KR20110032028A - Low melting point modified sulfur binders and their manufacturing method - Google Patents

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KR20110032028A
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Abstract

PURPOSE: A low melting point modified sulfur binder is provided to exhibit re-meltable property at a temperature of 100 °C or less by mixing ammonium salts or urea-based compounds with a dicyclopentadiene-based modifier. CONSTITUTION: A low melting point modified sulfur binder is obtained by mixing 99~60 weight% of sulfur and 1~40 weight% of dicyclopentadiene-based mixture, ammonium salts or urea-based compounds as a modifier of the sulfur, and melting and reacting the mixture. The dicyclopentadiene-based mixture is dicyclopentadiene alone, or a mixture in which at least one of cyclopentadiene, dicyclopentadiene derivative, and cyclopentadiene derivative is added to dicyclopentadiene, or a mixture to which at least one of dipentene, vinyltoluene, styrene monomer, and dicyclopentene is added.

Description

저융점 개질유황 결합재 및 이의 제조방법 {Low Melting Point Modified Sulfur Binders and Their Manufacturing Method}Low Melting Point Modified Sulfur Binders and Their Manufacturing Method

본 발명은 일반 시멘트 콘크리트보다 속경성, 내산성 및 내약품성이 우수한 유황 콘크리트의 제조를 위한 개질유황 결합재를 100 ℃ 이하의 저온에서 용융시킴으로서 시멘트 및 석고 등의 수경성 결합재와 함께 혼합하여 사용할 수 있는 저융점 개질유황 결합재와 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention is a low melting point that can be used in combination with a hydraulic binder such as cement and gypsum by melting the modified sulfur binder for the production of sulfur concrete having a faster hardness, acid resistance and chemical resistance than ordinary cement concrete at a low temperature below 100 ℃ The present invention relates to a modified sulfur binder and a preparation method thereof.

통상적으로, 포틀랜드 시멘트를 사용하여 제조된 보통 콘크리트는 알칼리 특성을 나타내고 산에 매우 취약한 특성을 나타내는데, 콘크리트의 열화는 상당 부분이 화학적인 반응에 의한 것이다. 이 중 가장 일반적인 것은 콘크리트 구조물의 염해나 중성화에 의해 발생하는 부식 상황으로, 특히 염해 환경에 노출되어 있는 콘크리트 구조물은 철근의 부식에 따른 조기 열화가 큰 문제로 대두되고 있으며, 이러한 콘크리트의 열화를 방지하고 보수??보강하기 위한 공사는, 통상 에폭시나 보수??보강용 그라스 매트 등을 여러 겹 적층하는 방식으로 공사를 진행하므로 작업 시간과 재료 원가 면에서 부담이 되고 있다.Normally, ordinary concrete made using Portland cement exhibits alkali and very vulnerable to acids, with much of the degradation due to chemical reactions. The most common of these is the corrosion situation caused by salting or neutralization of concrete structures. In particular, concrete structures exposed to salty environment are a major problem due to premature deterioration due to corrosion of reinforcing bars. In general, construction for repairing and reinforcing steel is burdened in terms of work time and material cost since the construction is usually carried out by stacking several layers of epoxy or glass mat for repairing.

이러한 보통 콘크리트의 취약한 내화학성 및 강도 등의 단점을 극복하기 위한 방안으로, 포틀랜드 시멘트 대신에 개질 유황 성분을 결합재 (binder)로 사용하고, 이를 각종 골재와 혼합하여 모르타르 또는 콘크리트를 제조하는 개질 유황 콘크리트 기술이 개발되었다. 개질 유황 결합재를 사용할 경우에는 개질 유황 콘크리트의 특성 상 물을 사용할 수 없고 개질 유황을 용융시킨 용융물을 사용하고 있다.In order to overcome the disadvantages such as weak chemical resistance and strength of ordinary concrete, modified sulfur concrete using modified sulfur as a binder instead of Portland cement and mixing it with various aggregates to produce mortar or concrete. Technology has been developed. In the case of using modified sulfur binders, water cannot be used due to the characteristics of the modified sulfur concrete, and a molten sulfur melt is used.

그러나 이러한 개질 유황 콘크리트는 수중 동결 융해 저항성, 타설 후 급속 냉각에 따른 시험체 내??외부의 온도 차로 인한 표면 함몰 현상, 골재나 거푸집 예열 문제 및 화재 취약성 등으로 인하여 그 적용범위가 한정되어 있는 실정이다.However, the modified sulfur concrete is limited in its application due to resistance to freeze-thawing in water, surface depression due to temperature difference between the inside and outside of the test specimen due to rapid cooling after pouring, aggregate or form preheating problem, and fire vulnerability. .

