Способ модифицирования серы

МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ частности, к получению материалов и изделий,содержащих серу для использования в стройиндустрии. Способ модифицирования серы госсиполовой смолой при термообработке при температуре 14510 С в течение 120 мин позволяет осуществить химическую связь между серой и компонентами масложирового гудрона, в результате чего образуется смесь с включениями полимерной серы,которая приобретает способность сохранять стабильное состояние в течение длительного времени. Преимуществом предлагаемого способа модифицирования серы является химическое взаимодействие серы и линолевой кислоты,входящей в состав госсиполовой смолы,являющейся отходом масложирового производства,и получение вяжущего и/или серокомпозитного материала на его основе с высокими эксплуатационными характеристиками.(72) Карабалин Узакбай Сулейменович Курбанбаев Мурат Избергенович Лызлов Олег Александрович Бачилова Надежда Васильевна Якупова Эльмира Нударовна Нарбекова Сабира Мирзановна Ибраева Айжан Сериковна Нарбеков Кайрат Мирзанович(73) Акционерное общество Казахский институт нефти и газа(57) Изобретение относится к области производства серосодержащих композитных материалов, в Изобретение относится к области производства серосодержащих композитных материалов, в частности к получению материалов и изделий,содержащих серу для использования в стройиндустрии. Известен способ модифицирования серы при получении сероасфальтобетона, основанный на проведении реакции серы с модификатором, в качестве которого используют дициклопентадиен(Патент 2163610 от 27.02.2001 г.). При этом сера предварительно смешивается с модификатором, а затем с битумом и инертным материалом. Недостатком данного способа являются высокие энергозатраты за счет длительности процесса смешения и использования дорогостоящего модификатора. Близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является вяжущее для дорожных покрытий,содержащее масс. госсиполовая смола - 9,75 - 49,00 натрий тетраборнокислый - 0,25 - 1,00 битум - остальное(А.с. СССР 433959, кл. 08 95/00, С 04 В 26/26,1988). Указанное вяжущее использовалось для приготовления бетонной смеси следующего состава,масс. щебень - 40 песок - 54 минеральный порошок - 6 вяжущее - 6 от массы минеральной части. Бетон, полученный на данном вяжущем, имея ряд преимуществ, обладает недостаточно высокими физико-механическими свойствами и низкой прочностью. Задачей настоящего изобретения является модифицирование серы с целью получения серокомпозитного вяжущего с улучшенными физико-механическими показателями. Поставленная задача решается способом модифицирования серы добавкой - госсиполовой смолой, получаемой в виде кубового остатка (гудрона) при дистилляции жирных кислот, выделенных из хлопкового соапстока - отход маслоэкстракционных заводов(однородная вязкотекучая масса от темнокоричневого до черного цвета с кислотным числом 50-70 КОН/г) в количестве 0,5-1,0 масс Технический результат - получение вяжущего и серокомпозита на его основе с повышенными эксплуатационными характеристиками. Механизм процесса полимеризации серы заключается в том, что нагревание смеси серы и госсиполовой смолы приводит к образованию трехмерной сетчатой структуры из линейных макромолекул полимерной серы, придавая смеси повышенную прочность. Атомы серы присоединяются по двойным связям макромолекул и образуют между ними сшивающие дисульфидные мостики. Основным компонентом госсиполовой смолы является линолевая кислота - одноосновная карбоновая кислота непредельного ряда с двумя изолированными двойными связями СН 3(СН 2)3(СН 2 СНСН)2(СН 2)7 СООН,которая обладает наибольшей способностью к образованию гомогенной системы с серой. Молекулярный вес линолевой кислоты 280,4 г/моль, серы - 32,0 г/моль, теоретически 2 рассчитанное оптимальное количество госсиполовой смолы для процесса полимеризации и получения полимерной серы в необходимом количестве является 0,5-1 масс Модифицирование осуществляется следующим образом. В расплав серы, имеющий температуру 155 С вводили госиполовую смолу при непрерывном перемешивании смеси в течение 30 минут. Модифицирование обеспечивает осуществление химического взаимодействия между серой и компонентами госсиполовой смолы, образуя однородную гомогенную смесь, в которой сера приобретает способность сохранять стабильное состояние длительное время. Одновременно с процессом растворения добавки происходит ее химическое взаимодействие с серой. Это приводит к образованию термостабильной полимерной серы, которая во многом определяет