KR100700078B1 - 복합기능을 가진 비투멘 개질제 조성물과 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비투멘포장에 발생하는 여름철의 소성변형문제와 겨울철의 각종 균열문제를 동시에 해소하기 위한 비투멘(bitumen) 개질제(modifier) 조성물과 개질제 제조방법에 관한 것으로, 고온성능 고분자와 저온성능 고분자를 화학적 반응에 의해 균일한 재료로 만드는 기술적 특징을 지닌다.
본 발명의 개질제 조성물로는 고온성능을 향상시키는 (폐 또는 재생 ) 발포 고분자수지 군과 (폐, 재생 또는 신재의)열가소성 고분자 군의 전체 구성요소중 하나 이상을 1～300 중량부, 저온성능을 향상시키며 이중결합을 가진 (폐, 재생 또는 신재의)탄성체 군 중 하나 이상을 1～300 중량부, (폐, 재생 또는 신재의)가소제 군 중 하나 이상을 1～300 중량부 포함하는 것을 특징으로 하며, 경우에 따라 충진제(filler) 1 내지 1500 중량부, 혹은 화학반응제 1 내지 100중량부를 추가적으로 포함시키 수 있으며, 개질제 제조방법으로는 상기 조성물을 가압 하에 강력전단을 수행하는 혼합기계(반바리믹서, 가압 니-더, 혹은 콤파운딩 스크류 압출기)에 넣고 90～200℃에서 3～90분 동안 혼합하면서 균일물질로 만든 후, 압출다이를 통해 입상을 만들고 PE백을 포함하는 각종백에 포장하는 것을 특징으로 하며,
상기 조성물로 제조된 개질제는 화학적 구성요소와 첨가함량에 따라 모든 종류의 개질아스콘을 제조하는 것이 가능함으로 일반개질 비투멘포장, 배수성 비투멘포장, 내유동성 비투멘포장, 한냉지 비투멘포장, 교면 비투멘포장 등의 표층 및 기층시공에 요긴하게 사용할 수 있다.
비투멘 개질제, 개질제 조성물, 고온 및 저온성능 고분자수지, 고온 가압 전단혼합, 압출기에 의한 입상제조, 등.
Description
본 발명은 비투멘에 개질제를 혼합하여 도로포장에 적용함으로서 포장의 공용성향상과 포장수명을 연장하고자 하는 기술 분야에 속한다. 기술적 특징으로는 여름철은 덥고 겨울철은 추운 지역의 비투멘포장에 발생하는 고온 소성변형 문제와 저온의 각종 균열문제를 동시에 감소시키는 개질제 조성물과 개질제 제조방법에 관한 것이다.
더욱 구체적으로는 비투멘포장의 고온성능(소성변형 저항성)을 향상시키는 (폐 또는 재생)발포고분자수지 군과 (폐, 재생 또는 신재)열가소성수지 군의 구성요소 중 하나 이상과, 저온성능(각종 균열 저항성)을 향상시키는 이중결합을 가진 (폐, 재생 또는 신재) 탄성체 군 중 하나 이상과, 첨가제의 융점과 점도를 저하시키며 비투멘과의 친화력을 향상시키는 (폐, 재생 또는 신재)가소제 군 중 하나 이상을 각기 적정량 혼합하여, 복합기능을 가진 비투멘 개질제의 조성물을 구성한다. 상기 조성물의 구성 재료는 폐 재료를 사용하는 것을 원칙으로 하나 구하기 힘든 경우에는 재생재료를, 그것도 없으면 신재를 사용하는 것이 원가절약, 폐기물 재활 용 및 다량사용에 의한 물성향상 차원에서 적극 권장된다.
상기 조성물을 콤파운딩 기계(반바리 믹서, 가압니더, 싱글 또는 트윈 스크류 압출기)에 넣고 고온 가압 하에 격렬한 전단혼합에 의한 반응을 일으켜 균일재료를 만들고, 압출기의 압출다이를 통과시켜 입상으로 제조하고, 냉각 및 건조 후 저장한다. 이를 일정량 씩 PE백을 포함하는 각종 백에 포장하여 최종 개질제 제품으로 생산하는 것이 본 발명의 비투멘 개질제 제조기술의 특징이다.
종래의 대부분 개질 비투멘은 고가인 신재 고분자수지나 열가소성 탄성체를 비투멘과 혼합하여 개질 비투멘 제조에 주로 사용함으로서 고비용으로 인하여 이들 재료의 사용량에 제한을 받아왔다. 이로 인해 비교적 소량(대개 비투멘 양의 3-8 중량％)을 첨가함으로서 어느 정도의 물성향상만을 성취할 수밖에 없었다. 예를 들면 대한민국 특허공보 특1999-0079717와 특2003-0046053에 의하면 주 고분자수지로서 비교적 고가인 SBS수지를, 특1997-0070122에 의하면 LDPE를, 특2003-0039343에 의하면 폐 타이어분말을, 특2002-0034496에 의하면 SBR라텍스를 각기 사용하고 있다.
자원재활용과 원가절감 차원에서 폐 고분자수지를 사용하는 기술에 대한 특허가 이미 여러 편 출원되어 있다. 예를 들면, 대한민국 특허공부 특2001-0044036에 의하면 아스콘을 만드는 과정에서 폐 플래스틱을 분쇄하여 골재의 일부로 사용하거나, 특 0122302에 의하면 오물이 묻은 융점이 낮은 다수의 폐고분자수지를 수거하고 세척하여 작은 입자를 만들고 이를 가열, 용융하여 비투멘과 혼합하거나, 특 1990-0003887에 의하면 선별 분리된 재생 불가능한 폐 고분자수지를 비투멘과 중유와 촉매를 사용하여 용융 혼합시켜 개질 비투멘을 제조하거나 하고 있다. 상기 발명의 폐수지는 대부분 열가소성 폐수지(LDPE, HDPE, PP, 등)로서, 탄성에 의한 저온성능의 보완이 전혀 고려되지 않아 바람직한 포장 물성을 나타낼 수 없는 단점이 제기된다. 즉, 이들 특허의 대부분은 폐기된 수지를 재활용한다는 차원이지, 포장의 공용성문제(소성변형, 각종 균열, 등)를 해결하기 위한 저렴한 기능성 재료로서의 용도로 고려되지 않고 있다.
또한 종래의 대부분 개질 비투멘은 한 종류의 주 고분자나 혹은 고무를 비투멘에 첨가하고 그 외에 다른 보조제를 추가하는 형태를 취한다. 이러한 개질 비투멘은 첨가되는 고분자수지의 특성에 따라 고온성질이 향상되거나(특1997-0070122) 혹은 저온 성질이 향상되는(특1999-0079717, 특2003-0046053, 특2003-0039343, 특2002-0034496) 편향된 물성을 보인다. 그러나 여름철에는 덥고 겨울철에는 추운 기후조건을 동시에 만족시켜야 하는 지역의 비투멘포장에는 상기 개질 비투멘이 적합하지 못하여 포장문제를 조기에 발생시키곤 한다.
또한 개질 비투멘을 제조하는 방법으로서는 사전배합방식(pre-mix type)(특1999-0079717)과 현장배합방식(plant-mix type)(특1999-0007510)이 있는 데, 사전배합방식은 비투멘과 고분자수지(혹은 고무)를 비투멘 생산 공장의 혼합탱크에서 미리 잘 혼합하고 반응시켜 개질 비투멘을 만들고 탱크롤리로 아스콘공장에 운반하여 비투멘 저장탱크에 저장한다. 저장된 개질 비투멘은 펌프로 계량조에 운반하여 계량된 양을 분사장비를 통하여 퍼그-밀 혼합기내의 골재와 충진제에 분사시키고 45-50초간 강력하게 혼합하여 개질 아스콘을 제조한다.
