KR101191089B1

KR101191089B1 - 고분자 중합체를 이용한 배수성 또는 투수성 저소음 포장체

Info

Publication number: KR101191089B1
Application number: KR1020100036044A
Authority: KR
Inventors: 김선택
Original assignee: 주식회사 에코디텍
Priority date: 2010-04-19
Filing date: 2010-04-19
Publication date: 2012-10-15
Also published as: KR20110116561A

Abstract

본 발명은 건설, 토목분야에 사용되는 고분자 중합체를 이용한 배수성 또는 투수성 저소음 포장체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기존의 배수성 또는 투수성 포장에서 사용하는 아스팔트 또는 시멘트 혼합물을 대신하여 메틸메타크릴레이트(MMA)를 포함한 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 단독 또는 이러한 폴리메틸메타크릴레이트와 우레탄-아크릴레이트 수지 (urethane acrylate resine)로 골재를 결합함으로써 포장층 내 공극률을 향상시켜 포장체의 강도증진 및 환경오염물질 배출을 최소화할 수 있는 배수성 또는 투수성 저소음 포장체에 관한 것이다.

Description

고분자 중합체를 이용한 배수성 또는 투수성 저소음 포장체 {Draining or Permeable Pavement of Low-Noise Using Polymer}

본 발명은 건설, 토목분야에 사용되는 고분자 중합체를 이용한 배수성 또는 투수성 저소음 포장체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기존의 배수성 또는 투수성 포장에서 사용하는 아스팔트 또는 시멘트 혼합물을 대신하여 고분자 중합체를 이용함으로서 포장체의 강도증진 및 환경오염물질 배출을 최소화할 수 있는 배수성 또는 투수성 저소음 포장체에 관한 것이다.

산업과 경제의 급속한 발전으로 국토 개발이 점차 진행됨에 따라 사람과 물자의 이동을 위한 도로건설이 지속적으로 이루어져 왔으며, 근래에 들어서 도로건설분야에서도 주변지역의 환경여건을 고려한 친환경적인 기술을 요구하고 있다.

도로건설시 사용되는 포장체는 하중지지 형태에 따라서 강성포장과 소성포장으로 구분된다. 이 중 강성포장은 주로 콘크리트 포장체로 이루어지고, 연성포장은 아스팔트 포장체로 이루어져 있다. 그러나 이러한 포장구조체는 주로 밀입도로 이루어져 있어 우수처리에 있어 포장층 표층 상부에서 우수배수가 이루어짐에 따라 차량운행중의 빗길 미끄럼 현상, 물보라 현상 및 섬광(눈부심) 현상으로 인하여 도로주행안정성이 떨어진다. 뿐만 아니라 밀입도로 인하여 차량운행에 의해 발생되는 소음이 그대로 주변지역에 전파되어 도로주변지역의 소음 발생원인이 된다.

이러한 문제점을 해결하고자 도로포장분야에서 현재 활발히 연구되고 있는 분야가 배수성?투수성 포장분야이다.

배수성 포장이란 상부표층을 개립도로 하고 표층하부에 불투수층을 만들어서 표층포장내의 공극을 통해서 우수가 유출되도록 하는 포장공법으로 도 1과 같은 형태를 가진다. 주로 배수성 포장은 최대치수 19 내지 13 mm의 굵은 골재를 일부 포함하여 포장층 내의 공극을 최대화한 포장공법이며, 이 때 사용되는 아스팔트는 일반적으로 가열혼합 가열포설 역청포장용 혼합물로 사용되는 아스팔트 용재인 아스팔트 기준등급 AP-3를 주재로 하고, 여기에 개질재나 고무분말 기타 섬유보강재를 혼합하여 상기 아스팔트의 강도를 증진시킨 형태로 사용되고 있다. 이는 굵은 골재의 치수가 증가함에 따라 골재간 접합면적의 감소함에 따른 강도증진을 위한 보강이 필요하기 때문이다.

그러나, 이러한 보강된 아스팔트 혹은 콘크리트 포장체의 경우에 사용되는 고무가 주로 폐타이어를 많이 사용함으로 인해서 이러한 폐타이어에서 발생하는 유해물질이 우려되며 점차적으로 배수성 포장의 사용이 증가될 것을 고려할 때 향후 환경적인 문제를 야기시킬 수 있다.

투수성 포장이란 상기 배수성 포장과 동일한 개념으로 포장을 수행하나, 도 2와 같이 포장층 내에 불투수층을 두지 않고 우수가 직접 지표면으로 침투될 수 있도록 한 포장체이며, 기타 구조체는 배수성 포장과 동일한 구성을 가진다.

배수성 포장은 주로 우수를 도로측면의 우수용 측구나 맨홀을 통해 집진하여 처리하며, 투수성 포장의 경우 우수가 하부 지반층으로 유입되어 지하수로 흘러 들어가도록 처리한다. 따라서, 차량하중 등의 하중 에너지가 큰 차도의 경우에는 배수성 포장을 사용하고, 하부 지반층 유입 등으로 인하여 하부 지지층이 일부 유실이나 이완 가능성이 있는 투수성 포장은 보도 혹은 자전거도로 등에 적용되는 것이 일반적이다.

