Исследование поликарбонового суперпластификатора, полиэфирного макромономера

В статье кратко проанализировано современное состояние развития отечественной промышленности полиэфирных макромономеров, представлены основные типы и рыночная ситуация существующих макромономеров поликарбоновых суперпластификаторов, а также рассмотрены их преимущества, недостатки и направления развития с точки зрения различных молекулярных структур. Кроме того, представлен новый тип макромономера поликарбонового суперпластификатора — моновинилполи(этиленгликоль) эфира этиленгликоля (EPEG).

Поликарбоновый суперпластификатор (ПСЕ) представляет собой последнее поколение добавок для бетона, которое часто называют третьим поколением высокоэффективных суперпластификаторов. По сравнению с предыдущим поколением суперпластификаторов на основе нафталина, PCE обеспечивает более высокую водоредуцирующую эффективность и лучшую адаптируемость цемента. Кроме того, в процессе производства PCE не образуются сточные воды или отходящие газы, что делает его экологически чистым материалом.

PCE представляет собой амфифильный полимер, обычно синтезируемый путем сополимеризации концевых макромономеров поли(этиленгликолевого) эфира с двойной связью и мономеров ненасыщенной карбоновой кислоты в присутствии инициатора. В ходе реакции виниловые группы макромономеров и мономеров образуют основную цепь полимера, а сегменты полиэтиленгликоля макромономеров образуют боковые цепи, как показано на рисунке 1.

По сравнению с традиционными суперпластификаторами наиболее примечательной особенностью PCE является его настраиваемая молекулярная структура. Ненасыщенные двойные связи в концевых группах макромономера образуют основную цепь поликарбоксилата посредством полимеризации. Функциональные группы, такие как -COO-Na и -SO3-Na, непосредственно связанные с основной цепью, обеспечивают «многоточечное закрепление» на поверхности частиц цемента. Боковые цепи полиэтиленгликоля образуют сольватированный полимерный слой за счет водородных связей с молекулами воды на поверхности частиц цемента. Этот эффект стерических препятствий рассеивает частицы цемента, обеспечивая водоредуцирующий эффект. Таким образом, улучшения PCE во многом зависят от разработки новых макромономеров. Структурные инновации в макромономерах могут значительно улучшить производственный процесс и производительность продукции из PCE.

1. История развития

Ранние продукты PCE были на основе сложных эфиров с эфиром метоксиполи(этиленгликоля) (MPEG) в качестве макромономера, как показано на рисунке 2. Синтез PCE из этого типа макромономера требовал двух стадий: этерификации и полимеризации, что усложняло процесс. Эти макромономеры на основе сложных эфиров постепенно были заменены макромономерами на основе простых эфиров.

В настоящее время на рынке доминируют макромономеры на основе эфира. Эти макромономеры синтезируются путем этоксилирования инициаторов различной молекулярной структуры (ненасыщенных спиртов), в результате чего получаются эфиры поли(этиленгликоля) с концевыми винильными группами. В зависимости от структуры молекул-инициаторов эти макромономеры можно разделить на три типа: 3-углерод на основе спирта (аллиловый эфир поли(этиленгликоля) - APEG), 4-углерод и {{5} }на основе спирта углерода (эфир изобутенилполи(этиленгликоля) - HPEG, эфир изопентенилполи(этиленгликоля) - TPEG), а также 2+2 и 2+4 винил макромономеры на основе эфира (ЭПЭГ, ВПЭГ), как показано на рисунке 2.

2. Текущий статус заявки

Благодаря быстрому развитию промышленности поликарбоновых суперпластификаторов сектор полиэфирных макромономеров в Китае также добился значительного прогресса. Как производственные мощности, так и выпуск полиэфирных макромономеров продолжали расти, достигнув исторического пика в 2017 году. В таблице 1 показаны общие продажи и структура полиэфирных макромономеров с 2013 по 2017 год.

Как показано в Таблице 1, хотя индустрия полиэфирных макромономеров в Китае быстро развивается, она все еще сталкивается с рядом проблем. С одной стороны, продукты HPEG и TPEG составляют большую часть существующих макромономеров, что приводит к относительно однородной структуре продукта. Кроме того, поставки инициаторов макромономеров HPEG и TPEG по-прежнему частично зависят от импорта, особенно инициаторов 5-углеродного спирта, которые в значительной степени поставляются японской компанией Kuraray и немецкой компанией BASF. С другой стороны, производительность предприятий по производству макромономеров, как правило, низкая, что приводит к серьезным проблемам с избыточными мощностями в отрасли.