Οι τεχνικοί της Borida αναλύουν τον μηχανισμό δράσης και την αρχή παρασκευής του υπερρευστοποιητή πολυκαρβοξυλικού οξέος

Γνωρίζουμε ότι η εφαρμογή πολυκαρβοξυλικών υπερρευστοποιητών στη μηχανική σκυροδέματος γίνεται ολοένα και πιο διαδεδομένη. Σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς υπερρευστοποιητές όπως το σουλφονικό ναφθαλίνιο και τα συμπυκνώματα σουλφονωμένης μελαμινοφορμαλδεΰδης, οι πολυκαρβοξυλικοί υπερρευστοποιητές μπορούν να παρέχουν υψηλή διασπορά, ρευστότητα και σταθερότητα στο διασπαρμένο σύστημα σκυροδέματος σε χαμηλές δόσεις, αποτρέποντας την απώλεια καθίζησης. Επιπλέον, η αυξανόμενη τιμή της βιομηχανικής ναφθαλίνης, ο μακρύς κύκλος παραγωγής υπερρευστοποιητών με βάση τη ναφθαλίνη και η σοβαρή περιβαλλοντική ρύπανση καθιστούν επιτακτική την εφαρμογή υπερρευστοποιητών με βάση πολυκαρβοξυλικά. Γνωρίζετε όμως τον μηχανισμό δράσης και τις αρχές παρασκευής των πολυκαρβοξυλικών υπερρευστοποιητών;

Υπάρχουν σχετικά λίγες ολοκληρωμένες ανασκοπήσεις σχετικά με την πρόοδο της έρευνας των πολυκαρβοξυλικών υπερρευστοποιητών, ιδιαίτερα όσον αφορά τις αρχές παρασκευής τους, τον μηχανισμό δράσης και τις σχετικές πτυχές. Ως εκ τούτου, η Borida καλεί τους ειδικούς να υποβάλουν μια επισκόπηση της προόδου της έρευνας σχετικά με τις αρχές παρασκευής, τον μηχανισμό δράσης και τις μελλοντικές προοπτικές των πολυκαρβοξυλικών υπερρευστοποιητών.

1. Αρχές Παρασκευής Πολυκαρβοξυλικών Υπερρευστοποιητών

Οι υπερρευστοποιητές υψηλής απόδοσης με βάση πολυκαρβοξυλικά είναι μακρομοριακές ενώσεις με σουλφονικές ομάδες, καρβοξυλικές ομάδες, αμινομάδες και πλευρικές αλυσίδες πολυοξυαιθυλενίου. Συντίθενται σε υδατικό διάλυμα με συμπολυμερισμό ελεύθερων ριζών, σχηματίζοντας ένα τασιενεργό υψηλού μοριακού βάρους σε σχήμα χτένας.

Κύριες πρώτες ύλες: μεθακρυλικό οξύ, ακρυλικό οξύ, ακρυλικός αιθυλεστέρας, ακρυλικός υδροξυαιθυλεστέρας, αλλυλοσουλφονικό νάτριο, μεθακρυλικός μεθυλεστέρας, μεθοξυπολυαιθυλενογλυκόλη μεθακρυλική, αιθοξυλιωμένη ακρυλική πολυαιθυλενογλυκόλη, αλλυλαιθέρας, κ.λπ. χρησιμοποιείται αζοβισισοβουτυρονιτρίλιο. Οι παράγοντες μεταφοράς αλυσίδας περιλαμβάνουν 3-μερκαπτοπροπιονικό οξύ, μερκαπτοοξικό οξύ και ισοπροπανόλη.

Μέθοδος σύνθεσης: Σε δοχείο αντίδρασης εξοπλισμένο με μηχανικό αναδευτήρα, θερμόμετρο και συσκευή ρίψης, το διάλυμα μονομερούς, το διάλυμα εκκινητή και το διάλυμα του παράγοντα μεταφοράς αλυσίδας προστίθενται στάγδην. Κατά την επιλογή των μονομερών πολυμερισμού, οι αναλογίες αντιδραστικότητας συμπολυμερισμού θα πρέπει να λαμβάνονται πλήρως υπόψη. Η θερμοκρασία της αντίδρασης εξαρτάται από τον τύπο των μονομερών που χρησιμοποιούνται και γενικά κυμαίνεται στο εύρος των 0-60 βαθμών . Το διάλυμα μονομερούς προστίθεται στάγδην σε διάστημα 1-2 ωρών, ακολουθούμενο από μια επιπλέον αντίδραση 1- ώρας σε σταθερή θερμοκρασία. Μετά την προσθήκη νερού για εξουδετέρωση, το προϊόν αποβάλλεται.

2. Μηχανισμός Δράσης Πολυκαρβοξυλικών Υπερρευστοποιητών

Οι υπερρευστοποιητές υψηλής απόδοσης με βάση πολυκαρβοξυλικά είναι ένας νέος τύπος υπερρευστοποιητή με πολλά εξαιρετικά πλεονεκτήματα, αν και ο ακριβής μηχανισμός δράσης τους δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητός. Εδώ είναι μερικές προοπτικές:

Επιβραδυντικό αποτέλεσμα: Η καρβοξυλική ομάδα δρα ως επιβραδυντικό συστατικό, σχηματίζοντας σύμπλοκα με ιόντα Ca2+ (R-COO-–Ca2+), μειώνοντας τη συγκέντρωση των ιόντων Ca2+ στο διάλυμα, καθυστερώντας την κρυστάλλωση του Ca(OH)2, μειώνοντας το σχηματισμό Το CHS πηκτώνει και έτσι καθυστερεί την ενυδάτωση του τσιμέντου.

