Propriétés, applications et technologie de production des superplastifiants d'acide polycarboxylique

Le superplastifiant d'acide polycarboxylique est une sorte de polymère composé d'un monomère insaturé contenant un groupe carboxyle et d'un monomère insaturé contenant un autre groupe fonctionnel. Il peut donner au béton d'excellentes performances en matière de réduction de l'eau, de protection contre l'effondrement et de protection de l'environnement. Agent réducteur d'eau haute performance d'acide polycarboxylique à faible teneur, taux de réduction d'eau élevé, structure moléculaire contrôlable de Chemicalbook, bonne dispersion, protection de l'environnement vert, forte adaptabilité et autres avantages, par le grand nombre d'attention et de recherche d'universitaires et d'experts, largement utilisé dans divers domaines de la construction technique, devenant ainsi la future tendance de développement des adjuvants pour béton. La recherche de superplastifiant acide polycarboxylique est une exigence incontournable dans le domaine du béton.

Dans le coulis de ciment, on pense généralement que le mécanisme de dispersion du superplastifiant acide polycarboxylique est le rôle principal de l'encombrement stérique, la répulsion électrostatique est un rôle secondaire, en outre, le complexe d'ions calcium et la lubrification du film d'hydratation jouent également un rôle important. Lorsque les molécules de superplastifiant d'acide polycarboxylique entrent en contact pour la première fois avec des particules de ciment, la chaîne principale chargée négativement des molécules de superplastifiant d'acide polycarboxylique peut être adsorbée à la surface des particules de ciment chargées positivement, c'est-à-dire que le phénomène « d'ancrage » se produit, tandis que le long La chaîne latérale des molécules de superplastifiant d'acide polycarboxylique s'étend dans la phase fluide corporelle du coulis de ciment, formant une couche d'adsorption d'épaisseur fixe. Dans le même temps, la longue chaîne latérale de molécules superplastifiantes d’acide polycarboxylique qui s’étend dans le fluide corporel du coulis de ciment peut former une conformation tridimensionnelle et croisée. Lorsque les particules de ciment se rapprochent, la couche d'adsorption se chevauche et plus la plage de chevauchement est grande, plus l'effet de répulsion entre les particules de ciment est important, améliorant ainsi la dispersion des particules de ciment. Des études connexes montrent que plus la couche d'adsorption moléculaire du superplastifiant d'acide polycarboxylique formée à la surface des particules de ciment est épaisse, plus il est avantageux d'améliorer la dispersion des particules de ciment. Par conséquent, l’encombrement stérique joue un rôle important dans le mécanisme de dispersion des superplastifiants d’acide polycarboxylique.

FIG. 1 shows the steric hindrance of polycarboxylic acid superplasticizer. Electrostatic repulsion theory polycarboxylic acid superplasticizer molecules contain anionic groups (such as sulfonic acid and carboxylic acid radicals, etc.), and in the early hydration process of cement, the surface of cement particles contains positive charges, so anionic polycarboxylic acid superplasticizer molecules adsorbed to the surface of positively charged cement particles. Some polar groups of polycarboxylic acid superplasticizer molecules adsorbed on the surface of cement particles are in the liquid phase. At the same time, after ionization, the hydrophilic groups adsorbed on the surface of cement particles contain the same electrical charge, forming a double electric layer. According to the relevant research results, the electrostatic repulsion force is in the order from large to small: -- SO3-> -- COO-> -- O->-- Oh. La complexation des ions calcium est représentée sur la figure 2 sous la forme d'un diagramme schématique du mécanisme de complexation des ions calcium. Comme le montre la figure, les ions calcium dans le coulis de ciment peuvent interagir avec les radicaux acides carboxyliques dans les molécules de superplastifiant d'acide polycarboxylique pour former des complexes de coordination calcique, réduire la concentration d'ions calcium dans la phase liquide, réduire la formation de particules de gel CHS, ralentissant ainsi le taux d'hydratation du ciment, inhibant l'hydratation du ciment et améliorant les performances de dispersion des particules de ciment. Plus la teneur en ions d'acide carboxylique dans le superplastifiant d'acide polycarboxylique est élevée, c'est-à-dire plus la densité de charge anionique est élevée, plus la propriété de dispersion des particules de ciment peut être grandement améliorée.

FIGUE. La figure 2 montre l'action électrostatique du superplastifiant acide polycarboxylique. La structure moléculaire du superplastifiant lubrifiant à base d'acide polycarboxylique contient des groupes carboxyle, acide sulfonique et éther, et sa capacité hydrophile est très forte. Lorsque le superplastifiant acide polycarboxylique est ajouté au coulis de ciment, le groupe acide carboxylique chargé négativement et le groupe acide sulfonique sont adsorbés de manière directionnelle à la surface des particules de ciment. Les groupes polaires dans les molécules de superplastifiant d'acide polycarboxylique sont associés aux molécules d'eau pour former des liaisons hydrogène, et la force de liaison hydrogène est plus forte que la force de Van der Waals formée entre les molécules de superplastifiant d'acide polycarboxylique et les particules de ciment, donc un stable, tridimensionnel , et une certaine résistance du film de solvant et d'eau est formée (comme le montre la figure 3). La possibilité de contact direct entre les particules de ciment est réduite par cette couche de film de solvatation, c'est-à-dire que le film d'hydratation joue un effet lubrifiant entre les particules de ciment et détruit la condensation des particules de ciment, ce qui améliore les performances d'écoulement du coulis de ciment.

FIGUE. La figure 3 montre l'effet lubrifiant du superplastifiant acide polycarboxylique. À l’heure actuelle, les trois méthodes suivantes sont souvent utilisées pour préparer un réducteur d’eau haute performance à base d’acide polycarboxylique. (1) Méthode de copolymérisation directe de monomères polymérisables La méthode fait d'abord réagir un monomère d'acide carboxylique insaturé avec du (méthoxy) polyéthylène glycol pour préparer un grand monomère insaturé polymérisable, puis le copolymérise avec un petit monomère moléculaire insaturé pour préparer un réducteur d'eau haute performance d'acide polycarboxylique. (2) Méthode de fonctionnalisation post-polymérisation Cette méthode consiste à modifier le polymère existant. Premièrement, l'acide polycarboxylique est préparé par homopolymérisation ou copolymérisation Chemicalbook d'un monomère d'acide carboxylique insaturé en solution ; Deuxièmement, sous l'action d'un catalyseur, l'acide polycarboxylique et le (monométhyl) polyéther préparés ont été greffés à la chaîne principale de l'acide polycarboxylique par réaction de condensation. (3) Méthode de polymérisation et de greffage in situ Cette méthode consiste à effectuer simultanément la réaction de polymérisation en chaîne principale et la réaction de ramification des maillons latéraux, l'objectif principal est d'améliorer les défauts de la méthode de fonctionnalisation post-polymérisation. Un superplastifiant acide polycarboxylique a été préparé avec du peroxyde de benzoyle (BPO) et de l'azodiisobutyronitrile (AIBN) comme initiateurs et du polyéther comme milieu réactionnel.