泡沫混凝土發(fā)泡劑就是能使其水溶液在機械作用力引入空氣的情況下，產(chǎn)生大量泡沫的一類物質(zhì)，這一類物質(zhì)就是表面活性劑或者表面活性物質(zhì)。前者如陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、非離子表面活性劑等，后者如動物蛋白、植物蛋白、紙漿廢液等。泡沫混凝土發(fā)泡劑，又名水泥發(fā)泡劑，泡沫混凝土發(fā)泡劑是指能夠降低液體表面張力，產(chǎn)生大量均勻而穩(wěn)定的泡沫，用以生產(chǎn)泡沫混凝土的外加劑。下面是泡沫混凝土廠家總結(jié)多年的經(jīng)歷得出的結(jié)論，趕快來看看吧。

 

 

    發(fā)展歷程

 

 

    水泥發(fā)泡劑在我國的應(yīng)用已有50多年的歷史。在上世紀50年代初，我國就開發(fā)出松香皂和松香熱聚物這兩種發(fā)泡劑并用于砂漿和泡沫混凝土。這兩種發(fā)泡劑幾十年來在國內(nèi)應(yīng)用十分普遍，為建材建筑業(yè)界所熟悉，這是我國的第一代發(fā)泡劑，至今仍有較大的應(yīng)用。在上世紀80年代之后，隨著我國表面活性工業(yè)的興起，合成類表面活性劑型發(fā)泡劑開始應(yīng)用，并取代了相當(dāng)一部分松香皂和松香熱聚物，成為發(fā)泡劑的一個主要品種。這是我國第二代發(fā)泡劑的發(fā)展時期。上世紀末期，國外意大利、日本、韓國、美國等發(fā)達國家的高性能蛋白型發(fā)泡劑，開始隨著我國的市場開放進入我國，并逐漸顯示出其高穩(wěn)定性的優(yōu)勢，得到了較大的應(yīng)用。在國外蛋白發(fā)泡劑的促進下，我國青海等地也開發(fā)出多種牌號的動物蛋白發(fā)泡劑，植物蛋白發(fā)泡劑也開始在東南沿海地區(qū)出現(xiàn)并推廣應(yīng)用，我國進入了第三代發(fā)泡劑的開發(fā)應(yīng)用時期。如今，我國的發(fā)泡劑正從第三代向第四代過渡，發(fā)泡劑由單一成分逐漸向多成分復(fù)合發(fā)展。但這僅僅是開始，復(fù)合技術(shù)還有待完善和提高，我國完全進入復(fù)合發(fā)泡劑時代還需時日。所以，我國目前是第一代松香類、第二代合成類、第三代蛋白類，這三代發(fā)泡劑同時存在和應(yīng)用，沒有哪一種被完全淘汰，也沒有哪一種完全獨霸發(fā)泡劑市場。造成這種發(fā)泡劑“春秋時代”的原因，是因為許多人發(fā)泡劑的基本知識缺乏，對發(fā)泡劑難以區(qū)別，選擇無序，在使用上盲目的成分很大。這就使低性能的發(fā)泡劑不見得被人放棄，高性能的發(fā)泡劑也不見得被人優(yōu)選。隨著泡沫混凝土的高速發(fā)展及泡沫混凝土知識的逐步普及，人們對發(fā)泡劑會有一個更深入、更全面、更透徹的了解，使之選擇和使用逐步理性和科學(xué)。屆時，優(yōu)質(zhì)高性能發(fā)泡劑自然會全面發(fā)展，而低性能的發(fā)泡劑也會自動退出市場，這是必然的結(jié)果，不以人的意志為轉(zhuǎn)移。先進的東西總要淘汰落后的東西，市場是無情的。

 

    正如上述，我國目前市場上的發(fā)泡劑是四代并存，種類、牌號繁多，令一般人眼花繚亂，難識優(yōu)劣。單是作者從各種媒體上統(tǒng)計到的不同名稱的發(fā)泡劑就有100多種，那些已經(jīng)實際應(yīng)用或進入市場的發(fā)泡劑就更多，少說也有幾百種。如此多的發(fā)泡劑，別說是剛剛接觸發(fā)泡劑的人，就是有一定泡沫混凝土生產(chǎn)經(jīng)驗的人也一時難以分清其優(yōu)劣和類型。

