KR830002618B1 - Manufacturing method of asphalt substitute - Google Patents
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Abstract
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Description
제1도는 황화합물, 아스팔트 및 황원소의 온도변화에 따른 점도곡선.1 is a viscosity curve according to the temperature change of sulfur compounds, asphalt and sulfur elements.
제2도는 통상의 석회석 응집제와 혼합한 여러 조성물의 응력 변형곡선.2 shows the stress strain curves of various compositions mixed with conventional limestone flocculants.
본 발명은 황원소를 탄화수소화 반응시켜, 아스팔트 또는 포오트랜드 시멘트의 대용품으로 사용되는, 아스팔트와 매우 유사한 특성을 갖는 황화합물의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 한 관점에 있어서, 본 발명은 아스팔트나 포오트랜드 시멘트 대신에 주로 본 발명의 조성물이 사용되는 도장재료, 도로포장재료, 싱글(shingle)을 포함한 지붕재료 및 일반적으로 아스팔트나 포오트랜드 시멘트를 주성분으로 함유하는 기타 제품에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a sulfur compound having properties very similar to asphalt, which is used as a substitute for asphalt or portland cement by hydrocarbon reaction of sulfur elements. In one aspect of the present invention, the present invention is intended to include coating materials, road paving materials, roofing materials including shingles, and generally asphalt or portland cement, in which the composition of the present invention is used instead of asphalt or portland cement. It relates to other products containing as a main ingredient.
토목 공학 및 건설산업 분야에서 황원소의 사용이 광범하게 고안되어 왔다. 실제로 순수한 황원소를 비반응성 충진제, 응집께 및 유사 생성물과 혼합하여 사용가능한 생성물을 제조하기 위해서는 18 내지 30중량%의 황을 사용해야 한다. 그러나, 본 발명의 조성물은 충진제, 응집제 및 유사 생성물과 함께 소량(4 내지 8%)을 사용하여 사용가능한 생성물을 제조할 수 있다.The use of sulfur elements has been extensively designed in the civil engineering and construction industries. Indeed, pure sulfur must be mixed with non-reactive fillers, flocculants and similar products to produce 18-30% by weight of sulfur. However, the compositions of the present invention can be used in small amounts (4-8%) with fillers, flocculants and similar products to produce usable products.
순수한 황원소를, 그의 대략의 융점인, 120℃로 가열한 후, 주위온도로 냉각하면 1차적으로 단사황(mo-noclinic sulfur)이 생성되며, 계속해서 사방황(orthorhombic sulfur)으로 전환된다. 한편, 황 원소를 159℃ 이상으로 가열할 경우, 용융물은 S8과 중합성 황의 평형 혼합물로 구성된다. 이 용융물을 급냉시키면 가소성 황(plastic sulfur)"이 수득된다. 이러한 중합성 황과 비결정성 S8의 혼합물은 가소성을 갖는다. 그러나, 이러한 성질은 상압 및 상온 조건하에서 급속히 소실되며, 이 물질은 메짐성(britteness)을 갖게 된다. 따라서 첨가제를 가하여 황을 변형시켜 황원소에 의해 나타나는 메짐성을 줄이려는 노력이 끊임없이 진행되었으나, 이중 어떠한 시도에서도 본 발명의 조성물이 나타내는 것과 같은 아스팔트 특성을 갖는 생성물을 수득하지는 못하였다. 황원소를 변형시키기 위한 많은 첨가제가 고안되었으나, 이중 거의 모두가 중합성(polymeric) 폴리설파이드 또는 황원소와 반응하여 실제로 중합성 폴리설파이드를 생성하는 물질에 대한 것이었다. 이러한 폴리설파이드가 황원소의 메징성을 감소시키거나 방지하기 위한 변형제로 제시되었다. 그러나 실제로, 고무상 물질을 제조하는데는 30 내지 40%의 다량의 폴리설파이드가 필요하며, 실질적인 면에서 생각할 때, 이들 변형제는 단가가 높기 때문에 생성물이 아스팔트와 적어도 어느정도의 경쟁력을 갖기위해서는 변형제를 10% 또는 그 이하의 양으로 사용해야 한다.The pure sulfur element is heated to its approximate melting point, 120 ° C., and then cooled to ambient temperature to produce mo-noclinic sulfur primarily and subsequently convert to orthorhombic sulfur. On the other hand, when heating the elemental sulfur to more than 159 ℃, the melt is composed of S 8 and polymeric sulfur equilibrium mixture. Quenching the melt gives plastic sulfur ". The mixture of polymeric sulfur and amorphous S 8 is plastic. However, this property is rapidly lost under normal pressure and room temperature. While efforts have been made to reduce the brittleness exhibited by sulfur elements by adding additives to modify sulfur, none of the attempts have been made to produce products having the same asphalt properties as the compositions of the present invention. Many additives have been devised to modify sulfur elements, but almost all of them have been to polymerizable polysulfides or materials that react with sulfur to actually produce polymeric polysulfides. Is proposed as a modifier to reduce or prevent the bridging of sulfur elements In practice, however, the production of rubbery materials requires a large amount of polysulfide of 30 to 40%, and in practice, these modifiers are expensive, so that the product is at least somewhat competitive with asphalt. Modifiers should be used in amounts of 10% or less.
