и трехвалентных металлов, нитрит натрия, пиросульфат натрия и моноэтаноламин. Они сокращают сроки схватывания и увеличивают набор прочности пенобетона, а моноэтаноламин и нитрит натрия оказывают еще и ингибирующее действие, защищают металлические емкости от коррозии. Добавка пластификатора способствует получению мелкодисперсной пены, повышает ее кратность и устойчивость.

КООС (отходы производств) представляют собой побочные продукты производства 1,4-бутандиола, поливинилпирролидона, γ -бутиролактона, ректификации метилпирролидона, регенерация моноэтаноламина (ТУ 6-00-1014820-1-94), оказывает ингибирующее действие и также способствует росту прочности пенобетона.

Пример конкретного выполнения. Портландцемент М 400 в количестве 740 г перемешивают с 910 г кварцевого песка в сухом состоянии, добавляют 280 мл воды и перемешивают до получения однородного цементно-песчаного раствора. Одновременно в лабораторном пеногенераторе получают 2 л пены состава по массе: 18 г алкилсульфата натрия, 3 г высших жирных спиртов, 5 г мочевины, 3 г бутанола, 5,2 г КООС, 3 г глицерина, 3 г моноэтаноламина, 3 г сульфата алюминия, 0,8 г нитрита натрия и 0,2 г подмыльного щелока. Два литра полученной пены тщательно перемешивают с цементно-песчаным раствором, заливают в формы-кубы 10х10х10 см, часть которых после выдержки в течение 16 часов пропаривают в течение 8 часов при максимальной температуре 80^oC, а затем испытывают на прочность при сжатии через 4 часа после пропарки. Другую часть образцов испытывают через 28 суток влажного хранения.

Примеры составов пенообразователей приведены в табл. 1 (составы 1 ... 7 - предлагаемые, 8 и 9 - вне граничных значений).

Приготовление пенобетона осуществляют в три стадии: приготовление пены в пеногенераторе, приготовление цементно-песчаного раствора и перемешивание пены с цементно-песчаным раствором.

В табл. 2 приведены состав и свойства пены, приготовленной с использованием предлагаемых и известных составов. Нижний предел концентраций компонентов пенообразователя ограничен кратностью и вспениваемостью пены, верхний предел ограничен из экономических соображений. Кроме того, излишнее количество мочевины хотя и повышает стойкость пены на воздухе, но замедляет набор пластической прочности цементного теста, что может привести к осадке пенобетонной массы.

Излишнее количество добавок-ускорителей ухудшает взбиваемость пены, т.е. уменьшает вспениваемость (tg α ) - отношение объема получаемой пены ко времени ее взбивания.

Кратность пены на предлагаемом пенообразователе увеличивается с 8 до 15 . . . 20 по сравнению с прототипом. Вспениваемость (tg α ) также значительно возрастает: с 1,21 до 1,39. Это свидетельствует о том, что пена на предлагаемом пенообразователе взбивается гораздо быстрее, чем на известном.

В табл. 3 приведены физико-механические свойства пенобетона на основе предлагаемого пенообразователя и известного пенообразователя.

Как следует из данных, приведенных в табл. 3, предлагаемый пенообразователь позволяет добавлять большое количество немолотого кварцевого песка в пенобетонную смесь, и при этом не ухудшаются прочностные характеристики пенобетонных изделии, т.е. увеличивается несущая способность пены, что позволяет уменьшить ее количество при получении пенобетона с примерно одинаковой плотностью.

При получении 1 м³ пенобетона на предлагаемом пенообразователе расход цемента сокращается на 15%, а коэффициент конструктивного качества, т.е. отношение прочности (в кг/м²) к квадрату плотности (в т/м³) увеличивается с 61,6 до 77,9, т.е. на 26,5%.

Относительная кратность пены (K = 15 ... 20), хорошая вспениваемость и присутствие добавок позволяют получить пенобетон с равномерно распределенными мелкими порами, что обеспечивает повышение прочностных показателей при снижении средней плотности.

Изобретение относится к получению стойких пен, которые могут быть использованы в промышленности строительных материалов для получения поризованных изделий на основе различных вяжущих веществ (цемента, гипса и т.д.), а также глин. Пенообразователь содержит, мас.%: вторичные алкилсульфаты натрия фракции C₁₀-C₁₆ 10-26, высшие жирные спирты фракции C₁₂-C₁₆ 0,1-5, мочевина 1-8, бутанол 0,5-5,5, кубовые остатки органического синтеза 0,5-10, глицерин 0,5-5,5, пластификатор 0,2-8,5, ускоритель схватывания и твердения 0,5-6, вода - остальное. Технический результат: увеличение кратности пены, повышение прочности, уменьшение количества пенообразователя, улучшение экологической обстановки и снижение стоимости пенобетона. 3 з.п.ф-лы, 3 табл.

1. Пенообразователь, включающий алкилсульфаты, высшие жирные спирты, мочевину, бутанол и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кубовые остатки органического синтеза (КООС), глицерин, пластификатор и ускоритель схватывания и твердения, а в качестве алкилсульфатов используют вторичные алкилсульфаты натрия фракции C₁₀ - C₁₆ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Вторичные алкилсульфаты натрия фракции C₁₀ - C₁₆ - 10 - 26
Высшие жирные спирты фракции C₁₂ - C₁₆ - 0,1 - 5,0
Мочевина - 1 - 8
Бутанол - 0,5 - 5,5
КООС - 0,5 - 10,0
Глицерин - 0,5 - 5,5
Пластификатор - 0,2 - 8,5
Ускоритель схватывания и твердения - 0,5 - 6,0
Вода - Остальное
2. Пенообразователь по п.1, отличающийся тем, что в качестве ускорителя схватывания и твердения он содержит моноэтаноламин, и/или сульфат трехвалентного или двухвалентного металла, и/или нитрит натрия, и/или пиросульфат натрия. 3. Пенообразователь по п.1, отличающийся тем, что в качестве пластификатора он содержит суперпластификатор С-3 и/или подмыльный щелок. 4. Пенообразователь по п. 1, отличающийся тем, что в качестве кубовых остатков органического синтеза он содержит побочные продукты производства 1,4-бутандиола, поливинилпирролидона, γ-бутиролактона, ректификации метилпирролидона, регенерации моноэтаноламина.