Studija polikarboksilnog superplastifikatora polieterskog makromonomera

Ovaj članak ukratko analizira trenutni razvojni status domaće industrije polieterskih makromonomera, predstavlja glavne tipove i tržišnu situaciju postojećih polikarboksilnih superplastifikatorskih makromonomera te ispituje njihove prednosti, nedostatke i smjerove razvoja iz perspektive različitih molekularnih struktura. Dodatno, uveden je novi tip polikarboksilnog superplastifikatora makromonomera, etilen glikol monovinil poli (etilen glikol) eter (EPEG).

Polikarboksilni superplastifikator (PCE) predstavlja najnoviju generaciju dodataka betonu, često se naziva i treća generacija superplastifikatora visokih performansi. U usporedbi s prethodnom generacijom superplastifikatora na bazi naftalana, PCE nudi veću učinkovitost smanjenja vode i bolju prilagodljivost cementa. Nadalje, proizvodni proces PCE-a ne stvara procesnu otpadnu vodu ili otpadni plin, što ga čini ekološki prihvatljivim materijalom.

PCE je amfifilni polimer, tipično sintetiziran kopolimerizacijom end-terminal dvostruko vezanih poli(etilen glikol) eterskih makromonomera i monomera nezasićene karboksilne kiseline u prisutnosti inicijatora. Tijekom reakcije, vinilne skupine makromonomera i monomera čine okosnicu polimera, dok segmenti polietilen glikola makromonomera stvaraju bočne lance, kao što je prikazano na slici 1.

U usporedbi s tradicionalnim superplastifikatorima, PCE-ova najistaknutija značajka je njegova prilagodljiva molekularna struktura. Nezasićene dvostruke veze u terminalnim skupinama makromonomera tvore polikarboksilatni lanac putem polimerizacije. Funkcionalne skupine kao što su -COO-Na i -SO3-Na izravno povezane s okosnicom omogućuju "sidrenje u više točaka" na površini čestica cementa. Bočni lanci polietilen glikola tvore solvatiran polimerni sloj kroz vodikovu vezu s molekulama vode na površini čestica cementa. Ovaj učinak prostorne smetnje raspršuje čestice cementa, postižući učinak smanjenja vode. Stoga se poboljšanja PCE-a uvelike oslanjaju na razvoj novih makromonomera. Strukturne inovacije u makromonomerima mogu značajno poboljšati proizvodni proces i performanse proizvoda PCE.

1. Povijest razvoja

Rani PCE proizvodi bili su na bazi estera, s metoksi poli(etilen glikol) eterom (MPEG) kao makromonomerom, kao što je prikazano na slici 2. Sintetiziranje PCE iz ove vrste makromonomera zahtijevala je dva koraka: esterifikacija i polimerizacija, što je proces činilo složenim. Ovi makromonomeri na bazi estera postupno su zamijenjeni makromonomerima na bazi etera.

Makromonomeri na bazi etera sada dominiraju tržištem. Ovi se makromonomeri sintetiziraju etoksilacijom različitih inicijatora molekularne strukture (nezasićeni alkoholi), što rezultira poli(etilen glikol) eterima s terminalnim vinilnim skupinama. Na temelju strukture molekula inicijatora, ovi se makromonomeri mogu kategorizirati u tri vrste: 3-na bazi ugljikovog alkohola (alil poli(etilen glikol) eter - APEG), 4-ugljik i {{5} }na bazi ugljikovog alkohola (izobutenil poli(etilen glikol) eter - HPEG, izopentenil poli(etilen glikol) eter - TPEG), te 2+2 i 2+4 makromonomeri na bazi vinil etera (EPEG, VPEG), kao što je prikazano na slici 2.

2. Trenutačni status prijave

S brzim razvojem industrije polikarboksilnih superplastifikatora, sektor polieterskih makromonomera u Kini također je značajno napredovao. I proizvodni kapacitet i proizvodnja polieterskih makromonomera nastavili su rasti, dosegnuvši povijesni vrhunac 2017. Tablica 1 prikazuje ukupnu prodaju i strukturu polieterskih makromonomera od 2013. do 2017.

Kao što je prikazano u tablici 1, iako se industrija polieterskih makromonomera u Kini brzo razvila, još uvijek se suočava s nekoliko izazova. S jedne strane, proizvodi HPEG i TPEG čine većinu postojećih makromonomera, što rezultira relativno homogenom strukturom proizvoda. Osim toga, opskrba inicijatora za HPEG i TPEG makromonomere i dalje se djelomično oslanja na uvoz, posebno 5-ugljično-alkoholne inicijatore, koji se uglavnom nabavljaju iz japanskog Kuraraya i njemačkog BASF-a. S druge strane, radne stope pogona za proizvodnju makromonomera općenito su niske, što dovodi do ozbiljnih problema s viškom kapaciteta unutar industrije.