KR101491407B1 - 아스팔트 보강재용 폴리에틸렌 필름 및 이를 포함하는 아스팔트 보강재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리에틸렌 조성물에 의해 제조된 아스팔트 보강재용 필름 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 유연성이 우수하고, 점착성이 낮은 아스팔트 보강재용 폴리에틸렌 필름으로써, 필름을 녹이기 위한 별도의 가열장치가 필요 없어 시공이 간편한 아스팔트 보강재용 필름 및 이를 포함하는 보강재에 관한 것이다.

Description

아스팔트 보강재용 폴리에틸렌 필름 및 이를 포함하는 아스팔트 보강재{ASPHALT REINFORCEMENT POLYETHYLENE FILM AND ASPHALT REINFORCEMENT COMPRISING THE SAME}
본 발명은 아스팔트 보강재용 폴리에틸렌 필름 및 이를 포함하는 아스팔트 보강재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특성이 상이한 폴리에틸렌 조성물을 포함하는 아스팔트 보강재용 필름 및 이를 포함하는 아스팔트 보강재에 관한 것이다.
아스팔트는 유기 혼합물과 미량의 무기 화합물들이 포함된 수천 종 이상의 고분자 탄화수소가 매우 복잡하게 구성된 혼합물로서, 아스팔트 콘크리트 또는 아스콘으로도 불린다. 쇄석이나 모래, 돌가루 등과 아스팔트 5 ~ 6%를 혼합하여 다지면 단단하고 끈기가 생겨 도로 포장 및 아스팔트 타일 등의 바닥 재료로 사용할 수 있다.
그러나, 장기간 사용, 교통하중, 지반 거동뿐만 아니라, 결빙, 해빙 및 결빙을 없애는 염화물의 침입으로 인하여 아스팔트 포장면에 수직 또는 수평 변형을 일으키고, 균열을 발생하게 한다.
따라서, 아스팔트 시공시 반사균열 방지나 소성변형 억제를 위해 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 폴리에스테르 섬유 등으로 구성된 보강섬유를 설치하는 공법이 주로 적용된다. 보강섬유는 탄성과 연성을 동시에 가지고 있기 때문에, 아스팔트 시공에 적용시 아스팔트의 수명을 연장시키는 역할을 한다.
그러나 기존보강재는 아스팔트 에멀젼이 함침되어 있기 때문에, 끈적임이 심하여 보관시 롤 상태로 감아두었을 때 내/외면이 서로 붙어서 사용에 어려움을 겪는다. 또한 기존 아스팔트 바탕면 위에 보강재를 가설하거나 보강재가 설치된 곳에 아스팔트를 포설시 덤프트럭, 피니셔, 가설장비 등의 바퀴에 들러붙거나 말려들어가 장비를 고장 내어 작업성을 크게 저하시키는 요인이 된다.
이에 작업의 효율성을 높이고 언롤링 과정의 편이를 도모하는 필름을 보강재 일면에 적층하는 기술이 개발되고 있다. 한국등록실용신안 제20-0375633호에서는 아스팔트에 함침시킨 격자망 보강재로 폴리프로필렌 필름을 사용한 기술이 개시되어 있다.
기존의 아스팔트 보강재용 필름은 주로 폴리프로필렌이 주성분인 PP (Poly Propylene) 필름이나 OPP(Orientation Poly Propylene) 필름을 주로 사용하였다.
그러나 이러한 PP나 OPP 필름은 유연성이 좋지 않아, 적층된 상태에서 부러지거나 쉽게 찢어져 보호용 필름으로의 역할을 못하는 경우가 많고, 용융점이 높아 아스팔트 가설시 별도의 토치 등과 같은 가열장치를 사용하여 화염으로 녹인 후 가설을 해야하는 불편함이 있다.
실제로 폴리프로필렌 필름의 녹는점은 165 ~ 175 ℃이고, 아스팔트 포설시 사용되는 중온 아스팔트, 일반 아스팔트 및 개질 아스팔트 등의 포설 온도는 120 ~ 150 ℃이기 때문에, 보강재 가설시 화염으로 폴리프로필렌 필름을 확실히 녹이지 않는다면 보강재의 상/하부 층이 분리되는 현상이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 폴리프로필렌 필름이 가지는 문제점을 해결하기 위하여 유연성이 우수하고, 열에 의한 녹는점이 낮은 폴리에틸렌 조성물에 의해 제조된 필름을 개발하여 아스팔트 보강재용 필름으로 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 폴리에틸렌 필름의 총 중량에 대하여 저밀도 폴리에틸렌 4 ~ 25 중량%, 선형저밀도 폴리에틸렌 20 ~ 60 중량% 및 고밀도 폴리에틸렌 15 ~ 55 중량%를 포함하는 폴리에틸렌 조성물을 포함하는 아스팔트 보강재용 폴리에틸렌 필름에 관한 것이다.
