KR101669716B1 - 복합 포장 구조물 - Google Patents

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데이비드 케이. 바우어
윌리엄 핸들로스
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바스프 에스이
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Abstract

프라이밍된 (primed) 유리 골재 (aggregate) 입자 및 중합체 결합제 조성물을 포함하는 복합 포장 구조물을 제조하기 위한 방법을 개시한다. 유리 골재 입자의 프라이밍을 위한 시스템 및 방법을 또한 개시한다. 한 실시양태에서, 유리 골재 입자는 직경이 약 0.1 내지 약 0.5 인치이고 유리 골재 입자 100 중량부를 기준으로 약 1 내지 약 10 중량부의 커플링제 용액, 예를 들어 아미노실란 수용액에 노출되며, 여기서, 수용액은 용액 100 중량부를 기준으로 약 0.01 내지 약 5.0 중량부의 커플링제를 함유한다. 노출 후, 프라이머를 소정의 기간 동안 유리 골재 입자와 반응 및 결합시켜 프라이밍된 유리 입자, 예를 들어 실릴화된 유리 입자를 제공하고, 이어서 건조시킨다. 일단 프라이밍된 유리 및 중합체 결합제 조성물을 혼합한 후, 이들을 반응 및 결합시켜 복합 포장 구조물을 제공한다.

Description

복합 포장 구조물 {COMPOSITE PAVEMENT STRUCTURE}
<관련 출원의 교차 참조>
본 출원은 레이놀즈 컨슈머 프로덕츠, 인크. (Reynolds Consumer Products, Inc.) (미국 법인), 바스프 코포레이션 (BASF Corporation) (미국 법인) (미국을 제외한 모든 지정국에 대한 출원인) 및 스티븐 힉스 (Steven Hicks) (미국 시민) 및 데이비드 케이. 바우어 (미국 시민), 및 윌리엄 핸들로스 (미국 시민) (오직 미국 지정국에 대해서만 출원인)의 명의의 PCT 국제 특허 출원으로서 2010년 12월 1일자로 출원되었고, 2009년 12월 21일자로 출원된 미국 특허 출원 제61/288,637호의 우선권을 주장한다.
<발명의 분야>
본원은 실릴화된 유리 골재 (aggregate) 및 중합체 결합제 조성물을 포함하는 복합 포장 구조물, 및 이를 제조하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
폐유리 또는 재생 유리는 일반적으로 광범한 재생 프로그램을 통해 2차 사용자에게 제공된다. 이러한 유형의 유리의 2차 사용 중 하나는 포장 구조물, 예를 들어 주차장 표면의 구성 성분으로서 사용되는 것이다. 그러나, 재생 유리의 양은 전형적으로 최소한의 성능 기준, 예컨대 분쇄 강도 및 굴곡 강도를 충족시키기 위해 많은 포장 구조물에서 제한되어야 한다. 포장 구조물이 이러한 기준을 충족시키는데 실패하는 경우, 포장 구조물은 결함이 있을 수 있고 균열 및 깨짐의 신호를 나타낼 수 있다. 허용되는 성능 기준을 충족시키면서 재생 유리의 도입을 최대화할 수 있는 포장 구조물의 개선이 요망된다.
프라이밍된 유리 골재 입자, 예컨대 실릴화된 유리 골재 입자를 제공하기 위한 시스템이 개시된다.
시스템은 제1 수송 속도로 유리 골재 입자를 수송 및 지지하기 위해 구성 및 배열된 운반 시스템 및 운반 시스템에 존재하는 유리 골재 입자에 커플링제, 예를 들어 아미노실란 수용액을 노출시키기 위해 구성 및 배열된 적용 시스템을 포함한다. 적용 시스템으로부터 간격을 두고 배치되며 운반 시스템에 존재하는 유리 골재로 강제 공기 및 열 중 하나 이상이 향하도록 구성된 건조기도 또한 제공된다.
개시된 시스템에서, 아미노실란 수용액을 유리 골재 입자에 적용한 후 소정의 기간 후에 운반 시스템에 존재하는 유리 골재가 먼저 건조기에 노출되도록 제1 수송 속도를 설정할 수 있다.
도 1은 실릴화된 유리 골재 입자 및 중합체 결합제 조성물을 포함하는 복합 포장 구조물을 제조하기 위한 방법의 순서도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 나타낸 방법에서 프라이밍된 유리 골재 입자를 제공하기 위한 제1 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 방법에서 프라이밍된 유리 골재 입자를 제공하기 위한 제2 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 4는 도 1에 나타낸 방법에서 프라이밍된 유리 골재 입자와 중합체 결합제 조성물을 혼합하기 위한 시스템을 나타내는 개략도이다.
