KR101845383B1 - 고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제 및 이를 이용한 재생아스팔트 콘크리트 - Google Patents

고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제 및 이를 이용한 재생아스팔트 콘크리트 Download PDF

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Abstract

본발명은 고도정제 광유계 아스팔트 재생 첨가제 및 이를 이용한 재생아스팔트 콘크리트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 나프텐계 원유를 수소정제 또는 용제 정제한 광유, 파라핀계 원유를 수소정제 또는 용제 정제한 광유, 알칼리 토류 금속염 혼합물을 포함하는 고도정제 광유계 아스팔트 재생 첨가제 및 이를 이용한 재생아스팔트 콘크리트에 관한 것이다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해서, 고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제는 고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제 100중량부를 기준으로 (a) 나프텐계 원유를 수소정제 또는 용제 정제한 광유 10~70 중량부, (b) 파라핀계 원유를 수소정제 또는 용제 정제한 광유 30~90 중량부, (c) 알칼리 토류 금속염 혼합물 1~10 중량부를 포함한다.
상기 고도정제 광유계 아스팔트재생첨가제를 이용한 재생아스팔트 콘크리트를 포함한다.

Description

고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제 및 이를 이용한 재생아스팔트 콘크리트{Highly refined mineral oil asphalt regenerating additive and regenerated asphalt concrete using the same}
본 발명은 고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제 및 이를 이용한 재생아스팔트 콘크리트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 나프텐계 원유를 수소정제 또는 용제 정제한 광유, 파라핀계 원유를 수소정제 또는 용제 정제한 광유, 알칼리 토류 금속염 혼합물을 포함하는 고도정제 광유계 아스팔트 재생 첨가제 및 이를 이용한 재생아스팔트 콘크리트에 관한 것이다.
국내에서 도로 보수 중 발생하는 폐아스팔트 콘크리트의 수량은 연간 약 1200만톤으로 추정되며, 폐아스팔트 콘크리트를 재사용하기 위한 다양한 연구들이 진행중이다. 폐아스팔트 콘크리트는 도로 시공 후 장시간 경위하면 산화 열화, 자외선 열화 등에 의해 점도 상승, 침입도 저하, 연화점 상승, 신도 저하 등의 현상이 일어난다. 이러한 폐아스팔트 콘크리트의 성능저하를 회복하기 위해 아스팔트 재생 첨가제에 대한 연구가 활발히 진행중이며, 비 정제 중질유를 이용한 아스팔트 재생 첨가제가 제안되고 있다. 하지만 비 정제 중질유를 이용한 아스팔트 재생 첨가제는 인체에 유해한 다환 방향족 탄화수소(PAHs)의 함유량이 높으며 충분한 재생효과를 얻을 수 없다. 또한 점도, 침입도, 연화점, 신도 등의 성능이 완전히 회복되지 않아 단기간에 박리, 비산, 균열 등의 문제가 발생하게 된다.
한국등록특허 제 10-1181861호에서는 고분자 화합물, 계면 활성제, 소포제 및 물로 이루어진 재생첨가제를 이용하여 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물을 공지하였다.
한국등록특허 제 10-0975361호에서는 중유, 파라핀유, 아로마틱유, 나프텐유 및 아크릴폴리머로부터 선택되는 하나 이상의 성분을 혼합한 에멀젼계 재생첨가제로 사용하는 것을 공지하였으며, 한국등록특허 제 10-0416301호에서는 파라핀유, 아로미틱기유, 나프텐기유를 포함하는 재생첨가제를 이용한 재생아스팔트 콘크리트를 공지하였으나, 비 정제 중질유를 이용한 재생첨가제는 다환 방향족분이 다량 함유되어 인체에 유해하다.
KR 10-0975361 B1 (2010.08.05) KR 10-0416301 B1 (2012.05.30) KR 10-1181861 B1 (2004.01.13)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 유해물질인 다환 방향족 탄화수소 함량이 EU기준을 만족하는 PCA 3%이하인 고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제 및 이를 이용한 재생아스팔트 콘크리트를 제공하는 것이다.
