JP2008543709A - 改質硫黄、及びバインダーとして改質硫黄を含有する生成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】溶融元素状硫黄を1種以上のオレフィン系硫黄改質剤と混合して製造した改質硫黄であって、オレフィン系硫黄改質剤の50重量%以上は5−エチリデン−2−ノルボルネン及び/又は5−ビニル−2−ノルボルネンであり、かつオレフィン系硫黄改質剤の合計量は、硫黄の重量に対し0.1〜20重量%の範囲である該改質硫黄;及び改質硫黄と、充填剤及び/又は骨材と、任意に元素状硫黄とを、硫黄の融点より高い温度で混合し、次いで該混合物を硫黄の融点より低い温度で冷却して得られた混合物を、固化することにより製造される、バインダーとして改質硫黄を含有する生成物。
【選択図】なし
Description
本発明は、改質硫黄、及びこのような改質硫黄と、充填剤及び/又は骨材と、任意に元素状硫黄とを、硫黄の融点より高い温度で混合し、次いで該混合物を硫黄の融点より低い温度で冷却して得られた混合物を、固化することにより製造される、バインダーとして改質硫黄を含有する生成物に関する。
ポルトランドセメントをベースとするモルタル又はコンクリートのような従来の建材は、アルカリ条件下で良好な耐久性を有する。しかし、耐酸性は悪い。バインダーとして硫黄を含む建材は、酸性条件下で非常に良好な安定性を示すので、これらは酸性条件下で使用できる。しかし、硫黄結合生成物の耐アルカリ性は、特にポルトランドセメント生成物に比べると悪い。
B.R.Currell等,"Plastization of Sulfur"In:J.R.West(編),シンポジウム"New Uses of Sulfur"の議事録,ロスアンジェルス,1974年4月,Advances in Chemistry Series No.140,Am.Chem.Soc.,ワシントン,1975,1〜17頁
特定量の5−エチリデン−2−ノルボルネン又は5−ビニル−2−ノルボルネンで改質した硫黄をバインダーとして用いると、酸性及びアルカリの両条件下で良好な耐久性を示す、セメント又はセメントベースの建材が得られることが、今回、見出された。
本発明の改質硫黄は、溶融元素状硫黄を1種以上のオレフィン系硫黄改質剤と混合して製造される。元素状硫黄と混合されるオレフィン系硫黄改質剤の50重量%以上は5−エチリデン−2−ノルボルネン及び/又は5−ビニル−2−ノルボルネンである。
或いは、得られる硫黄結合生成物中に存在する硫黄を全て既に含有する改質硫黄を使用してもよい。この場合、硫黄と、好ましくは0.1〜5.0重量%、更に好ましくは0.1〜4.0重量%、なお好ましくは0.1〜3.0重量%のオレフィン系改質剤とを混合して製造した改質硫黄が使用される。
非改質硫黄及び改質硫黄の耐アルカリ性を測定した。
改質硫黄の製造:
第一改質硫黄(サンプル1:本発明)を次のようにして製造した。ガラス管中で或る量の元素状硫黄を秤量した。ガラス管を135℃の油浴上に置いて硫黄を溶融した。或る量の5−エチリデン−2−ノルボルネン(硫黄の重量に対し5重量%)を添加し、この液体を3時間撹拌した。次いで管を油浴から取出し、液体を円筒モールドに注入し、室温で固化させた。
以上のようにして製造した改質硫黄円筒体を5M NaOH水溶液中に入れ、改質硫黄の耐アルカリ性を測定した。これら円筒体について、5M NaOH水溶液中、15日後及び20日後の重量損失(サンプルの初期重量に対し重量%)を測定した。その結果を第1表に示す。
非改質硫黄及び改質硫黄で製造したモルタルの耐アルカリ性を測定した。
硫黄モルタルの製造:
乾燥砂(Normsand)50重量%、乾燥充填剤(石英)30重量%及び改質又は非改質硫黄20重量%を、均質混合物が得られるまで150℃で混合して、これら成分を含むモルタルを製造した。次いで混合物を、150℃に予備加熱した鋼モールドに注入した。硫黄の液滴がモールドの底部に見えるようになるまで、圧力(0.25〜0.5トン)を加えた。こうして成形したモルタル円筒体をモールドから外した。
モルタル1:
非改質元素状硫黄(比較用)を使用。乾燥砂(50重量%)、乾燥石英(30重量%)及び元素状硫黄(20重量%)を混合した。
モルタル2:
STX(商標)改質剤11重量%で改質した硫黄(比較用)を使用。乾燥砂(50重量%)、乾燥石英(30重量%)、元素状硫黄(18重量%)及びSTX改質剤(2重量%)を混合した。
