KR100963068B1 - 광경화성 아스팔트 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 도로 포장 등에 사용되는 아스팔트 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 통상의 아스팔트에 개질제로서 자외선 경화제를 혼합시킴으로서, 아스팔트의 소성변형과 균열에 견디는 내구성이 크게 향상되도록 개질된 광경화성 아스팔트 조성물과 그 제조방법에 관한 것이다.
아스팔트, 자외선 경화제, 개질, 내구성

Description

광경화성 아스팔트 조성물 및 그 제조방법{Light Curable Asphalt Composition having Good Durability and Process for Preparing Thereof}
본 발명은 도로 포장 등에 사용되는 아스팔트 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 통상의 아스팔트에 개질제로서 자외선 경화제를 혼합시킴으로서, 아스팔트의 소성변형과 균열에 견디는 내구성이 크게 향상되도록 개질된 광경화성 아스팔트 조성물과 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 아스팔트는 온도변화에 따라 상태가 크게 변화하므로 통상의 아스팔트 조성물로 제조된 아스팔트 포장 도로는 기온의 변화에 따라 심한 거동 변화를 일으킨다. 따라서 도로의 포장에 사용되는 아스팔트는 하절기에는 포장 표면온도가 60℃까지 올라가기 때문에 아스팔트 포장이 쉽게 물러져서 소성변형의 원인이 되고, 동절기에는 취성을 띄어 균열발생의 원인이 된다. 이러한 아스팔트의 온도 민감성 문제를 해결하기 위한 여러 가지 연구가 수행되고 있다.
순수 아스팔트는 시간이 지나면서 공기 중의 산소에 의한 산화, 햇빛의 자외 선에 의한 분자 절단, 그리고 아스팔트 내 오일류의 증발에 따른 건조화 등에 의해 퇴화되어 물성이 감소된다. 이는 아스팔트의 균열발생과 소성변형을 촉진시키고, 결과적으로 아스팔트의 수명을 급격히 단축시킨다.
이러한 문제점을 개선하고, 또한 아스팔트 도로의 사용수명을 증대시키기 위한 방법 중에 하나가 아스팔트에 고분자를 첨가하는 것이다. 이때 사용되는 고분자로는, 공액이중결합을 가진 SBS(스티렌-부타디엔-스티렌 공중합체), SBR(스티렌-부타디엔 고무) 등의 고무류, 이중결합을 가진 EPR(에틸렌-프로필렌 고무), 네오프렌 등의 고무류, 그리고 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리우레탄, EVA(에틸렌-비닐아세테이트 공중합체) 등의 열가소성 플라스틱이 있으며, 이들의 폐기물로서, 예를 들면 폐비닐, 폐타이어분말 등이 아스팔트에 혼합하여 사용되고 있다.
이렇게 혼합물이 첨가된 아스팔트 조성물은 도로 포장용으로 사용하는 경우 다음과 같은 사항을 만족시켜야한다.
1) 혼합요소들은 액체 상태에서 아스팔트와 잘 섞여야 한다.
2) 혼합요소들은 고체 상태에서 아스팔트 내에 잘 분산되어 있어야 한다.
3) 아스팔트 혼합물은 충분한 강도(인장강도)와 강성(剛性), 그리고 인성(靭性)을 가져야 한다.
4) 아스팔트 혼합물은 우수한 유변 특성을 지녀야 한다. 이에는 60℃에서 발생되는 반복되는 차량 하중에 의한 도로표면의 영구적인 변형, 즉 소성변형에 저항할 수 있을 정도의 탄성이 확보되어야 하고, 또한 저온 또는 상온에서 발생되는 균 열에 저항할 수 있는 유연성이 확보되어야 한다.
그러나 이러한 고분자 첨가 아스팔트의 경우 종래에 비해 균열 방지에 대한 특성을 개선하는 등 사용 수명을 연장시키는 데 어느 정도의 효과를 보고는 있으나, 역시 고온으로 인한 변형이나 그 후의 내구성에서는 여전히 만족할만한 효과를 보이지는 못하고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 아스팔트의 소성변형과 균열을 억제하기 위해 아스팔트에 강인성을 부여할 수 있는 새로운 아스팔트 개질제를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 아스팔트에 강인성을 부여할 수 있는 상기 아스팔트 개질제를 포함하는 광경화성 아스팔트 조성물을 제공하는 것이다.
또한 본 발명은 아스팔트의 물성을 향상시킬 수 있는 경화체계를 제공하여 아스팔트를 개질하는 향상된 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제 해결을 위하여 본 발명은, 자외선 경화제로 구성된 아스팔트 개질제를 제공한다.
