表面活性剂——用于生产水泥泡沫的经处理的颗粒材料的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于生产水泥泡沫的颗粒材料，所述材料包括粒子，所述粒子包含附着在粒子表面使得粒子为亲水性的表面活性剂，所述表面活性剂包括在碱性条件下可水解的部分，所述表面活性剂在通过碱性水解失去该部分之后使得所述粒子部分地疏水。
【专利说明】表面活性剂一用于生产水泥泡沬的经处理的颗粒材料
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于制备基于矿物的泡沫的经表面活性剂处理的颗粒材料。
【背景技术】
[0002]包括气相和液相的新鲜制备的泡沫通常包括在液体中的气泡。液相实际上可以是固体颗粒在液体中的悬浮体。新鲜的泡沫一般是不稳定的，并由于气体逸出到大气中而往往坍塌为具有较低能态的无气泡的液体。在例如水性体系中，通常需要表面活性剂以稳定新鲜制备的泡沫，所述表面活性剂在液体-气体界面降低表面张力。
[0003]也可通过固体粒子(例如二氧化硅粒子)稳定新鲜的泡沫，所述固体粒子吸附在两相之间的界面，从而充当固体表面活性剂。在基于水的泡沫中，使其已经部分地疏水的粒子是更有效的。
[0004]可通过已知的固化方法如水合或聚合将稳定的新鲜泡沫转化为类似密度和孔隙结构的稳定的固体泡沫。然而，如果新鲜泡沫不稳定，其易于在固化过程中很大程度地坍塌，得到在许多应用中不想要的密度大得多的固体泡沫。
[0005]Gauckler等人基于“Pickering”泡沫提出用于稳定水分散的矿物泡沫的体系,在“Pickering”泡沫中通过部分地疏水化的粒子的壳稳定气隙。他们提出将合适的表面活性化学品添加到矿物粉末的良好分散的水性悬浮体中，使得化学品吸附在矿物粒子的表面上，从而使得矿物粒子部分地疏水，并因此作为“Pickering表面活性剂”粒子能够稳定矿物泡沫。他们还表明，有可能通过向矿物分散体中掺入水硬性水泥粒子而固化这样的水分散的矿物泡沫。然而，Gauckler等人所提出的方法有如下缺点:其导致使用相同的表面活性化学品的溶液处理悬浮体中的所有固体粒子，导致如果(通常如此)该化学品很大程度地吸附在存在的许多固体表面上则需要高剂量。除了这种“过量”剂量的高成本，这种吸附也往往会导致水硬性水泥的严重的凝固延迟的问题(例如，如果表面活性化学品吸附在水泥化合物上)。
【发明内容】
[0006]本发明试图提供通过使用带有表面活性剂的颗粒材料制备稳定的含水泥泡沫的方法，所述表面活性剂最初使得粒子亲水，但在表面活性剂的碱性水解后使得粒子部分地疏水。
[0007]本发明提供了一种用于生产类水泥的泡沫的颗粒材料，所述材料包括粒子，所述粒子包括附着在粒子表面使得粒子为亲水性的表面活性剂，所述表面活性剂包括在碱性条件下可水解的部分，所述表面活性剂在通过碱性水解失去该部分之后使得所述粒子部分地疏水。
[0008]所述颗粒材料通常包括无机(例如矿物)粒子。所述无机粒子优选地包括碳酸钙、二氧化硅或氧化铝，并且包括例如粉碎的石灰石，包括白云石质石灰石，沉淀碳酸钙，二氧化硅粉，矿渣，粉煤灰，石英，粘土矿物和硅质填料如玻璃。优选的颗粒材料为包括碳酸钙，例如粉碎的石灰石或沉淀碳酸钙的那些。
[0009]粒子的平均尺寸优选为0.1至20 μ m，更优选为I至5 μ m。粒子可具有宽或窄的粒径分布。
[0010]部分地疏水的颗粒材料优选在环境温度下与水的接触角大于30° (优选
60-80。) ο
[0011 ] 表面活性剂优选具有通式:
[0012]WqB-E-D⑴
[0013]其中A表示连接到基团B并能够连接到粒子的表面的基团；q为I至6，优选1、2或3 ；