다공성의 배수성?투수성 포장은 포장층내의 공극율을 극대화하고 이를 통해서 차량에서 발생하는 소음이 도 3과 같이 하부 포장층 내의 공극으로 소산되어 소음저감 효과를 가진다. 이러한 소음저감도는 포장층 내의 공극률에 따라서 저감효과가 달라질 수 있으나 통상적으로는 2 내지 5 dB 정도의 저감효과를 가지며, 이러한 저감효과는 3 dB 정도 소음저감이 있다고 할 때 도로주변에 2 m의 방음벽이 설치되는 것과 동일한 효과를 지닌다.

이러한 배수성?투수성 포장은 앞서 언급한 바와 같은 이점이 있지만 다음과 같은 몇가지 문제점의 해결이 필요하다.

첫째, 기존 아스팔트를 이용한 포장의 경우 아스팔트의 특성상 골재와 아스팔트의 혼합 후 가열혼합과정이 필요하며 이로 인하여 별도의 플랜트가 필요한데, 플랜트와의 이격거리 등을 고려하여 운반거리 및 운반시 아스팔트 온도하강 등에 대한 별도의 대책마련이 필요하다.

둘째, 배수성?투수성의 특성상 공극으로 인한 작업시 온도제약을 받아 통상적으로 기상조건이 5 ℃ 이상인 경우에서만 시공이 가능하다.

셋째, 기존 아스팔트의 강도증진을 목적으로 사용되는 폐고무나 폐타이어의 사용으로 주변지역의 환경이 오염되는 등의 문제점이 발생할 수 있다.

넷째, 강도증진 목적의 첨가물을 포함한 포장체임에도 불구하고 결합력이 충분하지 않아 배수성?투수성 포장의 강도 증진이 더욱 더 요구되고 있다.

본 발명은 기존의 일반 포장체 및 배수성?투수성 포장체의 제조공정상의 문제점, 시공상 각종 제약조건, 제품강도상의 문제점, 및 환경적 문제점을 보완 해결하고자 종래 아스팔트 및 시멘트의 이용을 배제하고 고분자 중합체 혼합물 및 중합개시제를 결합제로 이용한 포장체를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 포장체는 상기 목적을 달성하기 위하여,
(A) 입경 9.5 내지 22.4 mm의 중량비가 20 내지 93.1 %이고, 입경 2.36 내지 9.5 mm의 중량비가 1.6 내지 70 %이고, 입경 10 ㎛ 내지 2.36 mm의 중량비가 5 내지 20 %인 제 1 골재 100 중량부,
상기 제 1 골재 100 중량부 당 폴리메틸메타크릴레이트 : 메틸메타크릴레이트 = 1 : 1 내지 1 : 10 중량비인 고분자 중합체 혼합물 3.5 내지 7 중량부, 및
상기 제 1 골재 100 중량부 당 중합개시제 0.5 내지 1.5 중량부
를 혼합한 투수층; 및
(B) 상기 투수층 위에
입경 10 ㎛ 내지 0.4 mm의 제 2 골재 100 중량부,
상기 제 2 골재 100 중량부 당 폴리메틸메타크릴레이트 : 메틸메타크릴레이트 = 1 : 1 내지 1 : 10 중량비인 고분자 중합체 혼합물 4.5 내지 8.5 중량부, 및
상기 제 2 골재 100 중량부 당 중합개시제 0.5 내지 1.5 중량부

를 혼합한 상부표층

삭제

을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 포장체는 상기 투수층 아래에
입경 10 ㎛ 내지 0.4 mm의 제 3 골재 100 중량부,
상기 제 3 골재 100 중량부 당 폴리메틸메타크릴레이트 : 메틸메타크릴레이트 = 1 : 1 내지 1 : 10 중량비인 고분자 중합체 혼합물 12 내지 25 중량부, 및
상기 제 3 골재 100 중량부 당 중합개시제 1.5 내지 3.5 중량부

를 혼합한 불투수층

삭제

을 추가로 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 포장체는 상기 투수층의 위, 아래, 또는 위 및 아래에

폴리메틸메타크릴레이트 : 메틸메타크릴레이트 = 1 : 1 내지 1 : 10 중량비인 고분자 중합체 혼합물 100 중량부,

상기 고분자 중합체 혼합물 100 중량부 당 탄산칼슘 5 내지 15 중량부, 및

상기 고분자 중합체 혼합물 100 중량부 당 중합개시제 0.5 내지 1.5 중량부

를 혼합한 택코팅층

을 추가로 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 포장체는 상기 불투수층의 위, 아래, 또는 위 및 아래에

를 혼합한 택코팅층

을 추가로 포함할 수 있다.

또한, 상기 고분자 중합체 혼합물은

폴리메틸메타크릴레이트 : 메틸메타크릴레이트 = 1 : 1 내지 1 : 10 중량비인 메타크릴레이트 혼합물 10 내지 99.9 중량%, 및

우레탄-아크릴레이트 고분자 중합체 0.1 내지 90 중량%

의 혼합물을 중합한 것일 수 있다.