특히, 본 발명은 아스팔트와 자외선 경화제를 포함하는 광경화성 아스팔트 조성물을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 아스팔트에 추가적으로 고분자가 함유되고 자외선 경화제를 함유하는 아스팔트 조성물을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 아스팔트 조성물은
1) 자외선 경화제 준비 단계,
2) 아스팔트 또는 고분자 첨가 아스팔트를 200℃로 가열하는 단계,
3) 200℃로 뜨거워진 아스팔트 또는 고분자 첨가 아스팔트에 자외선 경화제 혼합물을 혼입하는 단계
를 포함하는 제조방법으로 상기 과제 해결이 달성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 일반적인 아스팔트에 개질제로서 자외선 경화제를 사용함으로서 시간이 지날수록 햇빛(자외선)에 의해 노화(물성이 떨어짐)되는 것이 아니라, 자외선 경화제에 의해 햇빛을 받으면서 아스팔트는 더욱 강인해져서 고온에서 발생될 수 있는 소성 변형이 방지되고 저온 또는 상온에서 발생될 수 있는 균열이 방지되어 장기간 초기의 우수한 물성을 그대로 유지할 수 있는 내구성이 크게 개선된 광경화성 아스팔트 조성물을 제공할 수 있다.
또한, 이렇게 광경화성이 부여되어 아스팔트 포장 도로의 수명을 연장시킴으로써, 아스팔트 포장 및 유지 보수 등에 사용되는 비용을 획기적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 아스팔트와 아스팔트 개질제의 조성물이다. 개질제는 자외선 경화제로서 바람직하기는 단파장 자외선 경화제와 장파장 자외선 경화제 혼합물로 구성된다. 더욱 바람직한 것은 아스팔트에 열가소성 고분자를 더하는 경우이다.
본 발명에서 개질제로 사용되는 자외선 경화제는 빛의 200nm ∼ 450nm 파장에서 분해되어 아스팔트 또는 아스팔트 내의 고분자에서 가교반응을 일으킨다. 자외선 경화제는 분자사슬에서 수소(proton)를 빼앗아 그곳에 라디칼(전자가 하나 부족한 물질)을 형성하고, 그러면 주 사슬에 라디칼을 가진 분자들이 서로 반응하여 가교결합을 이루어 분자망상구조(molecular network)를 형성한다. 이렇게 하여 가교결합된 물질은 열에 강하여 진다. 본 발명에서 사용 가능한 자외선 경화제는 벤조페논, 아세토페논, 프로피오페논 등의 단파장(200nm~360nm미만) 경화제와 트리페닐포스핀옥사이드, 비스페닐포스핀옥사이드, 아실포스핀옥사이드 등의 장파장(360nm ∼ 450nm) 경화제가 단독으로 혹은 바람직한 형태로서 혼합하여 사용될 수 있다. 여기서 단파장용 화합물은 아스팔트의 표면에서 약 2mm ∼ 3nm 깊이로 가교결합을 형성하고, 장파장용 화합물은 표면에서 약 2cm ∼ 3cm 깊이로 가교결합을 형성한다. 따라서 단파장 물질에 약간의 장파장 물질을 혼합하면 그 가교결합의 형성 효과는 더욱 커진다.
본 발명의 광경화성 아스팔트 조성물은 더욱 바람직하기로는 고분자를 포함 하는 경우이다. 그중에서도 기능과 비용 면에서 폐폴리비닐크로라이드, 폐폴리우레탄이 더욱 적당하다. 본 발명은 각 구성 물질들이 서로 잘 섞이는 혼화성(compatible) 아스팔트 조성물을 제공한다. 이 아스팔트 혼합물은 고온(60℃)에서 소성 변형에 견디고, 저온 또는 상온(20℃)에서는 균열에 저항하는, 매우 향상된 내구성을 갖는다.
이하에서 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명은 아스팔트와 자외선 경화제를 포함하는 아스팔트 조성물로서, 여기서 사용되는 자외선 경화제는 단파장 자외선 경화제와 장파장 자외선 경화제로 구성하는 경우가 더욱 바람직하다. 각기 단독으로 사용될 수도 있으나 함께 쓰면 그 효과는 배가 된다. 단파장과 장파장의 자외선 경화제 혼합물의 배합은 20 : 1 내지 1 : 1 정도도 가능하나 15 : 1 ∼ 5 : 1 정도가 더욱 적당하고 바람직한 배합은 12 : 1 ∼ 8 : 1 이다. 이러한 배합비율은 가교결합 형성에 관여하는 특성을 고려하여 결정하는 것이 바람직하다. 이 자외선 경화제 배합물은 아스팔트 또는 아스팔트와 고분자의 혼합물(고분자 첨가 아스팔트) 전체에 대해 0.1 ∼ 7wt%가 바람직하게 사용될 수 있다. 더욱 적절한 비율은 0.5 ∼ 3.0wt%이다. 만일 너무 소량 첨가되면 개질효과를 기대할 수 없고, 너무 과량 첨가하면 지나친 경화성으로 인해 오히려 균열 등 물성 저하를 가져올 수 있다.