즉, 현재의 기술로서는 개질 유황 콘크리트는 지중 (地中), 해중 (海中), 수중 (水中)에서만 사용해야 하므로, 그 적용 범위가 한정되어 있는 실정이어서 유황 자재류의 범용적인 건설용 자재로서의 확대 사용이 안 되고 있는 실정이다.That is, as the current technology, the modified sulfur concrete should be used only in the ground, the sea, and the water. Therefore, the scope of application of the modified sulfur concrete is limited. Therefore, the expanded sulfur concrete is widely used as a general construction material. This is not happening.

좀 더 구체적으로 살펴보면, 유황의 성질, 즉 "119 ℃를 넘으면 용해하고 상온에서는 고체인 성질"을 이용하여 토목 및 건설 분야에 유황을 적용하는 기술 개발이 지속적으로 시도되고 있다. 예를 들면, 포장 재료 (미국 특허 제4290816호), 건축 재료용 자재 (일본 특공소 55-49024호 공보) 또는 폐기물 고화용 자재 (일본 특공소 62-15274호 공보) 등의 결합재 (binder)로서 사용이 검토되고 있다.Looking more specifically, the development of technology to apply sulfur to the civil engineering and construction fields using the properties of sulfur, that is, "dissolved above 119 ℃ and solid at room temperature" has been continuously tried. For example, it is used as a binder of a packaging material (US Patent No. 4290816), a building material (JP-A 55-49024), or a waste solidification material (JP-A 62-15274). This is under review.

그러나 유황의 연소성과 관련하여, 유황은 인화점이 207 ℃이고, 자연 발화 온도가 245 ℃로서 착화성이 있고, 표면에 노출한 유황은 타기 쉬운 문제가 있다. 또한, 기계적 강도와 관련하여, 유황은 안정적인 고체 상태에서 결함이 없으면 고 강도를 나타내지만, 실제로는 액체 상태로부터 냉각 고화되는 경우 사방정계, 단사결정, 부정형 유황의 3종류가 혼재하고 냉각 조건에 의하여 혼재 비율이 변함과 동시에 시간이 경과함에 따라서 결함이 생기기 쉽고 부서지기 쉬운 취성상의 문제점이 있다. 따라서 순수 유황을 결합재로 사용하기에는 그 적용 범위가 매우 한정된다.However, with regard to the combustibility of sulfur, sulfur has a flash point of 207 ° C, a spontaneous ignition temperature of 245 ° C, and flammability, and sulfur exposed to the surface has a problem of burning easily. In addition, in terms of mechanical strength, sulfur exhibits high strength when there is no defect in a stable solid state, but in reality, when cooled and solidified from a liquid state, three types of tetragonal, monoclinic, and amorphous sulfur are mixed and There is a brittleness problem in which brittleness tends to occur and brittleness with time as the mixing ratio changes. Therefore, the use range of pure sulfur as a binder is very limited.

이러한 단점을 개량하기 위하여 많은 유황 개질제가 검토되었다.Many sulfur modifiers have been investigated to remedy this drawback.

특히, 디시클로 펜타디엔 (dicyclo pentadiene; DCPD)은 염가이므로 경제성이 우수하고, 이와 함께 「New Uses of Sulfur-Ⅱ, 1978, PP. 68-77, 1978」에 나타난 바와 같이, 기계적 강도 등에 있어서 양호한 작용을 하는 것으로 알려져 있다.In particular, since dicyclo pentadiene (DCPD) is inexpensive, it is excellent in economic efficiency, and together with "New Uses of Sulfur-II, 1978, PP." 68-77, 1978 ", is known to have a good effect on mechanical strength and the like.

또한, 비닐 톨루엔 (vinyl toluene), 디펜텐 (dipentene), 그 밖의 올레핀 올리고머 (olefin oligomer)를 첨가하여 유황의 성상을 개량하고 포장재, 접착재 및 방수재 등으로 사용한 사례 (일본 특공평 2-25929호 공보, 일본특공평 2-28529호 공보)도 알려져 있다.In addition, vinyl toluene, dipentene, and other olefin oligomers have been added to improve the properties of sulfur and used as packaging materials, adhesives, and waterproofing materials (Japanese Patent Publication No. 2-25929) Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-28529) is also known.

또한, 일본 특개 2003-277108호 공보에서는 유황 개질제로 테트라하이드로인덴 (tetra hydraulic indene)을 사용하였으며, 일본 특개 2002-60491호 공보에서는 개질제로 디시클로 펜타디엔과 테트라 하이드로 인덴 (tetra hydraulic indene)을 함께 사용한 것이 개시되어 있으며, 도로 포장 재료로서는 아스팔트와 유황을 혼합 사용한 것도 실용화되고 있다.In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-277108 uses tetra hydraulic indene as a sulfur modifier, and Japanese Patent Laid-Open No. 2002-60491 uses dicyclopentadiene and tetra hydraulic indene as a modifier. What was used together is disclosed, and the thing which mixed asphalt and sulfur as a road pavement material is utilized.

