KR100541406B1

KR100541406B1 - Asphalt binder used waste Toner as Modifying and Reinforcing Material

Info

Publication number: KR100541406B1
Application number: KR20020035488A
Authority: KR
Inventors: 박태순
Original assignee: (주)한국해외기술공사
Priority date: 2002-06-24
Filing date: 2002-06-24
Publication date: 2006-01-10
Also published as: KR20020062252A

Abstract

1990년대 이후 국내의 급속한 사무자동화와 정보산업의 발전과 더불어 복사기 분야는 연간 10만대(3천억원), 프린터 분야는 연간 290만대(4천억원)규모까지 폭발적인 신장을 나타내고 있으며 기업활동에 밀접한 관계를 갖고 있는 필수적인 품목이므로 앞으로도 꾸준한 성장이 지속될 전망이다. 그러나 이는 그만큼 환경적 영향도 커지고 있다는 것을 의미한다. 왜냐하면 복사기와 프린터 카트리지 내부의 미소진된 폐토너 발생량이 연간 대략 810톤으로 5톤 트럭으로 160대, 금액으로 약 400억원(5천만원/톤)에 상당하는데 이를 폐카트리지 또는 그 자체로서 대부분 소각하거나 매립하여 대기오염과 토양, 수질 등에 엄청난 오염을 유발시키고 있기 때문이다.Since the 1990s, with the rapid development of office automation and information industry in Korea, the copier sector has shown an explosive growth of 100,000 units (300 billion won) annually and the printer field of 2.9 million units (400 billion won) annually. As this is an essential commodity, steady growth will continue. However, this means that the environmental impact is increasing. The amount of waste toner generated inside the copier and printer cartridge is approximately 810 tons per year, 160 to 5 ton trucks, and about 40 billion won (50 million won / ton) in amount, which is mostly incinerated by waste cartridges or by itself. This is because landfilling causes enormous pollution to air pollution, soil and water quality.

게다가 토너를 국내 굴지의 기업에서도 생산한다고 하나 원자재는 전량 수입에 의존하고 있어 외화낭비 또한 갈수록 심화되고 있다. 본 발명은 이러한 폐토너의 효율적인 재활용방안을 고려하던 중 토너에 아스팔트 혼합물(Asphalt Mixture)의 내마모성 증진, 저온에서의 균열, 고온에서의 소성변형을 개선시켜 준다고 보고되어 있는 카본 블랙(Carbon Black)이 포함되어 있다는 사실에 착안하여 아스팔트 혼합물 보강재로서의 실험을 계획하였다.In addition, toners are produced by leading domestic companies, but raw materials are all dependent on imports. In the present invention, carbon black, which is reported to improve the wear resistance of asphalt mixtures, to cracks at low temperatures, and to plastic deformation at high temperatures, has been reported in consideration of efficient recycling of waste toners. Considering the fact that it was included, the experiment as an asphalt mixture reinforcement was planned.

본 발명에서는 일반 아스팔트 바인더(AP-3 및 AP-5)에 5∼15%범위의 폐토너를 첨가, 교반하여 골재와 혼합한 아스팔트 혼합물을 제조하고 비교대상으로 동일한 조건에서 폐토너를 첨가하지 않는 아스팔트 혼합물을 제조하여 각각 역학시험을 실시하였다. 그 결과 폐토너의 첨가량을 증가시킬수록 소성변형 저항성과 수분 민감성이 우수하며 온도 변화에 따른 혼합물의 성질은 폐토너 첨가량과 상관없이 비슷한 경향을 나타내는 등 내구성면에서 크게 향상 또는 동등하다는 것을 실험을 통하여 확인하였다. 그러므로 본 발명은 폐토너 활용에 의한 경제적 가치 상승과 동시에 아스팔트 혼합물의 내구성을 향상키는 것이다.In the present invention, by adding the waste toner in the range of 5 to 15% to the general asphalt binders (AP-3 and AP-5) and stirring to prepare an asphalt mixture mixed with the aggregate, do not add the waste toner under the same conditions as a comparison Asphalt mixtures were prepared and subjected to dynamic tests, respectively. As a result, as the amount of waste toner is increased, the plastic deformation resistance and water sensitivity are excellent, and the properties of the mixture according to temperature change show a similar trend regardless of the amount of waste toner. Confirmed. Therefore, the present invention improves the durability of the asphalt mixture while increasing economic value by utilizing waste toner.

폐토너, 카본 블랙, 아스팔트 혼합물, 개질재, 보강재Waste toner, carbon black, asphalt mixture, modifier, reinforcement

Description

Asphalt binder used waste Toner as Modifying and Reinforcing Material}

도 1은 일반 아스팔트 바인더에 폐토너를 교반하는 사진도.1 is a photograph of stirring waste toner in a general asphalt binder.

