KR101832181B1 - Carbon Fiber Chip을 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트 및 이의 제조방법 - Google Patents

Carbon Fiber Chip을 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아스팔트 100 중량부, 열가소성 탄성체 10 내지 30 중량부, 점착 증강제 1 내지 30 중량부, 아크릴 공중합체 1 내지 20 중량부, 고흡수성 수지 5 내지 40 중량부, 가소제 1 내지 5 중량부 및 탄소섬유 칩 1 내지 10 중량부를 포함하며, 상기 탄소섬유 칩은 프로필렌 글리콜 모노메틸 아세트산(Propylene Glycol Methyl Acetate, PGMA)이 코팅된 것을 특징으로 하는 탄소섬유 칩(Carbon Fiber Chip)을 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트를 제공한다.

Description

Carbon Fiber Chip을 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트 및 이의 제조방법 {Durable asphalt-based sealant with carbon fiber chip and method there of}
본 발명은 탄소섬유 칩을 활용한 아스팔트계 실란트 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내열성, 내후성, 접착력, 저온유연성 및 감온성이 우수한 고내구성 아스팔트계 실란트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
국내 포장도로의 사용연수가 증가함에 따라 그 성능이 저하되어 파손이 증가하고, 파손이 생기지 않은 지역 또한 잠재적인 파손의 가능성은 높아지고 있다. 이러한 구간들은 지속적인 상태평가를 통해 파손상태를 평가하고 필요한 경우 적절한 보수 및 보강을 수행하여야 한다.
포장도로 손상의 원인은 내적인 요인과 외적인 요인으로 구분하며 포장공법의 종류별로 설계특성, 시공특성 등에 따라 파손의 형상이 달리 나타나고, 포장이 놓인 위치 및 하중이 가해지는 위치에 따라 파손 위치가 구분된다. 내적 요인으로는 포장단면의 부족, 재료의 불량, 배합설계불량 등이 있고 외적 요인으로는 차량 하중과다, 환경하중, 시공불량 등이 해당된다. 또한, 포장도로는 지반의 특성, 지세, 강우, 기온의 변화, 강우량 등의 환경적인 요인과 교통량, 중차량 구성비 등 교통 특성에 따라서도 매우 다양한 문제를 유발시킴. 따라서 도로 이용자에게 쾌적하고 안전한 도로를 지속적으로 제공하기 위해서는 도로포장 유지관리 실무자가 도로 포장의 파손 원인을 파악하고, 파손 원인에 따라 적절한 보수를 적절한 시기에 수행하여 포장도로의 상태를 양호하게 유지해야 한다.
아스팔트 포장도로 수명 감소의 원인으로는 아스팔트는 자외선 혹은 햇볕에 대한 저항성이 떨어져 아스팔트가 자외선에 의해 산화되어 유연성을 상실하게 되는데 유연성은 아스팔트 포장도로가 하중을 견디거나 탄성을 유지하는 중요한 인자인데, 이를 상실하게 되면 차량의 빈번한 통행과 직사광선 및 우수과 같은 산화작용으로 포장도로 균열발생의 원인이 되며 이러한 균열로 말미암아 물의 침투를 방치하게 되며 침투된 물에 의하여 기반의 연약화를 가져오게 되어 포장도로의 수명을 저감하게 된다.
또한, 일반적으로 아스팔트/콘크리트 포장도로는 온도 변화에 따른 수축/팽창에 의하여 미세균열이 발생되며, 발생된 균열에 우수(雨水)가 침투하여 노상층의 부분 침하를 초래하여 차량 통행에 의한 압력을 받을시 노상층에 발생한 침하에 의해 다시 기존 포장층으로 균열이 진행하는 형태로 균열이 커지게 된다.
따라서 이를 극복하기 위해서 종래의 포장도로 보수 방법으로는 아스팔트 덧씌우기(팻칭)이나 아스팔트 재생포장공법으로 90년대 후반까지 대부분 적용해온 포장도로의 유지보수 공법이며, 포장도로가 이미 많이 훼손된 상태에서만 가능한 치료적인 보수공법으로써 포장도로 보수의 비용절감과 시공의 신속성을 고려하지 않은 공법이다.