스티렌 단량체가 또한 황 변형제로 사용되었다. 이 경우에도, 30 내지 50% 정도로 다량의 단량체가 사용되며, 생성된 과냉각 용액이 아스팔트와 유사한 성질을 갖게 되지만, 생성물은 불안정하여 과열되거나 너무 장시간 반응시키는 겨우, 계속해서 심한 악취가 있는 분말상 물질로 변화된다.Styrene monomers have also been used as sulfur modifiers. Even in this case, a large amount of monomer is used in the range of 30 to 50%, and the resulting supercooled solution has properties similar to asphalt, but the product is unstable and becomes a powdery substance that continues to be severely malodorous if overheated or reacted for too long. Is changed.
가장 최근에 개발된 황 변형체 중의 하나는 디사이클로펜타디엔이다. 그러나, 디사이클로펜타디엔은 어느 일정량, 예를들어 5% 이상 사용하면 150℃ 이상의 온도에서 황과 내부 반응을 일으켜 겔상 물질을 형성하게 되고, 이 겔상 물질은 비가역적으로 재용융될 수 없기 때문에, 공정의 진행을 불가능하게 한다. 이러한 이유로, 대부분의 경우 변형제는 5% 미만으로 사용하며, 결과적으로 수득된 생성물은 황원소보다는 탁월하지만 역시 경도와 메짐성을 갖는다. 본 발명의 한가지 장점은 상기와 같은 겔을 형성하지 않으면서 디사이클로펜타디엔을 비교적 다량으로, 예를들면 황의 10 내지 20중량%로 사용할 수 있다는 점이다.One of the most recently developed sulfur variants is dicyclopentadiene. However, when a certain amount of dicyclopentadiene is used, for example, 5% or more, an internal reaction with sulfur occurs at a temperature of 150 ° C. or higher to form a gel-like material, and this gel-like material cannot be remelted irreversibly. Make the process impossible. For this reason, in most cases the modifier is used at less than 5%, and the resulting product is superior to sulfur elements but also has hardness and brittleness. One advantage of the present invention is that it is possible to use relatively large amounts of dicyclopentadiene, for example from 10 to 20% by weight of sulfur, without forming such a gel.
본 발명에 따르면, 황원소는 적어도 제1 및 제2탄화수소와 일정한 형태로 반응한다. 제1탄화수소는 황원소와 반응할 수 있는 불포화 부위를 다수 포함하여 적어도 2개의 이중 결합을 갖는 고불포화 화합물이다. 이러한 특정 탄화수소는 그 자체가 황원소와 반응하는 경우, 상술한 바와 같이 디사이클로펜타디엔을 황과 반응시킬 때 겔이 생성되는 것과 거의 동일한 방식으로 겔을 형성한다. 그러나 또한, 황원소와 반응할 수 있는 1개 또는 그 이상의 불포화기를 가지며, 상술한 겔 형성을 방지할 수 있는 제2탄화수소와 황을 반응시켜 전방응과정을 통하여 아스팔트 대용으로 사용할 수 있는, 아스팔트와 거의 동일한 특성을 갖는 물질을 제조한다. 상술한 바와 같이, 제1탄화수소는 황과 단독으로 반응시킬 때 겔상 물질을 생성하며, 제2탄화수소는 황과 단독으로 반응시킬 때 경도와 메짐성을 갖는 물질을 생성한다는 것을 감안할 때, 이는 매우 놀라운 결과이다. 그러나, 이들 두 탄화수소를 황과 함께 반응시킬 경우, 실제로 아스팔트와 동일한 물질을 생성한다.According to the present invention, the sulfur element reacts with the at least first and second hydrocarbons in a constant form. The first hydrocarbon is a highly unsaturated compound having at least two double bonds, including a large number of unsaturated moieties capable of reacting with sulfur elements. These particular hydrocarbons, when themselves react with sulfur elements, form gels in much the same way as gels are produced when reacting dicyclopentadiene with sulfur as described above. However, it also has one or more unsaturated groups capable of reacting with the sulfur element, and asphalt, which can be used as an alternative to asphalt through the forward curing process by reacting sulfur with the second hydrocarbon which can prevent the formation of the gel described above. Prepare materials with almost the same properties. As described above, given the fact that the first hydrocarbon produces a gelled material when reacted alone with sulfur, the second hydrocarbon produces a material with hardness and brittleness when reacted alone with sulfur. The result is. However, when these two hydrocarbons are reacted with sulfur, they actually produce the same material as asphalt.
