상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배수성 포장용 바인더의 제조방법 은,
배수성 포장용 바인더의 제조방법에 있어서,
아스팔트를 190∼220℃의 온도로 예열하는 단계(S1)와,
상기 예열된 아스팔트를 혼합탱크에 투입하는 단계(S2)와,
폐타이어를 0.075∼2.0mm로 분쇄하는 단계(S3)와,
상기 분쇄된 폐타이어분말과 스티렌부타디엔스티렌을 일정비로 혼합하여 개질제를 준비하는 단계(S5)와,
상기 예열된 아스팔트 83∼87중량%에 상기 준비된 개질제 13∼17중량%를 혼합하는 단계(S6)와,
상기 개질제가 혼합된 아스팔트를 일정시간 숙성하는 단계(S7)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 스티렌부타디엔스티렌을 준비하는 단계(S4) 후, 스티렌부타디엔스티렌을 분쇄하는 단계(S41)를 추가로 포함하되, 상기 스티렌부타디엔스티렌의 분쇄입도는 1.0∼1.5
인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 숙성단계(S7)시 숙성온도는 150∼175℃이고, 숙성시간은 2∼5시간인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 개질제 준비단계(S5)시 분쇄된 폐타이어와 스티렌부타디엔스티렌의 혼합비는 100: 23∼46 인 것을 특징으로 한다.
또한 개질제 준비단계(S5) 후, 상기 준비된 개질제를 상기 아스팔트를 예열(S1)할 시 발생되는 폐열을 이용하여 간접가열 건조하는 단계(S51)를 추가로 포함 하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명을 도면을 참조하여 자세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 배수성 포장용 바인더의 제조공정도로서, 아스팔트 예열(S1), 아스팔트 혼합탱크에 투입(S2), 폐타이어 분쇄(S3), 스티렌부타디엔스티렌 준비(S4), 폐타이어분말과 스티렌부타디엔스티렌(SBS) 혼합, 개질제 준비(S5), 아스팔트에 개질제 혼합(S6) 및 개질제가 혼합된 아스팔트 숙성단계(S7)로 된다.
먼저, 아스팔트를 예열(S1)한다. 이 때 예열온도가 190℃ 미만이면 개질제와 혼합시 물리적 반응이 일어나기 어렵고 220℃를 초과하면 아스팔트의 물성이 변화되고 비효율적이므로, 예열온도를 190∼220℃로 한다.
아스팔트를 예열(S1)한 후, 예열된 아스팔트를 혼합탱크에 투입(S2)한다.
예열된 아스팔트를 혼합탱크에 투입(S2)한 후, 개질제 중 하나인 폐타이어를 분쇄(S3)하되, 폐타이어 분말의 입도가 0.075mm 미만이면 분쇄시 어려움이 발생되어 비효율적이고 2.0mm를 초과하면 입자가 굵어 아스팔트와 물리 화학적인 반응이 느리기 때문에 숙성이 제대로 이루어지지 않으며 탄성과 연화점이 떨어져 품질이 저하되므로, 폐타이어 분말의 입도를 0.075∼2.0mm로 분쇄(S3)한다. 이 때 상기 폐 타이어는 개질제로서 아스팔트의 저온과 고온에서의 탄성과 연화점을 우수하게 하는 역할을 한다.
폐타이어 분말이 준비(S3)되면, 또 다른 개질제인 스티렌부타디엔스티렌(SBS)을 준비(S4)한다. 이 때 상기 스티렌부타디엔스티렌은 개질제로서 아스팔트의 저온에서 접착력을 개선시켜 주는 것은 물론, 아스팔트의 연화점을 높여주어 고온에서도 변형이 일어나지 않도록 하는 역할을 한다.
상기 각각의 폐타이어분말과 스티렌부타디엔스티렌이 준비(S3)(S4)되면, 상기 분쇄된 폐타이어분말과 스티렌부타디엔스티렌을 일정비로 혼합하여 개질제를 준비(S5)한다.
이 때 상기 폐타이어분말과 스티렌부타디엔스티렌의 혼합비는 100: 23∼46으로 하는 바, 그 이유는 폐타이어분말과 스티렌부타디엔스티렌의 혼합비가 100:23 미만이면 스티렌부타디엔스티렌의 저온물성 개선효과가 미미하게 되고, 100:46을 초과하게 되면 숙성시간이 길어지게 되고 점도가 고점도가 되기 때문에 생산성이 떨어지므로 경제적으로 효율적이지 못하게 되기 때문이다.