또한 바람직하게는, 폴리에틸렌 필름의 총 중량에 대하여 폴리에틸렌 필름은 2 ~ 30 중량%의 칼라 마스터배치를 추가로 포함한다.
또한 바람직하게는, 저밀도 폴리에틸렌은 멜트인덱스가 0.1 ~ 10.0 g/10min(190℃, 2.16kg), 밀도가 0.915 ~ 0.930 g/㎤ 이고, 선형저밀도 폴리에틸렌은 멜트인덱스가 1.0 ~ 7.0 g/10min(190℃, 2.16kg), 밀도가 0.920 ~ 0.940 g/㎤ 이고, 고밀도 폴리에틸렌은 멜트인덱스 1.0 ~ 10.0 g/10min(190℃, 2.16kg), 밀도가 0.940 ~ 0.965 g/㎤이다.
또한 바람직하게는, 칼라 마스터배치는 칼라 마스터배치의 총 중량에 대하여 안료 함량이 30 ~ 70 중량%이고, 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌 및 고밀도 폴리에틸렌으로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 베이스로 사용한다.
또한 바람직하게는, 폴리에틸렌 필름은 평량이 6 ~ 150 gsm(g/㎡)이다.
또한 바람직하게는, 폴리에틸렌 필름은 편면 또는 양면에 요철을 갖는다.
본 발명의 또 다른 목적은 편면 또는 양면에 점착 층을 포함하고, 복수의 홀이 형성된 보강섬유 층 및 점착 층의 위에 부착된 상기 기재된 폴리에틸렌 필름 층으로 이루어진 아스팔트 보강재에 관한 것이다.
본 발명에서 제조된 아스팔트 보강재용 필름을 포함하는 경우, 유연성이 우수하며 점착성이 낮아 롤링 또는 언롤링시 처리가 간편하고, 폴리에틸렌 필름을 녹이기 위한 별도의 가열장치가 필요 없어 시공이 간편하다.
도 1은 본 발명에 따른 아스팔트 보강재를 나타내는 분해사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 폴리에틸렌 필름이 부착된 아스팔트 보강재가 아스팔트 또는 콘크리트 바탕면에 부착되는 것을 나타내는 분해사시도이다.
본 출원인은 유연성이 우수하고, 열에 의한 녹는점이 낮은 폴리에틸렌 조성물에 의한 필름을 개발하기 위해 노력한 결과, 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌 및 고밀도 폴리에틸렌을 포함하는 조성물에 의해 최적의 물성을 갖는 보강재용 필름을 제조할 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 아스팔트 보강재용 폴리에틸렌 필름은 폴리에틸렌 필름의 총 중량에 대하여 저밀도 폴리에틸렌 4 ~ 25 중량%, 선형저밀도 폴리에틸렌 20 ~ 60 중량% 및 고밀도 폴리에틸렌 15 ~ 55 중량%를 포함하는 폴리에틸렌 조성물을 포함할 수 있다.
상기 저밀도 폴리에틸렌은 폴리에틸렌 필름의 총 중량에 대하여 4 ~ 25 중량%의 범위로 사용하며, 멜트인덱스가 0.1 ~ 10.0 g/10 min, 밀도가 0.915 ~ 0.930 g/㎤인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 저밀도 폴리에틸렌은 가공성을 안정시켜 생산에 용이하며, 폴리에틸렌 필름의 품질 균일도를 높여 보강재용 필름으로 적용시 안정적인 사용이 가능하다.
상기 선형저밀도 폴리에틸렌은 보강재용 필름이 요구하는 물성을 수직방향(MD) 및 수평방향(TD)으로 균형있게 구현하기 위해 사용될 수 있다. 추가로 실외에서 사용시 색상이나 물성의 변화가 적은 필름을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명에서 선형 저밀도 폴리에틸렌은 폴리에틸렌 필름의 총 중량에 대하여 20 ~ 60 중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 특히 선형저밀도 폴리에틸렌은 멜트인덱스가 1.0 ~ 7.0 g/10min, 밀도가 0.920 ~ 0.940 g/㎤ 인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이는 기계적 물성이 양호하고, 외부요인에 의한 물성의 변화가 적은 폴리에틸렌 필름을 제조하기에 용이하기 때문이다.