본 발명에서 사용되는 단파장 자외선 경화제로는 자외선에 의해 활성을 띄는 통상의 것이 사용될 수 있다. 그 예로서는 벤조페논, 아세토페논, 프로피오페논, 4-(1,1-부틸디옥시-1-메틸에틸)벤조페논, 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논, 2,2-디에톡시-2-페닐아세토페논, 2,2-디부톡시아세토페논, 2-히드록시-1-[4-(2-히드록시에톡시)페닐]-2-메틸-1-프로파논, 메틸벤조포르메이트, 티옥싸쏜, 벤조일디메틸포스포네이트, 2,4,6-트리메틸벤조일디에틸포스포네이트, 벤조일디에틸포스포네이트, 벤조인메틸에테르 및 벤조인이소프로필에테르 중에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.
또한, 장파장 자외선 경화제도 역시 자외선에 의해 활성을 띄는 통상의 것이 사용될 수 있다. 그 예로서는 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀옥사이드, 2,6-디메톡시벤조일디페닐포스핀옥사이드, 피바로일디페닐포스핀옥사이드, 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)페닐포스핀옥사이드, 비스(2,6-디메틸벤조일)페닐포스핀옥사이드, 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-2,5-디이소프로필페닐포스핀옥사이드, 비스［2,6-디메틸-4-(2-메틸프로필)벤조일］페닐포스핀옥사이드 및 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-2,5-디메틸페닐포스핀옥사이드 중에서 선택된 하나 이상이 사용될 수 있다.
이러한 경화제들의 선택은 아스팔트 또는 고분자 첨가 아스팔트와의 상용성 및 혼화성, 도로 포장에 적용되었을 경우의 경화조건 및 사용조건 등을 고려하여 선택한다.
본 발명에 따른 아스팔트 조성물은 고분자를 포함하는 경우도 포함된다. 본 발명에서 아스팔트에 첨가하여 사용될 수 있는 고분자로는 크게 열가소성 고분자 및 열경화성 고분자로 나뉜다. 열가소성 고분자로는 폴리우레탄, 폴리비닐클로라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 중에서 선택된 하나 이상이 사용될 수 있다.
열경화성 고분자로는 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리클로로프렌, 폴리이소부텐, 이소프렌-이소부텐 공중합체, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-프로필렌-디엔-모노머 공중합체, 스티렌-부타디엔 공중합체, 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합체 및 스티렌-이소프렌-스티렌 공중합체 중에서 하나이상이 사용될 수 있다.
고분자가 아스팔트와 혼합물을 형성할 경우 적당한 고분자 비율은 고분자 첨가 아스팔트 전체에 대하여 보통 1 ∼ 10 wt%이다. 고분자는 순정품(virgin)도 사용이 가능하나 환경적 경제적인 측면에서 폐기물(폐고무, 폐플라스틱)이 바람직하게 사용될 수 있다. 그 첨가량은 너무 소량이면 첨가 효과를 기대할 수 없고 너무 과량이면 오히려 고분자로 인한 물성 지배현상으로 아스팔트 포장에 대한 내구성 및 제반 물성이 저하된다.
본 발명에 있어서, 상기 조성물에서 아스팔트의 예로서는 순수 아스팔트 또는 폐아스팔트가 사용될 수 있다. 또한 아스팔트로는 콜타르, 고분자 개질 아스팔트 및 산화 아스팔트를 사용할 수 있다.
본 발명을 실행함에 있어 다른 첨가제도 사용될 수 있다. 예를 들면, 충전제로 쓰이는 칼슘 카보메이트, 단섬유, 카본블랙 등을 본 발명의 아스팔트 조성물에 다양하게 첨가할 수 있다.
본 발명의 구성인 아스팔트 조성물은 아주 쉽게 제조된다. 본 발명의 아스팔트 조성물의 제조공정은 아스팔트에 자외선 경화제를 첨가하고 잘 섞이게 일반적인 보통의 속도로 교반하는 것을 포함한다. 다른 혼화제(상용화제) 같은 첨가제는 굳이 필요하지 않다.
