KR101952335B1 - 아스팔트 개질제 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이중결합을 사이드 사슬로 갖는 폴리올레핀과 유황의 반응 생성물인 개질 유황을 포함하는 아스팔트 개질제, 상기 아스팔트 개질제 제조방법, 이를 포함하는 아스팔트 콘크리트 조성물 제조방법 및 그 조성물을 제공한다.

Description

아스팔트 개질제 조성물 및 그 제조방법{ASPHALT MODIFIER AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}
본 발명은 유황을 포함하는 아스팔트 개질제 및 아스팔트 개질제 제조방법에 관한 것이다.
종래의 도로 포장 방법은 크게 흔히 아스팔트 포장으로 불리는 아스팔트 콘크리트('아스콘'이라고도 불림) 포장과 흔히 콘크리트 포장으로 불리는 시멘트 콘크리트 포장으로 구분된다.
그 중 아스팔트 포장은 아스팔트를 사용하여 표면을 덮은 도로 포장을 가리키며, 도로의 교통량, 교통 하중, 노반 지지력 등에 따라 목적에 맞게 자유로이 포장할 수 있다. 또한, 아스팔트 포장은 연성 포장으로서 소음 및 저항이 적고 방수성이 크며 먼지 등이 잘 일어나지 않고, 공사 후 즉시 차량의 통행이 가능하다는 등의 이점이 있어, 현재 도로 포장에 널리 사용되고 있다.
반면, 마모성 및 소성 변형이 크므로 콘크리트 포장에 비해 사용 기간이 짧고, 또 유지 관리비가 많이 소요되는 단점이 있다. 이러한 아스팔트 포장의 이점은 더욱 향상시키면서도 그 단점을 해결하는 것이 요구된다.
이에, 최근 유황을 콘크리트 개질제로 사용하여 종래의 아스팔트 포장에서 나타나는 문제점을 해결하고자 다양한 시도가 되어 왔다. 그 중 하나의 기술로서, 유황을 디시클로펜타디엔(dicyclopentadiene, DCPD)으로 개질하여 아스팔트 포장의 단점을 해결하고자 하는 시도가 있었다.
그러나, 종래 유황을 개질하는데 개질제로 사용된 DCPD는 악취를 발생시켜 작업 환경을 열악하게 함은 물론, 이에 의해 개질하더라도 얻어진 개질 유황의 냄새가 심하다. 또, 종래의 개질 유황 결합재로 개질된 아스팔트의 경우, 연신성이 낮고, 골재와의 부착성이나 포장의 신축성이 좋지 못한 문제가 있다.
또한, 이와 같이 아스팔트 개질제로서 유황을 SBS(스티렌 부타디엔 스티렌)에 반응시킨 유황 개질 SBS(유황 개질 폴리머)를 사용하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 유황 개질 폴리머에서 폴리머가 SBS 단독 사용한 개질제인 경우에는 취성 변형, 즉, 아스팔트의 부러짐 현상이 발생할 가능성이 높다.
본 발명은, 종래 개질 유황 결합재를 제조함에 있어서 디시클로펜타디엔을 사용함으로써 발생되는 냄새를 없애고, 개질 아스팔트의 연신성을 개선시킬 수 있는, 유황 개질 폴리머 및 이를 포함하는 아스팔트 개질제 조성물, 개질 아스팔트 조성물 및 아스팔트 콘크리트 조성물을 제공하고자 한다.
나아가, 본 발명은 일 구현예로서, 취성 변형의 발생이 현저히 개선된 유황 개질 폴리머 및 이를 포함하는 아스팔트 개질제 조성물, 개질 아스팔트 조성물 및 아스팔트 콘크리트 조성물을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 상기 유황 개질 폴리머 제조방법 및 아스팔트 개질 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 상기한 과제에 한정되지 않으며, 본 발명의 명세서 내에 기재된 사항으로부터 얻어지는 다양한 결과의 적어도 하나를 얻고자 하는 것을 해결하고자 하는 일 과제로 한다.
본 발명은 아스팔트 개질제를 제공하며, 본 발명에서 제공되는 아스팔트 개질제는 스티렌 부타디엔 스티렌 블록 공중합체(SBS); 폴리부텐, 폴리이소부틸렌, 폴리에틸렌(PE) 및 에틸렌베닐아세테이트(EVA)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 폴리머; 및 유황이 반응하여 된 것이다.
상기 아스팔트 개질제는 스티렌 부타디엔 스티렌 블록 공중합체(SBS) 50 내지 80중량%, 상기 폴리머 10 내지 40중량% 및 유황 10 내지 30중량%로 구성된다.
상기 폴리에틸렌은 HDPE, LDPE, LLDPE 또는 이들의 2 이상의 혼합물일 수 있다.
상기 아스팔트 개질제는 소석회, 규조토 및 점도 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있으며, 이들은 스티렌 부타디엔 스티렌 블록 공중합체(SBS), 상기 폴리머, 및 유황의 합계 100중량부에 대해 0.1 내지 15중량부의 함량일 수 있다.
상기 아스팔트 개질제는 왁스 및 폐타이어 분말 중 적어도 하나를 스티렌 부타디엔 스티렌 블록 공중합체(SBS), 상기 폴리머, 및 유황의 합계 100중량부에 대해 각각 5 내지 30중량부의 함량으로 더 포함할 수 있다.
상기 왁스는 중량평균분자량이 1,000~100,000이며, 연화점이 100~300이고, 150에서의 점도가 10~250cps인 것을 사용할 수 있다.