이러한 사전배합방식의 문제점으로서는 제조된 개질 비투멘의 점도가 낮을 때는 별반 문제가 없으나, 점도가 매우 높아지면 탱크롤리로 운반하고 탱크롤리에서 아스콘공장의 저장탱크로 옮길 때, 저장탱크에서 계량조에 펌프로 이송시키거나 계량조에서 퍼그-밀 혼합기내에 분사할 때, 고점도로 인하여 거의 작동이 불가능하게 된다. 실제로 배수성 비투멘포장이나 내유동성 개질 비투멘포장에는 고점도 개질 비투멘을 필수적으로 사용하기 때문에 이러한 경우는 사전배합방식을 사용할 수가 없다.
또 다른 문제점은 탱크롤리로 운반하거나 아스콘공장의 저장탱크에 장시간 저장하는 동안에 개질고분자와 비투멘 간에 상분리가 일어난다는 점이다. 상분리가 발생하면 개질 비투멘의 기능을 발휘할 수 없다. 상기 사전배합방식을 사용하여 개질 비투멘을 생산하고 있는 대한민국 특허공보 특1999-0079717에 의하면 취급 및 수송의 어려움으로 인하여 고점도 제품은 피하고 주로 저점도 제품을 생산하고 있으며, 탱크롤리로 수송하거나 저장탱크에 장시간 저장할 때, 상분리가 일어남으로 이에 대한 각별한 주의를 요하고 있다.
이에 비하여 현장배합방식은 비투멘에 혼합할 개질제를 별도로 생산하여 아스콘공장에 운반하고 퍼그-밀의 혼합기내에서 골재, 충진제와 비투멘을 혼합할 때, 적정량의 개질제를 투입하여 함께 혼합하는 방식을 취한다. 이 방식은 운반과 취급이 용이한 장점이 있으나, 투입된 개질제가 짧은 혼합시간(45～50초) 내에 용융되어 비투멘과 균일하게 되고, 균일하게 된 개질 비투멘이 모든 골재와 충진재 표면을 골고루 피복시켜야 하는 조건이 동시에 충족되어야 한다.
상기 문제점을 해결하기 위한 기존의 현장배합방법(특1999-0007510)은 고분자 조성물이 극히 짧은 시간 내에 용융되도록 각 구성요소를 미세분말(1mm 이하)로 만들기 때문에 분말 화 공정이 추가될 뿐만 아니라, 분말로 된 각 구성성분을 단순히 섞어놓은 상태가 최종제품임으로 입자크기와 밀도차로 인해 각 구성요소 간에 발생하는 재료분리 문제를 피할 수 없다. 특1999-0007510에 의하면 폐타이어 분말과 석유수지분말을 단순히 적정비율이 되게 혼합하여 PE백에 담아 둔 상태이며, 이로 인해 국부적인 재료분리가 목격된다. 분말상태에서 재료분리가 일어나면 이들 분말이 짧은 혼합시간 내에 비투멘과 혼합되어 균일한 개질 비투멘이 되기가 어려우며, 이로 인해 골재와 충진제가 국부적으로 불균일한 재료로 피복이 되어, 아스팔트 포장에 발생하는 주요 문제점의 원인이 된다.
사전배합방식과 현장배합방식의 절충형태로서 현장배합방식에 사용할 개질제를 우선 생산하고, 사전배합방식과 같이 비투멘에 이 개질제를 적정양 첨가하고 잘 혼합하여 비투멘이이 첨가된 개질제을 만들 수 있다. 이러한 개질 비투멘은 비투멘 생산공장이나 아스콘공장에서 제조할 수 있다. 제조된 개질 비투멘은 배치타워의 퍼그밀 혼합기 내에서 골재와 혼합하여 개질 아스콘을 생산한다. 이 방법에서는 개질 비투멘이 만들어지고 난 후, 비투멘과 첨가제 간에 상분리가 일어나지 않도록 주의해야 한다. 상분리 방지목적을 위해서 다량의 충진제(filler)를 조성물에 포함시킬 수 있다.
본 발명은 앞서 기술한 기존 개질 비투멘의 여러 문제점 중 고가의 재료와 제한된 성능향상을 극복하고자 신재를 사용해야할 부득이한 경우를 제외하고는 가능한 한 저렴한 폐 발포 고분자수지나 폐 고분자수지를 사용한다. 동시에 그 사용 양은 가소제 양을 기준으로 신재의 경우 고비용으로 인해 3～8 중량％인 반면에 폐 재료를 사용하면 저가로 인해 3～30 중량％로 증가시킬 수 있다. 이렇게 하여 개질 비투멘의 물성향상과 산업폐기물 재활용 효과를 한꺼번에 달성한다. 본 발명에서는 스크랩이나 필름, 덩어리, 입자, 시트 형태의 수집폐기물 중, 본 발명의 조성물 구성요소에 해당하는 특정 수지만을 선별하여 사용한다. 이처럼 폐기물을 사용함으로서 경제적으로 저렴한 첨가제 제조가 가능하다. 또한 본 발명에서 처음으로 첨가제제조를 위해 채택한 반바리 혼합기나 가압 니-더 혼합기는 분말, 필름, 입자, 시-트, 덩어리, 스크랩 등의 모든 형태의 폐 재료를 받아들여 혼합하는 것이 가능함으로 폐 재료를 사용하기가 용이하다.
기온이 고온인 지역이나 한냉지역은 물론이고 더운 여름철과 추운 겨울철의 기온을 동시에 만족시키는 개질 비투멘을 개발하기 위해서는 고온성능을 향상시키는 재료와 저온성능을 향상시키는 재료를 함께 혼합시켜 균일재료로 만드는 기술이 요구된다. 여기서 고온성능을 향상시키는 재료란 유리변환점((-15)～(+10)℃)이 상대적으로 높은 열가소성 고분자수지를 말하며, 이러한 재료는 여름철 포장온도가 60℃ 이상이 되어도 쉽게 변형을 일으키지 않으며 통상 100℃이상이 되어야 비로소 고점도의 용융액체가 된다. 이처럼 고온(60℃)에서도 쉽게 변형을 일으키지 않는 재료가 비투멘과 균일하게 혼합되면 비투멘의 고온성능을 향상시켜 포장의 소성변형 저항성을 증진시킨다. 이러한 재료는 고온지역에 적당 하지만 유리변환 점이 높 기 때문에 0℃ 부근에서 딱딱해지면서 상당한 재료수축을 일으킨다. 이 때문에 저온에서 쉽게 균열을 발생시키는 문제점이 생긴다.
한편, 저온성능을 향상시키는 고분자란 이중결합을 가진 열가소성 탄성체나 고무로서, 일반적으로 유리변환온도가 (-20)～(-45)℃의 범위에 속함으로 영하의 온도에서도 딱딱해지지 않고 유연성을 유지한다. 이처럼 저온에서도 유연성을 가지는 재료는 각종 균열에 대한 저항성이 우수함으로 비투멘과 혼합되면 비투멘의 저온성능이 향상되므로 추운지역에 적당하지만 고온이 되면 점도가 낮아져서 쉽게 소성변형을 일으키는 문제점이 발생한다.
