Borida-tekniker analyserar verkansmekanismen och beredningsprincipen för polykarboxylsyra superplasticizer

Vi vet att användningen av polykarboxylat-supermjukgörare inom betongteknik blir allt mer utbredd. Jämfört med traditionella supermjukgörare som naftalensulfonat och sulfonerade melaminformaldehydkondensat, kan polykarboxylatsupermjukgörare ge hög dispergerbarhet, flytbarhet och stabilitet till det dispergerade betongsystemet vid låga doser, vilket förhindrar sjunkförlust. Dessutom gör det stigande priset på industriell naftalen, den långa produktionscykeln av naftalenbaserade supermjukgörare och allvarliga miljöföroreningar det absolut nödvändigt att använda polykarboxylatbaserade supermjukgörare. Men känner du till verkningsmekanismen och beredningsprinciperna för polykarboxylat-supermjukgörare?

Det finns relativt få omfattande översikter om forskningsframstegen för polykarboxylatsupermjukgörare, särskilt vad gäller deras framställningsprinciper, verkningsmekanism och relaterade aspekter. Därför inbjuder Borida experter att ge en översyn av forskningsframstegen när det gäller beredningsprinciperna, verkningsmekanismen och framtidsutsikterna för polykarboxylatsupermjukgörare.

1. Beredningsprinciper för polykarboxylat-supermjukgörare

Polykarboxylatbaserade högpresterande supermjukgörare är makromolekylära föreningar med sulfongrupper, karboxylgrupper, aminogrupper och polyoxietylen-sidokedjor. De syntetiseras i vattenlösning genom friradikalsampolymerisation och bildar en kamformad ytaktiv substans med hög molekylvikt.

Huvudråvaror: metakrylsyra, akrylsyra, etylakrylat, hydroxietylakrylat, natriumallylsulfonat, metylmetakrylat, metoxipolyetylenglykolmetakrylat, etoxylerad polyetylenglykolakrylat, allyleter, etc. Under polymerisationen, initiatorer såsom vattenlösliga perbisoxider, bensoylentrizo, perbisoxider, bensoyl och perbisoxider begagnad. Kedjeöverföringsmedel inkluderar 3-merkaptopropionsyra, merkaptoättiksyra och isopropanol.

Syntesmetod: I ett reaktionskärl utrustat med en mekanisk omrörare, termometer och droppanordning tillsätts monomerlösningen, initiatorlösningen och kedjeöverföringsmedelslösningen droppvis. Vid val av polymerisationsmonomerer bör sampolymerisationsreaktivitetsförhållandena beaktas fullt ut. Reaktionstemperaturen beror på typen av monomerer som används och ligger i allmänhet inom intervallet 0-60 grader . Monomerlösningen tillsätts droppvis under 1-2 timmar, följt av ytterligare en 1-timmes reaktion vid konstant temperatur. Efter tillsats av vatten för neutralisering töms produkten ut.

2. Verkningsmekanism för polykarboxylat-supermjukgörare

Polykarboxylatbaserade högpresterande supermjukgörare är en ny typ av supermjukgörare med många enastående fördelar, även om deras exakta verkningsmekanism fortfarande inte är helt klarlagd. Här är några perspektiv:

Fördröjande effekt: Karboxylgruppen fungerar som en retarderande komponent, bildar komplex med Ca²⁺-joner (R-COO⁻–Ca²⁺), minskar koncentrationen av Ca²⁺-joner i lösning, fördröjer kristallisationen av Ca(OH)₂, minskar bildningen av CHS geler och därmed fördröjer cementens hydratisering.

Polära gruppers affinitet: Karboxyl (-COOH), hydroxyl (-OH), amino (-NH2) och polyoxialkylen (-OR)n grupper har stark affinitet med vatten. Genom ytaktiva effekter som adsorption, dispersion, vätning och smörjning ger de dispergerbarhet och flytbarhet till cementpartiklar. Genom att minska friktionsmotståndet mellan cementpartiklar och minska den fria energin vid gränsytan mellan cement och vatten, förbättrar de bearbetbarheten hos färsk betong. Samtidigt adsorberar polykarboxylatföreningar på cementpartiklarnas yta och ger negativa laddningar genom karboxylatjoner. Detta inducerar elektrostatisk repulsion mellan partiklarna, förhindrar tendensen för cementpasta att flocka sig (DLVO-teorin) och ökar kontaktytan mellan cement och vatten, vilket främjar full hydratisering av cementen. Under dispergeringen av cementpartiklar frigörs vatten som fångas i agglomerat, vilket förbättrar bearbetbarheten och minskar mängden blandningsvatten som krävs.

Sterisk hindereffekt: Polykarboxylatmolekyler adsorberar på ytan av cementpartiklar i en kamformad konfiguration och bildar ett adsorptionsskikt på gelmaterialets yta. När polymeradsorptionsskikten på cementpartiklar närmar sig varandra förhindrar steriskt hinder mellan polymerkedjorna partiklarna från att agglomerera. Detta är en av de viktigaste anledningarna till att polykarboxylat-supermjukgörare har överlägsen dispergerbarhet jämfört med andra system.

Zeta potential och dispersionsretention: Dispersionsretentionsmekanismen för polykarboxylatbaserade högpresterande supermjukgörare kan förstås genom att observera förhållandet mellan blandningstid och zetapotential i cementpasta. Generellt visar betong med naftalen- eller melaminbaserade högpresterande supermjukgörare betydande sjunkförlust efter 60 minuter, medan betong som innehåller polykarboxylat-supermjukgörare uppvisar mindre slumpförlust. Denna skillnad uppstår eftersom adsorptionsmodellen mellan supermjukgöraren och cementpartiklarna varierar. Interaktionen mellan adsorptionsskiktet med hög molekylvikt och cementpartiklar resulterar i både sterisk och elektrostatisk repulsion, med liten förändring i zetapotential.

Forskning om mekanismen för cementdispersion tyder på att DLVO-teorin, som förklarar dispersion genom jonisk repulsion, ofta misslyckas med att matcha experimentella resultat. Den steriska hindereffekten förklarar framgångsrikt den dispersiva verkan av polykarboxylatsupermjukgörare på cement. Polymeren adsorberas på ytan av cementpartiklar, med sidokedjor som sträcker sig in i lösningen. Dessa sidokedjor skapar steriska hinder, förhindrar partiklar från att komma i nära kontakt, vilket säkerställer deras spridning och stabilitet. Denna mekanism är allmänt accepterad idag. Polymerer med långa sidokedjor uppvisar låg zeta-potential och hög sterisk repulsion, vilket resulterar i utmärkt dispergerbarhet. Emellertid kan överdriven sidokedjelängd orsaka intrassling mellan ytsidokedjor av dispergerade partiklar, vilket leder till partikelagglomerering.