KR101019827B1 - 기계적 강도, 내 노화 성능 및 균열저항성이 개선된 칼라아스팔트용 바인더 조성물 및 그의 제조방법 - Google Patents

기계적 강도, 내 노화 성능 및 균열저항성이 개선된 칼라아스팔트용 바인더 조성물 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 점도지수가 120~200인 프로세스 오일, 석유 수지, 열가소성 수지, 열가소성 엘라스토머, 박리 방지제, 가소제 및 황화합물을 소정의 비율로 배합함으로써 우수한 기계적 강도와 내노화성능 및 균열저항성을 갖는 아스팔트 바인더 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
칼라아스팔트, 바인더, 프로세스 오일, 석유수지

Description

기계적 강도, 내 노화 성능 및 균열저항성이 개선된 칼라 아스팔트용 바인더 조성물 및 그의 제조방법{Binder composition for color asphalt having improved mechanical property, anti-aging property, and crack resistance, and method for preparing the same}
본 발명은 칼라 아스팔트에 사용되는 개질용 바인더 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 기계적 강도, 내 노화 성능 및 균열저항성을 크게 개선시킨 칼라 포장용 무색 또는 칼라 바인더 조성물과 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 환경과 미관에 대한 중요성이 부각되면서 기존의 획일적인 암회색의 아스팔트 포장이 아닌 칼라 아스팔트 포장에 대한 요구가 높아지고 있다. 칼라 아스팔트 포장은 미관을 좋게 하는 것 이외에도 다양한 칼라로 버스전용차로, 횡단보도, 학교 앞 도로 등에 시공하여 운전자나 보행자에게 안전성을 높일 수 있도록 시각적 효과를 준다. 그러나 기존의 칼라 아스팔트 혼합물 포장지역에서 무색바인더의 높은 점성과 강성으로 인한 저온균열 및 소성변형 현상이 나타나고, 색상이 탈색 또는 변색되어 시인성 측면에도 문제가 발생하였다. 따라서 균열과 파손 등에 취약함을 보여 포장 공용성에 문제가 제기된 기존의 차도용 무색 아스팔트 바인더 의 공용성을 개선시키기 위한 연구가 활발히 진행되었다.
대한민국 공개특허공보 제2002-0023743호 및 제2004-0028877호에서는 프로세스오일에 열가소성 수지류를 투입하여 칼라 포장용 바인더의 제조방법을 제시하였다.
또한 미국특허공보 제4332620호 및 제 2006-0047059호에서는 아스콘의 강도를 보강하기 위하여 폴리머 성분을 주축으로 사용하여 물성을 개선시킨 칼라 아스팔트 조성물의 제조방법을 제시하고 있다.
상기 선행 특허들은 고분자 개질재와 오일을 첨가함으로써 강도 등의 물성을 향상시키고자 한 것이나, 고온에서 저장할 때 품질을 유지할 수 있는 내 노화 특성의 개선효과는 미미하거나 거의 이루어지지 않았다.
고분자 개질재들은 고온에서 장기간 저장될 경우 산화 또는 열화가 발생하여 물성저하의 원인이 되므로, 물성개선 뿐만 아니라 이러한 장기저장에 따른 물성저하 방지, 즉 내 노화특성을 개선하는 것이 매우 중요하다.
본 발명에서는 상기 열거한 문제점들을 동시에 해결하기 위해 점도지수(Viscosity Index,VI)가 높아 감온성이 작은 프로세스 오일과 여러 가지 종류의 황 화합물, 가소제, 박리방지제 등을 각각 또는 동시에 배합함으로써 무색바인더의 구성성분을 변화시켜 강도, 내 노화성능, 균열저항성이 월등히 향상된 조성물을 제조하였다.
본 발명에서는 상기 열거한 문제점들을 동시에 해결하기 위해 연구를 계속한 끝에, 점도지수(Viscosity Index,VI)가 높아 감온성이 작은 프로세스 오일과 여러 가지 종류의 황 화합물, 가소제, 박리방지제 등을 선택적으로 배합함으로써 무색바인더의 구성성분을 변화시켜 강도, 내 노화성능, 균열저항성이 월등히 향상된 조성물을 제조할 수 있음을 발견하였고, 본 발명은 이를 기초로 완성되었다.
