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​聚酰胺-胺塑化剂在水泥体系中的应用

文章来源: 晨源分子       发布时间:2019-06-10

目前,建筑业大规模使用的合成材料是普通硅酸盐水泥(OPC)。


OPC的主要组分是硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)、铝酸三钙(C3A)和铁铝酸四钙(C4AF)。水泥与水混合会发生一系列的水合反应。但是,OPC的缺点是在水合反应中屈服应力明显提高。


水泥浆是液体悬浮物,因此在水合过程中控制聚集对其施工性能非常重要[1,2]。


塑化剂广泛用于建筑业以提高水泥的加工性能。近十年来,基于聚羧酸酯的塑化剂(PCEs)由于优异的性能而用于新制备混凝土的改性。PCEs具有许多优越之处,例如用量少、分散性好、制备过程无污染等,深入研究其性质与应用倍受关注[3,4]。


PCEs的性质与分子量密切相关。PCEs是以阴离子聚合物为主链,醚为侧链的梳状共聚物。阴离子可吸附在水泥粒子表面,在水泥粒子间产生静电排斥力。亲水的醚侧链则促使水泥粒子分离。


PCEs的分散性质源于静电排斥力和空间阻碍的双重作用。迄今为止,无论是基础研究还是工业生产都对PCEs的化学结构改性进行了广泛的探索,其中大多数集中于改变电荷密度、侧链长度、主链长度以及功能基团组成[5]。


Lei和Plank以甲基丙烯酸和羟烷基甲基丙烯酸酯为原料合成了新型的PCE[6]。研究发现,即使有蒙脱土存在,该PCE在水泥浆中也显示出优良的分散能力。


Lv等在主链和聚(乙二醇)(PEG)支链间采用不同的连接基合成了PCEs[7]。他们的结果显示,该连接基对水泥浆和混凝土的性质有重要影响。


Ren等设计了一系列梳状两性聚羧酸(APC)聚合物并将其用作水泥分散剂[8]。结果发现,APC分散剂在水泥中吸附离子而起到了锚定作用。APC也影响水合反应,它延迟产生钙矾石,影响结晶焓以及水合产物的热稳定性。


​聚酰胺-胺塑化剂在水泥体系中的应用


树枝状增塑剂作用效果图


树枝状大分子是一类含有中心核与发散支链的分子。由于独特的结构、性质和应用前景,树枝状聚合物有不同的工业用途,如絮凝剂、增稠剂、稳定剂和分散剂。


聚酰胺-胺(PAMAM)具有高度支化结构,支化度随代数提高,结构高度几何对称,分子结构精确,分子质量可控。


虽然其合成需经冗长和重复的反应,但PAMAM是应用最为广泛的一类树枝状分子。此外,其整代数分子具有多个氨基,这进一步扩展了应用范围[9-10]。


​聚酰胺-胺塑化剂在水泥体系中的应用


G0-G2代PAMAM的结构和PAMAM增塑剂前驱体的合成


广州化学所,中国科学院大学和广州科学院的Hongwei Zhao等[11]人采用自由基聚合制备了一系列基于PAMAM的塑化剂—PAMAM DPCs(DPC0、DPC1、DPC2)。与CPC相比,DPCs的分散性与分散稳定性较好,可更多的吸附在水泥粒子上,这与水泥浆的优良流动性有关。


​聚酰胺-胺塑化剂在水泥体系中的应用


树枝状增塑剂DPC0的合成


另外发现,在水泥浆中加入DCPs,水合的早期会延迟和降低热流峰。流变测试表明,加入DPCs能急剧降低水泥浆的聚集,促进由固相向液体黏弹行为的转变。在室温水合3和7天,比较于纯水泥样品,水泥/DPC样品具有较高的抗压强度。加入DPC在水合早期虽有延迟效应,但不影响后续水泥浆的抗压强度。


研究结果说明,DPC是提高OPC分散流动性和稳定流动性的有效塑化剂。


by:威海晨源分子新材料有限公司


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参考文献:


[1].Mehta,P.K.;Monteiro,P.J.M.Concrete:Microstructure,Properties,and Materials,3rd ed.;McGraw-Hill:New York,NY,2006.


[2].Bullard,J.W.;Jennings,H.M.;Livingston,R.A.;Nonat,A.;Scherer,G.W.;Schweitzer,J.S.;Scrivener,K.L.;Thomas,J.J.Cem.Concr.Res.2011,41,1208.


[3].Toledano-Prados,M.;Lorenzo-Pesqueira,M.;Gonz alez-Fonteboa,B.;Seara-Paz,S.Constr.Build.Mater.2013,48,628.


[4].Zhang,Y.;Kong,X.Constr.Build.Mater.2014,53,392.


[5].Liu,X.;Wang,Z.M.;Zhu,J.;Zheng,Y.S.;Cui,S.P.;Lan,M.Z.;Li,H.Q.Colloids Surf.A 2014,448,119.


[6].Lei,L.;Plank,J.Cem.Concr.Res.2012,42,1299.


[7].Lv,S.H.;Duan,J.P.;Gao,R.J.;Cao,Q.;Li,D.J.Appl.Polym.Sci.2012,125,396.


[8].Ren,Q.Y.;Zou,H.W.;Liang,M.;Wang,Y.M.;Wang,J.C.,J.RSC Adv.2014,4,44018.


[9].Tomalia,D.A.;Naylor,A.M.;Goddard,W.A.Angew.Chem.Int.Ed.1990,29,138.


[10].Tomalia,D.A.;Baker,H.;Dewald,J.;Hall,M.;Kallos,G.;Martin,S.;Roeck,J.;Ryder,J.;P.;Smith,J.Polym.J.(Tokyo)1985,17,117.


[11].Zhao H.w.;Liao B.;Nian F.W,;ZhaoY.Y.;Wang,K.;Pang H.;J.Appl.Polym.Sci.2018,46550.


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