天然茶皂素髮泡劑及其製備方法

2023-06-29 05:20:36 1

天然茶皂素髮泡劑及其製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種天然茶皂素髮泡劑，其特徵在於所述天然茶皂素髮泡劑以其組分佔發泡劑總質量的百分比計為：茶皂素50%-70%；防腐劑0.01%-2%；表面活性劑1%-20%；穩泡劑5-20%；其餘為水。該發泡劑不易變質，起泡性能穩定可靠，具有良好的經濟效益和社會效益。
【專利說明】天然茶皂素髮泡劑及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於建築材料【技術領域】，具體涉及一種天然茶皂素髮泡劑及其製備方法。【背景技術】
[0002]在建築中牆體材料用量居所有建築材料之首，達到70%，也是消耗原料、能源的一類重要製品。隨著我國牆體材料改革與建築節能政策的推行，節能型建築材料的開發和應用受到廣泛的重視，國內大力發展節能、輕體、隔熱等新型材料。泡沫混凝土作為一種重要的新型材料急需研究、開發和利用。
[0003]生產泡沫混凝土的關鍵技術是發泡劑，只有好的發泡劑才能生產出符合規定的產品。發泡劑要求產生的泡沫要細小均勻，穩定時間長，在加入到混凝土時不至於大規模的破裂，在混凝土凝結後可形成均勻的封閉氣孔。所以在生產泡沫混凝土時，對發泡劑要求很聞。
[0004]所謂發泡劑就是使對象物質成孔的物質，它可分為化學發泡劑和物理髮泡劑和表面活性劑三大類。化學發泡劑是那些經加熱分解後能釋放出二氧化碳和氮氣等氣體，並在聚合物組成中形成細孔的化合物；物理髮泡劑就是泡沫細孔是通過某一種物質的物理形態的變化，即通過壓縮氣體的膨脹、液體的揮發或固體的溶解而形成的；發泡劑均具有較高的表面活性，能有效降低液體的表面張力，並在液膜表面雙電子層排列而包圍空氣，形成氣泡，再由單個氣泡組成泡沫。
[0005]穩泡劑是可以延長泡沫破滅半衰期的物質，可以用於混凝土、菱鎂、石膏、脲醛樹脂等建材，以減輕建材重量，達到隔熱保溫的效果。其種類主要有大分子物質、矽樹脂聚醚乳液類和表面活性劑類。但是單一的穩泡劑也會造成發泡力弱和穩定性差的問題。
[0006]茶皂素是從茶籽餅中提取的一種用途廣泛、性能優異的天然非離子表面活性劑，能夠顯著地降低液體表面張力，具有很好的乳化、潤溼、去汙、起泡、穩泡等性能。起泡性幾乎不受水質硬度的影響，pH值在4~10的範圍內發泡效果好且泡沫持久穩定，具有較好的潤溼性。茶皂素水溶液振蕩後產生的泡沫呈蜂窩狀，低濃度的茶皂素水溶液振蕩後就能產生大量泡沫，且泡沫可以保持很長時間不消退。
[0007]茶皂素又名茶皂甙，是由茶樹種子中提取出來的一類醣甙化合物，一類五環三萜類化合物，主要結構由配基、糖體、有機酸組成，屬於三萜類皂角甙，具有苦辛辣味，刺激鼻腔黏膜引起噴嚏，純品為白色微細柱狀晶體，吸溼性強，對甲基紅呈酸性，難溶於無水甲醇、乙醇，不溶於乙醚、丙酮、苯、石油醚等有機溶劑，易溶於含水甲醇、含水乙醇、以及冰醋酸、醋酐、吡啶等。茶皂甙溶液中加入鹽酸，酸性時，皂甙就沉澱。熔點:224°C。天然的茶皂素是無色的微細柱狀晶體，具有吸溼性，味苦辛辣，同時具有刺激鼻黏膜的特性。
[0008]茶皂素溶液是天然提取的發泡劑，環境友好，但由於其中含有其他一些營養物質，如不飽和脂肪酸等，因此在常溫條件下放置一段時間後，黑麴黴菌等微生物滋生繁衍，導致茶皂素降解，影響其起泡穩定性能。現市場上有大量混凝土發泡劑是以茶皂素為主原料的，但是容易變質，起泡性能不穩定。本發明因此而來。
【發明內容】

[0009]本發明目的在於提供一種天然茶皂素髮泡劑，解決了現有技術中茶皂素直接作為混凝土發泡劑起泡穩定性差，茶皂素容易變質降解導致影響其起泡穩定性能等問題。
