KR100704757B1

KR100704757B1 - 수성 아스팔트계 균열 보수제 조성물 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR100704757B1
Application number: KR1020070005675A
Authority: KR
Inventors: 문영규; 김두병
Original assignee: 유한회사 로드씰; 주식회사 화신
Priority date: 2007-01-18
Filing date: 2007-01-18
Publication date: 2007-04-09

Abstract

본 발명은 아스팔트 20∼50중량%; 스티렌계 블록 공중합체 1∼10중량%; 수소화 처리된 윤활기유 70∼80중량%에 유동점 강하제 및 점도지수 향상제로 구성된 첨가제 20∼30중량%를 합성시킨 합성오일로써 유동점이 -60℃이며, 점도지수(25℃)는 200cp, 인화점은 250℃이상인 파라핀계 점탄성 합성오일 0.5∼10중량%; 석유 수지 0.5∼20중량%; 양이온계 유화제 0.1∼2.5중량%; 산 0.1∼1중량%; 물 25∼60중량%; 및 합성고분자 에멀젼 1∼10중량%를 포함하는 수성 아스팔트 균열 보수제 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

상기 조성물은 교량, 아스팔트 및 콘크리트 포장도로의 사용하여 기존의 덧씌우기만 하는 공법에 비해 보수시간 단축과 보수비용을 대폭 절감할 수 있는 신공법으로 적용될 수 있고 콘크리트 포장도로 줄눈재, 원형검지기 봉함재, 방수재 등 각종 재료로 사용될 수 있으며, 포장도로의 균열 보수시 가열없이 적용한 후 1시간후 바로 차량소통이 가능하여, 교통혼잡을 줄일 수 있는 특징을 갖고 있다.

수성, 아스팔트, 보수제, 산, 유화제, 양이온

Description

수성 아스팔트계 균열 보수제 조성물 및 이의 제조방법{Aqueous asphalt repair agent for cracks and preparing method thereof}

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수성 아스팔트계 균열 보수제의 제조방법이 개략적으로 도시된 블럭도이다.

본 발명은 수성 아스팔트계 균열 보수제 조성물 및 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 유화제에 의해 연속된 물상에 균일한 아스팔트 혼합물 입자가 분산된 수성 아스팔트계 균열 보수제로써 기존 핫멜트 균열 보수제 및 솔벤트 등이 함유된 유기용제 타입을 이용한 시공으로 인한 작업자의 안전성 결여, 대기중에 배출되는 유해성 물질을 방지할 수 있는 환경 친화적인 수성 아스팔트계 균열 보수제 조성물 및 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 아스팔트/콘크리트 포장도로는 온도 변화에 따른 수축/팽창에 의 하여 미세균열이 발생되며, 발생된 균열에 우수(雨水)가 침투하여 노상층의 부분 침하를 초래하여 차량 통행에 의한 압력을 받을시 노상층에 발생한 침하에 의해 다시 기존 포장층으로 균열이 진행하는 형태로 균열이 커지게 된다.

이를 해결하기 위한 기존의 방법은 아스팔트 덧씌우기(팻칭)이나 아스팔트 재생 포장 공법 등을 사용하고 있으나, 이는 도로가 이미 많이 훼손된 상태에서만 가능한 치료적인 보수공법이므로 도로 보수의 비용절감과 시공의 신속성을 고려하면 도로의 균열 초기인 미세 균열 발생 시점에서 적용하는 예방적인 재료가 절실히 요구되고 있다.

예를 들어, 일본 특개소 제57-98559호에는 아스팔트 개질용 고무 첨가제로 방향족계 및/또는 나프텐계 오일(또는 광유) 및 열가소성 고무를 함유한 아스팔트가 기재되어 있고, 일본 특개소 제57-139143호에는 역청(즉, 아스팔트) 물질에 공액디엔 및 비닐방향족 탄화수소로 이루어진 블록 공중합체(SBS, SIS, SEBS 등을 말함)와 분자 중에 질소와 황 원자를 포함하는 안정제와 여러 가지 다른 안정제 및 라디칼 중합방지제를 첨가한 조성물이 기재되어 있다.

또한, 미국특허 제4,485,201호에는 아스팔트에 분말고무 및 스티렌-부타디엔 블록 공중합체를 주성분으로 하는 혼합물에 내열성 산화방지제, 점착성 부여제(tackifying agent), 가소제 또는 연화제로서 공정유(processing oil)를 첨가하여 149℃에서 204℃ 사이에서 혼합하는 방법이 기재되어 있다.

아울러, 한국 등록특허 제599586호에서는 실란 화합물을 용매로 사용하여 분자 내에 이중결합을 갖는 모노머를 중합하여 제조된 균열 보수제를 개시하고 있고, 한국 특허출원 제2001-0018526호 및 한국 등록특허 제0388810호는 아스팔트 실란트 조성물에 관한 것이다.

그러나, 상기 특허에 따른 제품들은 가열식 균열 보수제로 이중 자켓을 구성하는 이동식 보일러를 이용 용융하여 주입하여야 하므로 이동식 보일러가 필수적이다. 아울러 대규모의 도로 균열 공사 등에서 일일 사용량이 많은 경우에는 이동식 보일러의 용량이 커지거나 효율이 높아져야 한다.

따라서, 가열식 균열 보수제를 사용시에는 특수장비와 전문 기술자가 필요하기에, 시공단가가 비쌀 뿐만 아니라 가열식 균열 보수제를 용융시 가열에 의해 발생되는 연기 속의 NOx, SOx 등의 공해 물질이 발생하여 인체에 유해하거나, 대기오염을 초래할 수 있다.

