KR101955156B1

KR101955156B1 - 도로 포장용 바닥재 조성물 및 이를 이용한 시공방법

Info

Publication number: KR101955156B1
Application number: KR1020180082779A
Authority: KR
Inventors: 이영민
Original assignee: 이영민
Priority date: 2018-07-17
Filing date: 2018-07-17
Publication date: 2019-03-06

Abstract

본 발명은 포장재 제조방법 및 그 시공방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 제강슬래그나 규사 같은 무기질 충전재에 아크릴, 우레탄과 같은 유기 바인더를 사용하여 포장한 경우 계면간의 부착이 약하여 발생하는 파손이나, 유연성 부족으로 일어나는 크랙을 방지하고, 속경화이면서 부착성이 뛰어나 내구성이 우수한 도로 포장용 바닥재 조성물 및 이를 이용한 그 시공 방법에 관한 것이다. 본 발명의 도로 포장용 바닥재 조성물은 에폭시 5 내지 20중량%를 포함한 에폭시 변성 폴리우레탄 프리폴리머 조성물(A 용액) 20 내지 50중량%, 커플링제 0.2 내지 2.0중량%를 포함한 아크릴계 조성물(B 용액) 40 내지 70중량% 및 중합개시제 1.0 내지 4중량%로 이루어진 것을 특징으로 하며, 이 조성물을 가지고 프라이머 처리공정 없이 슬래그나 규사와 혼합하여 도로 바닥재로 시공하는 시공방법에 관한 것이다.

Description

도로 포장용 바닥재 조성물 및 이를 이용한 시공방법{Composition of floor materials for road pavement and paving method using the same}

본 발명은 도로 포장용 바닥재 조성물 및 그 시공방법에 관한 것으로서, 구체적으로는, 제강슬래그나 규사 같은 무기질 충전재에 아크릴, 우레탄과 같은 유기 바인더를 사용하여 포장한 경우 계면간의 부착이 약하여 발생하는 파손이나, 유연성 부족으로 일어나는 크랙을 방지하고, 속경화이면서 부착성이 뛰어나 내구성이 우수한 도로 포장용 바닥재 조성물 및 이를 이용한 그 시공 방법에 관한 것이다.

더욱 상세하게 말하자면 본 발명은 에폭시기를 포함한 에폭시 변성 폴리우레탄 프리폴리머를 만들고, 말단에 반응성 아크릴을 공중합 한 후 라디칼 개시제에 의해 경화시켜 저온 및 고온에서 두 개의 유리전이 온도를 갖게 함으로써 겨울철의 저온에서의 유연성 부족으로 인한 크랙을 방지하고, 여름철의 고온에서도 강도를 나타낼 수 있도록 하며, 또한 커플링제를 화학적으로 도입하여 유기바인더와 무기충전재 간에 접착력을 향상시켜 도로 바닥재의 내구성을 향상시키고, 에폭시의 에폭시링이 하도(下道의 기재나 충전재의 필러와 반응하여 계면부착성이 향상된 포장용 바닥재 조성물로서, 궁극적으로는 하도 프라이머 공정이 필요 없는 도로 포장용 바닥재 조성물 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것이다.

메틸메타아크릴레이트를 위주로 한 아크릴계는 내수성, 내후성 및 내마모성이 좋아서 주로 미끄럼 방지재로 많이 사용되고 있는데, 이 용도에 사용되는 아크릴계는 높은 유리전이 온도를 가지고 있어 특히 겨울철의 저온에서 크랙이 많이 발생하고, 이것을 방지하기 위해 유리전이 온도를 낮추면 여름철의 고온에서 강도가 약해져서 내마모성이 떨어진다.

따라서, 유리전이 온도가 높은 단량체와 낮은 단량체를 혼용하여 공중합체로 만드는데 이 공중합체의 유리전이 온도는 통상 20℃이상의 단일 유리전이 온도를 가지므로 특히 겨울철의 낮은 온도에서 신축성이 부족하여 크랙이 발생하고 잘 파손되는 것이 단점이다. 그러나 라디칼 개시제로 경화시키게 되면 반응이 빨라 경화시간이 빠르고, 작업성이 좋아 공사 후 차량 개통시간이 한시간 이내로 빠르다는 장점때문에 아직까지 많이 사용되고는 있으나, 현재 크랙, 탈리, 계면분리, 표면마모 등 내구성에 문제점이 많이 발생하고 있는 실정이다.

국내 특허 제10-1231568호에서는 상기 언급한 문제점을 해결하기 위하여 낮은 유리전이 온도의 아크릴 중합체를 만들어 아크릴 단량체와 혼합하여 사용하는 미끄럼 방지 조성물을 나타내고 있으나, 겨울철 저온에서의 유연성은 떨어진다.

