EA030417B1 - Process for the preparation of a sulphur cement product and sulphur cement product prepared by this process - Google Patents
Process for the preparation of a sulphur cement product and sulphur cement product prepared by this process Download PDFInfo
- Publication number
- EA030417B1 EA030417B1 EA201690313A EA201690313A EA030417B1 EA 030417 B1 EA030417 B1 EA 030417B1 EA 201690313 A EA201690313 A EA 201690313A EA 201690313 A EA201690313 A EA 201690313A EA 030417 B1 EA030417 B1 EA 030417B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- sulfur
- inorganic material
- product
- carbon atoms
- organosilane
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
- C04B28/36—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing sulfur, sulfides or selenium
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способу получения продукта из серного цемента, включающему перемешивание серы, дисперсного неорганического материала и олигомерного органосилана, содержащего одну или несколько концевых групп, описывающихся общей формулой (I)
I к2 \
I
030417 Β1
(I)
где К1 представляет собой линейную или разветвленную гидрокарбильную группу, содержащую 2-24 атома углерода, и К2 представляет собой линейную или разветвленную гидрокарбильную группу, содержащую 2-40 атомов углерода, причем дисперсный неорганический материал представляет собой наполнитель или заполнитель серного цемента и перемешивание всех компонентов осуществляют при температуре, при которой сера расплавляется с образованием расплавленного продукта из серного цемента; и затвердевание продукта из расплавленного серного цемента. Количество олигомерного органосилана, которое перемешивают с серой и дисперсным неорганическим материалом, находится в диапазоне от 0,05 до 1 мас.% при расчете на массу серы. Раскрыт также продукт, полученный указанным способом.
030417
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение предлагает способ получения продуктов из серного цемента. Изобретение также предлагает продукты из серного цемента, включающие серный цемент, серный строительный раствор и серный бетон. Изобретение также предлагает модифицированную серу, которая может быть использована при получении продуктов из серного цемента. Изобретение также предлагает модифицированный дисперсный неорганический материал, который может быть использован при получении продуктов из серного цемента.
Уровень техники
Для связывания заполнителя и наполнителя могут быть использованы элементарная сера или модифицированная сера, что, тем самым, приводит к изготовлению продуктов из серного цемента, таких как серный строительный раствор и серный бетон. Серный бетон может быть использован в широком спектре областей применения сборного бетона, таких как морские укрепления, плиты дорожного покрытия, дорожные ограждения и подпорные стены.
В публикации \УО 2008 148804 описывается возможность использования полисульфидсодержащих органосиланов в качестве стабилизаторов для получения продуктов из серного цемента, демонстрирующих улучшенные характеристики водопоглощения. Продукты из серного цемента дополнительно обладают выгодными механическими свойствами.
Дополнительные стабилизаторы или аппреты описываются в публикациях \УО 2011/000837 и \\'О/2012 101127.
При использовании для изготовления серного цемента множество органосилановых аппретов, известных в предшествующем уровне техники, дают в качестве побочного продукта этанол или метанол. Метанол и этанол представляют собой летучие органические соединения (ЛОС), и желательно ограничить количество соединений ЛОС, которые высвобождаются во время изготовления продуктов из серного цемента. Изобретатели стремились создать способ изготовления продуктов из серного цемента, в котором образование соединений ЛОС является уменьшенным и в котором продукты из серного цемента сохраняют удовлетворительные характеристики водопоглощения и механические свойства.
Сущность изобретения
Как это установили изобретатели настоящего изобретения, при использовании другого типа органосилана в способе получения продуктов из серного цемента можно добиться уменьшенного образования соединений ЛОС, но при этом изготавливать продукты из серного цемента, демонстрирующие удовлетворительные характеристики водопоглощения и механические свойства.
В соответствии с этим изобретение предлагает способ получения продуктов из серного цемента, включающий стадии, на которых:
(а) перемешивают серу, дисперсный неорганический материал и олигомерный органосилан, содержащий одну или несколько концевых групп, описывающихся общей формулой (I)
(I)
где К1 представляет собой линейную или разветвленную гидрокарбильную группу, содержащую 224 атома углерода, и К2 представляет собой линейную или разветвленную гидрокарбильную группу, содержащую 2-40 атомов углерода, причем дисперсный неорганический материал представляет собой наполнитель или заполнитель серного цемента и перемешивание всех компонентов осуществляют при температуре, при которой сера расплавляется с образованием расплавленного продукта из серного цемента, и
(Ь) продукт из расплавленного серного цемента отверждают.
В одном дополнительном аспекте настоящее изобретение предлагает продукт из серного цемента, полученный вышеуказанным способом, содержащий серу и продукт реакции между дисперсным неорганическим материалом и олигомерным органосиланом, содержащим одну или несколько концевых групп, описывающихся общей формулой (I)
(1)
где К1 представляет собой линейную или разветвленную гидрокарбильную группу, содержащую 224 атома углерода, и К2 представляет собой линейную или разветвленную гидрокарбильную группу, содержащую 2-40 атомов углерода.
В еще одном дополнительном аспекте настоящее изобретение предлагает модифицированную серу,
- 1 030417
содержащую серу и олигомерный органосилан, содержащий одну или несколько концевых групп, описывающихся общей формулой (I)
(I)
где К1 представляет собой линейную или разветвленную гидрокарбильную группу, содержащую 224 атома углерода, и К2 представляет собой линейную или разветвленную гидрокарбильную группу, содержащую 2-40 атомов углерода. Модифицированную серу в подходящем для использования случае применяют в способе получения продуктов из серного цемента изобретения.