상기에서 지적한 바와 같이 대부분의 고분자는 저온성능을 향상시키거나 고온성능을 향상시키거나 하는 한 가지 성능향상만을 가져오며, 저온과 고온에서 모두 우수한 물성을 가진 고분자재료는 거의 존재하지 않는다. 따라서 저온과 고온의 각기 다른 성능의 고분자수지를 함께 혼합시켜 두 성능을 동시에 가진 단일 고분자수지를 제조하는 것이 본 발명의 핵심내용이며, 이를 위한 조성물의 구성요소가 처음으로 제공된다. 고온 가압 하에 강력전단혼합을 오랫동안 실시하면 조성물의 구성요소 간에 전단마찰에 의한 화학반응이 일어나 재료의 균일화가 달성된다. 이것이 본 발명의 개질제 제조방법의 특성이다.
화학반응이 일어나 균일재료가 되도록 조성물을 구성하는 것에 대한 일예를 간단히 살펴보자. 화학반응을 일으키기 위해서는 이중결합(-CH=CH-)을 가진 열가소성 탄성체나 고무가 조성물에 포함되어야 하며, 이중결합과 반응하기 위한 카복실산(-(C=O)OH)이나 카보닐구룹(-C=O) 화합물도 조성물에 포함되어 있어야 한다. 즉, 상기 재료가 조성물에 함께 존재할 때, 고온 가압 하의 강력전단혼합은 이중결합을 열게 하고 여기에 카복실산이나 카보닐구룹을 가진 화합물이 결합되는 반응이 가능해진다. 유기지방산이나 EVA 중의 vinylacetate 가 이중결합 반응에 참여할 수 있다. 공중합체인 EVA의 vinylacetate 부분이 이중결합을 가진 열가소성 탄성체와 반응하는 한편, EVA의 ethylene 부분은 열가소성 고분자인 PE와 서로 친화력이 있으며, PE는 비투멘 중의 왁스성분과 친화력이 있고, 여기에 비투멘과 친화력도 있고 융점도 저하시키는 전분을 추가시킴으로서 전체가 균일한 물질을 형성하는 조성물을 구성할 수 있다. 따라서 상기 예에서 열가소성 고분자인 PE와 EVA (고온성능향상), 이중결합을 가진 열가소성 탄성체인 SBS와 SBR (저온성능향상), 가소제인 비투멘, 전분, 유기 지방산 (융점저하와 친화력)등이 조성물의 구성요소가 될 수 있다. 상기 반응에서 이중결합을 빨리 열어서 반응시간을 더욱 단축시키기 원한다면 유기과산화물을 포함한 화학반응조제를 조성물에 첨가하여 반응을 더욱 신속히 유도할 수도 있다. 마찰력을 더욱 증진시켜 균일한 혼합을 유도하기 위하여 다량의 충진제(filler)를 첨가할 수도 있다.
본 발명에서 화학반응을 일으켜 균일물질을 제조하기 위해서는 고온 가압하에서 강력한 전단혼합을 제공해야 하며 이러한 조건을 제공하는 장비가 본 발명의 개질제 제조에 필수적이다. 고분자재료나 고무의 배합에 사용되는 콤파운딩 장비, 즉, 반바리 혼합기, 가압 니-더 혼합기, 싱글 혹은 트윈 스크류 압출기가 상기 요구조건을 충족시킴으로 본 발명에서는 이러한 장비를 비투멘 개질제 제조에 도입하여 처음으로 사용한다. 상기 장비에 의해 제조된 개질제는 조성물의 모든 구성요소 가 서로 결합되어 하나의 균일물질을 형성하는 데 반하여, 기존의 개질제는 조성물의 각 구성요소가 분말 화 되어 제 각각 단순히 섞여 있는 상태임으로 기존의 개질제와 본 발명에 의한 개질제 사이에는 상당한 차이점이 있다. 즉, 기존의 개질제에 발생하는 구성요소 간의 균일성 상실이 최종 도로포장의 심각한 문제가 될 수 있음을 상기할 필요가 있다.
한편 현장배합방식의 또 다른 문제점은 첨가제가 순식간에 용융되어 비투멘과 적절하게 혼합되어 균일재료를 형성할 수 있을 것인 가하는 의문이다. 기존 방법은 조성물의 각 구성요소를 제각기 따로 미세분말로 만들고, 분말상태에서 단순히 섞음으로서 상기 문제점을 해결하려 한다. 입자가 작을수록 용융이 쉽게 일어나기 때문이다. 그러나 미분말을 혼합챔버에 투입시, 낙하하지 않고 공기중에 부유하거나 골재와의 비중차이로 인하여 균일한 혼합이 어려운 문제점이 발생한다. 이와는 달리 본 발명에서는 개질제의 융점과 점도를 낮추어 개질제가 쉽게 용융됨과 동시에 비투멘과 잘 혼합되도록 적정량의 가소제를 조성물에 첨가하고, 또한 다량의 충진제를 투입한다. 개질제가 충진제를 골고루 피복하여 비중이 커짐으로 낙하문제나 불균일 혼합문제는 저절로 해결된다. 또한 혼합시에 충진제가 이미 피복되어 있는 상태이므로 짧은 시간내에 혼합이 용이해 진다. 상기 조성물을 개질제 제조 공정을 거쳐서 단일물질로 만들고, 이를 미세입자로 세분화함으로서 상기 문제점을 해결하고자 한다. 이 방법도 충분하지 않다고 판단될 경우에는 미세입자를 더욱 작은 미분으로 가공하여 문제를 해결할 수 있다. 상기 목적에 사용되는 본 발명의 가소제는 일반적으로 고분자와 비교하여 분자량이 상대적으로 작고 점도가 낮으며 비 투멘과의 친화력이 우수한 것이어야 소기의 목적을 달성할 수 있다. 본 발명에서는 비투멘도 가소제로 분류되어 있으며, 실제로 비투멘을 가소제의 일부로 사용함으로서, 개질제 중에 포함된 비투멘 가소제로 인하여 개질제가 비투멘과 혼합될 때 친화력 향상을 도모하고 있다.
본 발명에 따른 1 내지 300 중량부의 고분자 수지와, 1 내지 300 중량부의 열가소성 탄성체와, 1 내지 300 중량부의 가소제가 혼합된 복합 기능을 가진 비투멘 개질제 조성물을 제공한다.
상기 고분자 수지는 (폐 또는 재생)발포 고분자수지 군과 (폐, 재생 또는 신재)열가소성 고분자수지 군의 전체 구성요소 중 하나 이상을 사용하되, 사용비율은 전체가 100일 때 한개일 경우는 100, 두개일 경우는 1～99: 1～99 그리고 세개일 경우는 1～98: 1～98: 1～98인 것이 바람직하다.
상기의 발포 고분자수지 군은 파쇄입자, 스크랩, 시트, 덩어리 형태의 발포물로서 LDPE(Low Density Polyethylene), HDPE(High Density Polyethylene), EVA(Ethylenevinylacetate), SBR(Styrenebutadiene Rubber), SBS(Styrenebutadienestyrene), PE+EVA 수지혼합물, EVA+SBR 수지혼합물, EVA+SBS 수지혼합물, PE+EVA+SBR 수지혼합물 및 PE+EVA+SBS 수지혼합물 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이 효과적이다.
그리고, 열가소성 고분자 군은 미세분말, 입상, 펠렛, 필름, 시트, 덩어리 형태의 LDPE, HDPE, LLDPE(Linear Low Density Polyethylene), APP(Atactic Polypropylene), PS(Polystyrene), HIPS(High Impact Polystyrene), EVA, ABS(Acrylonitril Butadiene Styrene), CMC(Carboxymethylcellulose), PVA(Polyvinylacetate), PVC(Polyvinylchloride), 폴리뷰텐(Polybuten), Ethylene Bis-Stearamide(Bisamide wax), Elvaloy 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이 효과적이다.