상온에서 고체상으로 존재하는 아스팔트를 상온에서 액상형태로 만들어 제품에 이용하는 경우는 상온식 도로 보수용 실란트, 아스팔트계 도막방수재, 유화 아스팔트, 컷백 아스팔트 등이 있다. 전술한 제품들의 쓰임은 모두가 다르나, 제품을 제조하는 데 사용되는 기술은 “아스팔트의 상온 액상”이라 할 수 있으며, 각각 기술의 차이는 하기 표 1에 정리하였다.

제품군	사용기술
상온식 도로보수용 실란트	아스팔트에 폴리우레탄, 폴리에스테르 슬러지, SBS함유 아스팔트 개질재를 혼합하는 제품을 만들어, 폴리우레탄이 공기 중의 수분과 반응하여 단단한 고분자 구조체를 형성하는 원리
아스팔트계 도막 방수재	·열공법: 아스팔트에 합성고무와 수지 등을 용융시켜 고분자의 열가소성 성질을 이용하여 급격히 경화 ·냉공법: 합성라텍스에 유화 아스팔트를 첨가시켜 수분의 증발에 의한 자연경화 를 이용한 방법
유화 아스팔트	·아스팔트를 미립자로 만들어 물에 분산시킴. ·유제를 골재에 뿌리면 아스팔트가 분리되는 현상을 "Breaking"이라 함. ·분해속도는 유화제가 많거나 온도가 낮으면 늦어짐.
컷백 아스팔트	·아스팔트에 석유 용제(나프타,등유 등)를 섞어 연하게 만듬. ·컷백 아스팔트의 점도는 사용하는 아스팔트의 성질, 용제의 조성과 양에 따라 변할수 있으며, 상온에서는 액상으로 존재

전술한 아스팔트의 상온 액상형 기술은 공통점은 아스팔트를 상온에서 물 또는 휘발성 용매와 혼합한다는 것이다. 상온식 실란트의 경우 도로의 균열에 시공하였을 때, 물(또는 휘발성 용매)이 증발(또는 휘발)해야 실란트로서의 물성이 나오게 되는데(이를 경화과정이라고 할 수 있음), 이 과정에서 물(또는 휘발성 용매)의 부피만큼 실란트의 부피가 줄어드는 현상, 즉 수축이 있을 수 있으며, 균열의 깊이가 깊을수록, 균열의 폭이 넓을수록 더 심하게 일어날 수 있다.

이런 현상은 아스팔트계 도막 방수재, 유화 아스팔트, 컷백 아스팔트 모두에서 공통으로 일어나며, 그 결과 아스팔트계 도막 방수재, 유화아스팔트, 컷백 아스팔트는 도막의 두께를 얇게 시공하는데 제한적으로 사용하게 된다.

아스팔트의 상온 액상형 기술에서의 위와 같은 수축에 대한 해결책으로써 우레탄이나 에폭시 수지를 첨가하여 화학반응을 이용한 연구가 활발하게 진행되어 왔다.

그러나 상기 전술한 제품들은 포장도로 균열 보수제로서의 내열성, 저온접착성 등 물성을 포함하는 미국 표준협회 규격인 ASTM D 6690 TypeⅠ을 만족하지 못하며, 국내기후에서의 하절기에 흐름 및 소성변형이 일어나는 단점과 차량 바퀴 및 보행자의 신발에 묻어나는 단점이 발생할 수 있고, 겨울철에 포장도로의 수축/팽창을 수용하지 못하여 수분침투로 인해 균열이 확대되어 포장도로의 파손을 불러 일으키는 등 심각한 문제를 발생시킬 수 있다.

이에 본 발명은 저온유연성, 접착성, 내열성, 감온성 등 물성을 포함하는 미국표준협회 규격인 ASTM D 6690 TypeⅠ을 만족하며, 환경친화적인 수성 아스팔트계 균열 보수제를 개발하기 위하여 아스팔트에 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체와 파라핀계 점탄성 합성오일을 가소제로 사용하여 개발하고, 이러한 아스팔트 혼합물을 가열없이 상온에서 적용할 수 있도록 양이온 유화제(nitrogen-based cationic surfactant)와 염산(HCl)을 첨가하여 pH 2∼3으로 적정하여 연속된 물상에 균일한 아스팔트 혼합물을 미립자 형태로 분산시킬 수 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 국내 기후변화에 적용 가능한 저온유연성, 접착성, 내열성, 감온성 등 물성이 포함하는 ASTM D 6690 TypeⅠ을 만족하여 특수 장비를 사용하지 않는 간편한 작업성, 작업자의 안전 및 주변환경에도 유해한 영향을 주지 않는 환경 친화적인 수성 아스팔트계 균열 보수제 조성물을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 수성 아스팔트계 균열 보수제 조성물의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수성 아스팔트계 균열보수제의 조성물은,

아스팔트 20∼50중량%;

스티렌계 블록 공중합체 1∼10중량%;

수소화 처리된 윤활기유 70∼80중량%에 유동점 강하제 및 점도지수 향상제로 구성된 첨가제 20∼30중량%를 합성시킨 합성오일로써 유동점이 -60℃이며, 점도지수(25℃)는 200cp, 인화점은 250℃이상인 파라핀계 점탄성 합성오일 0.5∼10중량%;

석유 수지 0.5∼20중량%;

유화제 0.1∼2.5중량%;

산 0.1∼1중량%;

물 25∼60중량%; 및

합성고분자 에멀젼 1∼10중량%를 포함한다.

