一种利用废弃羊毛角蛋白制备水泥发泡剂的方法

摘要

本发明公开了一种利用废弃羊毛角蛋白制备水泥发泡剂的方法。首先将废弃羊毛角蛋白加入装有洗涤液的洗涤槽中进行浸泡洗涤，洗涤后晾干；将晾干后的羊毛角蛋白剪碎装入容器中，并依次加入水、亚硫酸氢钠进行浸泡，浸泡后所得混合溶液进行水浴加热，然后加入Ca(OH)2进行水解，水解后过滤，过滤所得溶液调节pH值，得到发泡剂母液；最后以发泡剂母液、α‐烯基磺酸钠、明胶、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、苯甲酸钠、脱氢醋酸钠和水制备成废弃羊毛角蛋白水泥发泡剂工作液。本发明制备的水泥发泡剂完全是一种绿色产品，并且生产过程中没有对环境造成污染，具有显著的经济价值及社会效益。

权利要求

1.一种利用废弃羊毛角蛋白制备水泥发泡剂的方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：a、废弃羊毛角蛋白的预处理：

首先向洗涤槽中加入水作为洗涤液，然后加入十六烷基苯磺酸钠，调至十六烷基苯磺酸钠的质量百分浓度为1～3%，得到十六烷基苯磺酸钠水溶液，接着加入碳酸钠搅拌均匀，碳酸钠的加入量占十六烷基苯磺酸钠水溶液重量的0.2～0.4%；搅匀后加入废弃羊毛角蛋白即羊毛，洗涤液浸没废弃羊毛角蛋白；然后在温度为40～55℃、转速为15～60转/分钟的条件下将羊毛连续洗涤60～120分钟；洗涤结束后，再用清水洗涤2～3次，洗涤后将羊毛中水沥干并将羊毛晾干；

b、羊毛角蛋白水解液即发泡剂母液的制备：

将步骤a预处理过的羊毛角蛋白剪碎，剪碎后称取羊毛角蛋白装入容器中，首先加入水，所述羊毛角蛋白与水二者加入量的质量比为1：15～30；然后加入亚硫酸氢钠，所述亚硫酸氢钠与羊毛角蛋白二者加入的质量比为1:10～25，持续浸泡12～20h；接着将浸泡后所得混合溶液在50～60℃的水浴中放置1～3h，然后将水浴温度升至90～100℃，加入Ca(OH)2，所述Ca(OH)2与羊毛角蛋白二者之间加入的质量比为20～25:50，在此温度条件下持续水解

5～8h，将所得水解溶液进行过滤，过滤后将所得溶液的pH值调节至7～8，得到羊毛角蛋白水解液即发泡剂母液；

c、水泥发泡剂的配制：

以质量百分含量表示，所述废弃羊毛角蛋白水泥发泡剂的配制组成为：发泡剂母液25～30%、α‐烯基磺酸钠1.0～2.5%、明胶0.05～0.15%、聚乙烯醇0.01～0.05%、羧甲基纤维素钠0.03～0.05%、苯甲酸钠0.1～0.4%、脱氢醋酸钠0.1～0.3%，余量为水；

d、水泥发泡剂的制备：

首先按照步骤c所述水泥发泡剂的配比组成称取各种原料，将称取的发泡剂母液加入容器中，然后依次加入α‐烯基磺酸钠、明胶、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、苯甲酸钠和脱氢醋酸钠，然后加入称取的水进行稀释；稀释后采用磁力搅拌器在300～600转/min的速度下持续搅拌8～12小时，制备得到废弃羊毛角蛋白水泥发泡剂工作液。