이와 같이 혼합된 아스팔트 조성물은 노상에서 햇빛(자외선)을 받아 강인성 이 부여되어 고온에서는 소성 변형에 견디고, 저온에서는 균열에 견딜 수 있는 성질을 갖게 되어 4계절의 온도 변화가 뚜렷한 도로 상황에서도 내구성이 충분히 유지되어 도로의 수명이 연장되는 효과를 갖게 된다.
본 발명에서의 가장 일반적인 아스팔트 조성물의 제조방법은
1) 자외선 경화제 준비 단계,
2) 아스팔트 또는 고분자 첨가 아스팔트를 200℃로 가열하는 단계,
3) 200℃로 뜨거워진 아스팔트 또는 고분자 첨가 아스팔트에 자외선 경화제 혼합물을 혼입하는 단계
를 포함하는 제조방법으로 이루어진 것이다. 이때 자외선 경화제 준비 단계에서는 단파장 자외선 경화제와 장파장 자외선 경화제를 섞는 단계로 구성될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 아스팔트 조성물의 제조방법에 있어서, 골재류와 아스팔트를 혼합시 아스팔트에 본 발명에 따른 아스팔트 개질제인 자외선 경화제를 미리 혼합하여 만든 개질된 아스팔트를 사용하는 프리믹스 방식, 및 골재와 아스팔트를 혼합시 상기 본 발명에 따른 개질제인 자외선 경화제를 함께 넣어 제조하는 플랜트 믹스 방식이 모두 사용될 수 있다. 특히 플랜트 믹스 방식은 아스팔트와 개질제를 혼합하는 공정이 필요 없고, 저장 중의 상 분리 및 고온에 의한 물성 저하의 염려가 없어 보다 바람직하다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 하나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 2
200℃온도로 유지되는 반응기 안에서, 국내 S정유회사의 스트레이트(순수) 아스팔트(AP-5, 침입도 60 ∼ 70) 400g를 넣고, 여기에 벤조페논과 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀옥사이드가 10:1로 배합된 자외선 경화제 혼합물을 하기 표1에 나타난 비율(0.5% 및 3.0%)로 첨가하고 균질혼합기(기종: J-UV)를 이용하여 5000rpm 속도로 2시간 동안 교반하여 아스팔트 조성물을 얻었다. 이 아스팔트 조성물을 두 가지 분석(인장실험 및 유변실험) 시료 채취용 금형(mold)에 부어 넣어 실험시료를 제조하였다. 이 시료를 자외선조사기(제일UV사 제품, 수은 전구) 안에서 조사량 18mW/cm² 으로 각각 30초 및 90초 동안 조사하였다.
비교예 1
자외선 경화제와 자외선 조사기를 사용하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 과정으로 실험시료를 제조하였다.
실험예 1
상기 실시예 1 내지 2 및 비교예 1에서 제조된 아스팔트 조성물의 고체물성을 파악하기 위하여, 인장실험을 행하고 그 결과를 표1에 나타내었다. 이에는 인장강도시험기(기종: 대경 UTM)를 이용하여 온도 -10℃에서의 아스팔트의 강인성을 측정하였다. 그 수치가 클수록 내구성이 크다는 것을 의미한다.
1) 티네시티(인장강도)
아스팔트에 개질제(자외선 경화제)를 첨가함으로써 기대되는 가장 큰 효과는 아스팔트 혼합물의 인장강도 향상이다. 인장강도는 아스팔트 포장이 차륜하중에 의 한 하중 영향을 견디어 내는 가장 중요한 기계적 특성으로 이의 향상은 포장의 기대수명을 증진시키는 효과를 가져 온다.
2) 스티프네스(탄성률)
하중에 대한 변형량의 비율로서 아스팔트와 같은 점탄성 재료의 변형성을 파악하는 데에 중요한 기계적 특성이다. 낮은 스티프네스를 보일 경우 하중에 의한 변형이 커지므로 소성변형이 쉽게 발생될 수 있다.
3) 터프네스(일의 양)
아스팔트의 인성을 나타낸다. 그 수치가 클수록 내구성이 크다는 것을 의미한다.
