JP5307245B2 - 中温化アスファルト混合物用低炭素添加剤及びこれを利用して製造された中温化アスファルト並びに中温化アスファルト混合物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、中温化アスファルト混合物用低炭素添加剤及びこれを利用して製造された中温化アスファルト並びに中温化アスファルト混合物の製造方法に関する。より具体的には、ポリエチレン系ワックスと、改質パームワックスによる植物性ワックスとを使用することによって、アスファルト鋪装用中温化アスファルト混合物の混合及び締固め温度を低減しながらも高温塑性変形抵抗性を向上させ、ポリエチレン系ワックスの使用による低温物性低下現象を抑制することができる低炭素添加剤及びこれを利用した中温化アスファルト並びにこれを利用した中温化アスファルト混合物の製造方法に関する。

最近、緑色成長を追求し、且つ環境に対する関心が高くなるにつれて、地球温暖化防止のための二酸化炭素放出減少が国際的な関心事項となっている。このような二酸化炭素放出減少は、地球温暖化防止以外に、炭素排出権という商業的価値を創出することができ、関心を集めている。

世界で一番規模が大きいオランダのアムステルダムにある「ヨーロッパ気候取引所」において、２００６年一年間炭素排出権が４億トン以上取引され、毎年５０％以上炭素排出権の取引規模が増加していて、炭素排出権に対する関心が増大している。

アスファルトコンクリート（アスファルト混合物、アスコン）鋪装技術分野においても、このような雰囲気に合わせて二酸化炭素放出減少に対する技術が活発に検討されている。

それらのうち、実用化可能性及び規模面から最も注目されているものが、アスファルトコンクリート鋪装施工時の混合及び締固め温度を低減することができる低炭素型アスファルト混合物を利用した鋪装技術分野である。

通常、上記アスファルト混合物（Asphalt Mixture）は、アスファルトミキシングプラント（Asphalt Mixing Plant）にアスファルト（Asphalt）、骨材（Aggregate）、充填剤（Mineral Filler）などを投入した後、これらの材料を加熱及び混合して製造される。

アスファルト混合物は、１６０〜１８０℃の高温に加熱される過程を通じて製造されるが、鋪装が敷設及び締固めされる過程で常温に冷却される過程を進行するようになる。

この時、アスファルト混合物の製造に高温の加熱過程が必要な理由は、アスファルトが骨材の結合材として作用するように、アスファルトを液相化させる必要があるからである。

すなわち、アスファルト鋪装に主に使用されるアスファルト は、石油系アスファルトであるが、このような石油系アスファルト（主にストレートアスファルトが利用され、このようなストレートアスファルトを通常アスファルトバインダーとも呼ぶ）は、常温で黒色の固体で存在する。

アスファルトを加熱して液相化させ、このような液相化されたアスファルトの接着力を骨材の結合のために使用する。

したがって、アスファルト鋪装に使用されるアスファルト混合物は、加熱アスファルト混合物（Hot-Mix Asphalt Mixture、略して“ＨＭＡ”と呼ぶ）で製造される。

したがって、アスファルト混合物を製造するにあたって、アスファルト混合物を高温に加熱するために、多いエネルギーが必要となり、アスファルト混合物の施工中にも二酸化炭素（ＣＯ_２）など有害ガス俳出量が多くなる問題が発生する。

また、アスファルト鋪装時に敷設及び締固めされた高温のアスファルト混合物は、常温付近で冷却するが、所要時間だけ交通開放時間が遅延され、且つ作業者が安全事故の危険にさらされるという問題があった。

最近、このような問題を解決するために、既存の加熱アスファルト混合物（ＨＭＡ）より低い温度でも混合、締固めすることができる中温化アスファルト混合物（Warm-Mix Asphalt Mixture、略して“ＷＭＡ”という）に関する研究が活発に進行されている。
すなわち、アスファルトと骨材の混合及び締固め温度を低減し、アスファルト混合物の鋪装による二酸化炭素排出を節減させるための研究が活発に進行されている。

このような中温化アスファルト混合物（ＷＭＡ）を使用する鋪装技術は、加熱アスファルト混合物（ＨＭＡ）による従来の鋪装技術と比べてアスファルト混合物を製造するに必要な温度より３０〜４０℃低い１１０〜１４０℃程度の温度でアスファルト混合物を製造することができるので、
（１）アスファルト混合物の生産及び施工過程で各種有害ガス発生を抑制することができ、
（２）アスファルト混合物の生産過程中に温室ガスの主な原因である石油系燃料を約３０％低減することができ、
（３）アスファルト混合物の施工後に養生時間の短縮によって速い交通開放が可能であり、
（４）施工現場で有害蒸気や臭いが発生しないため、作業者の安全を確保することができるなど様々な長所を有する。

このような中温化アスファルト混合物（ＷＭＡ）鋪装技術の核心基底（Core Mechanism）は、アスファルトの流動性改善、すなわち骨材の結合剤であるアスファルトの最適粘度が加熱アスファルト混合物（ＨＭＡ）より低い温度で発現され、また、最適締固め度（Compaction Rate）がさらに低い温度で発現されるように粘度を下降させる技術である。

