[发明专利]改性硫粘合剂及其制备方法、含有该改性硫粘合剂的水硬性改性硫材料组合物及其制备方法或者可燃性改性硫材料组合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在小于100℃的温度下具有再熔化物性的改性硫粘合剂及其制备方法、含有所述改性硫粘合剂的不燃性水硬性改性硫材料组合物及其制备方法以及含有所述改性硫粘合剂的可燃性改性硫材料组合物及其制备方法。

背景技术

通常，通过使用硅酸盐水泥制备的混凝土具有碱性，且对酸性非常敏感。这种混凝土主要因化学反应而降解。混凝土最典型的降解是由盐害或中和造成的腐蚀。尤其是，暴露于盐害环境的混凝土结构可能由于钢筋的腐蚀而早早降解。防止混凝土结构降解和增强混凝土结构的工作一般通过彼此层叠环氧树脂或补强玻璃垫而进行。这可能会引起操作时间和材料成本增长。

为了解决混凝土的弱耐化学品性和强度，已开发了改性硫混凝土技术，该技术能够使用改性硫材料而不是硅酸盐水泥作为粘合剂，并能够通过将改性硫粘合剂与各种骨料混合而制备砂浆或混凝土。在使用改性硫粘合剂的情况下，由于改性硫混凝土的特性而未使用水，但使用通过熔化改性硫而获得的熔融材料。

然而，改性硫混凝土的适用范围有限，原因在于水下冻结和解冻抗性、倾注后快速冷却导致的试样内外之间的温差引起的表面凹陷、骨料或模具的预热、对火的敏感性等。

根据目前的技术，改性硫混凝土必须在地下、海底和水中使用。这些有限的适用范围可能会引起改性硫混凝土不能普遍用作建筑材料。

更具体地，通过利用硫的熔点为119℃且在室温下具有固相的特性，已连续开发了将硫用于土木工程和建筑领域的技术。例如，考虑了将硫用作粘合剂，例如填充材料(美国专利No.4290816)、建筑材料(日本专利公开No.55-49024)或废物固化材料(日本专利公开No.62-15274)等。

关于可燃性，硫的闪点为207℃且自燃温度为245℃。因此，硫具有着火性，且暴露于外界时可能容易燃烧。关于机械强度，硫在稳定的固态下没有缺陷时具有高强度。然而，当从液态通过冷却而固化时，硫是三种类型的混合态：正交晶系、单斜晶和无定形硫。而且，硫具有根据冷却条件而变化的混合比，并且随着时间流逝具有缺陷或脆性。在使用纯硫作为粘合剂的情况下，这可能会导致硫非常有限的适用范围。

为了解决该问题，已研究了多种类型的硫改性剂。

尤其是，按New Uses of Sulfur-II，1978，68-77页，1978年的公开，二环戊二烯(DCPD)便宜，且具有良好的机械强度。

日本专利公开No.2-25929和2-28529公开了能够通过将乙烯基甲苯、二戊烯和烯烃低聚物加到硫中而改进硫的性质和形状的方法，并将硫用作填充材料、粘附材料、防水材料等。

日本专利未审查公开No.2003-277108公开了四氢化茚作为硫改性剂。而且，日本专利未审查公开No.2002-60491公开了二环戊二烯和四氢化茚作为硫改性剂。事实上，沥青和硫的混合材料用作道路填充材料。

通常，二环戊二烯和硫之间的反应可以被认为是聚合反应，相关的反应机理公开在美国专利No.4,311,826中。为了制备改性硫，二环戊二烯和硫在初始阶段发生化学反应，然后硫通过自由基链反应变成高分子化合物。

然而，二环戊二烯和硫之间的连续反应导致高放热，从而由于升高的温度和两种材料的粘度而难以控制。此外，二环戊二烯和硫由于室温下的剧烈固化而无法成型。

为了解决该问题，美国专利No.4,311,826公开了能够使硫与20～40重量％的改性剂(由二环戊二烯和环戊二烯的至少三聚物组成的低聚体混合物的粘合剂)反应的技术。日本专利公开No.2-28529和美国专利No.4,391,969分别公开了一种由高分子聚合物组成的改性硫粘合剂，所述高分子聚合物通过使硫与2～20重量％的粘合剂(含有二环戊二烯低聚体混合物和二环戊二烯的粘合剂)反应而获得。此处，至少37重量％的环戊二烯低聚体需要加到粘合剂中。韩国专利未审查公开No.2006-101878公开了一种制备在液态下具有优异储存稳定性的改性硫粘合剂的方法，包括在仅使用不含超过三聚物的低聚体的二环戊二烯作为粘合剂时，控制添加剂小于2～4重量％。

上述技术利用两种方法用于制备硫混凝土或硫沥青。根据第一种硫混凝土或硫沥青的制备方法，改性硫粘合剂(通过在120～160℃下使充当粘合剂的二环戊二烯和低聚体与硫熔融混合而获得的反应产物)在小于120℃的室温下冷却固化，然后在温度为120～160℃的特定混合机中使改性硫粘合剂再熔化。然后，使经预热的骨料和添加剂同时与改性硫粘合剂尽快混合，并将混合物引入经预热的模具(或成型机)，从而通过冷却而固化。