상기 유황은 유황 단체, 폴리머화된 유황, DCPD로 개질된 유황 및 디시클로펜타디엔(dicyclopentadiene)로 개질된 고무가 결합된 유황으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
상기 스티렌 부타디엔 스티렌 블록 공중합체(SBS), 상기 폴리머 및 유황의 합계 100중량부에 대해 가황촉진제를 0.01 내지 1중량부의 함량으로 더 포함할 수 있다.
본 발명은 스티렌 부타디엔 스티렌 공중합체(SBS), 폴리부텐, 폴리이소부틸렌, PE 및 EVA로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 폴리머, 유황을 혼합하고, 120-160℃에서 반응시켜 아스팔트 개질제를 제조하는 단계를 포함하는 아스팔트 개질제 제조방법을 또한 제공한다.
나아가, 본 발명은 폴리부텐, 폴리이소부틸렌, PE 및 EVA로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 폴리머 및 유황을 혼합하고, 120-160℃에서 반응시켜 유황 개질된 폴리머를 제조하는 단계 및 상기 유황 개질된 폴리머를 스티렌 부타디엔 스티렌 공중합체(SBS)와 혼합하고, 120-160℃에서 반응시켜 유황 개질 폴리머를 제조하는 단계를 포함하는 아스팔트 개질제 제조방법을 제공한다.
본 발명의 아스팔트 개질제는 종래의 SBS 단독의 아스팔트 개질제에 비하여 SBS의 함량이 적어 저렴하고, SBS의 함량이 적음에도 불구하고 아스팔트 개질제로서의 성능을 유지한다.
본 발명에 따른 아스팔트 개질제는 아스팔트의 흐름성을 개선하여 아스팔트 개질 작업의 작업성을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 이하에서 설명하는 실시 형태로 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 SBS, 상기 SBS 이외의 폴리머 및 유황을 반응시킨 아스팔트 개질제를 제공하고자 하는 것으로서, 본 발명에서 제공하는 상기 아스팔트 개질제는 아스팔트의 점도를 낮추는 기능을 제공한다.
이와 같은 아스팔트 개질제로서 종래에는 스티렌부타디엔스티렌(SBS)을 사용하여 왔다. 이러한 SBS는 아스팔트 콘크리트의 마샬 안정성을 향상시켜 소성변형을 방지하는 역할을 제공하였다. 그러나, 상기 SBS는 고가로서, 아스팔트 개질에 많은 비용을 초래한다. 또한, 아스팔트에 SBS를 첨가함에 따라 아스팔트의 점도가 높아져 작업성을 현저히 저하시키는 문제를 야기하고 있다.
이에, 본 발명은 SBS의 일부를 다른 저렴한 성분으로 대체함으로써 원가를 절감하고, 나아가, SBS를 단독으로 사용하는 경우에 얻을 수 있는 효과를 유지하면서 아스팔트의 점도를 낮춰 작업성이 우수한 아스팔트 개질제를 제공하고자 한다.
본 발명은 상기한 바와 같이, SBS에 SBS 이외의 폴리머 및 유황를 반응시켜 아스팔트 개질제를 제조한다.
본 발명에서 사용될 수 있는 SBS 이외의 폴리머(이하, 편의상 단순히 '폴리머'라고도 한다.)로는 폴리부텐, 폴리이소부틸렌, 폴리에틸렌(PE) 및 에틸렌비닐아세테이트(EVA)를 들 수 있다. 이들 폴리머는 고가의 SBS를 대체할 수 있는 것으로서, 원가를 절감할 수 있음은 물론, SBS를 대체하더라도 SBS 단독으로 사용할 때의 성능을 유지할 수 있다.
상기 폴리에틸렌은 특별히 한정하지 않으며, HDPE, LDPE, LLDPE를 사용할 수 있다. 또한, PE는 신규 PE는 물론, 재생 PE, 폐 PE도 적합하게 사용될 수 있다.
상기 폴리부텐, 폴리이소부틸렌, 폴리에틸렌 또는 에틸렌비닐아세테이트는 아스팔트 콘크리트의 균열 저항성을 향상시키는 기능을 하는 것으로서, 이들을 단독으로 사용할 수 있음은 물론, 이들을 혼합하여 사용할 수도 있다.
상기 폴리부텐, 폴리이소부틸렌, PE 또는 EVA는 본 발명에서 제공되는 아스팔트 개질제로서 SBS, 폴리머 및 유황의 합계 100중량%에 대하여 10 내지 40중량%의 함량으로 포함할 수 있다. 10중량% 미만이면 SBS를 대체로 인한 원가 절감효과가 적고, 40중량%를 초과하면 SBS의 함량이 상대적으로 지나치게 감소하여 개질제로서의 품질이 저하하게 된다. 이로 인해 저온에서 파괴되는 온도가 높아져 저온 성능이 저하되거나, 또는 고온에 노출시 아스팔트가 점성을 띄게 되는 등 고온에서의 유지 성능이 저하하게 된다. 이는 결국 아스팔트 개질제로서의 등급을 낮추는 원인으로 작동한다.
본 발명의 아스팔트 개질제는 유황을 포함한다. 상기 유황은 특별히 한정하지 않으며, 일반적으로 사용되는 것이라면 본 발명에서도 적합하게 사용할 수 있다. 일반적으로 유황은 융점 119 이상의 온도에서 융해되고 상온에서 고체인 특성을 갖는 물질로서, 이와 같은 일반적인 유황의 성질을 갖는 것이라면, 본 발명에서도 적합하게 사용할 수 있는 것으로서, 특별히 제한되지 않는다.
