表面活性劑——用於生產水泥泡沫的經處理的顆粒材料的製作方法

2023-08-01 12:15:31 1

表面活性劑——用於生產水泥泡沫的經處理的顆粒材料的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種用於生產水泥泡沫的顆粒材料，所述材料包括粒子，所述粒子包含附著在粒子表面使得粒子為親水性的表面活性劑，所述表面活性劑包括在鹼性條件下可水解的部分，所述表面活性劑在通過鹼性水解失去該部分之後使得所述粒子部分地疏水。
【專利說明】表面活性劑一用於生產水泥泡沬的經處理的顆粒材料
【技術領域】
[0001]本發明涉及用於製備基於礦物的泡沫的經表面活性劑處理的顆粒材料。
【背景技術】
[0002]包括氣相和液相的新鮮製備的泡沫通常包括在液體中的氣泡。液相實際上可以是固體顆粒在液體中的懸浮體。新鮮的泡沫一般是不穩定的，並由於氣體逸出到大氣中而往往坍塌為具有較低能態的無氣泡的液體。在例如水性體系中，通常需要表面活性劑以穩定新鮮製備的泡沫，所述表面活性劑在液體-氣體界面降低表面張力。
[0003]也可通過固體粒子(例如二氧化矽粒子)穩定新鮮的泡沫，所述固體粒子吸附在兩相之間的界面，從而充當固體表面活性劑。在基於水的泡沫中，使其已經部分地疏水的粒子是更有效的。
[0004]可通過已知的固化方法如水合或聚合將穩定的新鮮泡沫轉化為類似密度和孔隙結構的穩定的固體泡沫。然而，如果新鮮泡沫不穩定，其易於在固化過程中很大程度地坍塌，得到在許多應用中不想要的密度大得多的固體泡沫。
[0005]Gauckler等人基於「Pickering」泡沫提出用於穩定水分散的礦物泡沫的體系,在「Pickering」泡沫中通過部分地疏水化的粒子的殼穩定氣隙。他們提出將合適的表面活性化學品添加到礦物粉末的良好分散的水性懸浮體中，使得化學品吸附在礦物粒子的表面上，從而使得礦物粒子部分地疏水，並因此作為「Pickering表面活性劑」粒子能夠穩定礦物泡沫。他們還表明，有可能通過向礦物分散體中摻入水硬性水泥粒子而固化這樣的水分散的礦物泡沫。然而，Gauckler等人所提出的方法有如下缺點:其導致使用相同的表面活性化學品的溶液處理懸浮體中的所有固體粒子，導致如果(通常如此)該化學品很大程度地吸附在存在的許多固體表面上則需要高劑量。除了這種「過量」劑量的高成本，這種吸附也往往會導致水硬性水泥的嚴重的凝固延遲的問題(例如，如果表面活性化學品吸附在水泥化合物上)。