상술한 탄성체는 이중결합을 가진 (폐, 재생 또는 신재)탄성체 군의 구성요소 중 하나 이상을 사용하되, 사용비율은 전체가 100일 때 한개일 경우는 100, 두개일 경우는 1～99: 1～99 그리고 세개일 경우는 1～98: 1～98: 1～98인 것이 바람직하다.
상기의 이중결합을 가진 탄성체 군은 미세분말, 입상(particle), 펠렛(pellet), 시트(sheet), 덩어리(lump) 형태의 모든 종류의 열가소성 탄성체(thermoplastic elastomer) 및 고무(rubber)를 말하며, SBR, SBS, SEBS(Styrene-ethylene-butadiene-styrene), SIS(Styrene-isoprene-styrene), ABR 고무(Acrylonitrile-butadiene Rubber), BR 고무 (Polybutadiene Rubber), SBR 라텍스(Latex), Polychloroprene 고무, NBR(Nitrile Butadiene Rubber) 고무, Butyl 고무, EPDM(Ethylene-Propylene-Diene-Monomer) 고무, Isoprene 고무, 천연고무, 타이어고무, 폴리우레탄(Polyurethane) 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이 효과적이다.
상술한 상기 가소재는 (폐, 재생 또는 신재)가소제 군의 구성요소 중 하나 이상을 사용하되, 사용비율은 전체가 100일 때 한개일 경우는 100, 두개일 경우는 1～99: 1～99 그리고 세개일 경우는 1～98: 1～98: 1～98인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 가소제 군은 각종 식물유(콩기름, 옥수수기름, 참기름, 들깨기름, 면실유, 등), 각종 동물유(소기름, 돼지기름, 개기름, 각종 생선 기름, 등), 각종 동식물유(각종 식물유와 각종 동물유의 혼합유), 각종 유기산(아디픽산, 퓨마릭산, 수산, (무수) 말레인산, (무수) 테레프탈산, 스테아린산, 올레인산, 팔미틱산 등), 하이드로카본계 오일, DBP(Dibutylphthalate), DOP(Dioctyiphthalate), PPA(Polypropyleneadipate), 소나무 타르, 저분자량 PE(Polyethylene), 저분자량 PP(Polypropylene), 송진(rosin), 송진염, 파라핀왁스, 미세결정왁스(Microcrystalline wax), 방향족오일(Aromatic oil), 중유, 지방족(Aliphatic) 석유수지, 방향족(Aromatic) 석유수지(Petroleum Resin), 전분, 일반 스트레이트 비투멘, 유황 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
상술한 상기 가소제 100 중량부에 대해 1 내지 30 중량부의 화학반응조제를 더 추가하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 화학 반응 조제는 반응개시제, 반응촉진제 및 분자체인 절단방지제의 조합으로서 그 비율은 각각 1 : 1～10 : 1～10로 구성되며, 상기 반응개시제란 DCP(Dicumyl peroxide), DBP(Dibenzoyl peroxide), MEKP(Methyl-ethyl-ketone Peroxide), t-Butylperoxy Benzoate, Di-2-ethyl hexyl peroxy neodecanoate, t-Butylperoxy Pivalate, Di-isopropylperoxy dicarbonate, bis(2,4-dichlorobenzoyl) peroxide, 1,1-bis(t-butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexane, 2,5-dimethyl-2,5-bis(t-butylperoxy)hexane, t- Butylperoxy neodecanoate, t-Butylperoxy-2-ethylhexanoate, Di-3-methoxybutylperoxy dicarbonate, Di-3,5,5-trimethylhexanonyl peroxide, t-Butylperoxy acetate 중 적어도 어느 하나를 포함하는 유기과산화물을 지칭하고, 상기 반응촉진제란 금속산화물에 스테아린산이나 올레인산의 금속염을 첨가한 혼합물로서 혼합비는 1: 1～5이며, 상기 금속산화물은 산화칼슘, 산화마그네슘, 산화티타늄, 산화아연, 산화철, 산화망간, 산화동 중 적어도 어느 하나을 포함하며, 상기 스테아린산이나 올레인산의 금속염이란 스테아린산이나 올레인산의 칼슘염, 마그네슘염, 아연염, 망간염, 동염, 철염 중 어느 하나를 포함하며, 상기 분자체인 절단방지제란 황, m-phenylenebismaleimide, high-1,2(high vinyl) polybutadiene, triallyl cyanurate, diallyl phthalate, ethylene diacrylate 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
상기 개질제 100 중량부에 대해 1 내지 1000 중량부의 충진제를 더 추가하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 충진제는 충진제 군의 구성요소 중 하나에서 열까지를 사용하되, 사용비율은 전체가 100일 때, 한개일 경우는 100, 두개일 경우는 1～99: 1～99, 세개일 경우는 1～98: 1～98: 1～98, 네개일 경우는 1~97: 1~97: 1~97: 1~97, 다섯개일 경우는 1~96: 1~96: 1~96: 1~96: 1~96, 여섯개일 경우는 1~95: 1~95: 1~95: 1~95: 1~95: 1~95, 일곱개일 경우는 1~94: 1~94: 1~94: 1~94: 1~94: 1~94: 1~94, 여덟개일 경우는 1~93: 1~93: 1~93: 1~93: 1~93: 1~93: 1~93: 1~93, 아홉개일 경우는 1~92: 1~92: 1~92: 1~92: 1~92: 1~92: 1~92: 1~92: 1~92 그리고 열개일 경우는 1~91: 1~91: 1~91: 1~91: 1~91: 1~91: 1~91: 1~91: 1~91: 1~94인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 충진제 군은 카본블랙, 토너, 벤토나이트, 실리카, 클레이, 마이카, 석회석 분말, 나일론 단섬유, 폴리에스테르 단섬유, 유리섬유, 셀루로오즈 섬유 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 상술한 조성과 특성의 복합 기능을 가진 비투멘 개질제 조성물을 마련하는 단계와, 상기 조성물을 고온 가압 하에서 강력 전단 혼합을 실시하여 혼합물을 마련하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 기능을 가진 비투멘 개질제 제조 방법을 제공한다.
이때, 상기 조성물을 고온 가압 하에서 강력 전단 혼합을 실시하여 상기 혼합물을 마련하는 단계는, 가압 니-더(kneader) 또는 반바리(banbury)의 밀폐된 혼합 챔버에 넣고 섭씨 90～200도에서 3～90분 동안 가압 하에 계속 혼합하고 반응시켜 균일물질을 만든 후, L/D가 8～12인 압출기의 다이노즐을 통과시켜 제조하는 압출물, 또는, L/D가 15～42인 콤파운딩 용도의 싱글 또는 트윈 스크류 압출기를 사용하여 섭씨 90～200도에서 압축, 용융, 전단혼합에 의해 반응시켜 균일물질을 만든 후 다이노즐을 통과시켜 제조하는 압출물을 얻는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 다이노즐을 통해 압출된 압출물 중 하나를 고속회전 칼날을 이용하여 0.1～20mm의 입상으로 만드는 단계와, 상기에서 제조된 입상재료를 다양한 방법으로 냉각, 건조, 저장하는 단계와, 저장된 입자들을 일정량 씩 포장백에 담아 포장하거나, 또는 각종 분체장비를 이용하여 이 입자들을 0.01～2mm로 더욱 미분화 하여 포장하는 것 중 하나를 선택하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
상기 조성물의 각 군에서 하나 이상의 재료를 사용할 때의 사용비율은 선정된 기능을 부여하는 주 재료의 비율이 제일 많고, 다음이 이 기능을 보강하는 재료이며, 그 다음이 그 기능을 더욱 보충하는 재료의 순이다. 각 재료군에서 셋 이상의 사용도 가능하지만 사용비율이 작아서 그 영향은 미미하다. 또한 상기 조성물에서 우선적으로 폐 재료를, 이를 구하기 어려울 경우에는 재생재료를, 그 마저 없을 경우에는 신재를 사용하도록 권장된다.
