Kỹ thuật viên Borida phân tích cơ chế hoạt động và nguyên lý điều chế của chất siêu dẻo axit Polycarboxylic

Chúng tôi biết rằng việc ứng dụng chất siêu dẻo polycarboxylate trong kỹ thuật bê tông ngày càng trở nên phổ biến. So với các chất siêu dẻo truyền thống như chất ngưng tụ naphthalene sulfonate và sulfonated melamine formaldehyde, chất siêu dẻo polycarboxylate có thể mang lại độ phân tán, tính lưu động và độ ổn định cao cho hệ thống phân tán của bê tông ở liều lượng thấp, ngăn ngừa mất độ sụt. Ngoài ra, giá naphthalene công nghiệp ngày càng tăng, chu kỳ sản xuất dài của chất siêu dẻo gốc naphtalene và tình trạng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng khiến việc ứng dụng chất siêu dẻo gốc polycarboxylate trở nên cấp thiết. Nhưng bạn có biết cơ chế hoạt động và nguyên lý điều chế của chất siêu dẻo polycarboxylate không?

Có tương đối ít đánh giá toàn diện về tiến độ nghiên cứu chất siêu dẻo polycarboxylate, đặc biệt về nguyên tắc điều chế, cơ chế hoạt động và các khía cạnh liên quan. Do đó, Borida mời các chuyên gia đưa ra đánh giá về tiến trình nghiên cứu liên quan đến nguyên tắc điều chế, cơ chế hoạt động và triển vọng tương lai của chất siêu dẻo polycarboxylate.

1. Nguyên tắc điều chế chất siêu dẻo Polycarboxylate

Chất siêu dẻo hiệu suất cao dựa trên polycarboxylate là các hợp chất cao phân tử với các nhóm sulfonic, nhóm carboxyl, nhóm amino và chuỗi bên polyoxyethylene. Chúng được tổng hợp trong dung dịch nước bằng quá trình đồng trùng hợp gốc tự do, tạo thành chất hoạt động bề mặt có trọng lượng phân tử cao hình chiếc lược.

Nguyên liệu chính: axit methacrylic, axit acrylic, ethyl acrylate, hydroxyethyl acrylate, natri allylsulfonate, metyl methacrylate, methoxypolyethylene glycol methacrylate, ethoxylated polyethylene glycol acrylate, allyl ether, v.v. Trong quá trình trùng hợp, các chất khởi đầu như persulfates tan trong nước, benzoyl peroxide và azobisisobutyronitrile là đã sử dụng. Các chất chuyển chuỗi bao gồm 3-axit mercaptopropionic, axit mercaptoacetic và isopropanol.

Phương pháp tổng hợp: Trong bình phản ứng được trang bị máy khuấy cơ học, nhiệt kế và thiết bị nhỏ giọt, dung dịch monome, dung dịch chất khơi mào và dung dịch chất chuyển chuỗi được thêm từng giọt. Khi chọn các monome trùng hợp, cần xem xét đầy đủ tỷ lệ phản ứng đồng trùng hợp. Nhiệt độ phản ứng phụ thuộc vào loại monome được sử dụng và thường nằm trong khoảng 0-60 độ . Dung dịch monome được thêm từng giọt trong 1-2 giờ, sau đó là phản ứng thêm 1- giờ ở nhiệt độ không đổi. Sau khi thêm nước để trung hòa, sản phẩm được thải ra.

2. Cơ chế hoạt động của chất siêu dẻo Polycarboxylate

Chất siêu dẻo hiệu suất cao gốc Polycarboxylate là một loại chất siêu dẻo mới với nhiều ưu điểm vượt trội, mặc dù cơ chế hoạt động chính xác của chúng vẫn chưa được hiểu đầy đủ. Dưới đây là một số quan điểm:

Hiệu ứng làm chậm: Nhóm cacboxyl đóng vai trò là thành phần làm chậm lại, tạo thành phức chất với các ion Ca2⁺ (R-COO⁻–Ca2⁺), làm giảm nồng độ ion Ca2⁺ trong dung dịch, làm chậm quá trình kết tinh của Ca(OH)₂, làm giảm sự hình thành gel CHS và do đó làm chậm quá trình thủy hóa xi măng.