 

    為了使大家對各種發(fā)泡劑能夠理性有序地認識，弄清其實質(zhì)，了解其大致的性能，在后面的幾個部分，我們將把各種發(fā)泡劑歸類介紹，以幫助大家認識了解發(fā)泡劑。

 

 

    產(chǎn)品分類

 

 

    發(fā)泡劑因為都是表面活性劑或表面活性物質(zhì)，因此，可根據(jù)其水溶液的電離性質(zhì)分為陰離子、陽離子、非離子、兩性離子四大類。但這種分類過于學(xué)術(shù)化和抽象化。為了通俗一些，便于讀者特別是缺乏專業(yè)知識的一般讀者的理解，在后面分類介紹時，我們將發(fā)泡劑按組成的成分劃分類型，大至分為松香樹脂類、合成表面活性劑類、蛋白質(zhì)類、復(fù)合類、其它類，共5個類型。

 

    (1)松香樹脂類發(fā)泡劑(第一代發(fā)泡劑)

 

    這類發(fā)泡劑均是以松香作為主要原料制成，應(yīng)用最早也最為普遍。松香的化學(xué)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，其中含有松香脂酸類、芳香烴類、芳香醇類、芳香醛類及其氧化物等，分子式可表示為C20H30O2。

 

    松香樹脂發(fā)泡劑又名引氣劑，它的主要品種有松香皂和松香熱聚物兩個。其最初均是作為混凝土砂漿引氣劑來開發(fā)應(yīng)用的，后來又擴展應(yīng)用為泡沫混凝土的發(fā)泡劑。

 

    松香皂發(fā)泡劑

 

    1.松香皂簡介

 

    因松香中具有羧基—COOH，加入堿以后，會產(chǎn)生皂化反應(yīng)生成松香酸皂、故取名為松香皂。它的主要成分是松香酸鈉，屬于陰離子表面活性劑的范疇。

 

    松香皂是一種棕褐色透明狀膏體，含水量約22%，加水稀釋后為透明澄清液，不混濁，無沉淀，有松香特有的氣味，PH值約8—10，表面張力約為（2.9～3.1）×10N/m。

 

    松香皂是上世紀30年代最先由美國研制開發(fā)的。我國從上世紀50年代起仿制生產(chǎn)松香皂，并應(yīng)用于佛子嶺、梅山、三門峽等大型混凝土水庫大壩和一些港口工程，以微氣孔來提高其抗?jié)B性和抗凍性。當(dāng)泡沫混凝土興起后，它又開始作為發(fā)泡劑使用。

 

    2.松香皂的生產(chǎn)方法

 

    松香皂是以松香為主料加入堿液和助劑，通過加熱反應(yīng)而制取的。其生產(chǎn)方法如下：

 

    ①首先將堿液配成一定的濃度，這一濃度與反應(yīng)能否順利進行有關(guān)。它不是一個常數(shù)，而是由皂化系數(shù)來確定的。皂化系數(shù)是指1㎏松香所消耗的堿量。皂化1㎏松香所需的堿量可由下式計算：

 

    （3—1） 式中：m堿用量；

 

    a松香皂化系數(shù)

 

    b堿的純度；

 

    k堿的換算系數(shù)。

    ②選取合乎技術(shù)要求的二級或三級松香，粉碎成粉末狀，放在空氣中氧化一段時間，待其顏色加深到一定程度（可憑經(jīng)驗）時便可使用。注意，松香并非品質(zhì)等極越高越好，一級松香就不能使用。因為一級松香在100℃附近溫度范圍容易形成結(jié)晶而影響皂化反應(yīng)。

 

    ③將堿溶液加入反應(yīng)釜，升溫至90～100℃，在攪拌狀態(tài)下慢慢加入松香粉末。在加入松香時容易起泡而爆沸，所以要注意觀察，當(dāng)要沸溢時可停止添加。當(dāng)物料加完之后，可在攪拌狀態(tài)下反應(yīng)一定的時間，其反應(yīng)時間的長短將決定松香酸鈉的生成量。反應(yīng)終點可通過反應(yīng)液的外觀來判斷，方法是取出少量反應(yīng)液，加入熱水稀釋，若溶液清徹透明無沉淀，即反應(yīng)完全、可終止反應(yīng)。最后，調(diào)整PH值8—10左右即為成品。