전형적으로, 디시클로 펜타디엔과 유황과의 반응은 일종의 중합 반응으로 볼 수 있으며, 이와 관련된 반응 메커니즘은 미국 특허번호 제4,311,826호에 설명되어있다. 개질 유황 제조시 화학 반응은, 반응 초기에 디시클로 펜타디엔과 유황이 반응하고, 그 후 유황이 라디칼 (radical) 연쇄 반응에 의하여 고분자화된다.Typically, the reaction of dicyclopentadiene with sulfur can be viewed as a kind of polymerization reaction, and the reaction mechanism associated therewith is described in US Pat. No. 4,311,826. In the production of modified sulfur, the chemical reaction involves dicyclopentadiene and sulfur reacting at the beginning of the reaction, and then sulfur is polymerized by a radical chain reaction.

그러나 계속되는 디시클로 펜타디엔과 유황과의 반응은 큰 발열을 수반하므로, 온도와 점도가 상승하여 반응제어가 곤란하고, 상온에서 급격하게 고상화되어 성형할 수가 없게 되는 문제점이 존재하였다.However, the subsequent reaction of dicyclopentadiene and sulfur is accompanied by a large exotherm, so there is a problem that the reaction control is difficult due to an increase in temperature and viscosity, and it is rapidly solidified at room temperature and cannot be molded.

이를 해결하기 위하여, 상기 미국 특허번호 제4,311,826호는 유황과 20∼40 중량%의 개질제 (디시클로 펜타디엔 및 시클로 펜타디엔의 3량체 이상으로 이루어진 올리고머 혼합물의 결합물)를 반응시키는 기술을 개시하고 있다. 또한, 일본 특공평 2-28529호 공보 및 이의 대응 미국 특허번호 제4,391,969호는 유황과 2∼20 중량%의 개질제 (디시클로 펜타디엔 올리고머 혼합물과 디시클로 펜타디엔을 함유하는 개질제)를 반응시킨 고분자로 이루어지는 개질 유황 결합재를 개시하고 있는데, 개질제 내의 시클로 펜타디엔 올리고머의 첨가량을 적어도 37 중량% 첨가할 것을 요구하고 있다. 한편, 한국 공개특허 2006-101878호에서는 개질제로서 디시클로 펜타디엔의 3량체 이상의 올리고머를 실질적으로 함유하지 않는 디시클로 펜타디엔을 단독으로 사용할 경우 첨가량을 2∼4 중량% 이내로 조절하면 액상에서의 저장 안정성이 우수한 개질 유황 결합재를 제조할 수 있다고 개시하였다.To solve this problem, U.S. Patent No. 4,311,826 discloses a technique for reacting sulfur with 20 to 40% by weight of a modifier (combination of oligomer mixtures consisting of at least trimers of dicyclopentadiene and cyclopentadiene). have. In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-28529 and its corresponding U.S. Patent No. 4,391,969 are polymers reacted with sulfur and 2 to 20% by weight of a modifier (modifier containing dicyclopentadiene oligomer mixture and dicyclopentadiene). Although a modified sulfur binder is disclosed, it is required to add at least 37% by weight of the cyclopentadiene oligomer in the modifier. On the other hand, Korean Patent Laid-Open No. 2006-101878 discloses that when dicyclopentadiene, which is substantially free of oligomers of at least 3 dimers of dicyclopentadiene, is used as a modifier alone, the amount of addition is controlled within 2 to 4% by weight. It has been disclosed that a modified sulfur binder can be prepared with excellent stability.

또한, 최근 한국 특허등록 10-0911659 및 한국 특허출원 10-2009-004226에서는 유황의 개질제로서 헤테로 고리 아민류 또는 알킬아민류와, 디시클로 펜타디엔계 개질제를 혼합 사용하여 유황을 개질시킴으로써, 100 ℃ 이하의 온도에서 재용 융이 가능한 물성을 발휘하는 개질 유황 결합재를 제조할 수 있다고 개시하였다.In addition, Korean Patent Registration No. 10-0911659 and Korean Patent Application No. 10-2009-004226 disclose sulfur by modifying sulfur by mixing heterocyclic amines or alkylamines with dicyclopentadiene-based modifiers as sulfur modifiers. It has been disclosed that a modified sulfur binder can be produced that exhibits physical properties that can be remelted at temperature.

그러나 상기 특허에 의하면 헤테로 고리 아민류 또는 알킬아민류를 저융점 유황 개질제로 사용하였으며, 특히 피리딘계 화합물들은 악취가 심하여 저융점 개질유황 결합재의 제조 및 사용과정에서 작업이 어려우며 작업자의 건강에도 좋지 않을 뿐만 아니라 원료의 가격도 비싸 제조원가가 높은 문제가 있다.However, according to the above patent, heterocyclic amines or alkylamines were used as low-melting sulfur modifiers. Especially, pyridine-based compounds have a bad smell and are difficult to work with during the manufacture and use of low-melting-point modified sulfur binders and are not good for the health of workers. In addition, the price of raw materials is expensive, and manufacturing costs are high.

