JP4040000B2 - 硫黄中間資材、硫黄資材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、硫黄を利用した土木・建設製品の資材として利用でき、非危険物扱いとして貯蔵可能で運搬が容易な硫黄中間資材、該中間資材を用いた硫黄資材及びその製造方法に関する。
硫黄資材は、コンクリートに比べて優れた強度を有する材料として知られているが、硫黄は危険物扱いであり、現場で溶融し打設することが困難である。特に大型海洋構造物のような場合は、硫黄資材を使用現場に近いところで製造する必要があるが、硫黄や硫黄の改質に使用する添加剤は危険物で運搬が困難であり、またその製造装置は防爆装置である必要がある。加えて、製造現場での硫黄の保管も専用の溶融硫黄タンクが必要である。従って、硫黄資材の利用には、運搬や製造コストが高いという問題がある。
ところで、細骨材は、粗骨材に比べて硫黄と混ざりにくいため、細骨材を利用した硫黄資材の製造においては、既存の簡便な装置を用いた場合、時間と手間がかかるという問題もある。
このような状況において、従来、硫黄資材の製造方法としては、特許文献１〜３１が知られている。
特開平１１−３４７５１４号公報
特開２００２−６０４９１号公報
特開２００１−１６３６４９号公報
特開２００２−６９１８８号公報
特開２００２−９７０６０号公報
特開２００２−９７０５９号公報
特開２００２−２５５６２５号公報
特開２００１−１７０５９６号公報
特開２００２−２０５０３２号公報
特開２００２−２４１１６６号公報
特開平１１−３４９３７２号公報
特開２０００−０７２５２３号公報
特開２０００−２６４７１３号公報
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特開平１０−１１４５６４号公報
特開平１０−１１４５６５号公報
特開平９−１２４３４９号公報
ところで、細骨材は、粗骨材に比べて硫黄と混ざりにくいため、細骨材を利用した硫黄資材の製造においては、既存の簡便な装置を用いた場合、時間と手間がかかるという問題もある。
このような状況において、従来、硫黄資材の製造方法としては、特許文献１〜３１が知られている。
本発明の目的は、非危険物としての取り扱いが可能で、安全に且つ容易に硫黄資材の製造に利用することができる硫黄中間資材、該中間資材を用いた硫黄資材及びその製造方法を提供することにある。
本発明によれば、JIS標準ふるいで粒径１ｍｍ以下の細骨材１００質量部と、硫黄及び／又は改質硫黄からなる硫黄材料３０〜４００質量部とを含み、JIS標準ふるいで最大寸法が１０１．６mm以下である硫黄中間資材の溶融物と、粗骨材を含む材料とを混合、固化して得たことを特徴とする硫黄資材が提供される。
また本発明によれば、JIS標準ふるいで粒径１ｍｍ以下の細骨材１００質量部と、硫黄及び／又は改質硫黄からなる硫黄材料３０〜４００質量部とを含み、JIS標準ふるいで最大寸法が１０１．６mm以下であることを特徴とする、上記硫黄資材の製造用硫黄中間資材が提供される。
更に本発明によれば、１２０〜２００℃に予熱した粗骨材を含む材料に、前記硫黄中間資材の溶融物を投入し、混合した後、固化することを特徴とする前記硫黄資材の製造方法が提供される。
更にまた本発明によれば、１２０〜１６０℃に保持した前記硫黄中間資材の溶融物に、１２０〜１６０℃に予熱した粗骨材を含む材料を投入し、混合した後、固化することを特徴とする硫黄資材の製造方法が提供される。
また本発明によれば、JIS標準ふるいで粒径１ｍｍ以下の細骨材１００質量部と、硫黄及び／又は改質硫黄からなる硫黄材料３０〜４００質量部とを含み、JIS標準ふるいで最大寸法が１０１．６mm以下であることを特徴とする、上記硫黄資材の製造用硫黄中間資材が提供される。
更に本発明によれば、１２０〜２００℃に予熱した粗骨材を含む材料に、前記硫黄中間資材の溶融物を投入し、混合した後、固化することを特徴とする前記硫黄資材の製造方法が提供される。
更にまた本発明によれば、１２０〜１６０℃に保持した前記硫黄中間資材の溶融物に、１２０〜１６０℃に予熱した粗骨材を含む材料を投入し、混合した後、固化することを特徴とする硫黄資材の製造方法が提供される。
本発明の硫黄中間資材は、粗骨材との混合性に優れ、非危険物とすることが可能であるので、管理、保管、運搬、硫黄資材の製造に極めて有用である。また本発明の硫黄資材の製造方法では、本発明の硫黄中間資材を用いるので、粗骨材を含む本発明の硫黄資材を簡便に、且つ容易に得ることができる。
以下、本発明を更に詳細に説明する。
本発明の硫黄中間資材は、特定割合の粒径５ｍｍ以下の細骨材と硫黄及び／又は改質硫黄からなる硫黄材料とを含み、且つJIS標準ふるいで最大寸法が１０１．６ｍｍ以下であることを特徴とし、好ましくは小ガス炎着火試験によって検定される非危険物であることを充足する。
