Молекулярна структура полікарбоксильного суперпластифікатора

Молекулярна структура полікарбоксильних суперпластифікаторів має такі характеристики: сильні полярні групи, такі як карбоксильні, сульфонові та поліетиленоксидні групи, введені в головний або бічний ланцюги, надаючи молекулам гребінчасту структуру. Як правило, він демонструє структуру, показану на малюнку 1, де фактична репрезентативна хімічна формула є комбінацією певних частин, де M1 і M2 представляють іони H та лужного металу відповідно; M3 являє собою Н, іони амонію лужних металів або органічні аміни. У системі цементної пасти ці довголанцюгові структуровані макромолекули взаємодіють одна з одною через гідрофільні бічні ланцюги та інкапсулюють частинки цементу, тоді як гідрофобні групи стикаються з водним розчином. У результаті молекули суперпластифікатора дисоціюють на великі аніони у воді, які адсорбуються на поверхні частинок цементу, зменшуючи їх поверхневу енергію. Це створює сильне електричне поле на поверхні частинок цементу, збільшуючи абсолютне значення дзета-потенціалу, тим самим створюючи сильне електростатичне відштовхування між частинками, що перешкоджає або порушує формування когезійної структури цементного гелю, що призводить до відносне збільшення кількості вільної води та створення дисперсійного ефекту. Крім того, адсорбційний шар високополімерів створює просторові бар'єри для агрегації частинок.

З малюнка можна помітити, що хімічна структура полікарбоксильних суперпластифікаторів має гідрофільний скелет-гідрофобний бічний ланцюг. Він характеризується наявністю карбоксилатних аніонних бічних ланцюгів на кінці головного ланцюга та неіонних бічних ланцюгів у середині. Всередині однієї макромолекули є як аніонні, так і неіонні бічні ланцюги, що робить її типовою добавкою змішаного іонного типу з різними фізичними та хімічними властивостями. Гідрофобність різних гідрофобних груп можна класифікувати таким чином: аліфатичні алкани більше або дорівнює циклоалканам > аліфатичні ароматичні вуглеводні > ароматичні вуглеводні > вуглеводні зі слабкими гідрофільними групами. Коли гідрофобні групи є аліфатичними алканами, збільшення кількості атомів вуглецю в гідрофобному головному ланцюзі підвищує здатність зменшувати поверхневий натяг води. Що стосується гідрофільних груп, ефективність суперпластифікатора в основному залежить від їх об’єму, відносного розташування та кількості: розмір гідрофільних груп впливає на площу, яку займають молекули суперпластифікатора в адсорбційному шарі, тим самим впливаючи на здатність зменшувати поверхневий натяг. . Коли гідрофільні групи розташовані на кінці вуглецевого ланцюга, вони більш ефективні для зменшення поверхневого натягу, тоді як більша кількість гідрофільних груп призводить до кращої дисперсійної ефективності. Крім того, довжина та кількість бічних ланцюгів суттєво впливають на водовіднижувальну здатність суперпластифікатора. Коли є багато довгих бічних ланцюгів, вони простягаються в простір, створюючи стеричну перешкоду, яка ефективно запобігає контакту між частинками цементу. І навпаки, коли є багато коротких бічних ланцюгів, швидкість їх адсорбції вища.

Це можна зрозуміти наступним чином: на основі гребінчастої структури ряду карбонових кислот включений додатковий бічний ланцюг, що містить групу сульфонової кислоти, яка одержується шляхом потрійної кополімеризації ненасичених вуглеводнів, що містять групи карбоксильної та сульфокислотної групи та ненасичені вуглеводні, що містять ефірні, складноефірні або амідні зв'язки. Сульфонова та карбонова кислоти розташовані на одному бічному ланцюзі, тоді як ефірні, складноефірні або амідні зв’язки знаходяться на іншому бічному ланцюзі, усі вони вносять свій внесок у структурну одиницю. Головний ланцюг є вуглець-вуглецевим ланцюгом, а бічний ланцюг, що містить групу сульфокислоти, також може бути вуглець-вуглецевим ланцюгом або бензольним кільцем. Сульфонатна група бічного ланцюга та карбоксилатна група існують як аніонні сегменти з аніонами, розташованими на кінці бічних ланцюгів. Карбоксильна група, яка існує як кислота, є важливою групою для водневих зв’язків. Недомінуючі функціональні групи, здатні утворювати водневі зв’язки, існують у формі ефірних, складноефірних або амідних зв’язків і становлять неіонні сегменти. Співіснування аніонних і неіонних груп в одній молекулі призводить до високо адаптивної добавки змішаного іонного типу. Серед цих функціональних груп COOH і SO₃H демонструють унікальні властивості в полікарбонових суперпластифікаторах і відіграють домінуючу роль під час застосування: основна роль SO₃H полягає в забезпеченні високої дисперсії та досягненні високої швидкості водовідновлення, що, у свою чергу, призводить до уповільнення та підтримки спад; Основна роль COOH полягає в тому, щоб ефективно диспергувати частинки цементу та затримувати реакцію гідратації цементу. Крім того, функціональні групи, такі як амідні та карбоксильні групи, можуть піддаватися гідролізу в лужному середовищі, вивільняючи продукти гідролізу з нижчою молекулярною вагою, які володіють водовідновлювальними ефектами, таким чином досягаючи бажаного дисперсійного ефекту. Ці структурні характеристики молекул надають полікарбоновим суперпластифікаторам адсорбційно-дисперсійну дію, а також зволожуючі та змащувальні властивості.