 

    ④按上述方法生成的松香皂發(fā)泡倍數(shù)低、消泡快、性能不好，為提高其性能，可在反應(yīng)時加入各種改性劑，以改善其發(fā)泡能力和穩(wěn)泡性。也可以在反應(yīng)結(jié)束后，在成品中加入改性劑，但效果不如在反應(yīng)過程中加入。

 

    FP—3型發(fā)泡劑是我們開發(fā)的改性松香皂新產(chǎn)品。在合成過程中，我們加入了三種改性劑，在合成后的成品內(nèi)，又加入了兩種改性劑。加入陽離子表面活性劑BD后，它的起泡高度有了提高，加入非離子型表面活性劑AT后，它的穩(wěn)泡性有了明顯的改善，分散性更好。另外，加入的其它有機、無機改性劑能與陽離子及非離子改性劑有協(xié)同作用。在這些改性劑加入后，松香皂的的發(fā)泡倍數(shù)提高至35倍，泡沫全消的時間延長到>10h，比現(xiàn)有產(chǎn)品的性能大大提高了一步。

 

    3.松香皂的技術(shù)特點

 

    松香皂的技術(shù)特點是生產(chǎn)工藝簡單，成本低、價格低、發(fā)泡倍數(shù)和泡沫穩(wěn)定性一般，其突出優(yōu)點是與水泥相容性好，可與水泥中的Ca反應(yīng)，生成不溶性鹽，泡沫穩(wěn)定性增加，有一定的增強作用。和合成類表面活性劑相比，它對泡沫混凝土的強度提高更有利。由于其泡沫穩(wěn)定性和發(fā)泡倍數(shù)均不是太好，因而它只能用于密度大于600㎏/m以上的高密度泡沫混凝土，而不能用于500㎏/m以下的低密度泡沫混凝土。它價格雖較低但用量較大。

 

    另外，松香皂在使用時需要加熱溶解，比較麻煩，不如其它發(fā)泡劑使用簡便。

 

    大致講，它可以作為一種低檔次發(fā)泡劑使用。在泡沫混凝土技術(shù)要求不高時可以選用。

 

    目前，松香皂的市場銷售價約4500元～8000元/噸，各地不等。

 

    松香熱聚物

 

    1.簡介

 

    松香熱聚物是世界上出現(xiàn)最早的發(fā)泡劑，由美國1937年首創(chuàng)，稱為“文沙”樹脂（Vinso），1938年獲得專利。它是發(fā)泡劑的始祖。文沙樹脂最早是由松樹的根部含木松香的浸出物經(jīng)過精制過程而得到的副產(chǎn)品。其性質(zhì)與松香皂很相近。它最初的應(yīng)用，是以產(chǎn)生的微小氣泡（稱微沫）來改善混凝土的保水性，水工工程的抗?jié)B，寒冷地區(qū)路面及大壩施工的抗凍等。日本于上世紀40年代從美國引進“文沙”技術(shù)，由山宗化學(xué)株式會社生產(chǎn)，并用于日本著名的奧只見壩、田子倉壩等大型水工工程。此后，世界各國也紛紛引進或模仿“文沙”生產(chǎn)技術(shù)，使松香熱聚物在世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用，并使其由引氣劑延伸為發(fā)泡劑，用途更加廣泛。

 

    我國于上世紀50年代開始仿照美國“文沙”樹脂，生產(chǎn)松香熱聚物作為引氣劑用于混凝土和砂漿，后又用于泡沫混凝土。它是我國上世紀后半葉的主要引氣劑和發(fā)泡表面活性劑品種。

 

    2.技術(shù)原理

 

    將松香與苯酚、硫酸等幾種物質(zhì)做原料，以適當(dāng)?shù)谋壤旌贤度敕磻?yīng)釜，在70～80℃環(huán)境下反應(yīng)6h后得到鈉鹽縮合熱聚物產(chǎn)品，即可得到松香熱聚物類引氣劑，是一種棕褐色膏狀體。

 