개질제가 준비(S5)되면, 상기 예열된 아스팔트 83∼87중량%에 상기 준비된 개질제 13∼17중량%를 혼합(S6)한다. 이 때 상기 개질제의 배합비가 13중량% 미만이면 탄성, 저온물성 등의 아스팔트 물성이 개선되는 효과가 미미하게 되고 17중량 %를 초과하게 되면 과량이되어 아스팔트와 개질제가 충분한 물리적 반응을 하기 위해서는 많은 시간이 소요되기 때문에 경제적이지 못한 문제점이 발생하므로, 그 배합비를 예열된 아스팔트 83∼87중량%에 개질제 13∼17중량%로 한다.
개질제가 혼합(S6)되면 상기 개질제가 혼합된 아스팔트를 일정시간 숙성(S7)한다. 이 때 숙성조건은 150∼175℃의 온도에서 2∼5시간 숙성하는 바, 상기 숙성온도가 150℃ 미만이면 폐타이어분말의 팽창(swelling)이 어려워 물리적 반응이 충분히 일어나지 않고 175℃를 초과하면 스티렌부타디엔스티렌의 물성이 변화될 수 있으며, 숙성시간이 2시간 미만이면 스티렌부타디엔스티렌이 충분히 녹지 않고 5시간을 초과하면 과다한 시간이 소요되어 경제적이지 못한 문제점이 있으므로, 150∼175℃에서 2∼5시간 숙성한다.
상기한 숙성(S7) 공정을 통하여, 폐타이어분말이 아스팔트 성분 중 아로마 오일(Aromatic oil)을 흡수하여 고점도가 되도록 함과 동시에, 겔(Gel) 상태의 배수성 포장용 바인더를 제조할 수 있도록 하는 것이며, 스티렌부타디엔스티렌 역시 충분히 녹아 아스팔트와 혼합되게 되는 것이다.
추가적으로, 본 발명에서 아스팔트 개질제로서 폐타이어를 이용하는 것은, 버려진 폐타이어를 수거하여 원재료로 효율적으로 재활용함으로써, 자원 재활용은 물론 폐기물 재활용을 할 수 있도록 하는 것이므로, 폐타이어를 대신하여 천연고무 나 일반 합성고무를 이용할 수 있음은 물론이며, 폐타이어와 별도의 고무를 혼합하여 사용할 수도 있는 것이다.
또한 추가적으로 스티렌부타디엔스티렌 준비단계(S4) 후, 스티렌부타디엔스티렌 분쇄단계(41)를 포함할 수도 있는 것으로, 스티렌부타디엔스티렌 분쇄단계(S41)는 스티렌부타디엔스티렌을 일정한 입도로 분쇄하여 아스팔트와의 혼합 및 반응이 용이하게 하는 것으로, 스티렌부타디엔스티렌의 입도가 1.5
보다 크면 혼합이 용이하지 않고 숙성시간이 길어지며 1.0
보다 작으면 비중이 작기 때문에 혼합시 많은 분진들이 대기중으로 날라가는 문제가 있으므로, 1.0∼1.5
의 입도로 하는 것이 바람직하다.
또한 추가적으로 개질제 준비단계(S5) 후, 개질제 간접가열 건조단계(S51)를 포함할 수도 있는 것으로, 개질제 간접가열 건조단계(S51)는 폐타이어분말과 SBS를 직접가열하면 탄화되어 배수성 포장용 바인더의 성질을 나타낼 수 없으므로 간접가열방식에 의해 폐타이어분말 및 SBS의 습기를 제거하고, 이와 동시에 폐타이어 분말 및 SBS의 온도를 높여 아스팔트와의 혼합, 교반 및 용융을 용이하게 하는 것이다.
상기 간접가열시에는 별도의 가열수단을 이용하지 않고, 아스팔트를 가열할 시 발생되었던 폐열을 이용하기 위하여 개질제를 혼합탱크로 일정량씩 투입하면 아 스팔트의 열기에 의해 개질제에 포함된 수분이 증발될 수 있는 것이다.