본원의 한 측면은 복합 포장 구조물의 제조 방법으로서, 약 0.1 내지 약 0.5 인치 직경의 유리 골재 입자를 커플링제에, 예를 들어 유리 골재 입자 100 중량부를 기준으로 약 1 내지 약 10 중량부 양의 아미노실란 수용액에 노출시키고, 여기서, 아미노실란 수용액은 용액 100 중량부를 기준으로 약 0.01 내지 약 5.0 중량부의 아미노실란을 함유하는 것인 방법에 관한 것이다. 노출 후, 소정의 기간 동안 아미노실란을 유리 골재 입자와 반응 및 결합시켜 프라이밍되거나 (primed) 또는 실릴화된 유리 입자를 제공한다. 그 후, 프라이밍되거나 실릴화된 유리 입자를 건조시키고 이어서 중합체 결합제 조성물과의 혼합에 이용가능하게 한다. 일단 실릴화된 유리 및 중합체 결합제 조성물이 혼합되면 이들은 반응 및 결합되어 복합 포장 구조물이 제공된다.
상기 기재된 방법에 따라, 유리 골재 입자 2,000 파운드당 약 19 내지 약 190 파운드의 물 중에 분산된 약 0.002 내지 약 10 파운드의 아미노실란을 적용함으로써 제조된 포장 구조물은 1,500 psi 초과의 분쇄 강도 및 700 psi 초과의 굴곡 강도를 갖도록 제조될 수 있다. 유리 골재 입자가 아미노실란과 반응 및 결합된 노출된 표면을 갖기 때문에 이것이 가능하다. 이어, 중합체 결합제 조성물을 아미노실란의 적어도 일부와 반응 및 결합시킨다. 이러한 유형의 결합은 분쇄 강도가 전형적으로 단지 약 1,000 psi이고 굴곡 강도가 500 psi 미만인 실릴화되지 않은 유리에 중합체 결합제 조성물이 바로 결합되는 경우의 결합보다 더 견고하다. 따라서, 분쇄 강도 및 굴곡 강도에서의 50% 증가는 중합체 결합제 조성물과 유리 골재 입자의 혼합 전에 유리 골재 입자를 실릴화함으로써 달성된다. 추가적으로, 개시된 포장 구조물은 보다 미세한 입자, 예컨대 유리 분쇄기에 의해 제조된 유리 모래 입자의 첨가와 함께 중합체 결합제 조성물의 양을 조정함으로써 침수성 (water pervious) 또는 불침수성으로 제조될 수 있다.
프라이밍된 유리 골재 입자, 예컨대 실릴화된 유리 골재 입자를 제공하기 위한 시스템이 또한 개시된다. 시스템은 제1 수송 속도로 유리 골재 입자를 수송 및 지지하기 위해 구성 및 배열된 운반 시스템 및 운반 시스템에 존재하는 유리 골재 입자에 커플링제, 예를 들어 아미노실란 수용액을 노출시키기 위해 구성 및 배열된 적용 시스템을 포함한다. 적용 시스템으로부터 간격을 두고 배치되며 운반 시스템에 존재하는 유리 골재로 강제 공기 및 열 중 하나 이상이 향하도록 구성된 건조기도 또한 제공된다. 개시된 시스템에서, 아미노실란 수용액을 유리 골재 입자에 적용한 후 소정의 기간 후에 운반 시스템에 존재하는 유리 골재가 먼저 건조기에 노출되도록 제1 수송 속도를 설정할 수 있다.
본원은 프라이밍된 유리 골재 입자 및 중합체 결합제 조성물을 포함하는 복합 포장 구조물을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 이러한 방법의 한 예를 도 1에 나타낸다.
방법의 1 단계에서, 유리를 제공하고 이어서 유리 골재 입자로 변형시킨다. 유리는 임의의 유형의 것일 수 있고 투명하고/하거나 착색되고/되거나 유색일 수 있다. 바람직하게는, 유리는 전체 비용 및 환경적 비용을 최소화하도록 소비자-사용 후 (post-consumer)의 재생 폐유리이다. 폐유리는 본원에 참조로 도입되는 미국 특허 출원 공보 제2009/0067924호 및 제2009/0067925호 (카울 (Kaul))에 기재된 방식과 같은 다양한 방식으로 변형될 수 있다. 유리 골재 입자는 분쇄하고, 텀블링 (tumbling)하고, 가열하여 이의 가장자리를 둥글게 만들고 유리가 아닌 불순물을 제거한 유리로부터 형성된다. 적합한 재생 유리는 본원에 참조로 인용되는 미국 특허 제7,041,221호 (아르노트 (Arnott))에 기재되어 있다. 폐유리는 유리를 목적하는 치수, 예를 들어 1/16 인치 내지 약 1 인치, 바람직하게는 약 1/4 인치 내지 약 1/2 인치, 보다 바람직하게는 약 3/8 인치로 분쇄함으로써 제조된다. 유리의 평균 직경을 감소시키는 것이 설치된 후의 복합 포장 구조물로부터의 골재의 스폴링 (spalling)을 감소시키는 것으로 여겨진다. 유리는 충돌 분쇄기, 해머 밀, 콘 분쇄기 또는 롤러 분쇄기를 사용하여 분쇄될 수 있다. 바람직하게는, 재생가능한 유리는 보다 양호한 오일 흡착을 달성할 수 있기 때문에 롤러 분쇄기를 사용하여 분쇄된다.
