سنتز دو مرحله ای پلی کربوکسیلات اتر به روش توده ای و محلولی

ردایی, علیرضا; محمدی, مریم

سنتز دو مرحله ای پلی کربوکسیلات اتر به روش توده ای و محلولی

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

علیرضا ردایی ¹

مریم محمدی ²

¹ هیات علمی گروه مهندسی شیمی و پلیمر، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه یزد

² دانشگاه یزد

چکیده

چکیده

فوق روان کننده ها را می توان به روش های مختلف سنتز نمود هدف پژوهش حاضر ارائه روش دو مرحله ای سنتز پلی کربوکسیلات اتر و بررسی تائیر دما در سنتز می باشد. در سنتز مرحله اول زنجیره اصلی و در سنتز مرحله ی دوم زنجیره های فرعی ایجاد می گردند.

سنتز کوپلیمر اولیه به روش توده ای و با مکانیزم رادیکال آزاد صورت پذیرفت. آنالیز FTIR نیز برای شناسایی گروه‌های عاملی تشکیل شده مطابق پیش بینی‌ها و رسیدن به کوپلیمر مورد نظر انجام شد. سپس تعیین ویسکوزیته کوپلیمر به عنوان پارامتر تعیین کننده پیشرفت طول زنجیره اصلی در شرایط دمای مختلف سنتز صورت گرفت و در مرحله دوم توسط کوپلیمرتولیدی در مرحله اول سنتز نهایی پلی کربوکسیلات اتر به روش محلولی انجام شد، این سنتز در سه سطح دمایی صورت پذیرفت و ازمحصول سنتزی ابتدا آنالیز FTIR جهت تایید ساختار و آزمون HNMR نیز جهت تایید نهایی سنتز انجام گردید. سپس آزمون GPC جهت تعیین مشخصات پلی کربوکسیلات اتر سنتز شده شامل وزن مولکولی متوسط پلیمر و منحنی توزیع وزن مولکولی انجام شد و مقادیر MW و PDI گزارش گردید و در نهایت آزمون اسلامپ جهت تایید عملکرد صورت پذیرفت.

با افزایش دمای سنتز کوپلیمر، طول زنجیر اصلی نیز افزایش می یابد و شدت این افزایش در دماهای بالا بیشتر است ولی از طرفی دمای بیشتر از 70 درجه سانتیگراد نیز باعث تخریب کوپلیمر گردید که به صورت کاهش ویسکوزیته و تغییر رنگ محلول قابل تشخیص بود. بنابراین سنتز اولیه را باید در دمای 70 درجه سانتیگراد به مدت 8 ساعت انجام داد. سنتز پلی کربوکسیلات اتر با نسبت های مولی برابر و حفظ شرایط یکسان سنتز و تنها در دماهای متفاوت نشان داد که بهترین دمای سنتز 70 درجه سانتیگراد و به مدت 6 ساعت است. با افزایش وزن مولکولی پلی کربوکسیلات اتر از طریق افزایش زنجیره جانبی افت اسلامپ و روانی بهتری در بتن ایجاد شد.

کلیدواژه‌ها

فوق روان کننده ها

پلی کربوکسیلات اتر

سنتز محلولی

سنتز توده ای

بهینه سازی دمایی

موضوعات

مهندسی پلیمریزاسیون

عنوان مقاله English

Two-Step Synthesis of PolyCarboxylate Ether by Bulk and Solution Methods

نویسندگان English

Alireza Redaei ¹

Maryam Mohammadi ²

¹ Polymer & Chemical Engineering Department, Faculty of Engineering, Yazd University

² Yazd University

چکیده English

Abstract:

Research Subject: Superplasticizers can be synthesized in different ways. The aim of this study is to present a two-step method for the synthesis of polycarboxylate ether and to investigate the temperature change in synthesis. In the first stage synthesis, the main chain and in the second stage synthesis, the side chains are created.

Research Approach: The synthesis of the primary copolymer was done by mass method and free radical mechanism. FTIR analysis was performed to identify the functional groups formed according to the predictions and to reach the desired copolymer. Then the copolymer viscosity was determined as a parameter determining the progression of the main chain length and in the second step, polycarboxylate ether was synthesized by solution using an optimized AA copolymer. First, FTIR analysis was performed to confirm the structure and HNMR test was performed to confirm the final synthesis. Then, GPC test was performed to determine the characteristics of the synthesized ether polycarboxylate, including the average molecular weight of the polymer and the molecular weight distribution curve, and MW and PDI values were reported. Finally, the slump test was performed to confirm the performance.

Main Results: With increasing the temperature of copolymer synthesis, the length of the main chain also increases and the intensity of this increase is higher at high temperatures, but on the other hand, temperatures higher than 70 ° C also caused the destruction of the copolymer, which was detectable in the form of viscosity reduction and discoloration of the solution. Therefore, the initial synthesis should be performed at 70 ° C for 8 hours. The synthesis of polycarboxylate ether with equal molar ratios and maintaining the same conditions and only at different temperatures showed that the best synthesis temperature is 70 ° C for 6 hours. By increasing the molecular weight of polycarboxylate ether, by increasing the side chain, a better slump and flow in concrete was created.