本発明の硫黄中間資材は、特定割合の粒径５ｍｍ以下の細骨材と硫黄及び／又は改質硫黄からなる硫黄材料とを含み、且つJIS標準ふるいで最大寸法が１０１．６ｍｍ以下であることを特徴とし、好ましくは小ガス炎着火試験によって検定される非危険物であることを充足する。
本発明の硫黄中間資材において用いることができる硫黄は、通常の硫黄単体であり、例えば、天然産又は、石油や天然ガスの脱硫によって生成した硫黄等が挙げられる。
本発明の硫黄中間資材において用いることができる改質硫黄は、硫黄変性剤により硫黄を重合したものであって、硫黄と硫黄変性剤との反応物であることが好ましい。
硫黄変性剤としては、例えば、ジシクロペンタジエン(DCPD)、テトラハイドロインデン(THI)、若しくはシクロペンタジエンと、そのオリゴマー(２〜５量体混合物)、ジペンテン、ビニルトルエン、ジシクロペンテン等のオレフィン化合物類の１種又は２種以上の混合物が挙げられる。
前記DCPDとしては、シクロペンタジエンの単体、２〜５量体を主体に構成される混合物を用いることもできる。該混合物としては、DCPDの含有量が７０質量％以上、好ましくは８５質量％以上のものが挙げられ、また、いわゆるジシクロペンタジエンと称する市販品の多くを使用することができる。
前記THIとしては、THIの単体、若しくはTHIと、シクロペンタジエンの単体、シクロペンタジエンとブタンジエンとの重合物、及びシクロペンタジエンの２〜５量体からなる群より選択される1種又は2種以上を主体に構成されるものとの混合物を用いることもできる。該混合物中のTHIの含有量は、通常５０質量％以上、好ましくは６５質量％以上である。該混合物としては、いわゆるテトラハイドロインデンと称する市販品やエチルノルボルネンの製造プラントから排出される副生成油の多くが使用できる。
本発明の硫黄中間資材において用いることができる改質硫黄は、硫黄変性剤により硫黄を重合したものであって、硫黄と硫黄変性剤との反応物であることが好ましい。
硫黄変性剤としては、例えば、ジシクロペンタジエン(DCPD)、テトラハイドロインデン(THI)、若しくはシクロペンタジエンと、そのオリゴマー(２〜５量体混合物)、ジペンテン、ビニルトルエン、ジシクロペンテン等のオレフィン化合物類の１種又は２種以上の混合物が挙げられる。
前記DCPDとしては、シクロペンタジエンの単体、２〜５量体を主体に構成される混合物を用いることもできる。該混合物としては、DCPDの含有量が７０質量％以上、好ましくは８５質量％以上のものが挙げられ、また、いわゆるジシクロペンタジエンと称する市販品の多くを使用することができる。
前記THIとしては、THIの単体、若しくはTHIと、シクロペンタジエンの単体、シクロペンタジエンとブタンジエンとの重合物、及びシクロペンタジエンの２〜５量体からなる群より選択される1種又は2種以上を主体に構成されるものとの混合物を用いることもできる。該混合物中のTHIの含有量は、通常５０質量％以上、好ましくは６５質量％以上である。該混合物としては、いわゆるテトラハイドロインデンと称する市販品やエチルノルボルネンの製造プラントから排出される副生成油の多くが使用できる。
前記改質硫黄は、硫黄と硫黄変性剤とを溶融混合することにより得ることができる。この際、硫黄変性剤の使用割合は、硫黄と硫黄変性剤との合計量に対して、通常０．０１〜３０質量％、特に、０．１〜２０質量％の割合が好ましい。
前記溶融混合は、例えば、インターナルミキサー、ロールミル、ドラムミキサー、ポニーミキサー、リボンミキサー、ホモミキサー、スタティックミキサー等を用いて行うことができ、特に、スタティックミキサーのようなラインミキサーを使用して行うことが好ましい。
前記溶融混合は、例えば、インターナルミキサー、ロールミル、ドラムミキサー、ポニーミキサー、リボンミキサー、ホモミキサー、スタティックミキサー等を用いて行うことができ、特に、スタティックミキサーのようなラインミキサーを使用して行うことが好ましい。
前記改質硫黄の製造を、例えば、前記ラインミキサーを用いて行う場合は、ラインミキサー中で硫黄と硫黄変性剤とを１２０〜１６０℃の範囲で溶融混合し、１４０℃における粘度が０．０５〜３．０Pa・sになるまで滞留させる方法等が好ましい。ラインミキサー内の溶融混合温度は、硫黄が効率よく変性するように通常１３０〜１５５℃、特に１３０〜１５０℃が好ましい。
ラインミキサー内で生じる硫黄と硫黄変性剤との初期反応は、硫黄と硫黄変性剤とが反応することで変性硫黄前駆体が生成する発熱反応である。このためラインミキサー内では急激な発熱が生じないことを確認しながら連続撹拌しラインミキサー内で１２０〜１６０℃まで次第に温度上昇させることが好ましい。