또한, 점도, 침입도, 연화점 등의 성능이 회복된 고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제를 이용한 재생아스팔트 콘크리트를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이하에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 더욱이 이하의 기재로부터 아래의 기재로부터 본 발명의 기술 분야에서 내용에 대해서는 통상의 지식을 지닌 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해서, 고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제는 고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제 100중량부를 기준으로 (a) 나프텐계 원유를 수소정제 또는 용제 정제한 광유 10~70중량부, (b) 파라핀계 원유를 수소정제 또는 용제 정제한 광유 30~90중량부, (c) 알칼리 토류 금속염 혼합물 1~10중량부를 포함한다.
상기 고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제는 다환 방향족 탄화수소가 3중량부 이하, 인화점 250℃이상, 60℃ 점도 80~120mm2/s, 방향족분 20중량부 이하, 아닐린점 90℃ 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 나프텐계 원유를 수소정제 또는 용제 정제한 정제광유(a)는 60℃에서 점도 50~70mm2/s, 아닐린점 90℃이하이며, 나프텐계 탄화수소 40중량부 이상, 방향족 탄화수소 20중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 파라핀계 원유를 수소정제 또는 용제 정제한 광유(b)는 60℃에서 점도 80~120mm2/s이며, 포화 탄화수소 60중량부 이상, 방향족 탄화수소 10중량부 이하를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 알칼리 토류 금속염 혼합물(c)은 탄소수 10이상의 설폰산 알칼리 토류 금속염 또는 알킬 페놀의 알칼리 토금속 화합물 및 탄소수 10이상의 알킬 살리실산의 알칼리 토류 금속염 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제를 포함하는 재생아스팔트 콘크리트를 포함한다.
본 발명에 따른 고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제는 유해물질인 다환 방향족 탄화수소의 함량이 낮아 인체 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제는 폐아스팔트의 점도, 침입도, 연화점, 신도를 큰 폭으로 개선시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제를 이용한 재생아스팔트 콘크리트는 시공 후 장기간 유지가 가능하다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 서적에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제는 나프텐계 원유를 수소정제 또는 용제 정제한 광유(a), 파라핀계 원유를 수소정제 또는 용제 정제한 광유(b), 알칼리 토류금속염(c)을 포함한다.
상기 나프텐계 원유를 수소정제 또는 용제 정제한 광유(a)와 상기 파라핀계 원유를 수소정제 또는 용제 정제한 광유(b)는 정제하는 것이 필수적이다. 비정제 감압 광유는 가열시 산화 열화가 쉽고 점도와 인화점이 낮아지며, 광유는 다환 방향족 탄화수소(PAHs)의 함량이 높아 인체에 유해하므로 정제과정이 필수적이다.
상기 나프텐계 원유를 수소정제 또는 용제 정제한 광유(a)는 나프텐계 원유를 상압, 감압 증류에 의해 얻어지는 광유를 수소정제 또는 용제 정제 한 것으로, 60℃에서 점도가 50~70mm2/s이고 아닐린점이 90℃이하이며 나프텐계 탄화수소 40중량부 이상, 방향족 탄화수소 20중량부 이하를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일반적으로 열화된 아스팔트 중 레진을 연질화하기 위해서는 상기 방향족 탄화수소가 효과적이지만, 상기 방향족 탄화수소는 인체에 유해한 성분이 많으며 특히, 다환 방향족 탄화수소를 포함하고 있어 20중량부 이하를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 나프텐계 탄화수소는 상기 방향족 탄화수소에 비해 아스팔트 중 레진을 연질화하는 효과는 다소 낮으나 인체 안전성이 높다.