에폭시계 균열 보수제는 70시간 이상 장시간 소요 및 숙련 기술 필요하고, 미세균열의 침투성을 높이기 위해 용제량 증가로 인해 접착력 저하로 그 기능을 상실하게 된다. 진행성 균열에 대해서는 에폭시계 균열 보수제의 변형량이 2% 정도로 인해 신축성이 없어 보수한 균열 부근에 새로운 균열 발생하여 하자가 발생하는 단점이 있다.
포대 아스콘은 시공 즉시 교통 개방 및 시공 용이하나, 포장도로 표면과의 접착력 저하로 인해 우수(雨水) 혹은 동결융해로 인해 균열이 확대되어 포장층을더 파손시킬 우려있고(팟홀발생), 균열 추종성이 없어 새로운 균열이 발생하여 포장도로의 유지보수 기능을 발휘할 수 없다.
따라서 자외선, 온도변화에 따른 수축/팽창 및 우수등에 내구성이 취약한 포장도로에 내구성 향상을 위한 환경친화적인 일액형 가열식 아스팔트계 실란트를 주입 및 포설해줌으로써 포장도로의 균열 초기인 미세균열 발생 시점에서 적용하는 예방적인 재료가 절실히 요구되고 있다.
예를 들어, 일본국 특개소 57-98559호에는 아스팔트 개질용 고무 첨가제로 방향족계 및/또는 나프텐계 오일(또는 광유) 및 열가소성 고무를 함유한 아스팔트를 소개하였다. 광유는 아스팔트에 가소 효과를 주고 열가소성 고무는 연화점을 상승 시키고 강인성을 부여하나 압축강도 및 인장강도 등의 기계적 강도와 원상 회복성을 높이기 위해서는 많은 양의 고무를 필요로 하는 단점이 있다.
일본국 특개소 57-139143호에서는 역청(즉, 아스팔트) 물질에 공액디엔 및 비닐방향족 탄화수소로 이루어진 블록 공중합체(SBS, SIS, SEBS 등을 말함)와 분자중에 질소와 황원자를 포함하는 안정제와 여러 가지 다른 안정제 및 라디칼 중합방지제를 첨가한 조성물을 소개한 바 있다.
또한, 미국특허 4,485,201호에는 아스팔트에 분말고무 및 스티렌-부타디엔 블록 공중합체를 주성분으로 하는 블렌드에 내열성 산화방지제, 점착성 부여제(tackifying agent), 가소제 또는 연화제로서 공정유(processing oil)를 첨가하여 149 에서 204 사이에서 혼합하는 방법을 기술하고 있다.
이 조성물은 고온에서 응집력과 접착력이 높고 고온 및 저온에서 유연성이 크며 우수한 탄성을 갖고 균열 채움제(crack sealer), 콘크리트 조인트 실러 필러(concrete joint sealer filler) 및 건축재료의 도포 실란트로 사용할 수 있다고 설명하였다.
그러나, 상기 제품은 침입도(콘)가 60이나 흐름(또는 연화점)이 60에서 20로 건물의 옥상 방수재 및 도로 포장의 균열 보수제 등으로는 하절기에 흐름 및 소성변형이 일어나는 단점과 도로 보수재로서는 차량의 바퀴 및 보행자의 신발에 묻어 나는 단점이 발생할 수 있다.
일반적으로 우리나라의 하절기에 도로 및 옥상의 표면 온도는 재질 및 색상에 따라 차이가 나지만 60이상 올라갈 수 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 통상적으로 무기 필러를 사용하며 여기에는 석재 및 골재와 탄산칼슘, 실리카, 탈크 등의충전제가 많이 사용되고 있으며 경도, 침입도, 연화점 등은 상승하나 신도, 접착 특성은 저하되는 경향을 보인다.
아울러, 한국특허 제0332632호에서는 중량으로 아스팔트 100부에 대해 (A) 스티렌-공액디엔 블록 공중합체 6 내지 40부, (B) 폐타이어 고무분말 4 내지 40부, (C) 폐스티로폼 0.01 내지 50부, (D) 가소제 또는 연화제 0 내지 100부, (E) 점착제 0.02 내지 5부, (F) 무기충전제 5 내지 100부를 포함하는 아스팔트 조인트 및 실란트 조성물을 개시하고 있다.