임의의 순서로 전-분쇄 (pre-crushing), 전-스크리닝 (pre-screening), 분쇄, 세정 및 건조시킬 수 있다. 그러나, 바람직한 실시양태에서, 분쇄된 유리는 먼저 전-분쇄 및 전-스크리닝된다. 유리가 깨끗할 경우, 전-분쇄 또는 전-스크리닝하는 것은 불필요하다. 전-분쇄된 유리는 1 인치 메쉬를 포함할 수 있는 하나의 메쉬, 이중 또는 삼중 덱 (deck) 스크린의 조합 또는 둘 이상의 메쉬를 통해 전-스크리닝된다. 일단 메쉬를 통해 전-스크리닝된 후, 바람직하게는 유리는 롤러 분쇄기를 사용하여 추가로 분쇄되고 이어서 분쇄된 유리는 세정 후에 바람직하게는 100℉ 이상, 보다 바람직하게는 350℉ 이상의 온도에서 건조된다. 이어서, 분쇄된 유리는 바람직하게는 40 메쉬 이상의 스크린, 또는 보다 바람직하게는 30 메쉬 스크린, 또는 가장 바람직하게는 20 메쉬 스크린을 통해 스크리닝된다. 상기 기재된 분쇄 방법은 유리 골재 입자 약 50 중량% 및 유리 모래 입자 약 50 중량%를 초래할 수 있다는 것을 유념하길 바란다. 유리의 적합한 등급은 글래스 플러스 인크. (Glass Plus Inc.) (미국 위스콘신주 토마호크 소재)로부터 상업적으로 입수가능하다.
일단 폐유리 또는 재생 유리를 변형시켜 유리 골재 입자를 형성하고, 이어서 입자를 유리와 반응 및 결합하여 프라이밍된 유리 골재 입자를 형성하는 커플링제에 노출시킨다. 본 출원에서 사용되는 어구 "프라이밍된 유리 골재 입자"는 외부 표면이 외부 표면과 화학적으로 반응 및 결합하는 물질로 적어도 부분적으로 코팅된 유리 골재 입자의 의미로 기재된다. 본 출원에서 사용되는 어구 "커플링제"는 유리 및 중합체 결합제 조성물과 화학적으로 반응 및 결합하여 유리와 중합체 결합제 조성물 사이의 직접적인 결합에 비해 보다 견고한 유리와 중합체 결합제 조성물 사이의 결합을 형성하는 임의의 물질을 포함하는 의미이다. 예시적 커플링제에는 히드록실, 티올, 에폭시, 및/또는 1차 및 2차 아민의 관능기가 있는 실란이 포함된다. 커플링제의 특히 유용한 예에는 유리 골재 입자를 프라이밍시키거나, 보다 구체적으로는 실릴화시키거나 실란화시킬 아미노실란이 있다. 임의의 실란 또는 실란올 관능기가 유리 골재 입자를 프라이밍 또는 실릴화시킬 것임을 유념하길 바란다. 그러나, 아미노실란은 수중에서 용이하게 가용성이기 때문 (유기 용매가 불필요함을 의미함)에 바람직하다. 이에 따라, 수용액으로 아미노실란을 사용하는 것은 기재된 공정의 전체 비용을 떨어뜨린다. 아미노실란 농축물은 모멘티브 퍼포먼스 머터리얼즈 오브 알바니 (Momentive Performance Materials of Albany) (미국 뉴욕 소재)로부터 상업적으로 입수가능하며 예로서 실퀘스트 (SILQUEST)® A-1100 및 실퀘스트® A-1120로서 시판된다. 유리 골재 입자의 실릴화를 최대화하기 위해서, 아미노실란을 물로 추가로 희석시켜 아미노실란 수용액을 형성한다. 바람직하게는, 용액은 용액 100 중량부를 기준으로 각각 약 0.01 내지 약 5.0 중량부, 보다 바람직하게는 약 0.3 중량부의 아미노실란을 함유한다. 약 0.3 중량부의 실퀘스트® A-1120를 사용하는 것이 중합체 결합제 조성물과의 보다 강한 결합 강도를 갖는 최적으로 실릴화된 유리 골재 입자를 초래함이 발견되었다. 이러한 보다 높은 강도는 다중 층의 형성보다는 반응된 아미노실란과 유리 골재 입자 사이에서 형성된 단일 층으로부터 발생하는 것으로 여겨진다. 이에 따라, 최적으로 실릴화된 유리 골재 입자로 보다 높은 성능의 복합 포장 구조물이 초래될 것이다. 아미노실란의 농도가 너무 낮은 경우, 유리 골재 입자의 노출된 표면의 보다 적은 부분이 프라이밍 또는 실릴화될 것이고 복합 포장 구조물은 유리 골재 입자의 보다 많은 부분의 노출된 표면이 중합체 결합제 조성물에 직접 결합한 만큼 견고하지 않을 것이다. 역으로, 아미노실란의 농도가 과량인 경우, 프라이밍되거나 실릴화된 유리 골재 입자의 노출된 표면의 보다 많은 부분이 다중 층을 형성할 것이고 또한 중합체 결합제 조성물에 보다는 서로 간에 결합하여 이에 따라 감소된 강도의 복합 포장 구조물을 형성할 가능성이 높아진다.