상기 고밀도 폴리에틸렌은 선형저밀도 폴리에틸렌으로 구현된 물성을 보완하기 위해서 사용되는 것으로, 바람직하게는 폴리에틸렌 필름의 총 중량에 대하여 15 ~ 55 중량%를 포함할 수 있다. 고밀도 폴리에틸렌이 15 중량% 이하로 사용하는 경우, 항복강도가 현저히 낮아 보강재용 필름으로 사용할 수 없을 정도로 늘어나기 때문에 적합한 기능을 할 수 없으며, 55 중량% 이상 사용하는 경우, 뻣뻣하고 소리가 심하며 필름이 부서지는 문제점이 발생하여 적합한 기능을 할 수 없다. 고밀도 폴리에틸렌 수지는 멜트인덱스 1.0 ~ 10.0 g/10min, 밀도가 0.940 ~ 0.965 g/㎤ 정도의 것을 사용하는 것이 바람직한데, 이는 가공성 및 물성 보완에 더욱 효과적이기 때문이다.
또한, 본 발명에서는 구분의 편의를 제공하기 위해 필름에 색상을 부여할 수 있다. 본 발명에 사용되는 칼라 마스터배치는 폴리에틸렌 필름의 총 중량에 대하여 2 ~ 30 중량% 사용되는 것이 바람직하다. 2 중량% 이하로 사용된 경우 색상부여가 고르지 못해 얼룩이 진 것과 같은 효과를 보일 수 있고, 30 중량% 이상 사용된 경우 효율성이 떨어지고, 필요 물성 구현에 한계가 있다. 칼라 마스터배치는 칼라 마스터배치의 총 중량에 대하여 안료 함량이 30 ~ 70 중량%인 것을 사용하는 것이 바람직하고, 사용되는 안료로는 탈크(White), 탄산칼슘(CaCO3, White), 이산화티탄(TiO2, White) 및 색소 안료로 이루어진 군에서 선택된 1종 내지 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 베이스로는 상기에서 사용된 어떤 폴리에틸렌을 사용해도 무방하며, 상기 폴리에틸렌 중 1종 내지 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 보강재용 필름은 산화 방지제, 블로킹 방지제 및 슬립제를 추가로 포함할 수 있다.
이하 본 발명에서는 보강재용 필름의 제조방법을 구체적으로 기술한다. 상기 조성물의 각 성분을 모두 헨쉘믹서기 등의 혼합기에 넣고 혼합한 후 그대로 사용할 수 있다. 또는 상기 각 성분을 압출기에서 용융 혼련한 후 펠렛화하여 사용할 수 있다. 상기 혼합된 원료를 블로운 필름압출기 또는 T-다이 필름압출기를 사용하여 용융시켜서 필름을 성형한다.
본 발명의 아스팔트 보강재용 필름의 평량은 특별히 제한은 없고, 상황에 따라 적당히 선정할 수 있으나, 통상 6 ~ 150 gsm(g/㎡)이며, 바람직하게는 9 ~ 100 gsm(g/㎡)의 무게로 제조하는 것이 바람직하다.
보강재용 필름은 그 표면에 형성되는 층과의 밀착성을 향상시키기 위하여 요철을 가질 수 있다. 필름의 요철은 편면 또는 양면에 산화법이나 요철화법 등에 의한 표면처리 기법에 의하여 형성할 수 있다. 산화법이나 요철화법 중 특정방법에 국한되지 않는다. 산화법으로는 코로나방전처리법이 효과 및 조작성 등의 면에서 바람직하다. 또한, 요철화법으로는 프레스법을 통해 다양한 패턴의 요철을 제조할 수 있고, 이는 아스팔트 보강재용 필름의 평량 균일도 향상에 효과적이다.
도 1 및 도 2는, 본 발명에 따른 아스팔트 보강재 및 이를 포함하여 아스팔트 포장의 사용예의 분해 사시도이다.
본 발명에 따른 아스팔트 보강재는 도 1과 같이, 점착 층(40)을 포함하는 보강섬유 층(30) 및 폴리에틸렌 필름 층(50)을 포함할 수 있다.