또한, 한국 등록특허 제599586호에서는 실란 화합물을 용매로 사용하여 분자 내에 이중결합을 갖는 모노머를 중합하여 제조된 균열 보수제를 개시하고 있고, 한국 특허출원 제2001-0018526호 및 한국 등록특허 제0388810호는 아스팔트 실란트 조성물에 관한 것이다.
그러나 상기 제품들은 국내 최근 기후로는 여름철에는 강한 자외선과 긴 장마로 인한 포장도로의 노후화가 증가하고 있는데, UV와 수분 노출에 대한 물성값을 언급하고 있지 않았기 때문에 UV와 수분의 장시간 노출되었을 경우 그 기능을 상실하여 포장도로의 파손을 더욱더 초래할수도 있다.
따라서, 현재 내열성, 내후성, 접착력, 저온유연성 및 감온성이 우수한 고내구성을 지니는 실란트에 대한 연구가 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명은 포장도로 및 토목구조물의 예방적 유지보수로 수명연장을 위한 탄소섬유 칩을 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트 조성물로서, 보수기간 단축 및 비용절감 효과를 위한 탄소섬유 칩(Carbon Fiber Chip)을 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 아스팔트 100 중량부, 열가소성 탄성체 10 내지 30 중량부, 점착 증강제 1 내지 30 중량부, 아크릴 공중합체 1 내지 20 중량부, 고흡수성 수지 5 내지 40 중량부, 가소제 1 내지 5 중량부 및 탄소섬유 칩 1 내지 10 중량부를 포함하며, 상기 탄소섬유 칩은 프로필렌 글리콜 모노메틸 아세트산(Propylene Glycol Methyl Acetate, PGMA)이 코팅된 것을 특징으로 하는 탄소섬유 칩(Carbon Fiber Chip)을 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트를 제공한다.
상기 점착 증강제는 소수성인 아스팔트 혼합물과 친수성인 고흡수성 고분자의 응집력을 증가시킬 수 있다.
상기 고내구성 아스팔트계 실란트 조성물용 탄소섬유 칩 제조방법으로 60 내지 70℃에서 과산화수소(H2O2)로 탄소섬유칩을 처리하는 단계, 상기 처리된 탄소섬유칩에 글리시딜 메타크릴레이트를 코팅하는 단계 및 상기 글리시딜 메타크릴레이트를 경화하여 폴리그리시딜 메타클레이트(Polyglycidyl methacrylate, PGMA)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 경화는 AIBN을 개시제로 하여 진행될 수 있다.
본 발명에 따른 탄소섬유 칩을 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트는 동절기 환경에 대한 저온 유연성과 우수한 부착력으로 포장도로와의 일제화 거동을 형성할 수 있다. 특히 포장도로 균열 접착부에 고흡수성 고분자를 포함하는 자기 팽창성 컴파운드의 수분 팽윤(swollen)거동 및 자기 팽창성 최적화 구현을 통한 포장층의 후속 균열 부위로 들어오는 유체의 흐름을 차단하는 함으로써 포장층과의 접착 불량 및 추가 균열이 발생할 수 있는 누수현상에 대한 문제점을 해결할 수 있다.
도 1 및 도 2는 아스팔트의 화학식 및 sol-gel 구조를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 탄소섬유 칩의 전처리과정 전후 분산도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 실란트에 사용된 관능기가 부여된 탄소섬유 사진이다.
도 5는 본 발명에서 관능기가 부여된 탄소섬유 코팅시 사용된 GMA의 화학식을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에서 관능기가 부여된 탄소섬유 경화시 사용된 AIBN의 화학식을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 포장도로 및 토목구조물의 예방적 유지보수로 수명연장을 위한 탄소섬유 칩을 활용한 고내구성 아스팔트게 실란트 내의 고흡수성 고분자 입자의 캡슐화 모사에 대한 흡수-팽윤 후 누수차단 구조를 도시한 모식도이다.
도 8은 본 발명의 포장도로 및 토목구조물의 예방적 유지보수로 수명연장을 위한 탄소섬유 칩을 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트의 수분팽창 거동을 도식한 모식도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 관능기가 없는 탄소섬유에 관능기기를 부착시키는 구조를 도시한 모식도이다.
