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PAMAM改性塑化剂在水泥体系中的应用

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发表于 2019-6-11 11:15:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
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。


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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]。


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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。


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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
亚洲首家研发与生产树枝状聚合物的高新技术企业

  
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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