Молекулярная структура поликарбонового суперпластификатора

Молекулярная структура поликарбоксильных суперпластификаторов имеет следующие особенности: сильные полярные группы, такие как карбоксильные, сульфоновые и полиэтиленоксидные группы, вводятся в основную или боковые цепи, придавая молекулам гребенчатую структуру. Обычно он имеет структуру, показанную на рисунке 1, где фактическая репрезентативная химическая формула представляет собой комбинацию определенных частей, где M1 и M2 представляют собой ионы H и щелочных металлов соответственно; M3 представляет собой H, ионы аммония щелочных металлов или органические амины. В системе цементного теста эти макромолекулы с длинной цепью взаимодействуют друг с другом через гидрофильные боковые цепи и инкапсулируют частицы цемента, в то время как гидрофобные группы обращены к водному раствору. В результате молекулы суперпластификатора диссоциируют в воде на крупные анионы, которые адсорбируются на поверхности частиц цемента, снижая их поверхностную энергию. Это создает сильное электрическое поле на поверхности частиц цемента, увеличивая абсолютное значение дзета-потенциала, тем самым создавая сильное электростатическое отталкивание между частицами, что препятствует или нарушает образование когезионной структуры цементного геля, приводя к относительное увеличение количества свободной воды и получение дисперсионного эффекта. Кроме того, адсорбционный слой из высокомолекулярных полимеров создает пространственные барьеры для агрегации частиц.

Из рисунка видно, что химическая структура поликарбоновых суперпластификаторов относится к типу гидрофильная основная цепь-гидрофобная боковая цепь. Он характеризуется наличием карбоксилатных анионных боковых цепей на конце основной цепи и неионных боковых цепей в середине. Внутри одной и той же макромолекулы имеются как анионные, так и неионные боковые цепи, что делает ее типичной добавкой смешанного ионного типа с различными физическими и химическими свойствами. Гидрофобность различных гидрофобных групп можно ранжировать следующим образом: алифатические алканы, превышающие или равные циклоалканам > алифатические ароматические углеводороды > ароматические углеводороды > углеводороды со слабыми гидрофильными группами. Когда гидрофобные группы представляют собой алифатические алканы, увеличение числа атомов углерода в гидрофобной основной цепи усиливает способность снижать поверхностное натяжение воды. Что касается гидрофильных групп, на эффективность суперпластификатора в основном влияют их объем, взаимное расположение и количество: размер гидрофильных групп влияет на площадь, занимаемую молекулами суперпластификатора в адсорбционном слое, тем самым влияя на способность снижать поверхностное натяжение. . Когда гидрофильные группы расположены в конце углеродной цепи, они более эффективно снижают поверхностное натяжение, а большее количество гидрофильных групп приводит к лучшим дисперсионным характеристикам. Более того, длина и количество боковых цепей существенно влияют на водоредуцирующие свойства суперпластификатора. Когда имеется много длинных боковых цепей, они расширяются в пространстве, создавая стерические препятствия, которые эффективно предотвращают контакт между частицами цемента. И наоборот, когда имеется много коротких боковых цепей, скорость их адсорбции выше.

Это можно понять следующим образом: исходя из гребенчатого строения ряда карбоновых кислот, включается дополнительная боковая цепь, содержащая сульфокислотную группу, которая получается путем тройной сополимеризации ненасыщенных углеводородов, содержащих карбоксильные и сульфокислотные группы и ненасыщенные углеводороды, содержащие эфирные, сложноэфирные или амидные связи. Сульфоновые и карбоновые кислоты расположены на одной боковой цепи, а эфирные, сложноэфирные или амидные связи находятся на другой боковой цепи, и все они вносят вклад в структурную единицу. Основная цепь представляет собой углерод-углеродную цепь, а боковая цепь, содержащая группу сульфоновой кислоты, также может представлять собой углерод-углеродную цепь или бензольное кольцо. Сульфонатная группа боковой цепи и карбоксилатная группа существуют в виде анионных сегментов, причем анионы расположены на концах боковых цепей. Карбоксильная группа, существующая в виде кислоты, является важной группой для образования водородных связей. Недоминантные функциональные группы, способные образовывать водородные связи, существуют в форме эфирных, сложноэфирных или амидных связей и составляют неионные сегменты. Сосуществование анионных и неионных групп в одной и той же молекуле приводит к получению легко адаптируемой добавки смешанного ионного типа. Среди этих функциональных групп COOH и SO₃H проявляют уникальные свойства в поликарбоновых суперпластификаторах и играют доминирующую роль при их применении: основная роль SO₃H заключается в обеспечении высокой дисперсности и достижении высокой скорости восстановления воды, что, в свою очередь, приводит к замедлению и сохранению спад; Основная роль COOH заключается в эффективном диспергировании частиц цемента и задержке реакции гидратации цемента. Кроме того, функциональные группы, такие как амидные и карбоксильные группы, могут подвергаться гидролизу в щелочной среде, высвобождая продукты гидролиза с более низкой молекулярной массой, которые обладают водовосстанавливающим действием, тем самым достигая желаемого дисперсионного эффекта. Эти структурные особенности молекул наделяют поликарбоновые суперпластификаторы адсорбционно-дисперсионным действием, а также смачивающими и смазочными свойствами.