따라서 본 발명의 목적은 기계적 강도,내 노화성능 및 균열저항성이 향상된 칼라 아스팔트용 바인더 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 칼라 아스팔트용 바인더 조성물은 (a) 점도 지수가 120~200인 프로세스 오일 20~50wt%; (b) 중량평균분자량이 100~3,000인 석유수지 40~70wt%; (c) 중량평균분자량 100,000 이상인 열가소성 엘라스토머 5~20wt%; 및 (d) 유리황 0.01~5wt%를 포함하여 이루어진다.
또한 본 발명에 따른 칼라 아스팔트용 바인더 조성물의 제조방법은, (a) 점도지수가 120~200인 프로세스 오일 20~50wt%을 100~200℃로 가열하는 단계; (b) 상기 가열된 프로세스 오일에 중량평균분자량이 100~3,000인 석유수지 40~70wt%를 투입하여 균일상이 될 때까지 혼합하는 단계; (c) 상기 균일상 혼합물에 중량평균분자량이 100,000 이상인 열가소성 엘라스토머 5~20 wt%를 투입하고 100~200℃로 가열하면서 교반하는 단계; 및 (d) 상기 (c)단계의 생성물에 유리황 0.01~5 wt%를 투입하고 교반하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
점도지수(Viscosity Index,VI)가 높아 감온성이 작은 프로세스 오일과 여러 가지 종류의 황 화합물, 가소제, 박리방지제 등을 각각 또는 동시에 배합하여 바인더의 구성성분을 변화시킴으로써, 칼라 아스팔트의 강도, 내 노화성능, 균열저항성을 월등히 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 칼라 아스팔트용 바인더는 가열된 프로세스 오일에 석유수지를 첨가하여 균일하게 혼합하고, 여기에 열가소성 엘라스토머, 열가소성 수지 등을 투입하여 균일하게 분산시킨 뒤, 필요에 따라 선택적으로 황 화합물, 가소제, 박리방지제 및 안료를 혼합함으로써 제조된다.
우선, 본 발명에 따른 칼라 아스팔트용 바인더에 사용되는 프로세스 오일은 바인더의 연성, 유동성 및 저온 성능을 개선하고 다른 성분과의 균일 혼합을 위해 사용되는 것으로서, 점도 지수(Viscosity Index, VI)가 120~200인 파라핀계, 아로마틱계 및 나프텐계 탄화수소 유분들의 단독 또는 혼합된 형태로 사용되며, 높은 점도 지수로 인하여 온도변화에 따른 물성 차이가 작아 교통 및 환경 하중에 의해 발생하는 피로균열저항성을 크게 향상시키는 효과를 나타낼 수 있다. 프로세스 오일의 점도지수가 120보다 낮으면 한랭기 도로의 피로 균열, 거북등 균열과 같은 파손이 발생하고, 점도지수가 200보다 크면 기계적 강도 및 내구성이 약해져 소성변 형, 차량 주행에 따른 마모 등의 문제가 있다. 바인더 중 프로세스 오일의 함량은 바인더 총 중량을 기준으로 20~50 wt%인 것이 바람직하다. 프로세스 오일의 함량이 20 wt% 보다 적으면 높은 점도로 인해 작업성이 좋지 않은 문제가 있고, 반대로 50 wt%보다 많으면 기계적 강도 및 내구성이 약해지는 문제가 있다.
본 발명에 사용되는 석유수지는 석유 정제과정이나 석유화학공업의 부산물로 생성되는 유분으로, 올레핀이나 디올레핀을 함유하는 것을 원료로 하여 여러 가지 방법으로 중합시킨 플라스틱을 총칭하는 것으로서, 본 발명에서는 중량평균분자량 100~3,000의 방향족계 석유수지, 수첨 석유수지, 지방족계 석유수지, 지환족계 석유수지 및 공중합계 석유수지들이 각각 또는 병용하여 사용될 수 있으며, 바인더의 총 중량에 대해 40~70 wt%인 것이 바람직하다. 석유수지의 양이 40 wt%보다 적으면 기계적 강도 및 내구성이 약해지는 문제가 있고, 반대로 70 wt%보다 많으면 강성이 높아져 균열저항성이 취약해질 우려가 있다.