국내 특허 제10-1178588호에서는 슬래그볼 및 규사를 이용하여 우레탄 바인더로 인도 및 자전거도로 포장 시공방법을 예시하고 있으나, 우레탄과 무기계인 슬래그볼, 규사는 계면 접착이 약하여 시간이 경과하면 계면분리, 탈리가 발생하고, 특히 시멘트나 보도블록 같은 하지면에 프라이머 처리를 해야 하는 문제점을 가지고 있다.

국내 특허 제10-1227549호에서는 폴리우레탄 바인더에 제강 슬래그와 천연 규사, 또는 EPR 고무를 충전재로 하는 크랙 방지 포장재에 대한 기술이 공지되어 있으나, 이것 역시 바인더와 충전재간의 계면 접착이 약하여 계면탈리나 파손에 약하다.

국내 특허출원공개공보 제10-2015-0015786호에서는 폴리우레탄에 아크릴을 공중합하여 폴리우레탄 변성 아크릴을 포장재에 적용하는 것을 공지하고 있으나, 부착성이나 접착성이 다소 미흡하여 내구성이 부족한 단점이 있다.

특허 제10-1231568호 특허 제10-1178588호 특허 제10-1227549호 특허출원공개공보 제10-2015-0015786호

현재의 자전거도로, 보행로, 체육시설 등 도로에 포설하는 도막형 포장재는 하도에 프라이머를 처리하며, 그 위에 포장재를 포설한 경우 유연성과 계면접착이 나빠 크랙이 가고 계면탈리가 자주 발생한다. 또한 무기계 충전재와 바인더가 계면접착이 좋지 않아 종종 골재 분리도 발생하고 있다. 이에 본 발명은 유연성을 보완하여 아크릴계 바닥재가 지니는 크랙성을 방지하고, 폴리우레탄 바닥재에서 부족한 부착성 및 내구성을 향상시킨 도로 포장용 바닥재 조성물을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 크랙성을 보완하기 위해 바인더의 유연성을 향상시키는 방법으로 저온과 고온의 두 개의 유리전이 온도를 가지는 폴리우레탄을 공중합하여 크랙을 방지하고자 하며, 에폭시와 커플링제 도입에 의해 유기/무기 부착성을 향상시키면서 라디칼 개시제에 의한 빠른 개통시간인 교통 개방시간(1hr이내)과 시공의 용이함이 가능하도록 하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 바닥재 성능을 향상시키기 위해 사용하는 제강슬래그, 규사 등의 무기질 충전재, 안료 등과 유기 바인더와의 결합력을 올리기 위하여 커플링제를 화학적으로 도입하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 에폭시 변성 폴리우레탄 프리폴리머 중합시 에폭시기를 도입하여 무기질과의 접착력을 올리고, 이를 이용한 현장 시공에서 궁극적으로는 하도에 사용하는 프라이머 공정을 하지 않도록 하여 현장에서의 공정을 줄이는 데 그 목적이 있다. 즉, 도로 하부 지지층인 하도에 부착재인 프라이머를 도포하고 포장재를 시공하고 있으나, 본 발명은 접착성이 우수하여 프라이머와 프라이머 시공 공정을 생략하여 시공효율을 높이는 데 그 목적이 있다.

폴리우레탄계는 신축성이 좋아서 탄성 바닥재에 많이 사용되고 있으며, 크랙 발생은 없지만 강도가 아크릴계에 비해 약하고 내수성이 약해서 잘 침수되는 하천에 있는 도로나 차량이 다니는 도로에 취약한 단점이 있으므로 아크릴계와 조합하는 것이 좋다. 그러나 아크릴계는 라디칼 중합이고, 폴리우레탄계는 부가 중합으로 반응 시스템이 달라 단순히 혼합해서는 안되고 화학적 결합을 시키는 것이 필요한데 에폭시, 폴리올, 디이소시아네이트를 반응시켜 먼저 에폭시 변성 폴리우레탄 프리폴리머를 제조하고 말단에 반응형 아크릴 단량체를 반응시킨 후 이것을 아크릴계와 혼합하여 라디칼 반응시키면 두 계가 공중합하게 된다.

