KR101047284B1 - 칼라아스콘 포장체 위에 기능성 광촉매 조성물로 코팅한 기능성 칼라아스콘 포장체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 통상의 칼라아스콘 포장체 코팅용 기능성 광촉매 조성물 및 그 조성물을 코팅한 기능성 칼라아스콘 포장체에 관한 것으로 통상의 칼라아스콘 포장체를 구성하는 굵은골재, 잔골재, 채움재, 안료, 아스팔트 배합물을 타설해서 형성되는 통상의 칼라아스콘 포장체 표면에 코팅하는 광촉매 조성물 및 그 조성물을 통상의 칼라아스콘 포장체 표면에 코팅하고 자외선 조사처리하므로서 칼라아스콘의 색상보존, 대기정화, 방오성 원적외선 방사기능 및 내마모성이 부여된 기능성 칼라아스콘 포장체에 관한 것이다.

Description

칼라아스콘 포장체 위에 기능성 광촉매 조성물로 코팅한 기능성 칼라아스콘 포장체{The functional colorascon pavement that was coated with a composition of photocatalyst on colorascon pavement}

본 발명은 통상의 칼라아스콘 포장체 코팅용 기능성 광촉매 조성물을 코팅한 기능성 칼라아스콘 포장체에 관한 것으로 구체적으로는 통상의 칼라아스콘 포장체를 구성하는 굵은골재, 잔골재, 채움재, 안료, 아스팔트 배합물을 타설해서 형성되는 통상의 칼라아스콘 포장체 표면에 코팅하는 기능성 광촉매 조성물을 코팅하고 코팅면에 자외선 조사처리하므로서 칼라아스콘의 색상보존, 대기정화, 방오성, 원적외선 방사기능 및 내마모성이 부여된 기능성 칼라아스콘 포장체에 관한 것이다.

일반적인 칼라아스콘 포장체는 다양한 색상을 연출하여 건축물과 그 주변 환경과의 조화를 이루고 도시의 미관을 아름답게 하는 포장체로 주로 차도용, 보도용, 자전거도로, 산책로 그리고 주차장, 체육시설, 관람시설, 주거단지, 광장 등에 광범위하게 사용되고 있다.

최근 정부시책으로 저탄소 녹생성장을 위한 생태문화를 확산시키는데 효과적인 수단인 자전거도로를 건설하면서 그 수요가 확대되고 있다. 일반적으로 현장에서 시공되고 있는 칼라아스콘 포장의 기본적인 품질성능의 개념을 넘어서 보다 친환경적인 품질성능을 요구하고 있는 현 시점에서 기존의 칼라아스콘 포장체에 대기정화(air leaning) 및 방오성(self leaning) 그리고 원적외선 방사기능, 내마모성을 갖는 기능성 칼라아스콘은 도로와 주변 오염원을 제거하여 쾌적한 환경을 만들어 우리의 일상생활과 인접한 공간과의 조화를 이룰 수 있다.

일반적인 칼라아스콘 포장은 외부환경에 바로 노출되기 때문에 포장 표층의 표면이 오염되거나, 기존 도로에 인접해 설치시공되는 인도 및 자전거 도로의 경우는 자동차 배기가스에 의한 주위 대기 오염 역시 심각한 현실에 처해 있다. 또한, 일반 칼라아스콘 포장의 색상보존 및 유지와 칼라아스콘 포장 표층에 대한 표면 청결유지는 환경 미화와 내구성 유지관리 측면에서 매우 중요한 일이라 할 수 있다. 그러나 한국의 대도시 미세먼지오염도는 측정지점의 71%가 단기 환경 기준을 크게 초과하는 등 대기오염 문제가 심각하기 때문에 일반 칼라아스콘 포장 표층을 사람이 직접 유지·보수하지 않는 한 포장 표면을 청결한 상태로 유지하는 것은 어려운 현실이다.

본 연구를 통해 개발한 기능성 칼라아스콘용 광촉매 조성물 코팅액 즉, 하이드록시 아파타이트로 피복된 폐슬러지 광촉매와 열화방지를 위한 수지안정제, 그리고 원적외선 방사율을 높이기 위한 미세분말 형태의 첨가제로 견운모 분말, 기타 소량의 기능성 첨가제 등을 혼합하여 개발한 기능성 칼라아스콘용 광촉매 코팅액은 태양광에 의한 대기정화, 방오성 및 원적외선 방출 기능성을 가지고 있어 다양한 분야에 적용하여 활용할 수 있는 친환경 건설재료라고 할 수 있다. 기능성 칼라아스콘용 광촉매 코팅액에 사용되고 있는 광촉매는 강한 산화분해력과 초친수성에 의해 자기정화 효과가 발휘되며 건물과 제품 등 다양한 환경에서의 오염물(기름, 먼지 등)을 빗물로 씻어낼 수 있어 자기정화 효과에 의해 햇빛과 빗물만으로도 표면을 깨끗하게 유지할 수 있는 장점이 있다. 대표적인 광촉매 물질인 TiO₂(이산화티타늄)는 안정성, 무독성, 광활성 등의 다양한 부분에서 우수한 성능을 가지고 있기 때문에 가장 광범위하게 사용되는 광촉매 물질이다.

기능성 칼라아스콘용 광촉매 조성물 코팅액을 일반 칼라아스콘 포장 표층 표면에 적용할 경우, 폐슬러지를 재활용한 저비용의 효율적인 광촉매 제조는 환경 소재에 대한 소비자의 욕구를 만족시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 장기적인 측면에서 기능성 칼라아스콘 포장 표층 주변의 대기정화 및 표면의 청결 유지, 그리고 원적외선 방출은 보행자를 위한 일상생활공간의 쾌적한 환경 조성을 도모할 수 있다.

따라서, 기능성 칼라아스콘용 광촉매 코팅액을 일반 칼라아스콘 포장 표층 표면에 적용할 경우, 대기정화, 방오성 및 원적외선 등의 친환경 기능성을 부여함과 동시에 광촉매 코팅으로 포장 표면의 마모 성능을 향상시킬 수 있다. 보차도용 도로, 자전거도로, 산책로 등의 현장 시공물 표면의 오염원을 제거하여 일반 칼라아스콘보다 청결 상태를 장시간 유지할 수 있다. 또한, 기존 도로에 인접해 시공되는 기능성 칼라 아스콘 제품은 자동차로부터 발생하는 대기오염 물질인 질소산화물(NOX) 등의 유해성 유기오염물을 산화 처리해 대기오염 정화라는 또 다른 효과도 같이 추구할 수 있어 쾌적한 생활환경 개선 효과를 기대할 수 있다.

