基于烷基糖苷体系石膏发泡剂的复配研究

建筑石膏制品在我国已有多年的生产和应用历史，发泡石膏材料表观容重有较为明显的减小，是建筑保温的理想材料。石膏发泡多采用发泡剂，可使产生的泡沫由不稳定体系变成稳定体系。目前对石膏发泡剂的研究主要集中在以十二烷基硫酸钠(K12)为基础的单一或其复配产品，其 具 有 发 泡 快、泡 沫 丰 富 等特点，但其稳泡性稍差。孙天文研制了以复合型皂角松香酸类阴离子表面活性剂为主要成分的石膏微发泡剂，使用较少量可达到较好的气孔率。葛曷一等使用松香、骨胶和NaOH等配制石膏发剂，当发泡剂掺量为2%时，石膏试样强度和保温隔热性能均较好。张卫豪等开发了由烷基磺酸盐类和纤维素醚类物质组成的发泡剂，研究了发泡剂各组分配比对泡沫和石膏料浆性能的影响。

  与烷基硫酸盐、烷基磺酸盐等相比，烷 基 糖 苷(APG)作为一种绿色表面活性剂，具有表面张力低，泡沫丰富细腻，配伍性强，无毒无害，生物降解迅速、彻底等优点，广泛地应用于日用化工、工业清洗、纺织助剂、采油、选矿等诸多领域。但在建材领域的应用鲜有报道。随着绿色安全和可持续发展成为经济发展的必要条件，将APG等绿色安全环保的新型表面活性剂应用于石膏发泡剂等建材领域也成为必然趋势。本文将APG作为石膏发泡剂的主组分，机械搅拌条件下优选出APG0810和APG1214在发泡性能上的较优配比，并将其与其他表面活性剂和稳泡剂进行复配，优选出适合用作石膏发泡剂的基础体系，并在此基础上研究搅拌条件和发泡剂用量对发泡情况的影响，以期为该类发泡剂的研发和生产提供一定的指导。

1：实验部分

1.1主要试剂与仪

   烷基糖苷APG0810和APG1214、十一烷基咪唑啉(UIZ) ，工业级，上海发凯化工有限公司;月 桂 醇 醚 硫酸钠(AES) ，工业级，中轻化工股份有限公司;椰油酰胺丙基甜菜 碱(CAB35) ，工 业 级，广州天赐高新材料股份有限公司;聚乙二醇(PEG) ，分子量为20000，工业级，辽宁奥克化工有限公司;聚乙烯醇(PVA) ，分子量1750，分析纯，江苏永华精细化学品有限公司;聚丙烯酸钠(PAAS) ，工业级，江门市中盛生物科技有公司;羟丙基甲基纤维素(HPMC) ，工业级，科耐欧贸易 有 限 公 司。Eurostar40型 高 速 搅 拌 器，德 IKA公司。

1.2

发泡和稳泡性能的测定25°C下，采用机械搅拌法进行发泡。首先用量筒量取100mL配制好的发泡液，加 入1L的 细 底 烧 杯中，置于配有四叶搅拌桨的高速搅拌器下搅拌，控制搅拌 速 率，数分钟后停止搅拌，并迅速将泡沫倒入100mL量筒中，并记录静置一定时间后的密实泡沫总体积(v1)及泌液量(v) ，同时记录量筒中沫消去后的溶液体积(v0) ，计算不同静置时间下的密实泡沫体积(v1－v) ，发泡倍数=(v1－v)/v0，泌液比例=v/v0，通过发泡倍数来评价其发泡性能，通过随时间变化的发泡倍数和泌液比例来评价其稳泡性能。

2：结果与讨论

2.1 APG0810与ApG1214配比优选

  由APG的相关应用研究发现，APG0810具有很好的 发 泡 性 能，而APG1214具 有 较 好 的 稳 泡 性 能。APG0810与APG1214在 溶 液 中 质 量 分 数 为0.2%，1800r/min下搅 拌3min。

  目测观察发泡情况发现m(APG0810)∶m(APG1214)=1∶1时，搅拌产生的泡沫较粗，随着APG0810比例的增加，泡沫的 细 腻 程 度 呈增加趋势，当质量比为4∶1和6∶1时，泡沫均较为均匀细腻。