에폭시 변성 폴리우레탄 프리폴리머 합성 시에는 수산기를 가진 에폭시기를 도입하여 제조하는데, 에폭시기의 수산기는 디이소시아네이트와 랜덤하게 반응하고, 이렇게 제조된 에폭시 변성 폴리우레탄 프리폴리머는 저온과 고온에서 두 개의 유리전이 온도(Tg)를 갖게 되고 여기에 라디칼 중합 시에 커플링제를 화학적으로 도입하면 충전재로 사용하는 규사, 제강슬래그와 바인더 간에 결합하여 저온에서도 크랙이 없고 접착력이 뛰어나며 하지에 사용되는 시멘트나 블록과 바인더간의 계면접착이 좋아진다. 이러한 에폭시와 커플링제 도입은 특히 무기 재료에 대한 접착 강화제로서의 역할을 하여 유기 바인더와 무기질 충전재와의 접착력 향상을 배가시키므로 기존의 선처리제(프라이머) 처리 후 포장재를 포설하는 공정에서 하지면에 프라이머 처리를 하지 않아도 접착력과 내구성이 뛰어난 도로포장용 바닥재가 될 수 있다.

본 발명은 아크릴계 바닥재가 지니는 크랙성을 보완하고, 내구성을 향상시킨 도로 포장용 바닥재 조성물을 제공하기 위한 것으로, 에폭시 변성 폴리우레탄 프리폴리머 조성물(A 용액) 20 내지 50중량%, 아크릴계 조성물(B 용액) 40 내지 70중량% 및 중합개시제 1.0 내지 4중량%로 이루어지고 필요한 경우 무기질 충전재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 도로 포장용 바닥재 조성물에서, 상기 에폭시 변성 폴리우레탄 프리폴리머 조성물(A 용액)은 에폭시, 폴리올, 디이소시아네이트를 [NCO]/[OH]=1.5~3.0으로 에폭시 변성 폴리우레탄 프리폴리머를 합성하여 이소시아네이트 말단을 만든 후, 그 말단에 반응성 아크릴 단량체를 반응시켜서 제조하며, 에폭시 변성 폴리우레탄 프리폴리머는 폴리올 40 내지 60중량%, 디이소시아네이트 20 내지 40중량%, 에폭시 5 내지 20중량% 및 반응성 아크릴 10 내지 30중량%로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 반응성 아크릴 단량체는 히드록실기를 한 개 이상 함유하는 2-히드록시 에틸 아크릴레이트, 2-히드록시 메틸 아크릴레이트, 2-히드록시 프로필 메타 아크릴레이트, 4-히드록시 메틸(메타) 아크릴레이트, 6-히드록시헥실(메타) 아크릴레이트 중에서 하나 또는 둘 이상을 선택할 수 있으며, 그 함량은 10 내지 30중량%인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상기 아크릴계 조성물(B 용액)은 아크릴 고분자 수지 약 10 내지 30중량%에 비반응성 아크릴 단량체, 가교제, 경화촉진제, 무기질 충전재, 소포제, 커플링제, 왁스 중의 적어도 하나를 70~90중량% 혼합하여서 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 도로 포장용 바닥재 조성물은, 에폭시 변성 폴리우레탄 프리폴리머 조성물(A 용액) 20 내지 50중량%, 아크릴계 조성물(B 용액) 40 내지 70중량%, 및 중합개시제 1.0 내지 4중량%, 및 충전재로서 무기질 충전재를 포함하되, 상기 에폭시 변성 폴리우레탄 프리폴리머 조성물(A 용액)은 에폭시, 폴리올, 디이소시아네이트를 합성하여 이소시아네이트 말단을 만든 후, 그 말단에 반응성 아크릴 단량체를 반응시켜서 제조하며, 상기 에폭시 변성 폴리우레탄 프리폴리머는 폴리올 40 내지 60중량%, 디이소시아네이트 20 내지 40중량%, 에폭시 5 내지 20중량%, 반응성 아크릴 10 내지 30중량%로 이루어지고, 상기 에폭시는 그 구조속에 이소시아네이트기와 반응할 수 있는 히드록실기(OH)기를 가지고 있고, 상기 아크릴계 조성물(B 용액)은 아크릴 고분자 수지 10 내지 30중량%에 비반응성 아크릴 단량체, 가교제, 경화촉진제, 무기질 충전재, 소포제, 커플링제, 및 왁스가 혼합된 혼합물이 70~90중량% 혼합되어 이루어진다.

본 발명에 따라 커플링제와 에폭시기가 바인더 구조속에 화학적으로 결합하여 유기바인더와 무기계와의 접착력을 강화시킴으로써 내구성 및 내마모성이 뛰어난 도막형 바닥재 조성물을 얻을 수 있다.

본 발명에서는 반응성 에폭시를 프리폴리머 합성시 먼저 반응시켜 아크릴을 공중합하며, 사슬에 도입된 이 에폭시링이 슬래그나 규사, 무기질 충진재와 반응하여, 종래기술에 비하여 부착성을 현저히 향상시킬 수 있다.