구분 자외선 경화제
(중량부)		 자외선조사
(초)		 티네시티
(N/mm²)		 스티프네스
(N/mm²)		 터프네스
(N·mm)
비교예 1
(AP)		 - - 0.4 40 43
실시예 1
(AP+UV0.5/30)		 0.5 30 0.6 51 46
실시예 2
(AP+UV3.0/90)		 3.0 90 0.7 60 50
상기 표1에서 보면, 티네시티는 자외선 경화제가 첨가되고 자외선조사시간이 증가함에 따라 크게 상승하여 강성이 증가하였음을 알 수 있으며, 스티프네스 및 터프네스 또한 자외선 경화제가 첨가되고 자외선 조사시간이 증가함에 따라 크게 상승하여 인성이 증가하였음을 알 수 있다. 이와 같이 자외선 경화제가 첨가됨에 의해, 모든 기계적 물성이 자외선 경화제가 아니 첨가된 순수 아스팔트(비교예 1)의 그것보다 우수함을 알 수 있다. 이는 자외선 경화제가 햇빛(또는 그 안의 자외선)에 의해 아스팔트의 구성요소인 아스팔텐에 가교를 형성시켜 아스팔트 조성물의 기계적 물성을 향상시켰음을 나타낸다.
실험예 2
상기 실시예 1 내지 2 및 비교예 1에서 제조된 아스팔트 혼합물의 유체물성을 파악하기 위하여, 유변실험을 행하고 그 결과를 표2에 나타내었다. 이에는 동적전단시험기(Rheometer, MCR 300)를 이용하여 아스팔트 또는 아스팔트 혼합물의 흐름성을 측정한다.
1) G*sin(20℃에서)
저온균열에 대항하는 유연성을 측정하는 항목으로서 그 값이 저온(또는 상온)에서 그리고 함께 10 rad/s에서 5,000 kPa이하가 되어야 한다. 여기서 G*는 복수 전단 탄성률을 말하고 는 위상각으로서 =90 이면 대상 물질은 탄성이 없음을 일컫고, =0 이면 점성(유연성)이 없음을 일컫는다.
2) G*/sin(60℃에서)
소성 변형에 대항하는 내구성을 측정하는 항목으로서 그 값이 고온(60℃) 및 10 rad/s에서 1 kPa이상이 되어야 한다.
3) G*/sin(1 kPa에서)
1 kPa에서 아스팔트 또는 아스팔트 혼합물의 소성 변형 온도를 나타낸다. 이 온도가 높을수록 소성변형에 강하다는 것을 의미한다.
구분 자외선 경화제
(중량부)		 자외선조사
(초)		 G* sin
(20℃에서)		 G*/sin
(60℃에서)		 G*/sin
(1 kPa에서)
비교예 1
(AP)		 - - 265 kPa 4.6 kPa 67℃
실시예 1
(AP+UV0.5/30)		 0.5 30 838 kPa 9.6 kPa 87℃
실시예 2
(AP+UV3.0/90)		 3.0 90 891 kPa 13.7 kPa 90℃
상기 표2에서 보면, 아스팔트에 자외선 경화제를 첨가함에 따라 유변물성이 증가하였다. 특히, 보통 순수 아스팔트는 60℃ 근처 온도(본 실험 경우에는 67℃)에서 소성 변형을 일으키나 본 실험에서처럼 자외선 경화제가 첨가된 아스팔트 조성물에서는 소성변형 온도가 90℃ 근처를 나타내었다. 이는 자외선 경화제가 햇빛(또는 그 안의 자외선)에 의해 아스팔트의 구성요소인 아스팔텐에 가교를 형성시켜 아스팔트 조성물의 유변 물성 및 나아가 소성변형에 대한 저항성을 크게 진작시켰음을 가리킨다.
실시예 3 내지 4
위 실험에서 사용된 순수 아스팔트에 고분자(폐폴리우레탄 파쇄품)를 3wt% 혼입하여 형성된 고분자 첨가 아스팔트에 벤조페논과 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀옥사이드가 10:1로 배합된 자외선 경화제 혼합물을 하기 표3에 나타난 비율(0.5% 및 3.0%)로 첨가하고 균질 혼합기(기종: J-UV)를 이용하여 5000rpm 속도로 2시간 동안 교반하여 아스팔트 조성물을 얻었다. 이 아스팔트 조성물로부터 두 가지 분석(인장실험 및 유변실험)을 위한 시료를 얻고, 이 시료를 자외선 조사기 안에서 조사량 18mW/cm² 으로 각각 30초 및 90초 동안 자외선 조사하였다.
비교예 2
자외선 경화제와 자외선 조사기를 사용하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일한 과정으로 실험시료를 제조하였다.
실험예 3
상기 실시예 3 내지 4 및 비교예 2 에서 제조된 아스팔트 조성물의 고체물성을 파악하기 위하여, 실험예 1과 동일한 방법으로 인장실험을 행하고 그 결과를 표3에 나타내었다. 인장실험 결과의 3항목은 아스팔트의 강인성을 나타낸다. 그 수치가 클수록 내구성이 크다는 것을 의미한다.
