KR100332632B1

KR100332632B1 - 아스팔트 조인트 및 실란트 조성물

Info

Publication number: KR100332632B1
Application number: KR1019990031701A
Authority: KR
Inventors: 이희연; 김석준
Original assignee: 문영호; 유한회사 로드씰; 문영규; 주식회사 화신
Priority date: 1999-08-02
Filing date: 1999-08-02
Publication date: 2002-04-17
Also published as: KR20000017713A

Abstract

본 발명은 포장도로, 건축물, 교량 또는 터널의 방수 및 접착 시공시 조인트 및/또는 실란트로 사용되거나 상기 시설의 균열 및 누수 시에 보수 및 유지에 사용되는 아스팔트 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 아스팔트 조성물은 중량으로 아스팔트 100부에 대해 스티렌-공액디엔 블록 공중합체 6 내지 40부, 폐타이어 고무분말 4 내지 40부, 폐스티로폼 0.01 내지 50부, 가소제 또는 연화제 0 내지 100부, 점착성 부여제 0.02 내지 5부 내, 무기 충전제 4 내지 100부로 구성됨을 특징으로 하는 것으로 연화점, 침입도, 신도 등의 물성이 현저히 개선된 것이다.

Description

아스팔트 조인트 및 실란트 조성물{Asphalt sealant and joint composition}

본 발명은 아스팔트 포장도로, 콘크리트 포장도로, 교량 건설에 줄눈재, 접착제 및 채움재(sealant) 등으로 사용되고 건축물의 방수 루핑 및 포장도로의 균열 및 파손시 채움재 또는 긴급 보수재로 사용 가능한 아스팔트 조인트 및 실란트 조성물에 관한 것이다. 본 발명에서는 폐타이어 분말 및 폐스티로폼을 사용하여 환경친화적이고 원가를 절감하면서도 여러 물성을 현저히 개선시킨 것을 특징으로 한다.

아스팔트를 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS) 블록 공중합체로 개질 시킨 아스팔트는 골재와 혼합하여 도로 포장시 아스팔트의 수명을 향상시키고 특히 추운 지역에서 균열방지 성능이 뛰어난 장점이 있으나 기존 아스콘에 비해 가격이 비싸고 현장에서 혼합 후 바로 시공해야하는 단점이 있다. 또한, 개질 아스팔트에 여러 가지 성분을 첨가하여 도로포장, 건축물 등 각종 시설물에 줄눈재, 접착제, 채움재, 방수재 등으로 사용되고 있으며 용도에 따른 요구 물성이 다양하여 여러 분야에서 물성 개선이 요구되고 있다.

일본국 공개특허공보 소57-98559에는 아스팔트 개질용 고무 첨가제로 방향족계 및/또는 나프텐계 오일(또는 광유) 및 열가소성 고무를 함유한 아스팔트를 소개하였다. 광유는 아스팔트에 가소 효과를 주고 열가소성 고무는 연화점을 상승시키고 강인성을 부여하나 압축강도 및 인장강도 등의 기계적 강도와 원상 회복성을 높이기 위해서는 많은 양의 고무를 필요로 하는 단점이 있다. 일본국 공개특허공보 소57-139143에서는 역청(즉, 아스팔트)물질에 공액디엔 및 비닐방향족 탄화수소로 이루어진 블록 공중합체(SBS, SIS, SEBS 등을 말함)와 분자중에 질소와 황원자를 포함하는 안정제와 여러 가지 다른 안정제 및 라디칼 중합방지제를 첨가한 조성물을 소개한 바 있다. 또한, 미합중국 특허(USP) 4,485,201에는 아스팔트에 분말고무 및 스티렌-부타디엔 블록 공중합체를 주성분으로 하는 블렌드에 내열성 산화방지제, 점착성 부여제(tackifying agent), 가소제 또는 연화제로서 공정유 (processing oil)를 첨가하여 149^oC에서 204^oC 사이에서 혼합하는 방법을 기술하고 있다. 이 조성물은 고온에서 응집력과 접착력이 높고 고온 및 저온에서 유연성이 크며 우수한 탄성을 갖고 균열 채움제(crack sealer), 콘크리트 조인트 실러 필러(concrete joint sealer filler) 및 건축재료의 도포 실런트로 사용할 수 있다고 설명하였다. 그러나, 상기 제품은 침입도(콘)가 60이나 흐름(또는 연화점)이 60^oC에서 20mm로 건물의 옥상 방수재 및 도로 포장의 균열 보수제 등으로는 하절기에 흐름 및 소성변형이 일어나는 단점과 도로 보수재로서는 차량의 바퀴 및 보행자의 신발에 묻어나는 단점이 발생할 수 있다. 일반적으로 우리나라의 하절기에 도로 및 옥상의 표면 온도는 재질 및 색상에 따라 차이가 나지만 60^oC 이상 올라갈 수 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 통상적으로 무기 필러를 사용하며 여기에는 석재 및 골재와 탄산칼슘, 실리카, 탈크 등의 충전제가 많이 사용되고 있으며 경도, 침입도, 연화점 등은 상승하나 신도, 접착 특성은 저하되는 경향을 보인다.