아미노실란 수용액을 커플링제로서 사용하여 유리 골재 입자를 프라이밍하는 경우, 용액은 유리 골재 입자 100 중량부를 기준으로 약 1 내지 약 10 중량부의 용액의 비로 적용될 수 있다. 가장 바람직하게는, 아미노실란 수용액은 유리 골재 100 중량부에 대해 아미노실란 수용액 약 5 중량부의 비로 적용된다. 이러한 비에서, 용액의 낭비를 최소화하면서 유리 골재 입자의 최적의 실릴화가 발생할 수 있다.
유리 골재 입자를 커플링제에 노출시킬 수 있는 많은 방식이 있다. 예를 들어, 수용액에서 골재와 커플링제를 소정의 기간, 예컨대 5 분 동안 함께 텀블링하는 배치 공정이 사용될 수 있다. 별법으로, 그리고 도 2와 관련하여 하기 상술된 바와 같이, 커플링제가 운반 시스템에서 유리 골재 입자상에 분무 및/또는 분산되는 연속식 공정을 사용할 수 있다. 도 3과 관련하여 하기 상술되는 또다른 예에서, 유리 골재 입자가, 채널, 용기 또는 반응기에 보유되는, 커플링제를 함유하는 일정 부피의 수용액을 통해 수송되는 연속식 공정을 사용할 수 있다. 당업자는 본원에 나타낸 구상으로부터 벗어나지 않으면서 유리 골재 입자를 커플링제, 보다 구체적으로는 아미노실란 수용액에 노출시키는 다른 방법이 사용될 수 있음을 인식할 것이다.
일단 아미노실란 수용액을 유리 골재 입자와 접촉하면, 아미노실란은 유리 골재 입자와 반응 및 결합하기 시작할 것이다. 유리의 실릴화를 최적화하기 위해서, 아미노실란 용액은 소정의 기간 동안 유리 골재 입자와 접촉한 채로 유지되어야 한다. 바람직하게는, 소정의 기간은 이제 실릴화된 유리 골재 입자를 건조하기 전에 충분한 반응이 일어나게 하는 약 15 초 내지 2 분이다.
일단 유리 골재 입자를 충분히 실릴화한 후, 실릴화된 유리 골재 입자를 건조시킬 수 있다. 건조는 다양한 방식으로 수행할 수 있다. 예를 들어, 실릴화된 유리 골재 입자를, 예를 들어 배출시킴으로써 용액으로부터 분리시키고 주변 조건에서 공기 건조시킬 수 있다. 가속화된 건조를 원하는 경우, 실릴화된 유리 골재 입자상으로 강제 공기가 향하도록 송풍기를 사용할 수 있다. 더욱 추가의 가속화된 건조를 원하는 경우, 실릴화된 유리 골재 입자상으로 강제 공기 및/또는 열이 향하도록 가열기를 사용할 수 있다. 가열 없이 건조되는 경우, 실릴화 공정은 최대 약 24 시간 동안 지속될 것이다. 이와 같이, 실릴화된 유리 입자를 충분한 기간 동안 두어 복합 포장 구조물에서 유리 골재 입자를 사용하기 전에 완전한 실릴화를 발생시키는 것이 바람직하다. 일반적으로 약 120℉ 내지 200℉의 열을 사용하는 경우, 반응 시간이 유의하게 단축되어 복합 포장 구조물에서 실릴화된 유리 골재 입자가 바로 사용될 수 있다. 이러한 기간 동안 및 이러한 기간 후에, 실릴화된 유리 골재 입자를 최종 사용 위치, 예컨대 건축 부지에 두거나 또는 이로 수송할 수 있다. 입자는 다양한 개별 용기, 예컨대 초적층 (superstack) 및 드럼에 둘 수 있다. 별법으로, 철도 차량 (railcar) 및 탱커 (tanker)의 경우에 입자를 보다 큰 벌크량으로 둘 수 있다.
