ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПЕНОБЕТОНА (ВАРИАНТЫ)
FOAMING AGENT FOR PRODUCTION OF FOAM CONCRETE (VERSIONS)

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к синтетическим углеводородным пенообразователям, содержащим поверхностно-активные вещества, используемые для производства пенобетона.
В настоящее время из уровня техники известны следующие составы пенообразователей для пенобетона.
Так, из реферата к заявке Японии JPH07277796 (опубликована 24.10.1995) раскрыт пенообразующий агент для бетона, представленный основной формулой R1O(AO)nCH2COOX, где R1 содержит 6-26 алкилированных атомов углерода; R2 - Н или 1-9 алкилированных атомов углерода; АО - это 2-3С оксиалкильных групп; (n) - 1-100; Х - это Н, щелочный (щелочноземельный) металл, аммоний, алкиламмоний или замещенный алкиламмоний.
6
10
10
12
12
14
Из описания к патенту РФ №2335475 (опубликован 10.10.2008) известен пенообразователь для поризации бетонной смеси, содержащий, мас.%: алкилэтоксисульфаты (в пересчете на 100% основного вещества) 7-28, органический растворитель - одно или несколько веществ, выбранных из ряда: н-бутиловый спирт, изобутиловый спирт, монобутиловый эфир этиленгликоля, монобутиловый эфир диэтиленгликоля, монобутиловые эфиры пропиленгликоля, технические продукты сложного химического состава, преимущественно состоящие из перечисленных выше веществ, например кубовые остатки производства бутиловых спиртов или побочный продукт производства бутилцеллозольва 0-15, соль поливалентного металла - водорастворимая соль алюминия, железа, марганца, хрома или кальция 0,1-15; вода остальное. В качестве алкилэтоксисульфатов используют натриевые, аммониевые, моноэтаноламиновые или триэтаноламиновые соли сульфатированных оксиэтилированных первичных жирных спиртов фракций С-С, С-С, C-С со степенью этоксилирования 2 или 3 или же смеси указанных солей.
Также известен пенообразователь (патент РФ №2150447, опубликован 10.06.2000), содержащий, мас.%:
Вторичные акилсульфаты натрия фракции C<sub>10</sub>-C<sub>16</sub>
10-26
Высшие жирные спирты фракции C<sub>12</sub>-C<sub>16</sub>
0,1-5
Мочевина
1-8
Бутанол
0,5-5,5
Кубовые остатки органического синтеза
0,5-10,0
Глицерин
0,5-5,5
Пластификатор
0,2-8,5
Ускоритель схватывания и твердения
0,5-6,0
Вода
остальное
Из описания к патенту РФ №2131856 (опубликован 20.06.1999) известен пенообразователь для поризации бетонной смеси, содержащий, мас.%:
Триэтаноломиновые соли акилсульфатов фракции C<sub>7</sub>-C<sub>14</sub>
15-45
Высшие жирные спирты фракции C<sub>10</sub>-C<sub>13</sub>
0,35-6,1
Триэтаноламин
0,5-3,0
Триэтаноламинсульфат
1,4-3,5
Известковое молоко
остальное
Известные пенообразователи не обладают пенообразующими свойствами, необходимыми для получения устойчивой пены в цементном тесте.