이것은 바닥재의 유연성을 올리는 종래의 방법인 고무를 블렌드한다든지 가소제를 사용한다든지, 저온의 아크릴 단량체를 사용하는 방법에 비해서는 유연성 효과나 접착성 향상으로 인한 내구성 향상 효과가 우수한 것이 장점이다.

도 1은 본 발명에 따른 도로 포장용 바닥재를 준비하는 공정을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 바닥재 조성물로 만든 시편을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 프라이머 공정없는 실시예로서 간단한 시공절차를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 바닥재 조성물을 사용하여 도로 포장을 시공하는 현장을 나타내는 사진이다.

본 발명에 따른 도로 포장용 바닥재 조성물을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 도로 포장용 바닥재 조성물은 에폭시 변성 폴리우레탄 프리폴리머 조성물(A 용액) 20 내지 50중량%, 아크릴계 조성물(B 용액) 40 내지 70중량%, 및 중합개시제 1.0 내지 4중량%로 이루어진 것을 특징으로 한다. 필요한 경우 탄산칼슘 등을 포함하는 무기질 충전재를 추가로 포함할 수 있다.

상기 에폭시 변성 폴리우레탄 프리폴리머 조성물(A 용액)의 함량이 20중량% 이하이면 유연성 개선 효과가 약하고, 50중량% 이상이 되면 바인더 점도가 높아져 취급하기 어려워지고 작업성이 나빠진다.

본 발명에 따른 도로 포장용 바닥재 조성물에서, 먼저, 폴리우레탄 변성 프리폴리머 조성물(A 용액)은 에폭시, 폴리올, 디이소시아네이트로 에폭시 변성 폴리우레탄 프리폴리머를 제조한 후 이소시아네이트 말단에 반응성 아크릴 단량체를 반응시켜서 제조하며, 폴리우레탄 프리폴리머는 폴리올 40 내지 60중량%, 디이소시아네이트 20 내지 40중량%, 에폭시 5 내지 20중량%, 반응성 아크릴 10 내지 30중량%를 반응시켜서 제조할 수 있다.

본 발명에서 사용 가능한 폴리올은 폴리프로필렌 글리콜, 폴리테트라 메틸렌 글리콜, 폴리카보네이트 글리콜, 폴리카프로락톤 글리콜, 폴리부타디엔 글리콜, 캐스트 오일 중에서 적어도 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있으며, 그 함량은 40 내지 60중량%가 바람직하다. 40중량% 이하이면 경화 후 바인더가 너무 딱딱해져서 유연성이 떨어지고, 60중량% 이상이면 바인더가 경화 후 너무 부드러워져 강도가 약해져서 바람직하지 못하다.

또한, 폴리올의 수산기 값(mg/g.KOH)이 56 내지 120인 것이 적당하다. 만일 수산기 값이 56 보다 너무 낮으면 도막이 딱딱하고, 반대로 120 범위를 초과할 경우에는 너무 부드러워 물성이 저하되는 단점이 있다.

상기 폴리우레탄 프리폴리머의 합성에 사용 가능한 디이소시아네이트는 톨루엔 디이소시아네이트, 디페닐메탄 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트중에서 적어도 1종 이상을 선택하는 것이 바람직하며, 그 함량은 20 내지 40중량%로 하는 것이 바람직하다. 함량이 20중량% 이하이면 프리폴리머의 점도가 높아져서 취급이 어려운 반면, 40중량% 이상이면 점도는 낮아지지만 성능이 좋지 않게 된다.

에폭시 변성 폴리우레탄 프리폴리머 제조시에 사용되는 에폭시는 그 함량이 A용액중에서 5~20중량%가 바람직한데 5중량% 이하로 사용하면 효과가 약하고 20중량% 이상 되면 지나치게 딱딱해진다.

아래는 상기 에폭시의 구조를 나타내었으며, 그 구조속에 이소시아네이트기와 반응할 수 있는 히드록실기(OH)기를 가지고 있다.

경화촉진제는 트리-n-부틸아민, N,N-디메틸아닐린의 아민계 화합물; N,N-디메틸-P-톨루이딘의 톨루이딘계 화합물; 나프탈렌 코발트, 옥틸산코발트의 코발트계; 디부틸주석디라우릴레이트, 옥틸산 제1주석의 유기 주석 화합물 중에서 1종 또는 2종 이상을 선택할 수 있으며, 그 함량은 0.2 내지 2중량%, 바람직하게는 0.3 내지 0.7중량%가 좋다. 함량이 0.2중량% 이하이면 반응시간이 길어지고, 2중량% 이상이면 발열이 심해 부반응이 발생한다.