일단 실릴화된 유리 골재 입자를 최종 사용 위치로 수송한 후, 골재를 중합체 수지 결합제와 혼합하여 복합 포장 구조물을 형성할 수 있다. 중합체 수지 결합제, 및 골재와 혼합하여 복합 포장 구조물을 형성하는 이들의 용도의 충분한 논의는 그 전체가 본원에 참조로서 도입되며 2010년 6월 24일자로 출원된 특허 협력 조약 출원 PCT/PCT/EP2010/058989에 제공되어 있다. 이러한 결합제 및 이들의 용도의 추가 논의는 미국 특허 출원 공보 제2009/0067924호 및 제2009/0067295호 (카울)에 제공되어 있다. 본 발명의 목적을 위한 다른 적합한 결합제 조성물은 개시 내용이 본원에 참조로서 도입되는 미국 특허 가출원 제61/288,637호에 "탄성중합체 조성물"로서 개시되어 있다.
중합체 결합제 조성물의 한 예에는 제1 성분 및 제2 성분을 포함하는 이액형 조성물의 반응 생성물이 있다. 이에 따라, 용어 2성분이 이러한 성분들을 지칭함을 인식하여야 한다. 다른 추가의 성분을 사용할 수 있다. 결합제 조성물은 당업계에서 2K 시스템으로서 지칭될 수 있다. 제1 및 제2 성분이 혼합되어 결합제 조성물의 반응 생성물을 형성한다. 본원에서 사용되는 용어 반응 생성물은 심지어 반응 생성물이 골재와 접촉하여 복합 물질을 형성하는 경우에서의 제1 및 제2 성분의 반응 생성물을 비롯한 제1 성분과 제2 성분 사이의 상호작용 및/또는 반응의 모든 단계를 포함하도록 의도된다. 일반적으로, 제1 및 제2 성분이 서로 접촉하는 경우 반응 생성물이 형성되기 시작한다. 한 실시양태에서, 제1 성분이 이소시아네이트 성분이고 제2 성분이 이소시아네이트-반응성 성분인 경우 반응 생성물은 폴리우레탄이다.
일단 중합체 결합제 조성물이 실릴화된 유리 골재 입자와 혼합되면, 중합체 결합제 조성물은 실릴화된 유리와 반응 및 결합하여 복합 포장 구조물을 형성할 것이다. 조성물이 여전히 가공가능한 경우, 복합 포장 구조물은 압밀된 표면에 적용된 후, 스크리딩 (screed) 및 트로웰 (trowel)될 수 있다. 일단 중합체 결합제 조성물이 완전히 경화되면, 복합 포장 구조물은 즉시 사용가능할 것이다.
각각의 예가 골재의 100%가 조합으로 약 ¼ 인치의 평균 크기를 갖는 유리 골재인 골재 및 이소시아네이트 기재 중합체 결합제 조성물을 포함하는 복합 포장 구조물의 두 예를 제조 및 시험하였다. 제1 예에서 프라이밍되지 않은/실릴화되지 않은 유리 골재 입자를 사용한 반면, 제2 예에서 프라이밍된/실릴화된 유리 골재 입자를 사용하였다. 하기 표 1은 제1 및 제2 예 모두에서 사용된 중합체 결합제 조성물의 구성물 및 특성을 나타낸다.