본 발명은 다른 목적을 달성하기 위한 수성 아스팔트계 균열 보수제 조성물의 제조방법은,

a) 아스팔트 20∼50중량%에 스티렌계 블록 공중합체 1∼10중량%, 수소화 처리된 윤활기유 70∼80중량%에 유동점 강하제 및 점도지수 향상제로 구성된 첨가제 20∼30중량%를 합성시킨 합성오일로써 유동점이 -60℃이며, 점도지수(25℃)는 200cp, 인화점은 250℃이상인 파라핀계 점탄성 합성오일 0.5∼10중량% 및 석유 수지 0.5∼20중량%를 첨가하여 150 내지 180℃의 온도에서 혼합시킨 후, 110∼160℃ 로 유지시키는 단계;

b) 물 25∼60중량%에 유화제 0.1∼2.5중량% 및 산 0.1∼1중량%를 부가하여 30∼70℃에서 혼합시키는 단계;

c) 상기 a)와 b)를 혼합시켜 아스팔트 혼합물 유화액을 제공하는 단계; 및

d) 아스팔트 혼합물 유화액에 합성고분자 에멀젼 1∼10중량%를 첨가하여 연속된 물상에 균일한 미립자 형태로 분산시키는 단계를 포함한다.

이하, 본 발명은 좀더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 기온변화에 따른 포장도로 균열의 수축/팽창을 수용할 수 있어야 하며, 겨울철에는 유연성을 발휘하여 충격에 깨지지 않아야 할 뿐 아니라, 여름철 고온시 밀려나오지 않는 강도를 지녀야 하며, 특수 장비를 사용하지 않는 간편한 작업성, 작업자의 안전 및 주변 환경에도 유해한 영향을 주지 않는 환경 친화적이어야 한다.

이러한 물성을 만족하기 위한 본 발명에서는 아스팔트에 스티렌 블록 공중합체, 파라핀계 점탄성 합성오일 및 석유 수지를 혼합한 아스팔트 혼합물과 물, 유화제, 산 및 기타 첨가제 등이 혼합되어 있는 유화수 및 합성고분자 에멀젼을 사용하였다.

이러한 조성을 갖는 수성 아스팔트계 균열 보수제는 침투력이 우수하고, 저온접착성, 내열성, 방수성 등이 뛰어나며, 물을 사용하였기 때문에 특수 장비를 사 용하지 않는 간편한 작업성, 작업자의 안전 및 주변환경에도 유해한 영향을 주지 않는 환경 친화적인 수성 아스팔트계 균열 보수제 조성물을 제공할 수 있다.

본 발명의 수성 아스팔트계 균열 보수제 조성물에 포함되는 아스팔트는 연화점이 30∼100℃이고, 침입도가 30∼175d㎜인 것이 아스팔트/콘크리트 포장도로와 상용성이 좋아 접착력을 증대하는 면에서 바람직하고, 연화점 50∼70℃ 및 침입도 50∼90d㎜인 것이 매우 바람직하다.

상기 아스팔트의 사용량은 20∼50중량%가 바람직하며, 20중량%미만이면 함량이 너무 적어 접착 불량을 초래하며, 50중량%를 초과하면 강도, 접착력은 증가하나, 저온 취성이 증가하며 내열성이 나빠지는 경향이 있고, 함량이 너무 많아 유화제에 의한 연속된 물상에 분산시키는데 어려움을 초래한다.

본 발명을 구성하는 수성 아스팔트 균열 보수제는 탄성 및 내열성, 신율 등을 증대시키기 위하여 스티렌계 블록 공중합체를 포함한다. 상기 스티렌계 블록 공중합체는 아스팔트와 혼합되어 균열 보수제의 탄성과 신율을 증가시키는 작용을 하며, 탄성의 증가는 고온에서의 변형 문제를, 신율은 외부 충격에 의해 크랙 및 파손 발생을 현저하게 개선시킬 수 있다.

본 발명의 조성물에 포함되는 스티렌계 블록 공중합체의 함량은 1∼10중량%가 바람직하다. 이는 스티렌계 블록 공중합체의 함량이 1중량%미만이면 조성물의 탄성 및 신율이 거의 개선되지 않으며, 10중량%을 초과하면 조성물의 접착력 저하와 높은 점도로 인해 유화제에 의한 연속된 물상에 분산시키는데 어려움을 초래한 다.

본 발명의 수성 아스팔트계 균열 보수제 조성물에 사용되는 석유 수지는 점착성 부여제(tackifying agent) 역할을 하며, 방향족계 석유 수지, 쿠마론인덴수지, 지방족계 석유 수지, 수첨 디사이클로펜타디엔계 수지(hydrogenated dicyclopentadiene hydrocarbon resin) 등의 석유 수지(hydrocarbon resin or petroleum resin)중에서 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있다. 특히, 접착력이 뛰어나면서도 취성이 적은 수첨 디사이클로펜타디엔계 수지를 사용하는 것이 가장 바람직하다.

상기 석유 수지의 함량은 0.5∼20중량%이고, 함량이 0.5중량%미만이면 첨가효과가 거의 없고, 20중량%를 초과하면 조성물의 탄성이 저하되고 저온 취성이 발생하는 문제점이 있다.

또한, 종래에는 균열 보수제 조성물에 가소제 또는 연화제로서 벙커-C유, 디옥틸프탈레이트(DOP), 트리크레질포스페이트(TCP), 파라핀계 공정유, 아로마틱계 공정유 또는 나프탄계 공정유 등을 사용한 바 있다.