본 발명에 따른 에폭시 변성 폴리우레탄 프리폴리머 조성물(A 용액)은 상기한 바와 같이 에폭시 변성 폴리우레탄 프리폴리머를 합성하여 이소시아네이트 말단을 만들고 여기에 반응성 아크릴 단량체를 반응시키되 벌크 중합, 용액 중합에 의해서 실시할 수 있으며, 중합시 점도 조절을 위해 [NCO]/[OH] 몰비를 1.5 내지 3.0이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1.8 내지 2.5가 좋다. 만일 몰비가 1.5 보다 낮아 프리폴리머의 분자량이 커지면 점도가 높아서 취급이 어렵게 되고, 반대로 몰비가 3.0 보다 커지면 분자량이 작아지고 딱딱해져서 성능이 좋지 않게 된다.

본 발명에서 반응성 아크릴 단량체는 히드록실기를 한 개 이상 함유하면 되는데 2-히드록시 에틸 아크릴레이트, 2-히드록시 메틸 아크릴레이트, 2-히드록시 프로필 메타 아크릴레이트, 4-히드록시 메틸(메타) 아크릴레이트, 6-히드록시헥실(메타) 아크릴레이트 중에서 하나 또는 둘 이상을 선택할 수 있으며, 그 함량은 10 내지 30중량%가 바람직하다. 함량이 10중량% 보다 낮으면 점도가 높아져 취급이 어렵고, 30중량% 보다 높으면 점도가 너무 낮아진다.

본 발명에 따른 아크릴계 조성물(B 용액)은 아크릴 고분자 수지 10 내지 30 중량%에 비반응성 아크릴 단량체, 가교제, 경화촉진제, 무기질 충전재, 소포제, 커플링제, 안료, 왁스 등을 혼합하여서 70중량% 내지 90중량%로 이루어진다. 여기서 아크릴 수지는 고분자이며, 함량이 10중량%보다 낮으면 용액 점도가 낮아지고 물성이 떨어지며, 함량이 30중량% 이상이면 물성은 좋아지지만 점도가 높아져서 취급하기가 어려워진다.

상기 아크릴계 조성물(B 용액)에서 비반응성 아크릴 단량체는 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 이소프로필(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트, 글리시딜(메타)아크릴레이트, 스티렌, (메타)아크릴로니트릴 중에서 1종 또는 2종 이상을 선택할 수 있으며, 그 함량은 40 내지 60중량%가 바람직하다.

무기질 충전재는 바닥재의 강도, 내마모성, 점도를 향상시키는 역할을 하게 되며, 클레이, 탄산칼슘, 황산바륨, 수산화 알루미늄, 탈크, 규사 중에서 적어도 하나 이상을 선택할 수 있으며, 특히 무기질 충전재로는 수분이 적은 제품을 사용하는 것이 바람직하며, 그 함량은 10 내지 30중량%가 바람직하다. 10중량% 이하이면 단가도 올라가고 조성물의 Thixo성(軟化性)이 떨어지는 반면, 30중량% 이상이면 바인더의 성능이 떨어진다.

소포제는 실리콘 소포제를 사용한다. 소포제를 사용하지 않으면 교반하여 도로에 포장했을 때 교반시 발생한 기포가 도막 표면에서 없어지지 않은채로 경화가 일어나면 표면 강도가 떨어지게 된다. 소포제 함량은 0.1 내지 1.0중량%가 바람직하며, 만일 0.1 중량% 미만으로 사용하게 되면, 기포제거 효과가 없어지게 되고, 반대로 1.0중량%를 초과하여 사용하면 표면 레벨링성과 계면 부착을 떨어뜨리는 단점이 있다.

커플링제는 티탄계, 실란계가 있으며, 1개의 분자 중에 반응성이 서로 다른 2종류의 관능기를 가지고 있으므로, 유기계와 무기계 사이의 접착력을 올려주게 된다. 이러한 커플링제로는 예컨대 라디칼 개시제에 의해 반응이 일어나야 하므로 말단에 2중 결합을 가지고 있어야 하며, 예를 들면, 비닐클로로실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐 트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필 트리메톡시실란, 3-메타아크릴록시 프로필메틸 디메톡시실란, P-스티릴 트리메톡시실란, 3-아크릴록시 트리메톡시실란 중에서 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 그 함량은 0.2 내지 2.0 중량%, 바람직하게는 0.4 내지 0.8중량%가 좋다. 함량이 0.2중량% 이하이면 효과가 떨어지고, 함량이 2.0중량% 이상이면 수분에 의한 액의 저장 안정성이 떨어지고 경제성도 저하되는 단점이 있다.