도 10은 본 발명에 따른 실시예 1 및 2의 팽윤 전후를 나타낸 사진이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 Carbon Fiber Chip을 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트를 자세하게 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 Carbon Fiber Chip을 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트는 아스팔트 100 중량부, 열가소성 탄성체 10 내지 30 중량부, 점착 증강제 1 내지 30 중량부, 아크릴 공중합체 1 내지 20 중량부, 고흡수성 수지 5 내지 40 중량부, 가소제 1 내지 5 중량부, 관능기가 부여된 Carbon Fiber Chip 1 내지 10 중량부를 포함한다.
본 발명을 구성하는 Carbon Fiber Chip을 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트는 열가소성 탄성체를 포함한다. 상기 열가소성 탄성체는 아스팔트 사용량 100 중량부에 열가소성 탄성체 10 내지 30 중량부가 바람직하며, 10 중량부 미만이면 함량이 너무 적아 아스팔트 혼합물의 점탄성과 신장률, 저온유연성 불량을 초래하며, 50 중량부를 초과하면 강도, 점탄성은 증가하나, 아스팔트 함량이 너무 적어 바탕면과의 부착력이 나빠지는 경향이 있고, 추가적으로 고흡수성 고분자 첨가에 대한 분산 어려움을 초래한다.
본 발명을 구성하는 Carbon Fiber Chip을 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트는 탄소섬유 칩를 포함한다.
상기 탄소섬유 칩의 분산기술에서 아스팔트의 주성분은 탄화수소화합물이며, S, N, O 등의 관능기를 갖는 소량의 heterocyclic 화합물들이 포함되어 있고, 극히 소량의 금속(Fe, Mg, Ni, Ca 등)들이 카르복실산염, porphyrine 등과의 착염 형태, 혹은 산화물형태로 존재하고 있다(도 1 및 도 2).
관능기가 없는 탄소섬유 칩을 아스팔트에 분산할 경우 아스팔트와의 상용성 문제로 Aggregation 발생하여 균질하게 분산되지 않으므로 요구하는 성능을 발휘할 수 없다.
그래서 하기와 같은 전처리 과정을 통해 관능기가 부여된 탄소섬유 칩을 안정적으로 아스팔트 바인더에 고속 분산시킴으로써 안정적인 분산기술을 확보할 수 있다.(도 3)
상기 전처리 과정은 60 내지 70℃에서 과산화수소(H2O2)로 탄소섬유칩을 처리하는 단계, 상기 처리된 탄소섬유칩에 글리시딜 메타크릴레이트(GMA)를 코팅하는 단계 및 상기 글리시딜 메타크릴레이트(GMA)를 경화하여 폴리그리시딜 메타클레이트(Polyglycidyl methacrylate, PGMA)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 과산화수소로 탄소섬유 칩을 처리하는 단계는 탄소섬유(Chopped Carbon Fiber) 100 중량부에 과산화수소(H2O2) 50 내지 60 중량부를 60 내지 70℃에서 1 내지 12시간동안 50 내지 150rpm으로 교반하여 상기 탄소섬유 칩에 -COOH, -OH 관능기를 부여한 후 세척 및 건조한다.
상기 탄소섬유칩에 GMA를 코팅하는 단계는 상기 세척 및 건조된 탄소섬유 칩 100 중량부에 GMA 1 내지 20 중량부를 첨가하여 50 내지 70℃에서 1 내지 12시간동안 50 내지 150rpm으로 교반하여 상기 탄소섬유 칩의 관능기에 비공유결합(랩핑)처리한다.
상기 글리시딜 메타크릴레이트(GMA)를 경화하여 폴리그리시딜 메타클레이트(Polyglycidyl methacrylate, PGMA)을 형성하는 단계는 상기 비공유결합 처리된 탄소섬유칩에 개시제를 글리시딜 메타크릴레이트(GMA) 100중량부에 2 내지 10 중량부를 첨가하여 50 내지 70℃에서 1 내지 12시간동안 50 내지 150rpm으로 교반하여 라디칼 결합에 의한 중합으로 관능기가 부여된 탄소섬유 칩을 얻을 수 있으며, 상기 개시제로 AIBN을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 사용된 탄소섬유의 물성을 하기 표 1에 나타내었으며, 상기 탄소섬유 칩은 아스팔트 사용량 100 중량부에 열가소성 탄성체 1 내지 10 중량부가 바람직하며, 1 중량부 미만이면 함량이 너무 적아 아스팔트 혼합물의 인장강도와 표면 마모도 상승효과가 미미하며, 10 중량부를 초과하면 인장강도와 표면 마모도는 증가하나, 탄소섬유 칩 함량이 너무 많아 바탕면과의 부착력이 나빠지는 경향이 있고, 추가적으로 기타 기능성 첨가제의 첨가에 대한 분산 어려움을 초래한다.
