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摘 要：本研究以植物变性蛋白为原料，在碱性的条件下，优化制备蛋白质型泡沫混凝土发泡剂的最佳条件。实验表明：植物变性蛋白10g，氢氧化钙2.2g，90℃的水解10h得出的母液效果最佳。以《泡沫混凝土》JG/T 266-201-2011标准进行测试，所制得的泡沫混凝土能均达到国家标准要求。
关键词：蛋白质水解;物理改性;复合型发泡剂;泡沫混凝土
泡沫混凝土是一类以水泥基胶凝材料为主要基料，采用化学发泡或物理发泡工艺，制成的含有大量微小均匀独立气孔的轻质多孔材料的总称[1]。发泡剂作为泡沫混凝土最核心的因素，对新拌浆体的流动性、浇注体的体积稳定性、硬化体的密度和强度有决定性影响，因此开发性能优越的发泡剂是扩大泡沫混凝土应用领域的关键技术之一。
植物变性蛋白内含有丰富的蛋白质，通过水解可使蛋白质结构中的肽键断裂[2]，水解产物拥有氨基和羧基等亲水性结构以及长度适中的碳链疏水结构，有利于降低表面张力，推动气液界面的形成，容易生成泡沫。产品原料价格低廉，来源广泛，所制备的母液效果优良，健康无毒，符合当今合理利用资源进行绿色化学的要求。
1 实验部分
1.1原料和仪器
1.2制备工艺
1.2.1发泡剂母液的制备
（1）原料预处理：取一定量植物变性蛋白，去除可见杂质，在研钵中研磨成粉末。
（2）水解：将研磨后的植物变性蛋白装入三口烧瓶，加入20倍质量的水。启动加热和搅拌，升温到85-95℃，滴加饱和氢氧化钙溶液调节PH值，水解9-11h。
（3）离心分离：将水解后的浆体加入离心试管在离心机中离心分离，取上层清液即为发泡剂母液。
1.2.3泡沫混凝土的制备
按比例调配水泥净浆。利用机械搅拌法对发泡剂母液进行发泡。将泡沫加入调好的水泥
净浆中搅拌均匀。将泡沫混凝土浆体倒入试模养护1天后脱模。
1.3检测方法
1.3.1发泡剂发泡倍数、沉降距离、泌水量的检测
按照《泡沫混凝土》JG/T 266-201-2011所规定的发泡倍数、沉降距离、泌水量的检测方法对制备的母液进行检测。
1.3.2菜籽粕水解率测定
称量原料总质量M原料，称量残渣质量M残渣。
1.3.3泡沫混凝土性能检验
按照《泡沫混凝土》JG/T 266-201-2011所规定的泡沫混凝土干密度、抗压强度、吸水率、尺寸偏差和外观的检测方法进行检测。
2.结果与分析
2.1温度对水解的影响
取植物变性蛋白粉末10g，氢氧化钙2g，水解时间10h，改变水解温度（85-95℃），考查温度条件对水解的影响，实验结果见图1。
在上述条件下，母液发泡稳定性在90℃处取得峰值，发泡倍数在93℃取得峰值。结合实验现象，混合液加热到95℃也不沸腾，只是液体颜色较其他温度下产物偏深色。
峰值温度之前：该蛋白质水解为吸热反应，由 方程[3]可知，反应温度升高，平衡常数升高，有利于反应向正向推进。前期蛋白质分子量较大，在温度较低时的情况，产物可能没有完全分解，所以随着温度升高，越来越多的肽键被打开，发泡性能均增强。
峰值温度之后：温度过高，氨基酸结构或肽链被破坏，导致表面活性剂性能下降，进而使得发泡倍数和发泡稳定性发生下降。
2.2水解时间对水解的影响
取植物变性蛋白粉末10g，氢氧化钙2g，水解温度90℃，改变水解时间，考查水解时间对水解的影响，实验结果见图2。
在上述条件下，母液发泡效果随水解时间先升高后下降，达峰值时水解率为49.55%。水解时间合理时，大分子植物蛋白得到有效的水解，产出氨基酸和肽键，为良好的表面活性物质。水解时间过长氨基酸与碱性物质缓慢反应，使得氨基酸脱去氨基，导致测试的发泡母液表面活性降低，进而发泡性能下降。
2.3氢氧化钙用量对水解的影响
取植物变性蛋白粉末10g，水解温度90℃，改变氢氧化钙用量，考查氢氧化钙用量对水解的影响，实验结果见图3。
