Спосіб отримання сірчаного в’яжучого

Реферат: Спосіб отримання сірчаного в'яжучого, при якому проводять змішування розплаву сірки при температурі 135-140 °C з солями амонію та (або) калію у кількості 0,002-0,01 мас. % від маси сірки, а потім змішування з органічним модифікатором. Розплав сірки з солями амонію та (або) калію піддають впродовж 5-15 секунд енергетичній дії до змішування з модифікатором, після чого в розплав вводять 0,5-3,0 мас. % від маси сірки модифікатор-поліорганосульфід з ненасиченими вуглець-вуглецевими зв'язками в органічному радикалі або інші модифікатори, перемішують розплав впродовж 2-3 хвилини і піддають розплав послідовно як мінімум трьом циклам обробки в потоці постійним магнітним полем з чотириразовим впливом на потік напруженості поля, що ступінчато зменшується в кожному циклі. UA 122833 U (12) UA 122833 U UA 122833 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способів виготовлення композицій, що містять модифіковану сірку, і призначених для виготовлення будівельних матеріалів - сіркоасфальтобетонів та сіркобетонів. Відомий спосіб виготовлення сірчаного в'яжучого [патент RU 2 154 602, C01В 17/00, С04В 28/36], згідно з яким однорідний розчин сірки та модифікатора обробляють електромагнітним полем, що обертається, в апараті вихрового шару В150К-01 при температурі 140-150 °C протягом 5-20 сек. Співвідношення компонентів розчину, мас в %: сірка 90-98, модифікатор 210, як модифікатор використовують залишок нафти, наприклад мазут. Відомий спосіб виробництва сірчаного в'яжучого та пристрій для його реалізації [патент RU 2 211 818 СО4 D 28/36], який включає в себе змішування сірки та модифікатора на базі нафти при температурі 140-150 °C. Сірку та модифікатор розігрівають в окремих ємностях й направляють на змішування під надлишковим тиском по трубопроводах. Після нагрівання й до перемішування на модифікатор впливають в першому апараті кавітаційно-енергетичної обробки, а суміш сірки й модифікатора перемішують в другому апараті кавітаційно-енергетичної обробки. Вказані способи забезпечують велику інтенсивність технологічного процесу модифікації сірки тільки з такими модифікаторами, які не руйнуються при обробці в апаратах вихрового шару або в апаратах кавітаційно-енергетичної обробки. При цьому сіркобетони, виготовлені згідно з вказаними способами з використанням сірки, модифікованої модифікаторами на базі нафти, мають невисоку міцність при натисканні - 40-50 МПа. Відомі такі модифікатори сірки як дициклопентадієн (ДЦПД), 5-етилиден-2-норборнен, поліорганополісульфіди, які дозволяють отримувати сірчане в'яжуче для виробництва сірчанобетонів з дуже високими експлуатаційними характеристиками. Але процес модифікації сірки даними модифікаторами продовжується в часі і не може бути інтенсифікований відомими способами, так як вказані модифікатори при відомих способах інтенсифікації процесу руйнуються, руйнуються й полісульфіди - продукти реакції. Найбільш близьким технічним рішенням до способу, що заявляється, є спосіб отримання модифікованої сірки для виробництва сірчаного в'яжучого та сірчаноасфальтнобетонної суміші [патент RU 2 554 585, C08L 95/00, С04В 26/26, С08К 3/06, С01В 17/00], який полягає в тому, що розплавлену сірку подають в реактор при температурі 120-135 °C, після чого в реактор вводяться солі амонію та (або) калію в кількості від 0,001 до 0,005 мас % від маси сірки, перемішують суміш протягом 5-10 хвилин, після чого вводиться 5-етилиден-2-норборнен в кількості 0,08-0,01 % мас й здійснюється перемішування в герметичній ємності протягом 20-50 хвилин. Недоліком даного способу є надмірна тривалість технологічного циклу та низькі міцнісні характеристики сіркобетонів при економічній доцільності концентрації вказаних модифікаторів. Високі міцнісні характеристики бетонів можуть бути досягнуті тільки при концентрації вказаних модифікаторів 4-7 %, що економічно не виправдано. В основу корисної моделі поставлена задача інтенсифікації технологічного процесу й економічно доречне забезпечення високих фізико-механічних характеристик сірчаного в'яжучого. Поставлена задача вирішується способом, що включає змішування розплаву сірки при температурі 135-140 °C з солями амонію та (або) калію у кількості 0,002-0,01 мас % від маси сірки, а потім змішування з органічним модифікатором, при цьому розплав сірки з солями амонію та (або) калію піддають впродовж 5-15 секунд енергетичній дії до змішування з модифікатором, після чого в розплав вводять 0,5-3,0 мас % від маси сірки модифікаторполiорганосульфід з ненасиченими вуглець-вуглецевими зв'язками в органічному радикалі, або інші модифікатори, перемішують розплав впродовж 2-3 хвилини і піддають розплав послідовно як мінімум трьом циклам обробки в