중합체 결합제 조성물 성분 및 특성
수지 성분 (중량% 성분)
소수성 폴리올 (이글 스페셜티 프로덕츠, 인크. (Eagle Specialty Products, Inc.)로부터 상업적으로 입수가능한 피마자유) 92.45
사슬 연장제 (DPG) 7.00
분자체 (3A) 0.50
발포방지제 (다우코닝 (Dow Corning)으로부터 상업적으로 입수가능한 안티폼 (Antifoam) A) 0.05
이소시아네이트 성분 (중량% 성분)
이소시아네이트 예비중합체 (바스프 코포레이션 (BASF Corporation)으로부터 상업적으로 입수가능하고 NCO 함량이 22.9 중량%이고 순수 4,4'-MDI를 기재로 하며 액체인 개질된 단쇄 예비중합체) 60.00
중합체 이소시아네이트 (바스프 코포레이션으로부터 상업적으로 입수가능하고 관능가가 약 2.7이고 NCO 함량이 31.5 중량%인 PMDI) 40.00
중합체 결합제 조성물 특성:
수지/이소시아네이트 중량비 1.404
이소시아네이트 지수 121
인장 강도 (psi) 2,685
신장률 (%) 100
그레이브 (Grave)의 인열 강도 (ppi) 426
듀로미터 쇼어 경도 (Durometer Shore Hardness) D 56
박리 강도 ppi 75
Tg (℃) 44
제2 예에서 프라이밍된 유리 골재 입자를 제조하기 위해, 모멘티브 퍼포먼스 프로덕츠 (Momentive Performance Products)로부터 상업적으로 입수가능한 실퀘스트® A-1120 0.3 중량%를 포함하는 수용액과 유리 입자를 텀블링함으로써 유리를 실릴화하였다. 유리를 프라이밍 또는 실릴화하기 위해서, 수용액 5 부를 유리 100 부와 약 5 분 동안 텀블링하였다. 이어서, 수용액을 배출시키고 유리를 건조시켰다. 두 예의 복합 포장 물질을 형성하기 위해서, 중합체 결합제 조성물 4.2 중량%를 골재 95.8 중량%와 혼합하였다. 복합 포장 물질의 제1 및 제2 예를 완전히 경화하고 이어서 시험하였다. 시험 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
특성 제1 실시예 (사용된 처리되지 않은 조유리) 제2 실시예 (사용된 실릴화된 유리)
분쇄 강도 (psi) 1,050 1,550
굴곡 강도 (psi) 468 711
굴곡 모듈러스 (psi) 104,984 84,633
다공률 (%) 37.6 37.6
투과성 (in/hour) 1,650 1,650
상기 데이터를 봄으로써 용이하게 인식할 수 있는 바와 같이, 복합 포장 구조물에서 조유리를 사용하는 대신 프라이밍되거나 실릴화된 유리를 사용하는 것은 침투성 포장 적용에서의 투과성 및 다공률을 손상시키지 않으면서 분쇄 강도 및 굴곡 강도를 유의하게 증진시켰다. 예를 들어, 시험 데이터는 처리되지 않은 유리 골재 입자 대신에 실릴화된 유리 골재 입자를 사용하는 경우 복합 포장 물질의 분쇄 강도가 약 50% 증가되었음을 나타낸다. 복합 포장 구조물의 야외 제조 분야에서, 상기 값 각각이 용이하게 수득될 수 있는 한편, 심지어 복합물의 구성물 성분이 일부 변화하더라도 약 1,300 psi 이상의 최소 분쇄 강도가 반복하여 달성될 수 있다. 프라이밍된 유리를 사용하는 개시된 다공성 복합 포장 구조물의 사용으로부터 발생한 둘 이상의 결과는 1) 복합 포장 구조물의 두께가 감소할 수 있고; 2) 복합 포장 구조물이 선행 기술의 유리 골재 기재 포장 구조물에 기존 적합하지 않은 적용에서 사용될 수 있다는 것이다.
도 2를 참조하면, 개시된 프라이밍되거나 실릴화된 유리 골재 입자를 제조하기 위한 시스템 (100)이 나타나 있다. 시스템의 한 측면은 유리 골재 공급원 (110)이다. 유리 골재 공급원 (110)은 유리 골재 (101)를 운반 시스템 (120)으로 제공하기 위한 것이다. 한 실시양태에서, 유리 골재 공급원 (110)은 롤러 분쇄기 및 가열기를 포함하여 상기 기재된 바와 같은 비-유리 불순물을 제거할 수 있다.
시스템 (100)의 또다른 측면은 운반 시스템 (120)이다. 운반 시스템 (120)은 유리 골재 입자 (101)를 유리 골재 공급원 (110)으로부터 골재 수집 장소 (150)로 수송 및 지지하기 위한 것이다. 운반 시스템 (120)은 또한 유리 골재 입자 (101)를 지지하기 위한 것이며, 이들은 프라이밍되거나 실릴화된 후 건조된다. 많은 유형의 운반 시스템이 이러한 목적을 위해 적합하다. 도 2에 나타낸 예시적 실시양태에서, 운반 시스템 (120)은 수용액을 벨트에 통과시키기 위한 침수성인 벨트를 갖는 벨트 유형 운반기 (122)를 포함한다. 이러한 예에서, 운반 시스템은 시간당 유리 골재 약 1 톤 내지 20 톤, 가장 바람직하게는 시간당 14 톤의 수송 속도로 유리 골재 입자를 수송하도록 구성된다. 당업자는 많은 다른 유형의 운반 시스템이 상기 기재된 목적을 위해 적합함을 인식할 것이다.