본 연구에서 개발한 기능성 칼라아스콘용 광촉매 코팅액을 일반 칼라아스콘 포장 표층표면에 자외선 경화장치를 이용하여 코팅하는 시공방법을 이용하여 기능성 칼라아스콘 제품의 색상, 내구성 등의 일반적인 물성에 대한 품질성능을 만족시키면서 좀 더 나아가 기능성 칼라아스콘 포장 표층 표면의 색상보존 및 청결상태로 유지관리, 그리고 내마모성 향상과 대기정화 성능, 염분에 대한 저항성 증가, 원적외선 성능과 같은 친환경적인 기능성을 장시간 유지할 수 있는 기능성 칼라아스콘용 광촉매 코팅액과 이를 적용한 기능성 칼라아스콘 포장 표층용 제품을 개발하는데 그 목적이 있다.

기존의 일반 칼라아스콘에 환경 정화성능을 부여한 기능성 칼라아스콘 제품은 현재 국내외에 보고되고 있지 않다. 대부분의 광촉매 관련 연구개발과 상용화된 제품을 살펴보면, 아스콘 제품이 아니라 콘크리트 제품인 경우가 많다. 대기정화가 가능한 광촉매 도료 조성물과 이를 이용한 콘크리트 제품, 발수성과 대기정화성능을 가지는 광촉매 도료 조성물에 대한 특허와 연구개발이 이루어졌다.

한편, 우리나라의 광촉매 제품 시장규모는 아직 미미한 수준이며, 광촉매를 이용한 대기정화 방식의 에어컨과 해수정화 장치가 비교적 성공적인 제품이라 할 수 있다. 전반적으로 연구개발 단계에 있는 상황이며, 국내에 본격적인 광촉매 시장은 형성되지 못하였다. 기존 광촉매의 단가를 획기적으로 저감시킨 폐슬러지를 활용한 광촉매 개발이 이루어지고, 자외선에 반응하는 기존의 광촉매에서 더 나아가 가시광 응답형 광촉매 개발이 어느 정도 이루어지고 있어 일본과 유럽에서의 활발한 광촉매 시장에 관심을 보이고 있다. 국내에서도 미약하지만 광촉매 관련 상용화와 제품에 대한 특허와 연구개발이 적극적으로 이루어지고 있는 실정이다. 국내의 시공현장에 대한 적용 사례는 도로시설물 중 고속도로 중앙분리대와 육교에서의 방오성 및 대기정화 목적으로 시공된 적은 있지만 도로포장이나 칼라아스콘에 적용한 예는 아직까지 적용사례는 보고된바 없다.

국외의 경우 2005년경에 본격적으로 광촉매 시장이 형성되어 전 세계 기술의 73%를 일본이 차지하고 있으며 가장 활발히 연구되고 상품화되고 있다. 광촉매 관련 건설재료분야에서 활발한 상업화가 추진되고 있으며, 항균 타일을 시작으로 차음벽, 공기정화기, 난분해성 폐수 및 매립장 침출수와 같은 폐수처리 등에 방오성, 대기정화 및 수질정화 기능성을 적용한 광촉매관련 제품을 시장에 선보이고 있다.

도로와 관련하여 일본에서는 'Photo Road'공법을 개발하여 광촉매를 혼합한 시멘트를 도로표면에 스프레이하여 포장함으로서, 자동차 배기가스 속에 포함된 질소산화물(NOX)을 처리하는 공법을 시험시공을 실시하였다. 광촉매 자체는 반영구적이므로 공기정화 기능이 지속되지만 시뮬레이션에서는 자동차 주행에 따른 도로 표면의 코팅층이 마모되어도, 5년간의 경과시점(통상적 도로 정기보수 기간)에서 최초 시공시의 80%에 해당하는 처리효과를 얻을 수 있다고 보고하고 있다. 또한, 유럽 최대의 광촉매 시멘트 생산업체인 Italcementi Group은 이탈리아 로마의 교회 외벽에 대한 광촉매 시멘트 사용을 시작으로 보차도용 보도블록, 콘크리트 도로포장 덧씌우기용, 터널 내벽 그리고 PC판넬과 건물의 외벽 및 기둥 등 다양한 분야에 광촉매 시멘트를 응용하여 사용하고 있다. 광촉매 원재료의 백색 색상을 방오성과 대기정화 성능으로 장시간 유지하는데 적극적으로 활용하고 있다. 단순한 도시 미관을 위한 색상 연출에서 벗어나 일반 칼라아스콘 제품에서 한 단계 진화된 기능성 칼라아스콘 제품의 개발이 충분히 이루어져야 하는 현실이다.

좀더 구체적인 종래기술로서 국내등록특허공보(등록번호 제599492호)에는 폐아스콘을 활용한 반강성 포장용 조성물과 포장시공방법이 소개되어 있고 국내등록특허공보(등록번호 제10-700731호)에는 원격지의 아스콘생산공장에서 이송하는 시간, 대기시간 또는 추운겨울철 아스콘의 온도 급감으로 비중에 의한 골재분리, 가소성의 감소를 방지하기 위해 발열세라믹관 또는 적외선 가열장치를 구비한 가열혼합자치 및 이를 이용한 도로시공방법이 소개되고 있고, 그밖에도 골재와 아스팔트 또는 합성수지제로 코팅된 아스콘 또는 아스콘 포장체들이 소개되고 있으나 본 발명에서 시도하는 대기정화, 방오성 그밖에 기능이 부여된 아스콘 포장체는 시도된 바가 없다.

통상의 칼라아스콘 포장체를 구성하는 굵은골재, 잔골재, 채움재, 안료, 아스팔트 배합물을 타설해서 형성되는 칼라아스콘 포장체 표면에 코팅하는 광촉매 조성물 및 그 조성물을 통상의 칼라아스콘 포장체 표면에 코팅하고 자외선 조사처리하므로서 칼라아스콘의 색상보존, 대기정화, 방오성, 원적외선 방사기능 및 내마모성이 부여된 기능성 칼라아스콘 포장체를 제공함에 목적이 있다.

기존의 칼라아스콘 배합물로서 굵은골재, 잔골재, 채움재, 안료, 아스팔트, 혼합배합물을 타설하여 형성된 칼라아스콘 포장체 표면에 아파타이트 피복 폐슬러지 광촉매(TiO₂) 1~2중량%, 투명아크릴산 에스텔수지 20~40%, 수지안정제 0.1~5중량%, 견운모(sericite)분말, 증점제 0.1~5중량%, 방부제 0.1~10중량부, 분산제 0.1~5중량% 나머지가 분산매로서 물 32~78.1중량%로 조성된 액상의 광촉매 조성물을 도포하고 그 위에 UV(Ultra Violet)-램프를 이용한 자외선 경화장치로 자외선을 조사한 기능성 아스콘 포장체를 제공하므로서 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

