泡沫劑穩(wěn)定性的表征及其影響因素的研究

　　【摘要】本文提出一種較為簡(jiǎn)單實(shí)用的方法和裝置表征泡沫的穩(wěn)定性，并測(cè)試了不同因素對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響。通過(guò)考察不同發(fā)泡方式、不同濃度、不同溫度等因素對(duì)泡沫性能的影響，得出如下結(jié)論：采用壓縮空氣發(fā)泡方式既經(jīng)濟(jì)又高效；濃度越高的泡沫液，制得的泡沫穩(wěn)定性相對(duì)越好；溫度越高的泡沫劑溶液制得的泡沫密度就越低，穩(wěn)定性較差。

　　【關(guān)鍵詞】泡沫劑；泡沫穩(wěn)定性； 泌水量；沉降距；半消時(shí)間

　　1 引言

　　隨著國(guó)家節(jié)能減排和墻體改革政策的實(shí)施，各種輕質(zhì)保溫材料成為重點(diǎn)研究方向之一。泡沫混凝土材料以其環(huán)保、不燃、耐久、輕質(zhì)保溫的優(yōu)異特點(diǎn)受到了極大的關(guān)注。而泡沫劑作為泡沫混凝土材料的重要原材料，其性能始終影響著泡沫混凝土材料的最終綜合性能。

　　目前我國(guó)應(yīng)用在泡沫混凝土的泡沫劑主要含有以下幾種。一是松香皂泡沫劑[1]。松香皂泡沫劑是使用較早的一種泡沫劑，是以松香和氫氧化鈉等為主要原料經(jīng)過(guò)皂化反應(yīng)制取，其主要成分為松香酸鈉，外觀呈淺黃褐色液體。其制造工藝簡(jiǎn)單，材料成本較低，但其泡沫強(qiáng)度也較差，穩(wěn)定時(shí)間短。二是蛋白型泡沫劑?？煞譃閯?dòng)物型蛋白 [2]和植物蛋白型泡沫劑，此類泡沫豐富、細(xì)密，韓國(guó)地暖施工中使用的泡沫劑80%為該種產(chǎn)品。三是化學(xué)合成類泡沫劑，其具有優(yōu)良的起泡能力，近年來(lái)成為泡沫劑的主流產(chǎn)品。但這種泡沫劑存在泡壁薄、穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。四是復(fù)合型泡沫劑。單一泡沫劑的性能不夠完善，因此復(fù)合型泡沫劑是解決綜合性能的有效方法之一。通過(guò)復(fù)配方法，實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)、協(xié)同效應(yīng)。復(fù)合型泡沫劑可含有起泡組分、增泡組分、穩(wěn)泡組分、功能組分、調(diào)節(jié)組分等。

　　影響泡沫劑泡沫穩(wěn)定性的因素錯(cuò)綜復(fù)雜，除了泡沫劑自身內(nèi)在因素外，外因也是影響重大，如濃度，溫度，發(fā)泡方式等等，同一種泡沫劑在不同的條件下泡沫的狀態(tài)很不一樣。本文提出一種較為簡(jiǎn)單實(shí)用的方法和裝置表征泡沫的穩(wěn)定性，并考察不同因素對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響。

　　2 實(shí)驗(yàn)原材料及方法

　　2.1 主要原材料及設(shè)備

　　復(fù)合泡沫劑,北京中建國(guó)信科技開(kāi)發(fā)中心，自制；

　　松香型泡沫劑，某公司生產(chǎn)，市售；

　　粉劑泡沫劑，某公司生產(chǎn)，市售。

　　SP-Ⅱ發(fā)泡機(jī)，北京中建國(guó)信科技開(kāi)發(fā)中心，自主設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)；

　　高速電動(dòng)攪拌機(jī)，金壇市中大儀器廠。

　　2.2 試驗(yàn)方法

　　高速攪拌制泡方法：將一定稀釋比例的泡沫液100mL倒入1000mL的燒杯中，在轉(zhuǎn)速3000r/min的攪拌速度下攪拌發(fā)泡3min。

　　壓縮空氣發(fā)泡機(jī)制泡：將一定稀釋比例的泡沫液吸入SP-Ⅱ發(fā)泡機(jī)，通過(guò)壓縮空氣制泡。

　　泡沫密度的測(cè)定方法：將一定稀釋比例的泡沫劑溶液通過(guò)不同發(fā)泡方式制備出泡沫，然后裝入1000L玻璃容器裝入泡沫，并稱量其重量。通過(guò)計(jì)算即可得到其泡沫密度。