在上述条件下，发泡剂性能先随氢氧化钙用量增大先上升后下降。碱用量为2.2g时，发泡稳定性最佳，且水解效率最高为49.55%;碱用量为2g时，发泡倍数最佳。并且发现当碱量过量时，发泡性能会发生突降。当碱量不足时，水解不够充分，所以会随着碱量提升，提高母液性能。反而当碱过量时，会破坏表面活性剂有效结构，使得发泡性能下降。
2.4不同密度泡沫混凝土尺寸偏差和外观、抗压强度、吸水率实验结果
按照1.2.3泡沫混凝土的制备方法制备不同干密度的泡沫混凝土，考查不同密度下泡沫
混凝土尺寸偏差和外观效果，实验结果见表3、表4和表5。
由上述实验结果可以看出：利用植物变性蛋白发泡剂所制备的中低密度泡沫混凝土的重要性能指标（抗压强度、吸水率）均超出了行业标准要求，这是因为该发泡剂分子结构中有-COOR结构，可以和水泥中的Ca2+结合为羧酸钙，使发泡剂和水泥浆体有更好的相容性。发泡剂用量少、气泡孔径小、孔径分布均匀都有利于提高抗压强度[4]。实验中的浆体中气泡孔径在1mm左右，气泡十分细腻均匀，气泡稳定不串并，大部分为闭孔结构，在试块中不会形成较大的空腔而产生应力集中点，因此抗压强度高吸水率低。
3结论
（1）通过综合考查发泡剂母液性能，最终优化出植物变性蛋白水解制备混凝土发泡剂的最佳工艺条件：10g植物变性蛋白粉末，氢氧化钙2.2g，水解温度91℃，水解时间为10h。所得发泡剂母液发泡倍数为13.3，发泡稳定性为10.7h，水解率49.55%，綜合性能较好。
（2）通过综合考查泡沫混凝土的主要性能指标，该发泡剂所制备的中低密度泡沫混凝土的抗压强度高、吸水率低，超过了《泡沫混凝土》JG/T 266-201-2011标准所要求的指标。
参考文献
[1] 李启金. 低密度泡沫混凝土保温材料的制备与性能研究[D].济南大学，2014.
[2] 高稳定发泡剂与泡沫混凝土的优化设计及性能研究[D].南京航空航天大学，2014.
[3] 丁起.新型高效混凝土发泡剂的研究[J].新型建筑材料，2009，（10）：16-18.
[4] 张文，发泡水泥配方的适应性与组分材料相容性的研究[D]. 南京：东南大学.2014：34.
关键词：蛋白质水解;物理改性;复合型发泡剂;泡沫混凝土
泡沫混凝土是一类以水泥基胶凝材料为主要基料，采用化学发泡或物理发泡工艺，制成的含有大量微小均匀独立气孔的轻质多孔材料的总称[1]。发泡剂作为泡沫混凝土最核心的因素，对新拌浆体的流动性、浇注体的体积稳定性、硬化体的密度和强度有决定性影响，因此开发性能优越的发泡剂是扩大泡沫混凝土应用领域的关键技术之一。
植物变性蛋白内含有丰富的蛋白质，通过水解可使蛋白质结构中的肽键断裂[2]，水解产物拥有氨基和羧基等亲水性结构以及长度适中的碳链疏水结构，有利于降低表面张力，推动气液界面的形成，容易生成泡沫。产品原料价格低廉，来源广泛，所制备的母液效果优良，健康无毒，符合当今合理利用资源进行绿色化学的要求。
1 实验部分
1.1原料和仪器
1.2制备工艺
1.2.1发泡剂母液的制备
（1）原料预处理：取一定量植物变性蛋白，去除可见杂质，在研钵中研磨成粉末。
（2）水解：将研磨后的植物变性蛋白装入三口烧瓶，加入20倍质量的水。启动加热和搅拌，升温到85-95℃，滴加饱和氢氧化钙溶液调节PH值，水解9-11h。
（3）离心分离：将水解后的浆体加入离心试管在离心机中离心分离，取上层清液即为发泡剂母液。
1.2.3泡沫混凝土的制备
按比例调配水泥净浆。利用机械搅拌法对发泡剂母液进行发泡。将泡沫加入调好的水泥
净浆中搅拌均匀。将泡沫混凝土浆体倒入试模养护1天后脱模。
1.3检测方法
1.3.1发泡剂发泡倍数、沉降距离、泌水量的检测
按照《泡沫混凝土》JG/T 266-201-2011所规定的发泡倍数、沉降距离、泌水量的检测方法对制备的母液进行检测。
1.3.2菜籽粕水解率测定