8
10
8
10
14
16
12
15
12
15
12
14
14
Наиболее близким аналогом к патентуемому решению является состав пенообразователя для производства пенобетона, раскрытый в патенте РФ №2307807 (опубликован 10.10.2007) и содержащий триэтаноламиновые и/или натриевые соли алкилсульфатов первичных высших жирных спиртов фракции C-С при любом соотношении фракций С и С и олефинсульфонаты или алкансульфонаты натрия фракции C-C и/или триэтаноламиновые и/или натриевые соли алкилсульфатов первичных высших жирных спиртов фракций C-C, сульфоэтоксилаты натрия первичных высших жирных спиртов фракции C-C со степенью оксиэтилирования 2-3, первичные высшие жирные спирты фракции C-C с содержанием фракции С не более 50 мас.%, карбамид, н-бутанол, тример формальдегида и этаноламина, кальцинированную соду и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
триэтаноламиновые и/или натриевые соли алкилсульфатов
первичных высших жирных спиртов фракции С<sub>8</sub>-С<sub>10</sub>
13,0-30,0
олефинсульфонаты или алкансульфонаты натрия фракции
C<sub>14</sub>-C<sub>16</sub> и/или триэтаноламиновые и/или натриевые соли
алкилсульфатов первичных высших жирных спиртов
фракции C<sub>12</sub>-C<sub>15</sub>
2,5-7,5
сульфоэтоксилаты натрия первичных высших жирных спиртов
фракции C<sub>12</sub>-C<sub>15</sub> со степенью оксиэтилирования 2÷3
2,0-5,0
первичные высшие жирные спирты фракции C<sub>12</sub>-C<sub>14</sub> с
содержанием фракции С<sub>14</sub> не более 50 мас.%
1,0-3,0
карбамид
4,0-20,0
н-бутанол
2,0-7,0
тример формальдегида и этаноламина
0,2-1,0
кальцинированная сода
0,15-1,0
вода
остальное
Известный пенообразователь обладает высокой стойкостью пены в цементном тесте, однако имеет сложный состав и его качество трудно контролировать из-за наличия большого количества сырьевых компонентов с переменным качеством от партии к партии, что является существенными недостатками.
3
Задачей изобретения является создание пенообразователя для производства пенобетонов, обеспечивающего возможность получения устойчивой строительной пены для производства пенобетона плотностью от 300 до 1200 кг/м и изделий из него.
Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в улучшении пенообразующих свойств пенообразователя в пресной и морской воде при получении пены низкой и средней кратности, упрощении состава пенообразователя.
10
Заявленный технический результат достигается за счет состава пенообразователя для производства пенобетона согласно первому варианту, который содержит натриевую соль алкилсульфатов первичных высших жирных спиртов фракции С, кокоамидопропилгидроксисультон и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Натриевую соль алкилсульфатов первичных высших жирных спиртов фракции С<sub>10</sub>
10,0-25,0
Кокоамидопропилгидроксисультон
2,0-4,5
Вода
остальное
8
10
Также заявленный технический результат достигается за счет состава пенообразователя для производства пенобетона согласно второму варианту, который содержит смесь натриевой соли с натриевой солью алкилсульфатов первичных высших жирных спиртов фракции С с содержанием в смеси фракции С (40÷99)%, кокоамидопропилгидроксисультон и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Смесь натриевой соли алкилсульфатов первичных высших жирных спиртов фракции С<sub>10</sub> с натриевой солью алкилсульфатов первичных высших жирных спиртов фракции C<sub>8</sub> с содержанием в смеси фракции С<sub>10</sub> (40÷99)%
10,0-25,0
Кокоамидопропилгидроксисультон
2,0-4,5
Вода
остальное
Для увеличения устойчивости пены и улучшения прочностных характеристик пенобетона в состав пенообразователя может быть дополнительно введен полиметилпирролидон в количестве 1,5-5,0 мас.%.
8
10
10
Задача решена путем создания пенообразователя для производства пенобетонов, содержащего натриевые соли смеси алкилсульфатов первичных высших жирных спиртов фракции С-С (при содержании в смеси алкилсульфата натрия фракции С от 40% до 99%), кокоамидопропилгидроксисультон, полиметилпирролидон и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Натриевая соль алкилсульфатов первичных высших жирных спиртов фр. С<sub>10</sub> или ее смесь с натриевой солью алкилсульфатов первичных высших жирных спиртов фракции С<sub>8</sub> с содержанием фр. С<sub>10</sub> (40÷99)%
10,0-25,0
Кокоамидопропилгидроксисультон
2,0-4,5
Вода
Остальное
8
10
Содержание в заявленном пенообразующем составе в качестве основы натриевых солей алкилсульфатов первичных высших жирных спиртов фракции С-С обеспечивает высокие пенообразующие свойства в пресной и морской воде при низком содержании в рабочем растворе, кокоамидопропилгидроксисультон улучшает пенообразующие свойства водных растворов пенообразователя и устойчивость пены в жесткой воде и цементном тесте.