본 발명은 이러한 종래의 문제점들을 해결하기 위한 목적으로 유황을 개질하기 위하여 가격이 저렴하고 분해물이 없어 악취와 건강에 해가 없는 암모늄염류 또는 요소계 화합물을 디시클로 펜타디엔계 개질재와 혼합 사용하여 수경성 재료와 혼용할 수 있는 100 ℃ 이하의 온도에서 재용융이 가능한 물성을 발휘하는 저융점 개질유황 결합재 및 이의 제조방법을 제공하는 데에 있다.The present invention uses ammonium salts or urea compounds, which are inexpensive and free of decomposition products, for the purpose of solving the above-mentioned problems. The present invention provides a low melting point modified sulfur binder and a method for producing the same, which exhibit physical properties that can be remelted at a temperature of 100 ° C. or less that can be mixed with a hydraulic material.

이러한 과제을 해결하기 위하여 유황 99~60 중량%와 이 유황의 개질제로서 디시클로 펜타디엔계 혼합물과 암모늄염류 또는 요소계 화합물 1~40 중량%를 혼합 용융하여 반응시킨 것을 특징으로 하는 저융점 개질유황 결합재와 이때 혼합온도는 용융상태에서 반응이 이루어지도록 120~160 ℃의 온도범위에서 제조하는 것을 특징으로 하는 제조방법을 통하여 목적을 달성할 수 있다.In order to solve this problem, a low-melting-point reforming sulfur binder comprising 99 to 60% by weight of sulfur and 1 to 40% by weight of a dicyclopentadiene-based mixture and ammonium salt or urea-based compound as a modifier of the sulfur. And at this time, the mixing temperature can achieve the object through the manufacturing method characterized in that the production in the temperature range of 120 ~ 160 ℃ to make the reaction in the molten state.

본 발명에 의하면 유황을 개질하기 위하여 가격이 저렴하고 분해물이 없어 악취와 건강에 해가 없는 암모늄염류 또는 요소계 화합물을 디시클로 펜타디엔계 개질재와 혼합 사용하여 수경성재료와 혼용할 수 있는 100 ℃ 이하의 온도에서 재용융이 가능한 물성을 발휘하는 저융점 개질유황 결합재를 제공할 수 있다.According to the present invention, ammonium salts or urea compounds, which are inexpensive and have no decomposition products and are not harmful to health, are mixed with dicyclopentadiene-based modifiers in order to reform sulfur. It is possible to provide a low melting point modified sulfur binder exhibiting physical properties that can be remelted at the following temperature.

또한, 상기의 저융점 개질유황 결합재를 일반 시멘트와 골재를 혼합하여 콘크리트를 제조할 경우 속경성, 강도증진, 내산성, 내약품성 및 우수한 동결융해특성 등을 발현시킬 수 있다 In addition, when the concrete is prepared by mixing general cement and aggregate with the low melting point modified sulfur binder, it may express fast hardening, strength enhancement, acid resistance, chemical resistance, and excellent freeze-thawing characteristics.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 상태를 상세히 설명하겠다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.

본 발명에 있어서, 수경성 재료, 수경성 개질 유황 자재 조성물, 수경성 개질 유황 모르타르 또는 수경성 개질유황 콘크리트 등에서 사용되는 "수경성"의미는, KS L 0005 (수경성 시멘트 분야의 표준 용어)에서 "시멘트성 물질 또는 수화성 물질"의 용어 정의에서 표현한 것처럼, 무기 물질 또는 무기 물질의 혼합물로서 물과의 화학적 반응에 의하여 수화물이 생성되며, 그로 인하여 응결 및 강도의 발현을 나타내는 물질을 말하며, 이 반응은 물속에서도 일어난다. 좀 더 구체적으로, 개질 유황 결합재에 수경성 재료와 물을 혼합하면 화학적으로 반응이 일어나서 상온에서 경화되어 강도의 발현을 나타내며, 최종적으로는 매우 치밀하고 단단한 경화체로 제작되는 능력을 의미한다.In the present invention, the term "hydraulic" used in hydraulic materials, hydraulic modified sulfur material compositions, hydraulic modified sulfur mortars or hydraulic modified sulfur concrete, etc., means "cemental materials or water" in KS L 0005 (standard term in hydraulic cement field). As expressed in the term "chemical substance", an inorganic substance or a mixture of inorganic substances refers to a substance in which a hydrate is formed by chemical reaction with water, thereby exhibiting condensation and expression of strength, and the reaction also occurs in water. More specifically, when the hydraulic material and water are mixed with the modified sulfur binder, the reaction occurs chemically, which is cured at room temperature to express the strength, and finally, the ability to be manufactured into a very dense and hardened body.