도 2는 폐토너 첨가량에 따른 아스팔트 혼합물의 외관을 비교한 사진도.Figure 2 is a photograph comparing the appearance of the asphalt mixture according to the amount of waste toner added.

도 3은 일반 아스팔트 바인더(AP-3)와 이에 폐토너로 개질시킨 바인더의 PG 등급을 비교한 그래프도.Figure 3 is a graph comparing the PG grade of the general asphalt binder (AP-3) and the binder modified with waste toner.

도 4는 일반 아스팔트 바인더(AP-5)와 이에 폐토너로 개질시킨 바인더의 PG 등급을 비교한 그래프도.Figure 4 is a graph comparing the PG grade of the general asphalt binder (AP-5) and the binder modified with waste toner.

도 5는 폐토너 첨가량에 따른 마샬안정도를 비교한 그래프도.5 is a graph comparing the Marshall stability according to the amount of waste toner added.

도 6은 폐토너 첨가량에 따른 간접인장강도 시험 결과를 비교한 그래프도.Figure 6 is a graph comparing the indirect tensile strength test results according to the amount of waste toner added.

도 7은 폐토너 첨가량에 따른 크리프 시험 결과를 비교한 그래프도.7 is a graph comparing creep test results according to the amount of waste toner added.

도 8은 폐토너 첨가량에 따른 회복탄성계수 시험 결과를 비교한 그래프도.8 is a graph comparing the recovery modulus test results according to the amount of waste toner added.

도 9는 폐토너 첨가량에 따른 수분민감도 시험 결과를 비교한 그래프도.9 is a graph comparing the water sensitivity test results according to the amount of waste toner added.

본 발명은 아스팔트 바인더에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 일반 아스팔트 바인더에 개질재로 폐토너를 첨가, 교반한 아스팔트 바인더에 관한 것이다.The present invention relates to an asphalt binder, and more particularly, to an asphalt binder obtained by adding waste toner as a modifier to a general asphalt binder and stirring.

아스팔트 바인더에 개질재(改質材)가 사용된 것은 전 세계적으로는 이미 50년이 넘었지만 최근 10년동안 새롭게 관심을 끌고 있다. 우리 나라에서도 공용수명을 증가시키고, 조기 파손을 감소시키기 위해 1990년대 중반 이후 아스팔트 혼합물에 다양한 개질재가 도입되어 사용되고 있는 실정이다.The use of modifiers in asphalt binders has been around the world for more than 50 years, but has attracted new attention in recent decades. In order to increase the service life and reduce premature failure in Korea, various modifiers have been introduced into the asphalt mixture since the mid-1990s.

그러나, 국내에 도입된 개질 아스팔트는 일반 아스팔트에 비하여 많게는 2배 이상의 비용이 소요되고 있는 것으로 조사되어 초기 공사비를 증가시키는 결점이 있다.However, the reformed asphalt introduced in Korea has been found to take as much as two times more than the general asphalt, there is a drawback to increase the initial construction cost.

따라서. 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 일반 아스팔트 바인더에 폐토너를 개질재로 사용함으로써, 환경보호, 자원재활용 및 포장의 내구성 증대를 달성하는 아스팔트 바인더를 제공함에 그 목적이 있다.therefore. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide an asphalt binder which achieves environmental protection, resource recycling, and increased durability of pavement by using waste toner as a modifier in a general asphalt binder. .

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 85 내지 89 중량퍼센트의 아스팔트 바인더 및 개질재로서 11 내지 15 중량퍼센트의 폐토너를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 아스팔트 바인더는 AP-3와 AP-5인 것이 바람직하다.
(실시예)
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
본 발명에서는 일반 아스팔트 바인더에 폐토너를 5∼15 중량퍼센트 범위의 비율로 첨가 후 60분간에 걸쳐 소량을 점진적으로 첨가하면서 140∼180℃의 온도에서 교반하였다. 그리고, 상기와 같이 혼합된 아스팔트 바인더에 골재를 혼합하여 아스팔트 혼합물을 제조하였는바, 입도는 국내에서 가장 일반적인 13∼25mm 밀입도를 채택하였다. 여기서는 비교례로 폐토너를 첨가하지 않은 아스팔트 바인더 및 아스팔트 혼합물을 제조하였다.In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that it comprises 85 to 89% by weight asphalt binder and 11 to 15% by weight of waste toner as a modifier.
The asphalt binder is preferably AP-3 and AP-5.
(Example)
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
In the present invention, the waste toner was added to the general asphalt binder at a ratio of 5 to 15% by weight, and then stirred at a temperature of 140 to 180 ° C while gradually adding a small amount over 60 minutes. And, by mixing the aggregate in the asphalt binder mixed as described above to produce an asphalt mixture, the particle size adopted the most common 13-25mm density in Korea. As an example, an asphalt binder and an asphalt mixture to which no waste toner was added were prepared.