В еще одном дополнительном аспекте настоящее изобретение предлагает модифицированный дисперсный неорганический материал, который представляет собой продукт реакции между дисперсным неорганическим материалом и олигомерным органосиланом, содержащим одну или несколько концевых групп, описывающихся общей формулой (I)
(I)
где К1 представляет собой линейную или разветвленную гидрокарбильную группу, содержащую 224 атома углерода, и К2 представляет собой линейную или разветвленную гидрокарбильную группу, содержащую 2-40 атомов углерода. Модифицированный дисперсный неорганический материал в подходящем для использования случае применяют в способе получения продуктов из серного цемента изобретения.
Подробное описание изобретения
Термин "продукт из серного цемента" относится к композиту, содержащему серу, наполнитель и необязательно заполнитель. Наполнители и заполнители представляют собой дисперсные неорганические материалы. Наполнители характеризуются средним размером частиц в диапазоне от 0,1 мкм до 0,1 мм. Мелкий заполнитель характеризуется средним размером частиц в диапазоне от 0,1 до 5 мм. Крупный заполнитель характеризуется средним размером частиц в диапазоне от 5 до 40 мм. Средние размеры частиц базируются на среднеарифметических величинах. Серный цемент изобретения содержит серу и наполнитель, но не заполнитель. Серный строительный раствор изобретения содержит серу, наполнитель и мелкий заполнитель, но не содержит крупный заполнитель. Серный бетон изобретения содержит серу, наполнитель, крупный заполнитель и необязательно мелкий заполнитель.
Количества серы, наполнителя и заполнителя в продуктах из серного цемента изобретения могут быть выбраны специалистами в соответствующей области техники с учетом предполагаемой области применения продуктов из серного цемента. Специалисты в соответствующей области техники будут стремиться обеспечить включение достаточного количества серы для связывания наполнителя и заполнителя, включение достаточных количеств наполнителя и заполнителя для придания механических свойств и получение из остальных компонентов смеси, характеризующейся перерабатываемостью, подходящей для использования в предполагаемой области применения. Серный цемент предпочтительно содержит от 25 до 80 мас.% серы и от 20 до 75 мас.% наполнителя. Серный строительный раствор предпочтительно содержит от 5 до 40 мас.% серы, от 45 до 90 мас.% мелкого заполнителя и от 1 до 10 мас.% наполнителя; более предпочтительно от 5 до 30 мас.% серы, от 55 до 75 мас.% мелкого заполнителя и от 3 до 8 мас.% наполнителя. Серный бетон предпочтительно содержит от 5 до 40 мас.% серы, от 25 до 50 мас.% крупного заполнителя, от 20 до 40 мас.% мелкого заполнителя и от 1 до 10 мас.% наполнителя; более предпочтительно от 5 до 30 мас.% серы, от 30 до 40 мас.% крупного заполнителя, от 25 до 35 мас.% мелкого заполнителя и от 3 до 8 мас.% наполнителя.
Дисперсным неорганическим материалом может быть любой дисперсный неорганический материал, известный для использования в качестве наполнителя или заполнителя серного цемента. Предпочтительно дисперсный неорганический материал содержит оксидные или гидроксильные группы на своей поверхности. Примерами подходящих для использования дисперсных неорганических материалов являются диоксид кремния, зольная пыль, известняк, кварц, оксид железа, оксид алюминия, диоксид титана, сажа, гипс, тальк или слюда, песок, гравий, скальная порода или силикаты металлов. Более предпочтительно дисперсный неорганический материал представляет собой диоксид кремния или силикат. Примерами таких диоксида кремния или силикатов являются кварц, песок и силикаты металлов (например, слюда).
В способе изобретения перемешивают серу, дисперсный неорганический материал и олигомерный органосилан, содержащий одну или несколько концевых групп, описывающихся общей формулой (I)
- 2 030417
где К представляет собой линейную или разветвленную гидрокарбильную группу, содержащую 224 атома углерода, и К2 представляет собой линейную или разветвленную гидрокарбильную группу, содержащую 2-40 атомов углерода.
Олигомерный органосилан в подходящем для использования случае получают при использовании способа, где силан, описывающийся формулой (II), вводят в реакцию с полигидроксисодержащим соединением, описывающимся формулой (III)
где X представляет собой гидролизуемую уходящую группу, предпочтительно С1-6 алкокси, а наиболее предпочтительно этокси. В одном конкретном варианте осуществления может быть использован более чем один силан, например могут быть использованы два силана:
К2Ь
Это будет приводить к получению олигомерного органосилана, содержащего смесь из групп К2а и
Органосилан является олигомерным в том смысле, что он будет получаться в результате реакции для нескольких органосилановых мономеров. Структура олигомерного органосилана предпочтительно описывается формулой (IV)
где η представляет собой целое число. Олигомер будет содержать по меньшей мере две концевые группы. По меньшей мере одна из концевых групп, возможно более чем одна, будет описываться формулой (I).
К1 представляет собой линейную или разветвленную гидрокарбильную группу, содержащую 2-24 атома углерода. Предпочтительно К1 содержит 2-16 атомов углерода, более предпочтительно 2-8 атомов углерода. Предпочтительные группы включают 2-метилпропил и 1-метил-3,3-диметилпропил. Предпочтительно углеродная цепь между связанными атомами кислорода имеет длину в три атома углерода. К1 предпочтительно является нефункционализованным.
К2 представляет собой линейную или разветвленную гидрокарбильную группу, содержащую 2-40 атомов углерода. Предпочтительно К2 содержит 2-24 атома углерода, более предпочтительно 2-16 атомов углерода. К2 является необязательно функционализованным при использовании одной или нескольких групп, выбираемых из групп тиола, сложного тиоэфира, спирта, сложного эфира, карбоновой кислоты, карбонила, амина или амида. В одном предпочтительном варианте осуществления К2 является функционализованным при использовании группы тиола или сложного тиоэфира.