Figure 112016094070517-pat00001
본 발명을 구성하는 탄소섬유 칩을 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트는 저온 취성, 혼합 및 가공성을 증대시키기 위해 가소제를 포함한다. 상기 가소제는 아스팔트 혼합물에 혼합되어 저온 취성과 혼합성을 증가시키는 작용을 하며, 저온 취성은 아스팔트 혼합물의 저온환경에서 유연성을 증가시키고, 저온 유연성 증가는 포장층의 온도변화 대한 수축팽창 수용을 가능하게 개선시킬 수 있다.
본 발명의 조성물에 포함되는 가소제의 함량은 1 내지 10 중량부가 바람직하다. 이는 가소제의 함량이 1 중량부 미만이면 아스팔트 혼합물의 저온 취성과 혼합성이 개선되지 않으며, 10 중량부를 초과하면 조성물의 접착력 저하와 고온 환경에서 재료 분리가 발생되는 어려움을 초래한다.
도 7은 본 발명에 따른 탄소섬유 칩을 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트 내의 고흡수성 고분자 입자의 캡슐화 모사에 대한 흡수-팽윤 후 누수차단 구조를 도시한 모식도이며, 탄소섬유를 활용한 고부착 균열보수용 실란트 조성물에 포함되는 점착 증강제는 아스팔트 혼합물 점착력 증가시키고 친수성인 고흡수성 고분자의 표면의 캡슐화하며, 탄소섬유를 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트에 분산시켰을 때, 상기 도 7과 같이 안정적으로 분산이 이루어지며 수분을 흡수 팽윤 후 누수차단 및 방수층 구조를 유지할 수 있다. 상기 고흡수성 고분자 수지로는 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol), 폴리비닐아세테이트(polyvinyl acetate), 초산 비닐계수지, 폴리아크릴아미드(polyacrylamide), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone) 등 중에서 1종 이상 선택하여 사용할 수 있다.
발명의 조성물에 포함되는 점착 증강제의 함량은 1 중량부 내지 30 중량부이고, 함량이 1 중량부 미만이면 첨가 효과가 거의 없어 아스팔트 혼합물과 고흡수성 고분자의 응집력을 작아 누수에 의한 흡수 팽윤 후 실란트가 수압에 의해 유실되는 현상이 발생하게 되고, 30 중량부를 초과하면 조성물의 점도 및 점착력이 과도하게 증가하여 탄소섬유 칩을 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트의 가공처리 불량이 발생되는 문제점이 있다.
도 8은 본 발명의 탄소섬유 칩을 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트의 수분 팽창 거동을 도식한 모식도이며. 상기 점착 증강제는 소수성인 아스팔트 혼합물과 친수성이 고흡수성 고분자의 응집력을 증가시키고 고흡수성 고분자 표면에 코팅화 캡슐 구조를 모사하는 효과를 유발하여, 도 8과 같이 종래의 벤토나이트 또는 고흡수성 고분자를 사용하는 수팽창 실란트 조성물이 흡윤 팽윤에 의해 급격한 부피 팽창과 응집력 부족으로 실란트가 유실되는 문제점을 개선할 수 있으며, 점착 증강제 첨가는 고흡수성 고분자 표면을 캡슐화하여 흡수 팽창 거동 및 팽윤속도를 조절하는 역할을 하게 된다.
본 발명의 탄소섬유 칩을 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트 조성물에 포함되어 아스팔트 혼합물의 점착력 증가시키고 수용성 고분자의 표면에서의 내수성을 개선하는 아크릴 공중합체인 아크릴릭 에스테르 공중합체(acrylic ester), 아크릴릭 스타일렌 공중합체(acrylic-styrene copolymer), 아크릴릭 공중합체(acrylic copolymer) 등이 1종 이상 선택하여 사용될 수 있다.