2.根据权利要求1所述的利用废弃羊毛角蛋白制备水泥发泡剂的方法，其特征在于：步骤a中所述废弃羊毛角蛋白来自于毛纺业的加工废羊毛或皮革生产工业的废弃羊毛。

3.根据权利要求1所述的利用废弃羊毛角蛋白制备水泥发泡剂的方法，其特征在于：步骤b中所述羊毛角蛋白与水二者加入量的质量比为1：20。

4.根据权利要求1所述的利用废弃羊毛角蛋白制备水泥发泡剂的方法，其特征在于：步骤b中所述将水浴温度升至100℃。

说明书

一种利用废弃羊毛角蛋白制备水泥发泡剂的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及化工、建筑材料技术领域，具体涉及一种利用废弃羊毛角蛋白制备水泥发泡剂的方法，即提供一种环保型动物蛋白水泥发泡剂的制备方法。

背景技术

[0002] 近年来，泡沫混凝土因为其具有良好的保温隔热性能、理想的工程强度、可控的防水能力及较轻的重量，在建筑材料、环保建设领域得到了越来越广泛的应用。想要制备高质量的、满足各种不同要求的泡沫混凝土离不开高质量的水泥发泡剂。目前，国内的水泥发泡剂市场还不成熟，产品科技含量较低，研发能力比较低下。植物型发泡剂、合成类发泡剂及动物蛋白型发泡剂都有使用，且大多数产品还处于低端，同时环保性及使用安全性还存在一定的隐患。

发明内容

[0003] 本发明要解决的技术问题是：提供一种可供土木工程建筑领域使用的新型高效环保型水泥发泡剂，即提供一种利用废弃羊毛角蛋白制备水泥发泡剂的方法（一种环保型动物蛋白水泥发泡剂的制备方法）。本发明制备的水泥发泡剂可用于制备符合施工标准的低密度及超低密度泡沫混凝土，并且制备所使用的所有原料及制备过程都不会产生环境污染，不存在潜在性安全隐患，并且最大程度的实现了废物再利用。因此，本发明具有显著的社会效益和经济效益。

[0004] 为了解决上述问题，本发明采取的技术方案为：

[0005] 本发明提供一种利用废弃羊毛角蛋白制备水泥发泡剂的方法，所述制备方法包括以下步骤：

[0006] a、废弃羊毛角蛋白的预处理（废弃羊毛预处理的主要目的是：去除羊毛中的杂质及羊毛脂）：

[0007] 首先向洗涤槽中加入水作为洗涤液，然后加入十六烷基苯磺酸钠，调至十六烷基苯磺酸钠的质量百分浓度为1～3%，得到十六烷基苯磺酸钠水溶液，接着加入碳酸钠搅拌均匀，碳酸钠的加入量占十六烷基苯磺酸钠水溶液重量的0.2～0.4%；搅匀后加入废弃羊毛角蛋白即羊毛（洗涤液刚好浸没废弃羊毛角蛋白为宜），洗涤液浸没废弃羊毛角蛋白，然后在温度为40～55℃、转速为15～60转/分钟的条件下将羊毛连续洗涤60～120分钟；洗涤结束后，再用清水洗涤2～3次，洗涤后将羊毛中水沥干并将羊毛晾干；

[0008] b、羊毛角蛋白水解液（即发泡剂母液）的制备：

[0009] 将步骤a预处理过的羊毛角蛋白剪碎，剪碎后称取羊毛角蛋白装入容器中，首先加入水，所述羊毛角蛋白与水二者加入量的质量比为1：15～30；然后加入亚硫酸氢钠，所述亚硫酸氢钠与羊毛角蛋白二者加入的质量比为1:10～25，持续浸泡12～20h；接着将浸泡后所得混合溶液在50～60℃的水浴中放置1～3h，然后将水浴温度升至90～100℃，加入Ca(OH)2，所述Ca(OH)2与羊毛角蛋白二者之间加入的质量比为20～25:50，在此温度条件下持续水解5～8h，将所得水解溶液进行过滤，过滤后将所得溶液的pH值调节至7～8，得到羊毛角蛋白水解液即发泡剂母液；

[0010] c、水泥发泡剂的配制：

[0011] 以质量百分含量表示，所述废弃羊毛角蛋白水泥发泡剂的配制组成为：发泡剂母液25～30%、α‐烯基磺酸钠1.0～2.5%、明胶0.05～0.15%、聚乙烯醇0.01～0.05%、羧甲基纤维素钠0.03～0.05%、苯甲酸钠0.1～0.4%、脱氢醋酸钠0.1～0.3%，余量为水；

