Tính chất, ứng dụng và công nghệ sản xuất chất siêu dẻo axit polycarboxylic

Chất siêu dẻo axit polycarboxylic là một loại polymer bao gồm monome không bão hòa chứa nhóm carboxyl và monome không bão hòa chứa nhóm chức khác. Nó có thể làm cho bê tông có hiệu suất tuyệt vời trong việc giảm nước, chống sập và bảo vệ môi trường. Chất khử nước hiệu suất cao axit polycarboxylic hàm lượng thấp, tốc độ giảm nước cao, cấu trúc hóa học phân tử có thể kiểm soát, độ phân tán tốt, bảo vệ môi trường xanh, khả năng thích ứng mạnh mẽ và các ưu điểm khác, được rất nhiều học giả và chuyên gia chú ý và nghiên cứu, được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau của xây dựng kỹ thuật, do đó trở thành xu hướng phát triển trong tương lai của phụ gia bê tông. Việc nghiên cứu chất siêu dẻo axit polycarboxylic là một yêu cầu tất yếu trong lĩnh vực bê tông.

Trong bùn xi măng, cơ chế phân tán của chất siêu dẻo axit polycarboxylic thường được cho là vai trò chính của lực cản không gian, lực đẩy tĩnh điện là vai trò thứ yếu, ngoài ra, phức hợp ion canxi và bôi trơn màng hydrat hóa cũng đóng một vai trò quan trọng. Khi các phân tử siêu dẻo axit polycarboxylic lần đầu tiên tiếp xúc với các hạt xi măng, chuỗi chính tích điện âm của các phân tử siêu dẻo axit polycarboxylic có thể được hấp phụ trên bề mặt của các hạt xi măng tích điện dương, nghĩa là xảy ra hiện tượng "neo", trong khi chuỗi dài Chuỗi bên của các phân tử siêu dẻo axit polycarboxylic trải dài trong pha chất lỏng cơ thể của vữa xi măng, tạo thành lớp hấp phụ có độ dày cố định. Đồng thời, chuỗi bên dài của các phân tử siêu dẻo axit polycarboxylic kéo dài trong chất lỏng cơ thể của vữa xi măng có thể tạo thành cấu trúc ba chiều và chéo. Khi các hạt xi măng di chuyển về phía nhau, lớp hấp phụ chồng lên nhau và phạm vi chồng lấp càng lớn thì hiệu ứng đẩy giữa các hạt xi măng càng lớn, do đó cải thiện sự phân tán của các hạt xi măng. Các nghiên cứu liên quan cho thấy lớp hấp phụ phân tử của chất siêu dẻo axit polycarboxylic hình thành trên bề mặt hạt xi măng càng dày thì càng có lợi cho việc cải thiện sự phân tán của hạt xi măng. Do đó, lực cản không gian đóng vai trò quan trọng trong cơ chế phân tán của chất siêu dẻo axit polycarboxylic.

FIG. 1 shows the steric hindrance of polycarboxylic acid superplasticizer. Electrostatic repulsion theory polycarboxylic acid superplasticizer molecules contain anionic groups (such as sulfonic acid and carboxylic acid radicals, etc.), and in the early hydration process of cement, the surface of cement particles contains positive charges, so anionic polycarboxylic acid superplasticizer molecules adsorbed to the surface of positively charged cement particles. Some polar groups of polycarboxylic acid superplasticizer molecules adsorbed on the surface of cement particles are in the liquid phase. At the same time, after ionization, the hydrophilic groups adsorbed on the surface of cement particles contain the same electrical charge, forming a double electric layer. According to the relevant research results, the electrostatic repulsion force is in the order from large to small: -- SO3-> -- COO-> -- O->-- ôi. Sự tạo phức của các ion canxi được thể hiện trong Hình 2 dưới dạng sơ đồ về cơ chế tạo phức của các ion canxi. Như trên hình vẽ, ion canxi trong vữa xi măng có thể tương tác với các gốc axit cacboxylic trong phân tử siêu dẻo axit polycarboxylic để tạo thành phức hợp canxi, làm giảm nồng độ ion canxi trong pha lỏng, giảm sự hình thành các hạt gel CHS, do đó làm chậm quá trình hình thành tốc độ hydrat hóa của xi măng, ức chế quá trình hydrat hóa xi măng và cải thiện hiệu suất phân tán của các hạt xi măng. Hàm lượng ion axit cacboxylic trong chất siêu dẻo axit polycarboxylic càng lớn, nghĩa là mật độ điện tích anion càng lớn thì đặc tính phân tán của các hạt xi măng càng tốt.

QUẢ SUNG. 2 cho thấy tác dụng tĩnh điện của chất siêu dẻo axit polycarboxylic. Cấu trúc phân tử của chất siêu dẻo axit polycarboxylic bôi trơn có chứa các nhóm carboxyl, axit sulfonic và ether, và khả năng ưa nước của nó rất mạnh. Khi thêm chất siêu dẻo axit polycarboxylic vào vữa xi măng, nhóm axit cacboxylic tích điện âm và nhóm axit sulfonic được hấp phụ định hướng trên bề mặt các hạt xi măng. Các nhóm cực trong phân tử siêu dẻo axit polycarboxylic liên kết với các phân tử nước tạo thành liên kết hydro và lực liên kết hydro mạnh hơn lực van der Waals hình thành giữa các phân tử siêu dẻo axit polycarboxylic và các hạt xi măng, do đó, ba chiều ổn định , và độ bền nhất định của màng nước dung môi được hình thành (như trong Hình 3). Khả năng tiếp xúc trực tiếp giữa các hạt xi măng bị giảm bởi lớp màng hòa tan này, nghĩa là màng hydrat hóa đóng vai trò bôi trơn giữa các hạt xi măng và phá hủy sự ngưng tụ của các hạt xi măng, được chứng minh là cải thiện hiệu suất dòng chảy của vữa xi măng.

QUẢ SUNG. Hình 3 cho thấy tác dụng bôi trơn của chất siêu dẻo axit polycarboxylic. Hiện nay, ba phương pháp sau đây thường được sử dụng để điều chế chất khử nước hiệu suất cao axit polycarboxylic. (1) Phương pháp đồng trùng hợp trực tiếp monome có thể polyme hóa Phương pháp đầu tiên phản ứng monome axit cacboxylic không bão hòa với (methoxy) polyetylen glycol để điều chế monome lớn không bão hòa có thể polyme hóa, sau đó đồng trùng hợp nó với monome phân tử nhỏ không bão hòa để điều chế chất khử nước hiệu suất cao của axit polycarboxylic. (2) Phương pháp chức năng hóa sau polyme hóa Phương pháp này nhằm biến đổi polyme hiện có. Đầu tiên, axit polycarboxylic được điều chế bằng phương pháp đồng trùng hợp hóa học hoặc đồng trùng hợp của monome axit cacboxylic không bão hòa trong dung dịch; Thứ hai, dưới tác dụng của chất xúc tác, axit polycarboxylic đã chuẩn bị và polyete (monomethyl) được ghép vào chuỗi chính của axit polycarboxylic thông qua phản ứng ngưng tụ. (3) Phương pháp trùng hợp và ghép tại chỗ Phương pháp này là để thực hiện phản ứng trùng hợp chuỗi chính và phản ứng nhánh liên kết bên cùng một lúc, mục đích chính là cải thiện những thiếu sót của phương pháp chức năng hóa sau trùng hợp. Chất siêu dẻo axit polycarboxylic được điều chế với benzoyl peroxide (BPO) và azodiisobutyronitrile (AIBN) làm chất khởi đầu và polyether làm môi trường phản ứng.