시스템 (100)의 또다른 측면은 적용 시스템 (130)이다. 적용 시스템 (130)은 운반 시스템 (120)에 존재하는 유리 골재 입자를 용액 중의 커플링제, 예를 들어 아미노실란 수용액에 노출시키기 위한 것이다. 많은 유형의 시스템이 이러한 목적을 위해 적합하다. 도 2에 나타낸 예에서, 적용 시스템 (130)은 아미노실란 수용액 탱크 (132) 및 탱크 (132)와 유체 소통하는 분무기 (134)를 포함한다. 가동시, 용액이 탱크 (132)로부터 분무기 (134)로 펌핑되고 이어서 유리 골재 입자에 분무된다. 바람직하게는, 그리고 상기 기재된 바와 같이, 약 5 중량부의 용액을 100 중량부 유리 골재 입자 각각에 적용한다. 운반 시스템 (120)을 통해 배출시킨 유리 골재 입자와 접촉한 후의 용액을 탱크 (132)로 재순환시키거나 처분할 수 있다. 일단 용액을 유리 골재 입자와 접촉시키면 입자가 실릴화된다.
시스템 (100)의 또다른 측면은 건조기 (140)이다. 건조기 (140)는 프라이밍되거나 실릴화된 유리 골재로부터 물을 건조시켜 제거하기 위한 것이고, 열을 사용하는 경우 유리 골재 입자와 커플링제 사이의 반응 과정을 가속화하기 위한 것이다. 많은 유형의 건조기가 이러한 목적을 위해 적합하다. 도 1에 나타낸 예시적 실시양태에서, 건조기 (140)는 가열된 공기를 유리 골재 입자로 향하게 하는 강제 공기 가열기이다. 당업자는 버너, 복사 가열기, 및 가열기가 없는 송풍기가 또한 사용될 수 있음을 인식할 것이다. 유리 골재 입자가 건조 전에 충분히 실릴화되게 하기 위해서, 건조기 (140)는 분무기로부터 거리 (D)만큼 간격을 두고 배치되는 것으로 나타나져 있다. 운반 시스템 (120)의 수송 속도 또는 특정 벨트 속도의 조합으로, 입자가 건조되기 전에 소정의 기간, 바람직하게는 약 15 초 내지 2 분 동안 유리 골재 입자가 커플링제, 예를 들어 아미노실란과 반응하도록 거리 (D)를 설정한다.
도 3을 참조하면, 프라이밍되거나 실릴화된 유리 골재 입자를 제공하기 위한 또다른 예시적 시스템이 나타나져 있다. 도 3에 나타낸 시스템의 여러 특징은 도 2에 나타낸 것과 유사하고 적합한 경우에 유사한 숫자로 나타낸다. 도 2에 나타낸 시스템과 관련된 상기 언급된 기재를 도 3에 나타낸 시스템의 기재로 도입한다. 도 3에서, 시스템 (200)을 나타낸다. 유리 골재 공급원 (110) 및 유리 골재 수집 장소 (150)는 건조기 (140)와 같이 도 2에 나타낸 것과 유사하게 구성된다. 그러나, 이러한 특정 실시양태에서, 건조기 (140)는 가열 부재를 갖지 않는 강제 공기 시스템이다. 이제, 시스템 (100) 및 (200) 사이의 보다 유의한 차이를 논의할 것이다.
시스템 (200)의 한 측면은 운반 시스템 (120)이 도 2에 나타낸 단일 운반기 대신에 두 운반기를 포함한다는 것이다. 도 3에 나타낸 예시적 실시양태에서, 운반기 (124)는 골재 공급원 (110)으로부터 운반기 (120)로 골재 (101)를 전달하도록 구성 및 배열된다. 운반기 (124)는 또한 유리 골재 입자를 용액 중의 커플링제, 예를 들어 아미노실란 수용액에 노출시키기 위한 것이다. 그러나, 도 2에 나타낸 분무기 대신에, 도 3에서의 적용 시스템 (130)은 운반기 (124) 자체에서 구현된다. 나타낸 바와 같이, 운반기 (124)는 채널 (128)에 배치된 오거 (126)가 있는 스크류 유형 운반기이다. 채널 (128) 및 오거 (126) 모두는 채널 (128)이 치수 (A)를 따라 커플링제를 함유하는 용액, 예를 들어 아미노실란 수용액을 일정 부피로 보유하도록 배향되게 하는 소정의 각도 (α)로 배치된다. 나타낸 예시적 실시양태에서, 각도 (α)는 수평선으로부터 약 20 도이다. 당업자는 각도 (α)를 변화시키는 것이 치수 A의 길이를 상응하게 변화시킬 것이라는 것을 인식할 것이다. 나타낸 구성에서, 공급원 (100)으로부터 오거 (126)에 의해 수송되는 유리 골재 입자 (101)는 용액에 부분적으로 또는 완전히 잠기는 한편 입자는 치수 (A) 내에 있다. 입자가 채널 (128)을 따라 그리고 치수 (B)로 통과하면서, 용액이 더이상 존재하지 않게 되고 입자는 적하 건조되기 시작하며 과량의 용액이 다시 채널 (128)의 하부 영역, 치수 (A)를 향해 아래로 배출된다. 이러한 구성은 용액의 낭비를 매우 적게 하는 한편, 입자 상으로 용액이 높은 정도로 피복되는 것을 제공한다. 시스템 (100)에서와 같이, 입자가 프라이밍 또는 실릴화 공정을 충분히 시작하는 충분한 시간을 가능하게 하기 위해서, 시스템 (200)의 건조기 (140)는 입자가 거리 (D)에서 아미노실란에 노출되는 영역으로부터 간격을 두고 배치된다.