가소제(비투멘) 군을 제외한 조성물 중의 각 구성요소의 하한 중량값은 사전배합방식의 최소 값을 말하고 상한 중량값은 현장배합방식의 최대 값을 나타낸다. 개질 비투멘을 만들기 위한 비투멘은 가소제 군에 포함되어 있음을 유의하기 바란다. 가소제 군의 경우는 하한 중량값이 현장배합방식의 최소 값을 말하고, 상한 중량값은 사전배합방식의 최대 값을 가리킨다. 화학반응조제의 하한 중량값은 반응이 가능한 최소 값이고 상한 중량값은 더 이상 첨가해도 반응에 영향을 주지않는 값이다. 충진제 군의 하한 중량값은 영향이 미미하고 상한 중량값은 점도가 높아 가공이 어려운 값이다. 따라서 상기 조성물의 구성함량을 적정하게 선정함으로서 사전배합방식이나 현장배합방식 둘 다에 적용 가능한 조성물이 제공된다.
더욱 구체적으로 말하면, 사전배합방식에서는 상기 조성물을 비투멘과 혼합하여 개질 비투멘을 직접 만들며, 이 때 가소제(비투멘)를 제외한 다른 조성물들의 합이 가소제 함량의 3～30 중량％가 되도록 조정하여 액체상태를 유지해야 함으로 가소제 이 외의 조성물은 상대적으로 적게 첨가된다. 이렇게 생산된 개질 비투멘은 용융액체로서 탱크롤리로 아스콘공장에 수송된다. 따라서 상기 조성물에서 가소제 를 제외한 하한값은 사전배합방식의 최소 값을 말하고 최소 값이란 이 보다 적은 양을 가소제에 섞으면 그 효과가 거의 나타나지 않음을 의미한다.
반면에 현장배합방식에서의 상기 조성물은 아스콘공장에서 아스콘을 만들기 위하여 퍼-그 밀의 혼합 챔버 내에 골재와 비투멘을 투입할 때 함께 첨가되는 개질제를 생산하기 위한 조성물이다. 상기 개질제는 용융액체가 아니라 고체상태로 생산된다. 개질제조성물 중에 포함되는 비투멘은 개질 비투멘을 만들기 위함이 아니라 개질제의 구성요소로서 개질제의 융점과 점도를 완화시켜 순식간에 용융될 수 있게 하는 가소제 역할을 담당한다. 이러한 이유로 비투멘이 가소제에 포함되어 있다. 이 때 개질제는 상온에서 변형되지 않는 고체상태이어야 함으로 가소제 이외의 고체조성물 함량이 가소제보다 훨씬 많이 첨가된다. 따라서 상기 조성물에서 상한값은 현장배합방식의 최대 값을 말하고, 여기서 최대 값이란 이보다 많은 양을 첨가하면 점도가 높아서 개질제를 제조하기가 힘들게 되는 최대함량을 말한다. 비투멘을 개질제의 가소제로서 사용하는 또 다른 이유는, 아스콘공장의 퍼-그밀 혼합기 내에 투입되어 있는 골재와 비투멘에 상기 개질제가 투입되어 함께 혼합될 때 개질제가 비투멘과 신속히 균일화되게 하기 위함이다.
일반적으로 폐 발포수지는 가열하여도 용융되지 않고 고온에서 연기를 내며 타기 때문에 사용용도를 찾기가 어려워 비교적 저렴한 수지에 속한다. 본 발명에 의하면 이 재료를 가소제와 함께 섞은 후, 높은 온도와 가압 하에서 강한 전단응력을 가하여 계속 혼합하면, 타지 않고 용융되어 열가소성 고분자수지와 같은 기능을 한다는 사실을 처음 발견하였다. 이에 따라 본 발명의 개질제 조성물에 고온성능을 향상시키는 고분자수지로서 열가소성 고분자 군과 함께 폐 발포 고분자수지 군을 포함시켰다. 폐 발포 고분자수지 군의 화학적 성분으로서는 PE, EVA, SBR, SBS, PE+EVA, EVA+SBR, EVA+SBS, PE+EVA+SBR, PE+EVA+SBS, 등이며, 스크랩(scrap), 입상(pellet), 시트(sheet), 덩어리 등의 형태로 존재한다. 여기서 '+'는 고분자 혼합물(blending)을 가리킨다.
비투멘포장의 고온성능(소성변형 저항성)을 향상시키는 열가소성 고분자수지 군으로서는 LDPE(low density ployethylene), HDPE(high density polyethylene), LLDPE(linear low density polyethylene), PB(Polybutene), PVC(polyvinylchloride), PS(polystyrene), HIPS(high impact polystyrene), PVA(polyvinyacetate), EVA(ethylene-vinylacetate copolymer) 등이 있으며, 이들 열가소성수지는 스크랩(scrap), 입상(pellet), 분말(powder), 시-트(sheet), 필름(film), 덩어리(lump) 등의 어느 형태로도 사용이 가능하다.
탄성을 증가시켜 저온물성, 즉, 포장의 균열저항성을 향상시키는 재료로서 탄성체 군이 있으며, 분말, 입상, 시트, 덩어리, 스크랩 형태의 열가소성 탄성체, (천연, 합성)고무 또는 고무분말이 여기에 속한다. 즉, 열가소성 탄성체는 SBS (Styrene-Butadiene-Styrene), SBR(styrene-butadiene rubber), SBR 라텍스(Latex), SEBS (styrene-ethylene-butadiene-styrene), SIS(styrene-isoprene-styrene) 등이며, 고무는 Butyl 고무, ABR 고무(Acrylonitrile-butadiene Rubber), BR 고무 (Polybutadiene Rubber), Polychloroprene 고무, Isoprene 고무, 천연고무, NBR 고무(Nitrile Butadiene Rubber), EPDM(Ethylene-Propylene-Diene- Monomer)고무 등이며, 고무분말은 상기 각종 고무의 분말, 폐타이어분말, 폐 우레탄분말, 등이 포함된다.
가소제 군의 각 구성요소(가소제라 칭함)는 첨가제의 융점과 점도를 낮추어 순식간에 용융되게 하여 비투멘과 균일하게 혼합되게 만들고 아울러 골재를 쉽게 피복시키는 역할을 담당한다. 여기서 가소제라 함은 각종 스트레이트 비투멘, DBP(di-butylphthalate), DOP(di-octylphthalate), DOS(di-octylsebacate), DMP(di-methylphthalate), DOA(di-octyladipate), PPA(polypropyleneadipate), 석유수지, 소나무 타르, 저분자량 PE(Polyethylene), 저분자량 PP(Polypropylene), 송진(rosin), 송진염, 중유, 파라핀왁스, 미세결정왁스(Microcrystalline wax), 하이드로카본 계 오일, 방향족오일(Aromatic oil), 전분, 식물유(콩기름, 옥수수기름, 참기름, 들깨기름, 면실유, 등), 동물유(소기름, 돼지기름, 개기름, 각종 생선기름, 등), 동식물 혼합유(각종 식물유와 동물유의 혼합유), 각종 유기산 (아디픽산, 퓨마릭산, 수산, (무수) 말레인산, (무수) 테레프탈산, 스테아린산, 올레인산, 팔미틱산, 세바식산 등), 유황 등이 포함된다.
