Undersøgelse af polycarboxylic superplasticizer polyether makromonomer

Denne artikel analyserer kort den nuværende udviklingsstatus for den indenlandske polyethermakromonomerindustri, introducerer hovedtyperne og markedssituationen for eksisterende polycarboxyliske superplastificeringsmakromonomerer og undersøger deres fordele, ulemper og udviklingsretninger fra forskellige molekylære strukturers perspektiv. Derudover introduceres en ny type polycarboxyl superplastificeringsmiddel makromonomer, ethylenglycol monovinyl poly(ethylen glycol) ether (EPEG).

Polycarboxylic superplasticizer (PCE) repræsenterer den seneste generation af betontilsætningsstoffer, ofte omtalt som den tredje generation af højtydende superplasticizers. Sammenlignet med den tidligere generation af naphthalenbaserede superplastificeringsmidler tilbyder PCE højere vandreducerende effektivitet og bedre cementtilpasningsevne. Desuden genererer produktionsprocessen af ​​PCE intet processpildevand eller spildgas, hvilket gør det til et miljøvenligt materiale.

PCE er en amfifil polymer, typisk syntetiseret gennem copolymerisation af endeterminale dobbeltbundne poly(ethylenglycol) ethermakromonomerer og umættede carboxylsyremonomerer i nærvær af en initiator. Under reaktionen danner vinylgrupperne af makromonomererne og monomererne polymerrygraden, mens polyethylenglycolsegmenterne af makromonomererne danner sidekæder, som illustreret i figur 1.

Sammenlignet med traditionelle superplastificeringsmidler er PCEs mest bemærkelsesværdige egenskab dens molekylære struktur, der kan tilpasses. De umættede dobbeltbindinger i makromonomerterminale grupper danner polycarboxylatrygraden via polymerisation. Funktionelle grupper såsom -COO-Na og -SO3-Na direkte forbundet til rygraden muliggør "multipunktsforankring" på cementpartikeloverfladen. Polyethylenglycol-sidekæderne danner et solvatiseret polymerlag gennem hydrogenbinding med vandmolekyler på cementpartikeloverfladen. Denne steriske hindringseffekt spreder cementpartiklerne og opnår den vandreducerende effekt. Derfor er forbedringer i PCE stærkt afhængige af udviklingen af ​​nye makromonomerer. Strukturelle innovationer i makromonomerer kan forbedre produktionsprocessen og produktydelsen af ​​PCE betydeligt.

1. Udviklingshistorie

Tidlige PCE-produkter var esterbaserede med methoxypoly(ethylenglycol)ether (MPEG) som makromonomeren, som vist i figur 2. Syntetisering af PCE fra denne type makromonomer krævede to trin: esterificering og polymerisering, hvilket gjorde processen kompleks. Disse ester-baserede makromonomerer er gradvist blevet erstattet af ether-baserede makromonomerer.

Ether-baserede makromonomerer dominerer nu markedet. Disse makromonomerer syntetiseres ved ethoxylering af forskellige molekylære strukturinitiatorer (umættede alkoholer), hvilket resulterer i poly(ethylenglycol)-ethere med terminale vinylgrupper. Baseret på strukturen af ​​initiatormolekylerne kan disse makromonomerer kategoriseres i tre typer: 3-carbonalkoholbaseret (allylpoly(ethylenglycol)ether - APEG), 4-carbon og {{5} }kulstofalkohol-baseret (isobutenyl poly(ethylenglycol) ether - HPEG, isopentenyl poly(ethylen glycol) ether - TPEG), og 2+2 og 2+4 vinylether-baserede makromonomerer (EPEG, VPEG), som vist i figur 2.

2. Aktuel ansøgningsstatus

Med den hurtige udvikling af polycarboxyl-superplastificeringsindustrien har polyethermakromonomersektoren i Kina også gjort betydelige fremskridt. Både produktionskapacitet og produktion af polyethermakromonomerer er fortsat med at stige og nåede et historisk højdepunkt i 2017. Tabel 1 viser det samlede salg og struktur af polyethermakromonomerer fra 2013 til 2017.

Som illustreret i tabel 1, selvom polyether-makromonomerindustrien i Kina har udviklet sig hurtigt, står den stadig over for flere udfordringer. På den ene side tegner HPEG- og TPEG-produkter sig for størstedelen af ​​eksisterende makromonomerer, hvilket resulterer i en relativt homogen produktstruktur. Derudover er leveringen af ​​initiatorer til HPEG- og TPEG-makromonomerer stadig delvist afhængig af import, især 5-kulstofalkohol-initiatorerne, som i høj grad kommer fra Japans Kuraray og tyske BASF. På den anden side er driftshastighederne for makromonomerproduktionsanlæg generelt lave, hvilket fører til alvorlige overkapacitetsproblemer i industrien.