본 발명에 따른 바인더 조성물에 사용되는 열가소성 엘라스토머는 저온탄성을 강화시키면서 동시에 고온 점도를 향상시킴으로써 고온유동성을 향상시키는 역할을 하는 성분으로서, 분자량 10만 이상의 스티렌-부타디엔 블록 공중합체(Styrene Butadiene Block Copolymer, SBS), 고체상 및 라텍스상 스티렌 부타디엔 고무(Styrene Butadiene Rubber, SBR), 천연고무 라텍스(NR)들이 각각 또는 병용되어 구성된다. 고형분 타입 또는 라텍스 타입의 중합체를 선택하여 사용할 수 있으나 어느 형태의 중합체를 사용하더라도 입자가 매우 작은 상태로 혼합되어야 한다. 고형분 중합체를 사용할 경우에는 호모지나이저(Homogenizer)와 같은 고속전 단교반기를 이용하여 매우 작은 입자로 분쇄하여야 하기 때문에 투입하기 전에 가능한 한 작은 크기로 고형분을 분쇄한 후 혼합하면 혼합시간을 절약시킬 수 있다. 라텍스 상태의 중합체는 이미 매우 미세한 크기의 중합체가 물과 혼합하여 존재하기 때문에 아스팔트와 혼합 후 물만 제거해 주면 된다. 여러 가지 방법으로 물을 제거할 수 있지만 본 발명에서는 라텍스 상태의 스티렌계 중합체를 혼합할 때 가열하면서 물을 증발시켜 제거하였다. 물이 증발 제거된 후의 라텍스 상태 스티렌계 중합체의 고형분 함량은 5~70 wt%, 분자량은 50,000~2,000,000 g/mol이다.
본 발명에 사용되는 열가소성 수지는 바인더의 고온 유동성을 조절하면서 점착성, 접착성 및 강도 보강을 위해 사용되는 것으로, 골재와의 결합력 척도인 터프니스 및 테나시티를 조절하는 역할을 한다. 본 발명에 사용되는 열가소성 수지로는 저밀도 폴리에틸렌(Low Density Polyethylene, LDPE), 및 에틸비닐아세테이트 랜덤공중합체(Ethylene-Vinyl-Acetate, EVA)가 단독으로 또는 병용으로 사용될 수 있으며, 그 사용량은 바인더 총 중량에 대해 0.5~5 wt%인 것이 바람직하다. 열가소성 수지의 양이 0.5 wt%보다 적으면 바인더의 소성변형에 대한 저항성이 작아질 우려가 있고, 5 wt%보다 많으면 고온 저장시 품질을 유지할 수 있는 내 노화성능이 약해지는 문제가 있다.
본 발명에 따른 바인더 조성물에는 가소제, 안정제, 박리방지제, 산화 아스팔트, 및 황 화합물과 같은 첨가제를 선택적으로 더 포함하도록 할 수 있다.
가소제로는 디옥틸프탈레이트(Di-Octyl Phthalate, DOP), 디이소노닐프탈레 이트(Di-Isononyl Phthalate, DINP), 디부틸프탈레이트(Di-Butyl Phthalate, DBP) 등이 사용될 수 있으며, 박리방지제로는 아민, 소석회와 같은 폴리아민계 박리방지제를 사용하는 것이 바람직하다. 가소제 및 박리방지제의 사용량의 합은 바인더 총 중량에 대해 0.001~10 wt%인 것이 바람직하다.