このような粘度下降技術は、１９５６年最初に米国アイオワ州立大学校のＬａｄｉｓ Ｈ．Ｃｓａｎｙｌ博士がアスファルトにスチームを強制注入しながらアスファルト内に水分と空気による発泡アスファルトを形成させて、アスファルト内部の応力を低減することによって、粘度を下降させる技術を紹介したことがある。

最近、ヨーロッパを中心に２０００年からスチームの代わりに水を注入し、アスファルトを強制乳化させて、アスファルトの粘度を下降させる技術と、このような水の代わりにゼオライトを投入し、ゼオライトが一定の温度に到逹すれば（約１１０℃以上）、含湿されている水が排出されながらアスファルトを乳化させるフォーム−中温化アスファルト混合物（Ｆｏａｍ−ＷＭＡ）を製造する技術に発展した。

一方、２００５年からは、ＮＣＡＴ（National Center for Asphalt Technology）でワックス類、すなわちフィッシャー・トロプシュ法（Fischer Tropsch Synthesis）で製造されたポリエチレン系ワックスであるＳＡＳＯＢＩＴを利用した中温化アスファルト混合物（ＷＭＡ）が報告されている。

ＳＡＳＯＢＩＴは、常温では、固体状態であり、且つ温度を高めれば、流体に変わる分子量が約数百程度の化合物であるが、このようなワックスは、アスファルトに添加され、ワックスの溶融温度以上では、アスファルトの粘度を急激に低下させ、溶溶温度以下では、固化する特性があり、中温化アスファルト混合物の効能を増進させるための添加剤として使用される。

通常、ポリエチレン系ワックス（Polyethylene Wax）は、様々な製造方法によって生産されることができる。まず、ポリエチレンの製造または処理過程の副産物を精製して生産する方式があり、ポリエチレンを熱分解して生産する方式がある。また、単分子物質を重合してワックス分子を生成させる方法があるが、上記ＳＡＳＯＢＩＴのようにフィッシャー・トロプシュ法（Fischer Tropsch Synthesis）を利用したものが代表的な例である。

このようなポリエチレン系ワックスを製造する方法を３つに整理すれば、次の通りである。
（１）ポリエチレン樹脂を作る過程で出る低分子量の副産物からポリエチレン系ワックスを得るか、
（２）ポリエチレン樹脂を熱分解させて分子量を減少させる方法でポリエチレン系ワックスを製造するか、
（３）フィッシャー・トロプシュ法などで単分子物質の分子量を増加させてワックス分子を製造する。

一般的にポリエチレン系ワックスの物性は、その化学構造において主鎖の線形性と分子量によって決定されるものと知られている。

すなわち、ポリエチレン系ワックスの主鎖の線形性が大きいほど分子規則性が増加し、結晶化度が向上し、溶融粘度、硬度などの物性が高くなり、ポリエチレン系ワックスの分子量が大きければ、溶融粘度及び物理的物性が高いポリエチレン系ワックスを製造することができることが知られている。

ポリエチレン樹脂を作る過程で出る副産物やポリエチレン樹脂を熱分解を通じて得たポリエチレンワックスは、フィッシャー・トロプシュ法によって製造されたポリエチレンワックスに比べてその主鎖の線形性が低下し、物理的物性を向上させるためには、分子量を増加させなければならないが、この場合、溶融粘度が高くなり、中温化アスファルト混合物（ＷＭＡ）の添加剤として使用することができず、低温での剛性増加によりバインダーの低温クラック抵抗性を減少させる。

一方、フィッシャー・トロプシュ法で製造されたＳＡＳＯＢＩＴワックスは、その分子構造がノルマルアルカン（ｎ−ａｌｋａｎｅ）構造が９０％以上を占めるので、他の方法で製造されたワックスに比べて枝が少ない長い線形構造（Long Chin Aliphatic Hydrocarbon）を有している。

したがって、ＳＡＳＯＢＩＴワックスは、低い粘度とともに高い高温物性を有するようになり、他のポリエチレン系ワックスより低炭素添加剤として適した物性を示す。

そこで、フィッシャー・トロプシュ法で製造されたＳＡＳＯＢＩＴワックスは、粘度が低いため、中温化アスファルト混合物において非常に効果的な低炭素添加剤として使用されて来た。

しかし、このようなＳＡＳＯＢＩＴワックスのようなポリエチレン系ワックスは、塑性変形（Rutting, Permanent Deformation）抵抗性のような高温特性に非常に優れているが、長期間の老化後に、アスファルトの場合、剛性（stiffness）が増加し、剛性の変化率（m-value）が減少し、アスファルトの伸縮性が低下するにつれて全般的にアスファルトの低温物性が低下することが分かった。

従来のＳＡＳＯＢＩＴワックスを含むポリエチレン系ワックスは、アスファルト混合物の低温クラック（Low Temperature Crack；主に冬季に発生するもので、アスファルト混合物による鋪装層の温度分布の不均衡現象によって鋪装層の上部から発生し、下部に進行するクラックであって、鋪装の横方向に発生する特徴がある）を起こす要因として作用する恐れが大きいという問題点がある。

