Polikarboksilo superplastifikatoriaus molekulinė struktūra

Polikarboksilinių superplastifikatorių molekulinė struktūra pasižymi tokiomis savybėmis: stiprios polinės grupės, tokios kaip karboksilo, sulfono ir polietileno oksido grupės, įvedamos į pagrindines arba šonines grandines, todėl molekulėms suteikiama šukos primenanti struktūra. Paprastai jo struktūra parodyta 1 paveiksle, kur tikroji tipinė cheminė formulė yra tam tikrų dalių derinys, o M1 ir M2 atitinkamai reiškia H ir šarminių metalų jonus; M3 reiškia H, šarminių metalų amonio jonus arba organinius aminus. Cemento pastos sistemoje šios ilgos grandinės struktūrinės makromolekulės sąveikauja viena su kita per hidrofilines šonines grandines ir kapsuliuoja cemento daleles, o hidrofobinės grupės susiduria su vandeniniu tirpalu. Dėl to superplastifikatoriaus molekulės vandenyje disocijuoja į didelius anijonus, kurie adsorbuojasi ant cemento dalelių paviršiaus ir sumažina jų paviršiaus energiją. Tai sukuria stiprų elektrinį lauką cemento dalelių paviršiuje, padidindamas absoliučią zeta potencialo vertę, taip sukuriant stiprią elektrostatinę atstūmimą tarp dalelių, o tai trukdo arba sutrikdo vientisos cemento gelio struktūros susidarymą, todėl susidaro santykinis laisvo vandens kiekio padidėjimas ir skleidžiamasis poveikis. Be to, didelio polimero adsorbcinis sluoksnis sukuria erdvines kliūtis dalelių agregacijai.

Iš paveikslo galima pastebėti, kad polikarboksilinių superplastifikatorių cheminė struktūra yra hidrofilinio pagrindo-hidrofobinės šoninės grandinės tipo. Jai būdingos anijoninės karboksilato šoninės grandinės pagrindinės grandinės gale ir nejoninės šoninės grandinės viduryje. Toje pačioje makromolekulėje yra ir anijoninių, ir nejoninių šoninių grandinių, todėl tai yra tipiškas mišrus joninis priedas, pasižymintis įvairiomis fizinėmis ir cheminėmis savybėmis. Įvairių hidrofobinių grupių hidrofobiškumas gali būti klasifikuojamas taip: alifatiniai alkanai, didesni arba lygūs cikloalkanams > alifatiniai aromatiniai angliavandeniliai > aromatiniai angliavandeniliai > angliavandeniliai su silpnomis hidrofilinėmis grupėmis. Kai hidrofobinės grupės yra alifatiniai alkanai, anglies atomų skaičiaus padidėjimas pagrindinėje hidrofobinėje grandinėje padidina gebėjimą sumažinti vandens paviršiaus įtampą. Hidrofilinių grupių atveju superplastifikatoriaus veikimui daugiausia įtakos turi jų tūris, santykinė padėtis ir kiekis: hidrofilinių grupių dydis turi įtakos superplastifikatoriaus molekulių užimamam plotui adsorbciniame sluoksnyje, taip paveikdamas gebėjimą sumažinti paviršiaus įtampą. . Kai hidrofilinės grupės yra anglies grandinės gale, jos efektyviau mažina paviršiaus įtampą, o didesnis hidrofilinių grupių skaičius užtikrina geresnį dispersinį veikimą. Be to, šoninių grandinių ilgis ir kiekis labai įtakoja superplastifikatoriaus vandens kiekį mažinančias savybes. Kai yra daug ilgų šoninių grandinių, jos tęsiasi erdvėje, sukurdamos steriškas kliūtis, kurios veiksmingai apsaugo nuo cemento dalelių kontakto. Ir atvirkščiai, kai yra daug trumpų šoninių grandinių, jų adsorbcijos greitis yra didesnis.

Tai galima suprasti taip: remiantis į šukas panašia karboksilo rūgšties serijos struktūra, įtraukta papildoma šoninė grandinė, kurioje yra sulfonrūgšties grupė, kuri gaunama trinarės kopolimerizuojant nesočiuosius angliavandenilius, turinčius karboksilo ir sulfonrūgšties grupių ir nesočiųjų. angliavandeniliai, turintys eterio, esterio arba amido jungčių. Sulfono ir karboksirūgštys yra vienoje šoninėje grandinėje, o eterio, esterio arba amidinės jungtys yra kitoje šoninėje grandinėje, visos prisideda prie struktūrinio vieneto. Pagrindinė grandinė yra anglies-anglies grandinė, o šoninė grandinė, kurioje yra sulfonrūgšties grupė, taip pat gali būti anglies-anglies grandinė arba benzeno žiedas. Šoninės grandinės sulfonato grupė ir karboksilato grupė egzistuoja kaip anijoniniai segmentai, kurių anijonai yra šoninių grandinių gale. Karboksilo grupė, kuri egzistuoja kaip rūgštis, yra svarbi vandenilinio ryšio grupė. Nedominuojančios funkcinės grupės, galinčios sudaryti vandenilinius ryšius, egzistuoja eterio, esterio arba amido jungčių pavidalu ir sudaro nejoninius segmentus. Anijoninių ir nejoninių grupių sambūvis toje pačioje molekulėje lemia labai prisitaikantį mišrų joninį priedą. Tarp šių funkcinių grupių COOH ir SO₃H pasižymi unikaliomis savybėmis polikarboksiliniuose superplastifikatoriuose ir atlieka dominuojantį vaidmenį panaudojimo metu: pagrindinis SO₃H vaidmuo yra užtikrinti didelę dispersiją ir pasiekti didelį vandens mažinimo greitį, o tai savo ruožtu lėtina ir palaiko nuosmukis; pagrindinis COOH vaidmuo yra veiksmingai išsklaidyti cemento daleles ir sulėtinti cemento hidratacijos reakciją. Be to, funkcinės grupės, tokios kaip amido ir karboksilo grupės, gali būti hidrolizuojamos šarminėje aplinkoje, išskirdamos mažesnės molekulinės masės hidrolizės produktus, kurie turi vandens kiekį mažinantį poveikį, taip pasiekiant pageidaujamą dispersinį poveikį. Šios molekulių struktūrinės savybės suteikia polikarboksiliniams superplastifikatoriams adsorbcijos-dispersijos, taip pat drėkinimo ir tepimo savybes.