Подходящие для использования олигомерные органосиланы и способы их получения описываются в публикациях Ж.) 2006/86375 и Ж.) 2008/21308. Олигомерные органосиланы доступны в компании Мошепйуе РегГогшапее Ма1епа1§ Ше. под торговым наименованием ΝΧΤ* Ζ.
Продукты из серного цемента изобретения в подходящем для использования случае получают при использовании способа, где все компоненты перемешивают при температуре, при которой сера расплавляется, то есть, обычно при более чем 120°С, предпочтительно в диапазоне от 120 до 150°С, более предпочтительно в диапазоне от 125 до 140°С. Смесь предпочтительно выливают в форму. После этого обеспечивают затвердевание продукта из серного цемента в результате охлаждения до температуры, при которой сера затвердевает. После охлаждения продукт из серного цемента может быть извлечен из формы.
Количество олигомерного органосилана, которое перемешивают с серой и дисперсным неорганическим материалом, предпочтительно находится в диапазоне от 0,05 до 1 мас.% при расчете на массу серы, предпочтительно от 0,1 до 0,4 мас.%. В случае использования менее чем 0,05 мас.% олигомерного органосилана модифицирование не может обеспечить получение достаточного улучшения водопоглощения и механических свойств. Использование более чем 1 мас.% олигомерного органосилана обычно является необязательным, поскольку все возможное улучшение водопоглощения и механических свойств будет
- 3 030417
достигаться при использовании 1 мас.%.
В случае перемешивания олигомерного органосилана с неорганическим дисперсным материалом будет иметь место реакция между концевыми группами олигомерного органосилана и поверхностными группами неорганического дисперсного материала. В ходе способа будут получаться соединения, описывающиеся формулой НО-К?-ОН, и такие соединения имеют тенденцию к демонстрации температур кипения, которые являются достаточно высокими для того, чтобы соединения не рассматривались бы в качестве соединений ЛОС.
В способе изобретения набор компонентов может быть подан на стадию перемешивания в форме предварительной композиции или маточной смеси. В одном варианте осуществления сера и олигомерный органосилан могут быть поданы в виде модифицированной серы. Поэтому в одном дополнительном аспекте настоящее изобретение предлагает модифицированную серу, содержащую серу и олигомерный органосилан, содержащий одну или несколько концевых групп, описывающихся общей формулой (I)
(I)
где К1 представляет собой линейную или разветвленную гидрокарбильную группу, содержащую 224 атома углерода, и К2 представляет собой линейную или разветвленную гидрокарбильную группу, содержащую 2-40 атомов углерода. Модифицированная сера предпочтительно содержит менее чем 1 мас.% наполнителя и менее чем 1 мас.% заполнителя; а наиболее предпочтительно не содержит какого-либо наполнителя и какого-либо заполнителя. Модифицированная сера предпочтительно содержит от 0,01 до 20 мас.% олигомерного органосилана, более предпочтительно от 0,01 до 10 мас.%, наиболее предпочтительно от 0,01 до 1 мас.%, где уровни массового процентного содержания получают при расчете на массу модифицированной серы. Модифицированная сера предпочтительно содержит по меньшей мере 80 мас.% серы. В одном варианте осуществления модифицированная сера может содержать более высокие количества олигомерного органосилана, например от 5 до 20 мас.%, а также может содержать более высокие количества наполнителя, например от 5 до 20 мас.%, где уровни массового процентного содержания получают при расчете на массу модифицированной серы. В данном варианте осуществления модифицированная сера является "концентрированной" модифицированной серой, и такая "концентрированная" модифицированная сера может быть использована в небольших количествах для получения значительных количеств олигомерного органосилана.
В еще одном варианте осуществления дисперсный неорганический материал и олигомерный органосилан могут быть поданы в виде модифицированного дисперсного неорганического материала. Поэтому в одном дополнительном аспекте настоящее изобретение предлагает модифицированный дисперсный неорганический материал, который представляет собой продукт реакции между дисперсным неорганическим материалом и олигомерным органосиланом, содержащим одну или несколько концевых групп, описывающихся общей формулой (I)
I к2
I
(I)
где К1 представляет собой линейную или разветвленную гидрокарбильную группу, содержащую 224 атома углерода, и К2 представляет собой линейную или разветвленную гидрокарбильную группу, содержащую 2-40 атомов углерода. Модифицированный дисперсный неорганический материал в подходящем для использования случае получают в результате объединения дисперсного неорганического материала и от 0,001 до 5 мас.% олигомерного органосилана, более предпочтительно от 0,01 до 1 мас.%, наиболее предпочтительно от 0,01 до 0,1 мас.%, где уровни массового процентного содержания получают при расчете на массу дисперсного неорганического материала.
Продукты из серного цемента, полученные в соответствии с изобретением, могут быть использованы в широком спектре областей применения. Серный бетон может быть использован в областях применения сборного бетона, таких как морские укрепления, плиты дорожного покрытия, дорожные ограждения и подпорные стены.
Примеры
Изобретение дополнительно иллюстрируется при использовании следующих далее неограничивающих примеров.
Примеры 1-6. Образцы серного строительного раствора (зольная пыль/нормальный песок) получали при использовании следующего далее способа.