상기 벙커-C유, 디옥틸프탈레이트(DOP), 트리크레질포스페이트(TCP)는 차량검지기 보호용 실란트 조성물에 적용될 때는 저온성, 내열성이 취약해지기에 적용이 부적합하며, 아로마틱계 및 나프탄계 공정유는 저온성은 뛰어나지만 온도에 따른 점도지수가 매우 낮아 감온성이 떨어지는 단점을 가지고 있고, 파라핀계 공정유는 온도에 따른 점도지수는 높아 내열성은 우수하나 저온성이 낮은 단점이 있다.

일반적으로, 공정유를 고온에서 저온으로 온도를 서서히 내릴 때 점차로 유동성을 잃어 가다가 유동이 없이 정지된 상태가 되는데, 이의 원인은 두 가지로 생각할 수 있다.

첫째, 온도가 내려감에 따라 점도가 서서히 높아져서 겉보기에 유동하지 않는 것으로, 이것은 첨가제의 첨가와는 무관하게 유동점을 낮출 수 없다. 이의 개선책으로는 왁스성분이 비교적 적어 저온유동특성이 좋은 파라핀계 오일을 선택하는 것이 중요하다.

둘째, 공정유의 주성분이 각종의 탄화수소의 혼합물인 관계로 공정유를 냉각시키면 0℃ 부근에서 함유된 수분이 얼면서 석출(Eduction)되고, 이것을 재차 냉각시키면 공정유 중에 포함된 유동점이 높은 물질들이 석출되어 공정유가 뿌옇게 흐려지게 된다. 이것을 계속 냉각시키면 석출된 왁스가 성장하여 서로 그물 또는 스폰지 형식으로 응고되므로 이를 방지하기 위해 첨가제를 첨가하여 유동점이 낮은 파라핀계 오일을 제조할 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 상술한 종래의 가소제 또는 연화제 대신에 파라핀계 점탄성 합성오일을 사용한다. 상기 파라핀계 점탄성 합성오일은 수소화 처리된 윤활기유(Hydrotereated lube base oil)의 혼합물 70∼80중량%에 첨가제로 유동점 강하제 및 점도지수 향상제 20∼30중량%를 합성시킨 합성오일로써 유동점이 -60℃이며, 점도지수(25℃)는 200cp, 인화점은 250℃이상인 특성을 지니고 있다.

상기 수소화 처리된 윤활기유의 혼합물의 사용량이 70중량%미만이면 온도에 따른 점도지수가 높아 가열식 아스팔트계 도막방수재의 내열성은 우수해지나, 저온 유연성을 저하시키고, 80중량%를 초과하면 온도에 따른 점도지수가 매우 낮아 감온성을 저하시킨다.

또한, 상기 유동점 강하제와 점도지수 향상제의 혼합비율은 최종 합성오일의 특성, 즉, 유동점이 -60℃, 점도지수(25℃) 200cp 및 인화점 250℃ 이상의 특성을 만족시키는 범위 내에서 변화가 가능하다.

본 발명에 있어서, 상기 유동점 강하제는 염소화파라핀과 나프탈렌의 축합물, 염소화파라핀과 페놀의 축합물, 폴리 알킬 메타크릴레이트(Polyalkylmetacrylate), 페놀과 파라핀의 축합물 및/또는 파라핀과 프탈산의 축합물 등을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 유기 물질들의 점도는 온도 변화에 따라 민감하게 변화한다. 일반적으로 유기물의 점도는 저온인 상태에서는 크고, 반대로 고온에서는 매우 작아진다. 이와 같은 성질을 개선, 보완하기 위하여 온도에 따른 점도의 변화를 줄여 주는 목적으로 공정유에 첨가하는 물질이 점도지수 향상제이다.

본 발명에 사용되는 점도지수 향상제는 분자량이 5만∼15만 사이의 고분자 화합물이며, 이 고분자 화합물은 온도가 높아지면 체적이 늘어나 점도가 지나치게 저하되는 것을 방지하고, 온도가 낮아지면 체적이 줄어드는 성질을 이용하여 점도가 급격히 상승하는 것을 막도록 제조되었다.

다시 말하면, 공정유에 고분자 화합물인 점도지수 향상제를 용해시킨 경우 온도가 낮은 상태에서는 윤활유 중의 고분자는 실 부스러기가 뭉친 것 같이 되어 체적이 작으므로 증점 작용이 작다가 온도가 높아짐에 따라 실뭉치 상태의 고분자 는 응집력이 감소하여 공정유 중에 풀어 헤쳐지므로 증점 작용이 증가하여 점도가 커지는 것이다. 따라서, 본 발명에 사용된 점도지수 향상제는 -60℃에서 100℃까지도 점성의 급격한 변화를 막을 수 있다.

상기 점도지수 향상제는 폴리-이소-부틸렌(Poly-iso-Butylene), 올레핀 공중합체(Olefin Copolymer), 에틸렌-프로필렌 공중합체(Ethylene-Propylene Copolymer), 스티렌-부타디엔 공중합체(Stylene-Butadiene Copolymer), 스티렌-말레익산 에스테르 공중합체(Stylene-maleic acid-ester Copolymer) 및/또는 폴리-메타크릴레이트(Poly-methacrylate) 등을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 파라핀계 점탄성 합성오일을 본 발명을 구성하는 수성 아스팔트계 균열 보수제 조성물에 첨가하면 여름철에도 상온접착은 계속 유지되며, 겨울철의 낮은 온도에 유연성 유지하는 특성을 지니게 된다.

본 발명을 구성하는 수성 아스팔트계 균열 보수제 조성물에 대한 상기 파라핀계 점탄성 합성오일의 첨가량은 0.5∼10중량%가 바람직하며, 0.5중량%미만이면 첨가효과가 거의 없고, 10중량%를 초과하면 가소화가 심하여 접착면인 아스콘 및 콘크리트 면을 산화시키는 경향이 있다.