이러한 유황으로는, 예를 들어, 천연 유황 또는 석유나 천연 가스의 탈황에 의해 생성된 유황 단체 등을 들 수 있다. 나아가, 본 발명에서는 상기 유황을 DCPD 등에 의해 유황의 일반적인 성질이 개질된 개질 유황을 사용할 수도 있다. 또한, 150℃ 이상의 온도로 용융한 후에 냉각함으로써 형성된 폴리머화된 유황을 사용할 수 있다. 이때, 유황의 폴리머화를 위한 용융은 겔화 방지를 위하여 180℃를 넘지 않는 것이 바람직하다. 나아가, 유황을 디시클로펜타디엔(DCPD) 등으로 개질된 고무가 결합되어 개질된 유황을 사용할 수도 있다.
상기 유황은 덩어리 형태의 고상 유황을 용융하여 사용할 수 있음은 물론, 분말화하여 사용할 수도 있다.
이와 같은 유황은 아스팔트 개질제에서 SBS의 함량을 감소시키는데 기여하여, 원가절감 효과를 제공하며, 또한, 아스팔트 개질제의 흐름성을 개선하는 역할을 수행한다. 즉, 점성을 낮추어 아스팔트 작업성을 개선하는데 기여한다. 또한, 골재 등에 대한 접착성을 향상시키는 기능을 제공하며, 유황에 의해 아스팔트가 개질됨으로써 이러한 아스팔트를 포함하는 콘크리트가 물에 노출되더라도 안정성을 유지할 수 있으며, 따라서 내구성을 향상시킬 수 있다.
상기 유황은 상기 아스팔트 개질제 100중량%에 대하여 10 내지 30중량%의 함량으로 포함되는 것이 바람직하다. 유황의 함량이 10중량% 미만이면 상대적으로 SBS의 첨가량이 증가하여 원가절감 효과가 적으며, 유황의 사용으로 인한 흐름성 개선이나 수분 저항성 향상 등의 효과를 충분히 얻을 수 없으며, 30중량%를 초과하면 아스팔트의 흐름성이 지나쳐 오히려 작업성을 저하시킬 수 있으며, 마샬 안정도가 낮아져 아스팔트의 변형이 발생할 수 있는 문제가 있다.
본 발명은 아스팔트 개질제로서 일반적으로 사용되고 있는 SBS에 폴리부텐, 폴리이소부틸렌, PE 및 EVA 중 어느 하나 이상을 유황과 함께 첨가하여 반응시킴으로써 SBS의 사용량을 감소시켜 원가절감을 도모함은 물론, 아스팔트 개질제의 단점을 개선하고자 하는 것이다. 이러한 본 발명의 아스팔트 개질제는 유황과 폴리올레핀, SBS의 반응에 의해 얻을 수 있는 것으로서, SBS에 유황을 먼저 반응시킨 후에 폴리부텐, 폴리이소부틸렌, PE 및 EVA 등의 폴리머를 반응시켜 제조할 수 있음은 물론, 상기 폴리부텐, 폴리이소부틸렌, PE 및 EVA 등의 폴리머에 유황을 먼저 반응시키고, 후에 SBS를 반응시킬 수도 있다. 상기 반응은 유황과 SBS, 폴리머를 용융하여 반응시키는 것으로서 특별히 한정하지 않는다.
예를 들어, 유황과 SBS의 반응은 유황을 용융시키고, 또한 SBS를 용융시켜 혼합할 수 있으며, 유황과 SBS 중 어느 하나를 용융시키고, 다른 물질은 고상으로 상기 용융된 물질에 혼합함으로써 용융시켜 반응시킬 수 있다. 이후에, 상기 유황으로 개질된 SBS에 폴리부텐, 폴리이소부틸렌, PE 및 EVA 등의 폴리머를 첨가하여 용융시켜 반응시킬 수 있다.
다른 구현예로서, 유황과 폴리부텐, 폴리이소부틸렌, PE 및 EVA 등의 폴리머를 먼저 반응시켜 상기 폴리머를 유황으로 개질하고, 여기에 SBS를 반응시켜 유황 개질 폴리머를 제조할 수 있다. 유황과 폴리올레핀의 반응은 상기 SBS와 유황을 반응시키는 경우와 동일한 방법으로 ?I행할 수 있는 것으로서, 특별히 한정하지 않는다. 이후에, SBS를 혼합하여 유황으로 개질된 폴리부텐, 폴리이소부틸렌, PE 및 EVA 등의 폴리머와 반응시켜 본 발명의 아스팔트 개질제를 제조할 수 있다.
또 다른 구현예로서는 상기 유황, SBS 및 폴리부텐, 폴리이소부틸렌, PE 및 EVA 등의 폴리머를 한꺼번에 혼합하여 개질반응을 수행할 수 있다.
상기 유황과 SBS, 폴리머의 반응은 특별히 한정하는 것은 아니지만, 120 내지 160℃의 온도범위에서 용융하여 1 내지 30분, 예를 들어, 1 내지 20분 등의 시간동안 반응시킴으로써 아스팔트 개질젤을 제조할 수 있다.