ラインミキサー内で硫黄と硫黄変性剤とを反応させる際は、ゲルパーミエイションクロマトグラフィー(GPC)で測定した分子量が１５０〜５００の改質硫黄前駆体を生成させ、反応系中において前記改質硫黄前駆体を０．０１〜４５質量％、特に１〜４０質量％生成させることが好ましい。
前記分子量の測定は、硫黄変性剤を加えた硫黄を二硫化炭素やトルエン等に溶かし、GPCにより行うことができる。その測定は、例えば、クロロホルム溶媒を使用し室温において、１ml／分の流速で、二硫化炭素１質量／vol％濃度試料溶液を、UV２５４Nm検出器を用い、ポリスチレンで測定した検量線により行うことができる。
ラインミキサー内で生じる硫黄と硫黄変性剤との初期反応は、硫黄と硫黄変性剤とが反応することで変性硫黄前駆体が生成する発熱反応である。このためラインミキサー内では急激な発熱が生じないことを確認しながら連続撹拌しラインミキサー内で１２０〜１６０℃まで次第に温度上昇させることが好ましい。
ラインミキサー内で硫黄と硫黄変性剤とを反応させる際は、ゲルパーミエイションクロマトグラフィー(GPC)で測定した分子量が１５０〜５００の改質硫黄前駆体を生成させ、反応系中において前記改質硫黄前駆体を０．０１〜４５質量％、特に１〜４０質量％生成させることが好ましい。
前記分子量の測定は、硫黄変性剤を加えた硫黄を二硫化炭素やトルエン等に溶かし、GPCにより行うことができる。その測定は、例えば、クロロホルム溶媒を使用し室温において、１ml／分の流速で、二硫化炭素１質量／vol％濃度試料溶液を、UV２５４Nm検出器を用い、ポリスチレンで測定した検量線により行うことができる。
前記ラインミキサーの流速及び圧力は、管の径、製造量に応じて適宜設定できるが、好ましくは、流速０．１ｃｍ／秒〜１００ｃｍ／秒程度の流速(時間ならば１秒〜３０分間)及び圧力の組合せにより設定することができる。
なお、硫黄と硫黄変性剤とが反応を開始し、改質硫黄前駆体が生成した後では、硫黄変性剤が蒸発する問題はないので、該反応開始後であればラインミキサーを使用しなくてもよく、ラインミキサーを通過したものを、ドラムミキサーやホールディング管に導入、滞留し、改質硫黄前駆体と溶融硫黄を重合反応させて高分子量化してもよい。
前記ドラムミキサーやホールディング管の内部における滞留時間は、管の径、製造量に応じて適宜設定できるが、好ましくは、１分〜２４時間程度である。
ホールディング管の滞留時間は、硫黄変性剤の使用量と溶融温度により異なる。
硫黄改質のための反応終了時期は、溶融物の粘度により決定できる。例えば、１４０℃における粘度が０．０５〜３．０Pa・sの範囲が好ましいが、得られる硫黄中間資材の強度や製造工程の作業性の観点から、１４０℃における粘度が０．０５〜２．０Pa・sの範囲が総合的に最適である。
また、改質硫黄はバッチ式によっても製造できる。
なお、硫黄と硫黄変性剤とが反応を開始し、改質硫黄前駆体が生成した後では、硫黄変性剤が蒸発する問題はないので、該反応開始後であればラインミキサーを使用しなくてもよく、ラインミキサーを通過したものを、ドラムミキサーやホールディング管に導入、滞留し、改質硫黄前駆体と溶融硫黄を重合反応させて高分子量化してもよい。
前記ドラムミキサーやホールディング管の内部における滞留時間は、管の径、製造量に応じて適宜設定できるが、好ましくは、１分〜２４時間程度である。
ホールディング管の滞留時間は、硫黄変性剤の使用量と溶融温度により異なる。
硫黄改質のための反応終了時期は、溶融物の粘度により決定できる。例えば、１４０℃における粘度が０．０５〜３．０Pa・sの範囲が好ましいが、得られる硫黄中間資材の強度や製造工程の作業性の観点から、１４０℃における粘度が０．０５〜２．０Pa・sの範囲が総合的に最適である。
また、改質硫黄はバッチ式によっても製造できる。
本発明の硫黄中間資材において、前記硫黄材料としては、改質硫黄の割合が高いか、実質的に改質硫黄のみの使用が、最終的に得られる硫黄資材の強度及び耐久性等をより改善し得る点から好ましい。
本発明の硫黄中間資材において、小ガス炎着火試験によって検定される非危険物を充足させるには、例えば、硫黄中間資材の製造に用いる改質硫黄において、該改質硫黄を調製する際に使用する硫黄変性剤の使用割合を通常多くすることで達成できる。硫黄変製剤を、硫黄と硫黄変性剤との合計量に対して、約３０質量％使用することで前記各性能の改善効果は飽和し、それ以上では変化は少なく、０．０１質量％未満の使用では改質硫黄を用いることによる十分な強度改善がなされない恐れがあるので好ましくない。