본 발명은 일반 칼라아스콘 포장체에 하이드록시 아파타이트로 피복된 폐슬러지 광촉매를 함유하는 광촉매 조성물을 코팅한 기능성 칼라아스콘 포장체 및 이와 같은 칼라아스콘 포장체에 자외선 조사처리한 기능성 칼라아스콘 포장체는 가스탈취기능, 대기정화기능, 방오성기능, 원적외선 방사기능, 내염수성, 표면경도가 부여될 뿐 아니라 이와 같은 기능을 장기적으로 유지할 수 있는 내후성 및 내구성을 갖는 제품이라 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 아파타이트로 피복된 광촉매입자 형상도.
도 2는 본 발명의 아파타이트 피복광촉매 TEM Image사진.
도 3a는 본 발명의 일반 칼라아스콘 포장체.
도 3b는 본 발명의 기능성 칼라아스콘 포장체.
도 4a는 본 발명의 광촉매 코팅액 증발처리후 잔류된 광촉파이더 형태의 SEM 이미지 사진.
도 4b는 본 발명의 일반 아스콘 포장체 표면층의 SEM Image사진.
도 4c는 본 발명의 기능성 칼라아스콘 표면층의 SEM Image사진.
도 5a는 본 발명의 광촉매의 EDS 성분분석 스펙트럼.
도 5b는 본 발명의 일반 칼라아스콘 포장체 표면의 EDS 성부분석 스펙트럼.
도 5c는 본 발명의 기능성 칼라아스콘 표면의 EDS 성분분석 스펙트럼.

본 발명은 기존의 칼라아스콘 포장체 코팅용 광촉매 조성물과 이 조성물을 기존의 칼라아스콘 포장체에 코팅한 표면에 UV-램프를 이용한 자외선조사처리한 기능성 칼라아스콘 포장체에 관한 것으로 이를 구체적으로 설명하면,

기존의 칼라아스콘 포장체는 굵은골재, 잔골재, 채움재, 아스팔트로 배합되는 조성물로서 최적의 배합비는 분쇄석의 골재로서 13mm~2.5mm크기의 범위로 분포되는 굵은골재, 36.1중량%, 분쇄석의 골재로서 10mm~0.08mm크기의 범위로 분포되는 잔골재 50.5중량%, 석회석 또는 시멘트로 되는 채움재 3.6중량%, 무기안료 4중량%, 칼라아스팔트(바인더용) 5.8중량%으로 배합된 조성물이라 할 수 있다.

상기 칼라아스콘 조성물은 기존의 칼라아스콘 포장체로서 물성을 충족시킬 수 있는 최적의 배합비라 할 수 있으며, 이는 본 발명의 권리에는 포함되지 않으며 본 발명에서 얻고져 하는 기능성 칼라아스콘과의 기능성을 대비하기 위한 기존 칼라아스콘의 실시예라 할 수 있다.

또한 칼라아스콘 포장체 코팅용 광촉매 조성물로는 아파타이트 피복 광촉매(TiO₂) 1~2중량%, 투명아크릴 에스테르수지 20~40중량%, PVC수지안정제 0.1~5중량%, 견운모분말 0.5~1중량%, 증점제 0.1~5중량%, 방부제 0.1~10중량%, 분산제 0.1~5중량% 나머지가 분산매로서 물 32~78.1중량%로 조성된 액상의 광촉매 조성물이라 할 수 있다.

그밖에 기능성 칼라아스콘 포장체는 기존의 칼라아스콘 포장체 표층에 상기 광촉매 조성물(액)을 코팅한후 즉시 UV(Ultra Violet)-램프를 이용하여 자외선을 조사하여 경화처리한 자외선조사 경화 기능성 칼라아스콘 포장체라 할 수 있다.

상기 발명에서 본 발명에 소요되는 원료(재료)를 알아보면,

일반 아스콘에 적용되는 재료로 골재는 상술한바 있고 아스팔트는 흑갈색 또는 검정색을 띄고 있는 일반적인 아스팔트로 침입도 60~100범위의 것을 사용하되 검정색을 내는 부분인 아스팔틴(asphaltene)이라는 성분을 제거한 투명바인더로 이것에 원하는 색상, 본 발명에서는 적색안료(산화철)를 투입 배합하여 얻어진 칼라바인더(칼라아스팔트)를 사용하였으며, 채움재는 석회석분말 또는 시멘트를 사용한다.

광촉매 조성물로는 환경정화성능을 부여하기 위한 재료로 폐슬러지를 재활용한 광촉매분말에 아파타이트를 코팅한 광촉매를 사용하고 일반 칼라아스콘 포장체의 표층 표면의 변색 및 열화방지를 위해 수지결합제, 수지안정제 원적외선 방사율을 높히기 위한 미세분말의 견운모분말, 기타 기능성을 위한 소량의 증점제, 방부제, 분산제를 첨가하고 있다.

본 조성물의 핵심이 되는 재료로서 아파타이트 피복 폐슬러지 광촉매와 열화방지용 수지안정제 및 원적외선 방사량을 높히기 위한 미세분말 형태의 첨가제인 견운모분말을 살펴보면, 우선 광촉매는 처리후 불필요한 유해물질이 발생하지 않아 환경적인 측면에서 각광받을 수 있는 광촉매의 하나라 할 수 있고 이와 같은 광촉매는 원래 소련의 Krasnovskii와 Brin이 1960년대 중반 산화텅스텐(WO₃), 산화티탄(TiO₂), 산화아연(ZnO) 등의 분말의 현탁액에 광을 조사시키면 산소가 발생된다는 사실을 발견한 것이 광촉매 발견의 최초의 예이며, 일본의 Fujishima와 Honda가 1972년 물이 이산화티타늄(TiO₂)에 의해 수소와 산소로 분해된다는 Honda-Fujishima 효과가 발표되면서 주목받기 시작한 분야이다. 친환경 재료인 폐슬러지 광촉매를 이용한 환경정화에 대한 연구개발 및 실용화 방법에 대한 연구와 제품개발은 최근 많은 관심을 불러일으키고 있다. 광촉매(Photocatalyst)는 빛(Photo)과 촉매(Catalyst)의 합성어로 빛을 이용한 촉매라 말할 수 있다. 빛을 에너지원으로 사용하여 촉매 반응을 진행시키는 물질을 말하는데, 이러한 광촉매로는 반도체성 금속 산화물이나 황 화합물이 이용된다. 광촉매 물질은 항균, 탈취, 자외선 차단, 방오, 친수, 난분해성 유해물질 분해 등의 여러 분야에서 응용되어 개발되고 있다. 외부에서의 인위적인 에너지공급 없이 빛에너지 특히 자연에 무한정 존재하는 태양에너지만을 이용하여 환경정화를 할 수 있는 물질로서 주목받고 있다. 광촉매의 종류에는 TiO₂, ZnO, CdS, WO₂ 등이 있으며 이중 ZnO와 CdS는 촉매 자체가 빛에 의한 분해반응을 일으켜 유해한 Zn, Cd 이온을 발생시키며, WO₃는 특정물질에 대한 부분적 효율성을 갖는 단점이 있다. 그러나 산화티탄(TiO₂)은 물리적으로 안정하며 우수한 내산성, 내알카리성, 자외선 차단력, 분산내구성, 높은 반응성과 활성도 등의 많은 장점을 가지고 있다. 이러한 이산화티탄은 파장 400nm이하의 자외선을 흡수하여 고에너지의 전자(e-)와 정공(h+)으로 분리하는데 이 전자와 정공은 표면 흡착산소 및 물과 반응하여 각각 수퍼옥사이드 음이온(O2-)과 수산화 라디칼(OH)이라는 활성종을 형성한다. 이렇게 형성된 활성종은 강한 산화력으로 인하여 오염물질을 분해하고 살균효과를 나타내며, 기존의 정화방법인 염소나 오존 등에 의해 분해하기 어려운 유해한 가스 및 유기 오염물질을 완전히 분해하는 산화력을 갖고 있다. 이와 같이 산화티단 광촉매는 다른 어느 광촉매보다 뛰어난 성능을 갖고 있으며 백색도, 착색력이 뛰어난 고품질 물질로서 페인트, 잉크, 플라스틱, 제지, 고무와 섬유의 광택도 조절과 화학섬유 및 합성섬유 내구성 향상을 위해 그리고 화장품에서 자외선 차단제 등 광촉매 물질로 가장 널리 사용되고 있으며, 최근에는 도심에서 자동차 배기가스 등에 의한 환경공해를 감소시키기 위해 콘크리트 전주에 광촉매제를 코팅하여 외부 오염물질을 포집, 흡착하는 광촉매 코팅 전주 등 다양한 분야에 응용되어 제품으로 개발되고 있다. 본 발명에서 사용한 폐슬러지 광촉매는 정수 및 하수 처리 공정에서 막대한 양이 발생하고 있는 폐슬러지는 상당량이 단순 매립되거나 해양 투기되고 있는 현실로 전 세계적으로 많은 환경문제가 되고 있다.