추가로, 왁스는 공기 중의 수분을 배척하여 도막이 빨리 경화되고 분자량이 충분히 커질수 있도록 도와준다. 일례로는 파라핀계, 올리올레핀계, 폴리아미드계, 실리콘계, 불소계가 있으며 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 왁스의 함량은 0.1 내지 1.0중량%가 바람직하다. 만일 1.0중량%를 초과할 경우에는 도막의 접착을 방해하고 시간이 지나면 표면으로 블리딩되며, 반대로 0.1중량% 미만으로 사용할 경우에는 효과가 없어지게 된다. 더욱 바람직하게는 0.3 내지 0.6 중량%가 좋다.

본 발명에서 중합 개시제로는 케톤 페록사이드류, 벤조일 페록사이드, 디아실 페록사이드류, 히드로 페록사이드류 중에서 1종 또는 2종 이상을 선택하여 사용할 수 있으며, 전체 조성에 대해 1.0 내지 4 중량%가 적당하다. 만일 1.0 중량% 미만으로 사용할 경우에는 반응이 느려 경화가 충분히 일어나지 않게 되므로 도막의 물성이 떨어지게 되고, 반대로 4 중량%를 초과하여 사용할 경우에는 반응이 너무 빨라 작업상 어려운 점이 발생하게 된다. 통상적으로 겨울에는 함량을 올려주고 온도가 높은 여름철에는 함량을 낮추어 주는 것이 바람직하다.

다른 한편으로, 본 발명에 따른 도로 포장용 바닥재 조성물에는 여러 가지 특성을 부여하거나 개선시키기 위해서 안료, 유동성 흐름 개선제, 증점제, 산화방지제, 자외선 흡수제, 대전방지제, 레벨링제의 첨가제를 소량 추가할 수 있다.

이러한 본 발명에 따른 도로 포장용 바닥재 조성물은 도 1과 같은 과정을 거쳐 형성된다.

또 이러한 도로 포장용 바닥재 조성물을 이용하여 도로 포장재의 시편을 제작한 사진을 도 2에 나타내었다.

본 발명에 의한 도로 포장용 바닥재 조성물에 의한 시공 방법의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

구체적으로 본 발명에 의한 시공방법은, 도 3에 나타낸 바와 같이, 기초 지반 표면의 이물질을 제거하고 바탕을 편평하게 하는 청소/정지 작업공정(S100)과; 바인더를 슬래그나 규사를 포함하는 무기질 충전재와 교반하고 혼합하여 포장재를 준비하는 공정(S200)과; 하도면위에 상기 포장재를 포설하여 평탄하게 마감하는 포장재 포설 공정(S300)을 포함하여 구성되고, 상기 포장재는 전체 중량에 대하여 슬래그나 규사가 85~95중량%, 바인더가 5~15중량%를 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 도로 포장용 시공방법이다.

즉 상기 전처리 공정인 하지면 청소/정지 작업(S100)은 하도로 지칭되는 기초 지반이 보도블록, 아스콘, 투수콘, 콘크리트, 탄성 바닥재가 될 수 있고, 이러한 지반위에 포설하기 전에 표면에 묻어있는 이물질을 블로어로 불거나 장비를 사용하여 제거한다. 이렇게 하지 않으면 계면에서의 부착이 떨어져 포장재가 탈리되거나 시간이 경과함에 따라 내구성이 떨어지게 된다. 또한 바인더/슬래그 혼합공정(S200)은 슬래그의 크기가 2~5mm인 경우이고 바인더의 함량이 5~15중량%이고, 슬래그나 규사의 함량이 85~95중량%이면 바람직하다.

바인더 함량이 5중량% 이하이면 접착력이 떨어지고, 15중량% 이상이면 경제성이 떨어지고 과다량으로 인해 아래로 흘러 내려 표층상부의 성능이 떨어질 수 있다. 바인더에 중합개시제와 슬래그를 혼합통에서 일분 이상 혼합하여 슬래그나 규사에 골고루 젖음성이 생기도록 하여 바닥용 포장재가 완성된다. 다음에 포장재 포설공정(S300)은 이 포장재 조성물을 하지면에 부어 스프레드로 대충 고르게 한 후, 롤러로 평탄작업과 다짐작업을 한다. 이때 작업중에 롤러나 미장칼에 바인더가 묻으면 작업이 어려워지므로 석유계 용제로 닦아가면서 평탄작업을 하면 작업성이 좋다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 종래 기술에서 하도 위에 프라이머를 도포하고 포장재를 시공하던 것과 달리, 하도와의 접착력이 우수하여 프라이머를 도포하지 않아도 되어 시공성도 우수한 장점이 있다.