기존 특허에서 제시된 방법으로 제조한 개질유황 결합재를 재용융시킬 경우 115 ℃ 정도에서 용융되며 골재와 혼합을 시키기 위해서는 130 ℃ 정도의 온도가 필요하므로 물과의 수화반응을 토대로 하는 수경성 재료와는 혼용해서 사용할 수 없다.When re-melting the modified sulfur binder prepared by the method proposed in the existing patent, it is melted at about 115 ° C and needs to be heated at about 130 ° C to mix with the aggregate, so it is mixed with a hydraulic material based on a hydration reaction with water. Can not use it.

따라서, 개질유황 결합재와 수경성 재료를 물과 같이 혼합해서 사용하기 위해서는 선행조건이 물의 증발 온도인 100 ℃ 이하에서 재용융이 가능한지 여부가 중요한 관건이다. Therefore, in order to mix and use the modified sulfur binder and the hydraulic material together with water, it is an important issue whether the reconditioning is possible under 100 ° C., which is the evaporation temperature of water.

또한, 개질유황에 계면활성제가 잘 반응할 수 있도록 친수기 (radical)가 결합되어야 물에 잘 분산되어 균질한 특성을 발현할 수 있으며 소량을 사용하여도 뛰어난 특성을 발휘할 수 있어야 한다.In addition, a hydrophilic group (radical) should be combined to allow the surfactant to react well with the reformed sulfur so that it can be well dispersed in water and exhibit a homogeneous property.

본 발명에 있어서, "개질유황 결합재"의 의미는, 가격이 저렴하고 분해물이 없어 악취와 건강에 해가 없는 암모늄염류 또는 요소계 화합물을 디시클로 펜타디엔계 개질제를 용융 혼합시킨 액상의 개질 유황 결합재와, 이 액상의 개질 유황 결합재를 120 ℃ 이하의 온도에서, 즉 상온으로 냉각하여 얻은 고상의 개질 유황 결합재와, 수경성재료와 혼용할 수 있는 100 ℃ 이하의 온도에서 재용융이 가능한 물성을 발휘하는 저융점 개질유황 결합재 모두를 의미한다.In the present invention, the term "modified sulfur binder" means a liquid-modified sulfur binder in which an ammonium salt or a urea compound which is inexpensive and has no decomposition products and does not harm odors and health is melt-mixed with a dicyclopentadiene-based modifier. And a solid-state modified sulfur binder obtained by cooling the liquid modified sulfur binder at a temperature of 120 ° C. or lower, and at a temperature of 100 ° C. or lower which can be mixed with a hydraulic material. Means both low melting point modified sulfur binders.

비교 예에서 보듯이 유황을 디시클로 펜타디엔계와 피리딘계 개질제를 이용하여 개질시킬 경우 85 ℃에서 재용융이 가능하지만 지독한 악취로 인하여 제조가 어려우며 제조 후에도 악취가 다량 잔존하여 시행 작업 공정에서도 건강에 문제가 될 수 있고 물과의 혼합 친수기의 부재와 큰 점력으로 인해 물과의 혼합이 전혀 이 루어 지지 못한다. As shown in the comparative example, when sulfur is modified with dicyclopentadiene-based and pyridine-based modifiers, remelting is possible at 85 ° C. However, it is difficult to manufacture due to the nasty odor. This can be a problem and the absence of hydrophilic groups and the large viscosity forces no mixing with water.

본 발명에서 사용된 저융점 결합제는 암모늄염류 또는 요소계 화합물은 암모니아기 (NH4 +)를 가지고 있는 화합물로, 이것이 유황과 반응하여 결합을 약화시킴으로서 융점을 낮추어주며, 대부분 제조 및 사용 온도 영역에서 분해가 없어 안전하고 일부 분해가 이루어지더라도 건강에 해가 없는 물질로 가격도 저렴하다.The low melting point binder used in the present invention is an ammonium salt or a urea-based compound having an ammonia group (NH 4 + ), which lowers the melting point by reacting with sulfur to weaken the bond, and in most manufacturing and use temperature ranges. It is safe because there is no decomposition, and even if some decomposition is done, it is inexpensive because it is harmless to health.

암모늄염류는 암모니아기가 산과 반응하여 생성되는 화합물들로 초산암모늄, 포름산암모늄, 황산암모늄 및 인산암모늄 등의 일반적인 염류뿐만 아니라 올레인산암모늄 및 스테아린산암모늄 등의 유기산염류를 포함한다.Ammonium salts are compounds produced by reaction of an ammonia group with an acid and include organic salts such as ammonium oleate and ammonium stearate as well as general salts such as ammonium acetate, ammonium formate, ammonium sulfate and ammonium phosphate.