현재 유기성 오폐수의 응결응집제로서 황산알루미늄(Al₂(SO₄)₃), 염화 제2철(FeCl₃)이 사용되고 있으나 염화티탄(TiCl₄), 황산티탄((TiSO₄)₂)의 응집응결기능이 인정되므로서 이들로 대체되어 가고 있다. 이와 같이 유기오폐수의 정화과정에 발생하는 응집제가 함유된 폐슬러지를 고온에서 소성처리하면 응집된 유기슬러지들은 소각되고 염화티탄이나 황산티탄은 염소, 황산가스로 분해되면서 산화되어 소량의 불순물을 함유한 폐슬러지 광촉매(TiO₂)를 얻을 수 있다.

이와 같은 광촉매는 태양광을 이용하여 질소산화물 및 기타유해가스를 효과적으로 분해 제거할 수 있으며 특히 폐슬러지 광촉매를 이용하므로 자원의 재활용 및 경쟁력을 확보할 수 있다. 또한 칼라아스콘 분말은 유기성 바인더를 사용하므로서 광촉매에 의하여 손상가능성이 있을 수 있고 광촉매입자의 탈락에 의한 기능성 저하도 예상되므로서 이와 같은 단점을 보완하기 위해 폐슬러지 광촉매에 아파타이트를 피복시키므로서 단점을 최소화시킬 수 있다. 이와 같은 아파타이트(인회석)는 플루오르인회석(Ca₅(PO₄)₃F), 염화인회석(Ca₅(PO₄)₃Cl), 수산화인회석(Ca₅(PO₄)₃OH)이 있으며, 여기에서 사용되는 인회석은 수산화 인회석으로서 무색으로 투명하거나 반투명하므로서 광촉매(TiO₂)분말에 코팅하므로서 광촉매의 오염을 방지하고 광촉매 수광기능에 큰 지장이 없으며 태양광의 자외선에 의하여 발광하므로서 광촉매의 기능을 지속적으로 유지할 수 있다.

그밖에도 아파타이트물질은 유기물이나 단백질을 흡착하는 기능이 뛰어나서 대량의 세균 및 암모니아 질소산화물 알데히드류 VOC(증발성유기화합물)의 각종 유ㆍ무기 오염물을 흡착할 수 있다.

또한 아파타이트로 피복된 폐슬러지 광촉매입자는 기능성 칼라아스콘용 광촉매 코팅액 액상으로 분산시켜 제조하기 때문에 최적의 분산조건을 고려하여 광촉매입자의 평균입도는 20nm정도이며 아파타이트가 광촉매입자를 약 5nm이내의 두께로 둘러싸고 있는 형상을 도 1의 그림으로 나타내었으며, TEM이미지 사진은 도 2로 나타내었다.

그밖에 추가적인 조성물을 살펴보면,

폐슬러지 광촉매 외 추가적인 조성물을 살펴보면, 기능성 칼라아스콘 제품 표면과 기능성 칼라아스콘용 광촉매 코팅액의 결합력을 높이기 위한 바인더로서 아크릴산에스텔수지를 사용한다. 아크릴산에스텔수지는 기능성 칼라아스콘 제품 표면과의 강한 결합을 위해 20~40 중량%을 사용하며, 메타아크릴계, 아크릴계, 초산 비닐계, 에틸렌 초산비닐 공중합체 등의 고분자 물질이면 상관없으며, 이 외에 폴리실록산계열의 무기 바인더 물질을 사용해도 가능하다. 그리고 기능성을 부여하기 위한 첨가제로 기능성 칼라아스콘제품 표면의 열화 방지를 위해 수지안정제인 PVC수지를 이용하였다. 일반적으로 50~100mesh 정도의 입도크기이지만 폐슬러지 광촉매와 혼합, 분산하여 최적의 기능성을 발휘하기 위해 평균입도를 20 nm 정도로 입도처리를 하여 사용하였다. PVC수지는 열화방지용으로 사용되는 대표적인 수지안정제로 가열과 빛에 의해서 염산이 이탈하고 갈색으로 변하는 열화를 방지하거나 억제하기 위한 안정제로 0.1~5 중량%을 사용하였다.

