Uuring polükarboksüülse superplastifikaatori polüeetermakromonomeeri kohta

Käesolevas artiklis analüüsitakse lühidalt kodumaise polüeetermakromonomeeride tööstuse praegust arenguseisu, tutvustatakse olemasolevate polükarboksüülsete superplastifikaatorite makromonomeeride põhitüüpe ja turuolukorda ning vaadeldakse nende eeliseid, puudusi ja arengusuundi erinevate molekulaarstruktuuride vaatenurgast. Lisaks võetakse kasutusele uut tüüpi polükarboksüülne superplastifitseerija makromonomeer, etüleenglükoolmonovinüülpolü(etüleenglükool)eeter (EPEG).

Polükarboksüülne superplastifikaator (PCE) esindab uusimat põlvkonda betoonisegusid, mida sageli nimetatakse suure jõudlusega superplastifikaatorite kolmandaks põlvkonnaks. Võrreldes eelmise põlvkonna naftaleenipõhiste superplastifikaatoritega, pakub PCE suuremat vee vähendamise efektiivsust ja paremat tsemendiga kohanemisvõimet. Lisaks ei tekita PCE tootmisprotsess protsessi reovett ega heitgaase, mistõttu on see keskkonnasõbralik materjal.

PCE on amfifiilne polümeer, mis sünteesitakse tavaliselt otsaotsa kaksiksidemega polü(etüleenglükool)eetri makromonomeeride ja küllastumata karboksüülhappe monomeeride kopolümerisatsioonil initsiaatori juuresolekul. Reaktsiooni käigus moodustavad makromonomeeride ja monomeeride vinüülrühmad polümeeri karkassi, samas kui makromonomeeride polüetüleenglükooli segmendid moodustavad külgahelaid, nagu on näidatud joonisel 1.

Võrreldes traditsiooniliste superplastifikaatoritega on PCE kõige tähelepanuväärsem omadus selle kohandatav molekulaarstruktuur. Küllastumata kaksiksidemed makromonomeeride terminaalsetes rühmades moodustavad polükarboksülaadi karkassi polümerisatsiooni teel. Funktsionaalsed rühmad, nagu -COO-Na ja -SO3-Na, mis on otse ühendatud selgrooga, võimaldavad "mitmepunktilist ankurdamist" tsemendiosakeste pinnal. Polüetüleenglükooli külgahelad moodustavad tsemendiosakeste pinnal olevate veemolekulidega vesiniksideme kaudu solvateerunud polümeerikihi. See steeriline takistusefekt hajutab tsemendiosakesed, saavutades vett vähendava efekti. Seetõttu sõltuvad PCE täiustused suuresti uute makromonomeeride väljatöötamisest. Makromonomeeride struktuuriuuendused võivad oluliselt parandada PCE tootmisprotsessi ja toote jõudlust.

1. Arenguajalugu

Varased PCE tooted olid estripõhised, makromonomeerina kasutati metoksüpolü(etüleenglükool)eetrit (MPEG), nagu on näidatud joonisel 2. PCE sünteesimine seda tüüpi makromonomeeridest nõudis kahte etappi: esterdamist ja polümerisatsiooni, muutes protsessi keeruliseks. Need estripõhised makromonomeerid on järk-järgult asendatud eetripõhiste makromonomeeridega.

Nüüd domineerivad turul eetripõhised makromonomeerid. Need makromonomeerid sünteesitakse erinevate molekulaarstruktuuride initsiaatorite (küllastumata alkoholide) etoksülimisel, mille tulemuseks on terminaalsete vinüülrühmadega polü(etüleenglükool)eetrid. Initsiaatormolekulide struktuuri alusel võib need makromonomeerid jagada kolme tüüpi: 3-süsinikalkoholi baasil (allüülpolü(etüleenglükool)eeter – APEG), 4-süsinik ja {{5} }süsinikalkoholipõhine (isobutenüülpolü(etüleenglükool)eeter - HPEG, isopentenüülpolü(etüleenglükool)eeter - TPEG) ning 2+2 ja 2+4 vinüüleetripõhised makromonomeerid (EPEG, VPEG), nagu on näidatud joonisel 2.

2. Rakenduse praegune olek

Polükarboksüülhapete superplastifikaatorite tööstuse kiire arenguga on ka Hiina polüeetermakromonomeeride sektor teinud märkimisväärseid edusamme. Nii polüeetermakromonomeeride tootmisvõimsus kui ka toodang on jätkuvalt tõusnud, saavutades ajaloolise tipu 2017. aastal. Tabelis 1 on näidatud polüeetermakromonomeeride kogumüük ja struktuur aastatel 2013–2017.

Nagu on näidatud tabelis 1, on polüeetermakromonomeeride tööstus Hiinas kiiresti arenenud, kuid sellel on endiselt mitmeid väljakutseid. Ühest küljest moodustavad HPEG ja TPEG tooted suurema osa olemasolevatest makromonomeeridest, mille tulemuseks on suhteliselt homogeenne toote struktuur. Lisaks sõltub HPEG- ja TPEG-makromonomeeride initsiaatorite tarnimine endiselt osaliselt impordist, eriti 5-süsinikalkoholi initsiaatoritest, mida hangitakse suuresti Jaapani Kuraraylt ja Saksamaa BASF-ilt. Teisest küljest on makromonomeeride tootmisrajatiste töömäär üldiselt madal, mis põhjustab tööstuses tõsiseid liigse tootmisvõimsuse probleeme.