화학반응조제란 탄성체의 이중결합을 신속히 열어서 화학반응시간을 단축시키기 위한 목적에 사용되며, 여기서는 반응개시제, 반응촉진제, 사슬절단 억제제를 모두 포함해서 일컫으며 그 비율은 1 : 1～10 : 1～10이다. 여기서 하한값은 반응에 영향을 미치지 못하는 값이며, 상한 값은 더 이상 넣어도 영향이 향상되지 않는 값이다. 반응개시제란 DCP(Dicumyl peroxide), DBP(Dibenzoyl peroxide), MEKP(Methyl-ethyl-ketone Peroxide), t-Butylperoxy Benzoate, Di-2-ethyl hexyl peroxy neodecanoate, t-Butylperoxy Pivalate, Di-isopropylperoxy dicarbonate, bis(2,4-dichlorobenzoyl) peroxide, t-Butylperoxy, 2,5-dimethyl-2,5-bis(t-butylperoxy)hexane, acetate 1,1-bis(t-butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexane, t-Butylperoxy neodecanoate, t-Butylperoxy-2-ethylhexanoate, Di-3,5,5-trimethylhexanonyl peroxide, Di-3-methoxybutylperoxy dicarbonate, 등을 포함하는 모든 유기과산화물을 말한다. 반응촉진제란 금속산화물에다 스테아린산(stearic acid)이나 올레인산(oleicacid)의 금속염을 첨가한 혼합물로서 혼합비는 1: 1～5가 적절하며, 금속산화물이란 산화칼슘(CaO), 산화마그네숨(MgO), 산화티타늄(TiO2), 산화납(PbO), 산화아연(ZnO), 산화철(Fe2O3), 산화망간(MnO), 산화동(CuO)을 포함하며, 스테아린산이나 올레인산의 금속염이란 스테아린산이나 올레인산의 칼슘염, 마그네슘염, 아연염, 망간염, 동염, 철염을 포함하는 것을 특징으로 한다. 사슬절단 억제제란 황, m-phenylenebismaleimide, high-1,2(high vinyl) polybutadiene, triallyl cyanurate, diallyl phthalate, ethylene diacrylate, dibinylbenzene 등이다.
충진제 군의 각 구성요소는 상분리를 방지하고, 비중을 높이고, 균일혼합을 유도하며, 혼합시간을 단축시킬 목적으로 목적으로 첨가되며 (폐, 재생 또는 신재의) 카본블랙, 토너, 벤토나이트, 실리카, 클레이, 마이카, 석회석 분말, 나일론 단섬유, 폴리에스테르 단섬유, 유리섬유, 셀루로오즈 섬유 등이 포함된다.
본 발명의 개질제 제조방법의 특징은 다음과 같다.
가압 니-더(kneader) 또는 반바리(banbury)의 밀폐된 혼합 챔버에 상기 조성물을 넣고 섭씨 90～200도에서 3～90분 동안 가압 하에 계속 혼합하고 반응시켜 균일물질을 만든 후, L/D(길이/직경=Length/Diameter)가 8～12인 압출기의 다이노즐을 통과시켜 압출물을 제조하거나, 또는, L/D가 15～42인 콤파운딩 용도의 싱글 또는 트윈 스크류 압출기를 사용하여 섭씨 90～200도에서 압축, 용융, 전단혼합에 의해 반응시켜 균일물질을 만든 후 다이노즐을 통과시켜 압출물을 제조한다. 이 중 하나의 방법을 선택하여 생산된 압출물을 고속 회전 칼날을 이용하여 0.1～2mm의 입상으로 만들고, 냉각, 건조, 저장하는 단계를 거쳐 일정량 씩 PE(Polyethylene)백에 담아 포장하거나, 또는 각종 분체장비를 이용하여 이 입자들을 0.01～0.5mm로 더욱 미분화하여 PE백에 담아 포장하는 기술적 특징을 지닌다.
본 발명의 개질제 제조에는 고무배합이나 고분자 콤파운딩(compounding) 장비를 처음으로 도입하여 적용하며, 이러한 콤파운딩 기계의 종류에는 반바리 믹서 또는 가압니더와 같이 고온의 가압 전단혼합기에서 균일물질을 만들고, L/D가 8～12인 압출기에서는 균일물질을 입상으로 만드는 이중 공정을 가진 경우와, 싱글 또는 트윈 스크류 압출기와 같이 가압 용융, 전단 혼합, 입상제조의 모든 공정을 단일 공정에서 수행하는 경우로 나누어진다. 본 발명의 개질제 제조방식에서는 혼합과 반응시간의 임의 조정이 불가능한 단일 공정 보다는, 시간의 조정이 가능하고 더욱 강력한 전단응력을 부여하여 보다 균일한 물질을 만들 수 있는 이중 공정의 경우가 적극 추천된다.
본 발명의 비투멘 개질제의 투입방법으로서는 만들어진 비투멘 개질제 조성 용 입자를 배치타원에 투입하여 골재, 아스팔트 및 충진제와 퍼그밀에서 혼합하여 균일 비투멘 개질 아스콘을 제조한다.
혹은 비투멘 개질제 조성용 입자를 아스콘공장에 운반하여 그 공장에서 탱크속의 아스팔트 100중량부에 개질제 조성용 입자 5 내지 30 중량부를 첨가하고 혼합고 이를 개질 아스팔트, 골재, 첨가제를 퍼그밀에서 혼합하여 비투멘 개질 아스콘을 제조할 수 있다.
[실시예]
하기의 실시 예와 비교 예에 따라 각기 다른 개질 비투멘을 제조하였다. 각 개질 비투멘의 물성시험을 위해 침입도시험을 실시하였으며, 개질 비투멘과 골재를 혼합하여 만든 혼합물의 물성시험을 위해서는 마샬시험을 수행하였다. 시험결과는 하기 [표 1]과 같다 [표 1]의 침입도시험과 마샬시험 결과가 보여주듯이 본 발명에서 개발된 개질 비투멘의 물성과 개질혼합물 물성이 비교 예의 타개질 비투멘과 비교하여 우수한 것으로 판명된다.
[실시예 1]
비투멘(AP-5, 인천정유) : 폐 식물유의 비율이 80: 20 인 가소제의 전체 중량이 100부, 고온성능을 향상시키는 열가소성 고분자수지인 폐 발포 (EVA+SBR)수지가 100 중량 부, 저온성능을 향상시키는 탄성체로서 폐타이어분말(30～40미크론)이 200 중량부로서 개질제 조성물을 구성하고, 상기 조성물을 100℃의 반바리 혼합기에 넣고, 10마력의 공기압축기로 가압하면서 혼합로터에 의해 5분 동안 강력하게 혼합하여 균일응집체를 만들었다. 반바리 혼합기의 하부덮개를 열고 이 응집체를 콘피더(cone feeder) 위에 떨어뜨리면 콘피더의 작동에 의해 재료가 L/D가 10인 압출기의 스크류 속에 이송되고 스크류 회전과 함께 앞으로 전진하여 압출다이를 통과하면 실모양의 압출물이 생성된다. 이 압출물은 압출다이 바로 앞의 고속 회전칼날에 의해 미세입자로 컷팅되어 분사되는 물과 함께 밑으로 떨어져 냉각된다. 물과 입자를 분리하고 입자는 건조과정을 거쳐 저장사일로에 저장하면, 현장배합방식에 의한 첨가제가 완성된다.