Для увеличения устойчивости пены и улучшения прочностных характеристик пенобетона в состав пенообразователя может быть дополнительно введен полиметилпирролидон в количестве 1,5-5,0 мас.%.
10
8
Способ получения заявленного состава включает последовательное введение в аппарат периодического действия следующих компонентов состава: воды, натриевой соли алкилсульфатов первичных высших жирных спиртов фракции С или ее смеси с натриевой солью алкилсульфатов первичных высших жирных спиртов фракции С при содержании последней не более 60%, кокоамидопропилгидроксисультона, их смешение при температуре 15-40°С и перемешивание до однородности в течение 90-120 минут. Дополнительно в состав пенообразователя может быть введен полиметилпирролидон. Полученный пенообразователь, рецептурные рамки которого приведены выше, представляет собой подвижную нерасслаивающуюся однородную прозрачную жидкость без кристаллического осадка со специфическим запахом, присущим поверхностно-активным веществам, входящим в его состав.
В соответствии с изобретением были приготовлены и испытаны пенообразующие составы (мас.%) на возможность их использования для производства пенобетона. Из испытанных составов для иллюстрации изобретения приведены примеры.
Пример 1.
Натриевая соль алкилсульфата первичных высших жирных спиртов фракции С<sub>10</sub>
15,0
Кокоамидопропилгидроксисультон
2,0
Вода
остальное
Пример 2.
Натриевая соль алкилсульфата первичных высших жирных спиртов фракции С<sub>10</sub>
12,0
Натриевая соль алкилсульфата первичных высших жирных спиртов фракции C<sub>8</sub>
3,0
Кокоамидопропилгидроксисультон
2,0
Вода
остальное
Пример 3
Натриевая соль алкилсульфата первичных высших жирных спиртов фракции С<sub>10</sub>
9,0
Натриевая соль алкилсульфата первичных высших жирных спиртов фракции С<sub>8</sub>
6,0
Кокоамидопропилгидроксисультон
2,0
Вода
остальное
Пример 4.
Натриевая соль алкилсульфата первичных высших жирных спиртов фракции С<sub>10</sub>
6,0
Натриевая соль алкилсульфата первичных высших жирных спиртов фракции С<sub>8</sub>
9,0
Кокоамидопропилгидроксисультон
2,0
Вода
остальное
Пример 5.
Натриевая соль алкилсульфата первичных высших жирных спиртов фракции С<sub>10</sub>
5,3
Натриевая соль алкилсульфата первичных высших жирных спиртов фракции С<sub>8</sub>
9,7
Кокоамидопропилгидроксисультон
2,0
Вода
остальное
Пример 6.
Натриевая соль алкилсульфата первичных высших жирных спиртов фракции С<sub>10</sub>
12,0
Натриевая соль алкилсульфата первичных высших жирных спиртов фракции С<sub>8</sub>
3,0
Кокоамидопропилгидроксисультон
1,9
Вода
остальное
Пример 7.
Натриевая соль алкилсульфата первичных высших жирных спиртов фракции C<sub>10</sub>
12,0
Натриевая соль алкилсульфата первичных высших жирных спиртов фракции С<sub>8</sub>
3,0
Кокоамидопропилгидроксисультон
2,5
Вода
остальное
Пример 8.
Натриевая соль алкилсульфата первичных высших жирных спиртов фракции С<sub>10</sub>
12,0
Натриевая соль алкилсульфата первичных высших жирных спиртов фракции С<sub>8</sub>
3,0
Кокоамидопропилгидроксисультон
3,0
Вода
остальное
Пример 9.