본 발명의 조성물에 포함되는 아크릴 공중합체의 함량은 1 중량부 내지 20 중량부이고, 함량이 1 중량부 미만이면 첨가 효과가 거의 없어 아스팔트 혼합물의 점착력 증가가 없고 수용성 고분자 입자의 표면 내수성이 개선되지 않으며, 20 중량부를 초과하는 하면 아스팔트 혼합물의 점착력을 증가하나, 점도가 상승하고 고흡수성 고분자의 흡수 팽윤이 지연되어 누수 차단에 성능이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명의 탄소섬유 칩을 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트 조성물에 포함되어 고흡수성 고분자 수지(super absorbent polymer : SAP)는 외부에서 유입되는 수분으로부터 고분자 입자들 간의 접착특성인 겔 블로킹(Gel blocking) 현상이 발생하는 아크릴산(sodium polyacrylic acid), 아크릴아마이드(Polyacrylamide), 메타크릴산(methacrylic acid), 에틸렌 옥사이드(polyethylen glycol) 중 1종 이상 선택하여 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 고흡수성 고분자는 아크릴산인 가교된 나트륨 아크릴산(sodium polyacrylate)가 대표적으로 사용되며, 밀도 0.6~0.8g/ml, 입자 크기 분포 150~850㎛, 보수능 40g/g이상, 가압 흡수능(0.3psi) 22g/g이상, 단량체 잔존량 300ppm 이하인 것이 매우 바람직하다.
본 발명의 조성물에 포함되는 고흡수성 고분자의 함량은 5 중량부 내지 40 중량부이고, 함량이 5 중량부 미만이면 흡수 팽윤 효과가 거의 없어 자기 팽창형 컴파운드의 누수 차단 성능이 부족하며, 40 중량부를 초과하는 하면 흡수 팽윤속도와 흡수량은 증가하나, 점도가 상승하고 고흡수성 고분자의 과도한 부피 팽윤으로 흡수 후 탄소섬유 칩을 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트의 재료 분리로 방수성능이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명에 있어서, 바람직한 탄소섬유 칩을 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트를 구성하는 아스팔트는 연화점이 30∼100℃이고, 침입도가 30∼175d㎜인 것이 포장도로 표면과 접착력을 증대하는 면에서 바람직하고, 연화점 50∼70℃ 및 침입도 60∼90d㎜인 것이 매우 바람직하다.
상기 아스팔트의 사용량은 80 내지 120 중량부가 바람직하며, 특히 100 중량부가 더욱 바람직하다. 80 중량부 미만이면 함량이 적어 접착불량을 초래하며, 120 중량부를 초과하면 강도, 접착력은 증가하나 저온 취성이 증가하며 동절기 시공 환경에서 방수재의 크랙 발생과 내열성이 나빠져 하절기 고온 환경에서 흘러내림 현상이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명에 따른 탄소섬유 칩을 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트는 고온에서의 흘러내림 방지 및 저온에서의 실란트 크랙발생 현상을 방지하기 위해서는 연화점이 상승되어야 할 뿐만 아니라 탄성도 증대되어야 한다.
따라서, 본 발명의 탄소섬유 칩을 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트는 탄성, 내열성, 인장강도 및 표면마모도를 증대시키기 위하여 열가소성 합성고무와 표면마모도를 포함한다. 상기 열가소성 합성고무와 Carbon Fiber Chip은 아스팔트와 네트워크를 형성하여 계면 접착력을 향상시켜 실란트의 탄성, 내열성, 인장강도 및 표면마모도를 증가시키는 작용을 하며, 탄성, 내열성, 인장강도 및 표면마모도의 증가는 고온에서의 흘러내림이나 변형문제, 동절기 저온 환경에서 외부충격에 의한 크랙 및 파손발생을 현저하게 개선시킬 수 있다.
본 발명의 탄소섬유를 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트에 포함되는 열가소성 합성고무의 함량은 10 내지 30 중량부가 바람직하다. 이는 열가소성 합성고무의 함량이 10 중량부 미만이면 방수재의 탄성 및 내열성이 거의 개선되지 않으며, 30 중량부를 초과하면 부착력 저하와 과도한 점도 상승을 가지게 된다.