안정제로는 N-이소프로필-N'-페닐-p-페닐렌디아민(N-isopropyl-N'-phenyl-p-phenylene diamine)를 사용하는 것이 바람직하며, 그 사용량은 0.001~10 wt%인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 바인더 조성물에는 점탄성적 특성과 고온 저장시 품질을 유지할 수 있는 내노화성능을 향상시키기 위해 유리황을 더 첨가할 수 있으며, 그 사용량은 바인더 총 중량에 대해 0.01~5 wt%인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 바인더 조성물은 무색 또는 유색으로 구성될 수 있으며, 유색인 경우에는 바인더 조성물에 안료로서, 입자크기가 0~0.5 ㎛이고 Fe 또는 Cr 성분을 함유하는 화합물, 예를 들면 Fe203, Cr2O3와 같은 화합물을 0.5~30 wt% 더 첨가하게 된다.
본 발명에 따른 바인더 조성물을 제조하기 위한 방법을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
우선, 가열, 냉각 및 교반이 가능한 혼합탱크에 상기 프로세스 오일을 탱크에 투입한 후 온도를 100~200℃로 가열하고, 석유 수지류를 투입하여 균일상이 될 때까지 교반하고, 이것이 균일상이 되면 여기에 열가소성 엘라스토머류, 열가소성 수지류 등을 투입하여 재료들이 균일하게 분산될 때까지 교반하면서 온도를 100~200℃로 가열한다. 상기 바인더에 여러 가지 종류의 황 화합물, 가소제, 박리방지제 등을 각각 또는 동시에 첨가하여 전체가 균일상이 되도록 제조하면 강도와 내 노화성능, 균열저항성이 현저하게 개선된 조성물을 얻을 수 있다.
상기 제조 과정들은 110~220℃, 바람직하게는 130~200℃의 온도범위에서 수행되며, 각 단계에서의 혼합은 10분~10시간 동안 교반하면서 진행되었다. 물과 고형분이 혼합된 라텍스 상태의 중합체와 혼합할 경우에는 혼합과정 중 물이 증발하여 끓는 현상이 발생한다. 이때 너무 많은 양의 라텍스 상태의 중합체가 단시간 내에 혼합되면 끓어 넘침 현상이 발생하므로 중합체 혼합 양의 조절이 필요하며 무색바인더 대비 시간당 0.1~0.5wt%로 혼합비를 조절하여 투입하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 바인더 조성물의 물성은 기존의 표준시험을 통해 평가될 수 있으며 평가 항목은 하기의 표와 같다.
평가 항목 시험명 시험장비 시험방법
기계적 강도 터프니스 터프니스,테나시티 시험기 JEAAS (일본 포장시험법 편람)
테나시티
점탄성적 특성 동적 전단 응력 DSR(Dynamic Shear Rheometer) AASHTO TP5
박막가열시험 후
전단응력
내 노화 특성 저장안정성 Ring & Ball Tester ASTM D-36
혼합물 물성 Wheel Tracking Test
Beam Fatigue Test
무색 및 칼라 아스팔트 조성물을 고온에서 저장하면 산화 및 열화에 의하여 물성 저하를 초래한다. 따라서 본 발명에서는 스티렌-부타디엔 계열과 같은 고분자 개질재들과 저밀도 폴리에틸렌, 유리황, 가소제인 디옥틸프탈레이트(Di-Octyl Phthalate,DOP), 디이소노닐프탈레이트(Di-Isononyl Phthalate,DINP), 디부틸프탈레이트(Di-Butyl Phthalate,DBP), 안정제인 N-이소프로필-N'-페닐-피-페닐렌디아민(N-isopropyl-N'-phenyl-p-phenylene diamine), 폴리아민계열의 박리방지제를 각각 또는 병용하여 사용한 바인더를 이용함으로써 기계적 강도와 내 노화성이 크게 개선된 칼라 아스팔트 조성물을 얻을 수 있었다.
내 노화성능은 저장 전과 후의 연화점을 측정하여 평가하였다. 즉, 저장 전/후의 연화점 차이가 적을 경우 내 노화성능이 우수하다고 할 수 있다.