상기 스티렌부타디엔스티렌 분쇄단계(41)와 개질제 간접가열 건조단계(S51)는 선택적으로 포함시켜 배수성 포장용 바인더를 제조하도록 한다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
(실시예)
하기 표 1과 같은 배합비로 실험을 실시하였다. 이 때 하기 실시예 1, 2, 3 및 비교예 1, 2, 3은 아스팔트(AP-5)를 200℃로 가열하여 개질제를 넣은 다음 175℃에서 1.5hr 동안 숙성시켰다. 또한 하기 표 1의 배합비를 제외한 모든 조건은 동일하게 처리하였다. 그리고 비교예로서 연화점이 120℃인 C9계 석유수지(P-120)와 연화점이 120℃인 수첨계 수지(SU-120)를 각각 사용하였다.
긱 실시예 및 비교예의 배합비(중량%)
구분 |
아스팔트 |
개질제 |
폐타이어 |
SBS |
P-120 |
SU-120 |
실시예1 |
84 |
13 |
3 |
- |
- |
실시예2 |
84 |
11 |
5 |
- |
- |
실시예3 |
84 |
9 |
7 |
- |
- |
비교예1 |
90 |
- |
- |
10 |
- |
비교예2 |
90 |
- |
- |
|
10 |
비교예3 |
90 |
- |
10 |
- |
- |
상기와 같은 각 실시예와 비교예들의 물성을 시험한 결과는 하기 표 2와 같이 나타났다.
각 실시예 및 비교예 물성 시험 결과
검사항목
|
기준 |
실시예1 |
실시예2 |
실시예3 |
비교예1 |
비교예2 |
비교예3 |
점도(175℃) |
- |
3100 |
3000 |
3500 |
150∼200 |
150∼200 |
2500 |
침입도 (100g, 5s, 0.1mm) |
25℃ |
40이상
|
47.6 |
36.9 |
34.2 |
27.7 |
43.6 |
33.6 |
연화점(℃) |
70이상 |
63 |
67.5 |
89 |
55 |
52 |
85.5 |
탄성회복율(%) |
|
29.25 |
- |
- |
- |
- |
- |
신도(Cm) |
4℃ |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
15℃ |
50이상 |
32 |
45 |
64 |
- |
- |
- |
상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예 1, 2는 점도도 낮으며 침입도나 연화점이 비교예 3 보다 떨어짐을 알 수 있어, P-120, SU-120이 배수성 포장용 바인더(높은 점도와 높은 연화점을 필요로 함)로는 적합하지 않으며, 비교예 3의 배수성포장에 적용가능성이 높음을 확인할 수 있어, 본 발명에서 SBS를 선택하게 되었다.
또한 SBS를 선택하여 실험한 실시예 1,2,3에서는, 연화점(80℃이상)을 보아서는 실시예 3과 같은 배합비가 바람직하다고 판단되나 숙성시간이 짧은 관계로 SBS가 거의 녹지 않고 아스팔트 표면위를 떠다니는 현상이 나타났기 때문에 숙성시간을 늘려야 함에 따라, 경제적 부담이 있었다.
상기한 실험을 통하여 SBS의 함량을 결정하기 어려워 다음과 같이 SBS의 함량에 따른 혼합비교 실험을 재실시하였으며, SBS가 잘 녹지 않아 숙성시간을 24시간까지 시행하였다. 기타조건은 모두 상기 실시예들과 동일하게 시행하였다.
그 배합비와 물성 시험 결과는 하기 표 3, 4, 5, 6과 같다.(상기 실시예 1, 2와 동일한 시료를 실시예 4, 6으로 다시 한번 측정함.)