потоці постійним магнітним полем з чотири разовим впливом на потік напруженості поля, що ступінчасто зменшується в кожному циклі. Енергетичну дію на розплав сірки з солями амонію та (або) калію до змішування з модифікатором здійснюють в апаратах кавітаційно-енергетичної дії з нанесенням на потік гідроудару, або енергетичну дію здійснюють електромагнітним полем, що біжить, в апараті вихрового шару типу АВШ. При цьому як модифікатор використовують композицію з компонентів олеїнової кислоти + 5-етиліден-2-норборнен в кількості 0,5-7,0 мас % від маси сірки, при цьому вміст олеїнової кислоти в композиції повинен бути не менше 0,5 мас % від маси сірки. Як модифікатор може бути використана олеїнова кислота в кількості 0,5-4,0 мас % від маси сірки. Суть даного способу пояснюється прикладом, що приводиться нижче. Сірку газову порошкову масою 150 грам розплавляють в масляній бані в металевому посуді з кришкою при температурі 140 °C. Потім в розплав добавляють 0,005 % від маси сірки солі персульфату 1 UA 122833 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 амонію або калію і виливають суміш з температурою 140 °C в передчасно нагріту до 145 °C металеву касету з феромагнітними стержнями. Касету закривають кришкою і встановлюють її в отвір, передчасно нагрітого до температури 140 °C індуктора апарату вихрового шару АВШ 100, який потім включають на 10 сек., протягом яких проходить енергетична обробка розплаву сірки з солями амонію. Після виключення апарата АВШ виймають касету і виливають розплав сірки в металевий посуд з кришкою і мішалкою з числом обертів 30-50 за хвилину, передчасно поміщений в масляну баню з температурою 140 °C. В розплав сірки, підігрітий до 140 °C, вливають модифікатор сірки. Закривають кришку і перемішують в'яжуче протягом 1-2 хвилин. Після цього посуд з розплавом в'яжучого виймають з масляної бані і вливають розплав в'яжучого в вертикально розташований трубопровід, що обігрівається теплоносієм до температури 140 °C апарату, що діє на розплав електромагнітним полем послідовно як мінімум три цикли обробки з чотири разовим впливом на потік напруженості поля, що ступінчасто зменшується в кожному циклі 1600-1400-1200-800 ампер витків при швидкості потоку 0,5-1,5 м/сек. З нижнього кінця трубопроводу апарата розплав в'яжучого виливають тонким шаром на металевий лист і охолоджують атмосферним повітрям. З отриманим сірчаним в'яжучим були виготовлені і випробувані зразки сіркобетонів наступних складів: - щебінь гранітний фракція 20-10 мм - 17 % мас; - щебінь гранітний фракція 10-5 мм - 15 % мас; - пісок гранітний фракція 5-2,5 мм - 13 % мас; - пісок гранітний фракція 2,5-1,25 мм - 12 % мас; - пісок гранітний фракція 0,63-0,315 мм - 9 % мас; - пісок гранітний фракція 0,071 і менше - 7 % мас; - сірка модифікована з вмістом масової долі нерозчинної частини не менше 25 %-27 % мас. Міцність на стискання випробуваних зразків була 80-90 МПа. При температурному впливі на сірку - температура вища 159 °C, при механічному, енергетичному впливі (електромагнітне поле, ультразвуковий вплив, світлове опромінення ультрафіолетового спектра) на окто сірку часточки сірки змінюються, замкнутий ланцюг молекули сірки розривається, утворюється полімерна сірка у вигляді лінійних різної довжини ланцюжків атомів, які активізовані й здатні вступати в хімічні реакції з органічними речовинами, що називаються модифікаторами, при температурі 120-145 °C Одночасно активізуються сили міжмолекулярного впливу та між іншими молекулярними формами сірки та модифікатора у вигляді циклічних олігомерних та полімерних молекул. Це призводить до утворення в сірці полісульфідів. Така модифікована сірка використовується як сірчане в'яжуче. Сірчане в'яжуче відрізняється від елементної сірки збільшеною механічною міцністю, підвищеною адгезією до мінеральних наповнювачів, хімічною стійкістю, морозостійкістю й стійкістю до уданих навантажень, яка збільшується в декілька разів. Властивості сірчаного в'яжучого залежать від виду, властивостей і кількості модифікатора та інших компонентів композиції, що приймають участь в реакції полімеризації сірки, від температури реакції, від степені фізико-хімічного активування сірки енергетичним впливом на останню, від послідовності вводу компонентів в суміш, від інтенсивності і часу змішування компонентів, від режиму охолодження готової композиції. Інтенсифікація технологічного процесу полягає в скороченні часу їх перемішування і часу їх реакції. Мінімальний час перемішування компонентів і їх реакції забезпечується шляхом обробки розплаву сірки і компонентів сірчаного в'яжучого в апаратах кавітаційно-енергетичного впливу або в апаратах вихрового шару. Мінімальний час реакції модифікатора з сіркою і максимальний вихід