또한, 기능성 칼라아스콘용 제품의 원적외선 방출량을 높이기 위해 견운모 미세분말을 광촉매 조성액에 잘 분산시키기 위해 평균입도 20 nm 정도로 미세분말로 입도처리하여 0.5~1 중량% 사용하였다. 기타 첨가제로 원활한 수분산을 위해 분산제를 0.1~5 중량%로 메탄올 또는 에탄올을 사용하였으며, 점성을 부여하기 위한 증점제로 케르산을0.1~5 중량%, 기능성 칼라아스콘용 폐슬러지 광촉매 조성액을 장기간 보존할 경우 변질되는 것을 방지하기 위한 방부제로 소르빈산칼륨을 0.1~10 중량%을 사용하였다. 기능성 칼라아스콘용 광촉매 조성액을 액상형으로 만들기 위해 사용되는 물은 경제성과 폐슬러지 광촉매의 활성 그리고 공정의 원활성을 고려하여 앞서 살펴본 조성성분의 구성비율을 제외한 나머지 비율만큼 사용하였다. 이상 살펴보았듯이, 일반 칼라아스콘 제품과의 차별성을 부여하기 위한 조성성분인 폐슬러지 광촉매 분말, 아크릴산에스텔수지, 물 그리고 기타 기능성 첨가제인 수지안정제와 견운모 미세분말, 소량의 증점제, 방부제, 분산제 등을 최적 혼합하여 안정화시킨 아파타이트로 피복된 폐슬러지 광촉매 조성액 즉, 기능성 칼라아스콘용 광촉매 조성액을 조성하여 일반 칼라아스콘 표면층에 적용하므로서 대기정화, 방오성 및 원적외선 방출기능을 갖춘 기능성 칼라아스콘 포장체를 얻을 수 있고, 여기에 UV(Ultra Violet)-램프가 장착된 자외선 경화장치를 이용하여 자외선을 조사하면 광촉매 코팅액을 칼라아스콘 표면층에 단단하게 고정시킬 수 있고 경도를 높히므로서 내마모성을 향상시킨 경화기능성 칼라아스팔트 포장체를 얻을 수 있다.

상기 본 발명 연구에서 개발된 상기 자외선 경화장치의 간략한 사양은 표 1과 같다.

자외선 경화장치의 사양(재원).

구분	단위	성능	비고
길이	mm	300~600
폭	mm	500~1000
Lamp출력	KW	2.5~4.0
경화속도	m/sec	1.5~3.0	자연경화 1시간/m

이상에서 언급한 본 발명의 광촉매 조성물, 기능성 칼라아스콘의 성능효과를 평가하기 위하여 시편, 시료를 다음과 같이 확정(한정)하였다.

기존의 칼라아스콘 포장체 시편 배합비.

구분	원료배합비(중량%)	비고
굵은골재 (파쇄석,13mm~2.5mm)	36.1	국토해양부 자전거도로지침(2009)과 개정된 한국산업표준(2010)을 기준.
잔골재 (파쇄석,10mm~0.08mm)	50.5
채움재(석회석분말)	3.6	KSF 3501의 규정에 적합.
안료	4.0	무기안료 산화철(벤가라)
칼라아스팔트	5.8	침입도 60~100인 스트레이트 아스팔트로서 아스팔트에서 아스팔틴을 제외한 투명아스팔트
계	100

광촉매 액상조성물 시료 배합비.

구분	조성비(중량%)	비고
아파타이트 피복 폐슬러지 광촉매(TiO2)	1.5	액상 또는 교질상
아크릴에스텔수지(투명)	30	결합바인더용
수지안정제(PVC수지)	3	아스콘 표면 열화방지
견운모	1	원적외선 방사기능
증점제(케르산)	2	점성부여
방부제(소르빈산칼륨)	4	변질방지
분산제(메탄올)	3	광촉매, 첨가제 분산용
물	55.5	분산계
계	100

1. 광촉매 조성물의 기능성 평가.

기능성 칼라아스콘 포장체는 상기 표(2)의 기존 칼라아스콘 포장체 시편 위에 표(3)의 광촉매 액상조성물을 코팅한 포장체이고 이 포장체 위에 자외선 경화장치의 사양에 따라 자외선을 조사처리한 자외선 조사 경화 기능성 칼라아스콘이다.

상기 종래 칼라아스콘 포장체의 시편(이하, 시편A라 한다.), 광촉매 조성물(이하, 시료B라 한다.), 기능성 칼라아스콘 포장체의 시편(이하, 시편C라 한다.) 시편C의 표면층을 UV-경화램프로 자외선 조사처리한 자외선 조사 경화 기능성 칼라아스콘 포장체 시편(이하, 시편C')이라 칭한다.

먼저 시료B의 기능을 알아보기 위하여 광촉매 액상조성물은 칼라아스콘 표층표면에 코팅처리하기 전에 코팅액을 증발처리한 잔사물의 광촉매 파우더에 대한 아세트 알데히드(CH₃CHO) 제거율과 메틸렌 블루 탈색도에 대한 성능실험을 실시하였다. 광촉매 코팅액에 대한 시험결과를 표 4에 나타내었다.

광촉매 조성물의 기능성 평가 실험결과.

메틸렌블루 탈색 유 무	아세트 알데히드 제거율(%)
탈색	82

또한 도 3a,b는 각각 시편A와 시편A의 표면에 시료B를 도포한 시편C를 대비한 것으로 시편A는 암적색 색상이고 시편C는 광촉매 고유의 색상인 회백색 색상을 띠면서 경화되었다. 이는 기존의 칼라아스콘 포장체 표면의 광촉매 여부를 시각적으로 확인하는 것이 가능하다.

그리고 기능성 칼라아스콘용 광촉매 코팅의 형상과 기능성 칼라아스콘 표층 표면에서의 성분조성을 SEM과 EDS를 이용하여 분석하였다. SEM을 이용하여 기능성 칼라아스콘 포장 표층 표면을 촬영하였으며 표층 표면에 Ti양을 EDS를 이용 측정하여 광촉매 코팅이 제대로 되었는지의 여부를 관찰하였다. 도 4a,b,c는 기능성 칼라아스콘용으로 개발된 광촉매 코팅액(시료B)을 증발처리 후 잔류된 광촉매 파우더 형태의 SEM 이미지와 기능성 칼라아스콘 표층 표면에 개발된 광촉매 코팅액을 코팅처리 하기 전과 후의 이미지를 나타내었다.

EDS를 이용하여 광촉매와 기능성 칼라아스콘용으로 개발된 하이드록시 아파타이트로 피복된 폐슬러지 광촉매 코팅액을 코팅처리 히기 전과 후 표면의 EDS 성분분석 결과를 도 5a,b,c로 각각에 나타내었다. 일반 칼라아스콘에는 검출되지 않은 Ti 성분을 기능성 칼라아스콘에서 육안으로 충분히 확인할 수 있다.

또한, 동일 시편에 대한 EDS 상대정량 분석을 실시하여 결과를 표 5에 나타내었다. 표 5에서 보듯이, 일반 칼라아스콘 표면은 Ti 성분이 검출되지 않았으며, 기능성 칼라아스콘 표면은 기능성 칼라아스콘용으로 개발된 하이드록시 아파타이트로 피복된 폐슬러지 광촉매를 코팅처리 하였기 때문에 Ti 성분이 검출되고 있음을 확인할 수 있다.

EDS 분석(상대정량) 측정결과(중량기준(wt %)).

성분원소	기능성 칼라아스콘용 광촉매	일반 칼라아스콘	기능성 칼라아스콘
Ti	5.08	0	6.19

2. 기능성 칼라아스콘(시편C)의 성능평가.