점착 층(40)은 역청이나 열가소성 수지, 고무계 수지, 아크릴 수지, 페놀 수지, 우레아 수지 등의 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합일 수 있다. 바람직하게는 연질형인 역청이나 열가소성 수지, 니트릴 고무계, 아크릴 수지계 점착제를 섬유보강층 편면 또는 양면에 도포하여 폴리에틸렌 필름층을 부착하는 것이다. 경질형인 에폭시 수지 또는 우레탄 수지 등의 열경화성 수지를 사용하는 경우 제조 및 시공이 어려운 문제가 있다. 점착 층은 보강섬유 층의 편면 또는 양면에 포함될 수 있다. 점착 층의 두께는 0.1 내지 5 mm일 수 있다.
보강섬유 층(30)은 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유 및 폴리에스테르 섬유로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 섬유로 이루어진 직물, 부직포 또는 격자망일 수 있다. 보강섬유 층은 바탕면과 신설 아스팔트 포장의 부착력 확보를 위하여 홀을 포함할 수 있다. 홀은 형태의 특이성 또는 니들펀치법 등의 후처리를 거쳐서 생성될 수 있으며, 홀의 크기는 제한되지 않으나 바람직하게는 홀의 직경은 3mm 내지 40mm, 바람직하게는 10mm 내지 30mm일 수 있다.
본 발명에 따른 아스팔트 보강재의 시공은 도 2와 같다. 기존 아스팔트 바탕면, 절삭 또는 평삭 아스팔트 바탕면, 또는 콘크리트 바탕면(10)을 청소한 다음 기존 바탕면과 신설아스팔트포장의 부착성을 향상시키기 위하여 장비를 이용해 택코트(20)를 살포한 다음 택코트를 1 내지 4 시간 정도 양생시킨 후 아스팔트 보강재(100)를 가설한다. 이후 곧바로 보강재 위에 신설 아스팔트(60)를 포장하여 완성한다.
이하에서는 실시예를 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 다만, 하기의 실시예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
각각의 실시예 및 비교예의 물성은 하기 방법에 의해 측정하였다.
1) 인장강도 (g/25mm)
인스트론(Instron)사의 만능재료 시험기를 사용하여, 너비 25mm, 길이 100mm의 필름조각을 508 mm/min의 신장속도에서 시험하였다. 파단시의 강도를 수직방향(MD) 및 수평방향(TD)에 대하여 측정하였다.
2) 신율 (%)
인스트론(Instron)사의 만능재료 시험기를 사용하여, 너비 25mm, 길이 100mm의 필름조각을 508 mm/min의 신장속도에서 시험하였다. 파단시의 신장률을 수직방향(MD) 및 수평방향(TD)에 대하여 측정하였다.
3) 유연성
감촉으로 평가하여 A = 매우 유연하고 평활함, B = 유연하고 평활함, C = 단단하고 거칠음으로 나타내었다.
4) 용융온도
온도조절이 가능한 열 평판 위에 필름을 놓고 용융온도를 측정하였다.
[ 실시예 1 ~ 3]
저밀도 폴리에틸렌으로 멜트인덱스가 7.7 g/10min(190℃, 2.16kg), 밀도가 0.919 g/㎤인 한화석유화학, Grade 955(이하, LDPE)를 사용하였다.
선형저밀도 폴리에틸렌으로 멜트인덱스가 2.0 g/10min(190℃, 2.16kg), 밀도가 0.920 g/㎤인 SK종합화학의 FT-411(이하, LLDPE)를 사용하였다.
고밀도 폴리에틸렌으로 멜트인덱스가 8.0 g/10min(190℃, 2.16kg), 밀도가 0.957 g/㎤인 LG화학의 ME 8000(이하, HDPE)을 사용하였다.
하기 표 1과 같이, 함량범위를 달리한 폴리에틸렌 조성물을 T-다이 압출기에서 250℃에서 용융시켜 필름으로 제조하였다. 제조된 필름의 특성을 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.
[ 실시예 4]
하기 표 1과 같이, 함량범위를 달리한 것을 제외하고는 실시예에서 사용한 원료와 동일한 원료를 사용하여 동일한 방법으로 필름을 제조하였다. 칼라 마스터배치는 칼라 마스터배치의 총 중량에 대하여 안료 함량이 60 중량%와 기본원료로 저밀도폴리에틸렌(LDPE)을 40 중량%를 컴파운딩하여 칼라 마스터배치를 제조하였다. 그 결과를 표 1에 기재하였다.