또한, 상기 중합개시제는 포타슘 퍼설페이트, 암모늄 퍼설페이트, 소듐 하이드로설파이트, 소듐 퍼설페이트, 소듐 바이설파이트, 소듐 바이설페이트, 론갈라이트(Rongalite) C, 론갈라이트 Z, 벤조일 퍼옥사이드, t-부틸 하이드로퍼옥사이드, N,N'-아조비스이소부티로니트릴 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 우레탄-아크릴레이트 고분자 중합체의 우레탄 프리폴리머의 모노머인 이소시아네이트는 폴리메틸렌 디이소시아네이트, 톨릴렌 디이소시아네이트, 나프탈렌-1,5-디이소시아네이트, 크실렌 디이소시아네이트, 디페닐 디이소시아네이트, 디페닐메탄 디이소시아네이트, 트리페닐메탄 디이소시아네이트, 2,4-톨릴렌 디이소시아네이트 다이머, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포론(isophorone) 디이소시아네이트 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 우레탄-아크릴레이트 고분자 중합체의 우레탄 프리폴리머의 모노머인 폴리올은 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 테트라메틸렌글리콜, 폴리(테트라메틸렌 에테르)글리콜, 폴리(1,4-부탄디올 아디페이트)글리콜, 폴리카프로락톤디올글리콜, 폴리카보네이트디올 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 우레탄-아크릴레이트 고분자 중합체의 아크릴 모노머는 에틸 아크릴레이트, 아크릴산, n-부틸 아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 2-하이드록시 에틸메타크릴레이트 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 우레탄-아크릴레이트 고분자 중합체는 디메틸올 프로피온산 (dimethylol propionic acid) 또는 N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone)에 의해 친수성작용기가 도입될 수 있다.

또한, 상기 우레탄-아크릴레이트 고분자 중합체는 트리에틸아민(triethylamine)에 의해 중화될 수 있다.

본 발명은 배수성?투수성 포장을 위한 페이스트 고분자 중합체로서 메틸메타크릴레이트(MMA)를 포함한 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 단독 또는 이러한 폴리메틸메타크릴레이트와 우레탄-아크릴레이트 수지 (urethane acrylate resine)로 골재를 결합함으로써 포장층 내 공극률을 향상시키는 것을 특징으로 한다. 이로써 구성된 배수성?투수성 포장체는 포장층 내에 많은 공극을 유지하면서 고분자 중합체에 의해 강도 및 탄성을 향상시킴으로서 도로의 균열 및 소성변형 등을 방지할 수 있다. 또한, 도로표면의 우수를 빠르게 지표면 아래 혹은 포장층을 통해 배수시설로 배출시키는 것이 가능하여, 공용중인 도로에서의 차량운행중의 빗길 미끄럼 현상, 물보라 현상 및 섬광(눈부심) 현상 등을 방지하여 도로주행안정성을 확보할 수 있다. 또한, 공극율 유지를 통한 개립도로 인하여 차량운행으로 발생되는 소음을 저감시키는 것도 가능하다. 그 밖에도 고분자 중합체 자체가 가지는 친환경성으로 인한 환경적 이점이 있을 뿐만 아니라, 기존의 배수성?투수성 포장에서 사용되는 콘크리트 및 폐타이어 등의 사용으로 인한 환경오염 문제를 예방할 수 있으며, 아스팔트 포장체의 가설온도 및 플랜트와 현장거리 등으로 인한 시공제약조건까지 해결할 수 있다.

도 1은 일반적인 배수성 포장의 단면을 나타낸 개념도이다.
도 2는 일반적인 투수성 포장의 단면을 나타낸 개념도이다.
도 3은 포장으로 인해 소음이 감소되는 과정을 설명한 도면이다.
도 4는 본 발명의 배수성 포장 공시체를 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 투수성 포장 공시체를 나타낸 사진이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 또한, 하기의 설명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 많은 특정사항들이 설명되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명의 포장체는 산업용 LCD패널 커버, 접착제, 방음벽, 인조대리석, 방수공사에 많이 사용되고 있는 규칙적인 결합구조체를 가진 메틸메타크릴레이트(MMA)와 벤조일 퍼옥시드 (benzoyl peroxide)를 혼합한 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 단독 또는 이러한 폴리메틸메타크릴레이트와 공업 및 건축용 도로로 많이 사용되는 우레탄-아크릴레이트 수지 (urethane acrylate resine)를 혼합하고 이를 경화시킬 수 있는 중합개시제 등과 함께 골재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

폴리메틸메타크릴레이트 단독, 보다 바람직하게는 폴리메틸메타크릴레이트와 우레탄-아크릴레이트 수지 (urethane acrylate resine)를 혼합한 고분자 중합체를 이용하여 일반적으로 많이 사용되는 쇄석골재나 13 mm 이하의 자갈과 기타 채움재로 이용될 수 있는 모래나 규사, 탄산칼슘 같은 미립 골재를 혼합하여 포장체를 형성할 경우 고분자 중합체가 골재 상호간의 결합력을 보완하는 역할을 할 수 있다. 구체적으로, 탄소결합된 고분자 물질이 골재 입자 사이사이에 침투하여 입자들을 연결함으로써 조성물의 강도를 향상시키는 역할을 하며, 외부의 하중을 분배하여 받아주는 하중분산이 이루어져 포장체의 내구성이 증진된다. 따라서, 이러한 포장체는 친환경적이면서도 고강도이며 배수 및 투수를 통한 포장체의 우수처리 및 소음저감효과를 가져올 수 있다.