본 연구에서 기능성 칼라아스콘 포장체 표면에 최적의 품질을 만족하도록 개발된 광촉매 조성물을 코팅하여 만든 시편 즉, 기능성 칼라아스콘용 하이드록시 아파타이트로 피복된 폐슬러지 광촉매 조성물을 코팅하여 대기정화 및 방오성, 원적외선 등의 기능성시험을 수행하여 결과를 분석하였다. 최적 배합설계 결과로 제작된 시편A를 이용하여 자외선 조사 하에서 가스탈취(CH₃CHO, NO₂) 성능시험을 통한 대기정화 성능을 분석하였다. 그리고 기능성 칼라아스콘용으로 개발된 하이드록시 아파타이트로 피복된 폐슬러지 광촉매 코팅액으로 코팅 처리된 기능성 칼라아스콘(시편C)에 대한 메틸렌블루 탈색시험과 메틸렌블루 분해활성지수를 시간의 경과에 따른 방오성 성능의 변화와 원적외선 방사율을 측정하여 그 결과를 분석하였다. 기능성 칼라아스콘 제품의 내구성을 평가하기 위해 촉진내후성시험 전과 후에 동일 시편에 대해 대기정화 및 방오성 기능에 대한 시험을 수행하여 촉진열화 전후의 성능변화를 측정하였다. 또한, 바닷가 지역에 시공되고 있는 자전거도로의 염분의 영향을 살펴보고자 염수분무 시험을 통한 외관과 변퇴색을 측정하여 결과를 분석하였다.

2-1. 자외선 조사 하에서 가스탈취성능(CH₃CHO, NO₂).

시편-C에 적용된 광촉매의 대기정화 및 방오성과 원적외선에 대한 성능 특성을 측정하기 위해 한국광촉매협회에서 제시하는 가스백 B법(PRKS L-002)을 이용하였다.

가스백 B법은 자외선 조사 하에서 아세트알데히드(CH₃CHO)의 분해성능을 통해 광촉매의 활성을 측정하는 방법이며, 광촉매 성능평가 시험장치를 사용하였다.

우선 실험을 하기 전에 시편C의 표면에 존재하는 각종 오염물을 제거하기 위해 약 3시간 동안 자외선을 조사하였다. 그 후 5L용량의 PVF수지 가스백(동경테오드란트제)을 각 가스별로 4개씩 준비하여 시료를 넣고 봉입한 후 CH₃CHO 및 NO₂ 시험가스를 조제하여 각각의 가스백에 3L씩 주입한다. 각 가스별로 2개는 자외선 조사 하에서 CH₃CHO의 경우는 20시간 NO₂의 경우 2시간 동안 농도변화를 측정하였으며, 2개는 암조건에서 자외선 조사 하에서 같은 시간 동안 각 가스별로 농도변화를 가스검지관을 사용하여 측정하여 그 결과를 분석하였다. 자외선 조사전ㆍ후의 CH₃CHO 및 NO₂의 가스농도를 비교하여 광촉매의 활성을 평가하였다. 가스탈취성능 실험을 위한 자외선은 360nm의 최대파장을 가지는 20W Blacklight Lamp(Sanyo-Denki, FL20S BLB)를 2개 이용하여 조사하였으며, 자외선 광도계(Konica-Minota UD-10, UD-350)를 이용하여 시편 표면에서의 자외선 광도를 1.0mW/cm2로 조절하여 자외선 조사량을 조절하였다. 시간경과에 따른 농도변화를 평가하여 오염물 분해특성을 평가하였다. 시편C에 대한 가스탈취성능 결과로 CH₃CHO 및 NO₂의 제거율은 식 (1)과 같다.

(1)

시편C에 대해 촉진내후성 시험 전과 후의 광촉매 성능 변화를 측정하여 식 (1)에 따라 제거율을 계산하였다. 시편C에 적용된 광촉매의 가스탈취성능을 통해 구현한 대기정화 성능 시험결과를 표 6에 나타내었다.

광촉매 성능평가 결과.

시편구분	조건	CH3CHO 평균농도(ppm)		제거율(%)
		초기	말기
일반 칼라아스콘 시편(A)	암조건	90	83	8
	명조건	90	76
기능성 칼라아스콘 시편(C)	암조건	90	81	72
	명조건	90	23
시편구분	조건	NO2 평균농도(ppm)		제거율(%)
		초기	말기
일반 칼라아스콘 시편(A)	암조건	90	37	19
	명조건	90	30
기능성 칼라아스콘 시편(C)	암조건	90	38	84
	명조건	90	6

표 6의 결과는 기능성 칼라아스콘용으로 개발된 광촉매 코팅액이 적용된 기능성 칼라아스콘의 가스탈취성능으로 구현한 대기정화 기능이 일반 칼라아스콘 보다 CH₃CHO의 제거율이 9배 정도 높았으며, NO₂은 4배 이상 높은 제거율을 보여 기능성 칼라아스콘이 가스탈취성능으로 구현한 대기정화 기능성이 현저하게 높다는 것을 알 수 있다.

2-2. 메틸렌블루 탈색도와 분해활성지수 및 원적외선.

시편C에 적용된 광촉매의 방오성에 대한 성능을 살펴보기 위해 시편C의 3점에 20mg/L methylene blue trihydrate 용액(Acros organic, 순도 95 %) 0.1mL를 각각 적하한 후 투명 PET film을 덮고 그 위에 플라스틱 샤레를 덮는다.

그리고 동일한 방법으로 2회 반복하여 1개의 시편은 60분 동안 자외선 램프를 조사하면서 메틸렌블루의 탈색유무를 육안 관찰하고, 나머지 1개는 암조건에서 메틸렌블루 탈색유무를 60분 동안 관찰하여 결과를 분석하여 표 7에 나타내었다.

메틸렌블루 탈색도.

구분		탈색유무	최종판정
일반 칼라아스콘 시편(A)	암조건	탈색없음	탈색없음
	명조건	탈색없음
기능성 칼라아스콘 시편(C)	암조건	탈색없음	탈색
	명조건	탈색

그리고 내경 40mm, 높이 40mm 크기의 원통형 아크릴 용기에 절단한 시편C를 놓고 0.01mol/L 메틸렌블루 3수화물(삼전순약, 98.5 %) 용액을 32mL 채워넣고 투명 PVC film을 이용하여 밀폐한 후 20분 간격으로 자외-가시선 흡광광도계(Scinco S3100)를 이용하여 메틸렌블루 용액의 농도를 180분간 측정하였다. 동일한 방법으로 자외선 램프 조사 하에서 2회 반복하고 이를 명조건이라 하였으며, 암실에서 똑같이 2회 반복하고 이를 암조건이라 칭하였다. 20분 간격으로 측정한 메틸렌블루의 농도값(단위 : μmol/L)과 시간(단위 : 분)과의 1차 관계식의 기울기(단위 : μmol/L-min)를 계산하고 이를 메틸렌블루 감소속도라 칭하고 메틸렌블루 분해활성지수를 식 (2)를 이용하여 계산한 결과는 표 8에 나타내었다.

(2)

메틸렌블루 분해활성지수(촉진내후성시험 전).