상기와 같은 방법으로 본 발명의 아스팔트 개질제를 제조할 수 있으며, 이에 의해 얻어진 아스팔트 개질제는 아스팔트 콘크리트의 저온 및 고온에서의 연신성, 특히 저온에서 아스팔트의 연신성이 급격히 저하하는 문제를 억제할 수 있어 아스팔트의 등급을 개선할 수 있다. 나아가, 이와 같은 고품질을 구현하면서도 고가의 SBS 사용량을 줄일 수 있어, 원가 절감에 기여한다.
또한, 본 발명에 따른 아스팔트 개질제로 개질된 아스팔트는 골재의 혼합시 작업성을 또한 향상시킬 수 있고, 또 아스팔트와 골재의 인터로킹을 향상시킬 수 있어, 아스팔트 콘크리트의 내구성 및 내화학성을 향상시킬 수 있다. 나아가, 아스팔트 콘크리트의 수분에 대한 저항성을 향상시킬 수 있다.
상기 유황과 폴리부텐, 폴리이소부틸렌, PE 및 EVA 등의 폴리머를 반응시킴에 있어서는 이들의 가교반응촉진을 위해 가황촉진제를 더 포함할 수 있다. 고무 분자간의 가교 구조를 형성하여 고무의 탄성을 조절함으로써 개질 아스팔트의 연신성을 조절할 수 있는 역할을 한다. 상기 가황 촉진제는 일반적으로 사용되는 것이라면 본 발명에서도 적합하게 사용할 수 있으며, 예를 들어, 구아니딘류, 티오산염류, 이소티오요소염류 및 아민류 등을 들 수 있으나, 아민류를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
상기 가황 촉진제는 SBS, 유황 및 상기 폴리머의 합계 100중량부에 대하여 0.01 내지 1중량부의 함량 범위로 첨가된다. 가황 촉진제의 함량이 0.01중량부 미만이면 가황촉진제의 사용으로 인해 얻을 수 있는 효과가 미미하여 가황 반응이 원활히 일어나지 않고, 상기 함량이 1중량부를 초과하면 가교로 인하여 융점 이상에서 용융이 일어나지 않아 균일한 품질의 제품을 제조하는 것이 어렵게 된다.
본 발명의 아스팔트 개질제는 상기 SBS, 유황 및 상기 폴리머에 반응개시제를 포함할 수 있다. 상기 반응개시제로는 DCP(디큐밀포옥사이드), DBP(디벤조일 페옥사이드), MEKP(메틸-에틸-케톤 퍼옥사이드), t-부틸퍼옥시벤조에이트, 디-2-에틸헥실퍼옥시 네오데카노에이트, t-부틸퍼옥시피발레이트, 디-이소프로필퍼옥시디카보네이트, 비스(2,4-디클로로벤조일) 퍼옥사이드, 1,1-비스(t-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸 클로로헥산, 2,5-디메틸-2,5-비스(t-부틸퍼옥시)헥산, t-부틸퍼옥시 네오데카노에이트, t-부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, 디-3-메톡시부틸퍼옥시 디카보네이트, 디-3,5,5-트리메틸헥사노닐 퍼옥사이드, 및 t-부틸퍼옥시 아세테이트(butylperoxy acetate) 등의 유기과산화물, 또는 FeCl3, BCl3, TiCl4, AlCl3 및/또는 SnCl4 등을 포함하는 금속염화물을 반응개시제로 사용할 수 있다. 이들 반응개시제는 어느 하나를 단독으로 사용할 수 있음은 물론, 2 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.
본 발명의 아스팔트 개질제는 상기 SBS, 유황 및 상기 폴리머에 소석회, 규조토 또는 점토를 포함할 수 있다. 이들은 어느 하나를 단독으로 포함할 수 있음은 물론, 2 이상을 동시에 포함할 수도 있다. 상기 아스팔트 개질제인 SBS의 개질 반응은 통상 120 내지 160℃ 범위의 온도에서 수행하는데, SBS는 상기 온도범위에서 쉽게 연소되는 특성이 있다. 이때, 상기 소석회 등을 포함하는 경우에는 SBS가 개질반응 중에 연소되는 성질을 억제하는데 기여한다. 이들은 SBS, 유황 및 상기 폴리머의 합계 100중량부에 대하여 0.1 내지 15중량부의 함량 범위로 첨가될 수 있다.
또한, 본 발명의 아스팔트 개질제는 유황이 첨가됨으로써 아스팔트의 흐름성이 높아지는데, 흐름성이 지나치게 높아지는 경우 오히려 작업성을 저해할 수 있다. 이때, 소석회가 포함되면 점도를 높일 수 있어 과도한 흐름성을 개선할 수 있어, 작업성을 향상시키는 효과를 또한 제공한다.
더 나아가, 본 발명에 의해 얻어진 아스팔트 개질제는 제조된 후에 분말화하는 것이 바람직한데, 상기 분말화를 위한 분쇄과정에서의 분쇄성을 향상시키는 데에도 기여한다.
상기 소석회는 SBS, 유황 및 폴리머의 합계 100중량부의 0.1 내지 15중량부의 함량으로 더 첨가되는 것이 바람직하다. 상기 소석회는 소량이라도 포함되는 것이라면 본 발명에서 소석회 첨가로 인한 소정의 효과를 발휘할 수 있는 것으로서 특별히 한정하지 않는 것으로서, 예를 들어, 0.1중량부 이상 첨가할 수 있다. 한편, 상기 소석회의 첨가량이 15중량부를 초과하는 경우에는 점도가 지나치게 상승하여 작업성을 저해할 수 있다.