本発明の硫黄中間資材において、小ガス炎着火試験によって検定される非危険物を充足させるには、例えば、硫黄中間資材の製造に用いる改質硫黄において、該改質硫黄を調製する際に使用する硫黄変性剤の使用割合を通常多くすることで達成できる。硫黄変製剤を、硫黄と硫黄変性剤との合計量に対して、約３０質量％使用することで前記各性能の改善効果は飽和し、それ以上では変化は少なく、０．０１質量％未満の使用では改質硫黄を用いることによる十分な強度改善がなされない恐れがあるので好ましくない。
本発明の硫黄中間資材において、前記硫黄材料の含有割合は、後述する細骨材１００質量部に対して、３０〜４００質量部、好ましくは５０〜３００質量部である。３０質量部未満では、得られる硫黄中間資材の均一混練が十分でなく、４００質量部を超えると、硫黄材料と細骨材とが分離して均一な材料が得られない。
本発明の硫黄中間資材において、小ガス炎着火試験によって検定される非危険物を充足させるには、例えば、細骨材の配合量を多くするほど達成させ易い。このような細骨材の割合は、硫黄材料１００質量部に対して、通常２５〜３００質量部、好ましくは３０〜２５０質量部である。
本発明の硫黄中間資材において、小ガス炎着火試験によって検定される非危険物を充足させるには、例えば、細骨材の配合量を多くするほど達成させ易い。このような細骨材の割合は、硫黄材料１００質量部に対して、通常２５〜３００質量部、好ましくは３０〜２５０質量部である。
本発明の硫黄中間資材に含まれる細骨材は、骨材として使用可能であれば特に限定されないが、一般にコンクリートで用いられる骨材、例えば、天然石、砂、れき、硅砂、鉄鋼スラグ、フェロニッケルスラグ、銅スラグ、金属製造時に生成する副生物、石炭灰、燃料焼却灰、電気集塵灰、溶融スラグ類、貝殻及びこれらの混合物等からなる群より選択される1種又は2種以上が挙げられる。また、シリカヒューム、アルミナ、石英粉、石英質岩石、粘土鉱物、活性炭、ガラス粉末やこれらと同等の有害物質を含有しない無機系、有機系等の骨材も使用可能である。これらの細骨材の中でも、粒経分布の調整が容易で均一なものを大量に入手しやすい点で、石炭灰、珪砂、シリカヒューム、石英粉、砂、ガラス粉末及び電気集塵灰からなる群より選択される1種又は2種以上が好ましい。
本発明の硫黄中間資材においては、細骨材として産業廃棄物を使用した場合でも、前述の硫黄材料により無害化することが可能である。
本発明の硫黄中間資材においては、細骨材として産業廃棄物を使用した場合でも、前述の硫黄材料により無害化することが可能である。
前記細骨材は、通常、粒径５ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下の骨材からなる。前記細骨材の粒径が５ｍｍを超えると再溶融が速やかにできない。このような細骨材の粒径調整は公知技術が利用でき、例えば、篩等で調整することができる。粒径はJIS標準ふるいを使用して規定できる。
本発明の硫黄中間資材には、前記硫黄及び／改質硫黄からなる硫黄材料と細骨材の他に、本発明の所望の効果を損なわない範囲で後述する繊維質充填材等が適量含まれていても良い。
本発明の硫黄中間資材には、前記硫黄及び／改質硫黄からなる硫黄材料と細骨材の他に、本発明の所望の効果を損なわない範囲で後述する繊維質充填材等が適量含まれていても良い。
本発明の硫黄中間資材は、JIS標準ふるいによる最大寸法が１０１．６mm以下である。１０１．６ｍｍを超えると運搬が困難である。このような大きさにするための粉砕、篩い分けの方法は公知の方法を用いることができる。
本発明の硫黄中間資材は、通常、５MNmm2以上の強度、好ましくは１０〜６０MNmm2程度の強度を発揮する。また硫黄中間資材は、再溶融してコンクリートと一体化させた際のコンクリートとの付着強度(JIS A ６９１０)が１．５Ｎ／ｍｍ2以上、好ましくは２〜５Ｎ／ｍｍ2を示す。
本発明の硫黄中間資材は、前記硫黄材料の溶融物と細骨材等とを混合、固化して得ることができる。該資材はそのままあるいは成型、粉砕、加工、再溶融等の処理によって硫黄資材として使用することもできる。
本発明の硫黄中間資材は、通常、５MNmm2以上の強度、好ましくは１０〜６０MNmm2程度の強度を発揮する。また硫黄中間資材は、再溶融してコンクリートと一体化させた際のコンクリートとの付着強度(JIS A ６９１０)が１．５Ｎ／ｍｍ2以上、好ましくは２〜５Ｎ／ｍｍ2を示す。
本発明の硫黄中間資材は、前記硫黄材料の溶融物と細骨材等とを混合、固化して得ることができる。該資材はそのままあるいは成型、粉砕、加工、再溶融等の処理によって硫黄資材として使用することもできる。
本発明の硫黄資材は、前述の本発明の硫黄中間資材の溶融物と粗骨材を含む材料とを混合、固化して得たものである。該固化にあたっては所望の形状に成型することもでき、また固化物は、粉砕、加工、再溶融等の処理によって硫黄資材として使用することもできる。