[0010]為了解決現有技術中的這些問題，本發明提供的技術方案是:
[0011]一種茶皂素髮泡劑，其特徵在於所述茶皂素髮泡劑包括:
[0012]茶皂素；
[0013]防腐劑；
[0014]表面活性劑；
[0015]穩泡劑。
[0016]優選的，所述防腐劑選自山梨酸鉀、尼泊金丁酯、尼泊金甲酯、尼泊金乙酯、尼泊金丙酯、苯甲酸鈉、雙乙酸鈉、丙酸鈣、乳酸鈉的一種或者兩種以上的任意組合。
[0017]優選的，所述表面活性劑選自硬脂酸、十二烷基苯磺酸鈉、季銨化物、卵磷脂、胺基酸型表面活性劑、甜菜鹼型表面活性劑、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯的一種或者兩種以上的任意組合。
[0018]優選的，所述表面活性劑選自十二烷基苯磺酸鈉、季銨化物的一種或者兩種以上的任意組合。
[0019]優選的，所述穩泡 劑選自聚丙烯醯胺、聚乙烯醇、蛋白、多肽、澱粉、纖維素、十二烷基二甲基氧化胺、烷基醇醯胺、脂肪醇類和脂肪酸類的一種或者兩種以上的任意組合。適合用於本發明的優選的穩泡劑採用脂肪醇。適合用於本發明的最優選的穩泡劑為丁醇。
[0020]優選的，所述茶皂素髮泡劑以其組分佔發泡劑總質量的百分比計為:
[0021]茶皂素50%_70%;
[0022]防腐劑0.01%-2% ；
[0023]表面活性劑1%_20% ；
[0024]穩泡劑5-20% ；
[0025]其餘為水。
[0026]優選的，所述茶皂素髮泡劑以其組分的重量百分比計為:
[0027]茶皂素50%_70% ；
[0028]防腐劑0.01%-2% ；
[0029]表面活性劑1%_10% ；
[0030]穩泡劑5-20% ；
[0031]其餘為水。
[0032]優選的，所述茶皂素髮泡劑以其組分的重量百分比計為:
[0033]茶皂素50%_60% ；
[0034]防腐劑0.01%-2% ；
[0035]表面活性劑1%_10% ；
[0036]穩泡劑5-10% ；
[0037]其餘為水。
[0038]本發明的另一目的在於提供一種所述的茶皂素髮泡劑的製備方法，其特徵在於所述方法包括以下步驟:
[0039]按照預定比例配製成茶皂素水溶液後，依次加入防腐劑、表面活性劑和其他助劑進行混勻即可。
[0040]本發明的又一目的在於提供一種所述的茶皂素髮泡劑作為泡沫混凝土用複合型發泡劑方面的應用。
[0041]本發明技術方案中茶皂素作為主要的發泡劑成分，茶皂素又名茶皂甙，是由茶樹種子中提取出來的一類醣甙化合物，茶皂甙屬於三萜類皂角甙，具有苦辛辣味，刺激鼻腔黏膜引起噴嚷，純品為白色微細柱狀晶體，吸溼性強，對甲基紅呈酸性，難溶於無水甲醇、乙醇，不溶於乙醚、丙酮、苯、石油醚等有機溶劑，易溶於含水甲醇、含水乙醇、以及冰醋酸、醋酐、吡啶等。茶皂甙溶液中加入鹽酸，酸性時，皂甙就沉澱。熔點:224°C。
[0042]本發明技術方案中表面活性劑作為另一種起發泡作用的發泡劑成分。表面活性劑與茶皂素的復配能起到優異的發泡效果。表面活性劑通常指具有固定的親水親油基團，在溶液的表面能定向排列，並能使表面張力顯著下降的物質。適宜的表面活性劑有陰離子表面活性劑，具體的實例如硬脂酸，十二烷基苯磺酸鈉(Sodium dodecyl sulfate, SDS);陽離子表面活性劑，具體的實例如季銨化物；兩性離子表面活性劑，具體的實例如卵磷脂，胺基酸型，甜菜鹼型；非離子表面活性劑，具體的實例如脂肪酸甘油酯，脂肪酸山梨坦(司盤)，聚山梨酯(吐溫)。