도 4는 본 발명에 따른 도로 포장용 바닥재 조성물을 이용하여 실제 시공하는 현장 사진을 나타낸다.

이와 같은 본 발명을 실시예 및 비교예에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

(실시예 1)

폴리프로필렌 글리콜(OH가 : 112mg/g. KOH) 40중량%, 에폭시 10중량%, 디페닐메탄 디이소시아네이트 30중량%를 넣고 70℃에서 3 내지 5시간 동안 이론 NCO%에 도달할 때까지 반응시켜 에폭시 변성 폴리우레탄 프리폴리머를 만들고, 아크릴계로서 2-히드록시 에틸 아크릴레이트 20중량% 넣고 FT-IR로 이소시아네이트기가 2230㎝^-1에서 사라질 때까지 반응시켜 에폭시 변성 폴리우레탄 프리폴리머 용액(A용액)을 제조하였다.

다음에 메틸(메타)아크릴레이트 28중량%, 에틸(메타)아크릴레이트 10중량%, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트 5중량%, 트리에틸렌 글리콜 디(메타) 아크릴레이트 5중량%으로 제조된 화합물을 50 내지 60℃로 승온하여 교반하면서 아크릴 수지인 폴리메틸메타아크릴레이트 20중량%를 용해하였다. 상온으로 온도를 낮춘 후 N,N-디메틸-P-톨루이딘 0.5중량%, 파라핀 왁스 0.4중량%, 비닐트리메톡시실란 0.6중량%, 실리콘계 소포제 0.5중량% 혼합하여 분산시켰다. 다음에 안료인 산화철 10중량%, 탄산칼슘 20중량%를 넣고 2,000~3,000rpm의 속도로 충분히 분산시켜 아크릴계 조성물(B용액)을 제조하였다.

다음에 상기 A 용액 40중량%에 B 용액 60중량%를 넣고 상온에서 충분히 교반하여 바인더를 제조한 후 평균 입경 2~5mm의 제강슬래그에 대하여 바인더 10중량% 넣고 중합개시제인 벤조일 페록사이드를 바인더의 3중량% 넣은 후 1분 이상 교반하여 도로 포장용 바닥재 조성물을 제조한 후 아래와 같이 경화시켜 시편을 제조하였다. 이후 이 시편으로 성능 및 시공성을 평가하였다.

(비교예 1)

상기 실시예 1에서 폴리프로필렌 글리콜(OH가 : 112mg/g. KOH) 50중량%으로 하고 에폭시를 제외시키고, 디페닐메탄 디이소시아네이트 30중량%를 넣고 70℃에서 3 내지 5시간동안 이론 NCO%에 도달할 때까지 폴리우레탄 프리폴리머를 만들고, 이후 원료 및 합성조건, 실험 처방을 동일하게 실시하여 포장재를 제조한 후 포장하여 성능 및 시공성을 평가하였다.

(실시예 2)

상기 실시예 1에서 A 용액 제조시 폴리프로필렌 글리콜 40중량%중에서 폴리테트라메틸렌 글리콜(OH가 : 112mg/g. KOH)로 20중량%만 혼용 대체하였고, 기타 다른 원료 및 합성조건, 실험처방은 동일하게 실시하여 도로 포장용 바닥재 조성물을 제조하였다. 이후 이 혼합액을 포장하여 성능 및 시공성을 평가하였다.

(비교예 2)

상기 실시예 1에서 B용액 제조시 비닐트리메톡시실란을 빼고 그 양만큼 폴리메틸메타 아크릴레이트로 대체하여 폴리메틸메타 아크릴레이트를 20.6중량% 사용하였으며, 다른 원료 및 실험 처방, 실험 조건은 동일하게 실시하여 도로 포장용 바닥재 조성물을 제조하였다. 이후 이 혼합액을 포장하여 성능 및 시공성를 평가하였다.

(실시예 3 )

상기 실시예 1에서 A 용액 제조시 디페닐메탄 디이소시아네이트 대신에 헥사메틸렌 디이소시아네이트를 사용하였으며 다른 원료 및 합성조건, 실험처방 및 조건은 동일하게 실시하여 도로 포장용 바닥재 조성물을 제조하였다. 이후 이 혼합액을 포장하여 성능 및 시공성을 평가하였다.

(비교예 3)

상기 비교예 1에서 B용액 제조시 비닐트리메톡시실란을 빼고 그 양만큼 폴리메틸메타 아크릴레이트로 대체하여 폴리메틸메타 아크릴레이트를 20.6중량% 사용하였으며, 다른 원료 및 실험 처방, 실험 조건은 동일하게 실시하여 도로 포장용 바닥재 조성물을 제조하였다. 이후 이 혼합액을 포장하여 성능 및 시공성를 평가하였다.