나아가, 본 발명의 아스팔트 개질제는 왁스 및 폐타이어 분말 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 상기 왁스는 저온에서의 아스팔트 특성을 개선하는데 기여하는 것으로서, 동결 파괴온도를 보다 낮추어 아스팔트의 저온 등급을 향상시킨다. 한편, 상기 폐타이어 분말은 고온에서의 특성을 보다 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 아스팔트가 점성을 띄게 되는 온도 범위를 보다 높이는데 기여한다.
상기 왁스 및 폐타이어 분말은 필요에 따라 어느 하나만을 첨가할 수 있음은 물론, 이들을 모두 첨가할 수 있는 것으로서, 상기 왁스 및 폐타이어 분말은 각각 유황 및 폴리부텐, 폴리이소부틸렌, PE 및 EVA 등의 폴리머의 합계 100중량의 5 내지 30중량부의 함량으로 첨가할 수 있다. 5중량부 미만이면 폴리머와 유황의 혼합물 내에서 계면활성제로서의 역할을 수행하기에 부족하다. 한편, 상기 왁스는 상기한 바와 같이, 폴리머와 유황의 균일한 혼합을 위한 것이나, 지나치게 많으면 오히려 폴리머와 유황의 반응을 방해할 수 있는바, 30중량부를 초과하여 첨가되는 것은 바람직하지 않다.
본 발명에 있어서 상기 왁스는, 예를 들어, 중량평균분자량이 1,000~100,000이고, 연화점이 100~300, 예를 들어, 100 내지 200, 100 내지 250이며, 150에서의 점도가 10~250cps, 예를 들어, 10 내지 100cps, 10 내지 200cps인 것을 사용할 수 있다.
상기 왁스는 통상 20 내지 150에서 녹는 성질을 갖는 것을 사용할 수 있다. 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, 석유 파라핀, 피셔-트롭쉬 파라핀, 아미드 왁스, 몬탄 왁스, 폴리에틸렌계 왁스, 폴리프로필렌계 왁스 등의 폴리머 왁스 또는 글리세롤의 에스테르를 들 수 있고, 식물성 왁스도 적합하게 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 폐타이어 분말은 차량용 폐타이어를 재생한 합성수지고무 분말로서 고무계 수지 폴리머인 EPDM이다. 일반적으로 폐타이어를 첨가한 아스팔트는 일반아스팔트(AP-5)에 비해 고온에서 높은 점도와 저온에서 낮은 강성을 갖게 되는데, 고온에서 높은 점도 유지는 교통하중에 의해 발생되는 높은 응력과 변형에 대해 저항하는 힘이 커서 소성변형의 발생을 억제하며, 저온에서 낮은 강성은 온도균열에 대한 저항성을 크게 한다.
본 발명에 사용한 폐타이어 미세분말은 평균입도가 70메쉬(211㎛) 내지 200메쉬(75㎛) 범위의 미세분말을 사용할 수 있다. 평균입도가 일정크기 범위를 벗어나 크게 된다면 아스팔트 혼합물의 공극을 채우고 있던 EPDM 입자의 팽창으로 인해 고무계 수지 폴리머로서의 역할을 수행할 수 없게 된다. 물론 아스팔트 공용성 등급시험을 위한 개질 작업도 어려워 시험 수행이 되지 않는 어려움이 있다. 반면에 평균입도가 일정 크기보다 더 작게 되면 개질아스팔트 혼합물을 제조 시 아스팔트와의 혼화성을 높여 조기에 개질효과를 얻을 수 있다는 장점은 있지만 EPDM 미세분말의 부피 및 비산 등에 의한 작업환경 열화와 원가 상승으로 인하여 경제성에 대한 문제점이 발생하는 단점이 있다.
본 발명의 아스팔트 개질제는 고무 배합유를 또한 포함할 수 있다. 상기 고무 배합유는 상기 폐타이어 고무분말의 고무분자 속에 침투하여 고무물성에 연화작용과 윤활작용을 활성화시킴으로써 분산력을 향상시키기 위한 것으로서, 이러한 고무 배합유(150)는 아로마틱계(Ca), 파라핀계(Cp) 및 스테아린산계 중에서 1 내지 2종을 사용할 수 있다.
상기 Ca(아로마틱계) 고무 배합유는 천연고무, 재생고무, SBR 등을 사용하며, 모든 고무에 들어가는 기름은 고무분자 속에 침투하여 팽윤성이나 고무물성에 연화작용과 윤활 작용을 한다. 또한, Cp(파라핀계) 고무 배합유는 생고무, SBR에 일부 사용될 수 있다. 또한, 스테아린산계 고무 배합유는 동물유지 및 식물유지를 원료로 산화제를 가하여 만든 고형체 물질로서, 고무원료 100중량%에 5중량% 이상 투입될 수 있다.