Συγγένεια πολικών ομάδων: Οι ομάδες καρβοξυλίου (-COOH), υδροξυλίου (-ΟΗ), αμινο (-NH2) και πολυοξυαλκυλενίου (-OR)n έχουν ισχυρές συγγένειες με το νερό. Μέσω επιφανειοδραστικών επιδράσεων όπως η προσρόφηση, η διασπορά, η διαβροχή και η λίπανση, παρέχουν ικανότητα διασποράς και ρευστότητα στα σωματίδια τσιμέντου. Μειώνοντας την αντίσταση τριβής μεταξύ σωματιδίων τσιμέντου και μειώνοντας την ελεύθερη ενέργεια στη διεπιφάνεια τσιμέντου-νερού, ενισχύουν την εργασιμότητα του φρέσκου σκυροδέματος. Ταυτόχρονα, πολυκαρβοξυλικές ενώσεις προσροφούνται στην επιφάνεια των σωματιδίων του τσιμέντου, μεταδίδοντας αρνητικά φορτία μέσω καρβοξυλικών ιόντων. Αυτό προκαλεί ηλεκτροστατική απώθηση μεταξύ των σωματιδίων, αποτρέποντας την τάση για κροκίδωση της πάστας τσιμέντου (θεωρία DLVO) και αυξάνοντας την περιοχή επαφής μεταξύ τσιμέντου και νερού, προάγοντας την πλήρη ενυδάτωση του τσιμέντου. Κατά τη διασπορά των σωματιδίων τσιμέντου, απελευθερώνεται νερό που έχει παγιδευτεί μέσα στα συσσωματώματα, βελτιώνοντας την εργασιμότητα και μειώνοντας την ποσότητα του νερού ανάμιξης που απαιτείται.

Στερική επίδραση παρεμπόδισης: Τα μόρια πολυκαρβοξυλικού απορροφώνται στην επιφάνεια των σωματιδίων τσιμέντου σε σχήμα χτένας, σχηματίζοντας ένα στρώμα προσρόφησης στην επιφάνεια του υλικού γέλης. Όταν τα στρώματα προσρόφησης πολυμερούς στα σωματίδια τσιμέντου πλησιάζουν το ένα το άλλο, η στερεοχημική παρεμπόδιση μεταξύ των αλυσίδων πολυμερούς εμποδίζει τα σωματίδια να συσσωρεύονται. Αυτός είναι ένας από τους βασικούς λόγους για τους οποίους οι πολυκαρβοξυλικοί υπερρευστοποιητές έχουν ανώτερη ικανότητα διασποράς σε σύγκριση με άλλα συστήματα.

Δυναμικό ζήτα και διατήρηση διασποράς: Ο μηχανισμός συγκράτησης της διασποράς των υπερρευστοποιητών υψηλής απόδοσης με βάση πολυκαρβοξυλικά μπορεί να γίνει κατανοητός παρατηρώντας τη σχέση μεταξύ του χρόνου ανάμιξης και του δυναμικού ζήτα στον τσιμεντοπολτό. Γενικά, το σκυρόδεμα με υπερρευστοποιητές υψηλής απόδοσης με βάση τη ναφθαλίνη ή τη μελαμίνη παρουσιάζει σημαντική απώλεια καθίζησης μετά από 60 λεπτά, ενώ το σκυρόδεμα που περιέχει πολυκαρβοξυλικούς υπερρευστοποιητές παρουσιάζει λιγότερη απώλεια καθίζησης. Αυτή η διαφορά προκύπτει επειδή το μοντέλο προσρόφησης μεταξύ του υπερρευστοποιητή και των σωματιδίων τσιμέντου ποικίλλει. Η αλληλεπίδραση μεταξύ του στρώματος προσρόφησης υψηλού μοριακού βάρους και των σωματιδίων τσιμέντου έχει ως αποτέλεσμα τόσο στερική όσο και ηλεκτροστατική απώθηση, με μικρή αλλαγή στο δυναμικό ζήτα.

Η έρευνα σχετικά με τον μηχανισμό της διασποράς του τσιμέντου υποδηλώνει ότι η θεωρία DLVO, η οποία εξηγεί τη διασπορά με ιοντική απώθηση, συχνά αποτυγχάνει να ταιριάζει με τα πειραματικά αποτελέσματα. Το φαινόμενο στερεοχημικής παρεμπόδισης εξηγεί με επιτυχία τη δράση διασποράς των πολυκαρβοξυλικών υπερρευστοποιητών στο τσιμέντο. Το πολυμερές προσροφάται στην επιφάνεια των σωματιδίων τσιμέντου, με τις πλευρικές αλυσίδες να εκτείνονται μέσα στο διάλυμα. Αυτές οι πλευρικές αλυσίδες δημιουργούν στερεικό εμπόδιο, εμποδίζοντας τα σωματίδια να έρθουν σε στενή επαφή, διασφαλίζοντας έτσι τη διασπορά και τη σταθερότητά τους. Αυτός ο μηχανισμός είναι ευρέως αποδεκτός σήμερα. Τα πολυμερή με μακριές πλευρικές αλυσίδες παρουσιάζουν χαμηλό δυναμικό ζήτα και υψηλή στερική απώθηση, με αποτέλεσμα εξαιρετική διασπορά. Ωστόσο, το υπερβολικό μήκος πλευρικής αλυσίδας μπορεί να προκαλέσει εμπλοκή μεταξύ επιφανειακών πλευρικών αλυσίδων διασκορπισμένων σωματιδίων, οδηγώντας σε συσσωμάτωση σωματιδίων.