상기한 설명대로 무기 충전재를 사용하여 침입도, 연화점 등을 상승시킬 경우 발생하는 단점을 보완하기 위해 본 연구진이 다각적으로 노력한 결과 가정 및 산업 현장에서 다량 발생하는 스티로폼 완충재 또는 스티렌계 페기물을 분쇄하여 무기 충전재와 병행 사용하거나 일부만을 대체할 경우 신도 및 접착 특성은 거의 같게 유지하면서도 침입도 및 연화점은 원하는 대로 대폭 상승시킬 수 있었다. 본 발명의 연구자들은 이러한 기술로 소기의 목적을 달성하였고 동시에 매립 또는 소각을 시키거나 어렵게 재활용되어야 하는 폐스티로폼을 활용하는 환경친화 기술을 제공하게된 것이다.

본 발명은 중량으로 아스팔트 100부에 대해 (A) 스티렌-공액디엔 블록 공중합체 6 내지 40부, (B) 폐타이어 고무분말 4 내지 40부, (C) 폐스티로폼 0.01 내지 50부, (D) 가소제 또는 연화제 0 내지 100부, (E) 점착제 0.02 내지 5부, (F) 무기 충전제 5 내지 100부를 포함하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 조인트 및 실란트 조성물 및 이로부터 제조된 각종 줄눈재, 방수재, 채움재, 실링재, 충진재 및 보수재 등의 제품을 제공한다.

상기의 아스팔트는 스트레이트아스팔트, 블로운아스팔트, 유화아스발트 등 어떠한 아스팔트도 사용 가능하며 바람직하게는 스트레이트아스팔트가 사용된다. 스트레이트아스팔트 중에서는 연화점이 30 내지 100^oC, 침입도가 60 내지 195인 것이 바람직하고 연화점이 40 내지 60^oC, 침입도가 100 내지 180인 것이 더욱 바람직하다. 스트레이트아스팔트의 특별한 예로는 SK정유 또는 LG칼텍스정유사 등에서 제공하는 AP-5, AP-3, AP-2.5 등이 있다.