상술한 방응에 의한 황원소 특성의 근본적 변화는 제1도에서 잘 설명하고 있다. 온도에 따른 점도의 변화를 나타낸 제1도에서는 표준 황점도 곡선을 "황원소"로 명기하였다. 오랫동안 주지된 바와 같이, 황의 온도가 그 융점 이상으로 상승하게 되면, 온도가 약 318℉에 달할 때까지 점도는 점차로 감소하며, 그후에 온도를 더 상승시키면, 용융 황의 점도는 매우 작은 온도 증가로 수배 이상 급증하게 된다. 제1도에서는 또한 AC-10 및 AC-20으로 표시된 잘 알려진 두가지 아스팔트의 점도 곡선이 도시되어 있다. 제1도에서는, 본 발명의 바람직하게 변형된 황 조성물, "셀프렉스(Sulphlex) #233"의 점도 곡선도 표시되어 있다. 황원소의 점도 곡선과 비교하여 볼 때, 아스팔트 점도 곡선에 대하여 셀프렉스 점도 곡선이 뚜렷하게 일지하는 것은 황원소의 성질이 본 발명에 따라 거의 대부분 변화되었음을 설명하는 것이다.The fundamental change of the sulfur element characteristic by the above-described reaction is well illustrated in FIG. In FIG. 1 showing the change in viscosity with temperature, the standard yellow viscosity curve is designated as “Sulfone element”. As is well known for a long time, as the temperature of sulfur rises above its melting point, the viscosity gradually decreases until the temperature reaches about 318 ° F., and then further increases the temperature, the viscosity of the molten sulfur is several times higher with a very small temperature increase. Soaring. FIG. 1 also shows the viscosity curves of two well known asphalt, labeled AC-10 and AC-20. In FIG. 1, the viscosity curve of the preferred modified sulfur composition of the present invention, "Sulphlex # 233" is also shown. The distinctive self-lexical viscosity curves for asphalt viscosity curves compared to the sulfur curves of sulfur elements illustrate that the properties of sulfur elements have changed almost in accordance with the present invention.
상술한 바와 같이, 제2탄화수소와 함께 황과 공동 반응하는 제1탄화수소는 황 자체와 반응하는 경우에 겔을 형성하는 것이다, 본 명세서에서 사용된 "겔"이라는 용어는 실온에서는 고무상이나 메짐성이 있으며, 재가열하면 그의 고형성을 유지하여 액체로 전환되지 않는 비가역적인 물질을 의미한다. 이러한 고불포화 탄화수소의 예로는 부타디엔, 헥사디엔, 옥타디엔 등과 같이 분자당 탄소원자 4 내지 20개를 함유하는 디올레핀 또는 트리올레핀이 있다. 또한 여기에는, 바람직한 제1탄화수소인 디사이클로 펜타디엔, 메틸사이클로펜타디엔, 1,5-사이클로옥타디엔, 1,5,9-사이클로도데카르트리엔, 미르센, 1,7-사이클로옥타디엔 및 비닐 또는 아릴그룹과 같은 측쇄에 황과 반응하는 이중결합을 함유하는 사이클로 올레핀(예, 4-비닐 사이클로헥센-1)과 같이 분자당 탄소원자 4 내지 20개를 함유하는 사이클로디올레핀(또는 사이클로트리올레핀)이 포함 된다. 또한, 디비닐벤젠, 디알릴벤젠 등과 같은 올레핀성 측쇄 2개 이상을 함유하는 아릴 탄화수소를 사용할 수도 있다. 사용되는 고불포화 탄화수소의 양은 황의 5 내지 20중랭 퍼센트이며, 바람직하게는 10 내지 15중량 퍼센트이다. 바람직한 디사이클로펜타디엔의 경우에, 황의 10 내지 20중량 퍼센트를 사용하는 것이 바람직하다.As described above, the first hydrocarbon, which co-reacts with sulfur with the second hydrocarbon, forms a gel when reacted with sulfur itself. The term "gel" as used herein refers to rubbery or brittleness at room temperature. And reheating means an irreversible material that retains its solid form and does not convert into a liquid. Examples of such highly unsaturated hydrocarbons include diolefins or triolefins containing 4 to 20 carbon atoms per molecule, such as butadiene, hexadiene, octadiene and the like. Also included here are preferred first hydrocarbons: dicyclopentadiene, methylcyclopentadiene, 1,5-cyclooctadiene, 1,5,9-cyclododecartriene, myrcene, 1,7-cyclooctadiene and Cyclodiolefins (or cyclotrees) containing from 4 to 20 carbon atoms per molecule, such as cycloolefins containing double bonds reacting with sulfur in side chains such as vinyl or aryl groups (eg 4-vinyl cyclohexene-1) Olefins). It is also possible to use aryl hydrocarbons containing two or more olefinic side chains such as divinylbenzene, diallylbenzene and the like. The amount of highly unsaturated hydrocarbons used is from 5 to 20 weight percent of sulfur, preferably from 10 to 15 weight percent. In the case of the preferred dicyclopentadiene, it is preferred to use 10 to 20 weight percent of sulfur.