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본 발명에 의한 아스팔트 바인더의 성능 향상은 아스팔트의 고온과 저온특성을 분명하게 측정할 수 있는 수퍼페이브 제1단계 바인더시험을 사용하여 확인하였다. 또한 아스팔트 혼합물의 공학적 성능 향상은 마샬안정도, 간접인장강도, 수분민감도 시험, 크리프 시험 및 회복탄성계수 시험을 실시하여 확인하였다.The improvement of the performance of the asphalt binder according to the present invention was confirmed using a superfabric first stage binder test capable of clearly measuring the high and low temperature characteristics of the asphalt. In addition, the engineering performance improvement of asphalt mixture was confirmed by the Marshall stability, indirect tensile strength, moisture sensitivity test, creep test and recovery modulus test.

도 3은 일반 아스팔트 바인더(AP-3)와 이에 폐토너로 개질시킨 바인더의 PG(Performance Grade)시험 결과가 도시되어 있다.
PG 58-22인 일반 아스팔트 바인더(AP-3)는 58℃의 고온에서 견딜 수 있는 물리적 특성과 -22℃의 저온에서 견딜 수 있는 물리적 특성을 갖고 있다는 의미인데, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이 폐토너 첨가율이 증가할수록 PC 고온등급이 상승하는 효과가 있는 것으로 나타났으며, 폐토너의 함량이 15 중량퍼센트 일 때 가장 높은 것을 알 수 있다.FIG. 3 shows the results of a performance grade (PG) test of a general asphalt binder (AP-3) and a binder modified with waste toner.
PG 58-22 general asphalt binder (AP-3) has a physical property that can withstand high temperatures of 58 ℃ and physical properties that can withstand low temperatures of -22 ℃, as can be seen in Figure 3 The higher the waste toner addition rate, the higher the PC high-temperature grade was found to be effective, and it can be seen that the highest when the waste toner content is 15% by weight.

도 4는 일반 아스팔트 바인더(AP-5)와 이에 폐토너로 개질시킨 바인더의 PG(Performance Grade)시험 결과를 도시한 그래프이다.
PG 64-22인 일반 아스팔트 바인더(AP-5)도 마찬가지로 폐토너 첨가율이 증가할수록 PG 고온등급이 상승하였는데, 특히 폐토너 첨가율이 15 중량퍼센트인 경우 PG 76은 SHRP(Strategic Highway Research Program - 1994년 미국에서 연구 완료된 신도로연구) 바인더 시방서에서 저속하중, 정지하중 또는 초과 트럭 하중을 감당하기 위해 사용된다고 명기되어 있다.FIG. 4 is a graph showing results of a performance grade (PG) test of a general asphalt binder (AP-5) and a binder modified with waste toner.
Similarly, the average asphalt binder (AP-5), PG 64-22, had a higher PG high temperature grade as the waste toner content increased. In particular, when the waste toner content was 15% by weight, the PG 76 produced the Strategic Highway Research Program-1994. In the binder specification, it is stated that it is used to withstand low speed, static load or excess truck load.

도 5는 마샬안정도 시험 결과를 도시한 그래프이다.
마샬안정도는 아스팔트 혼합물의 강도를 측정하기 위한 것으로 폐토너를 첨가하지 않은 아스팔트 혼합물과 폐토너의 첨가율이 5 중량퍼센트인 아스팔트 혼합물은 대등한 수준을 보이고 있으나, 폐토너의 첨가율이 15 중량퍼센트인 아스팔트 혼합물에서 600kg정도 더 높은 수준을 보이고 있어서 폐토너 첨가량이 증가할수록 안정도가 크게 증가하는 것으로 나타났다.5 is a graph showing the Marshall stability test results.
Marshall stability is to measure the strength of asphalt mixtures. Asphalt mixtures without waste toner and asphalt mixtures with 5% by weight of waste toner are comparable, but asphalt toner with 15% by weight of waste toner is added. In the mixture, the level of 600kg was higher, indicating that the stability increased significantly as the amount of waste toner added.

도 6은 간접인장강도 시험 결과를 도시한 그래프이다.
간접인장강도는 아스팔트 혼합물의 강성과 균열발생 가능성을 나타내는 시험으로 폐토너로 보강된 아스팔트 혼합물이 폐토너를 첨가하지 않은 혼합물에 비하여 강도가 증가하고 있어서 균열발생에 대한 저항성이 우수한 것으로 나타났으며 또한 폐토너 첨가량이 증가할 수록 강성은 증가하는 효과가 있는 것으로 나타났다.6 is a graph showing the indirect tensile strength test results.
Indirect tensile strength is a test that shows the stiffness and cracking probability of asphalt mixtures. As a result, the asphalt toner reinforced with waste toner increases the strength compared to the mixture without the waste toner, and shows excellent resistance to cracking. As the amount of waste toner added increased, the stiffness increased.