상기 (A) 성분인 스티렌-공액디엔 블록 공중합체로는 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS), 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS), 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌(SEBS), 스티렌-부타디엔(SB) 블록 공중합체 중에서 선택된 1종 또는 1종 이상 사용 가능하며 동종에서도 각 블록의 분자량 및 스티렌 함량이 다른 제품 2가지 이상도 동시 사용 가능하다. 이 중에서 스티렌-부타디엔-스티렌 삼블록 공중합체가 가장 적합하며 스티렌 함량이 20 내지 60 중량부인 것이 바람직하고, 25 내지 35 중량부인 것은 더욱 바람직하다. 블록 공중합체의 형태는 선형 또는 분기된 것 중 어느 것도 사용 가능하며 블록 공중합체의 분자량은 5,000에서 1,000,000까지 사용 가능하며 바람직하게는 50,000에서 300,000 사이인 것이 사용된다. SBS 삼블록(triblock) 공중합체는 펠릿, 플래이크, 분말 형태로 제공되는 열가소성 고무로 금호석유화학(주) 제품인 KOSYN KTR-101, 101P, 201, 401, 401P 등이 사용가능하고 수입 제품으로는 쉘사의 크레톤(Kraton) 제품이 사용 가능하다. 제품 형태는 분말 형태가 플래이크 보다 용해시간이 짧은 장점이 있어 선호된다. 열가소성 고무의 하나인 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체는 고온에서(150에서 200^oC 사이) 고-전단 교반기(high shear mixer)에 의한 고속 혼합에 의해 아스팔트 내에서 완전 분산되어 특수한 형태의 그물망을 형성하고 이의 함량이 증가할수록 탄성이 증가하고 기계적 강도가 증가하나 아스팔트에 비해 상대적으로 고가인 단점이 있다. 상기 (A) 성분의 함량은 중량으로 아스팔트 100부에 대해 6 내지 40부가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 8 내지 20부, 더욱 바람직하게는 10 내지 15부가 사용된다.

상기 (B) 성분인 폐타이어 고무분말은 폐기된 타이어를 상온 또는 저온에서 분쇄한 분말을 사용하며 스티렌-부타디엔고무(SBR) 및/또는 천연고무 등으로 이루어져 있다. 폐타이어 분말의 평균 입도는 20에서 1,000메쉬(mesh)가 사용되며 20에서 40메쉬 사이가 많이사용되고 가능한 한 미세한 입자크기의 분말일 수록 제반 물성 측면에서 더욱 유리하게 사용된다. 폐타이어 고무분말은 본 발명의 조성물에서 유기 필러로 사용되며 반발회복력을 증강시키는 역할을 수행한다. 또한, 폐타이어 분말의 응용기술은 폐기물의 재활용 측면에서 아스팔트를 포함하여 여러 가지 조성물에 첨가되는 이미 공지된 환경친화적인 기술로 잘 알려진 기술이다. 본 발명에서 상기 폐타이어 고무분말은 중량비로 아스팔트 100부에 대해 4 내지 40부가 사용되며 바람직하게는 10 내지 20부가 사용된다. 폐타이어 고무 분말은 평균입자크기가 미세할수록 물성 저하 없이 더 많이 사용될 수 있으나 현재의 분쇄기술로는 이 정도가 적합하다.

상기 (C) 성분인 폐스티로폼은 각종 전자제품 및 포장의 완충재로 사용되는 것으로 통상의 폼 또는 압축된 형태에서 기계적 칼날 분쇄기, 그라인더, 또는 저온분쇄기에 의해 분쇄하여 사용 가능하다. 본 발명에서 이용되는 폐스티로폼은 통상의 발포폴리스티렌(Expandable PS)으로 만들어진 것으로 분자량이 10,000에서 500,000 사이인 것이 적합하며 가급적 종이, 수분, 먼지, 기름 등의 이물질이 덜 묻은 것이 적합하고 어패류 운반용, 컵라면용 보다는 깨끗한 전자제품의 완충재로 사용된 것이 더욱 바람직하고 밀도가 클수록 유리하다. 폐스티로폼은 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS) 블록 공중합체와 친화력이 크고 비극성인 아스팔트에도 용해력이 있으므로 본 발명의 개질 아스팔트 조성물에 첨가되어 연화점을 증가시키고 침입도를 감소시키는 역할을 한다. 또한, 폐타이어와 같은 유기 충전제이면서도 동시에 폐타이어와 달리 아스팔트 및 공중합체로 이루어진 기재에 용해되어 조성물의 강도를 증가시키므로 폐타이어보다 더욱 유리하며 이의 완전 대체가 가능하고 무기충진제를 일부 대체할 경우 물성 보강면에서 매우 뛰어난 역할을 수행한다. 폐스티로폼은 분말형태나 플래이크 또는 다양한 크기의 덩어리 형태로 사용 가능하다. 상기 (C) 성분인 폐스티로폼은 중량으로 아스팔트 100부에 대해 0.01 내지 50부가 사용 가능하며 바람직하게는 0.5 내지 10부가, 더욱 바람직하게는 1 내지 5부가 사용된다.

