Onderzoek naar polycarboxyl-superplastificeerder, polyether-macromonomeer

Dit artikel analyseert kort de huidige ontwikkelingsstatus van de binnenlandse polyethermacromonomeerindustrie, introduceert de belangrijkste typen en marktsituatie van bestaande polycarboxyl-superplastificeerder-macromonomeren, en onderzoekt hun voordelen, nadelen en ontwikkelingsrichtingen vanuit het perspectief van verschillende moleculaire structuren. Bovendien wordt een nieuw type polycarboxyl-superweekmaker-macromonomeer, ethyleenglycolmonovinylpoly(ethyleenglycol)ether (EPEG), geïntroduceerd.

Polycarboxylische superplastificeermiddelen (PCE) vertegenwoordigen de nieuwste generatie betonhulpstoffen, vaak de derde generatie hoogwaardige superplastificeermiddelen genoemd. Vergeleken met de vorige generatie op naftaleen gebaseerde superweekmakers biedt PCE een hogere waterreducerende efficiëntie en een beter aanpassingsvermogen aan cement. Bovendien genereert het productieproces van PCE geen procesafvalwater of afgas, waardoor het een milieuvriendelijk materiaal is.

PCE is een amfifiel polymeer, doorgaans gesynthetiseerd door de copolymerisatie van eindstandige dubbelgebonden poly(ethyleenglycol)ethermacromonomeren en onverzadigde carbonzuurmonomeren in aanwezigheid van een initiator. Tijdens de reactie vormen de vinylgroepen van de macromonomeren en monomeren de polymeerskelet, terwijl de polyethyleenglycolsegmenten van de macromonomeren zijketens creëren, zoals geïllustreerd in figuur 1.

Vergeleken met traditionele superweekmakers is het meest opvallende kenmerk van PCE de aanpasbare moleculaire structuur. De onverzadigde dubbele bindingen in de eindstandige macromonomeergroepen vormen via polymerisatie de polycarboxylaatskelet. Functionele groepen zoals -COO-Na en -SO3-Na die rechtstreeks verbonden zijn met de ruggengraat maken "meerpuntsverankering" op het oppervlak van cementdeeltjes mogelijk. De zijketens van polyethyleenglycol vormen een gesolvateerde polymeerlaag door waterstofbinding met watermoleculen op het oppervlak van cementdeeltjes. Dit sterische hinderende effect verspreidt de cementdeeltjes, waardoor het waterreducerende effect wordt bereikt. Daarom zijn verbeteringen in PCE sterk afhankelijk van de ontwikkeling van nieuwe macromonomeren. Structurele innovaties op het gebied van macromonomeren kunnen het productieproces en de productprestaties van PCE aanzienlijk verbeteren.

1. Ontwikkelingsgeschiedenis

Vroege PCE-producten waren op esters gebaseerd, met methoxypoly(ethyleenglycol)ether (MPEG) als het macromonomeer, zoals weergegeven in figuur 2. Het synthetiseren van PCE uit dit type macromonomeer vereiste twee stappen: verestering en polymerisatie, waardoor het proces complex werd. Deze op esters gebaseerde macromonomeren zijn geleidelijk vervangen door op ether gebaseerde macromonomeren.

Op ether gebaseerde macromonomeren domineren nu de markt. Deze macromonomeren worden gesynthetiseerd door ethoxylering van initiatoren van verschillende molecuulstructuren (onverzadigde alcoholen), resulterend in poly(ethyleenglycol)ethers met eindstandige vinylgroepen. Op basis van de structuur van de initiatormoleculen kunnen deze macromonomeren worden onderverdeeld in drie typen: 3-op koolstofalcohol gebaseerde (allyl poly(ethyleenglycol) ether - APEG), 4-koolstof en {{5} }op koolstofalcohol gebaseerde (isobutenylpoly(ethyleenglycol)ether - HPEG, isopentenylpoly(ethyleenglycol)ether - TPEG), en op 2+2 en 2+4 vinylethergebaseerde macromonomeren (EPEG, VPEG), zoals weergegeven in Figuur 2.

2. Huidige aanvraagstatus

Met de snelle ontwikkeling van de polycarboxyl-superplastificeerderindustrie heeft de polyethermacromonomeersector in China ook aanzienlijke vooruitgang geboekt. Zowel de productiecapaciteit als de productie van polyethermacromonomeren zijn blijven stijgen en bereikten in 2017 een historische piek. Tabel 1 toont de totale verkoop en structuur van polyethermacromonomeren van 2013 tot 2017.

Zoals blijkt uit Tabel 1, wordt de polyethermacromonomeerindustrie in China, hoewel zij zich snel heeft ontwikkeld, nog steeds met verschillende uitdagingen geconfronteerd. Enerzijds zijn HPEG- en TPEG-producten verantwoordelijk voor het merendeel van de bestaande macromonomeren, wat resulteert in een relatief homogene productstructuur. Bovendien is het aanbod van initiatoren voor HPEG- en TPEG-macromonomeren nog steeds gedeeltelijk afhankelijk van import, met name de 5-koolstofalcoholinitiatoren, die grotendeels afkomstig zijn van het Japanse Kuraray en het Duitse BASF. Aan de andere kant zijn de productiefaciliteiten voor macromonomeren over het algemeen laag, wat leidt tot ernstige overcapaciteitsproblemen binnen de industrie.