[0012] d、水泥发泡剂的制备：

[0013] 首先按照步骤c所述水泥发泡剂的配比组成称取各种原料，将称取的发泡剂母液加入容器中，然后依次加入α‐烯基磺酸钠、明胶、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、苯甲酸钠和脱氢醋酸钠，然后加入称取的水进行稀释；稀释后采用磁力搅拌器在300～600转/min的速度下持续搅拌8～12小时，制备得到废弃羊毛角蛋白水泥发泡剂工作液。

[0014] 根据上述的利用废弃羊毛角蛋白制备水泥发泡剂的方法，步骤a中所述废弃羊毛角蛋白来自于毛纺业的加工废羊毛或皮革生产工业的废弃羊毛。

[0015] 根据上述的利用废弃羊毛角蛋白制备水泥发泡剂的方法，步骤b中所述羊毛角蛋白与水二者加入量的质量比为1：20。

[0016] 根据上述的利用废弃羊毛角蛋白制备水泥发泡剂的方法，步骤b中所述将水浴温度升至100℃。

[0017] 本发明中采用的废弃羊毛角蛋白，主要来源于皮革加工厂及毛纺中的加工废料及下脚废料；采用的碳酸钠是一种白色无味的粉末，其可以控制体系的pH值，同时可以对羊毛脂进行皂化；采用的亚硫酸氢钠是一种白色结晶性粉末，其对羊毛角蛋白的主要作用是打开角蛋白内的二硫键，从而使角蛋白溶解性增强；采用的氢氧化钙是一种白色粉末，具有适中的氧化性，其可以将羊毛角蛋白逐渐水解，并且其氧化作用适中，生成的角蛋白溶液分子量不会太小；采用的α‐烯基磺酸钠是一种白色固体，是一种表面活性剂，是一种较好的发泡试剂；采用的聚乙烯醇是一种白色片状的有机化合物，是一种水溶性高分子聚合物，可以起到稳泡的作用；采用的羧甲基纤维素钠是一种增稠剂，也是一种稳泡剂；采用的明胶为角蛋白蛋白的水解产物，具有发泡性，在发泡剂中主要起到稳泡的作用；采用的苯甲酸钠为一种常用的防微生物试剂及防腐剂，在发泡剂中起到抑制细菌的作用；采用的脱氢醋酸钠为一种白色结晶性粉末，是一种广谱性抑菌剂，主要对霉菌有较强的抑制性作用。

[0018] 采用本发明水泥发泡剂制备发泡水泥的过程为：

[0019] 将本发明制备的废弃羊毛角蛋白水泥发泡剂工作液使用中科筑诚ZK-FP-30小型泡沫混凝土发泡机在转速为1500转下制泡；泡沫水泥的设计容重为500kg/m3，按照泡沫体积(mL)：水(g)：水泥(g)=1000：550：500的比例混合搅拌均匀，通过模具成型，经过30天养护后，测试所制的发泡混凝土的性能。

[0020] 本发明的积极有益效果：

[0021] 1、本发明所制备的水泥发泡剂应用范围涉及制备土工建筑领域所用的轻型及超轻型发泡混凝土，包括管道保温及轻质耐火材料、轻质工程填充物、节能多孔建筑材料、园林景观建筑及轻质工程防水隔层。

[0022] 2、本发明制备水泥发泡剂采用的角蛋白原料来源广泛，主要使用了皮革及毛纺业中的废料羊毛角蛋白，该方法在处理废弃角蛋白对环境的污染及废物再利用方面取得了双赢的效果，并且制备的水泥发泡剂完全是一种绿色产品，并且生产过程中没有对环境造成污染，具有显著的经济价值及社会效益。