또한 균열 보수 및 기타 다른 공법으로 적용될 때 가열없이 상온에서 작용할수 있는 환경 친화적인 제품을 개발하기 위해서는 물을 포함하며, 이로 인해 특수 장비를 사용하지 않고, 공시비를 절감할 수 있다.

수성 아스팔트계 균열 보수제에서, 물은 정제수 또는 이온수를 사용하면 바람직하나, 일반적인 물, 예를 들어, 수돗물 또는 지하수는 화학적 이온의 성분을 가지고 있으며, 이는 안정된 수성 아스팔트 균열 보수제에 이롭거나 해로운 영향을 끼칠 수 있다.

예를 들어, 물속의 칼슘, 마그네슘 이온의 존재는 안정된 양이온계 수성 아스팔트계 균열 보수제 조성물에 이롭다(저장 안정성을 향상시킴). 그러나, 물속의 탄산염 또는 중탄산염 이온의 존재는 안정된 양이온계 수성 아스팔트 균열 보수제의 조성물에 해로울 수 있다(좀더 불수용성인 염은 보통 양이온계 유화제로 사용되는 수용성 아민 하이드로클로라이드(amine hydrochlorides)와의 반응 때문에 결정 형태로 된다). 반대로 음이온계 수성아스팔트 균열보수제 조성물에는 탄산염이나 중탄산염 이온의 존재는 거품효과 때문에 이롭다고 할 수 있다.

물에 존재하는 미립자 물질은 보통 반대 전하를 띠는 미립자 물질에 의해 양이온 계면활성제의 빠른 흡착 때문에 양이온계 수성 아스팔트 균열 보수제 조성물에 해로울 수 있다(이러한 전기화학적 흡착은 수용액에 양이온 계면활성제의 감소로 인해 최초의 유화적용과 완성된 수성 아스팔트 균열 보수제 물성에 영향을 미칠수 있다). 따라서, 각종 불순물이 포함된 물은 이를 정제하여 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 수성 아스팔트계 균열 보수제 조섬물에 포함되는 물의 함량은 25∼60중량%가 바람직하다. 이는 물의 함량이 25중량%미만이면 아스팔트 혼합물을 연속된 물상에 미립자 형태로 분산시키는데 어려워 소기의 목적을 달성하기가 어려우며, 60중량%를 초과하면 아스팔트 혼합물은 연속된 물상에 미립자 형태로 분산시킨 다음, 현장에서 적용시 물이 증발해야 균열 보수제로서의 물성이 나오게 되는데 이 과정에서 물의 부피만큼 균열 보수제의 부피가 줄어드는 현상, 즉 수축이 있을 수 있으며, 이런 현상은 깊이가 깊을수록, 균열폭이 넓을수록 더 심하기 일어나며, 물의 함량이 너무 과도해 경화 속도가 느려져 교통 혼잡을 초래할 수 있다.

본 발명의 따른 수성 아스팔트계 균열 보수제 조성물은 아스팔트 혼합물을 연속된 물상에 균일한 미립자 형태로 분산시키기 위해 양이온계 유화제를 0.1∼2.5중량%를 물에 부가하는 것이 바람직하다.

대부분의 아스팔트 유화제는 천연지방, 오일, 목질과 같은 갱신 가능한 자원으로부터 만들어진다. 왜냐하면 아스팔트 유화제는 물과 아스팔트 사이의 계면에서 친유성, 친수성 부분을 갖기 때문이다. 또한 이들은 아스팔트를 유화시키는데 필요한 에너지를 감소시키고 한번 형성된 입자의 유착(Coalescence)을 막는다.

본 발명을 구성하는 유화제 구조는 아스팔트에 용해되는 계면 활성 부분(친유성(무극성)), 친수성 또는 다른 극성 액체에 용해가 이루어지는 계면 활성 부분(친수성(극성))이다. 본 발명에 바람직한 양이온계 유화제(Cationic Compounds)는 하기 화학식 1로 표시되는 니트론계 양이온 유화제(nitrogen-based cationic surfactant)이다.

상기 니트론계 양이온 유화제는 아스팔트 혼합물(아스팔트+가소제+스티렌계 블록 공중합체)을 물상에 미립자 형태로 유화시키기 위해 제조된 유화제로 구성 성분은 디에틸메틸도데실 암모늄(diethyl methyl dodecyl ammonium)이며, 이는 물에 녹지 않는 성질을 갖고 있어 산성 용액(예를 들어, 염산(HCl))를 첨가하여 수성을 만들기 때문에 수성 아스팔트 균열 보수제는 산성을 띠게 된다.

양이온 유화제의 에멀젼 타입은 대기중의 습기에 관계없이 빠르게 경화되고 매우 끈기있는 아스팔트 필름 형태를 갖는다. 약간의 과잉된 산은 양이온 수성아스팔트 균열 보수제 제조에서 유기염기로 사용된다. 이 과잉된 산은 물상에 존재하고 수성 아스팔트 균열 보수제는 산성을 띤다.

본 발명에 있어서, 상기 산의 사용량은 0.1∼1중량%가 바람직하며, 0.1중량%미만이면 불수용성인 유화제와 반응할 산의 양이 적어 유화제가 수용성이 되지 못하여 아스팔트 혼합물을 연속된 물상에 미립자 형태로 분산되는데 어려움을 가져올 수 있고, 1중량%를 초과하면 유화수의 pH가 1미만으로 아스팔트 혼합물을 물상에 미립자 형태로 분산시켰다 할지라도 물상과 미립자의 역반응으로 인해 물상에 존재하는 미립자들끼리 응집(flocculation)이나 뭉침(coalescence) 현상이 빨리 일어나 저장안정성에 문제를 일으키는 경향이 있다.