称量原料总质量M原料，称量残渣质量M残渣。
1.3.3泡沫混凝土性能检验
按照《泡沫混凝土》JG/T 266-201-2011所规定的泡沫混凝土干密度、抗压强度、吸水率、尺寸偏差和外观的检测方法进行检测。
2.结果与分析
2.1温度对水解的影响
取植物变性蛋白粉末10g，氢氧化钙2g，水解时间10h，改变水解温度（85-95℃），考查温度条件对水解的影响，实验结果见图1。
在上述条件下，母液发泡稳定性在90℃处取得峰值，发泡倍数在93℃取得峰值。结合实验现象，混合液加热到95℃也不沸腾，只是液体颜色较其他温度下产物偏深色。
峰值温度之前：该蛋白质水解为吸热反应，由 方程[3]可知，反应温度升高，平衡常数升高，有利于反应向正向推进。前期蛋白质分子量较大，在温度较低时的情况，产物可能没有完全分解，所以随着温度升高，越来越多的肽键被打开，发泡性能均增强。
峰值温度之后：温度过高，氨基酸结构或肽链被破坏，导致表面活性剂性能下降，进而使得发泡倍数和发泡稳定性发生下降。
2.2水解时间对水解的影响
取植物变性蛋白粉末10g，氢氧化钙2g，水解温度90℃，改变水解时间，考查水解时间对水解的影响，实验结果见图2。
在上述条件下，母液发泡效果随水解时间先升高后下降，达峰值时水解率为49.55%。水解时间合理时，大分子植物蛋白得到有效的水解，产出氨基酸和肽键，为良好的表面活性物质。水解时间过长氨基酸与碱性物质缓慢反应，使得氨基酸脱去氨基，导致测试的发泡母液表面活性降低，进而发泡性能下降。
2.3氢氧化钙用量对水解的影响
取植物变性蛋白粉末10g，水解温度90℃，改变氢氧化钙用量，考查氢氧化钙用量对水解的影响，实验结果见图3。
在上述条件下，发泡剂性能先随氢氧化钙用量增大先上升后下降。碱用量为2.2g时，发泡稳定性最佳，且水解效率最高为49.55%;碱用量为2g时，发泡倍数最佳。并且发现当碱量过量时，发泡性能会发生突降。当碱量不足时，水解不够充分，所以会随着碱量提升，提高母液性能。反而当碱过量时，会破坏表面活性剂有效结构，使得发泡性能下降。
2.4不同密度泡沫混凝土尺寸偏差和外观、抗压强度、吸水率实验结果
按照1.2.3泡沫混凝土的制备方法制备不同干密度的泡沫混凝土，考查不同密度下泡沫
混凝土尺寸偏差和外观效果，实验结果见表3、表4和表5。
由上述实验结果可以看出：利用植物变性蛋白发泡剂所制备的中低密度泡沫混凝土的重要性能指标（抗压强度、吸水率）均超出了行业标准要求，这是因为该发泡剂分子结构中有-COOR结构，可以和水泥中的Ca2+结合为羧酸钙，使发泡剂和水泥浆体有更好的相容性。发泡剂用量少、气泡孔径小、孔径分布均匀都有利于提高抗压强度[4]。实验中的浆体中气泡孔径在1mm左右，气泡十分细腻均匀，气泡稳定不串并，大部分为闭孔结构，在试块中不会形成较大的空腔而产生应力集中点，因此抗压强度高吸水率低。
3结论
（1）通过综合考查发泡剂母液性能，最终优化出植物变性蛋白水解制备混凝土发泡剂的最佳工艺条件：10g植物变性蛋白粉末，氢氧化钙2.2g，水解温度91℃，水解时间为10h。所得发泡剂母液发泡倍数为13.3，发泡稳定性为10.7h，水解率49.55%，綜合性能较好。
（2）通过综合考查泡沫混凝土的主要性能指标，该发泡剂所制备的中低密度泡沫混凝土的抗压强度高、吸水率低，超过了《泡沫混凝土》JG/T 266-201-2011标准所要求的指标。
参考文献
[1] 李启金. 低密度泡沫混凝土保温材料的制备与性能研究[D].济南大学，2014.
[2] 高稳定发泡剂与泡沫混凝土的优化设计及性能研究[D].南京航空航天大学，2014.
[3] 丁起.新型高效混凝土发泡剂的研究[J].新型建筑材料，2009，（10）：16-18.
[4] 张文，发泡水泥配方的适应性与组分材料相容性的研究[D]. 南京：东南大学.2014：34.