도 4를 참조하면, 시스템 (100) 또는 (200)으로부터 프라이밍되거나 실릴화된 유리 골재 입자를 사용하여 복합 포장 구조물을 제조하기 위한 시스템 (300)이 나타나져 있다. 시스템 (300)은 PCT/PCT/EP2010/058989에 완전히 개시되어 있고, 여기서 간단히 기재된다. 나타낸 바와 같이, 시스템 (300)은 유리 골재 입자 공급원, 여기서는 프라이밍되거나 실릴화된 유리 골재 입자 공급원 (310)을 포함한다. 시스템 (300)은 또한 중합체 결합제 조성물의 제1 성분을 보유하기 위한 용기 (320) 및 조성물의 제2 성분을 보유하기 위한 용기 (330)를 포함한다. 제1 및 제2 성분은 반응 생성물이 적어도 부분적으로 생성되는 혼합 장소 (340)에서 함께 혼합된다. 나타낸 특정 실시양태에서, 분무기일 수 있는 적용기 (350)를 통해 반응 생성물이 혼합 시스템 (360)으로 제공되는 한편, 실릴화된 유리 골재 입자는 채널 (364) 내에 배치된 오거 (362)를 통해 혼합 시스템 (360)을 따라 수송된다. 일단 두 반응 생성물 및 실릴화된 유리 골재 입자가 혼합되고 혼합 시스템 (360) 내로 수송되면 복합 포장 구조물이 형성되고 이어서 설치 영역으로 전달될 수 있다. 아미노실란을 커플링제로서 사용하는 경우, 생성되는 복합 포장 구조물은 약 2,000 파운드의 유리 골재 입자당 약 0.002 내지 약 10.0 파운드의 아미노실란, 바람직하게는 약 2,000 파운드의 유리 골재 입자당 약 0.3 파운드의 아미노실란을 포함할 것이다.
상기 내용은 예시적 원리이다. 많은 실시양태가 가능하다.

Claims (12)

  1. 제1 수송 속도로 유리 골재 입자를 수송 및 지지하기 위해 구성 및 배열된 운반 시스템으로서 채널 내에 배치된 오거 (auger) 유형 운반기를 포함하는 운반 시스템;
    운반 시스템에 존재하는 유리 골재 입자를 커플링제 용액에 노출시키기 위해 구성 및 배열된 적용 시스템; 및
    적용 시스템으로부터 간격을 두고 배치되고 운반 시스템에 존재하는 유리 골재 상으로 강제 공기 및 열 중 적어도 하나가 향하도록 구성된 건조기
    를 포함하며;
    제1 수송 속도가 커플링제 용액을 유리 골재 입자에 적용한 후 소정의 기간 후에 운반 시스템에 존재하는 유리 골재가 건조기에 먼저 노출되도록 하는 정도인,
    프라이밍된 유리 골재를 제조하기 위한 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 커플링제 용액이 아미노실란 수용액이고, 프라이밍된 유리 골재가 실릴화된 유리 골재인 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 수송 속도가 유리 골재 시간당 1 톤 내지 20 톤인 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 운반 시스템이 벨트 유형 운반기를 포함하는 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 벨트 유형 운반기가 침수성 (water pervious)인 시스템.
  6. 제2항에 있어서, 운반 시스템이 벨트 유형 운반기를 포함하고 적용 시스템이 벨트 유형 운반기에 존재하는 유리 골재 입자에 아미노실란 수용액을 분무하기 위해 구성 및 배열된 분무기를 포함하는 시스템.
  7. 제4항에 있어서, 건조기가 벨트 유형 운반기상에 바로 위치하는 가열기인 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 채널이 적용 시스템의 적어도 일부를 형성하고 안에 아미노실란 수용액을 보유하는 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 아미노실란 수용액이 채널의 단지 일부 내에 존재하게 하는 각도로 채널이 배치되는 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 운반 시스템이 오거 유형 운반기로부터 유리 골재 입자를 수용하도록 위치하는 벨트 유형 운반기를 추가로 포함하는 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 건조기가 벨트 유형 운반기 바로 상부에 위치하는 송풍기인 시스템.
  12. 삭제
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