황과 반응할 수 있는 한개 이상의 불포화 그룹을 함유하는 제2탄화수소는 황 그 자체와 반응하여 겔을 생성하지 않는 대신에 아스팔트와 거의 다른 물질적 특성을 갖는 경도와 메짐성이 있는 물질을 생성하는 화합물이다. 그러나, 이러한 제2탄화수소는 제1탄화수소와 함께 황과 반응하는 경우에, 겔 형성을 방지한다. 이러한 물질로는 부텐, 옥텐 등과 같이 분자당 탄소원자 2 내지 20개를 함유하는 모노올레핀; 사이클로펜텐, 사이클로옥텐, 알파 및 베타 피엔등과 같이 분자당 탄소원자 4 내지 20개를 함유하는 사이클로 모노올레핀; 비닐 벤젠, 비닐 톨루엔, 알릴 벤젠, 알릴 톨루엔 등과 같은 올레핀성 측쇄를 함유하는 아릴 탄화수소 및 디펜텐이 있으며, 디펜텐이 바람직하다. 이러한 제2탄화수소도 황의 5 내지 20중량 퍼센트로 사용하며, 바람직하게는 10 내지 15퍼센트 범위로 사용한다. 또한, 제1 및 제2탄화수소의 총량은 황의 중량을 기준으로 25 내지 30중량 퍼센트 범위에 있다.Secondary hydrocarbons containing one or more unsaturated groups capable of reacting with sulfur are compounds that do not react with sulfur itself to form gels, but instead produce a material with hardness and brittleness that has material properties substantially different from asphalt. . However, this second hydrocarbon prevents gel formation when reacted with sulfur with the first hydrocarbon. Such materials include monoolefins containing 2 to 20 carbon atoms per molecule, such as butene, octene; Cyclo monoolefins containing 4 to 20 carbon atoms per molecule such as cyclopentene, cyclooctene, alpha and beta piene; There are aryl hydrocarbons and dipentenes containing olefinic side chains such as vinyl benzene, vinyl toluene, allyl benzene, allyl toluene and the like, with dipentene being preferred. This second hydrocarbon is also used at 5 to 20 weight percent of sulfur, preferably in the range of 10 to 15 percent. In addition, the total amount of the first and second hydrocarbons is in the range of 25 to 30 weight percent based on the weight of sulfur.
경우에 따라, 제1탄화수소 두개 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 또한 제2탄화수소 두개 이상을 사용할 수도 있다. 예를들어, 황의 5 내지 15중량 퍼센트의 양의 비닐 톨루엔 또는 피엔을 디사이클로 펜타디엔 및 디펜텐과 함께 가하여 특히 바람직한 제제를 형성시킬 수 있다.In some cases, mixtures of two or more first hydrocarbons may be used. It is also possible to use two or more second hydrocarbons. For example, vinyl toluene or piene in an amount of 5 to 15 percent by weight of sulfur can be added together with dicyclopentadiene and dipentene to form particularly preferred formulations.
경우에 따라, 본 발명의 최종 생성물을 다른 물질과 혼합하여 그의 특성중의 어떤 것을 개선할 수 있다. 예를들어, 본 발명 생성물의 색은 크림색부터 담황갈색, 황색, 오렌지색 내지 암갈색의 범위에 있다. 코울타르(coal tar)나 석유 아스팔트를 가해서 흑색 제품을 생성시킨다. 코울 타르는 최종 생성물이 가용성(fle-xibility)을 유지할 수 있도록 하며, 그 사용된 양은 매우 광범하게 변화하나 일반적으로는 총 황-탄화수소 반응생성물의 5 내지 25퍼센트가 바람직하다는 것이 알려졌다. 코울타르와 아스팔트는 어떠한 비율로나 본 발명의 생성물과 혼합할 수 있음이 알려졌다. 이러한 사실은, 황원소와 코울 타르가 혼합하여 쉽게 단일상 물질을 생성하기 때문에, 코울타르에 대하여는 기대되었던 것이다. 그러나, 아스팔트는, 황원소와 아스팔트가 쉽게 혼합되어 단일상(one phase)을 형성하지 않으며, 아스팔트 중에서 황의 용해도가 일반적으로 약 20퍼센트로 제한되기 때문에, 이러한 것을 기대하지 못하였다.If desired, the final product of the present invention may be mixed with other materials to improve any of its properties. For example, the color of the product of the present invention ranges from cream to pale yellowish brown, yellow, orange to dark brown. Coal tar or petroleum asphalt is added to produce a black product. Coal tar allows the final product to maintain fle-xibility, and the amount used varies widely, but it is generally found that 5-25 percent of the total sulfur-hydrocarbon reaction product is preferred. It is known that coultar and asphalt can be mixed with the products of the present invention in any proportion. This fact was expected for coultar because sulfur elements and coar tars easily mix to form a single phase material. However, asphalt did not expect this because sulfur elements and asphalt were not easily mixed to form a one phase, and the solubility of sulfur in asphalt was generally limited to about 20 percent.