  图1为APG0810与APG1214不同质量比时发泡倍数随时间的变化情况。由图1可以看出，各体系初始发泡倍数较为接近，APG0810与APG1214质量比为4∶1时，随着时间延长体系的发泡倍数衰减最慢。

 

表1为不同质量比APG0810与APG1214在1min时的泌液比例。由表1可知，APG0810与APG1214质量比为4∶1时泌液比例最低，仅为12.7%。综合目测的泡沫细腻程度、发泡倍数随时间衰减情况和泌液比例数据，选择m(APG0810)∶m(APG1214)=4∶1。

2.2  APG与其他表面活性剂复配体系的优选

CAB35、UIZ和AES都是发泡性和泡沫稳定性较好的表面活性剂，通过将其分别与m(APG0810) ∶m(APG1214)=4∶1的复合体系复配，进一步提高复配体系的发泡和稳泡性能。固定APG0810、APG1214与3种表面活性剂的质量比为4∶1∶2，发泡剂质量分数为0.2%，1800r/min下搅拌3min，考察3种表面活性剂与APG复配体系的发泡性能。目测观察发泡情况发现，加入UIZ和CAB35时，形成的泡沫较为均匀细腻

;而加入AES形成的泡沫不够细腻。

  图2和表2分别为3种表面活性剂与APG复配时，发泡倍数随时间的变化情况及体系在1min时的泌液比例。由 图2可 以 看 出，CAB35、UIZ和AES与APG复配时，各体系初始发泡倍数较为接近，而稳泡性能相差较大;UIZ与APG复配体系的发泡倍数随时间衰减最慢，CAB35与APG复 配 体 系 次 之，AES与APG复配体系随时间衰减最快，其稳泡性能最差。由表2可以看出，UIZ与APG复配体系泌液比例最低，只有11.5%。综合分析，当UIZ与APG复配时，可以获得更好的发泡和稳泡性能。

固定APG0810和APG1214的质量比为∶1，发泡剂质量分数为0.2%，1800r/min下搅拌3min，考察UIZ与APG复配体系的质量比对发泡性能的影响，

 

结果如图3所示。由图3可以看出，各体系初始发倍数较为接近。UIZ用量增加后，5～15min内，泡沫的衰减明显变缓。当m(APG0810)∶m(APG1214)∶m(UIZ)=4∶1∶2时，复配体系的发泡倍数随时间衰减最慢。

  因此，选择m（APG0810)∶m(APG1214)∶m(UIZ)=4∶1∶2。

2.3稳泡剂的优选

 动物蛋白类稳泡剂是较为成熟的稳泡剂，但其源料来源受限。而聚合物具有性能稳定、来源广泛等特点，故本实验选用聚合物为稳泡剂。选 择HPMC、PAAS、PVA和PEG作为筛选对象。固定m(APG0810)∶m(APG1214)∶m(UIZ)=4∶1∶2，聚合物用量占其与表面活性 剂 总 质 量 的10%，发泡剂质量分数0.2%，1800r/min下搅拌3min，考察不同体系的发泡情况。目测观察发泡情况发现，加入PAAS时，形成的泡沫较为均匀细腻;加入PVA时，形成的泡沫细腻程度稍次之;加入HPEG和HPMC时，形成的泡沫相似且泡沫细腻程度较差。

