دراسة على الملدن المتفوق متعدد الكربوكسيل Polyether Macromonomer

تحلل هذه المقالة بإيجاز حالة التطوير الحالية لصناعة مونومر البولي إيثر المحلي، وتقدم الأنواع الرئيسية وحالة السوق للمونومرات الكبيرة الملدنة الفائقة متعددة الكربوكسيل الحالية، وتفحص مزاياها وعيوبها واتجاهات تطويرها من منظور الهياكل الجزيئية المختلفة. بالإضافة إلى ذلك، تم تقديم نوع جديد من الملدنات الفائقة متعددة الكربوكسيل، إيثيلين جليكول مونوفينيل بولي (إيثيلين جليكول) إيثر (EPEG).

يمثل الملدن المتفوق متعدد الكربوكسيل (PCE) أحدث جيل من الخلطات الخرسانية، والتي يشار إليها غالبًا بالجيل الثالث من الملدنات الفائقة عالية الأداء. بالمقارنة مع الجيل السابق من الملدنات الفائقة القائمة على النفثالين، يوفر PCE كفاءة أعلى في تقليل المياه وقدرة أفضل على التكيف مع الأسمنت. علاوة على ذلك، فإن عملية إنتاج PCE لا تولد أي مياه صرف أو غازات مهدرة، مما يجعلها مادة صديقة للبيئة.

PCE عبارة عن بوليمر أمفيفيلي، يتم تصنيعه عادةً من خلال بلمرة مشتركة لمونومرات إيثر بولي (إيثيلين جلايكول) مزدوجة الطرف ومونومرات حمض الكربوكسيل غير المشبعة في وجود بادئ. أثناء التفاعل، تشكل مجموعات الفينيل من المونومرات الكبيرة والمونومرات العمود الفقري للبوليمر، في حين تشكل شرائح البولي إيثيلين جلايكول من المونومرات الكبيرة سلاسل جانبية، كما هو موضح في الشكل 1.

بالمقارنة مع الملدنات الفائقة التقليدية، فإن الميزة الأكثر بروزًا في PCE هي تركيبها الجزيئي القابل للتخصيص. تشكل الروابط المزدوجة غير المشبعة في المجموعات الطرفية للمونومر الكبير العمود الفقري للبولي كربوكسيلات عبر البلمرة. تعمل المجموعات الوظيفية مثل -COO-Na و-SO3-Na المتصلة مباشرة بالعمود الفقري على تمكين "التثبيت متعدد النقاط" على سطح جسيمات الأسمنت. تشكل السلاسل الجانبية من البولي إيثيلين جلايكول طبقة بوليمر مذابة من خلال الرابطة الهيدروجينية مع جزيئات الماء على سطح جسيم الأسمنت. يؤدي تأثير العائق الاستاتيكي هذا إلى تشتيت جزيئات الأسمنت، مما يحقق تأثير تقليل الماء. لذلك، فإن التحسينات في نفقات الاستهلاك الشخصي تعتمد بشكل كبير على تطوير مونومرات كبيرة جديدة. يمكن للابتكارات الهيكلية في المونومرات الكبيرة أن تعزز بشكل كبير عملية الإنتاج وأداء منتج PCE.

1. تاريخ التطوير

كانت منتجات PCE المبكرة تعتمد على الإستر، مع ميثوكسي بولي (جليكول الإيثيلين) إيثر (MPEG) باعتباره المونومر الكبير، كما هو موضح في الشكل 2. يتطلب تصنيع PCE من هذا النوع من المونومر الكبير خطوتين: الأسترة والبلمرة، مما يجعل العملية معقدة. تم استبدال هذه المونومرات الكبيرة القائمة على الإستر تدريجيًا بالمونومرات الكبيرة القائمة على الإيثر.

تهيمن الآن المونات الكبيرة القائمة على الأثير على السوق. يتم تصنيع هذه المونومرات الكبيرة عن طريق إيثوكسيل بادئات البنية الجزيئية المختلفة (الكحولات غير المشبعة)، مما يؤدي إلى إيثرات بولي (إيثيلين جلايكول) مع مجموعات الفينيل الطرفية. استنادًا إلى بنية الجزيئات البادئة، يمكن تصنيف هذه المونومرات الكبيرة إلى ثلاثة أنواع: 3-الكحول الكربوني (أليل بولي (إيثيلين جلايكول) إيثر - APEG)، 4-الكربون و{{5} }مرتكز على الكحول الكربوني (أيزوبوتينيل بولي (جلايكول الإيثيلين) إيثر - HPEG، وبولي إيزوبنتينيل (جلايكول الإيثيلين) إيثر - TPEG)، و2+2 و 2+4 مونومرات كبيرة تعتمد على إيثر الفينيل (EPEG، VPEG)، كما هو موضح في الشكل 2.

2. حالة الطلب الحالية

مع التطور السريع لصناعة الملدنات المتفوقة متعددة الكربوكسيل، حقق قطاع مونومر البولي إيثر في الصين أيضًا تقدمًا كبيرًا. استمرت كل من القدرة الإنتاجية وإنتاج مونومرات البولي إيثر في الارتفاع، حيث وصلت إلى ذروة تاريخية في عام 2017. ويبين الجدول 1 إجمالي المبيعات وهيكل مونومرات البولي إيثر من عام 2013 إلى عام 2017.

كما هو موضح في الجدول 1، على الرغم من أن صناعة مونومر البولي إيثر الكبير في الصين قد تطورت بسرعة، إلا أنها لا تزال تواجه العديد من التحديات. فمن ناحية، تمثل منتجات HPEG وTPEG غالبية المونومرات الكبيرة الموجودة، مما يؤدي إلى هيكل منتج متجانس نسبيًا. بالإضافة إلى ذلك، لا يزال توريد البادئات للمونومرات الكبيرة HPEG وTPEG يعتمد جزئيًا على الواردات، وخاصة 5-بادئات الكحول الكربوني، والتي يتم الحصول عليها بكثافة من شركة Kuraray اليابانية وشركة BASF الألمانية. ومن ناحية أخرى، فإن معدلات تشغيل مرافق إنتاج المونومرات الكبيرة منخفضة بشكل عام، مما يؤدي إلى مشكلات حادة في الطاقة الفائضة داخل الصناعة.