モルタル3:
5−エチリデン−2−ノルボルネン2.5重量%で改質した硫黄(本発明)を使用。乾燥砂(50重量%)、乾燥石英(30重量%)、元素状硫黄(15重量%)、及び5−エチリデン−2−ノルボルネン10重量%で製造した改質硫黄(5重量%)を混合した。5−エチリデン−2−ノルボルネン10重量%で製造した改質硫黄は、実施例1のサンプル2のようにして製造した。
これらのモルタルを5M NaOH溶液中に30日間浸漬した。30日後、モルタル1はモルタル2より更に著しく崩壊し、モルタル2はモルタル3より更に著しく崩壊した。
歪制御型Zwick Z2100引張り試験機を用い、100kNの荷重セルでモルタル円筒体の圧縮強度を測定した。これら3種の異なるモルタルの圧縮強度を5M NaOHへの浸漬前及び浸漬後について第2表に示す。
3種の異なる改質硫黄の同素体転位に対する安定性を広角X線分光分析法(WAXS)で比較した。改質硫黄は、元素状硫黄、及び硫黄の重量に対し5重量%の改質剤を140℃で1時間加熱して製造した。次いで混合物をアルミニウムモールドに注入し、室温で固化させた。混合物をモールドに注入してから30分後、得られたサンプルの結晶構造(1.5×1×1cm)を650時間に亘ってWAXSで分析した。改質剤は以下の量で硫黄に添加した。
硫黄サンプル11: STX 5.0重量%(比較用)
硫黄サンプル12: Chempruf改質剤 5.0重量%(比較用)
サンプル12は、硫黄、及び改質剤の濃度が全硫黄重量に対し5重量%となるような量の市販の改質剤コンクリート(Chempruf CONCENTRATE;GRC Inc.,Clarksville,TNから得られる)を加熱して製造した。Chempruf CONCENTRATEは、改質剤を25重量%、及び硫黄を75重量%含有する。
Claims (13)
- 溶融元素状硫黄を1種以上のオレフィン系硫黄改質剤と混合して製造した改質硫黄であって、オレフィン系硫黄改質剤の50重量%以上は5−エチリデン−2−ノルボルネン及び/又は5−ビニル−2−ノルボルネンであり、かつオレフィン系硫黄改質剤の合計量は、硫黄の重量に対し0.1〜20重量%の範囲である該改質硫黄。
- オレフィン系硫黄改質剤の80重量%以上が5−エチリデン−2−ノルボルネン及び/又は5−ビニル−2−ノルボルネンである請求項1に記載の改質硫黄。
- 5−エチリデン−2−ノルボルネン又は5−ビニル−2−ノルボルネン以外のオレフィン系硫黄改質剤は、元素状硫黄と混合されない請求項1又は2に記載の改質硫黄。
- 5−エチリデン−2−ノルボルネン以外のオレフィン系硫黄改質剤は、元素状硫黄と混合されない請求項3に記載の改質硫黄。
- オレフィン系硫黄改質剤の合計量が、硫黄の重量に対し5〜15重量%、好ましくは7〜12重量%の範囲である請求項1〜4のいずれか1項に記載の改質硫黄。
- オレフィン系硫黄改質剤の合計量が、硫黄の重量に対し0.1〜5重量%の範囲である請求項1〜4のいずれか1項に記載の改質硫黄。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の改質硫黄と、充填剤及び/又は骨材と、任意に元素状硫黄とを、硫黄の融点より高い温度で混合し、次いで該混合物を硫黄の融点より低い温度で冷却して得られた混合物を、固化することにより製造される、バインダーとして改質硫黄を含有する生成物。
- 改質硫黄の製造時に混合されるオレフィン系硫黄改質剤の量が、生成物中の硫黄の合計重量に対し5重量%以下である請求項7に記載の生成物。
- 生成物が硫黄セメント又は硫黄セメント−骨材複合体である請求項7又は8に記載の生成物。
- 請求項5に記載の改質硫黄と、元素状硫黄と、充填剤及び/又は骨材とを混合して製造される請求項7〜9のいずれか1項に記載の生成物。
- 請求項6に記載の改質硫黄と、充填剤及び/又は骨材とを混合して製造される請求項7〜9のいずれか1項に記載の生成物。
- 改質硫黄の製造時に混合されるオレフィン系硫黄改質剤の量が、生成物中の硫黄の合計重量に対し0.1〜4重量%、好ましくは0.1〜3重量%の範囲である請求項7に記載の生成物。
- 5−エチリデン−2−ノルボルネン又は5−ビニル−2−ノルボルネン以外のオレフィン系硫黄改質剤の量が、生成物中の硫黄の合計重量に対し1重量%以下である請求項7〜12のいずれか1項に記載の生成物。
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