참고적으로, 상기 양이온계 유화제와 산과의 반응은 하기 반응식 1과 같다.

RNH₂ + HCl = RNH³ ⁺ + Cl^-

양이온 유화제에 의한 접착형성은 표면으로부터 수분을 치환시키고, 박리를 방지하며, 금속의 녹방지 효과에 탁월한 특징을 가지고 있다.

본 발명인 수성 아스팔트 균열 보수제 조성물의 포함되는 유화제의 함량이 0.1중량미만이면 아스팔트 혼합물을 연속된 물상에 균일한 미립자 형태로 분산이 안 되거나, 되었더라도 시간이 경과하면 아스팔트 혼합물 입자와 물과 분리되게 되며, 2.5중량%를 초과하면 물이 증발되고 남아 있는 균열 보수제의 물성이 변할 수 있고, 유화제 함량이 많을수록 분산된 압자와 물상의 이중층(the double layer)이 가까워져 제타 포텐셜(zeta potential)이 낮아지게 되어 저장 안정성에 문제를 초래할 수 있다.

아울러 본 발명의 수성 아스팔트 균열 보수제 조성물에는 접착성, 저온유연성, 내열성을 향상시키기 위해 합성고분자 에멀젼을 1∼10중량% 첨가하는 것이 바람직하다. 이러한 합성 고분자 에멀젼으로는 SB 라텍스(styrene-butadiene Latex), 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 라텍스, 아크릴릭 라텍스 등으로 단독 또는 병행하여 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 수성 아스팔트계 균열 보수제 조성물에는 다양한 기타 첨가제가 첨가될 수 있다. 아스팔트는 소량의 염(salt)을 포함하고 있어 에멀젼의 미립 자의 삼투 팽창(osmotic swelling)으로 인해 에멀젼의 점도를 상승시켜 입자의 침전이 발생되므로 염화칼슘(CaCl₂)을 부가하여 삼투팽창을 감소시켜 물상의 밀도 증가로 인해서 입자의 침전 발생을 방지하는 효과가 있다.

또한, 삼인산나트륨(sodium tripolyphosphate)을 물에 부가하여 단물을 만들고, 에멀젼의 저장 안정성을 향상시키다. 그리고 소포제를 소량 부가하여 유화시 발생되는 거품을 제거할 수 있고 종류에는 탄화수소 폴리 글리콜계, 실리콘계 등을 선택적으로 사용할 수 있다.

본 발명의 수성 아스팔트 균열 보수제 조성물은 임펠러 믹서, 고전단 믹서, 고압 균질기 순으로 배치식 또는 연속식으로 제조가 가능하다. 여기에서 좀더 안정되고 균일하게 분산된 조성물을 얻기 위해서는 연속식을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 따른 수성 아스팔트계 균열 보수제 조성물의 제조방법을 첨부된 도 1을 참조하여 살펴보면, 먼저, 아스팔트 혼합물을 제조한다.

상기 아스팔트 혼합물은 아스팔트 20∼50중량%에 상기 파라핀계 점탄성 합성오일 0.5∼10중량%을 부가하여 아스팔트는 온도가 낮을시 깨지는 성질(즉, 취성)을 갖게 하는 "아스팔텐"이라는 구성성분에 가소제 및 연화제가 분산되어 취성을 개선시킬 목적으로 150∼180℃ 온도에서 혼합한 다음, 상기 혼합물에 스티렌계 블록 공중합체 1∼10중량% 및 석유 수지 0.5∼20중량%를 부가하여 석유 수지와 스티렌계 블록 공중합체가 고온에서 아스팔트와 분산되는 시간이 단축시키기 위해 150∼200 ℃의 온도에서 교반하여 균일화시킨 다음, 이 균일화된 아스팔트 혼합물을 연속된 물상에 미립자 형태로 분산시키기 위해서 유동성을 갖는 최소온도에서 유화를 해야만 물의 증발을 막을 수 있는 이유에서 110∼160℃로 온도를 유지시켜 얻는다.

한편, 물 25∼60중량%에 양이온계 유화제 0.1∼2.5중량%, 산 0.1∼1중량%, 그리고 선택적으로, 각종 기타 첨가제를 부가하여 예열된 아스팔트 혼합물(유동성을 갖기 위해)과 유화를 성공적으로 하기 위해서 유화수를 예열해야 하며, 너무 고온시 물의 증발이 유발될 수 있어 30∼70℃의 온도에서 혼합하여 유화수를 상기 아스팔트 혼합물과 별도로 제조한다.

이때 상기 유화수의 pH는 1∼4가 바람직한데, 이는 불수용성인 유화제를 수용성으로 치환하기 위해 반응할 산의 양이 적어도 0.1∼1중량%가 필요한데, 이때 유화수의 pH을 측정해 본 결과, 그 범위가 4미만일 때 유화제가 수용성이 되어 아스팔트 혼합물을 연속된 물상에 미립자 형태로 분산시킬 수 있기 때문이다.

상기에서 제조된 아스팔트 혼합물과 유화수를 유량 펌프를 이용하여 일정하게 조금씩 부가하여 고전단 믹서기(high shear, 3,000∼4000rpm)로 연속된 물상에 아스팔트 혼합물을 균일하게 미립자 형태로 분산시켜 아스팔트 혼합물 유화액을 얻는다.

상기 아스팔트 혼합물 유화액의 온도는 70∼80℃로 유지되고 있으며 이를 내열성, 점착성을 부여하기 위해 합성고분자 에멀젼과 함께 고압 균질기를 통과시켜 균일하고 안정적인 수성 아스팔트 균열 보수제를 제조한다.