이렇게 제조된 개질제 20 중량％를 비투멘(AP-5) 80 중량％와 160℃에서 강력전단 혼합기로 30분간 혼합하여 개질 비투멘을 만들고, 개질 비투멘의 물성을 알아보기 위하여 제조된 개질 비투멘을 용융시켜 침입도 캔에 붇고, 25℃의 항온 수조에 1시간 넣어 두었다가 꺼내어 즉시 표준 침입도시험(100그램의 침에 의해 5초간 침입시킨 후 침입깊이 측정)을 실시하였다.
또한 혼합물의 물성을 알아보기 위하여 19mm 밀입도 표층골재(한국건교부 시방서 참조) 1000그램(155℃의 오븐에서 10시간 가열), 비투멘(AP-5, 인천정유) 44그램(165℃의 오븐에서 가열 용융된 액체) 그리고 제조된 개질제 11그램을 각기 마 샬혼합기에 넣고, 3분 간 혼합한 후 이 혼합물을 마샬 다짐몰드에 넣고 양면 75회 다짐을 실시하여 마샬시편을 만들었다. 하루정도 마샬시편을 실온에서 경화시킨 후, 60℃의 항온수조에 30분간 담구었다가, 50.8mm/분의 속도로 마샬안정도 시험을 실시하여 안정도와 유동 값을 측정하였다.
[실시예 2]
개질 비투멘 생산공장에서 170℃인 혼합탱크 속의 비투멘(AP-5, 인천정유) 1000 중량부에 대해, 폐 발포 EVA수지 : 폐 HDPE가 80: 20인 고온성능을 향상시키는 열가소성 고분자수지 50 중량부를 첨가하고, 폐타이어분말(30-40미크론)과 SBR(금호석유화학)의 비율이 75: 25인 저온성능을 향상시키는 탄성체 100 중량부를 추가로 첨가하고, 여기에 벤토나이트 10 중량부를 넣어서 전체 조성물을 구성한다. 탱크 내에 있는 상기 조성물의 모든 구성요소가 하나의 균일재료로 될 때까지 3시간 동안 강력 전단혼합을 수행하여 사전배합방식에 의한 개질 비투멘을 제조한다. 이렇게 제조된 개질 비투멘에 대한 표준침입도 시험을 실시하였다. 또한 혼합물의 물성을 알아보기 위하여 19mm 밀입도 표층골재(한국건교부 시방서 참조) 1000그램(155℃의 오븐에서 10시간 가열)에 상기 개질 비투멘 55그램(185℃의 오븐에서 가열 용융된 액체)을 각기 마샬혼합기에 넣고, 3분 간 혼합한 후 혼합물을 마샬 다짐몰드에 넣고 양면 75회 다짐을 실시하여 마샬시편을 만들었다. 하루정도 마샬시편을 실온에서 경화시킨 후, 60℃의 항온수조에 30분간 담구었다가, 50.8mm/분의 속도로 마샬안정도 시험을 실시하여 안정도와 유동 값을 측정하였다.
[실시예 3]
비투멘(AP-5, 인천정유) : 폐 식물유 : DOP의 비율이 75: 20: 5 인 가소제의 전체 중량 100부, 폐 발포 (EVA+SBR) 수지 : 폐 HIPS가 70: 30 인 고온성능을 향상시키는 열가소성 고분자수지의 총 중량이 100부, 폐타이어분말(30～40미크론)과 SBR(금호석유화학)의 비율이 90: 10 인 저온성능을 향상시키는 탄성체의 전체 중량이 200부, benzoyl peroxide: 산화아연: 스테아린산아연: 황의 비율이 1: 2: 3: 4 인 화학반응조제의 전체 중량 5부로 현장배합방식의 개질제 조성물을 구성한다. 상기 조성물로 개질제를 제조하는 공정은 [실시예 1] 과 동일하다. 이렇게 제조된 개질제 20 중량％와 비투멘(AP-5, 인천정유) 80 중량％를 균일하게 혼합하여 개질 비투멘을 만들고 이 바인더에 대한 표준침입도 시험을 실시하였다. 또한 [실시예 1] 과 동일한 방법으로 마샬시편을 만들고 이 시편에 대해 동일한 조건으로 마샬 안정도와 유동값을 각각 측정하였다.
[실시예 4]
비투멘(AP-5, 인천정유) : 폐 식물유 : 스테아린산의 비율이 75: 20: 5 인 가소제의 전체 중량 100부, 폐 발포 (EVA+SBR) 수지 : 폐 LDPE : 폐 HIPS가 70: 20: 10 인 고온성능을 향상시키는 열가소성 고분자수지의 총 중량이 100부, 폐타이어분말(30-40미크론) : SBR(금호석유화학) : SBS(LG화학)의 비율이 80: 15: 5 인 저온성능을 향상시키는 탄성체의 전체 중량이 200부로 현장배합방식의 개질제 조성물을 구성한다. 상기 조성물로 개질제를 제조하는 공정은 [실시예 1] 과 동일하다. 이렇게 제조된 개질제 20 중량％와 비투멘(AP-5, 인천정유) 80 중량％를 균일하게 혼합하여 개질 비투멘을 만들고 이 바인더에 대한 표준침입도 시험을 실시하였다. 또한 [실시예 1] 과 동일한 방법으로 마샬시편을 만들고 이 시편에 대해 동일한 조건으로 마샬안정도와 유동값을 각각 측정하였다.
[실시예 5]
비투멘(AP-5, 인천정유) : 폐 식물유의 비율이 80: 20 인 가소제의 전체 중량이 100부, 고온성능을 향상시키는 열가소성 고분자수지인 폐 발포 (EVA+SBR) 수지가 250 중량 부, 저온성능을 향상시키는 탄성체인 SBR(금호석유(주))이 50 중량 부로서 현장배합방식의 개질제 조성물을 구성한다. 상기 조성물로 개질제를 제조하는 공정은 [실시예 1] 과 동일하다. 이렇게 제조된 개질제 20 중량％와 비투멘(AP-5, 인천정유) 80 중량％를 균일하게 혼합하여 개질 비투멘을 만들고 이를 침입도시험 캔에 채우고 표준침입도 시험을 실시하였다. 또한 [실시예 1] 과 동일한 방법으로 마샬시편을 만들고 이 시편에 대해 동일한 조건으로 마샬안정도와 유동값을 각각 측정하였다.
[비교예 1]
비투멘(AP-5, 인천정유)을 용융시켜 침입도시험 캔에 채우고, 25℃에서 표준 침입도 시험을 실시하였다. 또한 [실시예 1] 과 동일한 방법으로 마샬 시편을 만들어 마샬 안정도 시험을 수행하였다. 시험결과는 [표 1] 에 수록하였다.
[비교예 2]
상업화된 SBS 개질 비투멘((주)SK, PG76-22)을 용융시켜 침입도시험 캔에 채우고, 25℃에서 표준 침입도시험을 실시하고, 또한 [실시예 1] 과 동일한 방법으로 마샬 시편을 만들어 마샬 안정도 시험도 수행하였다. 시험결과는 [표 1] 에 수록하 였다.
[비교예 3]
상업화된 CRM 개질 비투멘((주)유닉스 라바)을 용융시켜 침입도시험 캔에 채우고, 25℃에서 표준 침입도 시험을 실시하였다. 또한 [실시예 1] 과 동일한 방법으로 마샬 시편을 만들어 마샬 안정도 시험을 수행하였다. 시험결과는 [표 1] 에 수록하였다.
