结构调控、结构-活性关系以及海藻酸钠改性聚羧酸醚超塑剂的分散机制

《Industrial & Engineering Chemistry Research》：Structural Regulation, Structure–Activity Relationship, and Dispersion Mechanism of Sodium Alginate-Modified Polycarboxylate Ether Superplasticizers

采用刚性侧链支持-多齿配位锚定策略，以海藻酸钠为原料合成改性聚羧酸减水剂SA-PCE，通过调控Ugi-SA、MAS和APS比例精确调节分子结构，发现侧链刚性和主链长度影响分散性及表面活性，电负性和吸附性能随聚合度增加先升后降。相比传统TPCE，SA-PCE具有更强的多齿配位和空间位阻效应，表面活性与湿ting性显著提升。

　　

在这项研究中，采用了一种“刚性侧链支撑-多齿配位锚定-两亲性调控”策略，以克服传统聚羧酸超塑化剂（TPCE）线性构型的局限性，并减少对石油基原材料的依赖。以可再生的天然多糖海藻酸钠（SA）作为功能单体原料，研究了海藻酸钠改性的聚羧酸减水剂（SA-PCE）的结构调控、结构-活性关系及分散机制。首先，通过酸降解将大分子海藻酸钠（M-SA）转化为小分子海藻酸钠（D-SA），并通过Ugi反应在D-SA中引入不饱和碳-碳双键，合成Ugi改性的海藻酸钠（Ugi-SA）。随后，以Ugi-SA和丙烯酸（AA）作为小单体、异戊二烯醇聚氧乙烯醚（TPEG）作为大单体、过硫酸铵（APS）作为引发剂、甲基磺酸钠（MAS）作为链转移剂，通过水溶液自由基聚合方法制备了SA-PCE。通过调节Ugi-SA、MAS和APS的用量，可以精确调控SA-PCE的分子结构。最后，结合水泥浆体的流动性与微观结构、吸附量、Zeta电位、吸附层厚度、流体动力学半径和表面张力，讨论了SA-PCE的结构-活性关系及分散机制。研究结果表明：随着SA-PCE侧链刚性的增加，其分散性和表面活性先增强后减弱，而流体动力学半径、Ca²⁺配位能力、吸附量、吸附层厚度和电负性则有所提高；随着主链长度的增加，分散性、吸附量和电负性先增强后减弱，而流体动力学半径和表面张力逐渐增大；随着聚合度的提高，分散性、吸附量、流体动力学半径和表面活性先增强后减弱，电负性整体呈现上升趋势。与TPCE相比，SA-PCE具有刚性侧链支撑、更强的多齿配位作用及空间位阻效应。较高的羧酸密度和静电排斥作用、可控的两亲性结构、更高的表面活性以及优异的润湿性能，使其在水泥基体中的分散效果更佳。