상기 (D) 성분인 가소제, 연화제 또는 유연제로는 중유(벙커 A, B, C유), 윤활유, 각종 공정유(파라핀계, 나프텐계, 방향족계). 프탈레이트계 가소제(DOP, DINP, DBP, DIBP, DHP 등), 방향족카본산 에스터 가소제(TOTM, DEDB 등), 지방족 이염기산 에스터 가소제(DOS, DOA, DIDA, DOZ 등), 포스페이트(인산 에스터) 가소제(TCP, TOF, TPP 등), 에폭시계 가소제(Epoxidized soy bean oil 또는 epoxidizedlinseed oil), 염소함유 가소제(chlorinated paraffin), 인-염소 함유 가소제(TCPP, TCEP 등) 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상이 사용 가능하다. 아스팔트 조성물에 주로 사용되는 가소제로는 벙커-C유, 디옥틸프탈레이트(DOP), 나프텐계 또는 방향족계 공정유 등이 있다. 본 발명에서는 이 중에서 벙커-C유와 방향족계 공정유를 선택하여 병행하여 사용하였으며 이들을 함유한 유연한 조성물은 신도는 증가하나 연화점이 대폭 감소하고 침입도가 크게 증가하는 효과를 갖고 줄눈재, 하중을 받지 않는 경우의 방수재 또는 채움재로 적합하다. 이와 달리 도로의 균열 보수용으로는 비교적 단단한 물성이 요구되므로 상기의 가소제를 소량 사용하거나 전혀 사용하지 않을 수도 있다. 본 발명에 적합한 공정유로는 미창석유에서 생산하는 나프텐계 공정유로 N-1, N-2 및 N-3, 방향족계 공정유로 A-2와 A-3가 있고 이 중 A-3가 가장 적합하며 아스팔트 조성물에 함유되어 SBS 고무를 잘 용해시키며 아스팔트와 상용성이 좋아 유연성을 크게 증가시킨다. 본 발명에서 상기 (D) 성분은 중량으로 아스팔트 100부에 대해 0 내지 100부가 적합하며 보통 벙커-C유와 공정유를 선택 병용 실시되며 벙커-C유는 0 내지 50부가 공정유는 0 내지 50부가 바람직하다.

상기 (E) 성분인 점착성 부여제(tackifying agent)는 로진, 수소화 로진, 변성 로진, 쿠마론-인덴 수지, 쉘락, 코팔, 지방산, 핫멜트 중에서 1종 이상을 선택하여 단독 또는 병행하여 사용 할 수 있다. 점착성 부여제는 아스팔트 조성물이 방수재, 실링재, 도로 보수재 또는 채움제로 사용 될 경우 기재에 잘 부착되도록 하여 접착력을 향상시키는 역할을 하며 소량 사용되므로 다른 물성에는 거의 영향이없다. 상기 점착성 부여제 중에서 변성 로진이 가장 선호되며 특별하게 미국 허큘즈(Hercules)사의 제품이 적합하다. 본 발명에서 상기 (E) 성분인 점착성 부여제는 중량으로 아스팔트 100부에 대하여 0.02 내지 5부가 사용되나 바람직하게는 0.05 내지 2부가 사용된다.

상기 (F) 성분인 무기 충전제(inorganic fillers)로는 탈크(활석), 실리카, 수산화마그네슘, 수산화알루미나, 카올린(백토), 마이카, 황산, 탄산칼슘, 석면, 골재, 석분 중에서 1종 이상을 선택하여 단독 또는 병행하여 사용할 수 있다. 상기 무기 충전제 중에서 탈크와 실리카가 가장 선호되고 용도에 따라서 탈크 또는 실리카가 사용되거나 두 개를 병용하게 된다. 탈크나 실리카의 평균 입자크기는 작을수록 유리하나 20에서 2000메쉬 사이면 적합하다. 상기 (D) 성분인 무기 충전제는 중량으로 아스팔트 100부에 대하여 5 내지 100부가 사용되며 바람직하게는 10 내지 60부가 사용된다.