콘크리트를 이용한 포장에서 통상적으로 사용되는 시멘트는 일정 시간 경과 후 시멘트 자체에서 발생되는 독성물질 (시멘트 독, Cr6+, 각종 중금속 등)이 배출될 뿐만 아니라 경화 이후 시간이 지남에 따라 용해, 체적팽창에 따른 박리, 마모에 의한 침식 등으로 풍화가 진행된다. 이는 콘크리트가 어떠한 화학물질에 지속적으로 노출되면 그 화학조성을 바꿔서 역학적 성질의 변화를 가져오며, 이로 인하여 부분적 혹은 전체적인 강도 저하나 분해를 일으키는데, 이를 통상적으로 중성화라한다. 중성화된 콘크리트는 물로 포화되어 동결되면 체적 팽창에 따라 균열이 발생되어 풍화될 우려가 크다. 이는 기본적으로 시멘트를 이용한 콘크리트 구조체가 알칼리 골재반응을 통해 생성되기 때문이다.

또한, 아스팔트 포장에 첨가제로 사용되는 폐타이어 가루의 경우에도 콘크리트 구조체와 마찬가지로 유해물질 배출 등이 의심될 뿐 아니라, 시공과정에서 아스팔트의 배합온도 유지 등을 위하여 제조플랜트와 현장간의 적정거리 유지 및 시공온도 제약 등의 문제점이 발생된다.

이와는 달리 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)는 단량체(monomer) 메틸메타메크릴레이트(MMA)를 중합시킨 중합체이다. 이러한 PMMA 고분자 중합체는 의학적인 목적으로 콘텍트 렌즈나 인공관절, 뼈 등에 사용되고 있으며 시멘트 페이스트와는 달리 인체에 무해하다. 또한 불규칙 접합 조직체로 이루어진 시멘트 페이스트나 기타 다른 화학첨가제를 이용한 페이스트와는 달리 PMMA 고분자 중합체는 고분자 물질로 규칙적인 결합구조체로 형성되어 있으며 화학적 경화반응으로 긴 탄소분자 고리가 형성된 3 중 구조로 되어 있다. PMMA 고분자 중합체의 반응 메커니즘은 MMA에 벤조일 퍼옥시드 등의 개시제를 첨가해서 이루어지며, 화학적 결합으로 이루어지기 때문에 -25 내지 50 ℃ 범위에서 시공이 가능하여 사계절이 뚜렷한 국내여건에 적합하다. 또한 고분자 중합체간의 결합은 분말 경화개시제의 양에 따라 최대 1 시간 내에 90 %이상 경화가 가능하여, 시공시간 단축 및 포설 후 즉시 개통이 가능하다.

이처럼 PMMA 고분자 중합체는 규칙적인 결합 구조체를 형성하고 있으며 분자량이 많아 화학적 물성을 정확하게 얻을 수 있으며, 첨가된 개시제는 MMA 분자를 정확하게 만나 고분자 형성을 가속화시키는 반응을 촉진하게 하고, 분자와 분자가 만나는 확률이 최소 98 % 이상이므로 경화 완료 후 화학적 물성에 전혀 지장을 초래하지 않는다.

따라서, 고분자 중합체와 배수성?투수성을 위한 적절한 골재비율을 통해 고기능성의 포장체 형성이 가능하며, 기존의 콘크리트 및 아스팔트를 이용한 배수 및 투수성 포장보다 구조적 결합 및 환경 그리고 시공성 측면에서 월등한 이점을 갖는다.

본 발명의 고분자 중합체는 이러한 MMA를 별도의 개시제로 중합한 PMMA이며, 강도나 분자량 등 원하는 물성을 충족시키면서도 중합시간을 단축시키기 위해 MMA에 PMMA를 녹인 후 중합시키는 것이 더욱 바람직하다. 이 경우 PMMA : MMA의 중량비는 1 : 1 내지 1 : 10 중량비인 것이 바람직한데, MMA의 양이 상기 범위 미만이면 PMMA가 완전히 용해되지 않고, 반대로 상기 범위를 초과하면 불필요하게 중합시간이 길어지거나 분자량이 낮은 단점이 있다.

본 발명의 고분자 중합체는 상기 MMA 고분자 중합체 단독이어도, 본 발명의 효과를 발현할 수 있으나 우레탄-아크릴레이트 고분자 중합체와 혼합하는 것이 더욱 바람직하다.