本発明の硫黄資材において粗骨材の粒径は、JIS標準ふるいで１ｍｍ以上が好ましく、特に、５ｍｍを超えることが好ましく、その上限は５０ｍｍ以下が好ましい。粗骨材の粒径が５０ｍｍを超えると製造時の混合に長時間を要する恐れがあるので好ましくない。このような粗骨材の寸法調整は公知技術が利用でき、例えば、篩等で調整することができる。粗骨材の種類は特に限定されず、例えば、上述の細骨材と同様な種類のものを挙げることができる。
本発明の硫黄資材において、粗骨材の含有割合は、硫黄中間資材の溶融物１００質量部に対して通常１０〜７００質量部、好ましくは５０〜５００質量部である。１０質量部未満では高い強度が得られ難く、７００質量部を超えると硫黄材料が少なすぎるため固化が困難であり好ましくない。
本発明の硫黄材料において、細骨材及び粗骨材からなる骨材の配合割合は、硫黄資材全量基準で５０〜９０質量％が好ましい。骨材の配合割合が９０質量％を超えると骨材としての無機系資材表面を硫黄材料により十分濡らすことができず、骨材が露出した状態となり、強度が十分発現しないと共に遮水性が維持できない恐れがあるので好ましくない。一方、骨材の配合割合が５０質量％未満では、強度が低下するので好ましくない。
本発明の硫黄資材において粗骨材の粒径は、JIS標準ふるいで１ｍｍ以上が好ましく、特に、５ｍｍを超えることが好ましく、その上限は５０ｍｍ以下が好ましい。粗骨材の粒径が５０ｍｍを超えると製造時の混合に長時間を要する恐れがあるので好ましくない。このような粗骨材の寸法調整は公知技術が利用でき、例えば、篩等で調整することができる。粗骨材の種類は特に限定されず、例えば、上述の細骨材と同様な種類のものを挙げることができる。
本発明の硫黄資材において、粗骨材の含有割合は、硫黄中間資材の溶融物１００質量部に対して通常１０〜７００質量部、好ましくは５０〜５００質量部である。１０質量部未満では高い強度が得られ難く、７００質量部を超えると硫黄材料が少なすぎるため固化が困難であり好ましくない。
本発明の硫黄材料において、細骨材及び粗骨材からなる骨材の配合割合は、硫黄資材全量基準で５０〜９０質量％が好ましい。骨材の配合割合が９０質量％を超えると骨材としての無機系資材表面を硫黄材料により十分濡らすことができず、骨材が露出した状態となり、強度が十分発現しないと共に遮水性が維持できない恐れがあるので好ましくない。一方、骨材の配合割合が５０質量％未満では、強度が低下するので好ましくない。
本発明の硫黄資材における前記粗骨材を含む材料において、粗骨材以外の材料としては、例えば、硫黄資材の曲げ強度を更に高め、パネルやタイル等に用いる際に資材自体を薄型化、軽量化を可能にするために、細骨材、繊維質充填材、繊維状粒子、薄片状粒子等を含有させることができる。このような材料は前述の本発明の硫黄中間資材に含まれていても良い。
繊維質充填材としては、例えば、カーボンファイバー、グラスファイバー、鋼繊維、アモルファス繊維、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、アラミド繊維又はこれらの混合物等が挙げられる。
繊維質充填材の繊維径は、材質により異なるが通常５μm〜１mmが好ましい。繊維形態は、短繊維、連続繊維いずれでも良いが、短繊維の場合の繊維長は２〜３０mmの均一分散が容易な長さが好ましい。連続繊維としては、骨材が通過できるような隙間を空けた格子状であれば良く、織構造又は不織布構造のいずれでも良い。
繊維質充填材を配合する場合の配合割合は、得られる硫黄資材中に通常０．１〜１０質量％、特に０．５〜３重量％が好ましい。
繊維質充填材としては、例えば、カーボンファイバー、グラスファイバー、鋼繊維、アモルファス繊維、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、アラミド繊維又はこれらの混合物等が挙げられる。
繊維質充填材の繊維径は、材質により異なるが通常５μm〜１mmが好ましい。繊維形態は、短繊維、連続繊維いずれでも良いが、短繊維の場合の繊維長は２〜３０mmの均一分散が容易な長さが好ましい。連続繊維としては、骨材が通過できるような隙間を空けた格子状であれば良く、織構造又は不織布構造のいずれでも良い。
繊維質充填材を配合する場合の配合割合は、得られる硫黄資材中に通常０．１〜１０質量％、特に０．５〜３重量％が好ましい。
本発明の硫黄資材又は硫黄中間資材には、靭性を高めるため等に、繊維状粒子、薄片状粒子等を配合することもできる。
繊維状粒子としては、平均長さ１mm以下のウォラスナイト、ボーキサイト、ムライト等が挙げられる。