[0023] 3、与现有技术相比，本发明还具有以下有益的技术效果：

[0024] 1）本发明以废弃羊毛角蛋白为原料，主要包括制革产业所产生的废羊毛及[0025] 毛纺业所产生的废羊毛。此类原料来源广泛，并且同时还可以减小废弃羊毛角蛋白对环境所带来的污染，最大限度的实现了废物利用。

[0026] 2）制备本发明发泡剂中没有添加有害有机化学试剂，原料都来自于天然高分子聚合物角蛋白，所制备产品具有安全无毒的特点，具有良好的应用安全性。

[0027] 3）本发明制备的动物蛋白类水泥发泡剂具有良好的发泡倍数及泡沫稳定性。

[0028] 4）本发明制备的动物蛋白类水泥发泡剂在应用生产中可以制备性能优良的发泡混凝土。

[0029] 具体实施方式：

[0030] 以下结合实施例进一步阐述本发明，但并不限制本发明的内容。

[0031] 实施例1：

[0032] 本发明利用废弃羊毛角蛋白制备水泥发泡剂的方法，该制备方法的详细步骤如下：

[0033] a、废弃羊毛角蛋白的预处理（废弃羊毛预处理的主要目的是：去除羊毛中的杂质及羊毛脂）：

[0034] 首先向洗涤槽中加入水作为洗涤液，然后加入十六烷基苯磺酸钠，调至十六烷基苯磺酸钠的质量百分浓度为1%，得到十六烷基苯磺酸钠水溶液，接着加入碳酸钠搅拌均匀，碳酸钠的加入量占十六烷基苯磺酸钠水溶液重量的0.2%；搅匀后加入废弃羊毛角蛋白即羊毛（以洗涤液刚好浸没废弃羊毛角蛋白为宜），洗涤液浸没废弃羊毛角蛋白，然后在温度为40℃、转速为25转/分钟的条件下将羊毛连续洗涤60分钟；洗涤结束后，再用清水洗涤3次，洗涤后将羊毛中水沥干并将羊毛晾干；

[0035] b、羊毛角蛋白水解液（即发泡剂母液）的制备：

[0036] 将步骤a预处理过的羊毛角蛋白剪碎，剪碎后称取羊毛角蛋白50g装入容器中，首先加入水1000mL；然后加入亚硫酸氢钠2g，持续浸泡16h；接着将浸泡后所得混合溶液在50℃的水浴中放置3h，然后将水浴温度升至100℃，加入23g Ca(OH)2，在此温度条件下持续水解7h，将所得水解溶液进行过滤，过滤后将所得溶液的pH值调节至7.0，得到羊毛角蛋白水解液即发泡剂母液；

[0037] c、水泥发泡剂的配制：

[0038] 以制备水泥发泡剂总质量1000g为基准，所述废弃羊毛角蛋白水泥发泡剂的配制组成为：发泡剂母液300g、α‐烯基磺酸钠15g、明胶0.5g、聚乙烯醇0.1g、羧甲基纤维素钠0.3g、苯甲酸钠1g、脱氢醋酸钠1g，余量为水；

[0039] d、水泥发泡剂的制备：

[0040] 首先按照步骤c所述水泥发泡剂的配比组成称取各种原料，将称取的发泡剂母液加入容器中，然后依次加入α‐烯基磺酸钠、明胶、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、苯甲酸钠和脱氢醋酸钠，接着加入称取的水进行稀释；稀释后采用磁力搅拌器在600转/min的速度下持续搅拌8小时，制备得到废弃羊毛角蛋白水泥发泡剂工作液。

[0041] 实施例2：

[0042] 本发明利用废弃羊毛角蛋白制备水泥发泡剂的方法，该制备方法的详细步骤如下：

[0043] a、废弃羊毛角蛋白的预处理（废弃羊毛预处理的主要目的是：去除羊毛中的杂质及羊毛脂）：

[0044] 首先向洗涤槽中加入水作为洗涤液，然后加入十六烷基苯磺酸钠，调至十六烷基苯磺酸钠的质量百分浓度为1.5%，得到十六烷基苯磺酸钠水溶液，接着加入碳酸钠搅拌均匀，碳酸钠的加入量占十六烷基苯磺酸钠水溶液重量的0.3%；搅匀后加入废弃羊毛角蛋白即羊毛（以洗涤液刚好浸没废弃羊毛角蛋白为宜），洗涤液浸没废弃羊毛角蛋白，然后在温度为45℃、转速为50转/分钟的条件下将羊毛连续洗涤90分钟；洗涤结束后，再用清水洗涤3次，洗涤后将羊毛中水沥干并将羊毛晾干；