상기 나프텐계 원유를 수소정제 또는 용제 정제한 광유(a)는 60℃에서 동점도가 50mm2/s이하의 경우 동적 안정성이 저하되며, 70mm2/s이상인 경우 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 아스팔트 재생첨가제의 점도가 높아지고 재생 성능이 저하된다.
고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제는 상기 고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제 100중량부를 기준으로 상기 나프텐계 원유를 수소정제 또는 용제 정제한 광유(a)를 10~70중량부 포함하되, 바람직하게는 20~40중량부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 파라핀계 원유를 수소정제 또는 용제 정제한 광유(b)는 60℃에서 점도 80~120mm2/s이며, 포화 탄화수소 60중량부 이상, 방향족 탄화수소 10중량부 이하를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일반적으로 열화된 아스팔트의 아스팔텐은 입자가 거칠어져 점도 상승, 침입도 저하의 요인이 되고 있다. 상기 포화 탄화수소는 상기 아스팔텐의 미립화에 효과적이다. 또한, 상기 방향족 탄화수소는 인체에 유해하므로 정제하여 10중량부 이하인 것이 바람직하다.
상기 파라핀계 원유를 수소정제 또는 용제 정제한 광유(b)는 60℃에서 동점도가 80mm2/s이하의 경우, 아스팔트 재생첨가제의 점도와 아스팔트 재생첨가제를 포함한 재생아스팔트혼합물의 동적 안정성이 저하되어 바람직하지 않다. 60℃에서 동점도가 120mm2/s이상의 경우, 아스팔트 재생첨가제의 점도를 조절하기 위해 상기 나프텐계 원유를 수소정제 또는 용제 정제한 광유(a)의 혼합 비율이 증가하므로 인화점이 저하되어 안전성이 저하된다.
고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제는 상기 고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제 100중량부를 기준으로 상기 파라핀계 원유를 수소정제 또는 용제 정제한 광유(b)를 30~90중량부 포함하되, 바람직하게는 60~80중량부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 알칼리 토류금속염(c)은 상기 고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제 100중량부를 기준으로 1~10중량부를 포함하되, 탄소수 10이상의 설폰산 알칼리 토류금속염 또는 알킬 페놀의 알칼리 토금속 화합물 및 알킬 살리실산의 알칼리 토류금속염을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 알칼리 토류금속염(c)은 산화 또는 열화 한 아스팔텐을 중화하는 작용과 계면 활성효과에 의해 아스팔텐분을 미립화하여 아스팔트에 균일하게 분산시키는 효과가 있다.
상기 알칼리 토류금속염(c)은 TBN이 10이상인 것이 바람직하다. 이는 열화된 아스팔트 중 열화 또는 산화된 유기산을 중화하여 아스팔텐의 미세분산 및 가용화를 위한 것이다.
상기 알칼리 토류금속염(c)은 계면 활성효과를 가지므로 재생아스팔트 제조시 신골재와 폐아스팔트의 부착성을 향상시켜 상기 재생아스팔트 시공 후 골재의 박리를 방지하는 작용을 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제는 다환 방향족 탄화수소가 3중량부 이하, 인화점 250℃이상, 60℃ 점도 80~120mm2/s, 방향족분 20중량부 이하, 아닐린점 90℃ 이하인 것을 특징으로 한다.
다환 방향족 탄화수소는 EU기준에 의하면 3중량부 이하인 것이 바람직하며, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제는 다환 방향족 탄화수소가 3중량부 이하이므로 현재로써는 인체 안전성을 만족한다.
[ 제조예 1]
고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제를 제조하기 위해 (a)~(f)의 성분을 표 1에 기재한 비율로 배합하였으며, 1L 스테인레스 비커에 110℃에서 30분동안 가열 교반하여 실시예 1 내지 4를 제조하였다.