본 발명에 따르면, 상기 열가소성 합성고무는 160 내지 180℃에서 고전단 교반기(high shear mixer) 등에 의한 고속 혼합에 의해 아스팔트 내에서 완전 용융 분산되어 균질한 형태의 네트워크 구조를 형성하고, 이의 함량이 증가할수록 탄성, 저온 유연성 및 기계적 강도가 증가하나, 아스팔트에 비해 상대적으로 고가이기 때문에 5 내지 15중량부를 첨가하는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 탄소섬유 칩을 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트에 포함되는 점착 증가제는 접착력을 증가시키기 위해 폴리이소프렌고무 또는 부틸고무를 포함한다. 상기 점착 증가제는 방수재의 균열 대응성, 모체 거동 대응성(내피로성능) 및 포장도로와의 접착성능을 증가시키고 작용하며, 점착 증가제 함량은 1 내지 30 중량부가 바람직하다. 1 중량부 미만이면 접착성능, 부착성능 개선을 위한 첨가 효과가 거의 없고 내피로성능이 저하되어 포장층의 반복적 거동에 의해 방수재의 파단이 발생하게 되며, 30 중량부를 초과할 경우 접착력은 우수하나 인장강도, 인열강도와 같은 기계적 물성이 저하되는 경향이 있다.
본 발명의 탄소섬유 칩을 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트에 포함되는 가소제는 1 내지 5 중량부가 바람직하며, 상기 가소제로 프로세싱 오일을 사용할 수 있다. 상기 프로세싱 오일은 탄소섬유를 활용한 고내구성 아스팔트계 도막방수재의 제조 공정에서 가공성능 개선하고, 동절기에 저온 유연성을 유지하는 특징을 지니고 있다. 또한, 가소제가 1중량부 미만이면 아스팔트 컴파운드 가공성이 저하되고 저온 유연성이 저하되며, 5 중량부를 초과하면 과도한 오일 첨가로 접착력이 급격히 감소하여 토목구조물 표면과의 방수재 박리, 접착층 들뜸 현상이 발생하는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 탄소섬유 칩을 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트를 개발하여 동절기 환경에 대한 저온 유연성과 우수한 부착력으로 포장도로 표면과 실란의 일제화 거동을 형성할 수 있다. 특히 포장도로 균열 접착부에 고흡수성 고분자를 포함하는 자기 팽창성 컴파운드의 수분 팽윤(swollen)거동 및 자기 팽창성 최적화 구현을 통한 포장층의 후속 균열 부위로 들어오는 유체의 흐름을 차단하는 함으로써 포장층과의 접착 불량 및 추가 균열이 발생할 수 있는 누수현상에 대한 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 인장강도와 표면 마모도를 증대시키기 위해 탄소섬유 칩을 분산 안정화 기술을 이용하여 연속된 아스팔트 혼합물상에 균일한 탄소섬유 칩을 미립자 형태로 분산시켜 내열성, 접착력, 저온 유연성 및 표면 마모도가 우수한 탄소섬유를 활용한 고부착 균열보수용 실란트는 포장, 교량, 암거 등 각종 토목구조물의 균열 발생시 주입 및 포설함으로써 구조물 수명 연장에 기여할 수 있는 탄소섬유 칩을 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트를 제공하는 것이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 실란트 조성물의 성분은 아스팔트를 기본기재로 사용하며, 아스팔트와의 상용성이 우수한 탄소섬유 칩을 사용하여 실란트의 물성을 개선시켰다.
( 실시예 )
이하 하기 표 1에 표시한 배합비에 따라 실시예 1 내지 3을 제조하였다.
Figure 112016094070517-pat00002
포장도로 및 토목구조물의 예방적 유지보수로 수명연장을 위한 탄소섬유 칩을 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트는 먼저 침입도가 약 70dmm, 연화점이 70℃인 아스팔트(AP-5)를 150~180℃로 가열하여 용융시킨 후 안정제, 가소제, 탄소섬유 칩 및 열가소성 탄성체를 첨가하여 2시간 시간 동안 균질하게 혼합하고, 아스팔트 혼합물의 온도를 120℃ 이하 온도로 냉각시켜 점착 증가제, 아크릴 공중합체를 투입하여 1시간 동안 교반을 실시한다. 다음으로 고흡수성 수지를 천천히 첨가하여 균질하게 분산되도록 고속 교반을 실시한 후 포트홀 발생 방지를 위한 탄소섬유를 활용한 고부착 포장도로의 균열보수재를 제조하였다.