そこで、ＳＡＳＯＢＩＴワックスを添加剤として使用する中温化アスファルト混合物（ＷＭＡ）において、低温物性低下問題を改善する必要性があった。

本発明は、前述したような従来の問題点を解決するために、ＳＡＳＯＢＩＴワックスのように、フィッシャー・トロプシュ法で製造されたポリエチレン系ワックスだけでなく、他の方法で製造されたポリエチレン系ワックスを利用した中温化アスファルト混合物の低温物性低下現象を防止することができ、粘度が高くて、低炭素添加剤に使用しにくい一般ポリエチレンワックスを使用した新しい中温化アスファルト混合物用低炭素添加剤及びこのような低炭素添加剤をアスファルトに添加することによって、プラントミックスだけでなく、プレミックスタイプに適用可能な中温化アスファルト並びにこれを利用した中温化アスファルト混合物を提案する。

これにより、中温化アスファルト混合物（ＷＭＡ）の混合及び締固め温度を効果的に低減することができ、アスファルト混合物を利用した鋪装施工時に要求される加熱エネルギーを節減することができ、二酸化炭素俳出量の節減及びこれによる緑色成長の土台を設けることができる。

上記目的を達成するために、まず、二酸化炭素排出量を節減することができるように製造された中温化アスファルト混合物用低炭素添加剤を提示し、このような低炭素添加剤は、中温化アスファルト混合物（ＷＭＡ）に添加されるポリエチレン系ワックスに植物性ワックスを所定重量部混合して製造する。

また、本発明は、上記低炭素添加剤とアスファルトを混合するものの、その混合する重量比を提示し、このように製造された中温化アスファルトは、最終的に骨材などとミキシングされ、中温化アスファルト混合物を製造することができるようにする。

好ましくは、本発明による中温化アスファルトは、アスファルト及び低炭素添加剤を１００：０．５〜１００：１５の重量部で混合して製造されるようにし、
上記低炭素添加剤は、上記ポリエチレン系ワックス及び植物性ワックスを２０：１〜１：２の重量比で含有されて製造されるようにする。

また、好ましくは、上記植物性ワックスは、改質パームワックスを使用したものである。

また、好ましくは、上記改質パームワックスは、ヤシの実から抽出したパームオイルから製造したパームワックスを水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）及びステアリン酸（ＣＨ_３（ＣＨ_２）_１６ＣＯＯＨ）と溶融反応させた改質パームワックスである。

また、好ましくは、上記改質パームワックスにおいて使用されるパームワックス及び上記水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）の重量比は、１００：３．５〜１００：４．０であり、上記パームワックス及び上記ステアリン酸の重量比は、１００：１６．０〜１００：２７．５である。

また、好ましくは、上記改質パームワックスにヤシの実から抽出したパームオイルから製造したパームワックスがさらに混合される。

また、好ましくは、改質パームワックスにさらに混合される上記パームワックスは、融点が５５℃〜６５℃であり、上記改質パームワックスは、融点が８０℃〜１１０℃である。

また、好ましくは、上記ポリエチレン系ワックス及び改質パームワックスと混合される上記パームワックスの重量比は、５０：１〜１：１となるようにした。

また、好ましくは、上記低炭素添加剤は、オイルをさらに含有し、上記ポリエチレン系ワックス及び上記オイルの重量比は、２０：１〜２：１となるようにした。

また、好ましくは、上記オイルは、４０℃動粘度（Kinematic Viscosity）が２０〜３００ｃＳｔ（センチストークス、ｍｍ^２／ｓ）である。

また、好ましくは、上記ポリエチレン系ワックスは、融点が９５℃〜１２５℃であり、１４０℃溶融粘度が８０〜４００ｃＰｓ（Centipoise）のポリエチレン樹脂を製造する過程で出る低分子量の副産物から得たポリエチレン系ワックスであるか、またはポリエチレン樹脂を熱分解させて製造したポリエチレン系ワックスである。粘度が８０ｃＰｓ以下の場合は、ワックスの物性が低くなり、アスファルト高温物性を弱化させて、アスファルト鋪装用アスファルトに不適であり、４００ｃＰｓ以上の場合は、粘度が高くて、アスファルト中温化が難しくなるからである。

本発明によれば、高い粘度によってアスファルト中温化添加剤に使用にくいポリエチレン系ワックスに改質パームワックスによる植物性ワックスを混合して低炭素添加剤を製造し、これを利用して中温化アスファルトを製造すれば、溶融時間が長くないため、プレミックスタイプはもちろん、プラントミックスタイプで速い時間内に１１０〜１４０℃で中温化アスファルトを生産することができ、中温化アスファルト混合物の製造時に必要な加熱エネルギーを節減することができ、温暖化の主な原因である二酸化炭素の発生量を著しく低減することができる。

ひいては、１１０〜１４０℃で中温化アスファルト混合物の混合及び締固めによる施工時に発生する各種有害ガスの発生を抑制することができ、加熱アスファルト混合物温度で生産及び施工する場合、施工可能時間が増加するので、特に大気温度が低くて、運搬及び施工時に温度低下が速い冬期施工時に締固め密度及び性能確保に有利なアスファルトコンクリート鋪装工事を行うことができる。

