يقوم فنيو بوريدا بتحليل آلية العمل ومبدأ تحضير الملدن الفائق للحمض متعدد الكربوكسيل

نحن نعلم أن استخدام الملدنات الفائقة متعددة الكربوكسيلات في هندسة الخرسانة أصبح واسع الانتشار بشكل متزايد. بالمقارنة مع الملدنات الفائقة التقليدية مثل سلفونات النفثالين ومكثفات الميلامين فورمالدهايد المسلفنة، يمكن أن توفر الملدنات الفائقة متعددة الكربوكسيلات تشتتًا وسيولة وثباتًا عاليًا لنظام الخرسانة المشتت بجرعات منخفضة، مما يمنع فقدان الركود. بالإضافة إلى ذلك، فإن ارتفاع سعر النفثالين الصناعي، ودورة الإنتاج الطويلة للملدنات الفائقة القائمة على النفثالين، والتلوث البيئي الشديد يجعل تطبيق الملدنات الفائقة القائمة على البولي كربوكسيلات أمرًا ضروريًا. ولكن هل تعرف آلية عمل ومبادئ تحضير الملدنات الفائقة متعددة الكربوكسيل؟

هناك عدد قليل نسبيًا من المراجعات الشاملة حول التقدم البحثي للملدنات الفائقة متعددة الكربوكسيلات، خاصة فيما يتعلق بمبادئ تحضيرها وآلية عملها والجوانب ذات الصلة. لذلك، يدعو بوريدا الخبراء إلى تقديم مراجعة حول التقدم البحثي فيما يتعلق بمبادئ التحضير وآلية العمل والآفاق المستقبلية للملدنات الفائقة متعددة الكربوكسيلات.

1. مبادئ تحضير الملدنات المتفوقة متعددة الكربوكسيلات

الملدنات الفائقة عالية الأداء القائمة على البولي كربوكسيلات هي مركبات جزيئية كبيرة تحتوي على مجموعات سلفونية، ومجموعات كربوكسيل، ومجموعات أمينية، وسلاسل جانبية من البولي أوكسي إيثيلين. يتم تصنيعها في محلول مائي عن طريق البلمرة المشتركة للجذور الحرة، مما يشكل مادة خافضة للتوتر السطحي ذات وزن جزيئي عالي على شكل مشط.

المواد الخام الرئيسية: حمض الميثاكريليك، حمض الأكريليك، إيثيل أكريلات، هيدروكسي إيثيل أكريلات، أليل سلفونات الصوديوم، ميثاكريلات الميثيل، ميثوكسي بولي إيثيلين جليكول ميثاكريلات، إيثوكسيلات بولي إيثيلين جليكول أكريلات، أليل إيثر، إلخ. مستخدم. تشتمل عوامل نقل السلسلة على 3-حمض المركابتوبروبيونيك، وحمض المركابتو أسيتيك، والأيزوبروبانول.

طريقة التوليف: في وعاء التفاعل المجهز بمحرك ميكانيكي ومقياس حرارة وجهاز إسقاط، تتم إضافة محلول المونومر ومحلول البادئ ومحلول عامل نقل السلسلة قطرة قطرة. عند اختيار مونومرات البلمرة، ينبغي النظر بشكل كامل في نسب تفاعل البلمرة المشتركة. تعتمد درجة حرارة التفاعل على نوع المونومرات المستخدمة وتقع بشكل عام ضمن نطاق 0-60 درجة. تتم إضافة محلول المونومر قطرة قطرة على مدار 1-2 ساعة، متبوعًا بتفاعل إضافي قدره 1- ساعة عند درجة حرارة ثابتة. بعد إضافة الماء للتحييد، يتم تفريغ المنتج.

2. آلية عمل الملدنات المتفوقة متعددة الكربوكسيلات

الملدنات الفائقة عالية الأداء القائمة على البولي كربوكسيلات هي نوع جديد من الملدنات الفائقة مع العديد من المزايا البارزة، على الرغم من أن آلية عملها الدقيقة لا تزال غير مفهومة بالكامل. وفيما يلي بعض وجهات النظر:

تأثير التثبيط: تعمل مجموعة الكربوكسيل كعنصر مثبط، وتشكل مجمعات مع أيونات Ca²⁺ (R-COO⁻–Ca²⁺)، مما يقلل من تركيز أيونات Ca²⁺ في المحلول، ويؤخر تبلور Ca(OH)₂، ويقلل تكوين المواد الهلامية CHS، وبالتالي تأخير تميه الأسمنت.