Натриевая соль алкилсульфата первичных высших жирных спиртов фракции С<sub>10</sub>
12,0
Натриевая соль алкилсульфата первичных высших жирных спиртов фракции С<sub>8</sub>
3,0
Кокоамидопропилгидроксисультон
3,5
Вода
остальное
Пример 10.
Натриевая соль алкилсульфата первичных высших жирных спиртов фракции С<sub>10</sub>
12,0
Натриевая соль алкилсульфата первичных высших жирных спиртов фракции C<sub>8</sub>
3,0
Кокоамидопропилгидроксисультон
4,0
Вода
остальное
Пример 11.
Натриевая соль алкилсульфата первичных высших жирных спиртов фракции С<sub>10</sub>
7,2
Натриевая соль алкилсульфата первичных высших жирных спиртов фракции C<sub>8</sub>
1,8
Кокоамидопропилгидроксисультон
2,5
Вода
остальное
Пример 12.
Натриевая соль алкилсульфата первичных высших жирных спиртов фракции С<sub>10</sub>
8,0
Натриевая соль алкилсульфата первичных высших жирных спиртов фракции С<sub>8</sub>
2,0
Кокоамидопропилгидроксисультон
2,5
Вода
остальное
Пример 13.
Натриевая соль алкилсульфата первичных высших жирных спиртов фракции С<sub>10</sub>
16,0
Натриевая соль алкилсульфата первичных высших жирных спиртов фракции C<sub>8</sub>
4,0
Кокоамидопропилгидроксисультон
2,5
Вода
остальное
Пример 14.
Натриевая соль алкилсульфата первичных высших жирных спиртов фракции C<sub>10</sub>
20,0
Натриевая соль алкилсульфата первичных высших жирных спиртов фракции C<sub>8</sub>
5,0
Кокоамидопропилгидроксисультон
2,5
Вода
остальное
Пример 15.
Натриевая соль алкилсульфата первичных высших жирных спиртов фракции C<sub>10</sub>
12,0
Натриевая соль алкилсульфата первичных высших жирных спиртов фракции C<sub>8</sub>
3,0
Кокоамидопропилгидроксисультон
2,0
Полиметилпирролидон
1,0
Вода
остальное
Пример 16.
Натриевая соль алкилсульфата первичных высших жирных спиртов фракции С<sub>10</sub>
12,0
Натриевая соль алкилсульфата первичных высших жирных спиртов фракции C<sub>8</sub>
3,0
Кокоамидопропилгидроксисультон
2,0
Полиметилпирролидон
1,5
Вода
остальное
Пример 17.
Натриевая соль алкилсульфата первичных высших жирных спиртов фракции С<sub>10</sub>
12,0
Натриевая соль алкилсульфата первичных высших жирных спиртов фракции С<sub>8</sub>
3,0
Кокоамидопропилгидроксисультон
2,0
Полиметилпирролидон
3,0
Вода
остальное
Пример 18.
Натриевая соль алкилсульфата первичных высших жирных спиртов фракции С<sub>10</sub>
12,0
Натриевая соль алкилсульфата первичных высших жирных спиртов фракции C<sub>8</sub>
3,0
Кокоамидопропилгидроксисультон
2,0
Полиметилпирролидон
5,0
Вода
остальное
Кратность пены пенообразующих составов определяли для растворов с объемной концентрацией продукта 4,0% или 3,0% по ГОСТ 50588-93 (стендовая методика) с использованием пресной и морской воды.
1/2
Одновременно определяли устойчивость пены как время истечения половины жидкости из объема пены. Для этого фиксировали время (τ, с) от окончания набора пены в мерную емкость до момента, когда масса пены уменьшится наполовину.
Пенобетонную массу для определения усадки изделий готовили следующим образом.