また、本発明の技術で製造された低炭素添加剤は、従来、フィッシャー・トロプシュ法で製造されたポリエチレン系ワックスを使用した時のアスファルト中温化効果を得ることができると共に、フィッシャー・トロプシュ法で製造されたポリエチレン系ワックスを使用した時の問題点である低温物性低下現象を防止することができる。

また、プラントミックスタイプで中温アスコンを生産することができるので、アスコンプラントの設備特性と関系なく、すべてのアスファルト混合物プラントに適用することができる。

また、アスファルト混合物プラントの運営時に加熱エネルギーを節減すると同時に、各種有害ガス発生を抑制し、さらに、作業者の安全を確保しながらアスファルト混合物の鋪装工事を行うことができ、ひいては、アスファルト混合物の鋪装工事の進行後に早速に交通開放をすることができる。また、プレミックスタイプの適用が難しい短い区間や接近が容易でない区間などにおいても容易に鋪装工事を行うことができる。

本発明による低炭素添加剤による粘度変化を示すグラフである。 本発明による低炭素添加剤の含量別Ｇ^＊／ｓｉｎδ値の変化を示すグラフである。 本発明による低炭素添加剤の含量によるアスファルトＢＢＲ値を示すグラフである。

以下、本発明について詳しく説明する。
本発明は、ポリエチレン系ワックスと、改質パームワックスによる植物性ワックスとを含む中温化アスファルト混合物用低炭素添加剤をアスファルトに添加して製造された中温化アスファルト及びこれを利用した中温化アスファルト混合物（ＷＭＡ）に関する。

まず、本発明のアスファルトに混合される中温化アスファルト混合物用低炭素添加剤について説明する。

本発明においてアスファルトに添加される上記低炭素添加剤は、加熱アスファルト混合物（ＨＭＡ）の混合及び締固め温度を３０〜４０℃低下させることができるように、アスファルト、添加剤、骨材などを混合して製造される中温化アスファルト混合物（ＷＭＡ）に使用されるものである。

このような低炭素添加剤を使用して中温化アスファルト混合物（ＷＭＡ）を製造すれば、骨材とアスファルトの混合時または中温化アスファルト混合物の締固め時に必要な流動性を確保することができ、アスファルト作業温度を低めることができると共に、高温物性を向上させることができる。

この時、本発明による上記ポリエチレン系ワックスは、融点が９５℃〜１２５℃であり、１４０℃での溶融粘度が８０〜４００ｃＰｓ（Centipoise）でなければならない。

仮に、上記ポリエチレン系ワックスの融点が９５℃より低ければ、アスファルトと混合時にアスファルトの剛性が弱くなることができ、溶融温度が１２５℃より高ければ、中温化アスファルト混合物の製造段階で十分な溶解が起きないという問題が発生することができ、１４０℃での溶融粘度が８０ｃＰｓ以下の場合は、アスファルト中温化に効果的であるが、高温物性が弱化し、アスファルト鋪装用アスファルトとして不適であり、４００ｃＰｓより高ければ、アスファルトの粘度が極めて高いため、アスファルト混合物の中温化を達成することができないからである。

一方、前述したように、中温化アスファルト混合物による性能改善を得るために、フィッシャー・トロプシュ法で製造された長い線形構造（Long Chin Aliphatic Hydrocarbon）を有するポリエチレン系ワックスのみを使用しなければならない場合には、ワックス選択において制限を受けるだけでなく、低温クラックが発生する低温物性低下をもたらす。

したがって、ポリエチレン系ワックスの選択制限を解消し、高温特性を維持しながら上記低温物性低下を防止するために他の物質を追加する必要がある。

本発明は、中温化アスファルト混合物用添加剤の構成物質としてパームワックスと改質パームワックスを混合した植物性ワックスを添加する。

すなわち、ポリエチレン系ワックスと上記植物性ワックスとを含む低炭素添加剤を利用して中温化アスファルト混合物（アスファルトコンクリート）を製造することによって、低温物性低下を防止することができるようにした。

この時、上記中温化アスファルト混合物用低炭素添加剤を構成する改質パームワックスによる植物性ワックスは、ポリエチレン系及び上記植物性ワックスが２０：１〜１：２の重量比で含有されるようにし、好ましくは、５：１〜１：２である。

例えば、上記植物性ワックスは、上記ポリエチレン系ワックス１００重量部に対して５〜２００重量部、好ましくは２０〜２００重量部であることが好ましい。

その理由は、上記植物性ワックスの重量が５重量部未満なら、粘度低下による中温化効果期待及び中温化アスファルト混合物（ＷＭＡ）の低温物性改善が困難であり、２００重量部を超過すれば、中温化アスファルト混合物（ＷＭＡ）の高温物性が悪くなるからである。

上記改質パームワックスは、中温化アスファルト混合物（ＷＭＡ）の低温物性改善などのために、植物性ワックスを改質させて使用してもよいが、ヤシの実から抽出した植物性ヤシ油で得たパームオイルを水添工程を通じて得た改質パームワックスを使用することが好ましい。

上記改質パームワックスには、パームワックスがさらに混合されて使用されるが、このように混合されるパームワックスの溶融温度は、５５〜６５℃である。この時、混合されるパームワックスは、ヤシの実から抽出した植物性ヤシ油で得たパームオイルから製造されたものであって、ポリエチレン系ワックス１００重量部に対して２〜５０重量部で追加されることが好ましい。