본 발명의 생성물을 제조하는 방법에 따르면, 황원소와 탄화수소를 함께 혼합하고, 혼합물을 120℃ 내지 200℃ 범위의 온도 및 발열반응이 일어날 수 있도록 충분히 높은 온도로 가열하여 반응을 개시시킬 수 있다. 통상, 혼합물은 단지 약 150℃ 내지 160℃의 온도로 가열하는 것이 필요하며, 이 온도에서 발열반응이 시작되고, 더 이상의 가열은 필요하지 않다. 경우에 따라서, 거품이 과도하게 발생하는 온도로 가열되는 것을 방지하고, 반응을 개방 용기에서 수행하는 경우에 미반응 유기화합물의 과잉 손실을 방지하기 위해 반응 혼합물을 냉각시키는 것이 필요할 수 있다. 이렇게 하여, 발열 반응이 시작된 후, 반응은 약 150℃ 내지 175℃의 온도에서 유지시키는 것이 바람직하다. 물론, 반응이 밀폐 용기내에서 수행되는 경우에는, 반응온도를 미반응 유기화합물의 손실없이 충분히 상승시킬 수 있다. 반응시간은 물론 반응온도에 따라 변화하지만, 일반적으로는 1 내지 8시간이면 충분하다.According to the method for preparing the product of the present invention, the sulfur element and the hydrocarbon may be mixed together, and the mixture may be heated to a temperature sufficiently high to allow an exothermic reaction and a temperature in the range of 120 ° C to 200 ° C to initiate the reaction. Usually, the mixture only needs to be heated to a temperature of about 150 ° C. to 160 ° C., at which temperature an exothermic reaction is initiated and no further heating is necessary. In some cases, it may be necessary to cool the reaction mixture to prevent the bubbles from heating to excessively occurring temperatures and to prevent excessive loss of unreacted organic compounds when the reaction is carried out in an open vessel. In this way, after the exothermic reaction has started, the reaction is preferably maintained at a temperature of about 150 ° C to 175 ° C. Of course, when the reaction is carried out in a closed vessel, the reaction temperature can be sufficiently raised without losing unreacted organic compounds. Although reaction time changes with reaction temperature of course, generally 1 to 8 hours is enough.
이와 달리, 황을 용융될 때까지 가열하고 탄화수소를 가할 수 잇으며, 그 이후의 가열공정은 상술한 바와같이 수행한다. 이러한 공정이 사용되는 경우에는, 두가지 탄화수소를 동시에 가하거나, 제2탄화수소를 가하여 반응시킨 후 제1탄화수소를 가하는 것이 바람직한데, 그렇지 않고, 제1탄화수소의 5퍼센트 이상의 양을 1차적으로 가하면 거품이 겔화되어 제1탄화수소의 도입과 겔의 파괴를 어렵게 만들 가능성이 크다.Alternatively, the sulfur can be heated to molten and hydrocarbons can be added, after which the heating process is carried out as described above. If such a process is used, it is preferred to add both hydrocarbons at the same time, or to react with the addition of a second hydrocarbon and then add the first hydrocarbon, otherwise, if the primary amount of at least 5 percent of the first hydrocarbon is added, the bubbles The gelation is likely to make the introduction of the first hydrocarbon and the destruction of the gel difficult.
경우에 따라, 반응 혼합물에 소량, 그러나 충분량의 촉매를 가하여 반응을 촉진시키는 것이 바람직할 수 있다. 특히 바람직한 촉매는 폴리설파이드이다. 촉매작용을 나타내는 특히 바람직한 한가지 방법은 본 발명 생성물의 전 배치(prior balch)를 제조하여 용기내 잔사가 필요한 촉매로 작용할 수 있도록 한, 용기내에서 간단하게 반응을 수행한다.In some cases, it may be desirable to add a small, but sufficient amount of catalyst to the reaction mixture to facilitate the reaction. Particularly preferred catalysts are polysulfides. One particularly preferred method of catalysis is to perform the reaction simply in a vessel, by preparing a prior balch of the product of the present invention so that the residue in the vessel can serve as the necessary catalyst.
본 발명의 바람직한 조성물은 다음과 같다 :Preferred compositions of the present invention are as follows:
이들 각 조성물은 각 화합물의 혼합물을 약 150℃로 가열하여 제조하는데, 이때에 발열 반응으로 더 이상의 외부 가열 없이 반응 혼합물의 온도를 유지시킨다. 실제로, 외부 빙욕을 사용하여 혼합물의 과도한 가열을 방지한다.Each of these compositions is prepared by heating a mixture of each compound to about 150 ° C., wherein the exothermic reaction maintains the temperature of the reaction mixture without further external heating. Indeed, an external ice bath is used to prevent excessive heating of the mixture.