3
3
3
3
В пластиковый стакан вместимостью 500 см переносили навеску свежего (не более 1 месяца со дня изготовления) цемента (портландцемент марки 500 DO по ГОСТ 31108-2003) 130 г, добавляли 55 см воды и перемешивали до однородности. Навеску пенообразователя 1,0 г отвешивали в стеклянном стаканчике вместимостью 50 см, добавляли 30 см воды и перемешивали без вспенивания стеклянной палочкой до однородности.
Водоцементное отношение составляло 0,65 (85/130).
Полученный раствор пенообразователя переносили в пластиковый стакан и цементное тесто смешивали с раствором пенообразователя стеклянной палочкой до однородности.
Затем полученную массу перемешивали бытовым миксером со сдвоенной насадкой-венчиком в течение 2 минут на максимальной скорости (окружная скорость не менее 3 м/с) с перемещением венчиков миксера по объему стакана в течение перемешивания. По окончании перемешивания фиксировали максимальную высоту поднятия массы, обозначая ее на внешней стороне стакана карандашом-маркером. Массу закрывали крышкой и оставляли стоять при комнатной температуре (18-25)°С без тряски и иного механического воздействия. После застывания массы, но не ранее чем через 5 часов определяли степень усадки пенобетона сравнением первоначального и конечного объемов.
Результаты испытаний приведены в таблице.
Номер примера
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Пример 4
Пример 5
Внешний вид
Однородная, прозрачная жидкость
Однородная, прозрачная жидкость
Однородная, прозрачная жидкость
Однородная, прозрачная жидкость
Однородная, прозрачная жидкость
Кинематическая вязкость, мм<sup>2</sup>/с
3,5
3,2
3,4
3,3
3,1
Плотность при 20°С, кг/м<sup>3</sup>
1041
1041
1040
1040
1040
Водородный показатель (рН)
9,59
9,76
9,81
9,85
9,90
Кратность и устойчивость (τ<sub>1/2</sub>, с) пены из 3,0%-ных и 4,0%-ных рабочих растворов на пресной и морской воде
4,0%
Пресная вода
85 (324 с)
83 (309 с)
88 (304 с)
75 (283 с)
70 (242 с)
Морская вода
88 (240 с)
85 (238 с)
89 (226 с)
76 (214 с)
64 (197 с)
3,0%
Пресная вода
89 (298 с)
87 (287 с)
90 (284 с)
63 (236 с)
56 (183 с)
Морская вода
58 (208 с)
50 (200 с)
47 (192 с)
31 (170 с)
Не пенится
Высота подъема цементной массы, мм (ВЦ=0,65), мм
124 Усадки нет
120 Усадки нет
122 Усадки нет
120 Усадки нет
100 Усадки нет
Прочность пенобетона, МПа/см<sup>2</sup>
-
-
3,4
-
-
Продолжение таблицы.
Номер примера
Пример 6
Пример 7
Пример 8
Пример 9
Пример 10
Внешний вид
Однородная, прозрачная жидкость
Однородная, прозрачная жидкость
Однородная, прозрачная жидкость
Однородная, прозрачная жидкость
Однородная, прозрачная жидкость
Кинематическая вязкость, мм<sup>2</sup>/c
3,2
4,8
5,9
7,7
10,6
Плотность при 20°С, кг/м<sup>3</sup>
1039
1041
1041
1042
1042
Водородный показатель (рН)
9,80
9,66
9,63
9,57
9,50
Кратность и устойчивость (τ<sub>1/2</sub>, с) пены из 3,0%-ных и 4,0%-ных рабочих растворов на пресной и морской воде
4,0%
Пресная вода
84 (298 с)
89 (305 с)
86 (300 с)
87 (298 с)
93 (312 с)
Морская вода
88 (226 с)
92 (247 с)
90 (252 с)
93 (260 с)