각 실시예의 배합비(중량%)
구분 |
아스팔트 |
폐타이어 |
SBS |
실시예4 |
84 |
13 |
3 |
실시예5 |
84 |
12 |
4 |
실시예6 |
84 |
11 |
5 |
실시예 4의 물성 시험 결과
검사항목
|
기준 |
숙성시간 |
45min |
1.5hr |
2hr |
3hr |
6hr |
24hr |
점도(175℃) |
- |
2500 |
3000 |
2800 |
2800 |
3100 |
3000 |
침입도(100g, 5s, 0.1mm) |
25℃ |
40이상 |
- |
45.4 |
43.5 |
38.7 |
43.6 |
37.5 |
연화점(℃) |
70이상 |
- |
64 |
- |
65 |
72 |
86 |
탄성회복율(%) |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
신도(Cm) |
4℃ |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
15℃ |
50이상 |
- |
31 |
33 |
35 |
- |
- |
실시예 5의 물성 시험 결과
검사항목
|
기준 |
숙성시간 |
45min |
1.5hr |
2hr |
3hr |
6hr |
24hr |
점도(175℃) |
- |
2300 |
2700 |
3600 |
3800 |
3900 |
3400 |
침입도(100g, 5s, 0.1mm) |
25℃ |
40이상 |
- |
42.9 |
34.9 |
38.7 |
41.2 |
34.7 |
연화점(℃) |
70이상 |
- |
65 |
- |
71 |
86 |
92 |
탄성회복율(%) |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
신도(Cm) |
4℃ |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
15℃ |
50이상 |
- |
41 |
44 |
50 |
- |
- |
실시예 6의 물성 시험 결과
검사항목
|
기준 |
숙성시간 |
45min |
1.5hr |
2hr |
3hr |
6hr |
24hr |
점도(175℃) |
- |
2200 |
3000 |
3400 |
3500 |
3800 |
4100 |
침입도(100g, 5s, 0.1mm) |
25℃ |
40이상 |
- |
33.4 |
37.2 |
39.8 |
37.6 |
37.7 |
연화점(℃) |
70이상 |
- |
66 |
- |
83.5 |
92 |
94 |
탄성회복율(%) |
- |
- |
35.25 |
36.25 |
- |
- |
- |
신도(Cm) |
4℃ |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
15℃ |
50이상 |
- |
44 |
48 |
54 |
- |
- |
상기 표 4, 5, 6에서 알 수 있는 바와 같이, 숙성시간이 길수록 점도와 연화점이 약간씩 증가하는 것을 알 수 있었고, 연화점을 보아 실시예 4는 24시간 정도 실시예 5는 6시간 정도 실시예 6은 3시간 정도의 숙성시간이 요구됨을 알 수 있었으며, 현재 폐타이어분말은 약 45분 정도의 숙성시간이 요구됨에 따라 숙성시간을 단축시켜야 생산성을 좋게 할 수 있으므로, 실시예 6의 배합비가 좀더 경제적임을 알 수 있었다.
하기 표 7은 실시예 6과 동일한 조건으로 SBS의 입도만을 1.5
으로 조절하여 실시한 실시예 7의 물성 시험 측정 결과이다.
실시예 7의 물성 시험 측정 결과
검사항목
|
기준 |
숙성시간 |
45min |
1hr |
1.5hr |
2hr |
2.5hr |
3hr |
점도(175℃) |
|
2500 |
3000 |
3500 |
4200 |
4000 |
4000 |
침입도(100g, 5s, 0.1mm) |
25℃ |
40이상 |
- |
36 |
- |
35.5 |
- |
37.2 |
연화점(℃) |
70이상 |
- |
66 |
- |
85 |
- |
87 |
탄성회복율(%) |
- |
- |
39 |
- |
39.5 |
- |
38.25 |
신도(cm) |
4℃ |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
15℃ |
50이상 |
- |
43 |
- |
56 |
- |
60 |
상기한 표 7에서 미루어보아 SBS의 입도를 1.5
으로 했을 경우, 숙성시간을 약 1시간 정도 단축시킬 수 있음을 확인하였다. 그러나 배수성 바인더의 규격 중 침입도가 떨어지는 것으로 확인되어 폐타이어분말과 SBS의 함량을 조금 줄여 시험을 재실시하였다.
실시예 8의 배합비(중량%)
구분 |
아스팔트 |
폐타이어분말 |
SBS |
실시예8 |
85.5 |
10 |
4.5 |
실시예 8의 물성시험 결과
검사항목
|
기준 |
숙성시간 |
1hr |
1.5hr |
2hr |
2.5hr |
점도(175℃) |
|
3800 |
3500 |
3500 |
3500 |
침입도(100g, 5s, 0.1mm) |
25℃ |
40이상 |
46 |
44 |
44 |
42 |
연화점(℃) |
70이상 |
66 |
70 |
81 |
84 |
탄성회복율(%) |
- |
38 |
- |
38 |
- |
신도(cm) |
4℃ |
- |
- |
- |
- |
- |
15℃ |
50이상 |
48 |
52 |
56 |
- |
상기 실시예8을 실시한 결과, 숙성시간 1.5∼2hr이 기준에 적합한 바인더를 생산하기에 용이한 것을 알 수 있었다.
이상에서와 같이 본 발명을 비록 상기의 실시예에 한하여 설명하였지만 반드시 여기에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.