Technici van Borida analyseren het werkingsmechanisme en het bereidingsprincipe van polycarbonzuur-superplastificeerder

We weten dat de toepassing van polycarboxylaat-superplastificeerders in de betontechniek steeds wijdverspreider wordt. Vergeleken met traditionele superweekmakers zoals naftaleensulfonaat en gesulfoneerde melamine-formaldehydecondensaten, kunnen polycarboxylaat-superweekmakers bij lage doseringen een hoge dispergeerbaarheid, vloeibaarheid en stabiliteit aan het gedispergeerde betonsysteem bieden, waardoor inzinkingsverlies wordt voorkomen. Bovendien maken de stijgende prijs van industriële naftaleen, de lange productiecyclus van op naftaleen gebaseerde superweekmakers en de ernstige milieuvervuiling de toepassing van op polycarboxylaat gebaseerde superweekmakers noodzakelijk. Maar kent u het werkingsmechanisme en de bereidingsprincipes van polycarboxylaat-superweekmakers?

Er zijn relatief weinig uitgebreide overzichten van de onderzoeksvoortgang van polycarboxylaat-superweekmakers, met name wat betreft hun bereidingsprincipes, werkingsmechanisme en aanverwante aspecten. Daarom nodigt Borida experts uit om een ​​overzicht te geven van de onderzoeksvoortgang met betrekking tot de bereidingsprincipes, het werkingsmechanisme en de toekomstperspectieven van polycarboxylaat-superweekmakers.

1. Bereidingsprincipes van polycarboxylaat-superweekmakers

Op polycarboxylaat gebaseerde hoogwaardige superweekmakers zijn macromoleculaire verbindingen met sulfonzuurgroepen, carboxylgroepen, aminogroepen en polyoxyethyleenzijketens. Ze worden gesynthetiseerd in een waterige oplossing door copolymerisatie met vrije radicalen, waardoor een kamvormige oppervlakteactieve stof met een hoog molecuulgewicht ontstaat.

Belangrijkste grondstoffen: methacrylzuur, acrylzuur, ethylacrylaat, hydroxyethylacrylaat, natriumallylsulfonaat, methylmethacrylaat, methoxypolyethyleenglycolmethacrylaat, geëthoxyleerd polyethyleenglycolacrylaat, allylether, enz. Tijdens de polymerisatie worden initiatoren zoals in water oplosbare persulfaten, benzoylperoxide en azobisisobutyronitril gebruikt. Ketenoverdrachtsmiddelen omvatten 3-mercaptopropionzuur, mercaptoazijnzuur en isopropanol.

Synthese methode: In een reactievat uitgerust met een mechanische roerder, thermometer en druppelinrichting worden de monomeeroplossing, de initiatoroplossing en de oplossing van het ketenoverdrachtsmiddel druppelsgewijs toegevoegd. Bij het kiezen van de polymerisatiemonomeren moeten de reactiviteitsverhoudingen van de copolymerisatie volledig in overweging worden genomen. De reactietemperatuur hangt af van het gebruikte type monomeren en valt doorgaans binnen het bereik van 0-60 graad. De monomeeroplossing wordt gedurende 1-2 uur druppelsgewijs toegevoegd, gevolgd door een extra reactie van 1- uur bij een constante temperatuur. Na toevoeging van water ter neutralisatie wordt het product afgevoerd.

2. Werkingsmechanisme van polycarboxylaatsuperweekmakers

Op polycarboxylaat gebaseerde hoogwaardige superweekmakers zijn een nieuw type superweekmakers met veel uitstekende voordelen, hoewel hun exacte werkingsmechanisme nog steeds niet volledig wordt begrepen. Hier zijn enkele perspectieven:

Vertragende werking: De carboxylgroep werkt als een vertragende component en vormt complexen met Ca²⁺-ionen (R-COO⁻–Ca²⁺), waardoor de concentratie van Ca²⁺-ionen in oplossing wordt verminderd, de kristallisatie van Ca(OH)₂ wordt vertraagd, waardoor de vorming van CHS-gels, en vertragen zo de hydratatie van cement.

