폴리카복실산 고성능가소제 폴리에테르 거대단량체에 관한 연구

본 논문에서는 국내 폴리에테르 거대단량체 산업의 현황을 간략하게 분석하고, 기존 폴리카르복실산 고성능감수제 거대단량체의 주요 종류와 시장 상황을 소개하고, 다양한 분자 구조의 관점에서 이들의 장점과 단점, 개발 방향을 검토한다. 또한, 새로운 유형의 폴리카복실산 고성능가소제 거대단량체인 에틸렌 글리콜 모노비닐 폴리(에틸렌 글리콜) 에테르(EPEG)가 도입되었습니다.

PCE(폴리카복실산 고성능가소제)는 최신 세대의 콘크리트 혼화제를 대표하며, 종종 3세대 고성능 고성능 슈퍼가소제라고도 합니다. 이전 세대의 나프탈렌 기반 고성능감수제와 비교하여 PCE는 더 높은 절수 효율과 더 나은 시멘트 적응성을 제공합니다. 또한, PCE 생산과정에서는 공정폐수나 폐가스 등이 발생하지 않아 친환경 소재입니다.

PCE는 일반적으로 개시제 존재 하에서 말단 이중 결합 폴리(에틸렌 글리콜) 에테르 거대단량체와 불포화 카르복실산 단량체의 공중합을 통해 합성되는 양친매성 중합체입니다. 반응이 진행되는 동안 거대단량체와 단량체의 비닐 그룹은 고분자 골격을 형성하고, 거대단량체의 폴리에틸렌 글리콜 부분은 그림 1에 설명된 대로 측쇄를 생성합니다.

전통적인 고성능감수제와 비교하여 PCE의 가장 주목할만한 특징은 맞춤형 분자 구조입니다. 거대단량체 말단 그룹의 불포화 이중 결합은 중합을 통해 폴리카르복실레이트 골격을 형성합니다. 백본에 직접 연결된 -COO-Na 및 -SO{3}}Na와 같은 기능 그룹은 시멘트 입자 표면에 "다점 고정"을 가능하게 합니다. 폴리에틸렌 글리콜 측쇄는 시멘트 입자 표면의 물 분자와 수소 결합을 통해 용매화 고분자 층을 형성합니다. 이러한 입체 장애 효과는 시멘트 입자를 분산시켜 감수 효과를 얻습니다. 따라서 PCE의 개선은 새로운 거대단량체의 개발에 크게 의존합니다. 거대단량체의 구조적 혁신은 PCE의 생산 공정과 제품 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다.

1. 개발 연혁

초기 PCE 제품은 그림 2와 같이 메톡시 폴리(에틸렌 글리콜) 에테르(MPEG)를 거대단량체로 사용하는 에스테르 기반이었습니다. 이러한 유형의 거대단량체에서 PCE를 합성하려면 에스테르화와 중합이라는 두 단계가 필요하여 공정이 복잡해졌습니다. 이들 에스테르 기반 거대단량체는 점차적으로 에테르 기반 거대단량체로 대체되었습니다.

현재 에테르 기반 거대단량체가 시장을 지배하고 있습니다. 이러한 거대단량체는 다양한 분자 구조 개시제(불포화 알코올)의 에톡실화에 의해 합성되어 말단 비닐 그룹이 있는 폴리(에틸렌 글리콜) 에테르가 생성됩니다. 개시제 분자의 구조에 따라 이러한 거대단량체는 세 가지 유형으로 분류될 수 있습니다. 3-탄소 알코올 기반(알릴 폴리(에틸렌 글리콜) 에테르 - APEG), 4-탄소 및 {{5} }탄소 알코올 기반(이소부테닐 폴리(에틸렌 글리콜) 에테르 - HPEG, 이소펜테닐 폴리(에틸렌 글리콜) 에테르 - TPEG) 및 2+2 및 2+4 비닐 에테르 기반 그림 2와 같이 거대단량체(EPEG, VPEG).

2. 신청현황

폴리카르복실산 고성능가소제 산업의 급속한 발전으로 중국의 폴리에테르 거대단량체 부문도 상당한 진전을 이루었습니다. 폴리에테르 거대단량체의 생산 능력과 생산량은 모두 지속적으로 증가하여 2017년에 역사적인 정점에 도달했습니다. 표 1은 2013년부터 2017년까지 폴리에테르 거대단량체의 총 판매량과 구조를 보여줍니다.

표 1에서 볼 수 있듯이 중국의 폴리에테르 거대단량체 산업은 빠르게 발전했지만 여전히 몇 가지 과제에 직면해 있습니다. 한편, HPEG 및 TPEG 제품은 기존 거대단량체의 대부분을 차지하므로 상대적으로 균질한 제품 구조를 갖습니다. 또한 HPEG 및 TPEG 거대단량체용 개시제 공급은 여전히 ​​부분적으로 수입에 의존하고 있으며, 특히 5-탄소 알코올 개시제의 경우 일본의 Kuraray와 독일의 BASF에서 주로 공급됩니다. 반면, 거대단량체 생산 시설의 가동률은 일반적으로 낮아 업계 내 심각한 과잉 생산 문제를 야기하고 있습니다.