полісульфідів забезпечується шляхом подачі на змішування з модифікатором передчасно фізико-хімічної активованої сірки. В запропонованому способі хімічна активація сірки проводиться при одночасному змішуванні розплаву сірки з дозованою кількістю солей амонію або калію при температурі 135145 °C в апаратах кавітаційно-енергетичного впливу з накладкою на потік гідроудару або апаратах вихрового шару до змішування з модифікатором. Даний спосіб активацій сірки має значні переваги перед відомим способом активацій сірки в апараті вихрового шару, так як має низькі енергозатрати на одиницю продукту, що обробляється, при тому що енергозатрати апаратів кавітаційно-енергетичного впливу на порядок нижче енергозатрат у апаратів вихрового шару. 2 UA 122833 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Введення в розплав солей амонію та (або) калію забезпечують стабілізацію продукту, реакція модифікацій сірки стає незворотною і як наслідок не розрушуються полімерні зв'язки. Як модифікатор сірки згідно з даним способом використовується один з модифікаторів поліорганосульфід з двійними ненасиченими вуглець-вуглецевими зв'язками в органічному радикалі. Такі модифікатори відрізняються хорошою сумісністю з сіркою і можливістю реагувати з нею по двійним зв'язкам при температурі модифікації сірки. Сірчане в'яжуче, отримане на основі такого модифікатора має хороші технологічні властивості - пластичність, адгезію до наповнювача, низьку температуру модифікації сірки. Сіркобетони, отримані на такому сірчаному в'яжучому можуть мати міцність на стискання (8090) Мпа. Вплив електромагнітного поля на потік розплаву композиції сірчаного в'яжучого забезпечує швидкий перехід елементної сірки хімічно не пов'язаної органічним модифікатором в органополісульфіди з алотропного стану  сірка-моноклинна сірка в алотропний стан, а сіркасірки ромбовидної, яка в температурному діапазоні нижче 96 °C є стабільною формою. Хімічно пов'язана в органополісульфідах сірка при зміні температури не змінює свій алотропічний стан. Тому після змішання підданого впливу електромагнітного поля розплаву сірчаного в'яжучого з другими компонентами сіркобетонних або сіркоасфальтобетонних сумішей і після охолодження отриманих композицій одержуються стійкі проти тріщин сіркобетони і сіркоасфальтобетони. Вплив електромагнітного поля на розплав сірчаного в'яжучого по запропонованому способу проводиться при напрузі сталого електромагнітного поля, що ступінчасто міняється в кожному циклі 1600-1400-1200-800 ампер витків при швидкості потоку 0,5-1,5 м/сек. Мінімальне число циклів впливу електромагнітного поля на потік три. Сірчане в'яжуче, отримане по даному способу, має хороші технологічні властивості пластичність, адгезію до наповнювача, низьку температуру модифікації сірки. Сіркобетони, отримані на такому сірчаному в'яжучому, стійкі проти тріщин і мають міцність на стискання (8090) Мпа. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Спосіб отримання сірчаного в'яжучого, при якому проводять змішування розплаву сірки при температурі 135-140 °C з солями амонію та (або) калію у кількості 0,002-0,01 мас. % від маси сірки, а потім змішування з органічним модифікатором, який відрізняється тим, що розплав сірки з солями амонію та (або) калію піддають впродовж 5-15 секунд енергетичній дії до змішування з модифікатором, після чого в розплав вводять 0,5-3,0 мас. % від маси сірки модифікатор-поліорганосульфід з ненасиченими вуглець-вуглецевими зв'язками в органічному радикалі або інші модифікатори, перемішують розплав впродовж 2-3 хвилини і піддають розплав послідовно як мінімум трьом циклам обробки в потоці постійним магнітним полем з чотириразовим впливом на потік напруженості поля, що ступінчато зменшується в кожному циклі. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що енергетичну дію на розплав сірки з солями амонію та (або) калію до змішування з модифікатором здійснюють в апаратах кавітаційно-енергетичної дії з нанесенням на потік гідроудару. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що енергетичну дію на розплав сірки з солями амонію та (або) калію до змішування з модифікатором здійснюють електромагнітним полем, що біжить, в апараті вихрового шару типу АВШ. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як модифікатор використовують композицію з компонентів олеїнової кислоти + 5-етиліден-2-норборнен в кількості 0,5-7,0мас. % від маси сірки, при цьому вміст олеїнової кислоти в композиції повинен бути не менше 0,5 мас. % від маси сірки. 5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як модифікатор використовують олеїнову кислоту в кількості 0,5-4,0 мас. % від маси сірки. Комп’ютерна верстка В. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3