구분 자외선 경화제
(중량부)		 자외선조사
(초)		 티네시티
(N/mm²)		 스티프네스
(N/mm²)		 터프네스
(N·mm)
비교예 1
(AP)		 - - 0.4 40 43
비교예 2
(AP+PU3)		 - - 0.5 62 64
실시예 3
(AP+PU3+UV0.5/30)		 0.5 30 0.7 68 67
실시예 4
(AP+PU3+UV3.0/90)		 3.0 90 0.8 71 70
상기 표3에서 보면, 티네시티는 자외선 경화제가 첨가되고 자외선조사시간이 증가함에 따라 크게 상승하여 내구성이 증가하였음을 알 수 있으며, 스티프네스 및 터프네스 또한 자외선 경화제가 첨가되고 자외선조사시간이 증가함에 따라 크게 상승하여 내구성이 증가하였음을 알 수 있다. 이와 같이 자외선 경화제가 첨가됨에 의해, 모든 기계적 물성이 자외선 경화제가 아니 첨가된 순수 아스팔트(비교예 1) 또는 고분자 첨가 아스팔트(비교예 2)의 그것보다 우수함을 알 수 있다. 이는 자외선 경화제가 햇빛(또는 그 안의 자외선)에 의해 아스팔트의 구성요소인 아스팔텐 및 첨가된 고분자 사슬에 가교를 형성시켜 아스팔트 조성물의 기계적 물성을 향상시켰음을 나타낸다.
실험예 4
상기 실시예 3 내지 4 및 비교예 2에서 제조된 아스팔트 조성물의 유체물성을 파악하기 위하여, 유변실험을 행하고 그 결과를 표4에 나타내었다. 이에는 동적 전단 시험기를 이용하여 아스팔트 또는 아스팔트 혼합물의 흐름성을 측정한다.
구분 자외선 경화제
(중량부)		 자외선조사
(초)		 G* sin
(20℃에서)		 G*/sin
(60℃에서)		 G*/sin
(1 kPa에서)
비교예 1
(AP)		 - - 265 kPa 4.6 kPa 67℃
비교예 2
(AP+PU3)		 - - 880 kPa 218 kPa 88℃
실시예 3
(AP+PU3+UV0.5/30)		 0.5 30 1250 kPa 487 kPa 92℃
실시예 4
(AP+PU3+UV3.0/90)		 3.0 90 1550 kPa 632 kPa 94℃
상기 표4에서 보면, 아스팔트 또는 고분자 첨가 아스팔트에 자외선 경화제를 첨가함에 따라 고려하고 있는 유변 물성 3항목이 모두 증가하였다. 특히, 순수 아스팔트는 60℃ 근처 온도(본 실험 경우에는 67℃) 그리고 고분자첨가아스팔트는 80℃ 근처 온도(본 실험 경우에는 88℃)에서 소성 변형되나, 본 실험에서처럼 자외선 경화제가 첨가된 아스팔트혼합물에서는 소성 변형 온도가 90℃ 근처를 나타내었다. 이는 자외선 경화제가 햇빛(또는 그 안의 자외선)에 의해 아스팔트의 구성요소인 아스팔텐 및 첨가된 고분자 사슬에 가교를 형성시켜 아스팔트 조성물의 유변 물성 및 나아가 소성변형에 대한 저항성을 크게 향상시켰음을 나타낸다.
실험예 5
본 실험은 아스팔트 혼합물을 구성하는 요소들이 서로 분리되지 않고 잘 섞이는지를 알아보는 혼화성 확인 실험이다. 상기 비교예1 및 실시예 1 과 3의 아스팔트 조성물을 뜨겁게 데워 흐르게 하여 시린더에 부어 넣고 이를 160℃ 온도를 유지하는 오븐에서 7일 동안 보관하고, 이를 3등분하여 맨 위부분과 맨 아래 부분을 빼내어 실온에서 식혀 고체화한 후, 이들 각각의 연화점을 측정(측정방법 ASTM D36-95)하여 그 차이가 5℃이하이면 구성요소 간에 혼화성(친화성)이 있다, 즉 잘 섞인다고 판별한다. 그 실험결과를 아래 표5에 나타내었다.
구분 자외선 경화제
(중량부)		 자외선조사
(초)		 위부분
(℃)		 아래부분
(℃)
비교예 1
(AP)		 - - 44 44
실시예 1
(AP+UV0.5/30)		 0.5 30 47 47
실시예 3
(AP+PU3+UV0.5/30)		 0.5 30 50 50
상기 표5에서 보면, 자외선 경화제는 순수 아스팔트 또는 고분자 첨가 아스팔트에서 혼화성을 향상시키는 것으로 나타났다. 또한 자외선 경화제로 개질된 아스팔트 조성물의 연화점이 순수 아스팔트의 연화점보다 높은 것으로 보아 자외선 경화제로 인하여 아스팔트 조성물의 내구성이 향상되었음을 다시 확인할 수 있다.