본 발명에 따른 무색 및 칼라 아스팔트 조성물은 도로포장에 직접 적용될 수 있으며 또한 상기 조성물을 원료로 하여 에멀젼 상태로 재가공한 후 도로포장 또는 산업용 방수재 등으로 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 효과가 다음 여러 가지 실시예를 통하여 입증되지만 실시 예의 범위로 제한되는 것은 아니다. 이들 각 실시예에 있어서 각각의 물질들의 함량은 무색바인더 총량 대비 중량으로 나타내어진다. 무색 및 칼라 바인더의 기계적 특성, 내 노화특성과 무색 및 칼라 아스팔트 혼합물의 균열저항성 등에 관해 하기의 여러 가지 실시예에서 자세히 기술하였다.
다양한 종류의 무색바인더에 대한 품질 개선이 가능한 것을 하기의 실시예로 입증하였으며, Wheel Tracking Test, Beam Fatigue Test 방법으로 혼합물 물성을 평가한 결과 고온에서의 소성변형 저항성과 특히 저온에서의 균열저항성이 획기적으로 개선되는 것을 입증하였다. 또한 무색 바인더의 기계적 성질을 측정하여 개선되는 것을 나타내었다.
실시예 1
점도지수가 121인 파라핀계 프로세스 오일(파라핀 함량 66%) 30wt%를 100~200℃가 되도록 가열하고, 중량평균분자량 470인 수첨 석유수지 30 wt%와 중량평균분자량 1600인 방향족 석유수지 30 wt%를 투입하여 완전히 용융시킨 후, 평균분자량이 400,000 g/mol이고 스티렌 함량이 31.5%인 스티렌-부타디엔 중합체 10 wt%를 투입시킨다. 온도를 100~200℃로 가열하면서 유리황 0.4 wt%를 투입한 후 1시간 교반하여 제조하였다.
실시예 2
점도지수가 120인 파라핀계 프로세스 오일(파라핀 함량 60%) 33 wt%를 100~200℃가 되도록 가열하고, 중량평균분자량 470인 수첨 석유수지 30 wt%와 중량평균분자량 1600인 방향족 석유수지 30 wt%를 투입하여 완전히 용융시킨 후, 평균분자량이 400,000 g/mol이고 스티렌 함량이 31%인 스티렌-부타디엔 중합체 7 wt%를 투입시킨다. 온도를 100~200℃로 가열하면서 디옥틸프탈레이트(Di-Octyl Phthalate,DOP) 1 wt%와 유리황 0.1 wt%를 투입한 후 30분 교반하여 제조하였다.
실시예 3
점도지수가 120인 파라핀계 프로세스 오일(파라핀 함량 60%) 35 wt%를 100~200℃가 되도록 가열하고, 중량평균분자량 1000인 지방족 석유수지 54 wt%를 투입하여 완전히 용융시킨 후, 평균분자량이 700,000 g/mol이고 스티렌 함량이 31.5%인 스티렌-부타디엔 중합체 6 wt%와 저밀도 폴리에틸렌(Low Density Polyethylene,LDPE) 5 wt%를 투입시킨다. 온도를 100~200℃로 가열하면서 유리황 0.3 wt%를 투입한 후 40분 교반하여 제조하였다.
실시예 4
점도지수가 121인 파라핀계 프로세스 오일(파라핀 함량 66%) 30 wt%를 100~200℃가 되도록 가열하고, 중량평균분자량 470인 수첨 석유수지 49 wt%와 중량평균분자량 1600인 방향족 석유수지 10 wt%를 투입하여 완전히 용융시킨 후, 평균분자량이 400,000 g/mol이고 스티렌 함량이 31.5%인 스티렌-부타디엔 중합체 10 wt%와 평균분자량이 700,000 g/mol이고 스티렌 함량이 23%인 스티렌-부타디엔 중합체 0.4 wt%, 저밀도 폴리에틸렌(Low Density Polyethylene,LDPE) 3 wt%를 투입시킨다. 온도를 100~200℃로 가열하면서 유리황 0.3 wt%를 투입한 후 1시간 교반하여 완전히 용융시켜 균일상이 되도록 제조하였다.
