Structura moleculară a superplastifiantului policarboxilic

Structura moleculară a superplastifianților policarboxilici are următoarele caracteristici: grupări polare puternice, cum ar fi grupări carboxil, sulfonice și oxid de polietilenă sunt introduse în lanțurile principale sau laterale, dând moleculelor o structură asemănătoare pieptenelor. De obicei, prezintă structura prezentată în Figura 1, în care formula chimică reprezentativă reală este o combinație de anumite părți, cu M1 și M2 reprezentând H și, respectiv, ioni de metale alcaline; M3 reprezintă H, ioni de amoniu din metale alcaline sau amine organice. Într-un sistem de pastă de ciment, aceste macromolecule structurate cu lanț lung interacționează între ele prin lanțuri laterale hidrofile și încapsulează particule de ciment, în timp ce grupările hidrofobe se confruntă cu soluția apoasă. Ca rezultat, moleculele de superplastifiant se disociază în anioni mari din apă care se adsorb pe suprafața particulelor de ciment, reducându-le energia de suprafață. Acest lucru creează un câmp electric puternic pe suprafața particulelor de ciment, crescând valoarea absolută a potențialului zeta, generând astfel o repulsie electrostatică puternică între particule, care împiedică sau perturbă formarea structurii coezive a gelului de ciment, ducând la o creșterea relativă a cantității de apă liberă și producând un efect dispersiv. În plus, stratul de adsorbție de polimeri înalți creează bariere spațiale în calea agregării particulelor.

Din figură, se poate observa că structura chimică a superplastifianților policarboxilici este de tipul catenei laterale hidrofilă-schelet hidrofob. Se caracterizează prin faptul că are lanțuri laterale anionice carboxilat la terminalul lanțului principal și lanțuri laterale neionice la mijloc. În cadrul aceleiași macromolecule, există atât lanțuri laterale anionice, cât și neionice, ceea ce îl face un aditiv tipic de tip ionic mixt cu diverse proprietăți fizice și chimice. Hidrofobicitatea diferitelor grupări hidrofobe poate fi clasificată după cum urmează: alcani alifatici Mai mari sau egali cu cicloalcanii > hidrocarburi aromatice alifatice > hidrocarburi aromatice > hidrocarburi cu grupări hidrofile slabe. Când grupările hidrofobe sunt alcani alifatici, o creștere a numărului de atomi de carbon din lanțul principal hidrofob sporește capacitatea de a reduce tensiunea superficială a apei. Pentru grupele hidrofile, performanța superplastifiantului este influențată în principal de volumul, poziția relativă și cantitatea acestora: dimensiunea grupărilor hidrofile afectează zona ocupată de moleculele de superplastifiant în stratul de adsorbție, influențând astfel capacitatea de a reduce tensiunea superficială. . Atunci când grupările hidrofile sunt situate la capătul lanțului de carbon, ele sunt mai eficiente la reducerea tensiunii superficiale, în timp ce un număr mai mare de grupări hidrofile duce la o performanță mai bună de dispersie. Mai mult, lungimea și cantitatea lanțurilor laterale afectează semnificativ performanța de reducere a apei a superplastifiantului. Atunci când există multe lanțuri laterale lungi, acestea se extind în spațiu, creând obstacole sterice care împiedică efectiv contactul dintre particulele de ciment. În schimb, atunci când există multe lanțuri laterale scurte, rata lor de adsorbție este mai mare.

Acest lucru poate fi înțeles după cum urmează: pe baza structurii în formă de pieptene a seriei de acid carboxilic, este inclusă o catenă laterală suplimentară care conține o grupare de acid sulfonic, care este obținută prin copolimerizarea ternară a hidrocarburilor nesaturate care conțin grupări de acid carboxil și sulfonic și nesaturate. hidrocarburi care conțin legături eter, ester sau amidă. Acizii sulfonic și carboxilic sunt localizați pe un lanț lateral, în timp ce legăturile eter, ester sau amidă sunt pe o altă catenă laterală, toate contribuind la o unitate structurală. Lanțul principal este un lanț carbon-carbon, iar lanțul lateral care conține gruparea acid sulfonic poate fi, de asemenea, un lanț carbon-carbon sau un inel benzenic. Gruparea sulfonat a catenei laterale si gruparea carboxilat exista ca segmente anionice, anionii situati la capatul catenelor laterale. Gruparea carboxil care există ca acid este o grupare importantă pentru legăturile de hidrogen. Grupările funcționale nedominante capabile să formeze legături de hidrogen există sub formă de legături eter, ester sau amidă și constituie segmente neionice. Coexistența grupurilor anionice și neionice în cadrul aceleiași molecule are ca rezultat un aditiv mixt de tip ionic foarte adaptabil. Printre aceste grupe funcționale, COOH și SO₃H prezintă proprietăți unice în superplastifianții policarboxilici și joacă un rol dominant în timpul aplicării: rolul principal al SO₃H este de a asigura o dispersie mare și de a obține o rată mare de reducere a apei, ceea ce, la rândul său, duce la întârzierea și menținerea criză; rolul principal al COOH este de a dispersa eficient particulele de ciment și de a întârzia reacția de hidratare a cimentului. În plus, grupările funcționale precum grupările amidice și carboxil pot suferi hidroliză în medii alcaline, eliberând produse de hidroliză cu greutate moleculară mai mică care posedă efecte de reducere a apei, obținând astfel efectul dispersiv dorit. Aceste caracteristici structurale ale moleculelor conferă superplastifianților policarboxilici acțiuni de adsorbție-dispersie, precum și proprietăți de umectare și lubrifiere.