[0043]優選的技術方案中，季銨鹽型表面活性劑按結構區分，主要有以下幾類:(1)烷基三甲基銨鹽型。由高級脂肪酸經過生成腈進一步製成長鏈胺，再與氯甲烷和硫酸二甲酯反應而成。也可由鄰磺醯苯醯亞胺和甲苯磺酸反應而成。主要用作消毒洗淨劑、聚苯乙烯等外塗用抗靜電劑、纖維用抗靜電劑、均染劑、破乳劑及分散劑等。(2) 二烷基二甲基銨鹽型。由二烷基胺或二烷基甲基胺與氯甲烷在鹼性介質中進行加壓加熱反應而成。主要作家庭用纖維織品柔軟劑等。(3)烷基二甲基苄基銨型。由烷基二甲基胺和氯甲基苯反應而成。主要用作殺菌消毒劑。(4)吡啶鎗鹽型。由特殊構型的吡啶叔胺與滷甲烷反應而成。鯨蠟基氯吡啶鎗鹽可用作陰離子表面活性劑定量試劑；苯甲基氯吡啶鎗鹽可用作纖維均染劑。(5)烷基異喹啉鎗鹽型。主要用作殺菌劑，常與洗衣粉等配合使用。(6)氯苄銨鎗鹽型。主要用作殺菌劑。
[0044]本發明技術方案中防腐劑選自苯甲酸及其鹽類、山梨酸及其鹽類、脫氫乙酸及鈉鹽類、尼泊金酯類(即對羥基苯甲酸酯類)、雙乙酸鈉、丙酸鈣、乳酸鈉的一種或者兩種以上的任意組合。更為優選的是山梨酸鉀、對羥基苯甲酸甲酯、對羥基苯甲酸乙酯、對羥基苯甲酸丙酯、對羥基苯甲酸丁酯、乳酸鈉、脫氫醋酸鈉的一種或者兩種以上的任意組合。
[0045]本發明技術方案中穩泡劑能夠提高氣泡穩定性，延長泡沫破滅半衰期。穩泡劑選自大分子物質，具體的實例如聚丙烯醯胺、聚乙烯醇、蛋白、多肽、澱粉、纖維素等；矽樹脂聚醚乳液類(MPS);非離子表面活性劑，具體的實例如十二烷基二甲基氧化胺、烷基醇醯胺；脂肪醇和脂肪酸類。本發明優選的穩泡劑為脂肪醇和月桂醯二乙醇胺。脂肪醇可以是低級脂肪醇或者高級脂肪醇。脂肪醇為具有一定長度的(如I個以上)碳原子鏈的脂肪族的鏈烴醇類。脂肪醇通常具有偶數的碳原子和一個連接於碳鏈末端的羥基。通式為R0H。如正丁醇、仲丁醇、十二醇等。[0046]本發明技術方案以茶皂素作為發泡劑的主原料，添加防腐劑來保證主原料茶皂素的不降解，添加表面活性劑和助劑來增加和穩定其起泡性能。其中天然茶皂素髮泡劑的配方組成為:茶皂素:50%-80% ;防腐劑:0.02-3% (尼泊金酯、山梨酸鉀等)；表面活性劑1-10%(季銨鹽、十二烷基硫酸鈉(Sodium dodecyl sulfate, SDS)等)；穩泡劑(脂肪醇)5_20%、其餘為水。本發明還可以增加一些其他添加劑如明膠、羥乙基纖維素等。
[0047]本發明技術方案中，表面活性劑和茶皂素作為主要發泡溶液。液體表面張力的大小直接影響氣泡的形成，表面張力越低，其氣泡就越容易形成。本發明採用十二烷基硫酸鈉或十二烷基苯磺酸等高活性的表面活性劑，其溶液的起泡能力強，發泡倍數大，但是表面活性劑溶液製備出的泡沫的穩定時間短，這樣泡沫會在膠凝體系凝結硬化前破裂，導致泡沫混凝土塌模。而茶皂素髮泡泡沫的穩定時間長，因此，兩者復配可以明顯改善其泡沫穩定性，同時發泡倍數也不受太大影響。
[0048]泡沫是氣體分散在液體中的粗分散體系，由於體系存在大量的氣-液界面，屬於熱力學不穩定體系，所以泡沫最終還是趨於破壞的。造成泡沫破壞的主要原因有重力排液、表面張力排液和氣泡內氣體的擴散。泡沫穩定性主要取決於液體析出的快慢和液膜的強度，增大溶液的粘度和液膜的粘彈性，可以解決泡沫因上述原因造成的自身破裂問題。本發明中採用月桂醯二乙醇胺或脂肪醇，提高液膜的粘彈性，從而改善泡沫的穩定時間。
[0049]本發明為泡沫混凝土用複合型發泡劑，該發泡劑的發泡倍數高，製備的泡沫穩定時間長，而且能改善泡沫混凝土的性能，適合用於配製低密度泡沫混凝土。
