Tehniki Boride analizirajo mehanizem delovanja in princip priprave superplastifikatorja polikarboksilne kisline

Vemo, da postaja uporaba polikarboksilatnih superplastifikatorjev v betonarstvu vse bolj razširjena. V primerjavi s tradicionalnimi superplastifikatorji, kot so naftalen sulfonat in sulfonirani kondenzati melamin formaldehida, lahko polikarboksilatni superplastifikatorji zagotovijo visoko disperzibilnost, fluidnost in stabilnost razpršenega sistema betona pri nizkih odmerkih, kar preprečuje izgubo zaradi padca. Poleg tega je zaradi naraščajoče cene industrijskega naftalena, dolgega proizvodnega cikla superplastifikatorjev na osnovi naftalena in hudega onesnaževanja okolja uporaba superplastifikatorjev na osnovi polikarboksilatov nujna. Toda ali poznate mehanizem delovanja in principe priprave polikarboksilatnih superplastifikatorjev?

Obstaja razmeroma malo celovitih pregledov o napredku raziskav polikarboksilatnih superplastifikatorjev, zlasti glede njihovih principov priprave, mehanizma delovanja in s tem povezanih vidikov. Zato Borida vabi strokovnjake, da pripravijo pregled napredka raziskav v zvezi s principi priprave, mehanizmom delovanja in prihodnjimi obeti polikarboksilatnih superplastifikatorjev.

1. Načela priprave polikarboksilatnih superplastifikatorjev

Visoko zmogljivi superplastifikatorji na osnovi polikarboksilata so makromolekularne spojine s sulfonskimi skupinami, karboksilnimi skupinami, amino skupinami in stranskimi verigami polioksietilena. Sintetizirajo se v vodni raztopini s kopolimerizacijo prostih radikalov, pri čemer tvorijo površinsko aktivno snov v obliki glavnika z visoko molekulsko maso.

Glavne surovine: metakrilna kislina, akrilna kislina, etil akrilat, hidroksietil akrilat, natrijev alilsulfonat, metil metakrilat, metoksipolietilen glikol metakrilat, etoksiliran polietilen glikol akrilat, alil eter itd. Med polimerizacijo se iniciatorji, kot so vodotopni persulfati, benzoil peroksid in uporabljajo azobisisobutironitril. Sredstva za prenos verige vključujejo 3-merkaptopropionsko kislino, merkaptoocetno kislino in izopropanol.

Metoda sinteze: V reakcijsko posodo, opremljeno z mehanskim mešalom, termometrom in kapalno napravo, po kapljicah dodamo raztopino monomera, raztopino iniciatorja in raztopino sredstva za prenos verige. Pri izbiri polimerizacijskih monomerov je treba v celoti upoštevati razmerja kopolimerizacijske reaktivnosti. Reakcijska temperatura je odvisna od vrste uporabljenih monomerov in na splošno spada v obseg 0-60 stopinj. Raztopino monomera dodajamo po kapljicah v 1-2 urah, čemur sledi dodatna 1--urna reakcija pri konstantni temperaturi. Po dodajanju vode za nevtralizacijo se izdelek izprazni.

2. Mehanizem delovanja polikarboksilatnih superplastifikatorjev

Visoko zmogljivi superplastifikatorji na osnovi polikarboksilata so nova vrsta superplastifikatorjev s številnimi izjemnimi prednostmi, čeprav njihov natančen mehanizem delovanja še vedno ni popolnoma razumljen. Tukaj je nekaj perspektiv:

Zaviralni učinek: Karboksilna skupina deluje kot zaviralna komponenta, tvori komplekse z ioni Ca²⁺ (R-COO⁻–Ca²⁺), zmanjša koncentracijo Ca²⁺ ionov v raztopini, upočasni kristalizacijo Ca(OH)₂, zmanjša nastanek CHS gelira in tako zavira hidratacijo cementa.

Sorodnost polarnih skupin: Karboksilne (-COOH), hidroksilne (-OH), amino (-NH₂) in polioksialkilenske (-OR)n skupine imajo močno afiniteto do vode. S površinsko aktivnimi učinki, kot so adsorpcija, disperzija, vlaženje in mazanje, zagotavljajo disperzibilnost in fluidnost delcev cementa. Z zmanjšanjem trenja med delci cementa in zmanjšanjem proste energije na meji cement-voda izboljšajo obdelavnost svežega betona. Hkrati se polikarboksilatne spojine adsorbirajo na površino cementnih delcev in dajejo negativne naboje preko karboksilatnih ionov. To povzroča elektrostatično odbojnost med delci, kar preprečuje nagnjenost cementne paste k flokulaciji (teorija DLVO) in povečuje kontaktno površino med cementom in vodo, kar spodbuja popolno hidratacijo cementa. Med disperzijo cementnih delcev se voda, ujeta v aglomeratih, sprosti, kar izboljša obdelovalnost in zmanjša količino potrebne vode za mešanje.

Učinek sterične ovire: Molekule polikarboksilata se adsorbirajo na površino delcev cementa v konfiguraciji v obliki glavnika in tvorijo adsorpcijsko plast na površini materiala gela. Ko se polimerne adsorpcijske plasti na delcih cementa približajo druga drugi, sterična ovira med polimernimi verigami prepreči aglomeracijo delcev. To je eden ključnih razlogov, zakaj imajo polikarboksilatni superplastifikatorji boljšo disperzibilnost v primerjavi z drugimi sistemi.

Zeta potencial in zadrževanje disperzije: Mehanizem zadrževanja disperzije visoko zmogljivih superplastifikatorjev na osnovi polikarboksilata je mogoče razumeti z opazovanjem razmerja med časom mešanja in zeta potencialom v cementni pasti. Na splošno beton z visoko zmogljivimi superplastifikatorji na osnovi naftalena ali melamina kaže znatno izgubo zaradi padca po 60 minutah, medtem ko beton, ki vsebuje polikarboksilatne superplastifikatorje, kaže manjšo izgubo zaradi padca. Ta razlika nastane, ker se model adsorpcije med superplastifikatorjem in delci cementa razlikuje. Interakcija med adsorpcijsko plastjo z visoko molekulsko maso in delci cementa povzroči sterično in elektrostatično odbojnost z majhno spremembo zeta potenciala.

Raziskave mehanizma disperzije cementa kažejo, da se teorija DLVO, ki razlaga disperzijo z ionskim odbojem, pogosto ne ujema z eksperimentalnimi rezultati. Učinek sterične ovire uspešno razloži disperzijsko delovanje polikarboksilatnih superplastifikatorjev na cement. Polimer se adsorbira na površino delcev cementa, stranske verige pa segajo v raztopino. Te stranske verige ustvarjajo sterične ovire, ki preprečujejo, da bi delci prišli v tesen stik, s čimer zagotavljajo njihovo disperzijo in stabilnost. Ta mehanizem je danes splošno sprejet. Polimeri z dolgimi stranskimi verigami imajo nizek zeta potencial in visoko sterično odbojnost, kar ima za posledico odlično disperzibilnost. Vendar pa lahko čezmerna stranska veriga povzroči zaplet med površinskimi stranskimi verigami razpršenih delcev, kar povzroči aglomeracijo delcev.