کلیدواژه‌ها English

superplasticizers

polycarboxylate ether

bulk synthesis

solution synthesis

temperature optimization

[1] Chuang P.H., Tseng Y.H., Fang Y., Gui M., Ma X., and Luo J., Effect of Side Chain Length on Polycarboxylate Superplasticizer in Aqueous Solution: A Computational Study, J. Polymers, 11, 346-355, 2019.
[2] Ruijing Y., Deliang Z., Peng Z., and Weide W., Research Situation on macromolecule of Polycarboxylate Superplasticizer, J. Chem. Prod. and Tech., 18, 29-32, 2011.
[3] Dongkang F., Shaozu W., and He Xiaoji, Synthesis of Co-polycarboxylate Superplasticizer with Long Side Chain in Polyether and its Property, J. Concrete, 11, 39-42, 2007.
[4] Borget P., Galmiche L., Meins J.F.L., and Lafuma F., Microstructural characterisation and behaviour in different salt solutions of sodium polymethacrylate-g-PEO comb copolymers, J. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Eng. Aspects, 260, 173-182, 2005.
[5] Houst Y.F., Bowen P., Perche F., Kauppi A., Borget P., Galmiche L., Meins J.F.L, Lafuma F., Flatt R.J., Schober I.,. Banfill P.F.G, Swift D.S., Myrvold B.O., Petersen B.G., and Reknes K., Design and function of novel superplasticizers for more durable high performance concrete (superplast project), J. Cement and Concrete Res., 38(10), 1197-1209, 2008.
[6] Nawa T., Effect of chemical structure on steric stabilization of polycarboxylate-based superplasticizer, J. Adv. Concrete Tech., 4, 225-229,2006.
[7] Winnefeld F., Becker S., Pakush J., and Gotz T., Effects of the molecular architecture of comb-shaped superplasticizers on their performance in cementitious systems, J. Cement and Concrete Composites, 39, 251-260, 2007.
[8] Ran Q., Somasundaran P., Miao C., Liu J., Wu S., and Shen J., Effect of the length of the side chains of comb-like copolymer dispersants on dispersion and rheological properties of concentrated cement suspensions, J. Colloid and Interface Sci., 336, 624-633, 2009.
[9] Ruiping W., Zening X., and Guomin X., Synthesis and Performance of Polycarboxylate based Superplasticizer for Cement, J. Nan Jing Uni. of Tech., 31, 12-15, 2009.
[10] Rongping T., Jiawei W., and Xingkai Y., Synthesis and Performance of Polycarboxylate based Superplasticizer for Cement, J. China Construction Materials Tech., 6, 61-66, 2010.
[11] Jianhua H., Changchun W., and Wuli Y., Synthesis and Mechanism of poly(carboxylate) High- range Water Reducing Agent, J. Fudan Uni. (Nat. Sci.), 39, 463-466, 2000.
[12] Shun L., Qijun Y., and Jiangxiong W., Effect of molecular mass and its distribution on adsorption behavior of polycarboxylate water reducer, J. Chinese Ceramic Soc., 39, 80-86, 2011.
[13] Li C., Feng N., Li Y., and Chen R., Effect of polyethylene oxide chains on the performance of polycarboxylate-type water reducers, J. Cement and Concrete Res., 35, 867-873, 2005.
[14] Xiping L., and Hui L., Influence of Side Chain Density of Polycarboxylate Superplasticizer on Hydration of Cement, J. Bulletin of the Chinese Ceramic Soc., 28, 1254-1258, 2009.
[15] Baoguo M., Man Z., and Hongbo T., Influence of Side Chain Density of Polycarboxylate Superplasticizer on Characteristics of Cement early Hydration, J. New Construction Materials, 6, 41-43, 2008.
[16] Xueqing X., Xuehong H., and Yujuan H., Research of polycarboxylic copolymer side chain on the cement dispersing ability, J. Chem. Res. & Appl.,17, 825- 828, 2005.
[17] Jinmei G., Yanlin S., and Hong W., Study on Functional Group Modified Polycarboxylate-Type Superplasticizer, J. KunMing Uni. of Sci. & Tech., 35, 94-99, 2010.
[18] Benwei Z., Qiang X., and Hong G., Study on Relationship between Structure and Performance of Polycarboxylate Superplasticizer, J. Wuhan Ins. of Tech., 25, 15-19, 2005.
[19] Xiuxing M., Synthesis of New Polyether Polycarboxylate Superplasticizer, J. Wuhan Uni. of Tech., 25, 799-802, 2010.
[20] Mo X., Yu C., Feng X., and Jing Y., The Characterization and Application of Polycarboxylate as a Superplasticizer in Concrete, J. Adv. Materials Res., 739, 258-263, 2013.
[21] Wang Z., Lu Z., Lu F., and Li H., Relationship between Structure and Performance of Polycarboxylate Superplasticizer, J. Key Eng. Materials, 509, 57-64, 2012.