우레탄-아크릴레이트 고분자 중합체는 화학적으로 고분자 사슬 내에 우레탄 결합(~NH-COO~)을 갖는 우레탄 프리폴리머에 친수성 작용기를 도입하고 이를 아크릴레이트 단량체와 혼합하여 중합한 고분자 중합체를 말하며 이러한 우레탄-아크릴레이트 고분자 중합체는 인장강도, 인열강도, 신율, 내마모성 등의 기계적 강도가 우수하여, 산업전반의 여러 분야에서 적용되고 있다. 이러한 우레탄-아크릴레이트 고분자 중합체는 우레탄의 특성과 아크릴의 특성을 결합한 고분자 중합체로 두가지 이상의 고분자 물질을 중합하여 얻은 혼성물질인 하이브리드(hybrid) 고분자 중합체에 속한다. 우레탄-아크릴레이트 고분자 중합체의 제조는 통상적으로 폴리올(polyol)과 이소시아네이트(isocyanate)의 중합반응체인 우레탄 프리폴리머 (urethane prepolymer)와 아크릴 에멀젼인 메틸메타크릴레이트(MMA), 에틸 아크릴레이트, 아크릴산, 2-하이드록시 에틸메타크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트 등의 하이드록시 알킬 아크릴레이트를 혼합하여 이루어진다.

상기 우레탄 프리폴리머를 구성하는 폴리올과 이소시아네이트는 우레탄 결합을 가능케 하는 물질이라면 제한이 없으나, 폴리올의 경우 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 테트라메틸렌글리콜, 폴리(테트라메틸렌 에테르)글리콜, 폴리(1,4-부탄디올 아디페이트)글리콜, 폴리카프로락톤디올글리콜, 폴리카보네이트디올 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하고, 이소시아네이트의 경우 폴리메틸렌 디이소시아네이트, 톨릴렌 디이소시아네이트, 나프탈렌-1,5-디이소시아네이트, 크실렌 디이소시아네이트, 디페닐 디이소시아네이트, 디페닐메탄 디이소시아네이트, 트리페닐메탄 디이소시아네이트, 2,4-톨릴렌 디이소시아네이트 다이머, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.

이러한 우레탄-아크릴레이트의 평균 분자 크기의 범위는 폴리우레탄과 아크릴레이트 에멀젼의 혼합비율에 따라 달라질 수 있으나 통상적으로 95 nm (폴리우레탄 0 %, 아크릴레이트 100 %) 내지 230 nm (폴리우레탄 70 %, 아크릴레이트 30 %) 범위에 있다.

일반적으로 우레탄-아크릴레이트 고분자 중합체는 강도는 다소 떨어지지만 탄성이 매우 높아 온도변화에 대한 신축성이 우수하며, 옥상방수재, 운동시설 바닥재, 균열부위를 충진하는 균열보수 등에 적용되고, 각각의 용도에 따라 생산되는 제품들이 다르며 혼합하는 재료에 따라 강도의 발현의 차이가 발생한다.

따라서, 탄성 및 신축성이 좋은 우레탄-아크릴레이트 고분자 중합체를 결합력이 강한 PMMA 고분자 중합체와 함께 골재에 혼합하여 적용할 경우 외부하중에 대하여 일부는 탄성력으로 흡수하고 발현함으로써 보다 효과적인 고기능성을 가질 수 있다.

이렇게 혼합한 고분자 중합체의 분자량은 혼합비율에 따라 20,000 내지 60,000 사이에 존재하며, 이러한 고분자량으로 인하여 골재를 포함하여 적절히 배합할 경우 포장체의 배수성과 투수성을 확보하면서도 강성과 소음 저감효과를 동시에 달성할 수 있게 된다.

고분자 중합체의 제조는 계절별, 소요강도별, 현장여건별에 따라서 그 제조 비율이 변경될 수 있으며, 일반적으로 배수성?투수성 포장을 위한 고분자 중합체의 혼합비율은

MMA와 PMMA를 혼합한 메타크릴레이트 혼합물 10 내지 99.9 중량%, 및

우레탄-아크릴레이트 고분자 중합체 0.1 내지 90 중량%

인 것이 바람직하다.

여기에 사용되는 중합개시제는 MMA를 포함한 아크릴레이트 및 우레탄 중합을 개시할 수 있는 중합개시제라면 제한이 없으나, 특히 포타슘 퍼설페이트, 암모늄 퍼설페이트, 소듐 하이드로설파이트, 소듐 퍼설페이트, 소듐 바이설파이트, 소듐 바이설페이트, 론갈라이트 C, 론갈라이트 Z, 벤조일 퍼옥사이드, t-부틸 하이드로퍼옥사이드, N,N'-아조비스이소부티로니트릴 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 개시제인 것이 바람직하다. 나아가, 상기 중합개시제의 함량은 상기 고분자 중합체 혼합물 100 중량부 당 1 내지 15 중량부인 것이 바람직한데, 상기 범위 미만이면 중합에 지나치게 오랜 시간이 걸리고, 반대로 상기 범위를 초과하면 경제성이 떨어질 뿐만 아니라 분자량이 감소하는 단점이 있다.