Серу (25 (мас.%/мас.%)), предварительно нагретую до приблизительно 65°С, и предварительно на- 4 030417
гретый песок (150°С, 60 (мас.%/мас.%)) перемешивали при 140°С вплоть до получения гомогенной смеси. В некоторых случаях к смеси добавляли и непрерывно перемешивали в течение 5 мин 0,06 (мас.%/мас.%) бис(3-триэтоксисилилпропил)тетрасульфида (ТЭСПТ). После этого добавляли и перемешивали в течение еще 5 мин надлежащее количество модификатора ΝΧΤ Ζ 100 (см. таблицу). Затем к смеси добавляли предварительно нагретую зольную пыль (150°С, 15 (мас.%/мас.%)) и перемешивали в течение еще 10 мин. В заключение смеси выливали в предварительно нагретые (150°С) силиконовые формы с размерами 4 см х 4 см х 16 см и обеспечивали охлаждение до температуры окружающей среды в вытяжном шкафу. Строительным растворам давали возможность отверждаться в течение как минимум 48 ч.
Продукт ΝΧΤ Ζ 100 представляет собой олигомерный органосилан, доступный в компании Мотепйуе РегГогтапсе Ма1епа1з 1пс. Использовали три образца органосилана: образец [1] соответствовал свежей бутыли органосилана, образец [2] соответствовал бутыли органосилана с возрастом в две недели, а образец [3] подвергали воздействию атмосферных условий в вытяжном шкафу в течение ночи. Продукт ΝΧΤ Ζ 100 подвержен влагопоглощению, о чем свидетельствует прирост массы в 9,20% при воздействии атмосферных условий в течение ночи в вытяжном шкафу.
Во время всех экспериментов отсутствовали какие-либо выделения Н23 и 8О2, детектируемые при использовании переносных детекторов (нижний предел детектирования - 0,2 ч./млн.).
Долговечность серных строительных растворов определяли в результате измерения сохранения предела прочности при изгибе и проникновения воды по истечении двух месяцев погружения в воду. Результаты продемонстрированы на фиг. 1 и 2. Серные строительные растворы, полученные в соответствии со способом изобретения, обладают лучшими свойствами сохранения прочности и проникновения воды в сопоставлении с серным строительным раствором, который не содержит органосилан, (сравнительный пример 1). Они обладают подобными, но слегка ухудшенными свойствами сохранения прочности и проникновения воды в сопоставлении с серным строительным раствором, который содержит органосилан ТЭСПТ (сравнительный пример 2).
Пример 7. Образцы серного строительного раствора (зольная пыль/нормальный песок) получали при использовании следующего далее способа.
Серу (25 (мас.%/мас.%)), предварительно нагретую до приблизительно 65°С, и предварительно нагретый песок (150°С, 60 (мас.%/мас.%)) перемешивали при 140°С вплоть до получения гомогенной смеси. После этого добавляли надлежащее количество бис(3-триэтоксисилилпропил)тетрасульфида (ТЭСПТ) (0,06 мас.%) или модификатора ΝΧΤ Ζ 100 (0,02, 0,04, 0,06 или 0,12 мас.%) и перемешивали в течение еще 5 мин. Затем к смеси добавляли и перемешивали в течение еще 10 мин предварительно нагретую зольную пыль (150°С, 15 (мас.%/мас.%)). В заключение смеси выливали в предварительно нагретые (150°С) силиконовые формы с размерами 4 см х 4 см х 16 см и обеспечивали охлаждение до температуры окружающей среды в вытяжном шкафу. Строительным растворам давали возможность отверждаться в течение как минимум 48 ч.
Во время всех экспериментов отсутствовали какие-либо выделения Н23 и ЗО2, детектируемые при использовании переносных детекторов (нижние пределы детектирования - 1,6 ч./млн. для Н23 и 2 ч./млн. для 82О).
Долговечность серных строительных растворов определяли в результате измерения проникновения воды и сохранения предела прочности при изгибе по истечении одного месяца погружения в воду.
Образцы, содержащие продукт ΝΧΤ Ζ 100, при всех подвергнутых испытанию концентрациях характеризуются значительно меньшим проникновением воды и большим сохранением прочности в сопоставлении с образцом, не содержащим какого-либо модификатора. Проникновение воды и сохранение прочности для всех образцов на основе продукта ΝΧΤ сопоставимы с тем, что имеет место для образца, содержащего 0,06 мас.% соединения ТЭСПТ.
Пример 8. Образцы серного строительного раствора (зольная пыль/нормальный песок) получали при использовании следующего далее способа.
Серу (25 (мас.%/мас.%)), предварительно нагретую до приблизительно 65°С, и предварительно нагретый песок (150°С, 60 (мас.%/мас.%)) перемешивали при 140°С вплоть до получения гомогенной смеси. После этого добавляли надлежащее количество соединения ТЭСПТ (0,06 мас.%) или модификатора
- 5 030417
ΝΧΤ Ζ 100 (0,02, 0,04, 0,06 или 0,12 мас.%) и перемешивали в течение еще 5 мин. Затем к смеси добавляли предварительно нагретую зольную пыль (150°С, 15 (мас.%/мас.%)) и перемешивали в течение еще 10 мин. В заключение смеси выливали в предварительно нагретые (150°С) силиконовые формы с размерами 4 см х 4 см х 16 см и обеспечивали охлаждение до температуры окружающей среды в вытяжном шкафу. Строительным растворам давали возможность отверждаться в течение как минимум 48 ч.
Во время всех экспериментов отсутствовали какие-либо выделения Η2δ и δθ2, детектируемые при использовании переносных детекторов (нижние пределы детектирования - 1,6 ч./млн для Η2δ и 2 ч./млн для δ2θ).
Долговечность серных строительных растворов определяли в результате измерения проникновения воды и сохранения предела прочности при изгибе после погружения в воду в течение приблизительно 8 месяцев.