(a) 성분 : 나프텐계 원유에서 얻은 광유를 수소정제 또는 용제 정제한 정제광유(아닐린점 82℃, 60℃에서 점도 40mm2/s)
(b) 성분 : 나프텐계 원유에서 얻은 광유를 수소정제 또는 용제 정제한 정제광유(아닐린점 85℃, 60℃에서 점도 50mm2/s)
(c) 성분 : 파라핀계 원유에서 얻은 광유를 푸르 푸랄, 메틸 에틸 케톤에 의해 수소정제 또는 용제 정제한 정제광유(아닐린점 102℃, 60℃에서 점도 100mm2/s)
(d) 성분 : 파라핀계 원유에서 얻은 광유를 푸르 푸랄, 메틸 에틸 케톤에 의해 수소정제 또는 용제 정제한 정제광유(아닐린점 95℃, 60℃에서 점도 110mm2/s)
(e) 성분 : 평균 탄소수 15의 설폰산 알칼리 토류 금속염 및 알킬 살리실산의 알칼리 토류 금속염 혼합물
(f) 성분 : 평균 탄소수 18의 알킬 페놀의 알칼리 토금속 화합물 및 알킬 살리실산의 알칼리 토류 금속염 혼합물
고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제의 배합 비율(중량부)
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4
a 성분 27.5 27.5
b 성분 20.0 25.0
c 성분 67.5 67.5
d 성분 75.0 72.5
e 성분 5.0 5.0
f 성분 5.0 5.0
[ 실험예 1]
제조예 1에서 제조한 실시예 1 내지 4의 물질의 성상을 표에 표시하였으며, 밀도 시험은 KS M2002(하이드로미터법), 점도 시험은 KS M ISO3104(동점도 시험방법 및 점도계산), 인화점 시험은 KS M 2010(태그 밀폐식 시험방법), 아닐린 점 시험은 KS M2053(석유제품의 아닐린점 및 혼합 아닐린점 시험방법), 조성분석 시험은 KS M2963(크로마토그래피), PAHs 시험은 IP-346를 따라 실험하였다.
실험 결과는 하기의 표 2와 같다.
고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제의 성상
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
밀도 (g/cm3) 0.904 0.9494 0.905 0.9490
60℃에서 점도 (mm2/s) 81.2 94.3 81.5 92.4
인화점 (℃) 252 265 254 264
아닐린점 (℃) 88 74 87 76

조성분석
 Ca% 8.8 22.8 8.6 22.1
Cp% 59.3 46.0 59.4 43.6
Cn% 31.9 31.2 32.0 34.3
PAHs 중량부 1.5 2.1 1.4 2.0
본 발명에 따른 실시예 1 내지 4의 고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제는 다환방향족 성분(PAHs)가 3 중량부이하이며, 인화점이 250℃ 이상으로 작업 안정성이 우수한 것으로 나타났다.
[ 실험예 2]
표 1에서 제조한 실시예 1 내지 4의 고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제를 폐아스팔트에 첨가하여 재생효과를 확인하였다.
폐아스팔트는 침입도가 17, 120℃에서 점도 4372mm2/s, 연화점 63.2℃의 특성을 나타냈다.
상기 폐아스팔트에 고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제를 5 또는 10 중량부 첨가하여 160℃에서 5분동안 교반 후, GR F 4005(재활용 가열 아스팔트 혼합물)에 따라 침입도, 점도, 연화점을 측정하여 재생효과를 확인하였다.
폐아스팔트의 재생효과에 대한 결과는 하기 표 3과 같다.
폐아스팔트의 재생효과
재생첨가제
(중량부)		 25℃에서 침입도
(1/10mm)		 120℃에서 점도
(mm2/s)		 연화점 (℃)
실시예 1 5.0 31 2985 58.7
10.0 48 1706 51.8
실시예 2 5.0 30 3021 59.1
10.0 47 1763 53.8
실시예 3 5.0 31 2930 58.4
10.0 49 1651 52.5
실시예 4 5.0 33 3120 58.2
10.0 48 1590 53.1
실시예 1 내지 4의 재생첨가제를 폐아스팔트 콘크리트에 10중량부 첨가하면 침입도가 40이상, 120℃에서 점도가 2000mm2/s이하, 연화점이 55℃이하의 특성을 나타내어 폐아스팔트의 재생효과를 확인하였다.