본 발명의 포장체에는 상기 중합개시제 외에 일반적으로 고분자 중합체 조성물의 생성에 사용되는 분산제, 소포제, 중화제 등의 기타 첨가제을 첨가하여 사용할 수 있다.

본 발명의 포장체는 투수성 포장체의 경우 지면 위에 투수층이 형성되고, 그 위에 상부표층이 형성되는 구조로 이루어지고, 배수성 포장체의 경우 상기 투수성 포장체와 유사하나, 지면과 투수층 사이에 불투수층이 개입되는 점에서 차이가 있다.

먼저, 투수층은
입경 9.5 내지 22.4 mm의 중량비가 20 내지 93.1 %이고, 입경 2.36 내지 9.5 mm의 중량비가 1.6 내지 70 %이고, 입경 10 ㎛ 내지 2.36 mm의 중량비가 5 내지 20 %인 제 1 골재 100 중량부,
상기 제 1 골재 100 중량부 당 폴리메틸메타크릴레이트 : 메틸메타크릴레이트 = 1 : 1 내지 1 : 10 중량비인 고분자 중합체 혼합물 3.5 내지 7 중량부, 및

상기 제 1 골재 100 중량부 당 중합개시제 0.5 내지 1.5 중량부

삭제

를 혼합하여 제조된다.

상기 투수층은 실제로 우수가 이동하는 통로 역할을 수행하므로, 일정한 공극률의 유지를 위해 세골재 외에 조골재의 비율이 일정 정도 이상이어야 한다. 예를 몇가지 들어보면 다음과 같다:

- 최대입도가 19 mm일 때 체 통과량 기준으로 19 mm가 96 내지 100 중량%, 13.2 mm가 60 내지 80 중량%, 9.5 mm가 2 내지 5 중량%인 조골재, 또는 최대입도가 13 mm일 때 체 통과량 기준으로 13.2 mm가 96 내지 100 중량%, 9.5 mm가 2 내지 5 중량%인 조골재 80 내지 95 중량%;

0.2 내지 0.4 mm의 입경을 가진 모래 3 내지 15 중량%; 및

10 내지 80μm 범위의 탄산칼슘 또는 50 내지 200μm의 탈크(Talc) 2 내지 5 중량%의 혼합물,

- 최대입도가 19 mm일 때 체 통과량 기준으로 19 mm가 96 내지 100 중량%, 13.2 mm가 60 내지 80 중량%, 9.5 mm가 30 내지 60 중량%, 4.75 mm가 10 내지 30 중량%, 2.36 mm가 10 내지 20 중량%, 0.6 mm가 5 내지 15 중량%, 0.3 mm가 3 내지 11 중량%, 0.15 mm가 3 내지 8 중량%, 0.75 mm가 2 내지 7 중량%인 골재, 또는

- 최대입도가 13 mm일 때 체 통과량 기준으로 13.2 mm가 96 내지 100 중량%, 9.5 mm가 60 내지 80 중량%, 4.75 mm가 10 내지 30 중량%, 2.36 mm가 10 내지 20 중량%, 0.6 mm가 5 내지 15 중량%, 0.3 mm가 3 내지 11 중량%, 0.15 mm가 3 내지 8 중량%, 0.75 mm가 2 내지 7 중량%인 골재.

기타 고분자 화합물과의 결합강도 증진을 위해 모래 대신 비회 (fly ash), 저회 (bottom ash), 석분, 규사, 탄산칼슘, 탈크(talc), 제강슬래그 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 성분이 포함될 수 있으며, 이는 특별히 제한된 것은 아니다.

상기 투수층 제조시 적은 고분자 중합체 혼합물로 골재를 고루 결합시키기 위해 고분자 중합체 혼합물을 2 : 3 정도로 나누어 적은 분량의 고분자 중합체 혼합물과 조골재를 먼저 혼합한다. 이렇게 조골재의 표면에 고루 고분자 중합체 혼합물을 코팅한 후, 많은 분량의 고분자 중합체 혼합물과 세골재, 그리고 경화개시제를 혼합한 혼합물에 표면이 코팅된 상기 조골재를 혼합하는 것이 고분자 중합체 혼합물의 활용도를 높이는 방법이다.

본 발명의 포장체는 내구성 증대와 주행정숙성 향상 등을 위하여 상기 투수층 위에 상부표층을 형성하는 것을 특징으로 한다. 이러한 상부표층은
입경 10 ㎛ 내지 0.4 mm의 제 2 골재 100 중량부,
상기 제 2 골재 100 중량부 당 폴리메틸메타크릴레이트 : 메틸메타크릴레이트 = 1 : 1 내지 1 : 10 중량비인 고분자 중합체 혼합물 4.5 내지 8.5 중량부, 및

상기 제 2 골재 100 중량부 당 중합개시제 0.5 내지 1.5 중량부

삭제

를 혼합하여 제조한다.

이처럼 지면 위에 투수층, 그 위에 상부표층으로 구성된 본 발명의 투수성 포장체는 우수를 신속하게 지면으로 배출하면서도 뛰어난 강도를 발현하여 내구성이 현저히 증가하고 소음이 감소하는 장점을 지닌다.