또한, 요소계 화합물은 요소를 기본으로 하여 질산요소, 초산요소 및 포름산요소 등의 화합물과 일부를 치환시킨 우레탄 등의 고분자화합물을 포함한다.In addition, the urea-based compound includes a compound such as urea nitrate, urea acetate and urea formate, and a high molecular compound such as urethane substituted with a portion thereof based on urea.

상기의 암모늄염류 또는 요소계 화합물중 적어도 하나 이상을 디시클로 펜타디엔계 개질제와 혼합하여 사용할 경우 첨가량에 따라 융점이 저하하게 된다. When at least one or more of the ammonium salts or urea-based compounds are used in combination with a dicyclopentadiene-based modifier, the melting point is lowered depending on the amount added.

가열, 보온 및 교반이 가능한 자석교반기 안에 2구 플라스크를 장착하고, 이 플라스크 안에 공업용 분말 유황 60~100 g (60~80 중량%)을 투입하여 약 120~130 ℃에서 유황을 용융시킨 후, 자석 bar를 이용하여 교반시키면서 반응촉진을 위해 메틸시클로 펜타디엔이 10~20 중량% 첨가된 디시클로 펜타디엔 용액 15~20 g (12~20 중량%)을 서서히 투입하였다. 이때 발열반응으로 인하여 온도의 급작스러운 상승을 유의하면서 반응온도를 120~160 ℃ 사이에서 유지하여 30~40 분간 교반을 진행하였다.A two-necked flask was placed in a magnetic stirrer that could be heated, insulated, and stirred, and 60 to 100 g (60 to 80 wt%) of industrial powder sulfur was added to the flask to melt sulfur at about 120 to 130 ° C., followed by While stirring using a bar, 15-20 g (12-20 wt%) of a dicyclopentadiene solution containing 10-20 wt% of methylcyclopentadiene was slowly added to promote the reaction. At this time, while maintaining the temperature of the reaction between 120 ~ 160 ℃ while keeping in mind the sudden rise of the temperature due to the exothermic reaction was stirred for 30 to 40 minutes.

이 때 반응 생성물의 색상이 반응에 의해 점점 짙어지는 시점에서 10~20 분간 반응을 더 진행하면 점도가 올라가고 색은 짙은 갈색으로 변하는데, 이때 저융점 개질제인 피리딘, 포름산암모늄 및 요소 10~20 g (8~20 중량%)를 투입하여 30 분가량 반응을 계속 진행시킨다. At this point, when the reaction product becomes darker by the reaction, if the reaction is further performed for 10 to 20 minutes, the viscosity increases and the color becomes dark brown. At this time, 10-20 g of pyridine, ammonium formate and urea as low melting point modifiers (8-20 wt%) was added and the reaction continued for 30 minutes.

그리고 유황 및 개질제의 반응에 의해 점도가 올라가게 되면 자석 bar의 회전속도가 현저히 떨어지게 되며, 이때 반응을 종료하고 상온으로 냉각하여 고상의 저융점 개질유황 결합재를 제조하였다.When the viscosity is increased by the reaction of sulfur and the modifier, the rotation speed of the magnet bar is remarkably decreased. At this time, the reaction is terminated and cooled to room temperature to prepare a solid low melting point modified sulfur binder.

상기에서 얻어진 저융점 개질유황 결합재에 대한 조성물 및 재용융 온도를 표 1에 나타내었다.The compositions and remelting temperatures for the low melting point modified sulfur binders obtained above are shown in Table 1.

특히 저융점 개질 유황 결합재는 표 1에서 보는바와 같이 융점의 변화를 보기 위하여 첨가량을 변화시켰으며, 단미 또는 서로 혼합하여 반응을 평가하였다.In particular, the low melting point modified sulfur binders were added in order to see the change in melting point as shown in Table 1, and the reaction was evaluated by mixing with sweet rice or each other.

비교예 1과 비교하여 반응물의 색은 피리딘이 첨가된 경우 검정색으로 변화되었으나 포름산암모늄 및 요소의 경우 색이 약간 짙어질 뿐 크게 변화되지 않았다.Compared with Comparative Example 1, the color of the reactant was changed to black when pyridine was added, but the color of ammonium formate and urea was slightly darkened, but did not change significantly.

저융점 개질유황 결합재에 대한 재용융 온도의 확인을 위해 온도 제어가 가능한 오븐을 이용하여 온도를 85~110℃로 증가시키면서 확인하였다. In order to confirm the remelting temperature of the low melting point modified sulfur binder, it was confirmed by increasing the temperature to 85 ~ 110 ℃ using an oven capable of temperature control.