실시예 5
점도지수가 121인 파라핀계 프로세스 오일(파라핀 함량 66%) 35 wt%를 100~200℃가 되도록 가열하고, 중량평균분자량 550인 수첨 석유수지 45 wt%와 중량평균분자량 1600인 방향족 석유수지 10 wt%를 투입하여 완전히 용융시킨 후, 평균분자량이 400,000 g/mol이고 스티렌 함량이 31.5%인 스티렌-부타디엔 중합체 7.5 wt%와 저밀도 폴리에틸렌(Low Density Polyethylene,LDPE) 2.5 wt%를 투입시킨다. 온도를 100~200℃로 가열하면서 유리황 0.3 wt%를 투입한 후 1시간 교반하여 제조하였다.
실시예 6
실시예 5로 제조된 조성물에 폴리아민계 박리방지제(소석회) 0.4 wt%를 첨가하여 30분 동안 교반하여 제조하였다.
실시예 7
점도지수가 120인 파라핀계 프로세스 오일(파라핀 함량 60%) 18 wt%와 점도지수가 126인 파라핀계 오일 12 wt%를 100~200℃가 되도록 가열하고, 중량평균분자량 470인 수첨 석유수지 30 wt%와 중량평균분자량 1600인 방향족 석유수지 30 wt%를 투입하여 완전히 용융시킨 후, 평균분자량이 400,000 g/mol이고 스티렌 함량이 31.5%인 스티렌-부타디엔 중합체 10 wt%를 투입시킨다. 온도를 100~200℃로 가열하면서 유리황 0.4 wt%를 투입한 후 1시간 교반하여 제조하였다.
실시예 8
점도지수가 120인 파라핀계 프로세스 오일(파라핀 함량 60%) 21 wt%와 점도지수가 126인 파라핀계 프로세스오일 14 wt%를 100~200℃가 되도록 가열하고, 중량평균분자량 5500인 수첨 석유수지 45 wt%와 중량평균분자량 1600인 방향족 석유수지 10 wt%를 투입하여 완전히 용융시킨 후, 평균분자량이 700,000 g/mol이고 스티렌 함량이 31.5%인 스티렌-부타디엔 중합체 7.5 wt%와 저밀도 폴리에틸렌(Low Density Polyethylene,LDPE) 2.5 wt%를 투입시킨다. 온도를 100~200℃로 가열하면서 유리황 0.2 wt%를 투입한 후 30분 교반하여 제조하였다.
실시예 9
실시예 7으로 제조된 조성물에 입자크기가 0.3 ㎛이고 산화철 함량이 95%인 안료 20 wt%를 첨가하고 30분 동안 교반하여 제조하였다.
비교예 1
점도지수가 92인 파라핀계 프로세스 오일(파라핀 함량 60%) 23.5 wt%를 100~200℃가 되도록 가열하고, 중량평균분자량 470인 수첨 석유수지 66.5 wt%를 투입하여 완전히 용융시킨 후, 평균분자량이 400,000 g/mol이고 스티렌 함량이 31.5%인 스티렌-부타디엔 중합체 10 wt%를 투입시킨다. 온도를 100~200℃로 가열하면서 완전히 용융시켜 균일상이 되도록 제조하였다.
비교예 2
점도지수가 92인 아로마틱계 프로세스 오일(아로마틱 함량 58%) 50 wt%를 100~200℃가 되도록 가열하고, 중량평균분자량 1600인 방향족 석유수지 40 wt%를 투입하여 완전히 용융시킨 후, 평균분자량이 400,000 g/mol이고 스티렌 함량이 31.5%인 스티렌-부타디엔 중합체 10 wt%를 투입시킨다. 온도를 100~200℃로 가열하면서 완전히 용융시켜 균일상이 되도록 제조하였다.
비교예 3
점도지수가 92인 파라핀계 프로세스 오일(파라핀 함량 58%) 23.5 wt%를 100~200℃가 되도록 가열하고, 중량평균분자량 470인 수첨 석유수지 66.5 wt%를 투입하여 완전히 용융시킨 후, 평균분자량이 400,000 g/mol이고 스티렌 함량이 31.5%인 스티렌-부타디엔 중합체 10 wt%를 투입시킨다. 온도를 100~200℃로 가열하면서 완전히 용융시켜 균일상이 되도록 제조하였다.