나아가, 산화방지제를 또한 포함할 수 있다. 상기 산화방지제는 상기 폐타이어 고무분말의 노화를 방지하는 역할을 수행한다. 상기 폐타이어 고무분말은 산소, 오존, 알칼리, 자외선, 풍속 등에 의하여 노화현상이 발생할 우려가 있으므로, 상기 폐타이어 고무분말의 고무 100중량%에 대해서 1~2중량% 정도의 산화방지제를 사용할 수 있다. 여기서, 산화방지제는 아민계 산화방지제 및 페놀계 산화방지제 중에서 1 내지 2종을 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명의 아스팔트 개질제는 필요에 따라서 카본블랙(Carbon Black)을 또한 포함할 수 있다. 상기 카본블랙은 공업적으로는 천연가스, 타르 등을 불완전연소시켜 생긴 그을음을 모으거나, 그것들을 열분해하여 제조되는 것을 사용할 수 있다. 상기 카본블랙은 폐타이어 미세분말의 노화된 물성을 회복안정화 시킴과 동시에 아스팔트 혼합물의 검은 색상 그대로 유지시키는데 기여한다. 입자가 미세한 사슬 모양의 결합이 없는 것이 적합하며, 상기 평균입도가 100메쉬(152㎛) 내지 200메쉬(75㎛)인 카본블랙 분말을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 아스팔트 개질재는 필요에 따라 플랜트 믹싱 타입으로 제조되기 위하여 프로세스오일을 또한 포함할 수 있다. 상기, 상기 프로세스오일은 아스팔트로의 SBS 용해성을 개선하여 SBS의 용해를 신속하게 수행하는데 기여할 수 있다. 상기 프로세스 오일은 파라핀 오일, 나프텐계 오일, 방향족계 오일 등이 있으며, 특히 방향족계 오일은 상기 SBS의 PS(폴리스티렌) 도메인을 약화시켜 SBS의 용해성을 개선하는 효과가 우수하여 보다 바람직하다. 상기 프로세스 오일은 본 발명의 SBS, 상기 폴리머 및 유황의 합계 100중량부에 대해 8 내지 12중량부의 함량으로 포함할 수 있다.
나아가, 본 발명의 아스팔트 개질제는 아스팔트 콘크리트 생산시 플랜트 믹싱방식에서 빠르게 반응하여 용해속도를 더욱 증진시키기 위하여 석유수지를 첨가할 수 있다. 상기 석유수지는 점착부여수지의 일종으로 아스팔트의 접착력과 고온 물성인 연화점, 점도 등을 개선시키는 기능을 수행한다. 본 발명에 적용가능한 석유수지의 종류로는 로진계 수지, C5 수지, C9 수지, 테레펜 수지 등이 있으며, 연화점이 90~150도인 것이 적당하다. 이러한 석유수지는 SBS, 상기 폴리머 및 유황의 합계 100중량부에 대해 22중 내지 27중량부의 함량으로 첨가할 수 있다.
본 발명에 의해 얻어진 아스팔트 개질제는 아스팔트 100중량부에 대하여 1 내지 15중량부의 함량으로 사용하는 것이 바람직하다. 상기 아스팔트 개질제의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우에 고온 및 저온에서의 아스팔트 콘크리트의 연신성 개선효과를 얻을 수 있다. 특히, 저온에서 아스팔트의 연신성이 급격히 저하하는 문제 및 고온에서의 소성변형이 발생하는 문제를 방지할 수 있다. 또한, 수분에 대한 저항성이 우수하고, 골재에 대한 부착성을 개선할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 아스팔트 개질제는 통상적인 방법에 의해 아스팔트에 혼합하여 개질할 수 있는 것으로서, 특별히 한정하지 않는다. 예를 들면, 상기 아스팔트를 용융하고, 상기 용융된 아스팔트에 상기 아스팔트 개질제를 첨가할 수 있으며, 고상으로 첨가할 수 있다.
상기 아스팔트의 용융은 열풍건조기에 넣어 유동성을 갖도록 용융할 수 있다. 이때, 상기 열풍건조기에 의해 유동성을 갖도록 하기 위한 온도는 160 이상으로 가열하여 수행할 수 있다.
이때, 상기 용융 아스팔트에 아스팔트 개질제를 첨가함에 있어서, 상기 아스팔트는 용융상태를 유지하는 것이 작업성 향상 및 아스팔트 개질제와의 양호한 혼합에 바람직한바, 160 이상, 예를 들어, 160 내지 180의 온도범위로 유지되는 것이 바람직하다.
나아가, 상기와 같은 유동성을 갖는 아스팔트에 상기 아스팔트 개질제를 혼합함에 있어서, 상기 아스팔트 개질제 역시 용융 상태에서 혼합하는 것이 바람직하다. 본 발명의 아스팔트 개질제는, 120 이상, 120 내지 160의 온도에서 용융되는 특성을 갖는 것으로서, 상기 용융온도 이상의 온도로 가열하여 용융시킨 후에 아스팔트와 혼합할 수 있다.
한편, 본 발명의 아스팔트 개질제는 고상으로 용융 아스팔트에 첨가할 수 있다. 이때, 상기 아스팔트 개질제는 덩어리 상태로 첨가할 수 있음은 물론, 분말화하여 첨가할 수도 있다. 상기 아스팔트 개질제를 분쇄 등의 방법에 의해 분말화하여 첨가하는 경우에는 아스팔트 내에서 용융되는 속도를 향상시킬 수 있어, 보다 바람직하다. 상기 아스팔트에 아스팔트 개질제를 첨가한 후에 예를 들어, 1 내지 4시간 정도 고전단력의 교반기로 균질 혼합시킬 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에서 제공하는 일 구현예에 따른 아스팔트 개질제를 포함함으로써 아스팔트의 저온 및 고온에 따른 특성이 개선된 개질 아스팔트를 얻을 수 있다.