한편, 본 발명의 배수성 포장체는 상기 투수층 아래, 즉 투수층과 지면 사이에
입경 10 ㎛ 내지 0.4 mm의 제 3 골재 100 중량부,
상기 제 3 골재 100 중량부 당 폴리메틸메타크릴레이트 : 메틸메타크릴레이트 = 1 : 1 내지 1 : 10 중량비인 고분자 중합체 혼합물 12 내지 25 중량부, 및

상기 제 3 골재 100 중량부 당 중합개시제 1.5 내지 3.5 중량부

삭제

를 혼합한 불투수층

을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 배수성 포장체 위로 떨어진 빗물은 상기 상부표층 및 투수층을 통과한 후 상기 불투수층으로 인해 지면으로 스며들지 못하고 주로 도로측면의 우수용 측구나 맨홀을 통해 처리된다.

를 혼합한 택코팅층

을 추가로 포함함으로써 층간의 결합력을 제고할 수 있다.

또한, 본 발명의 배수성 포장체는 상기 불투수층의 위, 아래, 또는 위 및 아래에 상기 택코팅층을 추가로 포함함으로써 층간의 결합력을 제고할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

실시예

실시예 1: 배수성 포장

포장체를 3 개의 층으로 구분하여 최하부의 우수침투를 막기 위한 불투수층, 배수를 원할히 하기 위한 투수층, 상부의 차량 통행을 원할히 하기 위한 상부표층으로 구분하여 도 4와 같이 배수성 포장을 시공하였다.

먼저, 메틸메타크릴레이트 (대산MMA. 한국) 350 g에 폴리메틸메타크릴레이트 (LG MMA. 한국) 70 g을 혼합하여 용해시킨 후, 70 ℃에서 중합한 다음, 여기에 n-부틸아크릴레이트 12 g을 첨가 혼합하였다. 이와 별도로 폴리(테트라메틸렌 에테르)글리콜 (BASF. 독일) 10 g 및 헥사메틸렌 디이소시아네이트 (Asahi Kasei. 일본) 9.5 g을 중합하여 우레탄 프리폴리머를 제조하고, 디메틸 프로피온산 (Aldrich. 미국) 2 g을 첨가하여 친수성 작용기를 도입하고, 2-하이드록시 에틸메타크릴레이트 (Aldrich. 미국) 10 g을 혼합하여 90 ℃에서 중합시키고, 여기에 트리에틸아민 (Junsei Chemical. 일본)을 2 g을 혼합한 후, 50 ℃로 온도를 급속히 낮추면서 교반하여 우레탄-아크릴레이트 고분자 중합체를 제조하였다. 이렇게 제조된 우레탄-아크릴레이트 고분자 중합체 50 g을 상기 메타크릴레이트 혼합물에 첨가하여 본 발명의 바인더 고분자 중합체 혼합물을 제조하였다.

배수성 포장의 하도에 해당하는 불투수층은 상기 고분자 중합체 혼합물 15 중량부와 탄산칼슘 26 중량부, 모래 60 중량부를 혼합하고, 여기에 경화개시제인 벤조일 퍼옥사이드 2 중량부를 혼합하여 30 mm 두께로 생성하였다.

배수성 포장의 중도에 해당하는 투수층은 골재의 최대치수가 13 mm 이상인 조골재로 체 통과량 기준으로 13.2 mm 통과량이 96 내지 100 중량%, 9.5 mm 통과량이 2 내지 5 중량%인 골재 87 중량부와 고분자 중합체 혼합물 2 중량부를 고르게 혼합하여 조골재 표면에 고분자 중합체가 접착될 수 있도록 하고, 여기에 모래 6 중량부와 탄산칼슘 2 중량부를 고분자 중합체 혼합물 3 중량부 및 경화개시제 1 중량부와 함께 혼합하여 20 mm 두께로 생성하여 상기 불투수층 위에 다짐하여 포설하였다.

배수성 포장의 상도에 해당하는 상부표층은 입자가 일정하면서 일반모래에 비해 입자가 작아 고분자 중합체 혼합물과 접합력이 강한 규사모래(SiO2)를 83 중량부와 일반모래 4 중량부를 탄산칼슘 6 중량부, 고분자 중합체 혼합물 6 중량부 및 경화개시제 1 중량부와 함께 고루 섞어서 5 mm 두께로 상기 투수층 위에 다짐하여 포설하였다.

각각의 층간의 유기적 결합을 위하여 일반적으로 포장간 연결을 위해 이용하는 프라이머 (택코팅, 프라임코팅)를 각각의 층을 포설한 후 약간의 시간간격을 두고 도포하였다. 상기 프라이머는 탄산칼슘 9 중량부와 고분자 중합체 혼합물 90 중량부 및 경화개시제 1 중량부를 혼합하여 제조하였다.

제조된 공시체의 크기는 도 4와 같이 400 mm × 400 mm × 50 mm로 제작되었으며, 수중 부피측정결과 공극률은 24 %인 것으로 나타났다.

