فوق روان‌کننده‌ها (بر پایه نفتالن‌سولفونات)

.این دسته از افزودنی‌ها که بر پایه نفتالن‌سولفونات هستند، با مکانیزم ایجاد دافعه الکترواستاتیک بین ذرات سیمان باعث پخش شدن آنها می‌شوند و در نتیجه اسلامپ را افزایش می‌دهند

پلینفتالن‌سولفونات (PNS) از اولین موادی است، که به عنوان یک عامل کاهندۀ آب از دهه 1970 تاکنون با عملکرد گسترده در ترکیبات افزودنی‌ها مورد استفاده قرار گرفته‌است. این ماده که در ابتدا در دهه 1930 به عنوان افزودنی لاستیک مصنوعی استفاده می‌شد، در دهه 1970 در ژاپن وارد بازار افزودنی‌های بتن شد و به عنوان کاهندۀ آب قوی یا فوق روان‌کننده به مصرف رسید.

اولین مرحله تولید PNS سولفوناسیون نفتالن با سولفوریک اسید است که در شکل 1 نشان داده شده‌است. در مرحله دوم نیز واکنش کاندنسیشن (تراکم) نفتالن‌سولفونیک‌اسید با فرمالدهید انجام شده و منجر به تولید پلی متیلن نفتالن سولفونیک می‌شود. در ادامه نیز فرایند خنثی‌سازی با سدیم هیدروکسید صورت می‌گیرد تا قلیای اضافی در سیستم باقی نماند.


شکل 1- فرایند تولید نفتالن سولفونات. (a) سولفوناسیون نفتالن با سولفوریک اسید (PNS)پلی­کاندنسیشن در حضور فرمالدئید1

 به علت وجود تقارن در مولکول‌های نفتالن، جایگیری هیدروژن به وسیله سولفونات می‌تواند در دو موقعیت α و β اتفاق بیفتد. موقعیتα  در دمای زیر 100 درجه سانتی‌گراد و موقعیت β در مای بالای 150 درجه سانتی گراد رخ می‌دهد، که به شدت پایدارتر است. در نتیجه تنها PNSهایی با استخلاف نوع β دارای خاصیت دیسپرس کنندگی هستند. موقعیت‌های اتصال α و β در شکل زیر نشان داده شده است . بارهای منفی روی گروه سولفونات عامل جذب شدن افزودنی بر روی ذرات سیمان و پراکنده کردن این ذرات از طریق نیروی دافعه الکتروستاتیک می‌باشد.

 

شکل 2 - ساختار شیمیایی نفتالن سولفونات با گروه سولفونات در موقعیت­های  α و β 2

متوسط وزن مولکولی این پلیمرها بین 25000 تا 50000 گرم بر مول است و معمولاً با افزایش وزن مولکولی خواص ایجاد شده بهتر خواهد بود3.



P.-C. Aïtcin and R. J. Flatt, Science and Technology of Concrete AdmixturesWoodhead Publishing, 2015 Gelardi, G., & Flatt, R. J. (2016). Working mechanisms of water reducers and superplasticizers. In Science and Technology of Concrete Admixtures (pp. 257-278). Woodhead Publishing