Molekularna struktura polikarboksilnega superplastifikatorja

Molekularna struktura polikarboksilnih superplastifikatorjev ima naslednje značilnosti: močne polarne skupine, kot so karboksilne, sulfonske in polietilenoksidne skupine, so uvedene v glavne ali stranske verige, kar daje molekulam strukturo, podobno glavniku. Običajno ima strukturo, prikazano na sliki 1, kjer je dejanska reprezentativna kemijska formula kombinacija določenih delov, pri čemer M1 in M2 predstavljata H oziroma ione alkalijskih kovin; M3 predstavlja H, amonijeve ione alkalijskih kovin ali organske amine. V sistemu cementne paste te dolgoverižne strukturirane makromolekule medsebojno delujejo prek hidrofilnih stranskih verig in inkapsulirajo delce cementa, medtem ko so hidrofobne skupine obrnjene proti vodni raztopini. Kot rezultat, molekule superplastifikatorja disociirajo v velike anione v vodi, ki se adsorbirajo na površini cementnih delcev, kar zmanjša njihovo površinsko energijo. To ustvari močno električno polje na površini delcev cementa, s čimer se poveča absolutna vrednost zeta potenciala, s čimer se ustvari močan elektrostatični odboj med delci, ki ovira ali moti tvorbo kohezivne strukture cementnega gela, kar vodi do relativno povečanje količine proste vode in ustvarjanje disperzijskega učinka. Poleg tega adsorpcijski sloj polimerov z visoko vsebnostjo ustvarja prostorske ovire za agregacijo delcev.

Iz slike je razvidno, da je kemijska struktura polikarboksilnih superplastifikatorjev tipa hidrofilna hrbtenica-hidrofobna stranska veriga. Zanj je značilno, da ima karboksilatne anionske stranske verige na koncu glavne verige in neionske stranske verige na sredini. Znotraj iste makromolekule so anionske in neionske stranske verige, zaradi česar je tipičen mešani ionski dodatek z različnimi fizikalnimi in kemijskimi lastnostmi. Hidrofobnost različnih hidrofobnih skupin lahko razvrstimo na naslednji način: alifatski alkani Večji ali enaki cikloalkanom > alifatski aromatski ogljikovodiki > aromatski ogljikovodiki > ogljikovodiki s šibkimi hidrofilnimi skupinami. Kadar so hidrofobne skupine alifatski alkani, povečanje števila ogljikovih atomov v hidrofobni glavni verigi poveča sposobnost zmanjšanja površinske napetosti vode. Pri hidrofilnih skupinah na delovanje superplastifikatorja vplivajo predvsem njihov volumen, relativni položaj in količina: velikost hidrofilnih skupin vpliva na površino, ki jo zasedajo molekule superplastifikatorja v adsorpcijski plasti, s čimer vpliva na sposobnost zmanjšanja površinske napetosti. . Ko se hidrofilne skupine nahajajo na koncu ogljikove verige, so bolj učinkovite pri zmanjševanju površinske napetosti, medtem ko večje število hidrofilnih skupin vodi do boljše disperzivne učinkovitosti. Poleg tega dolžina in količina stranskih verig pomembno vplivata na učinkovitost superplastifikatorja pri zmanjševanju vode. Ko je dolgih stranskih verig veliko, se te raztezajo v prostoru in ustvarjajo sterične ovire, ki učinkovito preprečujejo stik med delci cementa. Nasprotno, kadar je veliko kratkih stranskih verig, je njihova stopnja adsorpcije večja.

To lahko razumemo na naslednji način: na podlagi česaste strukture niza karboksilne kisline je vključena dodatna stranska veriga, ki vsebuje skupino sulfonske kisline, ki je pridobljena s trojno kopolimerizacijo nenasičenih ogljikovodikov, ki vsebujejo skupine karboksilne in sulfonske kisline ter nenasičene ogljikovodiki, ki vsebujejo etrske, estrske ali amidne vezi. Sulfonske in karboksilne kisline se nahajajo na eni stranski verigi, medtem ko so etrske, estrske ali amidne vezi na drugi stranski verigi, vse pa prispevajo k strukturni enoti. Glavna veriga je veriga ogljik-ogljik, stranska veriga, ki vsebuje skupino sulfonske kisline, pa je lahko tudi veriga ogljik-ogljik ali benzenov obroč. Sulfonatna skupina stranske verige in karboksilatna skupina obstajata kot anionski segmenti z anioni, ki se nahajajo na koncu stranskih verig. Karboksilna skupina, ki obstaja kot kislina, je pomembna skupina za vodikovo vez. Nedominantne funkcionalne skupine, ki lahko tvorijo vodikove vezi, obstajajo v obliki etrskih, estrskih ali amidnih vezi in tvorijo neionske segmente. Soobstoj anionskih in neionskih skupin znotraj iste molekule ima za posledico zelo prilagodljiv aditiv mešanega ionskega tipa. Med temi funkcionalnimi skupinami imata COOH in SO₃H edinstvene lastnosti v polikarboksilnih superplastifikatorjih in imata prevladujočo vlogo med nanosom: primarna vloga SO3H je zagotoviti visoko disperzijo in doseči visoko stopnjo zmanjšanja vode, kar posledično vodi do upočasnitve in vzdrževanja padec; primarna vloga COOH je učinkovito razpršitev delcev cementa in upočasnitev reakcije hidratacije cementa. Poleg tega lahko funkcionalne skupine, kot so amidne in karboksilne skupine, hidrolizirajo v alkalnih okoljih, pri čemer se sprostijo produkti hidrolize z nižjo molekulsko maso, ki imajo učinke zmanjšanja vode, s čimer se doseže želeni disperzijski učinek. Te strukturne značilnosti molekul dajejo polikarboksilnim superplastifikatorjem adsorpcijsko-disperzijsko delovanje ter lastnosti vlaženja in mazanja.