또한 도 2와 같이 수경성재료와 혼용할 수 있는 100 ℃ 이하의 온도에서 재용융이 가능한지 확인하기 위해 가열 및 교반이 가능한 핫플레이트를 이용하여 비 이커에 물과 저융점 개질유황 결합제를 투입하여 온도를 85~100℃로 증가시키면서 교반하였다. In addition, by using a hot plate that can be heated and stirred to determine whether remelting is possible at a temperature of 100 ° C. or less, which can be mixed with a hydraulic material as shown in FIG. Stirring was increased to 85 ~ 100 ℃.

구분division 유황brimstone DCPDDCPD 피리딘Pyridine 포름산Formic acid
암모늄ammonium
요소Element 재용융Remelting
온도(℃)Temperature (℃)
비고Remarks
비교예1Comparative Example 1 83.383.3 16.716.7 -- -- -- 110110 갈색Brown 비교예2Comparative Example 2 7777 11.511.5 11.511.5 -- -- 8585 검정색black 실시예1Example 1 8080 1212 44 -- 44 9090 검정색black 실시예2Example 2 83.283.2 12.612.6 -- -- 4.24.2 100100 짙은갈색Dark brown 실시예3Example 3 8080 1212 -- -- 88 9090 짙은갈색Dark brown 실시예4Example 4 8080 1212 -- 44 44 8585 짙은갈색Dark brown 실시예5Example 5 8080 1212 -- 88 -- 8585 짙은갈색Dark brown 실시예6Example 6 71.471.4 14.314.3 -- 14.314.3 -- 8080 짙은갈색Dark brown 실시예7Example 7 6060 2020 2020 -- 8585 짙은갈색Dark brown

상기 표 1에서 나타낸 바와 같이, 제조한 고상의 저융점 개질유황 결합재는 저융점 개질제의 첨가량에 따라 재용융 온도가 저하됨을 알 수 있으며, 개질제의 총량이 40 중량%보다 많을 경우 경화가 늦으며 경화 후에도 연성을 나타내어 강도의 증진이 어려울 것으로 판단된다. 즉, 유황 및 개질제의 혼합에서 개질제의 총량은 10~30 중량% 범위가 바람직하다.As shown in Table 1, it can be seen that the remelting temperature of the prepared low melting point modified sulfur binder is lowered according to the addition amount of the low melting point modifier, and when the total amount of the modifying agent is more than 40% by weight, curing is slow and curing is performed. It is also difficult to increase the strength after showing ductility. That is, the total amount of modifier in the mixture of sulfur and modifier is preferably in the range of 10 to 30% by weight.

도 1은 본 발명에 따라 제조되는 저융점 개질유황 결합재에서 유황 (sulfur), 디시클로 펜타디엔 개질제 (DCPD, dicyclo pentadiene) 및 저융점 개질제 (LMM, Low Melting Modifier)의 조성범위와 재용융 온도범위를 나타낸 것이다. 1 is a composition range and remelting temperature range of sulfur (sulfur), dicyclo pentadiene modifier (DCPD, dicyclo pentadiene) and low melting point modifier (LMM, Low Melting Modifier) in the low melting point modified sulfur binder prepared according to the present invention It is shown.

도 2는 본 발명에 의한 저융점 개질유황 결합재가 끓는 물에서 존재하는 액상 모습으로 (a)와 (a')은 비교예 1의 측면 및 상단, (b)와 (b')은 실시예 3의 측면 및 상단 및 (c)와 (c')은 실시예 6의 측면 및 상단이며, 비교예 1의 경우 물에 용융되지 않으며, 실시예 6은 용융된 것을 나타낸 사진이다.2 is a liquid phase state in which the low melting point modified sulfur binder according to the present invention is present in boiling water (a) and (a ') is the side and top of Comparative Example 1, (b) and (b') is Example 3 Side and top of the (c) and (c ') are the side and the top of Example 6, in the case of Comparative Example 1 is not melted in water, Example 6 is a photograph showing that the molten.

Claims (11)