비교예 4
아스콘의 강도를 보강하기 위해 개질재를 활용하여 제조한 무색 바인더(대한민국 공개특허 제공-2004-0028877호)로 파라핀계 오일 100중량부에 1,000이상 10,000이하의 분자량을 가진 저밀도 폴리에틸렌 7.5중량부, 비정형 폴리프로필렌 수지 30중량부, 지방족계 또는 공중합 석유수지 170중량부를 투입하여 100~200℃로 가열하여 제조하였다.
비교예 5
해외에서 중교통차량용 칼라 포장에 상용되고 있는 바인더 제품(CS-Phalt).
상기의 실시예 및 비교예에서 제조된 무색 및 칼라 바인더 조성물에 대하여 박막가열 전·후의 전단응력, 저장안정성 등의 물성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
시험항목 터프니스
(kgf·cm)		 테나시티
(kgf·cm)		 동적전단응력
(G*/sinδ,76℃)
,kPa		 박막가열 후
동적전단응력
(G*/sinδ,76℃)
,kPa		 저장안정성
(163℃,48h)
실시예 1 238.5 197.5 4.58 1.56 0.1
실시예 2 230 210 6.13 2.8 0.3
실시예 3 250 212 37.4 14.7 2.1
실시예 4 274 258 10.4 3.69 1.6
실시예 5 290 260 5.84 3.79 1.0
실시예 6 161 135 38.84 14.9 1.0
실시예 7 250 230 3.7 1.4 0.1
실시예 8 238 182 5.2 3.5 1.0
실시예 9 220 195 2.5 0.8 0.7
비교예 1 113 95 2.29 0.65 2.5
비교예 2 189 176 2.15 0.48 2.6
비교예 3 220 190 2.2 0.5 -
비교예 4 182 145 2.28 2.21 3.9
비교예 5 210 180 2.38 2.2 -
기존의 칼라 포장의 경우 무색바인더의 높은 점성과 강성으로 인한 저온균열 및 소성변형 현상이 나타나고, 색상이 탈색되고 변색되어 시인성 측면에도 문제가 발생하였다. 본 발명에서는 상기 표 2에 나타난 바와 같이 VI가 높은(감온성 작은 물질) 프로세스 오일과 여러 가지 종류의 황 화합물, 가소제, 박리방지제 등을 각각 또는 동시에 배합함으로써 무색바인더의 구성성분을 변화시켜 강도, 내 노화성능, 균열저항성이 월등히 향상된 조성물을 제조하였다.
상기 표 2에 나타낸 물성 측정 결과로부터 다음과 같은 사실을 알 수 있다.
- 유리황이 첨가된 조성물은 이를 첨가하지 않은 조성물보다 76℃에서의 동적전단응력이 월등히 개선되었으나 단기노화 후에는 개선 효과가 적었다. 또한 저장안정성이 개선되어 내 노화특성이 크게 향상되는 것으로 나타났다.
- 저밀도 폴리에틸렌(Low Density Polyethylene,LDPE)을 첨가한 경우 단기노화 후의 76℃에서의 동적전단응력이 크게 개선되었으나 무색바인더 대비 5wt%이상 첨가하면 저장안정성이 나빠지는 것으로 나타났다.
- 열가소성 수지에 스티렌-부타디엔 블록 공중합체를 첨가한 조성물은 이를 첨가하지 않은 조성물보다 76℃에서의 동적전단응력이 월등히 개선되었다.
- 폴리아민계열의 박리방지제가 첨가된 조성물은 이를 첨가하지 않은 조성물보다 76℃에서의 동적전단응력이 단기노화 전/후에서 크게 개선되었으나 터프니스, 테너시티 물성은 개선되지 않았다.