薄片状粒子としては、平均粒度１mm以下のマイカフレーク、タルクフレーク、バーミキュライトフレーク、アルミナフレーク等が挙げられる。繊維状粒子及び／又は薄片状粒子を配合する場合の配合割合は、硫黄資材中に通常３５質量％以下、特に１〜２５質量％が好ましい。
本発明の硫黄資材又は硫黄中間資材には、本発明の所望の効果を損なわない範囲で、上記以外にも必要に応じて他の成分が配合されていても良い。
繊維状粒子としては、平均長さ１mm以下のウォラスナイト、ボーキサイト、ムライト等が挙げられる。
薄片状粒子としては、平均粒度１mm以下のマイカフレーク、タルクフレーク、バーミキュライトフレーク、アルミナフレーク等が挙げられる。繊維状粒子及び／又は薄片状粒子を配合する場合の配合割合は、硫黄資材中に通常３５質量％以下、特に１〜２５質量％が好ましい。
本発明の硫黄資材又は硫黄中間資材には、本発明の所望の効果を損なわない範囲で、上記以外にも必要に応じて他の成分が配合されていても良い。
本発明の硫黄資材は、通常、１０N／mm2以上の強度、好ましくは１０〜８０N／mm2程度の強度を発揮することができる。
本発明の硫黄資材を製造するには、例えば、１２０〜２００℃に予熱した粗骨材を含む材料に、好ましくは１２０〜１６０℃に保持した前記硫黄中間資材の溶融物を投入し、混合した後、固化する方法又は、１２０〜１６０℃に保持した前記硫黄中間資材の溶融物に、１２０〜１６０℃に予熱した粗骨材を含む材料を投入し、混合した後、固化する方法等の本発明の製造方法により得ることができる。
本発明の製造方法では、固体として安価かつ容易に保管でき、また、非危険物としうる本発明の硫黄中間資材を用いるので、溶融硫黄タンクの使用も不要である。
本発明の製造方法において、粗骨材を含む材料の予熱は、予熱装置を用いて行うことができる。
本発明の製造方法において、硫黄中間資材の溶融物と粗骨材を含む材料との混合は、加熱可能な型枠等の加熱装置を使用し、内部を１２０〜２００℃に予熱して行うことが好ましい。混合機も１２０〜１５５℃に予熱しておくことが好ましい。
前記予熱装置及び加熱装置は、防爆装置にする必要もないので裸火の使用が可能でありこれら装置にキルンを使用することができる。硫黄中間資材の溶融物と粗骨材を含む材料との混合は容易であるため、型枠装置等の簡便なものを使用することができる。また溶融混合時間も短いという特徴がある。硫黄中間資材を製造しない従来の方法では、骨材と硫黄の混合が不十分になりやすく硫黄材料が連続相とならず得られる硫黄資材の強度が低下する恐れがあった。
本発明の製造方法では、固体として安価かつ容易に保管でき、また、非危険物としうる本発明の硫黄中間資材を用いるので、溶融硫黄タンクの使用も不要である。
本発明の製造方法において、粗骨材を含む材料の予熱は、予熱装置を用いて行うことができる。
本発明の製造方法において、硫黄中間資材の溶融物と粗骨材を含む材料との混合は、加熱可能な型枠等の加熱装置を使用し、内部を１２０〜２００℃に予熱して行うことが好ましい。混合機も１２０〜１５５℃に予熱しておくことが好ましい。
前記予熱装置及び加熱装置は、防爆装置にする必要もないので裸火の使用が可能でありこれら装置にキルンを使用することができる。硫黄中間資材の溶融物と粗骨材を含む材料との混合は容易であるため、型枠装置等の簡便なものを使用することができる。また溶融混合時間も短いという特徴がある。硫黄中間資材を製造しない従来の方法では、骨材と硫黄の混合が不十分になりやすく硫黄材料が連続相とならず得られる硫黄資材の強度が低下する恐れがあった。
前記硫黄中間資材の溶融物と粗骨材を含む材料との混合は、含有される溶融状態の硫黄材料、特に改質硫黄を含む硫黄材料の１４０℃における粘度を０．０５〜３．０Pa・sの範囲内に維持しながら行うことが好ましい。前記改質硫黄を含む硫黄材料の粘度は、硫黄の重合進行により時間と共に上昇するので、取り扱いが容易で好ましい最適粘度範囲とすることが好ましい。該粘度が０．０５Pa・s未満では、得られる硫黄資材の強度が低下し、改質硫黄による改質効果が不十分となるので好ましくない。一方、粘度が高くなるに従い、強度改善効果も高くなるが、３．０Pa・sを超えると溶融混合における撹拌が困難となり、作業性が著しく悪化するので好ましくない。
前記混合に用いる混合機は、混合が十分に行えるものであれば特に限定されず、好ましくは固液撹拌用が使用できる。例えば、パドルミキサー、インターナルミキサー、ロールミル、ボールミル、ドラムミキサー、スクリュー押出し機、パグミル、ポエーミキサー、リボンミキサー、ニーダー等が使用できる。
前記混合に用いる混合機は、混合が十分に行えるものであれば特に限定されず、好ましくは固液撹拌用が使用できる。例えば、パドルミキサー、インターナルミキサー、ロールミル、ボールミル、ドラムミキサー、スクリュー押出し機、パグミル、ポエーミキサー、リボンミキサー、ニーダー等が使用できる。