이러한 본 발명의 수성 아스팔트계 균열 보수제 조성물은 포장도로 균열, 콘 크리트도로 줄눈, 방수재 등 여러 다른 공법에 적용될 때 내열성, 탄성, 접착력, 저온 유연성 및 감온성이 우수하여 온도 변화에 따라 수축/팽창의 거동을 수용하여 포장도로의 수명을 연장시킬 뿐 아니라, 물을 이용한 조성물이기에 특별한 장비와 전문기술자가 필요없이 시공 단가를 낮출 수 있으며, 가열에 의해 발생되는 연기 속의 NOx, SOx 등의 공해 물질이 발생되지 않는 균열 보수제 조성물을 얻는 기술을 확보함으로써 환경보호에 기여할 수 있다.

이하에서는 실시예를 들어 본 발명의 수성 아스팔트 균열 보수제 조성물에 대하여 상세히 기술하고자 한다. 하지만, 본 발명이 하기 실시예로만 한정된다는 것은 아니다.

제조예 1

수소화 처리된 윤활기유-Ⅰ((주)한국 울트라 켐텍 제조사, S-3300, Cas No. 64741-88-44) 40중량% 및 수소화 처리된 윤활기유-Ⅱ((주)한국 울트라 켐텍 제조사, S-9500, Cas No. 64742-65-0) 35중량%의 혼합 윤활기유에 유동점 강하제((주)한국 울트라 켐텍 제조사, 염소화파라핀과 페놀의 축합물, Cas No. N/A)와 점도지수 향상제((주) 한국 울트라 켐텍 제조사, 올레핀 공중합체, Cas No. N/A)를 1 : 1의 무게비로 혼합하여 25중량%을 합성하여 파라핀계 점탄성계 합성오일을 제조하였다. 상기 파라핀계 점탄성계 합성오일의 유동점은 -60℃이고, 점도지수(25℃)는 200cp이며, 인화점은 265℃이었다.

실시예 1

a) 아스팔트 혼합물을 제조하는 단계;

침입도가 약 70d㎜, 연화점이 약 70℃인 아스팔트인 슈퍼팔트(SK 정유) 40중량%에 파라핀계 점탄성 합성오일 7중량%을 부가하여 180℃ 온도에서 30분간 혼합한 다음, 상기 혼합물에 스티렌계 블록 공중합체스티렌계 블록 공중합체(금오석유화학(주), KTR 101P) 5중량%, 석유 수지(코오롱 유화(주), R1100S) 10중량% 및 산화방지제(SONGNOX 21B, 송원산업(주)) 및 염화칼슘을 각 0.5중량%를 부가하여 180℃의 온도에서 약 600rpm으로 2시간 교반하여 균일화시킨 다음 140℃로 온도를 유지시켰다.

b) 유화수의 제조단계;

불순물이 함유되지 않는 증류수 30중량%에 니트론계 양이온유화제(Indulin MQ3, Meadwestvaco 社) 1.2중량%, 염산 (35% HCl) 0.6중량%, 삼인산나트륨 0.2중량%를 부가하여 40℃온도에서 혼합하면서 제조하였다.

c) 유화 단계;

120℃로 유지된 상기 아스팔트혼합물(a) 63중량%를 고전단 믹서기로 3,000rpm으로 교반하면서 40℃로 유지되는 유화수(b) 32중량%을 유량 펌프를 이용하여 일정하게 조금씩 부가하여 30분간 교반하여 아스팔트 혼합물을 연속된 상에 미립자 형태로 분산시켜 아스팔트 혼합물 유화액을 얻었다.

d) 상기 아스팔트 혼합물 유화액(c)의 온도는 80℃로 유지되고 있으며 이를 내열성, 점착성을 부여하기 위해 SB 라텍스 5중량%를 첨가하여 고압 균질기를 통과 시켜 보다 균일하고 안정적인 수성 아스팔트게 균열 보수제를 제조하였다.

비교예 1

유화제를 니트론계 양이온 유화제(Indulin MQ3, Meadwestvaco사) 대신에 음이온 유화제인 Indulin HFE(Meadwestvaco사)로 대체한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.

비교예 2

유화제를 니트론계 양이온 유화제(Indulin MQ3, Meadwestvaco사) 대신에 비이온 유화제인 Tween 85(Polyoxyethylene(20) Sorbitan tri-oleate, Sigma-Aldrich 사)로 대체한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.

비교예 3

염산(35% HCl) 0.6중량%을 대신에 염산(35% HCl) 0.05중량%로 대체한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.

비교예 4

염산(35% HCl) 0.6중량%을 대신에 염산(35% HCl) 2중량%로 대체한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.

비교예 5

미국 표준협회 규격 ASTM D 6690 Type I(Standard specification for joint and crack sealant, for concrete and Asphalt pavements인 규격값).

이상과 같은 방법으로 제조한 실시예 1 및 비교예 1∼5의 수성 아스팔트계 균열 보수제 조성물에 대하여 콘침입도, 흐름성, 연화점, 저온접착성, 상용성 및 유화 성공 여부를 다음과 같이 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타냈다.