구분		분해활성지수	분해활성지수(R)
일반 칼라아스콘 시편(A)	암조건(R1)	14.7	-0.1
	명조건(R2)	14.6
기능성 칼라아스콘 시편(C)	암조건(R1)	13.7	7.1
	명조건(R2)	20.8

기능성 칼라아스콘의 메틸렌블루 탈색도 및 메틸렌블루 분해활성지수는 일반 칼라아스콘보다 7배 큰 값을 보여 방오성에 대한 성능 역시 기능성 칼라아스콘이 우수함을 확인할 수 있었다. 또한, 일반 칼라아스콘 제품 표면의 마모저항성과 미끄럼저항성을 높이기 위해 코팅처리하는 시편A의 탑코팅제와 본 연구에서 원적외선 방출량을 높이기 위해 견운모 미세분말을 사용하여 개발한 기능성 칼라아스콘용 광촉매 코팅액에 대한 원적외선에 성능시험을 한 결과, 표 9에 서와 같이 탑코팅제 대비 방사율과 방사에너지 측정값이 3% 높은 결과를 보였다. 적외선 성능을 측정한 결과를 표 9에 나타내었다.

원적외선 성능시험.

구분	방사율	방사에너지(W/㎡)	측정조건
일반 칼라아스콘 시편A의 탑코팅제	0.900	3.63 × 102	40℃, 5~20㎛
광촉매 코팅액 시료B	0.924	3.73 × 102	40℃, 5~20㎛

2-3. 촉진내후성 및 염수분무.

기능성 칼라아스콘 제품을 적용할 수 있는 분야 중에서 보차도용 도로 및 자전거도로, 산책로 등은 바닷가 주변 해안도로를 따라 시공될 수도 있다. 그러므로 다양한 기후조건과 염분의 영향을 고려하여 염수분무시험과 촉진내후성시험을 통한 기능성 칼라아스콘 제품의 내구성을 평가하였다. 시험장치는 Xe-Arc 촉진 내후성 시험장치를 사용하였다.

이 방법은 Xenon lamp를 광원으로 하여 자외선을 시편에 조사하는 방법으로 다량의 에너지를 투입하여 장시간에 걸쳐 시편이 태양 및 가혹한 자연환경에 노출되었을 때 발생할 수 있는 문제를 단시간에 파악할 수 있는 방법이다. 자연 상태에서 비가 오는 것을 감안하여 120분을 주기로 102분 동안은 Xenon lamp에 의한 자외선만을 조사하고 18분 동안은 물을 분무하면서 촉진내후성시험을 진행하였다. 시험 시 시편C 표면의 방사조도는 (300~800)nm를 기준으로 550W/m2 이었으며, 시험용 챔버의 온도는 (63±3)℃, 상대습도는 (50±5)%로 유지하였다. 이와 같은 조건에서 촉진내후성 시험을 500시간 실시할 경우 6개월 동안 야외에 노출한 것과 같은 효과를 가진다.

촉진내후성을 실시한 전후의 시편C을 자외선 조사 하에서 앞에서 언급한 광촉매 성능 평가와 방오성 성능시험을 재실시하여 시편C의 내후성을 평가하였다.

촉진내후성 시험결과로 외관과 변퇴색으로 구분하여 육안관찰과 색차를 측정하였다. 외관의 형상은 시편이 갈라지거나 떨어져 나가는 경우에 대해 이상유무로 판정하였으며, 변퇴색은 색차의 측정을 통해 판단하였다. 실험결과를 표 10에 나타내었다.

시편C의 촉진내후성 시험결과.

구분	외관(떨어짐, 갈라짐)	변퇴색(호)
일반 칼라아스콘 (시편A)	이상없음	5
기능성 칼라아스콘 (시편C)	이상없음	4-5

기능성 칼라아스콘 포장체의 시편C에 대한 촉진내후성시험을 통해 내구성을 측정 분석한 후, 동일 시편에 대한 광촉매 성능시험과 메틸렌블루 분해활성지수를 측정하였다. 500시간의 촉진열화 과정을 거친 시편C 표층에 코팅되어 경화되어 있는 광촉매의 성능은 촉진열화 전의 성능과 거의 유사한 결과를 보였다. 표면의 광촉매 코팅액의 고정 상태가 우수함을 확인할 수 있었다. 촉진내후성시험 전과 후의 시편C에 대한 대기정화 및 방오성 성능변화 결과를 표 11과 표 12에 나타내었다.

이상의 시험분석 결과를 바탕으로 시편C 즉, 기능성 칼라아스콘 제품은 500시간 촉진내후성시험 전과 후에도 가스탈취 성능으로 구현한 대기정화 및 메틸렌블루 분해 활성지수를 통한 방오성 성능의 차이가 발견되지 않아 기능성 칼라아스콘의 내후성이 우수함을 입증할 수 있었다.

시편C의 광촉매 성능평가 결과(촉진내후성시험 후).

시편구분	조건	CH3CHO 평균농도(ppm)		제거율(%)
		초기	말기
일반 칼라아스콘(촉진)	암조건	90	83	6
	명조건	90	78
기능성 칼라아스콘(촉진)	암조건	90	80	66
	명조건	90	27
시편구분	조건	NO2 평균농도(ppm)		제거율(%)
		초기	말기
일반 칼라아스콘(촉진)	암조건	90	38	16
	명조건	90	32
기능성 칼라아스콘(촉진)	암조건	90	41	83
	명조건	90	7

시편C의 메틸렌블루 분해활성지수(촉진내후성시험 후).

구분		분해활성지수	분해활성지수(R)
일반 칼라아스콘	암조건(R1)	13.9	0
	명조건(R2)	13.9
기능성 칼라아스콘	암조건(R1)	13.8	6.2
	명조건(R2)	20.0

시편C에 대한 촉진내후성시험 전과 후의 시험결과를 바탕으로 전체적인 성능변화 경향을 살펴보고자 메틸렌블루 농도변화와 분해활성지수를 아래에 나타내었다.

기능성 칼라아스콘용 광촉매 코팅액을 적용한 시편C에 대한 메틸렌블루 농도변화가 크게 나타났으며, 농도변화 폭이 촉진내후성시험 전과 후의 성능변화가 거의 없어 촉진열화 후에도 광촉매 코팅액의 기능성에 대한 성능이 우수하였다. 기능성 칼라아스콘 시편C의 메틸렌블루 농도변화 폭은 촉진내후성시험 전 52%, 시험 후 45%의 성능을 보였고, 메틸렌블루 분해활성지수는 촉진내후성시험 후 12% 정도 감소하였다. 반면에 일반 칼라아스콘 시편A는 메틸렌블루 농도변화 폭은 거의 없었으며, 메틸렌블루 분해활성 지수의 변화가 없는 결과를 나타내었다.