Mối quan hệ nhóm cực: Các nhóm carboxyl (-COOH), hydroxyl (-OH), amino (-NH₂) và polyoxyalkylene (-OR)n có ái lực mạnh với nước. Thông qua các hiệu ứng hoạt động bề mặt như hấp phụ, phân tán, làm ướt và bôi trơn, chúng mang lại khả năng phân tán và tính lưu động cho các hạt xi măng. Bằng cách giảm lực cản ma sát giữa các hạt xi măng và giảm năng lượng tự do ở bề mặt tiếp xúc xi măng-nước, chúng nâng cao khả năng làm việc của bê tông tươi. Đồng thời, các hợp chất polycarboxylate hấp phụ trên bề mặt các hạt xi măng, truyền điện tích âm thông qua các ion carboxylate. Điều này tạo ra lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt, ngăn chặn xu hướng keo xi măng kết tụ (lý thuyết DLVO) và tăng diện tích tiếp xúc giữa xi măng và nước, thúc đẩy quá trình hydrat hóa hoàn toàn của xi măng. Trong quá trình phân tán các hạt xi măng, nước bị giữ lại trong các chất kết tụ được giải phóng, cải thiện khả năng làm việc và giảm lượng nước trộn cần thiết.

Hiệu ứng cản trở không gian: Các phân tử Polycarboxylate hấp phụ trên bề mặt các hạt xi măng theo cấu hình hình lược, tạo thành lớp hấp phụ trên bề mặt vật liệu gel. Khi các lớp hấp phụ polyme trên các hạt xi măng tiếp cận nhau, lực cản không gian giữa các chuỗi polyme sẽ ngăn cản các hạt kết tụ lại. Đây là một trong những lý do chính tại sao chất siêu dẻo polycarboxylate có khả năng phân tán vượt trội so với các hệ thống khác.

Khả năng duy trì thế Zeta và độ phân tán: Cơ chế duy trì sự phân tán của chất siêu dẻo hiệu suất cao gốc polycarboxylate có thể được hiểu bằng cách quan sát mối quan hệ giữa thời gian trộn và thế năng zeta trong hồ xi măng. Nói chung, bê tông có chất siêu dẻo hiệu suất cao gốc naphthalene hoặc melamine cho thấy độ sụt giảm đáng kể sau 60 phút, trong khi bê tông chứa chất siêu dẻo polycarboxylate có độ sụt ít hơn. Sự khác biệt này phát sinh do mô hình hấp phụ giữa chất siêu dẻo và hạt xi măng khác nhau. Sự tương tác giữa lớp hấp phụ có trọng lượng phân tử cao và các hạt xi măng dẫn đến lực đẩy tĩnh điện và lực đẩy không gian, với rất ít thay đổi về thế zeta.

Nghiên cứu về cơ chế phân tán xi măng cho thấy lý thuyết DLVO, giải thích sự phân tán bằng lực đẩy ion, thường không phù hợp với kết quả thực nghiệm. Hiệu ứng cản trở không gian giải thích thành công tác dụng phân tán của chất siêu dẻo polycarboxylate trên xi măng. Polyme hấp phụ trên bề mặt các hạt xi măng, với các chuỗi bên kéo dài vào dung dịch. Các chuỗi bên này tạo ra lực cản không gian, ngăn các hạt tiếp xúc gần, do đó đảm bảo sự phân tán và ổn định của chúng. Cơ chế này ngày nay được chấp nhận rộng rãi. Các polyme có chuỗi bên dài thể hiện thế zeta thấp và lực đẩy không gian cao, dẫn đến khả năng phân tán tuyệt vời. Tuy nhiên, chiều dài chuỗi bên quá mức có thể gây ra sự vướng víu giữa các chuỗi bên bề mặt của các hạt phân tán, dẫn đến sự kết tụ hạt.