또한 점도지수가 큰 파라핀계 프로세스오일을 혼합 사용하는 경우에는 무색 및 칼라 아스팔트 혼합물의 저온에서의 균열저항성을 향상시킬 수 있다. 저온에서의 균열저항성을 평가하기 위해 20℃에서 Beam fatigue Test를 실시하였으며 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
Beam Fatigue Test(20℃,750microstrain),cycle
실시예 5 100,000
실시예 7 300,000~
실시예 8 300,000~
실시예 9 300,000~
비교예 1 45,300
비교예 2 48,650
비교예 3 5,752
비교예 5 49,375
상기 표 3에 나타난 바와 같이 점도지수가 높은 파라핀계 프로세스 오일을 사용하는 경우 저온에서의 균열저항성이 획기적으로 개선되었음을 보여주고 있다.

Claims (14)

  1. (a) 점도 지수가 120~200인 프로세스 오일 20~50 wt%; (b) 중량 평균 분자량 100~3,000인 석유수지 40~70 wt%; (c) 중량 평균 분자량 100,000 이상인 열가소성 엘라스토머 5~20 wt%; (d) 유리황 0.01~5 wt% 및 (e) 저밀도 폴리에틸렌 0.5~5 wt%를 포함하는 칼라 아스팔트용 바인더 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 가소제, 박리방지제 또는 이들의 혼합물 0.001~10 wt%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라 아스팔트용 바인더 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 입자크기가 0.01~0.5㎛이고 철 또는 크롬 성분을 함유하는 안료 0.5~30 wt%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라 아스팔트용 바인더 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 프로세스 오일은 파라핀계, 아로마틱계 및 나프텐계 프로세스 오일로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상으로 구성된 것을 특징으로 하는 칼라 아스팔트용 바인더 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 석유수지는 방향족계 석유수지, 지방족계 석유수지, 지환족계 석유수지, 공중합 석유수지, 및 수첨 석유수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상으로 구성된 것을 특징으로 하는 칼라 아스팔트용 바인더 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 열가소성 엘라스토머는 스티렌-부타디엔 블록 공중합체, 고체상 스티렌 부타디엔 고무, 라텍스상 스티렌 부타디엔 고무 및 천연고무 라텍스로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상으로 구성된 것을 특징으로 하는 칼라 아스팔트용 바인더 조성물.
  8. 제7항에 있어서, 상기 스티렌계 중합체의 스티렌 함량은 5~70 wt%인 것을 특징으로 하는 칼라 아스팔트용 바인더 조성물.
  9. 제3항에 있어서, 상기 가소제는 디옥틸프탈레이트, 디이소노닐프탈레이트 및 디부틸프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 칼라 아스팔트용 바인더 조성물.
  10. 제3항에 있어서, 상기 박리방지제는 폴리아민계 박리방지제인 것을 특징으로 하는 칼라 아스팔트 바인더 조성물.
  11. (a) 점도지수가 120~200인 프로세스 오일 20~50 wt%을 100~200℃로 가열하는 단계;
    (b) 상기 가열된 프로세스 오일에 중량평균분자량이 100~3,000인 석유수지 40~70 wt%를 투입하여 균일상이 될 때까지 혼합하는 단계;
    (c) 상기 균일상 혼합물에 중량평균분자량이 100,000 이상인 열가소성 엘라스토머 5~20 wt%, 및 저밀도 폴리에틸렌 0.5~5 wt%를 투입하고 100~200℃로 가열하면서 교반하는 단계; 및
    (d) 상기 (c)단계의 생성물에 유리황 0.01~5 wt%를 투입하고 교반하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라 아스팔트용 바인더 조성물의 제조방법.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서, 상기 (d)단계에 가소제, 박리방지제 또는 이들의 혼합물 0.001~10 wt%; 및 입자크기가 0.01~0.5㎛이고 철 또는 크롬 성분을 함유하는 안료 0.5~30 wt%;를 선택적으로 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 칼라 아스팔트용 바인더 조성물의 제조방법.
  14. 제11항에 있어서, 호모지나이저(homogenizer)를 이용하여 교반하는 것을 특징으로 하는 칼라 아스팔트용 바인더 조성물의 제조방법.
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