본 발명의 개질 아스팔트는 필요에 따라서 냄새 제거제를 포함할 수 있다. 상기 냄새제거제는 현장 시공시 또는 생산 과정에서 발생되는 아스팔트 특유의 냄새를 제거하도록 첨가된다. 특히, 아스팔트 혼합물 생산시 가장 많은 냄새를 유발한다고 알려져 있고, 아스팔트 포장 현장에서도 시공자 및 주변도심에 불쾌감을 주고 있다. 이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 개질 아스팔트는 냄새의 근원이 되는 원자재인 아스팔트의 냄새를 개선함으로써 고객의 불쾌감을 덜고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 냄새 제거제는 100% 천연식물(200여종)에서 추출한 에센셜 오일의 피톤치드 성분으로서, 인체에 무해하며, 악취원인 물질을 정전기적으로 결합하여 유기염 형태로 변화시켜 악취를 분해할 수 있고, 이때, 희석율이 높아 적은 비용으로 냄새를 제거할 수 있는데, 상기 냄새 제거제는 200ppm 내지 5,000ppm의 희석율을 갖는다. 여기서, 피톤치드(Phytoncide)는 숲 속의 식물들이 만들어 내는 살균성을 가진 모든 물질을 통틀어 지칭하는 말로서, 테르펜이라는 물질을 주성분으로 한다.
이에, 상기 개질된 아스팔트를 골재와 혼합하여 아스팔트 콘크리트를 제조하면 우수한 연신성을 얻을 수 있으며, 또 저온 및 고온에서도 우수한 물성을 얻을 수 있다. 또한, 수분에 강하고, 골재에 대한 부착성이 우수하여, 고품질의 아스팔트 콘크리트를 얻을 수 있다.
이때, 상기 개질 아스팔트는 골재 100중량부에 대하여 통상적으로 사용되는 배합비에 따라 혼합하여 사용할 수 있으며, 예를 들어, 상기 개질 아스팔트는 4 내지 10중량부의 함량으로 상기 아스팔트 개질제가 적용할 수 있다.
상기 골재는 아스팔트 콘크리트 제조에 있어서 일반적으로 사용되는 것이라면 본 발명에서도 적합하게 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 골재는 모래, 자갈, 쇄석을 들 수 있으며, 또한 재활용이 가능한 산업 폐기물, 석탄회, 규사, 실리카, 석영분, 점토 광물 및 유리 분말 등 다양한 종류가 가능하다.
또한, 상기 아스팔트 콘크리트 조성물은 에폭시(epoxy) 수지, MMA(Methyl Methacrylate) 수지, 라텍스(latex) 수지와 같은 수지도 포함될 수 있다.
상기 아스팔트 콘크리트 조성물은 또한 광물성 분말로서 천연 골재, 인공 골재, 슬래그(slag), 석탄재, 플라이 애쉬(fly ash), 실리카흄(silica fume) 등 다양한 광물성 미분말을 더 포함할 수도 있다. 상기 광물성 미분말은 입경이 70㎛ 이하의 것을 들 수 있다. 이러한 광물성 미분말은 개질 유황 결합재 100중량부에 대하여 20 내지 50중량부의 함량을 포함할 수 있다.
본 발명의 개질 아스팔트 콘크리트 조성물은 상기한 바와 같이, 용융 아스팔트에 아스팔트 개질제를 혼합하여 아스팔트를 개질하고, 이를 골재와 함께 혼합함으로써 아스팔트 콘크리트를 제조할 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 아스팔트 개질제에 의해 개질된 아스팔트를 포함하는 아스팔트 콘크리트 조성물은 종래에 비하여 고온 및 저온에서의 온도 특성을 개선할 수 있다.
이로 인해, 또한, 차량 주행시 소음 및 저항을 더욱 줄일 수 있으며, 또한, 수분에 대한 저항성을 더욱 증가시키며 경화 속도가 증가되어 아스팔트 포장의 장점 중 하나인 도로 공사 후 즉시 차량의 통행이 가능함은 물론, 저온 및 고온에 대한 강한 내구성을 인해 아스팔트 포장의 수명을 연장할 수 있어 보다 바람직하다.
이상에 기재한 바와 같이 본 발명을 설명하였으나, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기재 사항으로부터 본 발명의 기술사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
실시예
본 발명을 이하의 실시예를 들어 보다 구체적으로 설명한다. 이하의 실시예는 본 발명의 일 구현예에 대한 예시로서, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 4
SBS, LDPE 및 유황을 표 1에 나타낸 바와 같은 함량(중량%)으로 혼합하고, 이들을 130 내지 150℃에서 용융한 후 약 20분 동안 반응시키고, 반응 중에 SBS, LDPE 및 유황의 합계 100중량부에 대하여 소석회를 표 1에 나타낸 바와 같은 함량(중량부)으로 첨가하여 아스팔트 개질제를 제조하였다.
한편, 상기 반응 중에 상기 SBS, LDPE 및 유황의 합계 100중량부에 대하여, 왁스 또는 폐타이어 분말(CMR)을 표 1에 나타낸 바와 같은 함량(중량부)으로 첨가하였다.
이에 의해 아스팔트 개질제를 얻고, 상기 얻어진 아스팔트 개질제를 분쇄하여 아스팔트 개질제 분말을 제조하였다.
아스팔트를 140℃의 온도에서 용융한 후, 상기 아스팔트 개질제 분말을 상기 용융된 아스팔트 100중량부에 대하여 5중량부의 함량으로 첨가하고, 2시간 정도 고전단력의 교반기로 혼합하여 개질 아스팔트를 제조하였다.