　　同時(shí)，通過(guò)一套較為適用的方法和裝置考察高性能泡沫劑不同發(fā)泡方式，不同濃度，不同泡沫劑溫度對(duì)泡沫穩(wěn)定性的影響。

　　3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

　　3.1 泡沫劑穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)方法

圖1 檢測(cè)泡沫劑穩(wěn)定性方法

　　由于我國(guó)目前沒(méi)有相關(guān)水泥基泡沫劑產(chǎn)品的國(guó)標(biāo)或者行標(biāo)，行業(yè)內(nèi)沒(méi)有統(tǒng)一的方法來(lái)評(píng)價(jià)泡沫劑的穩(wěn)定性。本文結(jié)合行業(yè)現(xiàn)狀，研究出一種較為簡(jiǎn)單實(shí)用的方法和儀器裝置（如圖1）。裝置中漏斗的內(nèi)直徑為10cm，筒深5cm。通過(guò)電子天平、直尺、秒表可以同時(shí)測(cè)定出泡沫經(jīng)時(shí)泌水率和沉降距以及半消泡時(shí)間，用以表征和評(píng)價(jià)泡沫穩(wěn)定性的優(yōu)劣。

　　通過(guò)上述方法，在20℃條件下，通過(guò)高速攪拌方式制備出泡沫，比較了復(fù)合泡沫劑、某粉劑混凝土泡沫劑、某松香型泡沫劑，試驗(yàn)結(jié)果如下表1。

表1：不同泡沫劑的泡沫的泌水量、沉降距以及半消時(shí)間

　　3.2 發(fā)泡方式對(duì)泡沫性能的影響

　　目前發(fā)泡方式有兩種，一是高速攪拌方式，另一種就是采用壓縮空氣發(fā)泡機(jī)發(fā)泡。本試驗(yàn)對(duì)比兩種發(fā)泡方式考察高性能泡沫劑泡沫的密度變化及發(fā)泡倍數(shù)。高性能泡沫劑與水以1:10的比例混合，泡沫劑溶液為40℃下進(jìn)行發(fā)泡，分別測(cè)定兩種發(fā)泡方式得到的泡沫的密度隨時(shí)間變化。試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 發(fā)泡方式對(duì)高性能泡沫劑的泡沫密度隨時(shí)間變化影響曲線

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　　從圖中可以看到，兩種發(fā)泡方式對(duì)泡沫性能有很大影響。高速攪拌方式產(chǎn)生的泡沫密度高達(dá)200g/l，而采用空氣壓縮發(fā)泡機(jī)發(fā)泡得到的泡沫密度只有50g/l。采用高速攪拌方式得到的泡沫含水率高，泌水快，泡沫密度隨時(shí)間延長(zhǎng)快速下降，而采用壓縮空氣發(fā)泡方式的泡沫尺寸均一，細(xì)膩，泡沫密度隨時(shí)間變化小。在試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)通過(guò)采用高速攪拌機(jī)方式泡沫劑的發(fā)泡倍數(shù)低，僅為5-8倍，而采用壓縮空氣方式的發(fā)泡倍數(shù)高達(dá)20倍以上。用同量泡沫劑發(fā)泡，采用壓縮空氣方式發(fā)泡能得到更多的穩(wěn)定的泡沫。因此，采用壓縮空氣發(fā)泡方式是一種既高效又經(jīng)濟(jì)的方法。

　　3.3 不同濃度對(duì)泡沫性能的影響

　　為了考察泡沫劑溶液濃度對(duì)泡沫性能的影響，本試驗(yàn)研究了高性能泡沫劑與水以質(zhì)量1:10，1:20，1:40比例配置不同濃度泡沫劑溶液的性能。通過(guò)空氣壓縮發(fā)泡機(jī)發(fā)泡方式發(fā)泡，泡沫劑溶液溫度控制為40℃，測(cè)定泡沫密度隨時(shí)間的變化。