一方、上記改質パームワックスに使用されるパームワックスは、溶融点が低いため、アスファルトとの混合時に物性向上効果が制限的なので、パームワックスの溶融点を高めるために、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）とステアリン酸（ＣＨ_３（ＣＨ_２）_１６ＣＯＯＨ）で改質した改質パームワックスを使用する。

上記パームワックスを改質する方法についてさらに詳しく説明すれば、まず、２００℃を維持する撹拌器付き反応器にパームワックスを投入して溶融させる。

パームワックスを溶融させた後、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）をパームワックス１００重量部に対して３．５〜４．０重量部さらに投入し、３０分間撹拌すれば、下記のような化学反応が進行され、脂肪酸（ＲＣＯＯＨ）が生成される。

ここで、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、炭素が１２〜１６個のアルキル基である。

生成された上記脂肪酸は、水酸化ナトリウムと下記のような２次化学反応を行い、溶融点が高いナトリウム塩（sodium salt）を形成する。

ここで、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、炭素が１２〜１６個のアルキル基である。

改質パームワックスの溶融点をさらに高めるために、パームワックス１００重量部に対して１６．０〜２７．５重量部のステアリン酸を投入した後、約２時間撹拌すれば、下記化学反応式のように、ステアリン酸は、水酸化ナトリウムと反応し、ナトリウムステアリン酸が生成される。

ここで、Ｒ４は、ステアリンである。

改質結果、下記のようにナトリウム塩及び未反応のパームワックスが混合された溶融点８０〜１１０℃の改質パームワックスが最終的に生成される。

ここで、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、炭素が１２〜１６個のアルキル基であり、Ｒ４は、ステアリンである。

一方、アスファルト混合物の粘度をさらに低減し、中温化を容易に達成するために、上記低炭素添加剤にオイルをさらに追加することが好ましい。

追加されるオイルは、４０℃での動粘度（Kinematic Viscosity）が２０〜３００ｃＳｔのパラフィン及びナフタレン系オイルであって、ポリエチレン系ワックス１００重量部に対して５〜５０重量部で追加されることが好ましい。

オイル含量が５０重量部を超過すれば、アスファルト混合物の粘度は低くなるが、アスファルト混合物の高温物性が悪くなり、オイル含量が５重量部未満なら、アスファルト混合物の粘度低下効果が大きくないからである。

次に、前述した低炭素添加剤は、アスファルトに混合するように製造される。この時、その混合方法を記述すれば、次の通りである。

すなわち本発明による低炭素添加剤は、アスファルト及び骨材とともにアスファルトミキシングプラントに投入し、１１０〜１４０℃で混合することによって、プラントミックスタイプ（Plant-mix-type）で中温アスコンを生産するのに利用されることができる。

また、上記低炭素添加剤をアスファルトと溶融混合した後、この溶融混合物を骨材とともにアスファルトミキシングプラントに投入し、１１０〜１４０℃で混合する方式のプレミックスタイプ（Pre-mix-type）で中温アスコンを生産することもできる。

中温化アスファルト混合物を生産するために、３．５〜８．０重量部のアスファルトと９２．０〜９６．５重量部の骨材で組成するが、本発明の低炭素添加剤は、アスファルト及び上記低炭素添加剤を１００：０．５〜１００：１５の重量部で混合することが好ましい。

これは、上記低炭素添加剤を１５重量部以上使用する場合、常温で骨材脱離と耐久性を評価するカンタブロ損失率などが良くなく、０．５重量部未満で使用する場合、中温化効果がほとんどないからである。

また、本発明の低炭素添加剤と混合する上記アスファルトは、アスファルト鋪装用に使用されるアスファルトであれば構わないが、現在アスファルト鋪装用アスファルトとして、針入度等級８０〜１００のアスファルトと針入度等級６０〜８０のアスファルトを使用することを勘案すれば、上記のような等級のアスファルトを使用することが好ましい。

以下、本発明を実験例に基づいてさらに詳細に説明する。但し、下記実験例は、本発明を例示するものに過ぎず、本発明の範囲が下記実験例に限定されるものではない。

［実験例］
（１）実験材料
ＡＰ：針入度等級６０〜８０であり、アスファルト針入度７０であるアスファルト
ＰＥ−Ｍ：溶融点が１１４℃であり、１４０℃粘度が２００ｃｐｓであり、比重が０．９３であるポリエチレンワックス
ＰＥ−Ｈ：溶融点が１１５℃であり、１４０℃粘度が８００ｃｐｓであり、比重が０．９３であるポリエチレンワックス
ＳＡＳＯＢＩＴ：溶融点が１１２℃であり、１４０℃粘度が４０ｃｐｓであるＳａｓｏｌから出るポリエチレンワックス（商標名：ＳＡＳＯＢＩＴ）
Ｐａｌｍ：溶融点が６０℃であり、１４０℃粘度が６ｃｐｓのヤシの実から抽出したパームワックス
Ｍ−ｐａｌｍ：パームワックス８０．８％、水酸化ナトリウム３．１％、ステアリン酸１６．１％で反応させて得た、溶融点１００℃であり、１４０℃粘度が１５ｃｐｓである改質パームワックス
Ｏｉｌ：４０℃動粘度が１００ｃＳｔであるパラフィン系オイル