본 발명의 조성물은 제1도에서 보는 바와 같이, 아스팔트와 거의 유사한 점도-온도 곡선을 나타낸다. 또한, 본 발명의 조성물은 5 내지 10의 투과도(ASTM D-5에 의해 규정), 10℃ 내지 70℃의 연화점(ASTM D-36에 의해 규정) 및 적어도 100의 연성(ASTM D-113에 의해 규정)을 갖는다.The composition of the present invention exhibits a viscosity-temperature curve that is nearly similar to asphalt, as shown in FIG. In addition, the composition of the present invention is characterized by a transmittance of 5 to 10 (as defined by ASTM D-5), a softening point of 10 to 70 ° C. (as defined by ASTM D-36) and a ductility of at least 100 (ASTM D-113). Regulations).
본 발명의 몇가지 조성물은 여러 등급의 응집제와 혼합하는 경우에, 아스팔트를 사용하여 나타나는 가요성 포장 형태를 나타내는데 사용할 수 있다. 본 발명의 다른 조성물은 여러 등급의 응집제와 혼합하는 경우에 포오트랜드 시멘트에 의해 나타나는 강성(rigid) 포장 형태를 나타내는데 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 조성물은 여러 등급의 응집제와 혼합하여 그 성질이 가요성 포장에서 강성포장에 이르기까지 변화할 수 있는 포장을 나타내는데 사용할 수 있다.Some of the compositions of the present invention can be used to exhibit a flexible pavement form that appears with asphalt when mixed with different grades of flocculant. Other compositions of the present invention can be used to exhibit a rigid packaging form exhibited by portland cement when mixed with different grades of flocculant. Thus, the compositions of the present invention can be used in combination with different grades of flocculant to represent packages whose properties can vary from flexible packaging to rigid packaging.
여기에서 통상적인 석회석 응집제와 혼합한 여러 조성물(조성물 6중량 퍼센트, 나머지는 석회석)의 가요성(또는 강성) 범위를 제2도를 참고로 하여 나타내었다. 변형된 황 결합제의 조성물은 다음과 같다 :The flexibility (or stiffness) range of the various compositions (6 weight percent of the composition, the remainder limestone) mixed with conventional limestone flocculents is shown here with reference to FIG. The composition of the modified sulfur binder is as follows:
상기에서, S는 황이며 ; VT는 비닐 톨루엔이고 ; DCPD는 디사이클로펜타디엔이며 ; CDC는 사이클로디엔이량체 농축물(약 70% DCDP 및 20% 메틸 DCDP와 나머지는 고도로 불포화된 탄화수소의 혼합물)이고 ; St는 스티렌이며 ; CT는 코울 타르이고 ; LP-3은 순환단위 -S4CH2CH2OCH2OCH2CH4S-를 갖는 중합체이다.In the above, S is sulfur; VT is vinyl toluene; DCPD is dicyclopentadiene; CDC is a cyclodiene dimer concentrate (a mixture of about 70% DCDP and 20% methyl DCDP with the remainder highly unsaturated hydrocarbons); St is styrene; CT is coal tar; LP-3 is a polymer having a cyclic unit -S 4 CH 2 CH 2 OCH 2 OCH 2 CH 4 S-.
현장 시험에서, 본 발명에 따르는 3가지의 다른 제품이 제조되었다. 각가은 No. 230, No. 233 및 No. 126이다. No. 230 및 No. 233의 조성은 상기와 같으며, No. 126은 다음과 같다 :In the field test, three different products according to the invention were made. Each is No. 230, no. 233 and No. 126. No. 230 and No. The composition of 233 is as described above, No. 126 is as follows:
이들 제품의 배치를 제조한 다음 표준 아스팔트 포장 플랜트에 이송하여 통상의 아스팔트 대신에 사용한다. 이러한 플랜트에서의 공정은 아스팔트 대신에 본 발명의 제품을 사용하며, 용매로 희석하거나 유화하지 않는 점을 제외하고는 아스팔트에 대해 사용하는 방법과 동일하다. 약 100톤의 석회석 응집제를 각 제품과 혼합하는데, 각 제품은 응집제의 6 내지 8중량 퍼센트 범위의 양으로 사용한다. 코팅된 응집제를 표준 아스팔트 포장 기술을 사용하여 도로상에 포장한다.Batches of these products are prepared and then transferred to standard asphalt pavement plants for use in place of conventional asphalt. The process in this plant uses the product of the invention instead of asphalt and is the same as that used for asphalt except that it is not diluted or emulsified with a solvent. About 100 tons of limestone flocculant is mixed with each product, each product being used in an amount ranging from 6 to 8 weight percent of the flocculant. The coated flocculant is paved on the road using standard asphalt pavement techniques.