촉진내후성과 시험시간과 동일한 500시간 동안 시편C에 대해 염수분무시험

을 실시하였다. 시험조건은 챔버 온도를 (35±2)℃, 공기포화온도 (47±2)℃, 공급 공기압력은 (0.098±0.010)MPa으로 시험을 하였으며, 그 결과는 표 13에 나타내었다.

시편C의 염수분무 시험결과.

구분	외관(떨어짐, 갈라짐)	변퇴색(호)
일반 칼라아스콘(시편A)	이상없음	4-5
기능성 칼라아스콘(시편C)	이상없음	5

염수분무시험 결과로 시편이 갈라지고 떨어짐과 같은 외형적인 파손 형태를 육안으로 판단 하나 외관에서는 일반과 기능성 칼라아스콘 모두 큰 차이가 없었으며, 염수분무 시험 후 색상변화 차이가 기능성 칼라아스콘 시편(C)보다 일반 칼라아스콘 시편(A)이 한 단계 더 탈색이 진행된 등급을 나타내는 변퇴색 측정값을 나타내었다. 기능성 칼라아스콘용 광촉매 코팅액이 코팅처리된 기능성 칼라아스콘 시편C 표면의 색상변화가 상대적으로 작거나 거의 없음을 알 수 있었다.

2-4. 자외선 경화장치를 이용한 자외선 조사 처리.

전항에서는 시편C에 대하여 각종 실험을 통하여 그 성능 평을 한결과 기능성이 우수한 기능성 칼라아스콘 포장체(시편C)를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

여기에 더하여 기존의 칼라아스콘 포장체(시편)에 상술한 광촉매 조성물(시료B)을 코팅한 즉시 UV(Ultra Violet)-램프가 장착된 강제 경화장치를 이용하여 자외선을 조사하므로서 자외선 조사 기능성 칼라아스콘(시료C')을 얻을 수 있다. 이 또한 현장에서 시공되는 기능성 칼라아스콘 포장체의 품질을 결정하는 요인중의 하나로서 광촉매 코팅액을 일반 칼라아스콘 표면층에 단단히 고정시킴과 동시에 경도를 높힐 수 있어 내 마모성이 증진되며 신속한 경화가 이루어지므로서 오염성을 방지할 수 있고 신속한 작업성으로 공기단축으로 이어진다.

본 발명은 최적의 품질을 만족하는 배합설계로 제작된 기존의 칼라아스콘 포장체 표면에 하이드록시 아파타이트로 피복된 폐슬러지 광촉매와 열화방지성이 우수한 수지안정제 소량의 기능성 첨가제로 조성된 광촉매 조성물(액)을 코팅한 기능성 칼라아스콘 포장체는 일반 칼라아스콘이 갖는 물성은 물론 우수한 대기정화기능, 방오성 및 원적외선 방사기능을 갖게되며 더욱이 이와 같은 기능성 아스콘 포장체 표면층을 자연건조방식이 아닌 UV-램프가 장착된 자외선 경화장치에 의한 자외선 조사처리를 하므로서 아스콘표면층과의 강한 접착력을 갖게하고 표면층의 경도를 높힐 수 있어 내마모성이 향상됨과 동시에 공기를 크게 단축시킬 수 있는 잇점이 있다.

본 발명의 기능성 칼라아스콘의 물성과 기능성을 좀더 구체적으로 설명하면,

1. 자외선 조사 하에서 가스탈취(CH₃CHO, NO₂) 성능시험 결과 일반 칼라아스콘보다 4.4~9배 정도 효과가 큰 측정값을 보여 가스탈취성능으로 구현한 대기정화 성능은 기능성 칼라아스콘이 탁월한 효과가 있음을 알 수 있었다.

2. 메틸렌블루 탈색도 시험결과 기능성 칼라아스콘용 광촉매 코팅액이 적용된 기능성 칼라아스콘에서 미미한 탈색변화가 있었으며, 메틸렌블루 분해활성지수 역시 7배 정도의 효과를 보여 메틸렌블루 탈색도와 분해활성지수를 통한 기능성 칼라아스콘의 방오성에 대한 기능성 역시 일반 칼라아스콘보다 우수함을 확인하였다.

3. 촉진내후성시험 후 기능성 칼라아스콘의 가스탈취성능은 일반 칼라아스콘 대비 5.2~11배 큰 효과를 보였으며, 기능성 칼라아스콘에 대한 촉진내후성시험 전과 후의 성능변화는 1.2~8.3% 정도 성능저하가 있었다. 물론 일반 칼라아스콘은 대기정화와 방오성 기능은 거의 미미한 수준에 불과하다고 할 수 있어 촉진내후성시험 전과 후의 성능은기능성 칼라아스콘이 현저히 우수하다고 할 수 있다.

4. 촉진내후성 및 염수분무시험 결과 시편의 상태가 갈라지거나 떨어지는 현상을 확인하는 외관의 변화는 모두 이상없음의 결과를 보였으나, 색상차이로 측정하는 변퇴색 등급은 일반 칼라아스콘보다 한 단계 높은 결과를 보여 색상변화에 있어 좀 더 내구성이 높다고 보여진다.

본 발명을 통해 개발된 기능성 칼라아스콘용 광촉매 코팅액을 적용한 기능성 칼라아스콘 포장 표층용(13mm) 제품은 기존의 일반 칼라아스콘의 기본적인 품질기준을 만족하면서 대기정화와 방오성 및 원적외선 방출기능을 발휘할 수 있는 기능성 칼라아스콘 제품이라고 할 수 있다. 이와 같은 제품은 보차도용 도로 및 자전거도로, 산책로 그리고 주차장, 체육시설 등에 기능성 칼라아스콘을 적용하여 시공한다면, 기존의 일반 칼라아스콘 제품보다 우수한 기능성 칼라아스콘 제품으로서의 기능을 충분히 활용할 수 있어 현장시공 활용성이 더욱 증가할 것이다.

Claims (7)

1. 일반칼라아스콘 포장체 표면에 아파타이트 피복 폐슬러지 광촉매(TiO₂) 1~2중량%, 아크릴산에스테르수지 20~40중량%, PVC수지안정제 0.1~5중량%, 견운모분말 0.5~1중량%, 증점제 0.1~5중량%, 방부제 0.1~10중량%, 분산제 0.1~5중량%, 분산매로서 물 32~78.1중량%로 조성된 액상의 광촉매 조성물을 코팅한 코팅층을 UV-램프 경화장치로 램프출력 2.5~4.0kw, 경화속도 1.5~3.0m/sec로 자외선 조사처리한 기능성 칼라아스콘 포장체.
   
2. 삭제
3. 청구항 제1항에 있어서, 아파타이트 피복 폐슬러지 광촉매(TiO₂)는 수질정화용 응집제로 사용된 염화티탄 또는 황산티탄이 함유된 폐슬러지를 소성처리하여 제조된 폐슬러지 광촉매(TiO₂)분말을 아파타이트로 코팅한 아파타이트 피복 폐슬러지 광촉매임을 특징으로 하는 기능성 칼라아스콘 포장체.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제

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