실험예 6
본 실험은 아스팔트 또는 아스팔트 혼합물의 기대수명 확인 실험이다. 앞에서의 실험은 우리나라 연평균 자외선 총복사량(106.9 mW/m2)에 대한 단시간조사 실험이다. 예를 들어, 자외선 조사기 내에서 30초 조사는 5일 동안 옥외에서 햇빛(또는 자외선)을 받는 것과 같다. 아스팔트 개질화의 궁극적인 목적은 아스팔트의 소성 변형이나 균열에 대한 내구성을 증가시켜 도로 포장체로서의 아스팔트의 사용연한(수명)을 연장시키는 데에 있다. 따라서 자외선 조사기 내에서 수시간 또는 수일 장기 조사하여 물성을 확인하면 알고자 하는 아스팔트 또는 아스팔트 혼합물의 수명을 예측할 수 있다. 순수 아스팔트 및 고분자 첨가 아스팔트에 대한 인장실험 결과를 각각 표6 및 표7에 나타내었다.
구분 자외선 경화제
(중량부)		 장기조사시간
(년)		 티네시티
(N/mm²)		 스티프네스
(N/mm²)		 터프네스
(N·mm)
비교예 1
(AP)		 - - 0.4 40 43
실시예 1
(AP+UV0.5)		 0.5 5 0.8 63 55
실시예 1
(AP+UV0.5)		 0.5 10 0.7 65 55
실시예 1
(AP+UV0.5)		 0.5 20 0.8 65 55
구분 자외선 경화제
(중량부)		 장기조사시간
(년)		 티네시티
(N/mm²)		 스티프네스
(N/mm²)		 터프네스
(N·mm)
비교예 2
(AP+PU3)		 - - 0.5 62 64
실시예 3
(AP+PU3+UV0.5)		 0.5 5 0.8 72 70
실시예 3
(AP+PU3+UV0.5)		 0.5 10 0.9 70 73
실시예 3
(AP+PU3+UV0.5)		 0.5 20 0.9 72 72
상기 표6 및 표7에서 보면, 순수 아스팔트 및 고분자 첨가 아스팔트에 자외선 경화제가 첨가되면 옥외 노출 20년이 지나도 아스팔트 자체(비교예1) 또는 고분자 첨가 아스팔트(비교예2)보다 우수한 물성을 나타내었다. 기대수명이 20년 이상임을 나타내고 있다. 참고로 아스팔트 자체는 수명이 7년으로 알려지고 있다. 이에 따라 본 발명의 아스팔트 조성물로 포장된 도로의 소성변형 방지와 내구성이 크게 증진되어 결국 포장도로의 수명을 연장시킴으로써 아스팔트 포장 및 유지 보수 등에 사용되는 비용을 획기적으로 줄일 수 있는 효과를 제공하게 된다.
지금까지의 실험에서 보면, 본 발명의 아스팔트 조성물은 아스팔트 또는 고분자 첨가 아스팔트에 자외선 경화제를 첨가함으로써 햇빛(자외선)을 받아 아스팔트의 기계적 물성과 유변 물성 및 연화점을 증가시키고, 그 결과 아스팔트의 저온성능과 고온성능을 동시에 향상시켜 일반 아스팔트에서 나타나는 소성 변형과 균열을 방지할 수 있으므로 일반 아스팔트의 단점을 보완할 수 있음을 보여주었으며, 또한 본 자외선 경화제는 아스팔트 또는 고분자 첨가 아스팔트와 잘 섞이는 우수한 혼화성을 보여주었다.
즉, 일반 아스팔트가 시간이 지날수록 햇빛(자외선)에 의해 노화(물성이 떨어짐)하는 반면에, 상기 실험에서와 같이 본 발명에서는 아스팔트 또는 고분자 첨가 아스팔트가 자외선 경화제에 의해 햇빛을 받으면서 아스팔트는 더욱 강하여져 고온에서 발생될 수 있는 소성변형이 방지되고 저온 또는 상온에서 발생될 수 있는 균열이 방지되어 20년이 지나도 처음과 같은 물성을 유지하고 있다. 이에 따라 포장도로의 수명을 연장시킴으로써 아스팔트 포장 및 유지 보수 등에 사용되는 비용을 획기적으로 줄일 수 있게 된다. 이는 본 발명에서와 같이 아스팔트 또는 고분자 첨가 아스팔트에 자외선 경화제를 혼입함으로써 가능하여 질 수 있다는 것을 보여주는 것이다.