유황 99~60 중량%와 이 유황의 개질제로서 디시클로 펜타디엔계 혼합물과 암모늄염류 또는 요소계 화합물 1~40 중량%를 혼합 용융하여 반응시킨 것을 특징으로 하는 저융점 개질유황 결합재.A low-melting-point modified sulfur binder, characterized by reacting 99 to 60% by weight of sulfur and 1 to 40% by weight of a dicyclopentadiene-based mixture with an ammonium salt or urea-based compound as a modifier of the sulfur. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 디시클로 펜타디엔계 혼합물은 디시클로 펜타디엔 (DCPD) 단독 혹은 DCPD에 시클로 펜타디엔 (CPD), DCPD 유도체, CPD 유도체중 적어도 하나가 첨가된 혼합 물 혹은 여기에 디펜텐, 비닐톨루엔, 스티렌모노머, 디시크로펜텐 중 적어도 하나가 첨가된 혼합물인 것을 특징으로 하는 유황 개질제.The dicyclopentadiene-based mixture is dicyclopentadiene (DCPD) alone or a mixture in which at least one of cyclopentadiene (CPD), DCPD derivative, and CPD derivative is added to DCPD or dipentene, vinyltoluene, styrene monomer Sulfur modifier, characterized in that the mixture is added at least one of dicyclopentene. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 암모늄염류 또는 요소계 화합물 개질제는 저융점 개질제로 단독 암모늄염, 이들의 혼합 암모늄염류, 또는 요소, 요소계 화합물중 적어도 하나가 첨가된 혼합물인 것을 특징으로 하는 저융점 유황 개질제.The ammonium salt or urea compound modifier is a low melting point modifier, characterized in that the low-melting-point sulfur modifier is a mixture of ammonium salts, mixed ammonium salts thereof, or a mixture of at least one of the urea, urea compounds. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 암모늄염류 또는 요소계 화합물 개질제는 유사한 저융점 개질제인 헤테로고리 아민류 또는 알킬아민류와 적어도 하나가 첨가된 혼합물인 것을 특징으로 하는 저융점 유황 개질제.The ammonium salt or urea-based compound modifier is a low melting point sulfur modifier, characterized in that a mixture of at least one of heterocyclic amines or alkylamines that is a similar low melting point modifier. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 저융점 개질유황 결합제는 액상 또는 고상인 것을 특징으로 하는 개질유황 결합제.The low melting point modified sulfur binder is a modified sulfur binder, characterized in that the liquid or solid phase. 유황에 상기 디시클로 펜타디엔계 혼합물 개질제와 암모늄염류 또는 요소계 화합물을 저융점 개질제를 혼합 용융하여 반응시킨 저융점 개질유황 결합재의 제조방법.A method for producing a low melting point modified sulfur binder in which sulfur is reacted by mixing and melting the dicyclopentadiene mixture modifier with an ammonium salt or a urea compound with a low melting point modifier. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 유황 99~60 중량%와 개질제 혼합물 1~40 중량%를 혼합하는 것을 특징으로 하며, 이때 혼합 온도는 용융상태에서 반응이 이루어지도록 120~160 ℃의 온도범위에서 제조하는 것을 특징으로 하는 제조방법.And 99 to 60% by weight of sulfur and 1 to 40% by weight of the modifier mixture, wherein the mixing temperature is prepared at a temperature in the range of 120 to 160 ° C. such that the reaction is performed in a molten state. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 유황에 디시크로 펜타디엔계 개질제를 가열 반응시킨 후 상기 저융점 유황 개질제인 암모늄염류 또는 요소계 화합물 중 적어도 하나가 첨가된 혼합물을 첨가하고 가열 처리하여 액상의 개질유황 결합재를 제조하는 것을 특징으로 하는 저융점 개질유황 결합재의 제조방법. After heat-reacting the pentadiene-based modifier with sulfur to sulfur, a mixture in which at least one of ammonium salts or urea-based compounds, which are the low-melting-point sulfur modifiers, is added and heat-treated to prepare a liquid modified sulfur binder. Method for producing a low melting point modified sulfur binder. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 유황에 상기 디시클로 펜타디엔계 개질제를 가열 반응시킨 후 냉각하여 고상 반응물을 제조하고, 이 고상 반응물을 다시 용융시킨 후에 상기 저융점 유황 개질제인 암모늄염류 또는 요소계 화합물 중 적어도 하나가 첨가된 혼합물을 첨가하고 가열 처리하여 액상의 저융점 개질유황 결합재를 제조하는 것을 특징으로 하는 저융점 개질유황 결합재의 제조방법.The dicyclopentadiene-based modifier is reacted with sulfur, followed by cooling to prepare a solid phase reactant. The solid phase reactant is further melted, and a mixture of at least one of ammonium salts or urea compounds, which are the low melting point sulfur modifiers, is added thereto. The method for producing a low melting point modified sulfur binder, characterized in that to produce a liquid low melting point modified sulfur binder by heat treatment. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 액상의 저융점 개질유황 결합재를 응고 온도이하로 냉각하여 고상의 저융점 개질유황 결합재를 제조하는 것을 특징으로 하는 저융점 개질유황 결합재의 제조방법.The low melting point reforming sulfur binder is a low melting point reforming sulfur binder, characterized in that the cooling step below the solidification temperature to produce a solid low-melting-point reforming sulfur binder. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 고상의 융점이 다른 저융점 개질유황 결합재들을 서로 혼합하여 융점이상의 온도에서 반응시켜 균질화하여 저융점 개질유황 결합재를 제조하는 것을 특징으로 하는 저융점 개질유황 결합재의 제조방법.And mixing the low melting point modified sulfur binders having different solid melting points with each other to homogenize by reacting at a melting point temperature to produce a low melting point modified sulfur binder.
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