    不過這個反應(yīng)過程相當(dāng)復(fù)雜，松香中的羧酸和酚類的羥基發(fā)生縮合反應(yīng)生成脂類。

 

    所形成的大分子再與堿反應(yīng)生成縮聚物的鈉鹽，其產(chǎn)物也是類屬于陰離子表面活性劑。

 

    3.技術(shù)特點

 

    和松香皂相比，松香熱聚物的產(chǎn)量和用量都要低得多，不如松香皂受歡迎。這主要是因為松香熱聚物的性能與松香皂大體相當(dāng)，但它的生產(chǎn)成本和價格卻較高，不利于市場競爭。另外，它的生產(chǎn)以苯酚為原料，而苯酚有毒性，有生產(chǎn)安全問題和環(huán)境問題。這一切，決定了它沒有多大的優(yōu)勢，優(yōu)點沒有松香皂多，因而推廣受到限制。從目前的情況看，它也不如松香皂的應(yīng)用普遍。因此，本書不再對其進行更詳細的介紹。

 

    (2)合成類發(fā)泡劑（第二代發(fā)泡劑）

 

    繼松香類發(fā)泡劑之后，我國在上世紀后期，開發(fā)了各種合成表面活性劑類發(fā)泡劑。這類發(fā)泡劑在國外于上世紀50年代就廣泛地應(yīng)用于水泥發(fā)泡，但由于當(dāng)時我國的表面活性劑工業(yè)沒有發(fā)展起來，所以一直沒有開發(fā)應(yīng)用。直到1980年以后，由于我國表面活性劑工業(yè)的規(guī)模化發(fā)展，這一類發(fā)泡劑才逐漸得到開發(fā)，并在近幾年成為發(fā)泡劑的主流型產(chǎn)品。目前，市場上出售的大部分商品水泥泡發(fā)劑，均是合成表面活性劑類，約占發(fā)泡劑總產(chǎn)銷量的60%。

 

    合成表面活性劑類發(fā)泡劑按表面活性劑的離子性質(zhì)，分為陰離子型、陽離子型、非離子型、兩性離子型，種類繁多，是一個很大的家族，但優(yōu)異性能的品種并不多，其主要原因，是這一類發(fā)泡劑總體講泡沫穩(wěn)定性較差，不適合于較低密度的泡沫混凝土。

 

    在各種合成表面活性劑類發(fā)泡劑中，陰離子型因發(fā)泡快且發(fā)泡倍數(shù)大而受到普遍的歡迎。陽離子發(fā)泡劑價格很高且對水泥的強度有一定的影響，所以應(yīng)用不多。非離子發(fā)泡劑的發(fā)泡倍數(shù)一般較小，而一般人多看重發(fā)泡能力，所以它也沒有得到廣泛的應(yīng)用。兩性離子發(fā)泡劑由于成本相當(dāng)高，雖發(fā)泡尚可，也應(yīng)用不多。下面僅就應(yīng)用較多的陰離子表面活性劑作一詳細介紹，對非離子表面活性劑也作一簡述。

 

    陰離子表面活性劑型發(fā)泡劑

 

    陰離子型表面活性劑可用作發(fā)泡劑的有10多種,但最常用，成本最低、最易得的，是烷基苯磺酸鹽類。其代表是十二烷基苯磺酸鈉。

 

    它是由苯環(huán)上帶一個長鏈烷基（CH3CH2CH2…CH2CH2…）的烷基苯，經(jīng)用濃硫酸、發(fā)煙硫酸或是液體三氧化硫作為磺化劑而制得。實踐發(fā)現(xiàn)，烷基的碳原子數(shù)以接近12時最為合適，性能最好。這個烷基可以是帶有支鏈的含有12個碳原子和各種烷基。

 

    十二烷基苯磺酸鈉的合成工藝較為簡單，目前主要以丙烯為原材料先聚合成丙烯四聚體十二烯（C12H24），然后再與苯共聚成十二烷基苯復(fù)雜混合物，經(jīng)發(fā)煙硫酸磺化成十二烷基苯磺酸，并用氫氧化鈉中和成鈉鹽。

 