Claims (13)

  1. 아스팔트와 자외선 경화제로 구성된 광경화성 아스팔트 조성물에 있어서,
    상기 아스팔트는 순수 아스팔트, 순수 아스팔트에 폐폴리우레탄을 혼입하여 형성된 고분자 첨가 아스팔트 또는 이들의 혼합물이고,
    상기 고분자는 폴리우레탄, 폴리비닐클로라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 중에서 선택된 하나 이상의 열가소성 고분자, 또는 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리클로로프렌, 폴리이소부텐, 이소프렌-이소부텐 공중합체, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-프로필렌-디엔-모노머 공중합체, 스티렌-부타디엔 공중합체, 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합체 및 스티렌-이소프렌-스티렌 공중합체 중에서 하나 이상의 열경화성고분자 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상이며,
    상기 폐폴리우레탄은 고분자 첨가 아스팔트 전체에 대하여 1 ∼ 10 wt%로 포함되어 있는 것이고,
    상기 자외선 경화제는 아스팔트 또는 아스팔트와 고분자 첨가 아스팔트 전체에 대해 0.1wt% ~ 7wt% 포함되어 있으며,
    상기 자외선 경화제가 단파장 자외선 경화제와 장파장 자외선 경화제가 20 : 1 ~ 1 : 1 의 비율로 혼합되어 있는 것이고,
    상기 단파장 자외선 경화제가 벤조페논, 아세토페논. 프로피오페논, 4-(1,1-부틸디옥시-1-메틸에틸)벤조페논, 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논, 2,2-디에톡시-2-페닐아세토페논, 2,2-디부톡시아세토페논, 2-히드록시-1-［4-(2-히드록시에톡시)페닐]-2-메틸-1-프로파논, 메틸벤조포르메이트, 티옥싸쏜, 벤조일디메틸포스포네이트, 2,4,6-트리메틸벤조일디에틸포스포네이트, 벤조일디에틸포스포네이트, 벤조인메틸에테르 및 벤조인이소프로필에테르 중 어느 하나 이상이며,
    상기 장파장 자외선 경화제가 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀옥사이드, 2,6-디메톡시벤조일디페닐포스핀옥사이드, 피바로일디페닐포스핀옥사이드, 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)페닐포스핀옥사이드, 비스(2,6-디메틸벤조일)페닐포스핀옥사이드, 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-2,5-디이소프로필페닐포스핀옥사이드, 비스［2,6-디메틸-4-(2-메틸프로필)벤조일］페닐포스핀옥사이드 및 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-2,5-디메틸페닐포스핀옥사이드 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 조성물.
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  12. 1) 자외선 경화제 준비 단계,
    2) 아스팔트 또는 폐폴리우레탄 첨가 아스팔트를 200℃로 가열하는 단계,
    3) 200℃로 뜨거워진 아스팔트 또는 폐폴리우레탄 첨가 아스팔트에 자외선 경화제 혼합물을 혼입하는 단계를 포함하는 광경화성 아스팔트 조성물의 제조방법에 있어서,
    상기 자외선 경화제 준비단계는 단파장(200nm~360nm미만) 경화제와 장파장(360nm ∼ 450nm) 경화제를 섞는 단계를 포함하며,
    광경화성 아스팔트 조성물을 골재류와 아스팔트를 혼합시 아스팔트에 상기 자외선 경화제를 미리 혼합하여 프리믹스 방식으로 제조함을 특징으로 하는 광경화성 아스팔트 조성물의 제조방법.
  13. 1) 자외선 경화제 준비 단계,
    2) 아스팔트 또는 폐폴리우레탄 첨가 아스팔트를 200℃로 가열하는 단계,
    3) 200℃로 뜨거워진 아스팔트 또는 폐폴리우레탄 첨가 아스팔트에 자외선 경화제 혼합물을 혼입하는 단계를 포함하는 광경화성 아스팔트 조성물의 제조방법에 있어서,
    상기 자외선 경화제 준비단계는 단파장(200nm~360nm미만) 경화제와 장파장(360nm ∼ 450nm) 경화제를 섞는 단계를 포함하며,
    광경화성 아스팔트 조성물을 골재와 아스팔트를 혼합시 상기 자외선 경화제를 함께 넣어 제조하는 플랜트 믹스 방식으로 제조함을 특징으로 하는 광경화성 아스팔트 조성물의 제조방법.
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