상기 포장도로 및 토목구조물의 예방적 유지보수로 수명연장을 위한 탄소섬유 칩을 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트 제조에서 고흡수성 고분자 분산 과정에서 점착 증가제, 아크릴 공중합체 첨가에 따른 흡수 팽윤 거동에 대한 실험을 실시하여 표 3 및 도 10에 기재하였다.
Figure 112016094070517-pat00003
( 비교예 )
포장도로 및 토목구조물의 예방적 유지보수로 수명연장을 위한 탄소섬유 칩을 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트 규격값. (ASTM D 6690 Type Ⅲ)
상기와 같은 방법으로 제조한 실시예 1, 비교예 1의 포장도로 및 토목구조물의 예방적 유지보수로 수명연장을 위한 탄소섬유 칩을 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트 조성물에 대하여 다음과 같이 측정하여 그 결과를 하기 표 4에 나타냈다.
실시예 및 비교예 측정 방법
1) 콘침입도((1/10mm), 25℃(77℉), 150g, 5초) : ASTM D 6690
2) 원상회복율((%), 25℃, 75g) : ASTM D 6690
3) 흐름성((mm), 60℃, 5hr) : ASTM D 6690
4) 연화점(℃) : ASTM D 6690
5) 아스팔트 적합성(60℃, 72시간) : ASTM D 6690
6) 저온접착성(-29℃, 50%신장, 3cycle) : ASTM D 6690
7) Oven Aged(70℃,168hr)후 원상회복율((%), 25℃, 75g) : ASTM D 6690
8) 수침후(96hr) 저온접착성(-29℃, 50%신장, 3cycle) : ASTM D 6690
9) 접착신장율(%, 25℃, 파단시) : ASTM D 5329
10) 점도(cps, 170℃)
11) 촉진내후성(Xenon, 300hr) : ASTM C 793
- 블랙패널온도 : 63±3℃
- 상대습도 : 50±5%
- 분무사이클 : 120분 조사후 18분 조사 및 물 분무
- 복사조도 : 0.51W/㎡(340nm)
Figure 112016094070517-pat00004
상기한 실험 결과에서 알수 있는 바와 같이 본 발명의 실시예 2의 포장도로 및 토목구조물의 예방적 유지보수로 수명연장을 위한 탄소섬유 칩을 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트는 콘침입도, 원상회복율, 흐름성, 연화점, 아스팔트 적합성, 저온접착성, Oven Aged후 원상회복율, 수침후 저온접착성, 접착신장율, 점도, 촉진내후성등이 규격값에 모두 만족됨을 확인 할수 있었다.

Claims (4)

  1. 아스팔트 100 중량부, 열가소성 탄성체 10 내지 30 중량부, 점착 증강제 1 내지 30 중량부, 아크릴 공중합체 1 내지 20 중량부, 고흡수성 수지 5 내지 40 중량부, 가소제 1 내지 5 중량부 및 탄소섬유 칩 1 내지 10 중량부를 포함하며,
    상기 탄소섬유 칩은 폴리그리시딜 메타클레이트(Polyglycidyl methacrylate, PGMA)가 코팅된 것을 특징으로 하는 탄소섬유 칩(Carbon Fiber Chip)을 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 점착 증강제는 소수성인 아스팔트 혼합물과 친수성인 고흡수성 고분자의 응집력을 증가시킨 것을 특징으로 하는 탄소섬유 칩(Carbon Fiber Chip)을 활용한 고내구성 아스팔트계 실란트.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 따른 고내구성 아스팔트계 실란트 조성물용 탄소섬유 칩 제조방법으로,
    60 내지 70℃에서 과산화수소(H2O2)로 탄소섬유칩을 처리하는 단계;
    상기 처리된 탄소섬유칩에 글리시딜 메타크릴레이트(GMA)를 코팅하는 단계; 및
    상기 글리시딜 메타크릴레이트(GMA)를 경화하여 폴리그리시딜 메타클레이트(Polyglycidyl methacrylate, PGMA)을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고내구성 아스팔트계 실란트 조성물용 탄소섬유 칩의 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 경화는 AIBN을 개시제로 하여 진행되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로하는 고내구성 아스팔트계 실란트 조성물용 탄소섬유 칩의 제조방법.
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