[ 비교예 1 ~ 2]
하기 표 1과 같이, 함량범위를 달리한 것을 제외하고는 실시예에서 사용한 원료와 동일한 원료를 사용하여 동일한 방법으로 필름을 제조하였다.
[ 비교예 3 ~ 4]
하기 표 1과 같이, 시중에 유통되고 있는 아스팔트 보강재용 OPP 필름을 채취하여 물성 및 특성을 기재하였다.
(단위 : 중량%)
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
LDPE-1 20 16 12 10 15 40 OPP 필름
LLDPE-1 40 47 57 51 35 50
HDPE-1 40 37 31 29 10 10
칼라 마스터배치 - - - 10 40
총 합 100 100 100 100 100 100 - -
평량 20 20 11 20 20 13 12 20
인장강도
(g/25mm)		 MD 1100 950 700 900 400 400 1700 13000
TD 900 750 600 700 300 300 700 3600
신율
(%)		 MD 400 350 300 350 350 400 15 30
TD 500 450 400 450 400 500 5 55
유연성 B B A A C B C C
용융온도 115 115 110 110 110 105 165 170
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 실시예 1 내지 4는 인장강도가 제품화 가능한 수준이고, 신율 및 유연성도 우수하며, 용융온도가 낮아서 도로 가설 작업시 별도의 가열장치가 필요없이 바로 사용할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
비교예 1 및 2의 경우, 실시예 1 내지 4보다 인장강도가 낮기때문에, 도로 가설 작업시 형태가 변형되는 것을 확인할 수 있었다. 또, 비교예 3 및 4는 인장강도는 우수하나, 신율 및 유연성이 나쁘고, 용융 온도도 높아서 도로 가설 작업시 별도의 가열장치를 이용해야 하는 것을 확인할 수 있었다.
10 기존 아스팔트, 절삭 또는 평삭 아스팔트, 또는 기존 또는 절삭 콘크리트 바탕면
20 택코트
30 보강섬유 층
40 점착 층
50 폴리에틸렌 필름 층
60 신설 아스팔트
100 아스팔트 보강재

Claims (7)

  1. 아스팔트 보강재로서,
    편면 또는 양면에 점착 층을 포함하고 복수의 홀이 형성된 보강섬유 층; 및
    상기 점착 층 위에 부착된 폴리에틸렌 필름 층을 포함하고,
    상기 폴리에틸렌 필름 층은 폴리에틸렌 필름의 총 중량에 대하여 저밀도 폴리에틸렌 4 ~ 25 중량%, 선형저밀도 폴리에틸렌 20 ~ 60 중량% 및 고밀도 폴리에틸렌 15 ~ 55 중량%를 포함하는 폴리에틸렌 조성물을 포함하고,
    상기 저밀도 폴리에틸렌은 멜트인덱스가 0.1 ~ 10.0 g/10min(190℃, 2.16kg), 밀도가 0.915 ~ 0.930 g/㎤ 이고, 상기 선형저밀도 폴리에틸렌은 멜트인덱스가 1.0 ~ 7.0 g/10min(190℃, 2.16kg), 밀도가 0.920 ~ 0.940 g/㎤ 이고, 상기 고밀도 폴리에틸렌은 멜트인덱스 1.0 ~ 10.0 g/10min(190℃, 2.16kg), 밀도가 0.940 ~ 0.965 g/㎤ 이고,
    상기 폴리에틸렌 필름 층의 용융온도는 110 ~ 115℃인, 아스팔트 보강재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에틸렌 필름 층은 폴리에틸렌 필름 층의 총 중량에 대하여 2 ~ 30 중량%의 칼라 마스터배치를 추가로 포함하는 것인, 아스팔트 보강재.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 칼라 마스터배치는 칼라 마스터배치의 총 중량에 대하여 안료 함량이 30 ~ 70 중량%이고, 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌 및 고밀도 폴리에틸렌으로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 베이스로 사용하는, 아스팔트 보강재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에틸렌 필름 층의 평량은 6 ~ 150 gsm(g/㎡)인, 아스팔트 보강재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 폴리에틸렌 필름 층은 편면 또는 양면에 요철을 갖는, 아스팔트 보강재.
  6. 삭제
  7. 삭제
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