эксплуатационные свойства серного вяжущего. Модифицирование оказывает различное влияние на физико-механические и эксплуатационные свойства серного вяжущего. Упрочняющий эффект проявляется не только при образовании полимерной серы, но и при снижении внутренних напряжений на границе раздела фаз серное вяжущее наполнитель. С позиций теории прочности композиционных материалов под действием нагрузки компонент с более низким модулем упругости (полимерная сера) деформируется и перераспределяет нагрузку на высокомодульный компонент (кристаллические модификации), что и объясняет повышение прочности серы. Уменьшение количества полимерной модификацииниже определенной концентрации приводит к снижению прочности серы. Серное вяжущее, включающее серу и госсиполовую смолу, является эвтектической смесью, образованной замещающим твердым раствором серы в количестве 93,0-98,0 масс. и растворенных в ней олефиновых углеводородов, в котором суммарное содержание олефиновых углеводородов не превышает 7,0 масс Для получения эффективного серного композита достаточно получить материал с частичным содержанием полимерной модификации. Максимум прочности наблюдается при содержании полимерной серы около 6,0-8,0 масс Присутствие необходимого количества полимерной серы в смеси экспериментально доказано методом рентгенофазового анализа,проведенного на рентгеновском дифрактометре ,. С помощью метода электронной микроскопии доказано, что введение в расплав модифицирующей добавки существенно изменяет структуру серы наблюдается формирование мелкокристаллической структуры(размеры кристаллов 0,98-2,38 мм), не имеющей или со слабо развитой сеткой трещин. Экспериментальные данные по изготовлению серокомпозитного вяжущего и серокомпозитных материалов на его основе представлены в таблицах 1 и 2. Таблица 1. Влияние модифицирующей добавки на физико-механические свойства серы Таблица 2. Влияние модифицирующей добавки на физико-механические свойства серокомпозита (количество серы 44,50 масс. , наполнитель - известняк-ракушечник) Плотность, кг/м 3 Водопоглощение, Прочность, МПа масс. на изгиб на сжатие Влияние количества модифицирующей добавки изучали от 1 до 5 масс Водопоглощение при этом снижается от 0,23 до 0,14, плотность композита практически не изменяется 1,72 - 1,73 кг/м 3. При количестве 2,0 масс. модифицирующей добавки наблюдается самое низкое водопоглощение 0,14 при максимальной прочности на сжатие 14,0 МПа. Для получения серокомпозитных вяжущих на основе модифицированной госсиполовой смолой серы использовали в качестве связующего микронизированную тенгизскую серу в количестве 44,5 масс. с температурой плавления 119 С вязкостью при температуре 149 С - 6,610 Пас, в качестве наполнителей высокодисперсный порошок неорганического происхождения - природный известняк-ракушечник Жетыбайского месторождения (54,5 масс.). При введении в смесь госсиполовой смолы готовые изделия приобретают такие свойства, как повышенную морозостойкость, прочность на изгиб,пониженную водопроницаемость и меньшую усадку. Полученное вяжущее в расплавленном состоянии обладает упругопластическими свойствами,позволяющими производить в необходимый временной период укладку и уплотнение смеси,изготовляемой на его основе. При исследовании влияния модифицирующей добавки на физико-механические свойства серокомпозита, наполнитель в виде отходов пиления известняка-ракушечника вводился в количестве от 53,5 до 55,3 масс., модификатор добавляли в количестве от 0,2 до 2 масс., смесь нагревали до температуры 140-145 С в течение 100 минут. Непосредственно перед формованием температуру смеси увеличивали на 5-10 С и выдерживали в течение 20 минут. Технологическая стадия формования изделий включает загрузку горячей смеси в металлические формы и уплотнение методом вибрирования или при изостатическом прессовании. Экспериментально показано, что максимальной прочностью на изгиб 5,1 МПа и на сжатие 28,8 МПа обладает серокомпозит с количеством наполнителя 54,5 масс. и модифицирующей добавки 1,0 масс Исследования проводились в интервале температур 130-160 С при времени термообработки 120 минут. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ модифицирования серы, заключающийся в введении в расплав серы при температуре 14510 С госсиполовой смолы в количестве 1-2 мас., при котором происходит химическое взаимодействие серы и входящей в состав смолы линолевой кислоты - вещества непредельного ряда,с образованием полимерной серы, способной длительно сохранять стабильное состояние и обеспечивать высокие эксплуатационные характеристики материалов на е основе.