Molekulare Struktur von Polycarbonsäure-Superplastifizierern

Die Molekülstruktur von Polycarbon-Fließmitteln weist folgende Merkmale auf: In die Haupt- oder Seitenketten werden starke polare Gruppen wie Carboxyl-, Sulfon- und Polyethylenoxidgruppen eingeführt, die den Molekülen eine kammartige Struktur verleihen. Typischerweise weist es die in Abbildung 1 gezeigte Struktur auf, wobei die eigentliche repräsentative chemische Formel eine Kombination bestimmter Teile ist, wobei M1 und M2 H bzw. Alkalimetallionen darstellen; M3 steht für H, Alkalimetall-Ammoniumionen oder organische Amine. In einem Zementleimsystem interagieren diese langkettigen Makromoleküle über hydrophile Seitenketten miteinander und verkapseln Zementpartikel, während die hydrophoben Gruppen der wässrigen Lösung zugewandt sind. Dadurch dissoziieren Fließmittelmoleküle im Wasser in große Anionen, die an der Oberfläche von Zementpartikeln adsorbieren und so deren Oberflächenenergie verringern. Dadurch entsteht ein starkes elektrisches Feld auf der Oberfläche der Zementpartikel, das den absoluten Wert des Zetapotentials erhöht und dadurch eine starke elektrostatische Abstoßung zwischen den Partikeln erzeugt, die die Bildung der kohäsiven Struktur des Zementgels behindert oder stört, was zu a führt relative Erhöhung der Menge an freiem Wasser und Erzeugung eines dispersiven Effekts. Darüber hinaus schafft die Adsorptionsschicht aus Hochpolymeren räumliche Barrieren für die Partikelaggregation.

Aus der Abbildung lässt sich erkennen, dass die chemische Struktur von Polycarbonsäure-Superweichmachern vom Typ hydrophiles Grundgerüst und hydrophobe Seitenkette ist. Es zeichnet sich durch anionische Carboxylat-Seitenketten am Ende der Hauptkette und nichtionische Seitenketten in der Mitte aus. Innerhalb desselben Makromoleküls gibt es sowohl anionische als auch nichtionische Seitenketten, was es zu einem typischen Additiv vom gemischten ionischen Typ mit verschiedenen physikalischen und chemischen Eigenschaften macht. Die Hydrophobie verschiedener hydrophober Gruppen kann wie folgt eingestuft werden: aliphatische Alkane größer oder gleich Cycloalkanen > aliphatische aromatische Kohlenwasserstoffe > aromatische Kohlenwasserstoffe > Kohlenwasserstoffe mit schwachen hydrophilen Gruppen. Wenn es sich bei den hydrophoben Gruppen um aliphatische Alkane handelt, erhöht eine Erhöhung der Anzahl der Kohlenstoffatome in der hydrophoben Hauptkette die Fähigkeit, die Wasseroberflächenspannung zu verringern. Bei den hydrophilen Gruppen wird die Leistung des Fließmittels hauptsächlich durch deren Volumen, relative Position und Menge beeinflusst: Die Größe der hydrophilen Gruppen beeinflusst die Fläche, die von den Fließmittelmolekülen in der Adsorptionsschicht eingenommen wird, und beeinflusst dadurch die Fähigkeit, die Oberflächenspannung zu reduzieren . Wenn sich hydrophile Gruppen am Ende der Kohlenstoffkette befinden, reduzieren sie die Oberflächenspannung effizienter, während eine größere Anzahl hydrophiler Gruppen zu einer besseren Dispersionsleistung führt. Darüber hinaus haben Länge und Menge der Seitenketten einen erheblichen Einfluss auf die wasserreduzierende Wirkung des Fließmittels. Wenn viele lange Seitenketten vorhanden sind, dehnen sie sich im Raum aus und erzeugen eine sterische Hinderung, die den Kontakt zwischen Zementpartikeln wirksam verhindert. Wenn umgekehrt viele kurze Seitenketten vorhanden sind, ist ihre Adsorptionsrate höher.

Dies kann wie folgt verstanden werden: Basierend auf der kammartigen Struktur der Carbonsäurereihe ist eine zusätzliche Seitenkette mit einer Sulfonsäuregruppe enthalten, die durch ternäre Copolymerisation von ungesättigten, Carboxyl- und Sulfonsäuregruppen enthaltenden und ungesättigten Kohlenwasserstoffen erhalten wird Kohlenwasserstoffe, die Ether-, Ester- oder Amidbindungen enthalten. Die Sulfon- und Carbonsäuren befinden sich in einer Seitenkette, während sich Ether-, Ester- oder Amidbindungen in einer anderen Seitenkette befinden und alle zu einer Struktureinheit beitragen. Die Hauptkette ist eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Kette, und die die Sulfonsäuregruppe enthaltende Seitenkette kann auch eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Kette oder ein Benzolring sein. Die Sulfonatgruppe der Seitenkette und die Carboxylatgruppe liegen als anionische Segmente vor, wobei sich Anionen am Ende der Seitenketten befinden. Die als Säure vorliegende Carboxylgruppe ist eine wichtige Gruppe für die Wasserstoffbrückenbindung. Die nicht dominanten funktionellen Gruppen, die zur Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen fähig sind, liegen in Form von Ether-, Ester- oder Amidbindungen vor und bilden nichtionische Segmente. Die Koexistenz anionischer und nichtionischer Gruppen innerhalb desselben Moleküls führt zu einem äußerst anpassungsfähigen Additiv vom gemischten ionischen Typ. Unter diesen funktionellen Gruppen weisen COOH und SO₃H einzigartige Eigenschaften in Polycarbon-Superweichmachern auf und spielen eine dominierende Rolle bei der Anwendung: Die Hauptaufgabe von SO₃H besteht darin, für eine hohe Dispersion zu sorgen und eine hohe Wasserreduktionsrate zu erreichen, was wiederum zu einer Verzögerung und Aufrechterhaltung von führt Einbruch; Die Hauptaufgabe von COOH besteht darin, Zementpartikel effektiv zu dispergieren und die Hydratationsreaktion von Zement zu verzögern. Darüber hinaus können funktionelle Gruppen wie Amid- und Carboxylgruppen in alkalischen Umgebungen hydrolysiert werden, wodurch Hydrolyseprodukte mit niedrigerem Molekulargewicht freigesetzt werden, die wasserreduzierende Wirkungen haben und so den gewünschten Dispersionseffekt erzielen. Diese strukturellen Eigenschaften der Moleküle verleihen Polycarbonsäure-Fließmitteln Adsorptions- und Dispersionswirkungen sowie Benetzungs- und Schmiereigenschaften.