Образцы, содержащие 0,02 и 0,04 мас.% продукта ΝΧΤ Ζ 100, демонстрируют подобные эксплуатационные характеристики с точки зрения проникновения воды в сопоставлении с тем, что имеет место для образца, содержащего 0,06 мас.% соединения ТЭСПТ. Также их сохранение прочности по истечении почти что 8 месяцев хранения в воде является достаточно большим (83,5 и 107,2% для образцов, содержащих соответственно 0,02 и 0,04 мас.% продукта ΝΧΤ Ζ 100).
The invention relates to a method for producing a product from sulfur cement, comprising mixing sulfur, a dispersed inorganic material and an oligomeric organosilane containing one or more end groups described by the general formula (I)
I k2 \
I
030417 1
(I)
where K 1 is a linear or branched hydrocarbyl group containing 2-24 carbon atoms, and K 2 is a linear or branched hydrocarbyl group containing 2-40 carbon atoms, with the dispersed inorganic material being a filler or aggregate of sulfur cement and mixing all the components are carried out at a temperature at which sulfur melts to form a molten sulfur cement product; and solidification of the product from molten sulfur cement. The amount of oligomeric organosilane, which is mixed with sulfur and dispersed inorganic material, is in the range from 0.05 to 1 wt.% When calculating the mass of sulfur. Disclosed as a product obtained in this way.
030417
The technical field to which the invention relates.
The present invention provides a method for producing sulfur cement products. The invention also provides sulfur cement products, including sulfur cement, sulfur mortar and sulfur concrete. The invention also provides modified sulfur, which can be used in the production of sulfur cement products. The invention also provides a modified particulate inorganic material that can be used in the preparation of sulfur cement products.
The level of technology
Elemental sulfur or modified sulfur can be used to bind the aggregate and filler, which, in turn, leads to the manufacture of sulfur cement products, such as sulfur mortar and sulfur concrete. Sulfur concrete can be used in a wide range of precast concrete applications such as fortifications, paving slabs, road barriers and retaining walls.
Publication UO 2008 148804 describes the possibility of using polysulfide-containing organosilanes as stabilizers for the production of sulfur cement products, demonstrating improved water absorption properties. Sulfur cement products additionally have beneficial mechanical properties.
Additional stabilizers or coupling agents are described in publications \ EO 2011/000837 and \\ 'O / 2012 101127.
When used for the manufacture of sulfur cement, many organosilane coupling agents known in the prior art give ethanol or methanol as a by-product. Methanol and ethanol are volatile organic compounds (VOCs), and it is desirable to limit the number of VOC compounds that are released during the manufacture of sulfur cement products. The inventors sought to create a method of manufacturing products from sulfur cement, in which the formation of VOC compounds is reduced and in which products from sulfur cement retain satisfactory water absorption characteristics and mechanical properties.
Summary of Invention
As the inventors of the present invention have established, by using another type of organosilane in a method for producing sulfur cement products, reduced formation of VOC compounds can be achieved, but at the same time, sulfur cement products can be produced that demonstrate satisfactory water absorption characteristics and mechanical properties.
Accordingly, the invention provides a method for producing sulfur cement products, comprising the steps of:
(a) mix sulfur, dispersed inorganic material and oligomeric organosilane containing one or more end groups, described by the general formula (I)
(I)
where K 1 is a linear or branched hydrocarbyl group containing 224 carbon atoms, and K 2 is a linear or branched hydrocarbyl group containing 2-40 carbon atoms, the dispersed inorganic material being a filler or aggregate of sulfur cement and mixing all the components is carried out at the temperature at which sulfur melts to form a molten product from sulfur cement, and
(B) the molten sulfur cement product is cured.
In one further aspect, the present invention provides a sulfur cement product obtained by the above method, comprising sulfur and a reaction product between a particulate inorganic material and an oligomeric organosilane containing one or more end groups described by the general formula (I)
(one)
where K 1 is a linear or branched hydrocarbyl group containing 224 carbon atoms, and K 2 is a linear or branched hydrocarbyl group containing 2-40 carbon atoms.
In yet another additional aspect, the present invention provides modified sulfur,
- 1 030417
containing sulfur and oligomeric organosilane containing one or more end groups, described by the general formula (I)
(I)
where K 1 is a linear or branched hydrocarbyl group containing 224 carbon atoms, and K 2 is a linear or branched hydrocarbyl group containing 2-40 carbon atoms. Modified sulfur in a suitable case for use is used in the method for producing sulfur cement products of the invention.
In yet another additional aspect, the present invention provides a modified particulate inorganic material, which is a reaction product between a particulate inorganic material and an oligomeric organosilane containing one or more end groups described by the general formula (I)
(I)
where K 1 is a linear or branched hydrocarbyl group containing 224 carbon atoms, and K 2 is a linear or branched hydrocarbyl group containing 2-40 carbon atoms. The modified particulate inorganic material in a suitable case for use is used in the method for producing the sulfur cement products of the invention.
Detailed Description of the Invention
The term “sulfur cement product” refers to a composite containing sulfur, a filler and optionally a filler. Fillers and aggregates are dispersed inorganic materials. Fillers are characterized by an average particle size in the range from 0.1 μm to 0.1 mm. Fine aggregate is characterized by an average particle size in the range from 0.1 to 5 mm. Coarse aggregate is characterized by an average particle size in the range from 5 to 40 mm. Average particle sizes are based on arithmetic mean values. The sulfur cement of the invention contains sulfur and a filler, but not a filler. Sulfur mortar of the invention contains sulfur, a filler and fine aggregate, but does not contain coarse aggregate. The sulfur concrete of the invention contains sulfur, a filler, coarse aggregate and optionally fine aggregate.
