Cấu trúc phân tử của chất siêu dẻo Polycarboxylic

Cấu trúc phân tử của chất siêu dẻo polycarboxylic có các đặc điểm sau: các nhóm phân cực mạnh như nhóm carboxyl, sulfonic và polyethylene oxit được đưa vào chuỗi chính hoặc chuỗi bên, tạo cho các phân tử có cấu trúc giống như chiếc lược. Thông thường, nó thể hiện cấu trúc như trong Hình 1, trong đó công thức hóa học đại diện thực tế là sự kết hợp của một số phần nhất định, với M1 và M2 tương ứng là các ion H và kim loại kiềm; M3 đại diện cho H, ion amoni kim loại kiềm hoặc amin hữu cơ. Trong hệ thống hồ xi măng, các đại phân tử có cấu trúc chuỗi dài này tương tác với nhau thông qua chuỗi bên ưa nước và bao bọc các hạt xi măng, trong khi các nhóm kỵ nước đối mặt với dung dịch nước. Kết quả là, các phân tử siêu dẻo phân ly thành các anion lớn trong nước hấp phụ lên bề mặt các hạt xi măng, làm giảm năng lượng bề mặt của chúng. Điều này tạo ra một điện trường mạnh trên bề mặt các hạt xi măng, làm tăng giá trị tuyệt đối của thế zeta, từ đó tạo ra lực đẩy tĩnh điện mạnh giữa các hạt, cản trở hoặc phá vỡ sự hình thành cấu trúc kết dính của gel xi măng, dẫn đến hiện tượng tăng tương đối lượng nước tự do và tạo ra hiệu ứng phân tán. Ngoài ra, lớp hấp phụ của polyme cao tạo ra các rào cản không gian đối với sự kết tụ của các hạt.

Từ hình vẽ, có thể thấy rằng cấu trúc hóa học của chất siêu dẻo polycarboxylic thuộc loại chuỗi bên kỵ nước-xương sống ưa nước. Nó được đặc trưng bởi có chuỗi bên anion carboxylate ở đầu chuỗi chính và chuỗi bên không ion ở giữa. Trong cùng một đại phân tử, có cả chuỗi bên anion và không ion, làm cho nó trở thành một loại phụ gia ion hỗn hợp điển hình với nhiều tính chất vật lý và hóa học khác nhau. Tính kỵ nước của các nhóm kỵ nước khác nhau có thể được xếp hạng như sau: ankan béo Lớn hơn hoặc bằng xycloalkan > hydrocacbon thơm béo > hydrocacbon thơm > hydrocacbon có nhóm ưa nước yếu. Khi các nhóm kỵ nước là các ankan béo, sự gia tăng số lượng nguyên tử carbon trong chuỗi chính kỵ nước giúp tăng cường khả năng giảm sức căng bề mặt của nước. Đối với các nhóm ưa nước, hiệu suất của chất siêu dẻo chủ yếu bị ảnh hưởng bởi thể tích, vị trí tương đối và số lượng của chúng: kích thước của các nhóm ưa nước ảnh hưởng đến diện tích chiếm giữ của các phân tử siêu dẻo trong lớp hấp phụ, do đó ảnh hưởng đến khả năng giảm sức căng bề mặt. . Khi các nhóm ưa nước nằm ở cuối chuỗi carbon, chúng sẽ giảm sức căng bề mặt hiệu quả hơn, trong khi số lượng nhóm ưa nước lớn hơn sẽ dẫn đến hiệu suất phân tán tốt hơn. Hơn nữa, chiều dài và số lượng chuỗi bên ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất giảm nước của chất siêu dẻo. Khi có nhiều chuỗi bên dài, chúng sẽ mở rộng ra trong không gian, tạo ra lực cản không gian ngăn cản sự tiếp xúc giữa các hạt xi măng một cách hiệu quả. Ngược lại, khi có nhiều chuỗi bên ngắn thì tốc độ hấp phụ của chúng cao hơn.

Điều này có thể được hiểu như sau: dựa trên cấu trúc giống như chiếc lược của chuỗi axit cacboxylic, thêm một chuỗi bên chứa nhóm axit sulfonic, thu được thông qua quá trình đồng trùng hợp bậc ba của các hydrocacbon không bão hòa chứa nhóm cacboxyl và axit sulfonic và không bão hòa. hiđrocacbon chứa liên kết ete, este hoặc amit. Axit sulfonic và cacboxylic nằm trên một chuỗi bên, trong khi các liên kết ete, este hoặc amit nằm trên một chuỗi bên khác, tất cả đều góp phần tạo nên một đơn vị cấu trúc. Chuỗi chính là chuỗi carbon-carbon và chuỗi bên chứa nhóm axit sulfonic cũng có thể là chuỗi carbon-carbon hoặc vòng benzen. Nhóm sulfonate của chuỗi bên và nhóm carboxylate tồn tại dưới dạng các phân đoạn anion, với các anion nằm ở cuối chuỗi bên. Nhóm cacboxyl tồn tại dưới dạng axit là nhóm quan trọng để tạo liên kết hydro. Các nhóm chức năng không chiếm ưu thế có khả năng hình thành liên kết hydro tồn tại dưới dạng liên kết ether, este hoặc amide và tạo thành các phân đoạn không ion. Sự cùng tồn tại của các nhóm anion và không ion trong cùng một phân tử dẫn đến chất phụ gia loại ion hỗn hợp có khả năng thích ứng cao. Trong số các nhóm chức năng này, COOH và SO₃H thể hiện các đặc tính độc đáo của chất siêu dẻo polycarboxylic và đóng vai trò chủ đạo trong quá trình ứng dụng: vai trò chính của SO₃H là mang lại độ phân tán cao và đạt được tốc độ khử nước cao, từ đó dẫn đến làm chậm và duy trì tính sụt giảm; vai trò chính của COOH là phân tán hiệu quả các hạt xi măng và làm chậm phản ứng hydrat hóa của xi măng. Ngoài ra, các nhóm chức năng như nhóm amide và carboxyl có thể trải qua quá trình thủy phân trong môi trường kiềm, giải phóng các sản phẩm thủy phân có trọng lượng phân tử thấp hơn có tác dụng khử nước, do đó đạt được hiệu quả phân tán mong muốn. Những đặc điểm cấu trúc này của các phân tử mang lại cho chất siêu dẻo polycarboxylic khả năng hấp phụ-phân tán cũng như các đặc tính làm ướt và bôi trơn.