실시예 2 : 투수성 포장

실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였으나, 도 5와 같이 지반으로 물이 침투할 수 있도록 하도의 불투수층을 배제하고 투수층의 두께를 45 mm, 상부표층의 두께를 5 mm로 포설하여 제작하였다.

제조된 공시체의 크기는 도 5와 같이 400 mm × 400 mm × 50 mm으로 제작되었으며, 수중 부피측정결과 공극률은 25 %인 것으로 나타났다.

실시예 1 및 실시예 2와 같이 포장체 형성시 배수성 및 투수성을 위한 공극률을 만족하며, 본 시험에 사용된 고분자 중합체 혼합물의 특성상 친환경적인 포장건설이 가능할 것으로 기대된다. 또한 기존의 아스팔트 포장체의 주변지역 온도와 함께 가설 플랜트와의 거리상의 문제점 역시, 현장에서 직접 배합을 통해 해결할 수 있으며, 주변지역 소음도 저감효과도 가져올 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본원 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 범위는 위의 실시예에 국한해서 해석되어서는 안되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

(A) 입경 9.5 내지 22.4 mm의 중량비가 20 내지 93.1 %이고, 입경 2.36 내지 9.5 mm의 중량비가 1.6 내지 70 %이고, 입경 10 ㎛ 내지 2.36 mm의 중량비가 5 내지 20 %인 제 1 골재 100 중량부,
상기 제 1 골재 100 중량부 당 폴리메틸메타크릴레이트 : 메틸메타크릴레이트 = 1 : 1 내지 1 : 10 중량비인 고분자 중합체 혼합물 3.5 내지 7 중량부, 및
상기 제 1 골재 100 중량부 당 중합개시제 0.5 내지 1.5 중량부
를 혼합한 투수층; 및
(B) 상기 투수층 위에
입경 10 ㎛ 내지 0.4 mm의 제 2 골재 100 중량부,
상기 제 2 골재 100 중량부 당 폴리메틸메타크릴레이트 : 메틸메타크릴레이트 = 1 : 1 내지 1 : 10 중량비인 고분자 중합체 혼합물 4.5 내지 8.5 중량부, 및
상기 제 2 골재 100 중량부 당 중합개시제 0.5 내지 1.5 중량부
를 혼합한 상부표층
을 포함하는 포장체.
청구항 1에 있어서,
상기 투수층 아래에
입경 10 ㎛ 내지 0.4 mm의 제 3 골재 100 중량부,
상기 제 3 골재 100 중량부 당 폴리메틸메타크릴레이트 : 메틸메타크릴레이트 = 1 : 1 내지 1 : 10 중량비인 고분자 중합체 혼합물 12 내지 25 중량부, 및
상기 제 3 골재 100 중량부 당 중합개시제 1.5 내지 3.5 중량부
를 혼합한 불투수층
을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 포장체.
청구항 1에 있어서,
상기 고분자 중합체 혼합물은
폴리메틸메타크릴레이트 : 메틸메타크릴레이트 = 1 : 1 내지 1 : 10 중량비인 메타크릴레이트 혼합물 10 내지 99.9 중량%, 및
우레탄-아크릴레이트 고분자 중합체 0.1 내지 90 중량%
의 혼합물을 중합한 것을 특징으로 하는 포장체.
청구항 1에 있어서,
상기 중합개시제는 포타슘 퍼설페이트, 암모늄 퍼설페이트, 소듐 하이드로설파이트, 소듐 퍼설페이트, 소듐 바이설파이트, 소듐 바이설페이트, 론갈라이트(Rongalite) C, 론갈라이트 Z, 벤조일 퍼옥사이드, t-부틸 하이드로퍼옥사이드, N,N'-아조비스이소부티로니트릴 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 중합개시제인 것을 특징으로 하는 포장체.
청구항 3에 있어서,
상기 우레탄-아크릴레이트 고분자 중합체의 우레탄 프리폴리머의 모노머인 이소이아네이트는 폴리메틸렌 디이소시아네이트, 톨릴렌 디이소시아네이트, 나프탈렌-1,5-디이소시아네이트, 크실렌 디이소시아네이트, 디페닐 디이소시아네이트, 디페닐메탄 디이소시아네이트, 트리페닐메탄 디이소시아네이트, 2,4-톨릴렌 디이소시아네이트 다이머, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 이소포론(isophorone) 디이소시아네이트 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 이소시아네이트인 것을 특징으로 하는 포장체.
청구항 3에 있어서,
상기 우레탄-아크릴레이트 고분자 중합체의 우레탄 프리폴리머의 모노머인 폴리올은 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 테트라메틸렌글리콜, 폴리(테트라메틸렌 에테르)글리콜, 폴리(1,4-부탄디올 아디페이트)글리콜, 폴리카프로락톤디올글리콜, 폴리카보네이트디올 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 폴리올인 것을 특징으로 하는 포장체.
청구항 3에 있어서,
상기 우레탄-아크릴레이트 고분자 중합체의 아크릴 모노머는 에틸 아크릴레이트, 아크릴산, n-부틸 아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 2-하이드록시 에틸메타크릴레이트 및 그 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 모노머인 것을 특징으로 하는 포장체.