（２）中温化アスファルト混合物用低炭素添加剤製造
上記低炭素添加剤は、１Ｌ反応器にポリエチレンワックス、改質パームワックス、パームワックス及びオイルなどを３００ｇ程度入れ、１８０℃で加熱して溶融させた後、撹拌器で２０分溶融混合して製造した。溶融混合した添加剤を３Ｌの冷却水に添加し、冷却させて、１〜２ｍｍ程度サイズの添加剤を得た。

このように製造された実施例及び比較例の低炭素添加剤の組成比を表１及び表２に示した。下記表は、ＰＨＲ（PER HUNDRED RESIN）を基準に示したものである。

（３）中温化アスファルト（本発明の低炭素添加剤が混合されたアスファルト）製造
１３０℃に加熱されたＡＰ（アスファルト）の１００重量部に中温化アスファルト混合物用添加剤を３重量部投入した後、２，０００ｒｐｍの高速せん断ミキサーを使用して２０分間撹拌し、添加剤を完全に溶融させた。

（４）中温化アスファルト物性評価
本発明による添加剤を添加して製造された中温化アスファルトを含む各アスファルト（ＡＰ）の物性評価は、ＰＧ試験を基準に評価し、粘度測定は、回転粘度計を測定して測定した。各実施例及び比較例の中温化アスファルトの物性は、表３に示した通りである。ここで、使用した低炭素添加剤の含量は、ＡＰ（アスファルト）の１００重量部に対して３重量部である。

上記表３のように、本発明による低炭素添加剤が全般的に優れた高温及び低温物性を示していることが分かる。これについて具体的に記述する。

ＡＰより粘度（１２０℃または１４０℃）が高いか、ＯｒｉｇｉｎａｌとＲＴＦＯでＧ^＊／ｓｉｎδが低ければ、塑性変形抵抗性が低いため、低炭素添加剤に使用しにくい。

また、ＰＡＶ後、ｍ−ｖａｌｕｅ値が０．３以上であるか、ＡＰより高ければ、低温物性に優れていると判断することができる。

一般ポリエチレン系ワックスを使用した比較例１及び３の場合、ＯｒｉｇｉｎａｌとＲＴＦＯでＧ^＊／ｓｉｎδが高く示されたが、粘度が、針入度７０のアスファルト（ＰＧ６４−２２、ＫＳＦ２３８９；アスファルトの供用性等級基準）と類似しているかまたは高いため、低炭素添加剤として使用するに不適であることが分かる。

また、この場合、ＰＡＶ後、ｍ−ｖａｌｕｅ値が０．３以下であり、針入度７０のアスファルトより低いため、低温物性が良くなく、疲労及びクラックに脆弱で、低温地域での使用が制限されることができる。

低炭素添加剤として使用される比較例６のＳＡＳＯＢＩＴワックスは、低い粘度と優れた塑性変形抵抗性を示すので、暑い地域で優れた低炭素添加剤として使用することができるが、一般ポリエチレンワックスと同様に、ＰＡＶ後、ｍ−ｖａｌｕｅ値が０．３以下なので、物性が良くないことが分かる。

一方、本発明による実施例１〜６の低炭素添加剤の場合、１２０〜１４０℃粘度が針入度７０のアスファルトより低いため、低炭素添加剤に使用可能であり、ＯｒｉｇｉｎａｌとＲＴＦＯでＧ^＊／ｓｉｎδが針入度７０のアスファルトより高いため、優れた塑性変形抵抗性を有することが分かる。

また、ＰＡＶ後、ｍ−ｖａｌｕｅ値が０．３以上なので、良好な高温塑性変形抵抗性と優れた低温物性を有することが分かる。

また、過量の改質パームワックスを使用した比較例２、４を見れば、粘度が低くて、低炭素添加剤に使用可能であると考えられるが、ＯｒｉｇｉｎａｌとＲＴＦＯでＧ^＊／ｓｉｎδ値がＡＰより低いため、アスファルト鋪装用アスファルト添加剤に使用にくいことが分かる。

実施例２を使用してＡＰの１００重量部に対して低炭素添加剤０〜１０重量部別アスファルト物性を測定し、表４に示した。

表４から、実施例２の低炭素添加剤の含量を変化させた中温化アスファルトは、低炭素添加剤の含量が増加するほど高温及び低温物性が向上することが分かる。

図１は、下記表４の内容中、添加剤含量による粘度変化をグラフで示すものである。このような粘度低下に起因して一般ＨＭＡより低い温度でアスコン生産と施工が可能な中温化アスファルト効果が現われると見られる。

図２は、添加剤含量別Ｇ^＊／ｓｉｎδ値の変化を示すグラフである。含量別に値の変化が急激に起き、アスファルト改質効果が明らかにされる資料である。

図３は、老化後、アスファルトバインダーのクラック抵抗性を調べることができるＢＢＲを利用した試験資料である。Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓが低いほど、ｍ−ｖａｌｕｅが高いほどアスファルトバインダーのクラック抵抗性に有利なものと知られているが、実施例２の添加剤含量が多くなるほどバインダーの物性に有利な挙動を示すことが分かる。このような挙動は、既存のＳＡＳＯＢＩＴのような材料で見られない本特許の材料が有する長所である。