تقارب المجموعات القطبية: مجموعات الكربوكسيل (-COOH)، والهيدروكسيل (-OH)، والأمينو (-NH₂)، والبولي أوكسي ألكيلين (-OR) n لها ارتباطات قوية مع الماء. من خلال التأثيرات السطحية النشطة مثل الامتزاز، والتشتت، والترطيب، والتشحيم، فإنها توفر التشتت والسيولة لجزيئات الأسمنت. من خلال تقليل مقاومة الاحتكاك بين جزيئات الأسمنت وتقليل الطاقة الحرة في واجهة الأسمنت والماء، فإنها تعزز قابلية تشغيل الخرسانة الطازجة. وفي الوقت نفسه، تمتص مركبات البولي كربوكسيلات على سطح جزيئات الأسمنت، وتنقل شحنات سالبة من خلال أيونات الكربوكسيل. يؤدي هذا إلى حدوث تنافر كهروستاتيكي بين الجزيئات، مما يمنع ميل معجون الأسمنت إلى التلبد (نظرية DLVO) ويزيد من مساحة التلامس بين الأسمنت والماء، مما يعزز الترطيب الكامل للأسمنت. أثناء تشتت جزيئات الأسمنت، يتم إطلاق الماء المحتجز داخل التكتلات، مما يحسن قابلية التشغيل ويقلل كمية مياه الخلط المطلوبة.

تأثير عائق ستيكي: تمتز جزيئات البولي كربوكسيلات على سطح جزيئات الأسمنت في تكوين على شكل مشط، وتشكل طبقة امتصاص على سطح المادة الهلامية. عندما تقترب طبقات امتصاص البوليمر الموجودة على جزيئات الأسمنت من بعضها البعض، فإن العائق الاستاتيكي بين سلاسل البوليمر يمنع الجزيئات من التكتل. وهذا هو أحد الأسباب الرئيسية التي تجعل الملدنات الفائقة متعددة الكربوكسيلات تتمتع بقابلية تشتت فائقة مقارنة بالأنظمة الأخرى.

زيتا المحتملة والاحتفاظ بالتشتت: يمكن فهم آلية احتجاز التشتت للملدنات الفائقة عالية الأداء القائمة على البولي كربوكسيلات من خلال ملاحظة العلاقة بين وقت الخلط وإمكانات زيتا في معجون الأسمنت. بشكل عام، تُظهر الخرسانة التي تحتوي على الملدنات الفائقة عالية الأداء القائمة على النفثالين أو الميلامين خسارة كبيرة في الهبوط بعد 60 دقيقة، في حين أن الخرسانة التي تحتوي على الملدنات الفائقة متعددة الكربوكسيلات تظهر خسارة أقل في الهبوط. ينشأ هذا الاختلاف بسبب اختلاف نموذج الامتزاز بين الملدنات الفائقة وجزيئات الأسمنت. يؤدي التفاعل بين طبقة الامتزاز ذات الوزن الجزيئي العالي وجزيئات الأسمنت إلى حدوث تنافر استاتيكي وكهروستاتيكي، مع تغير طفيف في إمكانات زيتا.

تشير الأبحاث حول آلية تشتت الأسمنت إلى أن نظرية DLVO، التي تشرح التشتت عن طريق التنافر الأيوني، غالبًا ما تفشل في مطابقة النتائج التجريبية. يشرح تأثير العائق الاستاتيكي بنجاح العمل المشتت للملدنات الفائقة متعددة الكربوكسيل على الأسمنت. يتم امتصاص البوليمر على سطح جزيئات الأسمنت، مع امتداد السلاسل الجانبية إلى المحلول. تخلق هذه السلاسل الجانبية عائقًا استاتيكيًا، مما يمنع الجزيئات من التلامس الوثيق، وبالتالي ضمان تشتتها واستقرارها. هذه الآلية مقبولة على نطاق واسع اليوم. تظهر البوليمرات ذات السلاسل الجانبية الطويلة إمكانات زيتا منخفضة وتنافرًا استاتيكيًا عاليًا، مما يؤدي إلى تشتت ممتاز. ومع ذلك، قد يتسبب طول السلسلة الجانبية المفرط في التشابك بين السلاسل الجانبية السطحية للجسيمات المشتتة، مما يؤدي إلى تكتل الجسيمات.