Študija o polieterskem makromonomeru polikarboksilnega superplastifikatorja

Ta članek na kratko analizira trenutno stanje razvoja domače industrije polieterskih makromonomerov, predstavi glavne vrste in tržno situacijo obstoječih makromonomerov polikarboksilnih superplastifikatorjev ter preučuje njihove prednosti, slabosti in smeri razvoja z vidika različnih molekularnih struktur. Poleg tega je predstavljena nova vrsta polikarboksilnega superplastifikatorskega makromonomera, etilen glikol monovinil poli(etilen glikol) eter (EPEG).

Polikarboksilni superplastifikator (PCE) predstavlja najnovejšo generacijo dodatkov betonu, pogosto imenovan tudi tretja generacija visoko zmogljivih superplastifikatorjev. V primerjavi s prejšnjo generacijo superplastifikatorjev na osnovi naftalena ponuja PCE višjo učinkovitost zmanjševanja vode in boljšo prilagodljivost cementa. Poleg tega proizvodni proces PCE ne ustvarja procesne odpadne vode ali odpadnega plina, zaradi česar je okolju prijazen material.

PCE je amfifilni polimer, ki se običajno sintetizira s kopolimerizacijo makromonomerov poli(etilen glikol) etra z dvojno vezjo na končnem koncu in monomerov nenasičene karboksilne kisline v prisotnosti iniciatorja. Med reakcijo vinilne skupine makromonomerov in monomerov tvorijo polimerno ogrodje, medtem ko polietilenglikolni segmenti makromonomerov ustvarjajo stranske verige, kot je prikazano na sliki 1.

V primerjavi s tradicionalnimi superplastifikatorji je najbolj opazna lastnost PCE njegova prilagodljiva molekularna struktura. Nenasičene dvojne vezi v končnih skupinah makromonomera s polimerizacijo tvorijo polikarboksilatno ogrodje. Funkcionalne skupine, kot sta -COO-Na in -SO3-Na, neposredno povezane s hrbtenico, omogočajo "večtočkovno sidranje" na površini cementnih delcev. Stranske verige polietilenglikola tvorijo solvatiran polimerni sloj preko vodikove vezi z molekulami vode na površini delcev cementa. Ta učinek sterične ovire razprši delce cementa in tako doseže učinek zmanjšanja vode. Zato so izboljšave PCE močno odvisne od razvoja novih makromonomerov. Strukturne inovacije v makromonomerih lahko bistveno izboljšajo proizvodni proces in učinkovitost izdelka PCE.

1. Zgodovina razvoja

Zgodnji izdelki PCE so bili na osnovi estra z metoksi poli(etilenglikol) etrom (MPEG) kot makromonomerom, kot je prikazano na sliki 2. Sintetiziranje PCE iz te vrste makromonomera je zahtevalo dva koraka: esterificiranje in polimerizacijo, zaradi česar je bil postopek zapleten. Te makromonomere na osnovi estra so postopoma nadomestili makromonomeri na osnovi etra.

Makromonomeri na osnovi etra zdaj prevladujejo na trgu. Ti makromonomeri se sintetizirajo z etoksilacijo različnih iniciatorjev molekulske strukture (nenasičenih alkoholov), kar ima za posledico poli(etilen glikol) etre s terminalnimi vinilnimi skupinami. Glede na strukturo iniciatorskih molekul lahko te makromonomere razvrstimo v tri vrste: 3-na osnovi ogljikovega alkohola (alil poli(etilenglikol) eter - APEG), 4-ogljik in {{5} }na osnovi ogljikovega alkohola (izobutenil poli(etilen glikol) eter - HPEG, izopentenil poli(etilen glikol) eter - TPEG) in 2+2 in 2+4 makromonomeri na osnovi viniletra (EPEG, VPEG), kot je prikazano na sliki 2.

2. Trenutno stanje prijave

S hitrim razvojem industrije polikarboksilnih superplastifikatorjev je tudi sektor polieterskih makromonomerov na Kitajskem močno napredoval. Tako proizvodna zmogljivost kot proizvodnja polietrskih makromonomerov sta še naprej naraščali in leta 2017 dosegli zgodovinski vrh. Tabela 1 prikazuje skupno prodajo in strukturo polietrskih makromonomerov od leta 2013 do 2017.

Kot je prikazano v tabeli 1, čeprav se je industrija polieterskih makromonomerov na Kitajskem hitro razvila, se še vedno sooča s številnimi izzivi. Po eni strani izdelki HPEG in TPEG predstavljajo večino obstoječih makromonomerov, kar ima za posledico relativno homogeno strukturo izdelka. Poleg tega je dobava iniciatorjev za makromonomere HPEG in TPEG še vedno delno odvisna od uvoza, zlasti 5-iniciatorjev z ogljikovim alkoholom, ki jih v veliki meri pridobivajo iz japonskega Kurarayja in nemškega BASF. Po drugi strani pa so stopnje delovanja obratov za proizvodnjo makromonomerov na splošno nizke, kar povzroča resne težave s presežno zmogljivostjo v industriji.