    烷基苯磺酸鈉是1936年由美國首先生產(chǎn)的，那個時期因用煤油作為生產(chǎn)原料，泡沫不好，后經(jīng)多次改進成為應(yīng)用最廣的表面活性劑。

 

    它的外觀為白色或淡黃色粉末或片狀固體，易溶于水而成半透明溶液，對堿和稀酸較為穩(wěn)定，240℃發(fā)生分解。

 

    烷基磺酸鈉的表面張力約為2.96×10N/m，具有很高的表面活性，在很低的濃度下，也會有良好的發(fā)泡力。如在0.05%濃度時的發(fā)泡力84㎜，甚至更低的濃度也能發(fā)泡。而且，它的起泡速度很快，可以瞬間起泡，泡沫量大而豐富。高泡型表面活性劑在發(fā)泡得當(dāng)?shù)那闆r下，它的起泡高度可大于200㎜。

 

    起泡快，泡沫量大，這是烷基磺酸鈉的突出優(yōu)點，也是它受到一些人歡迎的主要原因。

 

    但是，正如許多合成表面活性劑類發(fā)泡劑一樣，烷基磺酸鈉是發(fā)泡容易存泡難。它的泡沫起的快，但消的也快，泡沫的穩(wěn)定性是較差的，泡沫發(fā)起之后，幾十分鐘就會全部消失，想保留下來不容易。即使配合穩(wěn)泡劑并采取其它技術(shù)措施，它的泡沫在30min左右也會消失大半。在發(fā)好泡之后，我們會十分清楚地看到它的氣泡一個個迅速破裂，并可聽到破泡的聲音，本來很細小的泡沫會很快合并成越來越大的泡沫。

 

    我國的現(xiàn)有發(fā)泡劑之所以大多穩(wěn)定性差，低密度（500㎏/m以下）的泡沫混凝土難以生產(chǎn)，其重要的原因，就是因為國產(chǎn)的許多發(fā)泡劑均是合成陰離子型表面活性劑型的，有著和烷基磺酸鈉相似或相同的性能特點。

 

    非離子表面活性劑型發(fā)泡劑

 

    用作混凝土或水泥發(fā)泡劑的合成表面活性劑，主要是聚乙二醇型，它由含有活潑氫原子的憎水原料和環(huán)氧乙烷發(fā)生加成反應(yīng)而制得。

 

    羥基、羧基、氨基以及酰氨基等的氫原子，都具有較強的化學(xué)活性。含有上述原子的憎水材料都可以與環(huán)氧乙烷生成聚乙二醇非離子型表面活性劑。例如由烷基酚與環(huán)氧乙烷進行加成反應(yīng)即可制得烷基酚聚氧乙烯醚。

 

    當(dāng)參加聚合反應(yīng)的環(huán)氧乙烷比例越大時，生成的表面活性劑的水溶性就越好。

 

    烷基酚、脂肪酸、高級脂肪胺或是脂肪酰胺也易于與環(huán)氧乙烷進行加成反應(yīng)制成表面活性劑。

 

    非離子型表面活性劑是在水溶液中不能離解成離子的一類表面活性劑，目前它的產(chǎn)量和用量僅次于陰離子型表面活性劑，具第二位。它大體有四個類型：醚型、酯型、醚酯型和含氮型。

 

    由于非離子表面活性物分子中的低極性基團端沒有同性電荷的排斥，彼此間極易靠攏，因而它們在溶液表面排列時，疏水基團的密度就會增加，相應(yīng)咸少了其它的分子數(shù)，溶液的表面張力則降低，表面活性增加，因而有一定的起泡能力。也正是因為它的疏水基團在水溶液表面排列密集，使水溶液所形成的氣泡液膜比較密實堅韌，不易破裂，所以它的泡沫穩(wěn)定性優(yōu)于烷基苯磺酸鈉，等陰離子表面活性劑，但發(fā)泡能力（起泡高度）遠不如陰離子型。由于許多人對發(fā)泡劑是先看起泡性，故非離子表面活性劑往往會因起泡能力不強而不被人選用。

 

    從長遠看，由于非離子表面活性劑本身的特性，它被廣泛用作發(fā)泡劑的可能是很少的，前景遠不如陰離子型表面活性劑。

 

    信息來源：泡沫混凝土廠家