[0014]B表示能够使得所述粒子部分地疏水(例如通过赋予其大于30° (优选60-80° )的与水的接触角)的疏水基团；
[0015]E表示易于碱性水解的键；以及
[0016]D表示使得表面活性剂可溶于水的亲水基团； [0017]或聚合物，优选 梳形聚合物，它包含优选通过基团B彼此共价键合的多个(优选2至400个)式(I)的基团。
[0018]基团A表示膦酸酯基团[(MO) 2P (=0)-]，磷酸酯基团[(MO) 2P (=0) _0_]，磺酸酯基团[MO3S-],硫酸酯基团[MO3S-O-]或羧酸酯基团[M0-0C-]，
[0019]其中M代表氢原子或碱金属原子，优选地为钾或者更优选地为钠，
[0020]在pH值>7，更优选>10，最优选>12时，基团A优选地保持连接至粒子。例如，众所周知，在延伸至强碱性体系(pH>12)的很宽范围的pH值下，膦酸酯基团能够强键合至富含钙的表面，如碳酸钙或硅酸钙的表面。对于极高碱性体系(pH>13)，磷酸酯化的和/或膦酸酯化的没食子酸酯或间苯三酚衍生物也是有效的。在任一种情况下，通过增大连接至基团B的基团A的数目可增大连接的强度。
[0021]基团B优选地表示:
[0022]直链或支链烷基，
[0023]例如，通式H- (CpH2p)-的直链或支链的烷基，其中P为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]如下式的组:
[0027]
【权利要求】
1.一种用于生产水泥泡沫的颗粒材料，所述材料包含粒子，所述粒子包括附着在粒子表面使得粒子为亲水性的表面活性剂，所述表面活性剂包含在碱性条件下可水解的部分，所述表面活性剂在通过碱性水解失去所述部分之后使得所述粒子部分地疏水。
2.根据权利要求1所述的颗粒材料，其中表面活性剂具有通式: (A)qB-E-D(I) 其中A表示连接到基团B并能够连接到所述粒子的表面的基团，q为I至6 ; B表示能够使得所述粒子部分地疏水的疏水基团； E表不易于喊性水解的基团；以及 D表示使得表面活性剂可溶于水的亲水基团。
3.根据权利要求2所述的颗粒材料，其中所述表面活性剂具有通式(I)，其中: 基团A表示膦酸酯基团[(Μ0)2Ρ(=0)-]，磷酸酯基团[(Μ0)2Ρ(=0)-0-]，磺酸酯基团[MO3S-],硫酸酯基团[MO3S-O-]或羧酸酯基团[M0-0C-]， 其中M表不氢原子或碱金属原子； 基团B表不: 通式H-(CpH2p)-的直链或支链的烷基，其中P为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 如下通式的组:
4.一种制备根据权利要求1所述的颗粒材料的方法，其包括将粒子与如权利要求1中所定义的表面活性剂接触。
5.一种类水泥的组合物，其包含如权利要求1中所限定的颗粒材料和水泥。
6.—种根据权利要求5所述的类水泥的组合物，其包含液体水。
7.一种制备根据权利要求5所述的类水泥的组合物的方法，其包括将根据权利要求1所述的颗粒材料与水泥接触。
8.一种类水泥的泡沫，其包含如权利要求1中所限定的颗粒材料、水泥、液体水和气体。
9.一种制备类水泥的泡沫的方法，所述方法包括将根据权利要求6所述的类水泥的组合物发泡。
10.一种固体类水泥的泡沫，其可通过将根据权利要求8所述的类水泥的泡沫凝固来得到。
11.一种如权利要求1中所限定的可溶于水的表面活性剂。
【文档编号】B01F17/00GK103813996SQ201280043275
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年9月5日 优先权日:2011年9月8日
【发明者】E·加特内尔, L-C·黄 申请人:拉法基公司