Studija o polikarboksilnom superplastifikatoru polieterskom makromonomeru

Ovaj članak ukratko analizira trenutni razvojni status domaće industrije polieterskih makromonomera, upoznaje glavne vrste i stanje na tržištu postojećih makromonomera polikarboksilnih superplastifikatora, te ispituje njihove prednosti, nedostatke i pravce razvoja iz perspektive različitih molekularnih struktura. Dodatno, uveden je novi tip makromonomera polikarboksilnog superplastifikatora, etilen glikol monovinil poli(etilen glikol) eter (EPEG).

Polikarboksilni superplastifikator (PCE) predstavlja najnoviju generaciju dodataka betonu, koji se često naziva i trećom generacijom superplastifikatora visokih performansi. U poređenju sa prethodnom generacijom superplastifikatora na bazi naftalena, PCE nudi veću efikasnost smanjenja vode i bolju prilagodljivost cementa. Nadalje, proizvodni proces PCE ne stvara procesnu otpadnu vodu ili otpadni plin, što ga čini ekološki prihvatljivim materijalom.

PCE je amfifilni polimer, koji se tipično sintetizira kopolimerizacijom end-terminalnih dvostruko vezanih makromonomera poli(etilen glikol) etera i monomera nezasićene karboksilne kiseline u prisustvu inicijatora. Tokom reakcije, vinilne grupe makromonomera i monomera formiraju okosnicu polimera, dok segmenti polietilen glikola makromonomera stvaraju bočne lance, kao što je ilustrovano na slici 1.

U poređenju sa tradicionalnim superplastifikatorima, najistaknutija karakteristika PCE-a je njegova prilagodljiva molekularna struktura. Nezasićene dvostruke veze u terminalnim grupama makromonomera formiraju polikarboksilatnu kičmu polimerizacijom. Funkcionalne grupe kao što su -COO-Na i -SO3-Na direktno povezane na kičmu omogućavaju "sidrenje u više tačaka" na površini čestica cementa. Bočni lanci polietilen glikola formiraju solvatirani polimerni sloj kroz vodikovu vezu s molekulima vode na površini čestica cementa. Ovaj sterički efekat smetnje raspršuje čestice cementa, postižući efekat smanjenja vode. Stoga se poboljšanja u PCE u velikoj mjeri oslanjaju na razvoj novih makromonomera. Strukturne inovacije u makromonomerima mogu značajno poboljšati proizvodni proces i performanse proizvoda PCE.

1. Istorija razvoja

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

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

2. Trenutni status aplikacije

Sa brzim razvojem industrije polikarboksilnih superplastifikatora, sektor polieterskih makromonomera u Kini je također napravio značajan napredak. I proizvodni kapacitet i proizvodnja polieterskih makromonomera su nastavili da rastu, dostigavši ​​istorijski vrhunac u 2017. Tabela 1 prikazuje ukupnu prodaju i strukturu polieterskih makromonomera od 2013. do 2017. godine.

Kao što je ilustrovano u Tabeli 1, iako se industrija polieterskih makromonomera u Kini brzo razvijala, ona se još uvijek suočava s nekoliko izazova. S jedne strane, HPEG i TPEG proizvodi čine većinu postojećih makromonomera, što rezultira relativno homogenom strukturom proizvoda. Osim toga, nabavka inicijatora za HPEG i TPEG makromonomere još uvijek se djelimično oslanja na uvoz, posebno 5-inicijatora ugljičnog alkohola, koji se u velikoj mjeri nabavljaju iz japanskog Kuraraya i njemačkog BASF-a. S druge strane, operativne stope postrojenja za proizvodnju makromonomera su generalno niske, što dovodi do ozbiljnih problema sa viškom kapaciteta unutar industrije.