본 발명의 아스팔트 조성물은 열안정제, 산화방지제, 광안정제(자외선 흡수제 및 HALS) 및 활제 등을 함유할 수 있고 용도에 따라 염료 및 안료 등의 착색제, 항균제, 방부제, 소포제, 가교제, 유화제, 내마모제 등의 각종 첨가제를 함유할 수 있다. 이밖에도 유리섬유, 유리플레이크, 탄소섬유 및 티탄화합물 등의 각종 강화제 또는 충전제를 함유할 수 있고 농업용 폐비닐, 스티렌계 폐플라스틱(예를들면 고충격 폴리스티렌인 요구르트병) 등의 분쇄물을 함유할 수 있다.

본 발명의 아스팔트 조성물은 다음과 같은 방법들 중 하나로 혼합되어진다. 첫 번째 방법은 먼저 아스팔트에 가소제 또는 연화제를 가하여 120 내지 180^oC에서일반 임펠러 믹서로 2시간 이상 또는 고전단 믹서로 1시간 이상 교반한 다음, 남은 스티렌-공액디엔 블록 공중합체, 폐스티로폼, 폐타이어 고무분말, 점착성 부여제, 무기 충전제 및 안정제들을 부가하여 150 내지 200^oC에서 일반 임펠러 믹서로는 2시간 이상, 고전단 믹서(high shear mixer)로는 1시간 이상 교반하는 것과 두 번째 방법으로 아스팔트와 가소제 또는 연화제 및 스티렌-공액디엔 블록 공중합체를 넣고 150 내지 180^oC에서 1시간 이상 동안 상기의 믹서 중 하나로 교반해 준 다음 나머지 성분들을 모두 넣고 160 내지 200^oC에서 일반 임펠러 믹서로는 2시간 이상, 고전단 믹서로는 1시간 이상 교반하는 것 등이 있다. 일반 임펠러 믹서 보다는 고전단 믹서가 빠른 시간안에 보다 균일하게 분산시키므로 고전단 믹서가 선호되며 특별히 영국의 실버슨사에서 제조한 믹서 및 개질 아스팔트용 스터러/스테이터 교반세트를 사용하는 것이 바람직하다.

하기 실시예들은 본 발명을 자세히 기술하고 설명하는 것으로 본 발명을 제한하는 것은 아니다.

다음 예들에서 아스팔트 조성물의 최종 물성은 다음에 주어진 방법으로 측정되었다.

침입도 : KS M 2252 (하중 150g)

연화점 : KS M 2250

신도 : KS F 4052

<실시예 1∼4>

아스팔트는 SK사의 AP-3 또는 AP-5를 사용하였고 스티렌-공액디엔 공중합체로는 금호석유화학의 KOSYN KTR-101을, 폐타이어는 한국자원재생공사에서 공급하는 30에서 40메쉬 사이의 폐타이어 고무분말을, 폐스티로폼은 전자제품(LG 냉장고)의 포장 완충재를 분쇄하여 사용하였으며 가소제로는 벙커-C유와 미창석유에서 판매하는 공정유 A-3를, 점착성 부여제는 허큘즈사의 포랄(Foral) 85-E를, 무기 충전제로는 400메쉬인 탈크(한중탈크)를 사용하였다. 기본적인 안정제로는 산화방지제로 송원산업의 송녹스 21B를 전체 조성물에 대해 0.5 중량부 사용하였다.

<비교예 1>

실시예 1에서 폐스티로폼을 뺀 것을 제외하고는 동일하다.

<비교예 2>

실시예 3에서 폐스티로폼을 뺀 것을 제외하고는 동일하다.

<비교예 3>

상업적으로 입수 가능한 미국 크라프코(Crafco)사의 아스팔트 조성물인 폴리플렉스 3을 사용하였다.

<비교예 4>

상업적으로 입수 가능한 미국 크라프코(Crafco)사의 아스팔트 조성물인 주차장 실란트(제품명: Parking Lot Sealant)를 사용하였다.