[0045] b、羊毛角蛋白水解液（即发泡剂母液）的制备：

[0046] 将步骤a预处理过的羊毛角蛋白剪碎，剪碎后称取羊毛角蛋白50g装入容器中，首先加入水1000mL；然后加入亚硫酸氢钠2.5g，持续浸泡12h；接着将浸泡后所得混合溶液在55℃的水浴中放置2.5h，然后将水浴温度升至100℃，加入25g Ca(OH)2，在此温度条件下持续水解6h，将所得水解溶液进行过滤，过滤后将所得溶液的pH值调节至7.5，得到羊毛角蛋白水解液即发泡剂母液；

[0047] c、水泥发泡剂的配制：

[0048] 以制备水泥发泡剂总质量1000g为基准，所述废弃羊毛角蛋白水泥发泡剂的配制组成为：发泡剂母液280g、α‐烯基磺酸钠20g、明胶1g、聚乙烯醇0.2g、羧甲基纤维素钠0.4g、苯甲酸钠1.5g、脱氢醋酸钠1.5g，余量为水；

[0049] d、水泥发泡剂的制备：

[0050] 首先按照步骤c所述水泥发泡剂的配比组成称取各种原料，将称取的发泡剂母液加入容器中，然后依次加入α‐烯基磺酸钠、明胶、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、苯甲酸钠和脱氢醋酸钠，接着加入称取的水进行稀释；稀释后采用磁力搅拌器在500转/min的速度下持续搅拌10小时，制备得到废弃羊毛角蛋白水泥发泡剂工作液。

[0051] 实施例3：

[0052] 本发明利用废弃羊毛角蛋白制备水泥发泡剂的方法，该制备方法的详细步骤如下：

[0053] a、废弃羊毛角蛋白的预处理（废弃羊毛预处理的主要目的是：去除羊毛中的杂质及羊毛脂）：

[0054] 首先向洗涤槽中加入水作为洗涤液，然后加入十六烷基苯磺酸钠，调至十六烷基苯磺酸钠的质量百分浓度为2%，得到十六烷基苯磺酸钠水溶液，接着加入碳酸钠搅拌均匀，碳酸钠的加入量占十六烷基苯磺酸钠水溶液重量的0.35%；搅匀后加入废弃羊毛角蛋白即羊毛（以洗涤液刚好浸没废弃羊毛角蛋白为宜），洗涤液浸没废弃羊毛角蛋白，然后在温度为50℃、转速为40转/分钟的条件下将羊毛连续洗涤120分钟；洗涤结束后，再用清水洗涤3次，洗涤后将羊毛中水沥干并将羊毛晾干；

[0055] b、羊毛角蛋白水解液（即发泡剂母液）的制备：

[0056] 将步骤a预处理过的羊毛角蛋白剪碎，剪碎后称取羊毛角蛋白50g装入容器中，首先加入水1000mL；然后加入亚硫酸氢钠5g，持续浸泡12h；接着将浸泡后所得混合溶液在60℃的水浴中放置2h，然后将水浴温度升至100℃，加入20g Ca(OH)2，在此温度条件下持续水解8h，将所得水解溶液进行过滤，过滤后将所得溶液的pH值调节至7.0，得到羊毛角蛋白水解液即发泡剂母液；

[0057] c、水泥发泡剂的配制：

[0058] 以制备水泥发泡剂总质量1000g为基准，所述废弃羊毛角蛋白水泥发泡剂的配制组成为：发泡剂母液250g、α‐烯基磺酸钠25g、明胶1.5g、聚乙烯醇0.4g、羧甲基纤维素钠0.5g、苯甲酸钠2.5g、脱氢醋酸钠2g，余量为水；