본 발명의 조성물은 아스팔트와 매우 유사한 방식으로 물로 유화시킬 수 있다. 예를들어, 61% 황, 13% 비닐 톨루엔, 13% 디사이클로펜타디엔 및 13% 코울 타르의 반응생성물 1용량부를 65 내지 75℃에서 가성화물(caustic) 및 올레산 존재하에 물 1용량부와 혼합한다. 고속교반기를 사용하여 성분들을 혼합해서 쉽게 유화시킨다.The compositions of the present invention can be emulsified with water in a manner very similar to asphalt. For example, 1 part of the reaction product of 61% sulfur, 13% vinyl toluene, 13% dicyclopentadiene and 13% coul tar is mixed with 1 part by volume of water in the presence of caustic and oleic acid at 65 to 75 ° C. do. Easily emulsify by mixing the components using a high speed stirrer.
도로 포장재료로 사용하는 이외에, 본 발명 조성물의 다름 용도는 다음과 같다 :In addition to use as road pavement, other uses of the composition of the present invention are as follows:
본 발명의 주된 이점은 아스팔트의 대용품이라는데 있다. 또 다른 이점은 조성물의 비중이 1.5 내지 1.7이라는 점이다. 비중이 1인 아스팔트와는 달리 본 발명의 코팅재료는 수중, 특히 해수중의 코팅재료로 사용하는 경우에 기질로부터 떨어지지 않는다. 또 다른 이점은 가솔린, 디젤연료 및 모터오일과 같은 파라딘 탄화수소에 대해 용매 저항성(solvent resistance)이 있다는 점이다. 마지막으로 아스팔트를 능가하는 주된 이점, 특히 디사이클로펜타디엔 함유 제품의 이점은 자가-소화성(sef-extinguishing characteristics)이 있다는 점이다. 61% 황, 13% 비닐 톨루엔, 13% DCPD 및 13% 코울 타르로 구성된 제품의 조각과 AC-10 아스팔트의 조각을 프로판 토치(torch)로 발화시킨다. 토치를 제거하자 마자 황 제품은 표면에 목탄을 형성하기 시작하며, 스스로 소화한다. 반대로, 아스팔트는 완전히 소비될 때까지 계속해서 타면서 강도가 증가된다. 이렇게 개선된 내화성은 특히 지붕재료에 대하여 우수한 이점이다.The main advantage of the present invention is that it is a substitute for asphalt. Another advantage is that the specific gravity of the composition is 1.5 to 1.7. Unlike asphalt having a specific gravity of 1, the coating material of the present invention does not fall off from the substrate when used as a coating material in water, particularly in seawater. Another advantage is that there is solvent resistance to paradine hydrocarbons such as gasoline, diesel fuel and motor oil. Finally, a major advantage over asphalt, in particular dicyclopentadiene containing products, is that they have sef-extinguishing characteristics. A piece of product consisting of 61% sulfur, 13% vinyl toluene, 13% DCPD and 13% coul tar and a piece of AC-10 asphalt are fired with a propane torch. As soon as the torch is removed, the sulfur product begins to form charcoal on its surface and extinguish itself. In contrast, asphalt continues to burn until it is completely consumed, increasing in strength. This improved fire resistance is an excellent advantage, in particular for roofing materials.
[실시에 1][Example 1]
디펜텐 900파운드, 시판 디사이클로펜타디엔 675파운드 및 95% 순수 디사이클로펜타디엔 225파운드를 4피트×4피트×8피트 길이의 강철 자켓 빈(steel jacket bin) 중의 약 160℃ 온도에서 용융 황 4200파운드에 가한다. 빈을 3/4인치 합판 뚜껑으로 덮는다. 촉매로서 폴리설파이드(실험실에서 제조한 설프렉스의 덩어리) 8파운드를 비닐 톨루엔 4갤론과 함께 가한다. 서서히 교반한다.Molten sulfur 4200 at a temperature of about 160 ° C. in a steel jacket bin of 4 feet × 4 feet × 8 feet length of 900 pounds of dipentene, 675 pounds of commercial dicyclopentadiene, and 225 pounds of 95% pure dicyclopentadiene. Add to pounds. Cover the bin with a 3/4 inch plywood lid. As a catalyst, 8 pounds of polysulfide (lump of sulfrex produced in the laboratory) is added together with 4 gallons of vinyl toluene. Stir slowly.
하루 밤이 지난 후, 온도는 130℃이며, 점도는 32포아즈이고 연성 시험은 100cm 이상으로 신장하는 것을 나타내며 연화점은 47℃였다. H2S 분석은 검침기를 개방용기의 2피트 이내에 놓고 0.001% H2S의 결과를 얻었으며, 더 먼 거리에서는 검출되지 않았다.After one night, the temperature was 130 ° C., the viscosity was 32 poise and the ductility test showed stretching above 100 cm and the softening point was 47 ° C. H 2 S analysis resulted in 0.001% H 2 S with the probe within 2 feet of the open container, and was not detected at greater distances.