물성 측정 결과는 표 1에 나타냈으며 폐스티로폼을 많이 넣을수록 연화점은 증가하고 침입도는 감소하는 우수한 물성을 나타내었다. 다만, 폐스티로폼에 의해신도가 약간 감소하는 결과를 초래 하였으나 감소치가 미미하고 미국제품의 동등 그래이드에 비해 약간 높거나 많이 높은 값을 보였다. 따라서, 아스팔트 조성물에 폐스티로폼을 적용함으로써 내열성 및 강도가 뛰어나고 원가가 낮은 아스팔트 조성물을 얻을 수 있었다.

Claims

중량으로 아스팔트 100부에 대해 (A) 스티렌-공액디엔 블록 공중합체 6 내지 40부, (B) 폐타이어 고무분말 4 내지 40부, (C) 폐스티로폼 0.01 내지 50부, (D) 가소제 또는 연화제 0 내지 100부, (E) 점착제 0.02 내지 5부, (F) 무기 충전제 5 내지 100부를 포함하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 조인트 및 실란트 조성물.
제 1항에 있어서, 아스팔트가 스트레이트아스팔트로 연화점이 30 내지 100^oC인 것을 특징으로 하는 아스팔트 조인트 및 실란트 조성물.
제 1항에 있어서, 스티렌-공액디엔 블록 공중합체가 스티렌-부타디엔-스티렌 삼블록 공중합체로 스티렌 함량이 20 내지 60 중량부인 것을 특징으로 하는 아스팔트 조인트 및 실란트 조성물.
제 1항에 있어서, 스티렌-공액디엔 블록 공중합체가 스티렌-부타디엔-스티렌 삼블록 공중합체로 아스팔트 100부에 대해 8 내지 20부인 것을 특징으로 하는 아스팔트 조인트 및 실란트 조성물.
제 1항에 있어서, 스티렌-공액디엔 블록 공중합체가 스티렌-부타디엔-스티렌 삼블록 공중합체로 아스팔트 100부에 대해 10 내지 15부인 것을 특징으로 하는 아스팔트 조인트 및 실란트 조성물.
제 1항에 있어서, 폐타이어 고무분말의 입자크기가 20 내지 50 메쉬인 것을 특징으로 하는 아스팔트 조인트 및 실란트 조성물.
제 1항에 있어서, 폐스티로폼이 아스팔트 100부에 대해 1 내지 5부인 것을 특징으로 하는 아스팔트 조인트 및 실란트 조성물.
제 1항에 있어서, 가소제 또는 연화제가 벙커-C유와 공정유로 단독 또는 병행하여 사용되는 것을 특징으로 하는 아스팔트 조인트 및 실란트 조성물.
제 8항에 있어서, 가소제 또는 연화제로 공정유가 파라핀계, 나프텐계, 방향족계 탄화수소를 다양한 비율로 갖는 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 조인트 및 실란트 조성물.
제 1항에 있어서, 점착성 부여제로 로진, 수소화로진, 변성 로진, 쿠마론-인덴 수지 중에서 1종 이상을 선택하여 단독 또는 병행하여 사용하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 조인트 및 실란트 조성물.
제 1항에 있어서, 점착성 부여제가 중량으로 아스팔트 100부에 대해 0.05 내지 2 부가 사용되는 것을 특징으로 하는 아스팔트 조인트 및 실란트 조성물.
제 1항에 있어서, 무기 충전제가 탈크, 실리카, 탄산칼슘, 수산화마그네슘, 카오린, 마이카, 황산바륨, 석면, 석분 중에서 1종 이상을 선택하여 단독 또는 병행하여 사용하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 조인트 및 실란트 조성물.
제 1항에 있어서, 무기 충전제가 중량으로 아스팔트 100부에 대해 10 내지 60부가 사용되는 것을 특징으로 하는 아스팔트 조인트 및 실란트 조성물.
제 1항에 있어서, 이 조성에 더하여 광안정제, 열안정제, 산화방지제, 강화제, 착색제, 항균제, 방부제, 소포제, 유화제, 가교제, 윤활제, 충전제, 내마모제 등 각종 첨가제를 1종 이상 선택하여 부가하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 조인트 및 실란트 조성물.