The amounts of sulfur, filler and aggregate in the sulfur cement products of the invention can be chosen by experts in the relevant field of technology, taking into account the intended use of sulfur cement products. Specialists in the relevant field of technology will strive to ensure the inclusion of sufficient sulfur to bind the filler and aggregate, the inclusion of sufficient amounts of filler and aggregate to impart mechanical properties and to obtain from other components of the mixture, characterized by processability, suitable for use in the intended application. Sulfur cement preferably contains from 25 to 80 wt.% Sulfur and from 20 to 75 wt.% Filler. Sulfur mortar preferably contains from 5 to 40 wt.% Sulfur, from 45 to 90 wt.% Fine aggregate and from 1 to 10 wt.% Filler; more preferably from 5 to 30% by weight of sulfur, from 55 to 75% by weight of fine aggregate and from 3 to 8% by weight of filler. Sulfur concrete preferably contains from 5 to 40 wt.% Sulfur, from 25 to 50 wt.% Coarse aggregate, from 20 to 40 wt.% Fine aggregate, and from 1 to 10 wt.% Aggregate; more preferably from 5 to 30% by weight of sulfur, from 30 to 40% by weight of coarse aggregate, from 25 to 35% by weight of fine aggregate and from 3 to 8% by weight of filler.
The dispersed inorganic material can be any dispersed inorganic material known for use as a filler or aggregate of sulfur cement. Preferably, the dispersed inorganic material contains oxide or hydroxyl groups on its surface. Examples of dispersed inorganic materials suitable for use are silica, fly ash, limestone, quartz, iron oxide, aluminum oxide, titanium dioxide, carbon black, gypsum, talc or mica, sand, gravel, rock, or metal silicates. More preferably, the particulate inorganic material is silica or silicate. Examples of such silica or silicates are quartz, sand, and metal silicates (for example, mica).
In the process of the invention, sulfur, a dispersed inorganic material and an oligomeric organosilane are mixed, containing one or more terminal groups, described by the general formula (I)
- 2 030417
where K is a linear or branched hydrocarbyl group containing 224 carbon atoms, and K 2 is a linear or branched hydrocarbyl group containing 2-40 carbon atoms.
Oligomeric organosilane in a suitable case for use is obtained when using the method, where the silane, described by formula (II), is introduced into the reaction with the polyhydroxy-containing compound, described by formula (III)
where X is a hydrolysable leaving group, preferably C 1-6 alkoxy, and most preferably ethoxy. In one particular embodiment, more than one silane can be used, for example two silanes can be used:
K 2b
This will result in an oligomeric organosilane containing a mixture of groups K 2a and
Organosilane is oligomeric in the sense that it will be obtained by reaction for several organosilane monomers. The structure of the oligomeric organosilane is preferably described by formula (IV)
where η is an integer. The oligomer will contain at least two end groups. At least one of the end groups, possibly more than one, will be described by formula (I).
K 1 is a linear or branched hydrocarbyl group containing 2-24 carbon atoms. Preferably, K 1 contains 2-16 carbon atoms, more preferably 2-8 carbon atoms. Preferred groups include 2-methylpropyl and 1-methyl-3,3-dimethylpropyl. Preferably, the carbon chain between the bound oxygen atoms is three carbon atoms long. K 1 is preferably non-functionalized.
K 2 is a linear or branched hydrocarbyl group containing 2-40 carbon atoms. Preferably, K 2 contains 2-24 carbon atoms, more preferably 2-16 carbon atoms. K 2 is optionally functionalized using one or more groups selected from thiol, thioester, alcohol, ester, carboxylic acid, carbonyl, amine, or amide groups. In one preferred embodiment, K 2 is functionalized using a thiol or thioester group.
Suitable oligomeric organosilanes for use and methods for their preparation are described in publications J.) 2006/86375 and J.) 2008/21308. Oligomeric organosilanes are available from Moshepyu Reggoghapee Ma1ena1§ Shee. under the trade name ΝΧΤ * Ζ.
The sulfur cement products of the invention are suitably prepared using a process in which all components are mixed at a temperature at which the sulfur is melted, that is, usually at more than 120 ° C, preferably in the range from 120 to 150 ° C, more preferably in the range from 125 to 140 ° C. The mixture is preferably poured into the mold. After that, the product is solidified from sulfur cement by cooling to a temperature at which the sulfur hardens. After cooling, the sulfur cement product can be removed from the mold.
The amount of oligomeric organosilane, which is mixed with sulfur and dispersed inorganic material, is preferably in the range from 0.05 to 1 wt.% When calculating the mass of sulfur, preferably from 0.1 to 0.4 wt.%. In the case of using less than 0.05 wt.% Oligomeric organosilane, the modification may not provide sufficient improvement in water absorption and mechanical properties. The use of more than 1 wt.% Of oligomeric organosilane is usually optional, since all possible improvements in water absorption and mechanical properties will be
- 3 030417
achieved when using 1 wt.%.
In the case of mixing the oligomeric organosilane with the inorganic particulate material, there will be a reaction between the end groups of the oligomeric organosilane and the surface groups of the inorganic dispersed material. In the process, compounds having the formula HO-K? -OH will be obtained, and such compounds tend to exhibit boiling points that are high enough so that the compounds are not considered as LOS compounds.