혼합물을 추가로 2일 동안 약 140℃에서 유지시키며, 이때 디펜텐 116파운드를 가해 점도를 1포아즈로 감소시킨다. 1시간후, 생성된 제품 약 4600파운드 또는 380갤론을 빈으로부터 1500갤론 트레일러 탱크(trailer tank)에 펌핑하여 옮기고 아스팔트 배치 플랜트에 사용하기 위해 운송한다. 여기에서, 제품을 저장탱크내로 옮기고 제품 7%, 조분쇄된 석회석 35%(3/4인치 내지 1/4인치), 분쇄된 석회석 24%(10호체와 1/4인치체 사이의 크기), -10호체를 통해 분쇄된 석회석 분진 25% 및 규사(silica sand) 9%를 함유하는 포장재료 혼합물을 위한 결합제로 사용한다. 퍼그 밀(pug mill)로부터 제조되었을 때의 혼합물의 온도는 약 155℃이며, H2S 메터는 혼합물 바로 위에서 대략 0.01% H2S를 나타낸다. 혼합물로부터 5피트 떨어진 거리에서는 H2S를 측정할 수 없었다.The mixture is held at about 140 ° C. for an additional 2 days, at which point dipentaene 116 is added to reduce the viscosity to 1 poise. After one hour, about 4600 pounds or 380 gallons of the resulting product is pumped from the bin to a 1500 gallon trailer tank and transported for use in an asphalt batching plant. Here, the product is transferred into a storage tank, where 7% product, 35% crushed limestone (3/4 inch to 1/4 inch), 24% crushed limestone (size between 10 and 1/4 inch sieve), It is used as a binder for a pavement mixture containing 25% limestone dust and 9% silica sand ground through -10 sieve. The temperature of the mixture when prepared from a pug mill is about 155 ° C. and the H 2 S meter shows approximately 0.01% H 2 S directly above the mixture. H 2 S could not be measured at a distance of 5 feet from the mixture.
혼합물은 사용 장소에 옮겨 전단적재기(front end loader) 위에 차곡차곡 부어서 주차장 포장의 축조에 사용되는 소형 레이-다운 머신(lay-down machine)의 바닥에 옮겨 놓는다. 이 혼합물을 습기가 있는 하층(wet subgrade)의 상부에 약 3인치 두께, 30피트 폭, 35피트 길이로 포장한다. 그 위를 소형진동 롤러(vibration roller)를 사용하여 진동없이 2번 왕복하고 다시 진동시키면서 2번 왕복한다. 하루 후에 측정한 매트의 밀도는 137 내지 143pcf였으며, 이것은 마샬(Marshall) 시험장치를 사용하여 실험실에서 측정한 밀도 93% 내지 97% 사이이다.The mixture is transferred to the place of use and poured on top of the front end loader and placed on the bottom of a small lay-down machine used to construct parking lot packaging. The mixture is packaged about 3 inches thick, 30 feet wide and 35 feet long on top of the wet subgrade. It is reciprocated twice without vibration using a small vibration roller and reciprocated twice while vibrating again. The density of the mat measured after one day was between 137 and 143 pcf, which is between 93% and 97% density measured in the laboratory using a Marshall tester.
[실시예 2 내지 4][Examples 2 to 4]
상기 실시예 1의 전 과정을 통해 본 발명의 제품이 성공적으로 적용되었으며, 따라서 다음과 같은 혼합물을 사용하여 3가지의 다름 제품을 유사한 방법으로 제조하여 시험하였다.Throughout the entire process of Example 1, the product of the present invention was successfully applied, and thus three different products were prepared and tested in a similar manner using the following mixture.
각 실시예에서 약 6,000개의 제품이 제조되었으며, 계획된 시험을 위한 각 제품을 충분량 제조하기 위해 2개의 빈이 사용되었다. 본 실험에서 제조, 운반 및 제품과 응집제와의 혼합에 의한 손실은 각 제품(2개의 빈)에 대하여 다음과 같다 :About 6,000 products were made in each example, and two bins were used to make enough of each product for the planned test. In this experiment, losses due to manufacture, transportation and mixing of the product with the flocculant are as follows for each product (two bins):
펑핑되지 않고 빈(2개의 빈)에 남은 잔유물 700파운드=60%700 pounds of residue left in the bin (two bins) without being flattened = 60%
탱크와 빈으로부터 변형제의 증발량 100파운드= 1%100 g of evaporation of the modifier from the tank and bin = 1%
운반탱크(유동탱크 펌프)에 남은 잔유물 100파운드= 1%100 pounds of residue left in conveying tank (flow tank pump) = 1%
배치 플랜트에 남은 잔유물(펑핑 불가능) 2,000파운드=16%Remaining Batch Residue in the Batch Plant 2,000 lbs = 16%
총 12,000개의 손실 2,900파운드=24%12,000 losses total £ 2,900 = 24%
모든 조성물은 표준 아스팔트 혼합 플랜트 및 하역기를 사용하여 성공적으로 취급된다. 특별한 문제가 제기되지 않았다.All compositions are successfully handled using standard asphalt mixing plants and unloaders. No special issue was raised.
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