[0050]適合用於本發明的混凝土水泥包括波特蘭水泥、鋁酸鈣水泥、基於鎂的水泥、硫化鋁酸鈣水泥以及它們的混合物。優選的波特蘭水泥為在EN197-1標準中限定的那些，更優選的水泥包括碳酸鈣、矽灰、熔渣、粉煤灰、火山灰、玻璃或矽質填料或它們的混合物。這樣的水泥包括波特蘭水泥(CEM I);波特蘭熔渣水泥；波特蘭-矽灰水泥；波特蘭-火山灰水泥；波特蘭-粉煤灰水泥；波特蘭-石灰石水泥；和波特蘭-複合水泥，優選包括碳酸鈣、矽灰、熔渣、粉煤灰、火山灰、玻璃或矽質填`料或它們的混合物；火山灰水泥；以及複合水泥。
[0051]本發明技術方案相對於現有技術，存在以下技術特點:
[0052]本發明獲取天然茶皂素髮泡劑的方法中所用原料簡單廉價，製備工藝簡單方便，所製得的天然茶皂素髮泡劑成本低，起泡穩定，使用方便，天然環保，具有良好的經濟效益和社會效益。得到的天然茶皂素髮泡劑不易變質，起泡性能穩定可靠。
【具體實施方式】
[0053]以下結合具體實施例對上述方案做進一步說明。應理解，這些實施例是用於說明本發明而不限於限制本發明的範圍。實施例中採用的實施條件可以根據具體廠家的條件做進一步調整，未註明的實施條件通常為常規實驗中的條件。
[0054]實施例1天然茶皂素髮泡劑的製備
[0055]本實施例採用的原料配方如下(配方I ):
[0056]表1實施例1天然茶皂素髮泡劑的原料配方[0057]
【權利要求】
1.一種茶皂素髮泡劑，其特徵在於所述茶皂素髮泡劑包括: 茶皂素； 防腐劑； 表面活性劑； 穩泡劑。
2.根據權利要求1所述的茶皂素髮泡劑，其特徵在於所述防腐劑選自山梨酸鉀、尼泊金丁酯、尼泊金甲酯、尼泊金乙酯、尼泊金丙酯、苯甲酸鈉、雙乙酸鈉、丙酸鈣、乳酸鈉的一種或者兩種以上的任意組合。
3.根據權利要求1所述的茶皂素髮泡劑，其特徵在於所述表面活性劑選自硬脂酸、十二烷基苯磺酸鈉、季銨化物、卵磷脂、胺基酸型表面活性劑、甜菜鹼型表面活性劑、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯的一種或者兩種以上的任意組合。
4.根據權利要求1所述的茶皂素髮泡劑，其特徵在於所述表面活性劑選自十二烷基苯磺酸鈉、季銨化物的一種或者兩種以上的任意組合。
5.根據權利要求1所述的茶皂素髮泡劑，其特徵在於所述穩泡劑選自聚丙烯醯胺、聚乙烯醇、蛋白、多肽、澱粉、纖維素、十二烷基二甲基氧化胺、烷基醇醯胺、脂肪醇類和脂肪酸類的一種或者兩種以上的任意組合；優選的穩泡劑採用脂肪醇，最優選的穩泡劑為丁醇。
6.根據權利要求1所述的茶皂素髮泡劑，其特徵在於所述茶皂素髮泡劑以其組分佔發泡劑總質量的百分比計為: 茶皂素50%-70% ； 防腐劑0.01%-2% ； 表面活性劑1%_20% ； 穩泡劑5-20% ； 其餘為水。
7.根據權利要求1所述的茶皂素髮泡劑，其特徵在於所述茶皂素髮泡劑以其組分的重量百分比計為: 茶皂素50%-70% ； 防腐劑0.01%-2% ； 表面活性劑1%_10% ； 穩泡劑5-20% ； 其餘為水。
8.根據權利要求1所述的茶皂素髮泡劑，其特徵在於所述茶皂素髮泡劑以其組分的重量百分比計為: 茶皂素50%-60% ； 防腐劑0.01%-2% ； 表面活性劑1%_10% ； 穩泡劑5-10% ； 其餘為水。
9.一種權利要求1~8任意一項所述的茶阜素髮泡劑的製備方法,其特徵在於所述方法包括以下步驟:按照預定比例配製成茶皂素水溶液後，依次加入防腐劑、表面活性劑和其他助劑進行混勻即可。
10.一種權利要求1~8任意一項所述的茶皂素髮泡劑作為泡沫混凝土用複合型發泡劑方面的應用。
【文檔編號】C04B24/38GK103613305SQ201310597220
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月22日 優先權日:2013年11月22日
【發明者】何愛民, 於利平 申請人:光景生物科技(蘇州)有限公司