In the method of the invention, a set of components may be submitted to the mixing stage in the form of a pre-composition or masterbatch. In one embodiment, the sulfur and oligomeric organosilane can be supplied as modified sulfur. Therefore, in one additional aspect, the present invention provides modified sulfur containing sulfur and an oligomeric organosilane containing one or more end groups described by the general formula (I)
(I)
where K 1 is a linear or branched hydrocarbyl group containing 224 carbon atoms, and K 2 is a linear or branched hydrocarbyl group containing 2-40 carbon atoms. The modified sulfur preferably contains less than 1% by weight of filler and less than 1% by weight of aggregate; and most preferably does not contain any filler and any aggregate. The modified sulfur preferably contains from 0.01 to 20 wt.% Oligomeric organosilane, more preferably from 0.01 to 10 wt.%, Most preferably from 0.01 to 1 wt.%, Where the levels of the mass percentage is obtained by mass modified sulfur. The modified sulfur preferably contains at least 80% by weight of sulfur. In one embodiment, the modified sulfur may contain higher amounts of oligomeric organosilane, for example, from 5 to 20 wt.%, And may also contain higher amounts of filler, for example, from 5 to 20 wt.%, Where the mass percentage levels are obtained by calculation on modified sulfur mass. In this embodiment, the modified sulfur is “concentrated” modified sulfur, and such “concentrated” modified sulfur can be used in small quantities to produce significant amounts of oligomeric organosilane.
In yet another embodiment, the particulate inorganic material and the oligomeric organosilane can be supplied in the form of a modified dispersed inorganic material. Therefore, in one additional aspect, the present invention provides a modified particulate inorganic material, which is a reaction product between a particulate inorganic material and an oligomeric organosilane containing one or more end groups described by the general formula (I)
I K2
I
(I)
where K 1 is a linear or branched hydrocarbyl group containing 224 carbon atoms, and K 2 is a linear or branched hydrocarbyl group containing 2-40 carbon atoms. The modified particulate inorganic material in a suitable case for use is obtained by combining the particulate inorganic material and from 0.001 to 5 wt.% Oligomeric organosilane, more preferably from 0.01 to 1 wt.%, Most preferably from 0.01 to 0.1 wt. .%, where the mass percentage levels are obtained by calculating the mass of the dispersed inorganic material.
Sulfur cement products obtained in accordance with the invention can be used in a wide range of applications. Sulfur concrete can be used in precast concrete applications such as fortifications, paving slabs, road barriers and retaining walls.
Examples
The invention is further illustrated using the following non-limiting examples.
Examples 1-6. Samples of sulfur mortar (fly ash / normal sand) were obtained using the following method.
Sulfur (25 (wt.% / Wt.%)), Preheated to about 65 ° C, and pre-heated
heated sand (150 ° C, 60 (wt.% / wt.%)) was stirred at 140 ° C until a homogeneous mixture. In some cases, 0.06 (wt% / wt%) bis (3-triethoxysilylpropyl) tetrasulfide (TESPT) was added to the mixture and continuously stirred for 5 minutes. After that, the appropriate amount of modifier ΝΧΤ Ζ 100 was added and stirred for another 5 min (see table). Then, preheated fly ash (150 ° C, 15 (wt% / wt%)) was added to the mixture and stirred for another 10 minutes. In conclusion, the mixture was poured into pre-heated (150 ° C) silicone molds with dimensions of 4 cm x 4 cm x 16 cm and allowed to cool to ambient temperature in a fume hood. The mortars were allowed to cure for at least 48 hours.
The product ΝΧΤ Ζ 100 is an oligomeric organosilane available from Motepyuye RegGogtaps Milenapis 1ps. Three samples of organosilane were used: sample [1] corresponded to a fresh bottle of organosilane, sample [2] corresponded to a bottle of organosilane two weeks old, and sample [3] was exposed to atmospheric conditions in a hood overnight. Product ΝΧΤ Ζ 100 is susceptible to moisture absorption, as evidenced by a weight gain of 9.20% when exposed to atmospheric conditions overnight in a fume hood.
During all the experiments, there were no emissions of H 2 3 and 8 O 2 detected with the use of portable detectors (the lower limit of detection was 0.2 ppm).
The durability of sulfur mortars was determined by measuring the retention of the flexural strength and water penetration after two months of immersion in water. The results are shown in FIG. 1 and 2. Sulfur mortar obtained in accordance with the method of the invention, have the best properties of maintaining the strength and penetration of water in comparison with the sulfur mortar, which does not contain organosilane (comparative example 1). They have similar, but slightly degraded properties of maintaining the strength and penetration of water in comparison with sulfur mortar, which contains organosilane TESPT (comparative example 2).
Example 7. Samples of sulfur mortar (fly ash / normal sand) were obtained using the following method.
Sulfur (25 (wt.% / Wt.%)), Preheated to approximately 65 ° C, and preheated sand (150 ° C, 60 (wt.% / Wt.%)) Was stirred at 140 ° C until receiving homogeneous mixture. After that, the appropriate amount of bis (3-triethoxysilylpropyl) tetrasulfide (TESPT) (0.06 wt.%) Or modifier ΝΧΤ Ζ 100 (0.02, 0.04, 0.06 or 0.12 wt.%) Was added and mixed for another 5 min. Then, preheated fly ash (150 ° C, 15 (wt.% / Wt.%)) Was added to the mixture and stirred for another 10 minutes. In conclusion, the mixture was poured into pre-heated (150 ° C) silicone molds with dimensions of 4 cm x 4 cm x 16 cm and allowed to cool to ambient temperature in a fume hood. The mortars were allowed to cure for at least 48 hours.
During all experiments, there were no emissions of H 2 3 and AO 2 , detected using portable detectors (the lower detection limits are 1.6 ppm for H 2 3 and 2 ppm for 8 2 O) .
The durability of sulfur mortar was determined by measuring the penetration of water and maintaining the flexural strength after one month of immersion in water.