本発明の製造方法において、固化は、前記溶融状態の混合物を型枠に導入して冷却固化する方法等により行うことができる。
前記固化は、公知の成型法、例えば、型枠に流し込み冷却固化し、任意の形状にすることにより行うことができる。型枠の形状としては、パネル型、タイル型、ブロック型等が挙げられるがこれらに限定されない。
前記固化時の成型には、適宜振動を加えたり、超音波を照射したりしながら成型してもよい。
前記固化は、公知の成型法、例えば、型枠に流し込み冷却固化し、任意の形状にすることにより行うことができる。型枠の形状としては、パネル型、タイル型、ブロック型等が挙げられるがこれらに限定されない。
前記固化時の成型には、適宜振動を加えたり、超音波を照射したりしながら成型してもよい。
本発明の硫黄資材は、所望形状の成型体として、ブロックをはじめ各種構造物として利用することができる。例えば、タイル、ブロック、パネル材、床材、魚礁、護岸資材、藻場造成用資材等として利用できる。また、道路用製品として、歩道境界ブロック、平板、インターロッキングブロック等に、建築用製品として、漁礁、消波ブロック、防波ブロック、植生ブロック等に、土木施工用材料として、土留用壁、擁壁、L型用壁、矢板等に使用できる。
これら用途において、硫黄資材を成型物全部に使用する必要は必ずしもなく、表面部分に使用しても目的を果たすことができる。例えば、コンクリート製護岸壁面に当該硫黄資材を配置してもよい。他の用途、例えば、タイル、ブロック、パネル材、床材、壁材等においても同様にコンクリートと組み合わせて二層構造にしても良いし、更にコンクリートを硫黄中間資材で挟むような三層構造や多層構造にしてもよい。
これら用途において、硫黄資材を成型物全部に使用する必要は必ずしもなく、表面部分に使用しても目的を果たすことができる。例えば、コンクリート製護岸壁面に当該硫黄資材を配置してもよい。他の用途、例えば、タイル、ブロック、パネル材、床材、壁材等においても同様にコンクリートと組み合わせて二層構造にしても良いし、更にコンクリートを硫黄中間資材で挟むような三層構造や多層構造にしてもよい。
以下、実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例に限定されない。なお、例中で作製した各硫黄中間資材や硫黄資材について、以下に示す方法に従い測定及び評価を行なった。
小ガス炎着火試験検定：消防法危険物第２類可燃性固体類の判定試験による。
圧縮強度：JIS A 1108
骨材の粒度調整：事前にJISふるいを用いて調整した。
(改質硫黄の製造)
密閉式撹拌混合槽中に、固体硫黄９５kgを入れ、１２０℃で加温して溶解後、１３０℃に保持した。続いて、約５０℃に加熱溶解したジシクロペンタジエン５kgをゆっくりと添加し、約１０分間静かに撹拌して、初期反応による温度上昇が収束することを確認してから、１４０℃まで昇温した。反応が開始され、次第に粘度が上昇し、約１時間で粘度が０．１Pa・sに達したところで直ちに加熱を停止し、適当な型又は容器に流し込んで室温で冷却し、改質硫黄(Ｃ-1)を得た。
小ガス炎着火試験検定：消防法危険物第２類可燃性固体類の判定試験による。
圧縮強度：JIS A 1108
骨材の粒度調整：事前にJISふるいを用いて調整した。
(改質硫黄の製造)
密閉式撹拌混合槽中に、固体硫黄９５kgを入れ、１２０℃で加温して溶解後、１３０℃に保持した。続いて、約５０℃に加熱溶解したジシクロペンタジエン５kgをゆっくりと添加し、約１０分間静かに撹拌して、初期反応による温度上昇が収束することを確認してから、１４０℃まで昇温した。反応が開始され、次第に粘度が上昇し、約１時間で粘度が０．１Pa・sに達したところで直ちに加熱を停止し、適当な型又は容器に流し込んで室温で冷却し、改質硫黄(Ｃ-1)を得た。
(細骨材と粗骨材の調整)
細骨材は粒径１ｍｍ以下の石炭灰をそのまま使用し細骨材(A-1)とした。
粗骨材は高炉スラグをふるいにより粒径５ｍｍ超で分別し、粒径５ｍｍを超える高炉スラグからなる粗骨材(A-2)を製造した。
細骨材は粒径１ｍｍ以下の石炭灰をそのまま使用し細骨材(A-1)とした。
粗骨材は高炉スラグをふるいにより粒径５ｍｍ超で分別し、粒径５ｍｍを超える高炉スラグからなる粗骨材(A-2)を製造した。
実施例１
１４０℃に予熱した細骨材(A-1)２０kgと、改質硫黄(Ｃ-1)２０kgを１３０℃に再加熱して溶解した溶解物とを、１４０℃に保った混練機(プローシェアーミキサー)内にほぼ同時に投入した。続いて１０分間混練し、これをW４６cm×D５５cm×H６cmの板状型に流し込んで冷却し、１００ｍｍ以下に破砕した。これを硫黄中間資材(B-1)とする。