90 (272 с)
3,0%
Пресная вода
88 (269 с)
86 (280 с)
85 (288 с)
82 (290 с)
84 (286 с)
Морская вода
47 (189 с)
60 (237 с)
63 (239 с)
66 (242 с)
72 (256 с)
Высота подъема цементной массы, мм (ВЦ=0,65), мм
122 Усадка через 40 мин
123 Усадки нет
122 Усадки нет
124 Усадки нет
122 Усадки нет
Прочность пенобетона, МПа/см<sup>2</sup>
-
-
-
-
-
Внешний вид
Однородная, прозрачная жидкость
Однородная, прозрачная жидкость
Однородная, прозрачная жидкость
Однородная, прозрачная жидкость
Однородная, прозрачная жидкость
Кинематическая вязкость, мм<sup>2</sup>/с
2,9
3,0
3,3
3,7
3,6
Плотность при 20°С, кг/м<sup>3</sup>
1038
1038
1041
1042
1039
Водородный показатель (рН)
9,60
9,58
9,67
9,75
9,64
Кратность и устойчивость (τ<sub>1/2</sub>, с) пены из 3,0%-ных и 4,0%-ных рабочих растворов на пресной и морской воде
4,0%
Пресная вода
74 (249 с)
78 (260 с)
95 (310 с)
96 (304 с)
84 (305 с)
Морская вода
77 (208 с)
82 (212 с)
97 (243 с)
99 (257 с)
86(251 с)
3,0%
Пресная вода
Не пенится
63 (223 с)
79(241 с)
85 (255 с)
87 (290 с)
Морская вода
Не пенится
42 (183 с)
70 (236 с)
76 (240 с)
53 (203 с)
Высота подъема цементной массы, мм (ВЦ=0,65), мм
-
96
125
133
119
-
Усадки нет
Усадки нет
Усадки нет
Усадки нет
Прочность пенобетона, МПа/см<sup>2</sup>
-
-
-
-
3,5
Продолжение таблицы
Номер примера
Пример 16
Пример 17
Пример 18
Внешний вид
Однородная, прозрачная жидкость
Однородная, прозрачная жидкость
Однородная, прозрачная жидкость
Кинематическая вязкость, мм<sup>2</sup>/с
3,7
4,5
5,7
Плотность при 20°С, кг/м<sup>3</sup>
1039
1038
1038
Водородный показатель (рН)
9,67
9,69
9,67
Кратность и устойчивость (τ<sub>1/2</sub>, с) пены из 3,0%-ных и 4,0%-ных рабочих растворов на пресной и морской воде
4,0%
Пресная вода
84 (300 с)
83 (310 с)
87 (313 с)
Морская вода
83 (243 с)
87 (247 с)
90(251 с)
3,0%
Пресная вода
85 (283 с)
86 (285 с)
83 (287 с)
Морская вода
50 (207 с)
56 (215 с)
55 (223 с)
Высота подъема цементной массы, мм (ВЦ=0,65), мм
120
122
123
Усадки нет
Усадки нет
Усадки нет
Прочность пенобетона, МПа/см<sup>2</sup>
3,7
4,4
4,7
Из данных таблицы следует, что предложенное оптимальное соотношение компонентов согласно изобретению обеспечивает высокую или приемлемую кратность и устойчивость пены и безусадочность пенобетона - примеры 1-4, 7-10, 12-18. Отклонение от оптимального состава приводит к снижению или отсутствию пенообразующих свойств продукта в пресной или морской воде (пример 5, 11) или усадке пенобетона (пример 6). Добавка полиметилпирролидона в состав пенообразователя в количестве не менее 1,5% (примеры 16-18) обеспечивает увеличение прочности пенобетона на 10-40%. Повышение содержания полиметилпирролидона с 3,0 до 5,0% (примеры 17, 18) не приводит к существенному росту прочности пенобетона, и использование полиметилпирролидона в количестве выше 5,0% экономически нецелесообразно. Увеличение содержания алкилсульфатов в рецептуре выше 25,0% (пример 14) приводит к росту вязкости конечного продукта и резкому росту технологического времени приготовления однородной массы.