Samples containing the product ΝΧΤ Ζ 100, with all tested concentrations are characterized by significantly less water penetration and greater preservation of strength in comparison with the sample that does not contain any modifier. Water penetration and retention of strength for all samples based on the product ΝΧΤ are comparable to what occurs for a sample containing 0.06 wt.% TESPT compound.
Example 8. Samples of sulfur mortar (fly ash / normal sand) were obtained using the following method.
Sulfur (25 (wt.% / Wt.%)), Preheated to approximately 65 ° C, and preheated sand (150 ° C, 60 (wt.% / Wt.%)) Was stirred at 140 ° C until receiving homogeneous mixture. After this was added the proper amount of compound TESPT (0.06 wt.%) Or modifier
- 5 030417
ΝΧΤ Ζ 100 (0.02, 0.04, 0.06, or 0.12 wt.%) And stirred for another 5 minutes. Then, preheated fly ash (150 ° C, 15 (wt% / wt%)) was added to the mixture and stirred for another 10 minutes. In conclusion, the mixture was poured into pre-heated (150 ° C) silicone molds with dimensions of 4 cm x 4 cm x 16 cm and allowed to cool to ambient temperature in a fume hood. The mortars were allowed to cure for at least 48 hours.
During all experiments, there were no releases of Η 2 δ and δθ 2 detected with the use of portable detectors (the lower detection limits are 1.6 ppm for 2 δ and 2 ppm for δ2θ).
The durability of sulfur mortars was determined by measuring the penetration of water and maintaining the flexural strength after immersion in water for approximately 8 months.
Samples containing 0.02% and 0.04% by weight of the product Ζ подобные 100 demonstrate similar performance characteristics from the point of view of water penetration compared to what occurs for a sample containing 0.06% by weight of TESPT compound. Also, their preservation of strength after almost 8 months of storage in water is quite large (83.5 and 107.2% for samples containing, respectively, 0.02 and 0.04 wt.% Product Ζ 100).
Claims (6)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP13178940 | 2013-08-01 | ||
PCT/EP2014/066527 WO2015014953A1 (en) | 2013-08-01 | 2014-07-31 | Sulphur cement products |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA201690313A1 EA201690313A1 (en) | 2016-07-29 |
EA030417B1 true EA030417B1 (en) | 2018-08-31 |
EA030417B9 EA030417B9 (en) | 2018-11-30 |
Family
ID=48900870
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EA201690313A EA030417B9 (en) | 2013-08-01 | 2014-07-31 | Process for the preparation of a sulphur cement product and sulphur cement product prepared by this process |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP3027577A1 (en) |
EA (1) | EA030417B9 (en) |
WO (1) | WO2015014953A1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008021308A2 (en) * | 2006-08-14 | 2008-02-21 | Momentive Performance Materials Inc. | Mercapto-functional silane compositions having reduced voc levels |
EP1958983A1 (en) * | 2007-02-12 | 2008-08-20 | The Goodyear Tire & Rubber Company | Silica reinforced rubber composition and use in tires |
WO2010086391A1 (en) * | 2009-01-29 | 2010-08-05 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Sulphur cement pre-composition and sulphur cement product |
-
2014
- 2014-07-31 EA EA201690313A patent/EA030417B9/en not_active IP Right Cessation
- 2014-07-31 EP EP14749755.6A patent/EP3027577A1/en not_active Withdrawn
- 2014-07-31 WO PCT/EP2014/066527 patent/WO2015014953A1/en active Application Filing
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008021308A2 (en) * | 2006-08-14 | 2008-02-21 | Momentive Performance Materials Inc. | Mercapto-functional silane compositions having reduced voc levels |
EP1958983A1 (en) * | 2007-02-12 | 2008-08-20 | The Goodyear Tire & Rubber Company | Silica reinforced rubber composition and use in tires |
WO2010086391A1 (en) * | 2009-01-29 | 2010-08-05 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Sulphur cement pre-composition and sulphur cement product |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
GUROVICH D, CHRISTIE R, SLOAN W, PICKWELL R, CHAVES A, HWANG L, VECERE L: "NXT Z Silane- Processing and Properties of a New Virtually Zero VOC Silane", FALL 170TH TECHNICAL MEETING OF THE RUBBER DIVISION, AMERICAN CHEMICAL SOCIETY, OCTOBER 10-12,2006), vol. 170th, 10 October 2006 (2006-10-10), pages 978A/1 - 978A/11, XP009100756 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP3027577A1 (en) | 2016-06-08 |
EA030417B9 (en) | 2018-11-30 |
WO2015014953A1 (en) | 2015-02-05 |
EA201690313A1 (en) | 2016-07-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101468944B1 (en) | Sulphur cement pre-composition and process for preparing such sulphur cement pre-composition | |
KR101346041B1 (en) | Process for the preparation of sulphur cement or a sulphur cement-aggregate composite | |
US20100192810A1 (en) | Sulphur cement pre-composition and process for preparing such sulphur cement pre-composition | |
US20110186774A1 (en) | Processes for preparing sulphur composites and organosilane coupling agents | |
US8623130B2 (en) | Sulphur cement pre-composition and sulphur cement product | |
EP2448879B1 (en) | Sulphur cement pre-composition and sulphur cement product | |
CA2824915C (en) | Sulphur cement products | |
EA030417B1 (en) | Process for the preparation of a sulphur cement product and sulphur cement product prepared by this process | |
WO2014009501A1 (en) | Sulphur cement pre-composition and process for preparing such sulphur cement pre-composition | |
EA028360B1 (en) | Sulphur cement product | |
WO2012101128A1 (en) | Sulphur cement pre-composition and sulphur cement product |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TH4A | Publication of the corrected specification to eurasian patent | ||
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KG TJ |