したがって、本発明の実施例による低炭素添加剤は、粘度低下の効果とともに、中温化アスファルト混合物の塑性変形抵抗性向上及びその低温物性低下現象を補完する役目をするので、中温化アスファルト混合物用アスファルトの添加剤として好ましいことが分かる。

（５）中温化アスファルト混合物性能評価
アスファルト及び骨材をアスファルト５．３重量部及び骨材９４．７重量部で組成設計し、実施例２の低炭素添加剤をアスファルト含量に対して３．０重量部で添加し、中温化アスファルト混合物を生産した。

低炭素添加剤を使用して１３０℃の温度で生産した中温化アスファルト混合物（実施例７）と低炭素添加剤を使用せずに１６０℃の温度で生産した加熱アスファルト混合物（比較例７）の締固めし、性能を比較評価した。アスファルト鋪装現場での締固め作業性を評価するために、空隙率試験を行った。

実施例７及び比較例７は、表５のように、供試体の製作時に生産及び締固め温度において約３０℃差異があったが、空隙率の差異がほとんどないので、実施例７が施工現場で鋪装の締固め作業性に優れていることが分かる。

次に、中温化アスファルト混合物で供試体を製作し、回復弾性系数試験を通じて温度の低下による水分敏感性の差異を検討するためにＴＳＲ試験を行った。結果は、下記表６に示された通りである。

表６から分かるように、本発明の実施例７によれば、常温での耐久性を示す回復弾性系数は約３倍向上し、高温での塑性変形抵抗性を示す動的安定度は約５倍、凍結融解と水分に対する抵抗性を示すＴＳＲは、１．４倍向上した。

すなわち、本発明の実施例７による中温化アスファルト混合物は、既存のアスファルト混合物と比較すれば、生産及び締固め温度が非常に低いため、本発明によってアスコンを製造する時、エネルギーを節減することができると共に、塑性変形抵抗特性などの耐久性に優れていることが分かり、低炭素中温化アスファルト混合物として適していることが分かる。

前述したように、本発明による低炭素添加剤及びこれを利用して製造されたアスファルト並びに中温化アスファルト混合物の優秀性は、上記実施例を通じて詳しく説明したが、本発明は、上記構成のみによって必ず限定されるものではなく、本発明の技術的思想を脱しない範囲内で本発明を様々に置換、変形及び変更させることができることを理解することができる。

Claims (14)