도 7은 크리프 시험 결과를 도시한 그래프이다.
크리프 시험은 아스팔트 포장의 소성변형 저항성을 나타내는 시험으로서 변형율이 작게 나타날수록 소성변형 저항성이 우수한 아스팔트 혼합물이다. 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이 폐토너로 보강된 아스팔트 혼합물이 변형량이 적게 나타나고 있어서 소성변형에도 우수한 혼합물이라고 할 수 있다.7 is a graph showing creep test results.
Creep test is a test showing the resistance to plastic deformation of asphalt pavement. As the strain rate decreases, it is an asphalt mixture with better plastic deformation resistance. As can be seen in Figure 7, the asphalt mixture reinforced with waste toner has a small amount of deformation, which can be said to be an excellent mixture for plastic deformation.

도 8은 회복탄성계수 시험 결과를 도시한 그래프이다.
회복 탄성 계수는 5℃, 25℃, 40℃에서 측정하였으며 온도의 변화에 따라 회복탄성계수의 변화가 작은 혼합물이 아스팔트 포장 재료로서 우수한 혼합물이라고 할 수 있다. 폐토너 첨가량에 관계없이 온도민감성에 거의 비슷한 결과를 나타냈다. 그러나 이 중에서도 온도변화에 따라 폐토너의 첨가율이 15 중량퍼센트일 때 회복탄성계수가 높아 온도민감성에 우수한 포장체라고 볼 수 있다.8 is a graph showing the recovery modulus test results.
The recovery modulus was measured at 5 ° C, 25 ° C, and 40 ° C, and the mixture with small change in recovery modulus of elasticity according to the change of temperature can be said to be an excellent mixture for asphalt pavement. Regardless of the amount of waste toner added, the result was almost similar to the temperature sensitivity. However, among these, it can be said that the package having excellent recovery sensitivity has a high elastic modulus of elasticity when the addition rate of the waste toner is 15% by weight.

도 9는 수분민감도 시험 결과를 도시한 그래프이다.
수분민감도 시험은 아스팔트 혼합물의 수분민감도를 평가하는 시험으로서 동결융해시킨 조절시료의 간접인장강도를 관리시료의 간접인장강도로 나눈 비로서 표시하며 시방규정은 0.7이상이다. 도 7에서 보는 바와 같이 일반 아스팔트 혼합물은 시방규정이하이나 폐토너의 첨가율이 5∼15 중량퍼센트인 아스팔트 혼합물은 폐토너를 첨가하지 않은 일반 아스팔트 혼합물에 비하여 수분에 대한 저항성이 약 2배 정도 높은 것으로 나타나서 폐토너의 첨가가 아스팔트 혼합물의 내구성 향상에 크게 공헌하고 있다는 것을 알 수 있다.9 is a graph showing the moisture sensitivity test results.
Moisture sensitivity test is a test for evaluating the moisture sensitivity of asphalt mixture. The indirect tensile strength of the frozen and thawed control sample is divided by the indirect tensile strength of the control sample, and the specification is 0.7 or more. As shown in FIG. 7, the general asphalt mixture is less than the specification, but the asphalt mixture having the waste toner addition rate of 5 to 15% by weight is about 2 times higher in water resistance than the general asphalt mixture without the waste toner. It can be seen that the addition of waste toner contributes greatly to the durability improvement of the asphalt mixture.

상술한 바와 같이, 본 발명의 아스팔트 개질재로서 폐토너를 활용하여, 일반 아스팔트에 비하여 성능이 현저하게 개량된 아스팔트 바인더를 제공함으로써 아스팔트 혼합물의 공용수명을 연장시킬 수 있다. 또한 본 발명은 국내에서 발생하는 폐토너를 재활용함으로써 폐토너의 소각 및 매립비용 삭감과 이에 따른 대기 및 토양오염도 방지할 수 있는 효과를 가져온다.As described above, by utilizing the waste toner as the asphalt modifier of the present invention, it is possible to extend the service life of the asphalt mixture by providing an asphalt binder with remarkably improved performance compared to general asphalt. In addition, the present invention is to recycle the waste toner generated in the country to reduce the incineration and landfill costs of the waste toner and thereby to prevent the air and soil pollution.

Claims

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An asphalt binder comprising 85 to 89 weight percent asphalt binder and 11 to 15 weight percent waste toner as a modifier, wherein the asphalt binder is AP-3 and AP-5.

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