  不同聚合物与APG和UIZ复配时，发泡倍数随时间的变化情况如图4所示。

由图4可知，加入PVA的发泡和稳泡性能均较好，PAAS的稳泡性能较好，但发泡性能不佳。发泡性能顺序为:PVA≈HPMC＞PEG＞PAAS，稳泡性能顺序为:PVA＞PAAS＞PEG＞HPMC。PAAS或PVA与APG和UIZ的复配，产生的泡沫较均匀细腻，但PAAS的发泡倍数小，而PVA的发泡倍数和稳定性均较好。这可能与PVA的醇羟和APG形成 独特的分子间作用力有关。PVA是 一 种具有良好水溶性的高分子化合物，它不仅能提高液相黏度，阻止液膜排液，同时还能形成高强度的界面膜，因此有较好的稳泡作用。进一步考察PVA的加入量占其与表面活性剂总质量5%，10%，20%和40%时的发泡和稳泡情况，固定m(APG0810)∶m(APG1214)∶m(UIZ)=4∶1∶2，发泡剂质量分数0.2%，1800r/min下搅拌3min。目测观察发泡情况，PVA用量为5%时，搅拌产生的泡沫较粗，随着PVA用量的增加，泡沫的细腻程度呈先增加后减少的趋势，当PVA用量为10%和20%时，泡沫均较为均匀细腻，当PVA用量达40%时泡沫细腻程度下降，与5%时相似。

由图5可以看出，PVA用量对复配体系发泡和稳泡性能有一定的影响，不同PVA用量下，各体系初始发泡倍数较为接近，随着时间延长，PVA用量为10%时体系的发泡倍数随时间衰减较慢。综合考虑，选择PVA用量为聚合物与表面活性剂总质量的10%。

2.4搅拌条件的优选

固定m(APG0810)∶m(APG1214)∶m(UIZ)=4∶1∶2，PVA用量为聚合物与表面活性剂总质量的10%，发泡剂质量分数为0.2%，考察搅拌速率、时 间对发泡和稳泡性能的影响，结果如图6所示。目测观察发泡情况 发 现，当搅拌时间小于3min时，泡 沫 较大，难以形成均匀细腻的泡沫。高速1800和2000r/min下，形成的泡沫较为细腻，泡沫间形成的结构较为稳固，使得 稳 定 性 较 好;而 低 速1500和1200r/

min下，泡沫不够细腻，且消泡较快。

由图6可以看出，不同搅拌速率时，初始发泡倍数相差较大，搅拌速率较快时对稳泡性能有利，搅拌速率低于1500r/min时，泡沫不稳定。搅拌速率越快初始发泡倍数越大，而搅拌时间越长对于高转速的初始发泡性能越低;低速下搅拌时间越长，初始发泡性能亦不佳，在相同的搅拌速率下，搅拌时间过长，同样影响发泡和稳泡性能。1800和2000r/min各搅拌3min条件下的发泡倍数随着时间过衰减均较慢，确 定1800r/min下搅拌3min，静置不同时间下的泡沫照片见图7。

 

2.5发泡剂用量的优选

  固定m(APG0810)∶m(APG1214)∶m(UIZ)=4∶1∶2，PVA用量为聚合物与表面活性剂总质量的10%，1800r/min下搅拌3min，考察不同质量分数发泡剂下的发泡情况。图8为不同发泡剂用量时发泡倍数随时间的变化情况及体系在1min时的泌液比例。由图8a可以看出，不同质量分数时，初始发泡倍数较为接近，发泡剂质量分数逐渐升高，对发泡性能影响不大，而对稳泡性能有较大的影响，尤其是10min后的稳泡性。随着时间延长，发泡剂质量分数为0.2%时的发泡倍数衰减最慢，1min的 发 泡 倍 数 为4.33，15min时仍能保持在3.12。

由图8b泌液情况可以看出，随着发泡剂质量分数的增加，1min时的泌液比例逐渐降低，发 泡 剂 质 量 分 数 达0.2%时 趋 于 稳 定，为12.0%。因此，选择发泡剂的质量分数为0.2%。

3：结论

1)对基于APG的石膏发泡剂的复配体系进行研究。APG与UIZ的 复 配，改善了其发泡和稳泡性能，延长了泡沫的寿命;而聚合物PVA的引入，进一步提高了发泡剂的稳泡性能.2)优选 的 条 件 为:m(APG0810)∶m

(APG1214)∶m(UIZ)=4∶1∶2，PVA用量为聚合物与表面活性剂总质量的10%，发泡剂质量分数为0.2%

，1800r/min下搅拌3min。此 时 静 置1min的 发 泡 倍 数 为4.33，5min为3.82，15min为3.12;

1min的 泌 液 比 例 为12.0%。该发泡剂具有较优的发泡、稳 泡 和 抗 泌 液性能。