圖3 不同濃度高性能泡沫劑溶液的泡沫密度隨時(shí)間變化曲線

　　從圖曲線可以看到，隨著稀釋比例變大，泡沫劑濃度變小，得到泡沫的密度大，而且泌水快。這是因?yàn)殡S著稀釋比例的增加，泡沫溶液粘度下降，泡沫含水多，泡壁上的液體流動(dòng)性好，造成排液速度加快，這導(dǎo)致了泡沫密度損失快，泡沫泌水快。因此，泡沫劑溶液適當(dāng)濃度也是影響泡沫性能重要因素。若泡沫劑稀釋過(guò)大，則制得的泡沫密度大，穩(wěn)定性差，易泌水破泡；若泡沫劑溶液濃度太高則提高了成本，而且泡沫劑溶液濃度過(guò)大使得溶液過(guò)粘，則起泡性能差，發(fā)泡倍數(shù)低。因此，泡沫劑稀釋比例越大并不能說(shuō)明泡沫劑越經(jīng)濟(jì)，稀釋比例大了，制備出的泡沫密度就大，同樣體積的泡沫需要的泡沫液也就越多。應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要和施工要求確定最佳的泡沫劑稀釋濃度。

　　3.4  溫度對(duì)泡沫性能的影響

　　將不同溫度（10℃、20℃、30℃、40℃、50℃）的高性能泡沫劑溶液（1：10）通過(guò)壓縮空氣發(fā)泡制成泡沫，然后測(cè)定不同時(shí)間的泡沫密度。試驗(yàn)結(jié)果圖4所示。

圖4 不同溫度對(duì)泡沫密度的影響（發(fā)泡機(jī)發(fā)泡）

　　由圖中發(fā)現(xiàn)隨著泡沫液溫度的提高，泡沫密度迅速降低，主要原因是泡沫劑是由具有一定分子量的聚合物組成。聚合物的粘度隨溫度的提高而降低，流動(dòng)性變好，隨著溫度提高，泡沫劑溶液的粘度降低，易于起泡，制得的泡沫尺寸大，因此發(fā)泡倍數(shù)增大，所形成的泡壁變薄，液膜含溶液的量少，從而泡沫密度也就較低。試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，發(fā)泡液溫度越高，則泡沫的穩(wěn)定性越差。這是由于高溫發(fā)泡液制得的泡沫密度輕，泡壁薄，只要稍微泌水就可能導(dǎo)致泡沫的破滅，同時(shí)高溫下分子運(yùn)動(dòng)劇烈，液體揮發(fā)速度快也是造成泡沫破裂的原因之一。

　　這表明，過(guò)低的發(fā)泡溫度得到的泡沫密度較大，泡沫含液量較大，有較多的泡沫液沒(méi)能轉(zhuǎn)化成泡沫，造成了較大的浪費(fèi)，同時(shí)，發(fā)泡溫度也不能太高，否則從熱力學(xué)角度上講，溫度越高則分子運(yùn)動(dòng)越劇烈，熵值較高，體系不穩(wěn)定，容易破泡。

　　4  結(jié)語(yǔ)

　　試驗(yàn)結(jié)果表明：采用壓縮空氣發(fā)泡機(jī)制泡是既高效又經(jīng)濟(jì)的方法；濃度大的泡沫液制得的泡沫穩(wěn)定性要高于低濃度的泡沫液；不同溫度泡沫液制得的泡沫有所不同，溫度較高的泡沫液制得的泡沫密度較低，而溫度低的泡沫液制備出的泡沫密度較大，因此發(fā)泡溫度不能過(guò)低，否則泡沫含液量過(guò)大，影響了經(jīng)濟(jì)性。但發(fā)泡液溫度也不能過(guò)高，否則泡沫的穩(wěn)定性將變差。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 屈志中，翟串梅，謝烈英.松香膠泡沫劑配制和使用的幾個(gè)問(wèn)題.建筑技術(shù)[J],2004,35(10):756-758.

　　[2] 高波，王群力，周孝得.混凝土泡沫劑劑泡沫穩(wěn)定性的研究.粉煤灰綜合利用[J].2004(1):13-16.

　　【作者簡(jiǎn)介】 羅寧，男，碩士，建筑材料工業(yè)技術(shù)監(jiān)督研究中心，主要從事泡沫劑及泡沫混凝土、新型保溫材料、防水材料、聚羧酸高效減水劑等外加劑的開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)。