실시예 No. SBS LDPE 유황 소석회 왁스 CRM
1 60 30 10 2 - -
2 60 30 10 2 10 -
3 60 30 10 2 - 15
실시예 1 내지 3에서 얻어진 개질 아스팔트에 대하여 물성을 평가하고, 실시예에서 얻어진 결과를 아래 표 2 및 3에 각각 나타내었다. 표 2는 저온 특성을 평가한 결과이며, 표 3은 고온 특성을 평가한 결과이다.
실시예
No.		 측정온도
℃		 측정시간
sec.		 Stiffness
M(MPa)
실측강성		 M Value
(60초 때
기울기)		 Test
Status		 Low service
Temp.(℃)		 Failure
Temp.
(℃)
1 -6 60 45.5577 0.392262 Pass -22 -13
-12 60 106.6937 0.314932 Pass
-13 60 122.3423 0.299373 Pass
2 -6 60 29.4668 -0.107928 Pass -22 -18
-12 60 78.4655 -0.057994 Pass
-17 60 159.7129 -0.236693 Pass
-18 60 184.2349 0.239214 Pass
3 -6 60 58.3753 0.406854 Pass -22 -14
-12 60 176.5695 0.304696 Pass
-13 60 182.8938 0.295982 Pass
실시예
No.		 온도
℃		 G*/Sinδ Test
Status		 High service
Tepm.(℃)		 Failure
Temp.(℃)
1 64 4.63 Pass 76 78.0
70 2.32 Pass
76 1.22 Pass
82 0.66 Pass
2 64 3.63 Pass 76 78.58
70 1.99 Pass
76 1.25 Pass
82 0.74 Pass
3 64 3.67 Pass 88 96.1
70 2.73 Pass
76 2.17 Pass
82 1.76 Pass
88 1.38 Pass

Claims (13)

  1. 스티렌 부타디엔 스티렌 블록 공중합체(SBS) 50 내지 80중량%;
    폴리부텐, 폴리이소부틸렌, 폴리에틸렌(PE) 및 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 중 적어도 하나의 폴리머 10 내지 40중량%; 및
    유황 10 내지 30중량%
    를 포함하는 아스팔트 개질제 조성물의 반응에 의해 얻어진 것으로서, 상기 아스팔트 개질제 조성물 100중량부에 대하여 소석회, 규조토 및 점토로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나를 0.1 내지 15중량부의 존재하에서 반응하여 된 아스팔트 개질제.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 폴리에틸렌은 HDPE, LDPE, LLDPE 또는 이들의 2 이상의 혼합물인 아스팔트 개질제.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 왁스 및 폐타이어 분말 중 적어도 하나를 스티렌 부타디엔 스티렌 블록 공중합체(SBS); 폴리부텐, 폴리이소부틸렌, PE 및 EVA 중 적어도 하나의 폴리머; 및 유황의 합계 100중량부에 대해 각각 5 내지 30중량부의 함량으로 더 포함하는 것인 아스팔트 개질제.
  9. 제8항에 있어서, 상기 왁스는 중량평균분자량이 1,000~100,000이며, 연화점이 100~300℃이고, 150℃에서의 점도가 10~250cps인, 아스팔트 개질제.
  10. 제1항에 있어서, 상기 유황은 유황 단체, 폴리머화된 유황, DCPD로 개질된 유황 및 디시클로펜타디엔(dicyclopentadiene)로 개질된 고무가 결합된 유황으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나인 아스팔트 개질제.
  11. 제1항에 있어서, 상기 스티렌 부타디엔 스티렌 블록 공중합체(SBS); 폴리부텐, 폴리이소부틸렌, PE 및 EVA 중 적어도 하나의 폴리머; 및 유황의 합계 100중량부에 대해 가황촉진제를 0.01 내지 1중량부의 함량으로 더 포함하는 아스팔트 개질제.
  12. 스티렌 부타디엔 스티렌 공중합체(SBS) 50 내지 80중량%; 폴리부텐, 폴리이소부틸렌, PE 및 EVA 중 적어도 하나의 폴리머 10 내지 40중량%; 및 유황 10 내지 30중량%를 혼합하여 아스팔트 개질제 조성물을 제조하고,
    상기 아스팔트 개질제 조성물 100중량부에 대하여 소석회, 규조토 및 점토로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나를 0.1 내지 15중량부 첨가한 후에 120-160℃에서 반응시켜 아스팔트 개질제를 제조하는 단계를 포함하는 아스팔트 개질제 제조방법.
  13. 폴리부텐, 폴리이소부틸렌, PE 및 EVA 중 적어도 하나의 폴리머 및 유황을 혼합하고, 120-160℃에서 반응시켜 유황 개질된 폴리머를 제조하는 단계; 및
    상기 유황 개질된 폴리머를 스티렌 부타디엔 스티렌 공중합체(SBS)와 혼합하고, 120-150도에서 반응시켜 유황 개질 폴리머를 제조하는 단계
    를 포함하며, 상기 스티렌 부타디엔 스티렌 블록 공중합체는 50 내지 80중량%이고, 상기 폴리머는 10 내지 40중량%이고, 상기 유황은 10 내지 30중량%이며,
    상기 유황개질 폴리머를 제조하는 단계는 스티렌 부타디엔 스티렌 블록 공중합체, 폴리머 및 유황의 합계 100중량부에 대하여 소석회, 규조토 및 점토로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나를 0.1 내지 15중량부를 첨가하여 수행되는 것인 아스팔트 개질제 제조방법.
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