Affiniteit met polaire groepen: Carboxyl (-COOH), hydroxyl (-OH), amino (-NH₂) en polyoxyalkyleen (-OR)n-groepen hebben sterke affiniteiten met water. Door oppervlakteactieve effecten zoals adsorptie, dispersie, bevochtiging en smering zorgen ze voor dispergeerbaarheid en vloeibaarheid van cementdeeltjes. Door de wrijvingsweerstand tussen cementdeeltjes te verminderen en de vrije energie op het grensvlak cement-water te verminderen, verbeteren ze de verwerkbaarheid van vers beton. Tegelijkertijd adsorberen polycarboxylaatverbindingen op het oppervlak van de cementdeeltjes, waardoor via carboxylaationen negatieve ladingen worden afgegeven. Dit veroorzaakt elektrostatische afstoting tussen de deeltjes, waardoor de neiging van cementpasta om uit te vlokken wordt voorkomen (DLVO-theorie) en het contactoppervlak tussen cement en water wordt vergroot, waardoor volledige hydratatie van het cement wordt bevorderd. Tijdens het dispergeren van cementdeeltjes komt water vrij dat in de agglomeraten is opgesloten, waardoor de verwerkbaarheid wordt verbeterd en de benodigde hoeveelheid mengwater wordt verminderd.

Sterisch hindereffect: Polycarboxylaatmoleculen adsorberen op het oppervlak van cementdeeltjes in een kamvormige configuratie en vormen een adsorptielaag op het oppervlak van het gelmateriaal. Wanneer de polymeeradsorptielagen op cementdeeltjes elkaar naderen, verhindert sterische hindering tussen de polymeerketens dat de deeltjes agglomereren. Dit is een van de belangrijkste redenen waarom polycarboxylaat-superweekmakers een superieure dispergeerbaarheid hebben in vergelijking met andere systemen.

Zeta-potentieel en dispersiebehoud: Het dispersieretentiemechanisme van hoogwaardige superweekmakers op polycarboxylaatbasis kan worden begrepen door de relatie tussen mengtijd en zetapotentiaal in cementpasta te observeren. In het algemeen vertoont beton met hoogwaardige superweekmakers op basis van naftaleen of melamine na 60 minuten een aanzienlijk verlies aan inzinking, terwijl beton dat polycarboxylaat-superweekmakers bevat minder verlies aan inzinking vertoont. Dit verschil ontstaat doordat het adsorptiemodel tussen de superweekmaker en cementdeeltjes varieert. De interactie tussen de adsorptielaag met hoog molecuulgewicht en cementdeeltjes resulteert in zowel sterische als elektrostatische afstoting, met weinig verandering in de zeta-potentiaal.

Onderzoek naar het mechanisme van cementdispersie suggereert dat de DLVO-theorie, die dispersie door ionische afstoting verklaart, vaak niet in overeenstemming is met experimentele resultaten. Het sterische hindereffect verklaart met succes de dispersieve werking van polycarboxylaat-superweekmakers op cement. Het polymeer adsorbeert op het oppervlak van cementdeeltjes, waarbij zijketens zich uitstrekken tot in de oplossing. Deze zijketens creëren sterische hinder, waardoor wordt voorkomen dat deeltjes in nauw contact komen, waardoor hun verspreiding en stabiliteit wordt gegarandeerd. Dit mechanisme wordt tegenwoordig algemeen aanvaard. Polymeren met lange zijketens vertonen een laag zetapotentiaal en een hoge sterische afstoting, wat resulteert in een uitstekende dispergeerbaarheid. Een overmatige lengte van de zijketens kan echter verstrengeling veroorzaken tussen zijketens aan het oppervlak van gedispergeerde deeltjes, wat leidt tot agglomeratie van deeltjes.