실시예 및 비교예 측정방법

1) 콘침입도: ASTM D 5

2) 흐름성: ASTM D 5329

3) 연화점: ASTM D 36

4) 저온접착성: ASTM D 5329

5) 상용성: ASTM D 5329

시험항목	실시예 1	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4	비교예 5
콘침입도(dmm)	70	72	74	76	75	90이하
흐름성(mm)	1.5	1.6	2	2	1.5	5이하
연화점(℃)	96	93	92	95	95	-
저온접착성 (-18℃, 5cycle)	통과	통과	통과	통과	통과	통과
상용성	통과	통과	통과	통과	통과	통과
유화여부	성공	실패	실패	실패	실패	-
pH	3	11	7	6	0.5	-

상기 표 2에서 pH는 아스팔트 혼합물을 연속된 물상에 미립자 형태로 분산시키기 위한 유화수에 대해 pH 측정기를 이용하여 측정했으며, 실시예 1은 염산이 첨가되었기 때문에 산성을 띠며, 비교예 1은 불수용성 음이온 유화제를 수용성을 만들기 위해서 첨가제 수산화나트륨(NaOH)를 첨가했기 때문에 염기성을 띤다. 비교예 3은 비이온성 유화제로 첨가제의 첨가없이 수용성을 띠기 때문에 상기 pH값을 갖게 된다.

상기 표 2를 살펴보면, 음이온계, 비이온계를 적용한 비교예 1 및 2의 조성물은 아스팔트 혼합물을 연속된 물상에 미립자 형태로 분산시키는데 실패함으로써 장시간 저장하는데 문제를 일으킬 수 있다.

아울러 실시예 1과 비교예 4～5를 비교하면 수성아스팔트 균열보수제의 pH는 1∼4 범위에서 유화가 성공됨을 알 수 있다. 따라서, 실시예 1의 수성 아스팔트 균열보수제 조성물은 ASTM D 6690 Type I를 만족할 수 있다.

본 발명의 수성 아스팔트계 균열 보수제는 파라핀계 점탄성 오일의 적절한 함량으로 뛰어난 저온유연성을 보이며, 접착력 증대, 낮은 점도의 물성을 갖게 하고, 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체의 적절한 함량으로 뛰어난 내열성 및 감온성의 물성을 지닌다.

이러한 본 발명의 수성 아스팔트 균열 보수제 조성물은 포장도로의 균열 및 콘크리트 도로 줄눈 등에 사용하게 되면, 내열성, 접착력, 저온 유연성 및 감온성 이 우수하여 포장도로의 균열을 방지하여 도로 수명 연장에 기여할 수 있다.

또한, 적절한 유화제를 선택하여 유화제에 의해 연속된 물상에 아스팔트 혼합물을 균열하고 안정적인 미립자 형태로 분산되어 있어 특별한 장비와 전문 기술자가 필요없어 시공단가를 낮출 수 있으며, 가열에 의해 발생되는 연기 속의 NOx, SOx 등의 공해물질이 발생되지 않는 균열 보수제 조성물을 얻는 기술을 확보함으로써 환경보호에 기여할 수 있다.

Claims

아스팔트 20∼50중량%;

스티렌계 블록 공중합체 1∼10중량%;

수소화 처리된 윤활기유 70∼80중량%에 유동점 강하제 및 점도지수 향상제로 구성된 첨가제 20∼30중량%를 합성시킨 합성오일로써 유동점이 -60℃이며, 점도지수(25℃)는 200cp, 인화점은 250℃이상인 파라핀계 점탄성 합성오일 0.5∼10중량%;

석유 수지 0.5∼20중량%;

양이온계 유화제 0.1∼2.5중량%;

산 0.1∼1중량%;

물 25∼60중량%; 및

합성고분자 에멀젼 1∼10중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 수성 아스팔트 균열 보수제 조성물.
제1항에 있어서, 상기 아스팔트는 연화점 30∼100℃이고, 침입도가 30∼175dmm인 것을 특징으로 하는 수성 아스팔트 균열 보수제 조성물.
제1항에 있어서, 상기 양이온계 유화제는 니트론계 양이온 유화제인 것을 특징으로 하는 수성 아스팔트 균열 보수제 조성물.
제3항에 있어서, 상기 니트론계 양이온 유화제는 디에틸메틸도데실 암모늄인 것을 특징으로 하는 수성 아스팔트 균열 보수제 조성물.
제1항에 있어서, 상기 산은 염산인 것을 특징으로 하는 수성 아스팔트 균열 보수제 조성물.
제1항에 있어서, 상기 합성고분자 에멀젼은 SB(styrene-butadiene) 라텍스(Latex), 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 라텍스 및 아크릴릭 라텍스로 이루어진 군으로부터 하나이상 선택되는 것을 특징으로 하는 수성 아스팔트 균열 보수제 조성물.
a) 아스팔트 20∼50중량%에 스티렌계 블록 공중합체 1∼10중량%, 수소화 처리된 윤활기유 70∼80중량%에 유동점 강하제 및 점도지수 향상제로 구성된 첨가제 20∼30중량%를 합성시킨 합성오일로써 유동점이 -60℃이며, 점도지수(25℃)는 200cp, 인화점은 250℃이상인 파라핀계 점탄성 합성오일 0.5∼10중량% 및 석유 수지 0.5∼20중량%를 첨가하여 150 내지 180℃의 온도에서 혼합시킨 후, 110∼160℃로 유지시키는 단계;

b) 물 25∼60중량%에 양이온계 유화제 0.1∼2.5중량% 및 산 0.1∼1중량%를 부가하여 30∼70℃에서 혼합시키는 단계;

c) 상기 a)와 b)를 혼합시켜 아스팔트 혼합물 유화액을 제공하는 단계; 및

d) 아스팔트 혼합물 유화액에 합성고분자 에멀젼 1∼10중량%를 첨가하여 연속된 물상에 균일한 미립자 형태로 분산시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수성 아스팔트계 균열 보수제 조성물의 제조방법.