硫黄中間資材(B-1)の小ガス炎着火試験検定は、硫黄中間資材(B-1)を更に砕き３ｇの小塊１０個とし、小ガス炎着火試験を実施した。その結果、全て１０秒以内に着火することはなく非危険物であった。
次に、硫黄中間資材(B-1)２０ｋｇと１８０℃に予熱した粗骨材(A-2)３０ｋｇを１４０℃の二軸パドルミキサーに入れ５分間混練した。これをφ１０ｃｍ×H２０cmの円柱型枠に注ぎ室温まで冷却した。脱型した供試体(硫黄資材)の圧縮強度は８２Ｎ／ｍｍ2と高かった。
１４０℃に予熱した細骨材(A-1)２０kgと、改質硫黄(Ｃ-1)２０kgを１３０℃に再加熱して溶解した溶解物とを、１４０℃に保った混練機(プローシェアーミキサー)内にほぼ同時に投入した。続いて１０分間混練し、これをW４６cm×D５５cm×H６cmの板状型に流し込んで冷却し、１００ｍｍ以下に破砕した。これを硫黄中間資材(B-1)とする。
硫黄中間資材(B-1)の小ガス炎着火試験検定は、硫黄中間資材(B-1)を更に砕き３ｇの小塊１０個とし、小ガス炎着火試験を実施した。その結果、全て１０秒以内に着火することはなく非危険物であった。
次に、硫黄中間資材(B-1)２０ｋｇと１８０℃に予熱した粗骨材(A-2)３０ｋｇを１４０℃の二軸パドルミキサーに入れ５分間混練した。これをφ１０ｃｍ×H２０cmの円柱型枠に注ぎ室温まで冷却した。脱型した供試体(硫黄資材)の圧縮強度は８２Ｎ／ｍｍ2と高かった。
比較例１
硫黄中間資材(B-1)２０ｋｇと１４０℃に予熱した細骨材(A-1)１０ｋｇ、粗骨材(A-2)３０ｋｇと１３０℃に再加熱した改質硫黄(Ｃ-1)１０ｋｇを１４０℃に予熱した二軸パドルミキサーに入れ５分間混練した。これをφ１０ｃｍ×H２０cmの円柱型枠に注ぎ室温まで冷却し、脱型した供試体は、細骨材(A-1)に改質硫黄が十分行き渡らず見た目もまだらで圧縮強度は値を示さなかった。
硫黄中間資材(B-1)２０ｋｇと１４０℃に予熱した細骨材(A-1)１０ｋｇ、粗骨材(A-2)３０ｋｇと１３０℃に再加熱した改質硫黄(Ｃ-1)１０ｋｇを１４０℃に予熱した二軸パドルミキサーに入れ５分間混練した。これをφ１０ｃｍ×H２０cmの円柱型枠に注ぎ室温まで冷却し、脱型した供試体は、細骨材(A-1)に改質硫黄が十分行き渡らず見た目もまだらで圧縮強度は値を示さなかった。
Claims (10)
- JIS標準ふるいで粒径１ｍｍ以下の細骨材１００質量部と、硫黄及び／又は改質硫黄からなる硫黄材料３０〜４００質量部とを含み、JIS標準ふるいで最大寸法が１０１．６mm以下である硫黄中間資材の溶融物と、粗骨材を含む材料とを混合、固化して得たことを特徴とする硫黄資材。
- 粗骨材の粒径が、JIS標準ふるいで１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の硫黄資材。
- 細骨材及び粗骨材からなる骨材の配合割合が、硫黄資材全量基準で、５０〜９０質量％であることを特徴とする請求項１又は２記載の硫黄資材。
- JIS標準ふるいで粒径１ｍｍ以下の細骨材１００質量部と、硫黄及び／又は改質硫黄からなる硫黄材料３０〜４００質量部とを含み、JIS標準ふるいで最大寸法が１０１．６mm以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項記載の硫黄資材の製造用硫黄中間資材。
- 小ガス炎着火試験によって検定される非危険物を充足することを特徴とする請求項４記載の硫黄資材の製造用硫黄中間資材。
- コンクリートとの付着強度(JIS A ６９１０)が１．５Ｎ／ｍｍ2以上であることを特徴とする請求項４又は５記載の硫黄資材の製造用硫黄中間資材。
- 前記細骨材が、石炭灰、珪砂、シリカヒューム、石英粉、砂、ガラス粉末及び電気集塵灰からなる群より選択される1種又は2種以上であることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項記載の硫黄資材の製造用硫黄中間資材。
- １２０〜２００℃に予熱した粗骨材を含む材料に、請求項４〜７のいずれか１項記載の硫黄中間資材の溶融物を投入し、混合した後、固化することを特徴とする請求項１の硫黄資材の製造方法。
- 前記硫黄中間資材の溶融物の温度が１２０〜１６０℃であることを特徴とする請求項８記載の製造方法。
- １２０〜１６０℃に保持した請求項４〜７のいずれか１項記載の硫黄中間資材の溶融物に、１２０〜１６０℃に予熱した粗骨材を含む材料を投入し、混合した後、固化することを特徴とする硫黄資材の製造方法。
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