【發明內容】

[0006]本發明試圖提供通過使用帶有表面活性劑的顆粒材料製備穩定的含水泥泡沫的方法，所述表面活性劑最初使得粒子親水，但在表面活性劑的鹼性水解後使得粒子部分地疏水。
[0007]本發明提供了一種用於生產類水泥的泡沫的顆粒材料，所述材料包括粒子，所述粒子包括附著在粒子表面使得粒子為親水性的表面活性劑，所述表面活性劑包括在鹼性條件下可水解的部分，所述表面活性劑在通過鹼性水解失去該部分之後使得所述粒子部分地疏水。
[0008]所述顆粒材料通常包括無機(例如礦物)粒子。所述無機粒子優選地包括碳酸鈣、二氧化矽或氧化鋁，並且包括例如粉碎的石灰石，包括白雲石質石灰石，沉澱碳酸鈣，二氧化矽粉，礦渣，粉煤灰，石英，粘土礦物和矽質填料如玻璃。優選的顆粒材料為包括碳酸鈣，例如粉碎的石灰石或沉澱碳酸鈣的那些。
[0009]粒子的平均尺寸優選為0.1至20 μ m，更優選為I至5 μ m。粒子可具有寬或窄的粒徑分布。
[0010]部分地疏水的顆粒材料優選在環境溫度下與水的接觸角大於30° (優選
60-80。) ο
[0011 ] 表面活性劑優選具有通式:
[0012]WqB-E-D⑴
[0013]其中A表示連接到基團B並能夠連接到粒子的表面的基團；q為I至6，優選1、2或3 ；
[0014]B表示能夠使得所述粒子部分地疏水(例如通過賦予其大於30° (優選60-80° )的與水的接觸角)的疏水基團；
[0015]E表示易於鹼性水解的鍵；以及
[0016]D表示使得表面活性劑可溶於水的親水基團； [0017]或聚合物，優選 梳形聚合物，它包含優選通過基團B彼此共價鍵合的多個(優選2至400個)式(I)的基團。
[0018]基團A表示膦酸酯基團[(MO) 2P (=0)-]，磷酸酯基團[(MO) 2P (=0) _0_]，磺酸酯基團[MO3S-],硫酸酯基團[MO3S-O-]或羧酸酯基團[M0-0C-]，
[0019]其中M代表氫原子或鹼金屬原子，優選地為鉀或者更優選地為鈉，
[0020]在pH值>7，更優選>10，最優選>12時，基團A優選地保持連接至粒子。例如，眾所周知，在延伸至強鹼性體系(pH>12)的很寬範圍的pH值下，膦酸酯基團能夠強鍵合至富含鈣的表面，如碳酸鈣或矽酸鈣的表面。對於極高鹼性體系(pH>13)，磷酸酯化的和/或膦酸酯化的沒食子酸酯或間苯三酚衍生物也是有效的。在任一種情況下，通過增大連接至基團B的基團A的數目可增大連接的強度。
[0021]基團B優選地表示:
[0022]直鏈或支鏈烷基，
[0023]例如，通式H- (CpH2p)-的直鏈或支鏈的烷基，其中P為2至20 ;
[0024](C1或C2)烷基氨基(C2至C18)烷基或二 (C1或C2)烷基氨基(C2至C18)烷基；
[0025]甲基苯基(C1或C2)烷氧基(C8至C24)烷基；或
[0026]如下式的組:
[0027]
【權利要求】
1.一種用於生產水泥泡沫的顆粒材料，所述材料包含粒子，所述粒子包括附著在粒子表面使得粒子為親水性的表面活性劑，所述表面活性劑包含在鹼性條件下可水解的部分，所述表面活性劑在通過鹼性水解失去所述部分之後使得所述粒子部分地疏水。
2.根據權利要求1所述的顆粒材料，其中表面活性劑具有通式: (A)qB-E-D(I) 其中A表示連接到基團B並能夠連接到所述粒子的表面的基團，q為I至6 ; B表示能夠使得所述粒子部分地疏水的疏水基團； E表不易於喊性水解的基團；以及 D表示使得表面活性劑可溶於水的親水基團。
3.根據權利要求2所述的顆粒材料，其中所述表面活性劑具有通式(I)，其中: 基團A表示膦酸酯基團[(Μ0)2Ρ(=0)-]，磷酸酯基團[(Μ0)2Ρ(=0)-0-]，磺酸酯基團[MO3S-],硫酸酯基團[MO3S-O-]或羧酸酯基團[M0-0C-]， 其中M表不氫原子或鹼金屬原子； 基團B表不: 通式H-(CpH2p)-的直鏈或支鏈的烷基，其中P為2至20 ; (C1或C2)烷基氨基(C2至C18)烷基或二 (C1或C2)烷基氨基(C2至C18)烷基； 甲基苯基(C1或C2)烷氧基 (C8至C24)烷基；或 如下通式的組:
4.一種製備根據權利要求1所述的顆粒材料的方法，其包括將粒子與如權利要求1中所定義的表面活性劑接觸。
5.一種類水泥的組合物，其包含如權利要求1中所限定的顆粒材料和水泥。
6.—種根據權利要求5所述的類水泥的組合物，其包含液體水。
7.一種製備根據權利要求5所述的類水泥的組合物的方法，其包括將根據權利要求1所述的顆粒材料與水泥接觸。
8.一種類水泥的泡沫，其包含如權利要求1中所限定的顆粒材料、水泥、液體水和氣體。
9.一種製備類水泥的泡沫的方法，所述方法包括將根據權利要求6所述的類水泥的組合物發泡。
10.一種固體類水泥的泡沫，其可通過將根據權利要求8所述的類水泥的泡沫凝固來得到。
11.一種如權利要求1中所限定的可溶於水的表面活性劑。
【文檔編號】B01F17/00GK103813996SQ201280043275
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年9月5日 優先權日:2011年9月8日
【發明者】E·加特內爾, L-C·黃 申請人:拉法基公司