[0059] d、水泥发泡剂的制备：

[0060] 首先按照步骤c所述水泥发泡剂的配比组成称取各种原料，将称取的发泡剂母液加入容器中，然后依次加入α‐烯基磺酸钠、明胶、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、苯甲酸钠和脱氢醋酸钠，接着加入称取的水进行稀释；稀释后采用磁力搅拌器在600转/min的速度下持续搅拌10小时，制备得到废弃羊毛角蛋白水泥发泡剂工作液。

[0061] 实施例4：

[0062] 本发明利用废弃羊毛角蛋白制备水泥发泡剂的方法，该制备方法的详细步骤如下：

[0063] a、废弃羊毛角蛋白的预处理（废弃羊毛预处理的主要目的是：去除羊毛中的杂质及羊毛脂）：

[0064] 首先向洗涤槽中加入水作为洗涤液，然后加入十六烷基苯磺酸钠，调至十六烷基苯磺酸钠的质量百分浓度为3%，得到十六烷基苯磺酸钠水溶液，接着加入碳酸钠搅拌均匀，碳酸钠的加入量占十六烷基苯磺酸钠水溶液重量的0.4%；搅匀后加入废弃羊毛角蛋白即羊毛（以洗涤液刚好浸没废弃羊毛角蛋白为宜），洗涤液浸没废弃羊毛角蛋白，然后在温度为55℃、转速为60转/分钟的条件下将羊毛连续洗涤120分钟；洗涤结束后，再用清水洗涤3次，洗涤后将羊毛中水沥干并将羊毛晾干；

[0065] b、羊毛角蛋白水解液（即发泡剂母液）的制备：

[0066] 将步骤a预处理过的羊毛角蛋白剪碎，剪碎后称取羊毛角蛋白50g装入容器中，首先加入水1000mL；然后加入亚硫酸氢钠4.5g，持续浸泡15h；接着将浸泡后所得混合溶液在60℃的水浴中放置3h，然后将水浴温度升至100℃，加入22g Ca(OH)2，在此温度条件下持续水解6.5h，将所得水解溶液进行过滤，过滤后将所得溶液的pH值调节至8.0，得到羊毛角蛋白水解液即发泡剂母液；

[0067] c、水泥发泡剂的配制：

[0068] 以制备水泥发泡剂总质量1000g为基准，所述废弃羊毛角蛋白水泥发泡剂的配制组成为：发泡剂母液250g、α‐烯基磺酸钠22g、明胶1.2g、聚乙烯醇0.5g、羧甲基纤维素钠0.35g、苯甲酸钠2.8g、脱氢醋酸钠1.5g，余量为水；

[0069] d、水泥发泡剂的制备：

[0070] 首先按照步骤c所述水泥发泡剂的配比组成称取各种原料，将称取的发泡剂母液加入容器中，然后依次加入α‐烯基磺酸钠、明胶、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、苯甲酸钠和脱氢醋酸钠，接着加入称取的水进行稀释；稀释后采用磁力搅拌器在600转/min的速度下持续搅拌12小时，制备得到废弃羊毛角蛋白水泥发泡剂工作液。

[0071] 本发明实施例1～4所制备的水泥发泡剂在制备发泡水泥中的应用：

[0072] 将本发明实施例1～4制备的废弃羊毛角蛋白发泡剂工作液分别使用中科筑诚ZK-FP-30小型泡沫混凝土发泡机在转速为1500转/分钟的条件下制泡；泡沫水泥的设计容重为500kg/m3, 按照泡沫体积(mL)：水(g)：水泥(g)=1000:550:500的比例混合搅拌均匀，通过模具成型，经过30天养护后，测试发泡混凝土的性能。

[0073] 取本发明实施例1～4制备的水泥发泡剂工作液，测试所得泡沫的发泡性能详见表1，所制备的混凝土性能详见表2。

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