개질제 구성요소와 비투멘에 추가되는 개질제 함량에 따라 개질 비투멘 포장을 건설하기 위한 다양한 개질아스콘 생산이 가능하다. 즉, 일반 개질비투멘포장, 배수성 개질비투멘포장, 내유동성 개질비투멘포장, 한 냉지용 개질비투멘포장, 교면 개질비투멘포장 등을 포함하는 모든 포장의 표층, 중간층, 기층포장에 적용될 수 있는 아스콘을 생산할 수 있다.
Claims (20)
- 미세분말, 입상, 펠렛, 필름, 시트 또는 덩어리 형태의 LDPE, HDPE, LLDPE(Linear Low Density Polyethylene), APP(Atactic Polypropylene), PS(Polystyrene), HIPS(High Impact Polystyrene), EVA, ABS(Acrylonitril Butadiene Styrene), CMC(Carboxymethylcellulose), PVA(Polyvinylacetate), PVC(Polyvinylchloride), 폴리뷰텐(Polybuten), 에틸렌 비스-스테라미드(Ethylene Bis-Stearamide(Bisamide wax)) 및 엘발로이(Elvaloy) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 열가소성 고분자 1 내지 300 중량부;SBR, SBS 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 이중결합을 가진 열가소성 탄성체를 필수적으로 포함하는 탄성체 1 내지 300 중량부; 및비투멘을 필수적으로 포함하는 가소제 1 내지 200 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 기능을 가진 비투멘 개질제 조성물.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,상기 탄성체는 SEBS(Styrene-ethylene-butadiene-styrene), SIS(Styrene-isoprene-styrene), ABR 고무(Acrylonitrile-butadiene Rubber), BR 고무 (Polybutadiene Rubber), SBR 라텍스(Latex), 폴리클로로프렌(Polychloroprene) 고무, NBR(Nitrile Butadiene Rubber) 고무, 부틸(Butyl) 고무, EPDM(Ethylene-Propylene-Diene-Monomer) 고무, 이소프렌(Isoprene) 고무, 천연고무, 폐 타이어고무 및 폴리우레탄(Polyurethane) 중 적어도 어느 하나 이상을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 기능을 가진 비투멘 개질제 조성물.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,상기 가소제는 식물유(콩기름, 옥수수기름, 참기름, 들깨기름, 면실유), 동물유(소기름, 돼지기름, 개기름, 각종 생선 기름), 동식물 혼합유, 유기산(아디픽산, 퓨마릭산, 수산, (무수) 말레인산, (무수) 테레프탈산, 스테아린산, 올레인산, 팔미틱산), 하이드로카본계 오일, DBP(Dibutylphthalate), DOP(Dioctyiphthalate), PPA(Polypropyleneadipate), 소나무 타르, 저분자량 PE(Polyethylene), 저분자량 PP(Polypropylene), 송진(rosin), 송진염, 파라핀왁스, 미세결정왁스(Microcrystalline wax), 방향족오일(Aromatic oil), 중유, 지방족(Aliphatic) 석유수지, 지방족과 방향족이 공존하는 석유수지, 방향족(Aromatic) 석유수지(Petroleum Resin), 전분 및 유황 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 기능을 가진 비투멘 개질제 조성물.
- 청구항 1에 있어서,상기 조성물은 상기 가소제 100 중량부에 대해 1 내지 30 중량부의 화학반응조제를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 기능을 가진 비투멘 개질제 조성물.
- 청구항 10에 있어서,상기 화학 반응 조제는 반응개시제, 반응촉진제 및 분자체인 절단방지제의 조합으로서 그 비율은 각각 1 : 1∼10 : 1∼10로 구성되며,상기 반응개시제는 DCP(Dicumyl peroxide), DBP(Dibenzoyl peroxide), MEKP(Methyl-ethyl-ketone peroxide), t-부틸퍼옥시 벤조에이트(t-Butylperoxy benzoate), 디-2-에틸헥실퍼옥시 네오데카노에이트(Di-2-ethyl hexyl peroxy neodecanoate), t-부틸퍼옥시 피발레이트(t-Butylperoxy Pivalate), 디-이소프로필퍼옥시 디카보네이트(Di-isopropylperoxy dicarbonate), 비스(2,4-디클로로벤조일) 퍼옥사이드(bis(2,4-dichlorobenzoyl) peroxide), 1,1-비스(t-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸클로로헥산(1,1-bis(t-butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexane), 2,5-디메틸-2,5-비스(t-부틸퍼옥시)헥산(2,5-dimethyl-2,5-bis(t-butylperoxy) hexane), t-부틸퍼옥시 네오데카노에이트(t-Butylperoxy neodecanoate), t-부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트(t-Butylperoxy-2-ethylhexanoate), 디-3-메톡시부틸퍼옥시 디카보네이트(Di-3-methoxybutylperoxy dicarbonate), 디-3,5,5-트리메틸헥사노일 퍼옥사이드(Di-3,5,5-trimethylhexanonyl peroxide) 및 t-부틸퍼옥시 아세테이트(t-Butylperoxy acetate) 중 어느 하나를 포함하는 유기 과산화물이고,상기 반응촉진제는 금속산화물에 스테아린산이나 올레인산의 금속염을 첨가한 혼합물로서 혼합비는 1: 1∼5이며, 상기 금속산화물은 산화칼슘, 산화마그네슘, 산화티타늄, 산화아연, 산화철, 산화망간 및 산화동 중 어느 하나를 포함하며, 상기 스테아린산이나 올레인산의 금속염은 스테아린산 또는 올레인산의 칼슘염, 마그네슘염, 아연염, 망간염, 동염 및 철염 중 어느 하나를 포함하며,상기 분자 체인 절단방지제는 황, m-페닐렌비스말레이미드(m-phenylenebismaleimide), 하이-1,2(하이 비닐) 폴리부타디엔(high-1,2(high vinyl) polybutadiene), 트리알릴 시아누레이트(triallyl cyanurate), 디알릴 프탈레이트(diallyl phthalate) 및 에틸렌 디아크릴레이트(ethylene diacrylate) 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 기능을 가진 비투멘 개질제 조성물.
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- 청구항 1에 있어서,상기 조성물은 상기 비투멘 개질제 100 중량부에 대해 1 내지 1500 중량부의 충진제를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 기능을 가진 비투멘 개질제 조성물.
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- 청구항 13에 있어서,상기 충진제는 카본블랙, 토너, 벤토나이트, 실리카, 클레이, 마이카, 석회석 분말, 나일론 단섬유, 폴리에스테르 단섬유, 유리섬유 및 셀루로오즈 섬유 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합기능을 가진 비투멘 개질제 조성물.
- 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항의 복합 기능을 가진 비투멘 개질제 조성물을 제공하는 단계; 및상기 조성물을 가압 니-더(kneader) 또는 반바리(banbury)의 밀폐된 혼합 챔버에 넣고 90∼200℃에서 3∼90분 동안 가압전단하에 계속 혼합하고 반응시켜 균일물질을 만든 후, L/D가 8∼12인 압출기의 다이노즐을 통과시켜 압출물을 제조하거나 또는, L/D가 15∼42인 콤파운딩 용도의 싱글 또는 트윈 스크류 압출기를 사용하여 90∼200℃에서 압축, 용융, 전단혼합에 의해 반응시켜 균일물질을 만든 후 다이노즐을 통과시켜 압출물을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 기능을 가진 비투멘 개질제의 제조 방법.
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