1. ポリエチレン系ワックスと植物性ワックスとを含む中温化アスファルト混合物用低炭素添加剤において、
   上記低炭素添加剤は、上記ポリエチレン系ワックス及び植物性ワックスを２０：１〜１：２の重量比で含有し、
   上記植物性ワックスは、ヤシの実から抽出したパームオイル（Palm oil）を水添して製造したパームワックスに水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）及びステアリン酸（ＣＨ_３（ＣＨ_２）_１６ＣＯＯＨ）を溶融反応させて生成された改質パームワックスであり、
   上記ポリエチレン系ワックスは、融点が９５℃〜１２５℃であり、１４０℃での溶融粘度が８０〜４００ｃＰｓであり、
   上記改質パームワックスに使用されるパームワックス及び上記水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）の重量比は、１００：３．５〜１００：４．０であり、上記パームワックス及び上記ステアリン酸の重量比は、１００：１６．０〜１００：２７．５であり、
   上記改質パームワックスの融点は、８０℃〜１１０℃であることを特徴とする中温化アスファルト混合物用低炭素添加剤。
2. 上記植物性ワックスは、改質パームワックスにヤシの実から抽出したパームオイルから製造されたパームワックスをさらに混合したものであって、前記パームワックスは、融点が５５℃〜６５℃であることを特徴とする請求項１に記載の中温化アスファルト混合物用低炭素添加剤。
3. 上記改質パームワックスにさらに混合されるパームワックスは、上記ポリエチレン系ワックス及び上記パームワックスの重量比が５０：１〜１：１であることを特徴とする請求項１に記載の中温化アスファルト混合物用低炭素添加剤。
4. 上記低炭素添加剤は、オイルをさらに含有し、上記ポリエチレン系ワックス及び上記オイルの重量比は、２０：１〜２：１であることを特徴とする請求項１に記載の中温化アスファルト混合物用低炭素添加剤。
5. 上記オイルは、４０℃動粘度（Kinematic Viscosity）が２０〜３００ｃＳｔであることを特徴とする請求項４に記載の中温化アスファルト混合物用低炭素添加剤。
6. アスファルトに中温化アスファルト用低炭素添加剤を添加して製造された中温化アスファルトにおいて、
   上記中温化アスファルトは、上記アスファルト及び上記低炭素添加剤を１００：０．５〜１００：１５の重量部で混合して製造され、
   上記低炭素添加剤は、ポリエチレン系ワックス及び植物性ワックスを２０：１〜１：２の重量比で含有し、
   上記植物性ワックスは、ヤシの実から抽出したパームオイルを水添して製造したパームワックスに水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）及びステアリン酸（ＣＨ_３（ＣＨ_２）_１６ＣＯＯＨ）を溶融反応させて生成された改質パームワックスであり、
   上記ポリエチレン系ワックスは、融点が９５℃〜１２５℃であり、１４０℃での溶融粘度が８０〜４００ｃＰｓであり、
   上記改質パームワックスに使用されるパームワックス及び上記水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）の重量比は、１００：３．５〜１００：４．０であり、上記パームワックス及び上記ステアリン酸の重量比は、１００：１６．０〜１００：２７．５であり、
   上記改質パームワックスの融点は、８０℃〜１１０℃であることを特徴とする低炭素添加剤を利用して製造された中温化アスファルト。
7. 上記植物性ワックスは、改質パームワックスにヤシの実から抽出したパームオイルから製造されたパームワックスをさらに混合したものであって、前記パームワックスは、融点が５５℃〜６５℃であることを特徴とする請求項６に記載の低炭素添加剤を利用して製造された中温化アスファルト。
8. 上記改質パームワックスにさらに混合されるパームワックスは、上記ポリエチレン系ワックス及び上記パームワックスの重量比が５０：１〜１：１であることを特徴とする請求項６に記載の低炭素添加剤を利用して製造された中温化アスファルト。
9. 上記低炭素添加剤は、オイルをさらに含有し、上記ポリエチレン系ワックス及び上記オイルの重量比は、２０：１〜２：１であることを特徴とする請求項６に記載の低炭素添加剤を利用して製造された中温化アスファルト。
10. 上記オイルは、４０℃動粘度（Kinematic Viscosity）が２０〜３００ｃＳｔであることを特徴とする請求項９に記載の低炭素添加剤を利用して製造された中温化アスファルト。
11. アスファルト、骨材及び中温化アスファルト混合物用低炭素添加剤を混合して中温化アスファルト混合物を製造する方法であって、
    上記アスファルト、上記骨材及び上記低炭素添加剤をアスファルトミキシングプラントに投入する工程と、
    上記ミキシングプラントに投入された上記アスファルト、上記骨材及び上記低炭素添加剤を１１０℃〜１４０℃で混合する工程と、を含み、
    上記アスファルト及び上記低炭素添加剤の重量比は、１００：０．５〜１００：１５であり、
    上記低炭素添加剤は、ポリエチレン系ワックス及び植物性ワックスを２０：１〜１：２の重量比で含有し、
    上記植物性ワックスは、ヤシの実から抽出したパームオイルを水添して製造したパームワックスに水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）及びステアリン酸（ＣＨ_３（ＣＨ_２）_１６ＣＯＯＨ）を溶融反応させて生成された改質パームワックスを含有するように製造され、
    上記ポリエチレン系ワックスは、融点が９５℃〜１２５℃であり、１４０℃での溶融粘度が８０〜４００ｃＰｓであり、
    上記改質パームワックスに使用されるパームワックス及び上記水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）の重量比は、１００：３．５〜１００：４．０であり、上記パームワックス及び上記ステアリン酸の重量比は、１００：１６．０〜１００：２７．５であり、
    上記改質パームワックスの融点は、８０℃〜１１０℃であることを特徴とする中温化アスファルトを利用して製造された中温化アスファルト混合物の製造方法。
12. アスファルト、骨材及び中温化アスファルト混合物用低炭素添加剤を混合して中温化アスファルト混合物を製造する方法であって、
    上記アスファルト及び上記低炭素添加剤を１００：０．５〜１００：１５の重量部で溶融混合して溶融混合物を製造する工程と、
    上記溶融混合物と骨材をアスファルトミキシングプラントに投入して１１０℃〜１４０℃で混合する工程と、を含み、
    上記低炭素添加剤は、ポリエチレン系ワックス及び植物性ワックスを２０：１〜１：２の重量比で含有し、
    上記植物性ワックスは、ヤシの実から抽出したパームオイルを水添して製造したパームワックスに水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）及びステアリン酸（ＣＨ_３（ＣＨ_２）_１６ＣＯＯＨ）を溶融反応させて生成された改質パームワックスを含有するように製造され、
    上記ポリエチレン系ワックスは、融点が９５℃〜１２５℃であり、１４０℃での溶融粘度が８０〜４００ｃＰｓであり、
    上記改質パームワックスに使用されるパームワックス及び上記水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）の重量比は、１００：３．５〜１００：４．０であり、上記パームワックス及び上記ステアリン酸の重量比は、１００：１６．０〜１００：２７．５であり、
    上記改質パームワックスの融点は、８０℃〜１１０℃であることを特徴とする中温化アスファルトを利用して製造された中温化アスファルト混合物の製造方法。
13. 上記アスファルト及び骨材は、３．５〜８．０重量部のアスファルト及び９２．０〜９６．５重量部の骨材が混合されることを特徴とする請求項１１または１２に記載の中温化アスファルトを利用して製造された中温化アスファルト混合物の製造方法。
14. 上記植物性ワックスは、改質パームワックスにヤシの実から抽出したパームオイルから製造されたパームワックスをさらに混合したものであって、前記パームワックスは、融点が５５℃〜６５℃であることを特徴とする請求項１１または１２に記載の中温化アスファルトを利用して製造された中温化アスファルト混合物の製造方法。