[ 실험예 3]
폐아스팔트 콘크리트와 고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제 및 신규 아스팔트콘크리트를 혼합하여 재생아스팔트 콘크리트를 제조하고 종래의 아스팔트 콘크리트와 유사한 성능을 나타내는지 확인하기 위해 재생아스팔트 콘크리트의 성능평가를 하였다.
폐아스팔트 콘크리트는 침입도 17, 120℃에서 점도 4372mm2/s, 연화점 63.2℃의 특성을 가지는 것으로 실험하였다.
상기 폐아스팔트 콘크리트에 실시 예 1 내지 4의 고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제를 10중량부 첨가하여 160℃에서 5분동안 교반하였다.
신규 아스팔트 콘크리트와 고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제를 포함한 폐아스팔트 콘크리트를 혼합하여 재생아스팔트 콘크리트를 제조하였으며, 신규 아스팔트 콘크리트와 폐아스팔트 콘크리트의 비율은 60:40 또는 50:50의 질량비로 혼합하여 160℃에서 제조하였다.
제조한 재생아스팔트 콘크리트의 안정도와 흐름값을 측정하기 위해 마샬시험을 실시했다. 마샬시험의 샘플 제조조건은 120℃에서 50회씩 2회 반복 진행하였다. 재생아스팔트 콘크리트의 성능실험결과는 표 4와 같다.
재생아스팔트 콘크리트의 성능평가
폐아스팔트 콘크리트 혼합
비율		 밀도 g/cm2 공극률 % 안정도 N 흐름값 1/100cm
실시예 1 40 2.385 3.5 1152 31
50 2.386 3.7 1123 32
실시예 2 40 2.382 3.4 1238 31
50 2.385 3.6 1231 32
실시예 3 40 2.387 3.7 1092 32
50 2.389 3.9 1073 33
실시예 4 40 2.385 3.6 1230 31
50 2.391 3.9 1211 33
표 4에 나타난 바와 같이, 고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제(실시예 1 내지 4)를 첨가한 재생아스팔트 콘크리트는 모두 가열 아스팔트 혼합물(SPS-KAI0002-F2349-5687)의 규격치를 만족하는 것이므로, 종래의 아스팔트 콘크리트와 비슷한 성능을 가지며 시공 후 장기간 사용 가능하다.

Claims (6)

  1. 고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제에 있어서,
    고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제 100중량부를 기준으로,
    나프텐계 원유를 수소정제 또는 용제 정제한 광유로서, 60℃에서 점도 50~70mm2/s, 아닐린점 90℃이하이며, 나프텐계 탄화수소 40중량부 이상, 방향족 탄화수소 20중량부를 포함하는 나프텐계 정제광유(a) 10~70중량부,
    파라핀계 원유를 수소정제 또는 용제 정제한 광유로서, 60℃에서 점도 80~120mm2/s이며, 포화 탄화수소 60중량부 이상, 방향족 탄화수소 10중량부 이하를 포함하는 파라핀계 정제광유(b) 30~90중량부,
    탄소수 10이상의 설폰산 알칼리 토류 금속염 또는 알킬 페놀의 알칼리 토금속 화합물 및 탄소수 10이상의 알킬 살리실산의 알칼리 토류 금속염 혼합물을 포함하는 알칼리 토류 금속염 혼합물(c)을 1~10중량부를 포함하되,
    다환 방향족 탄화수소가 3중량부 이하, 인화점 250℃이상, 60℃ 점도 80~120mm2/s, 방향족분 20중량부 이하, 아닐린점 90℃ 이하인 것을 특징으로 하는 고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 따른 상기 고도정제 광유계 아스팔트 재생첨가제를 포함하는 재생아스팔트 콘크리트.
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