상기 실시예는 에폭시 변성 프리폴리머에 커플링제를 혼용 했을 때의 결과이고 공히 성능 효과가 좋았다. 비교예 1은 에폭시 없이 커플링제만 사용하고, 비교예 2는 에폭시만 사용하고 커플링제를 사용하지 않았으며, 비교예 3은 에폭시와 커플링제 둘다 사용하지 않았다.

실시예에서 보듯이 원료에 따라 성능치 차이는 있지만, 에폭시와 커플링제를 혼용했을 때 성능의 상승효과가 나타나서 비교예에 비해 성능이 월등하게 좋았다. 다음에 결과치를 요약하여 나타내었다.

이러한 실시예와 비교예의 시험 결과를 정리하면 아래 표 1과 같다.

<표 1>

1. 휨강도(MPa) : KSF 4043 : 2008을 적용하여 측정함

2. 부착강도 : K5F2476에 따라 측정함

3. 내마모성 : EN1436, 3197 기준으로 측정함

4. 현장 작업성 : 미장칼로 표면이 잘 퍼지면서 작업성이 좋은지를 평가함

5. 가사시간 : 굳어지기 전 작업가능한 시간으로서, AASHITD T237 기준으로 측정함

6. 경화시간 : KSM 5000 기준으로 측정함

7. 크랙 생성 : 외관상으로 크랙 확인하여 관찰함

위의 표에 정리된 바와 같이, 본 발명에 따른 도로 포장용 바닥재 조성물에 의하면, 도로 포장용 바닥재 조성물 자체의 여러 성능이 우수하고, 시공성도 우수하다는 점을 확인할 수 있다.

또한, 아래 그림에 나타낸 바와 같이, DMTA(Dynamic Mechanical Thermal Analyzer)로 바인더 조성물을 측정한 Tanδ(loss modulus/storage modulus)를 살펴보면, 본 발명에 따른 도로 포장용 바닥재 조성물은, 폴리우레탄에 의한 유리전이 온도(Tg)가 저온(-30℃) 및 고온(60℃)에서 2 개의 피크를 보이는 것으로 나타난다.

본 발명에 따른 도로 포장용 조성물은 라디칼 경화형이라 경화속도가 빠르고, 아크릴 수지에 폴리우레탄이 화학적으로 공중합되어 있고, 폴리우레탄의 소프트 세그먼트(soft segment) 유리전이 온도가 -30℃ 전후이므로 저온에서도 유연하여 겨울의 낮은 온도에서도 크랙발생이 없으며, 고온의 하드 세그먼트(hard segment) 유리전이 온도가 60℃ 전후이므로 여름의 고온에서도 물러지지 않고 강도를 나타낸다.

Claims

도로 포장용 바닥재 조성물에 있어서, 에폭시 변성 폴리우레탄 프리폴리머 조성물(A 용액) 20 내지 50중량%, 아크릴계 조성물(B 용액) 40 내지 70중량%, 및 중합개시제 1.0 내지 4중량%, 및 충전재로서 무기질 충전재를 포함하되,
상기 에폭시 변성 폴리우레탄 프리폴리머 조성물(A 용액)은 에폭시, 폴리올, 디이소시아네이트를 합성하여 이소시아네이트 말단을 만든 후, 그 말단에 반응성 아크릴 단량체를 반응시켜서 제조하며, 상기 에폭시 변성 폴리우레탄 프리폴리머는 폴리올 40 내지 60중량%, 디이소시아네이트 20 내지 40중량%, 에폭시 5 내지 20중량%, 반응성 아크릴 10 내지 30중량%로 이루어지고, 상기 에폭시는 그 구조속에 이소시아네이트기와 반응할 수 있는 히드록실기(OH)기를 가지고 있고,
상기 아크릴계 조성물(B 용액)은 아크릴 고분자 수지 10 내지 30중량%에 비반응성 아크릴 단량체, 가교제, 경화촉진제, 무기질 충전재, 소포제, 커플링제, 및 왁스가 혼합된 혼합물이 70~90중량% 혼합되어 이루어진 것을 특징으로 하는, 도로 포장용 바닥재 조성물.
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제1항에 있어서, 상기 커플링제는 비닐클로로실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐 트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필 트리메톡시실란, 3-메타아크릴록시 프로필메틸 디메톡시실란, P-스티릴 트리메톡시실란, 3-아크릴록시 트리메톡시실란 중에서 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 그 함량은 0.2 내지 2.0중량%인 것을 특징으로 하는 도로 포장용 바닥재 조성물.
기초 지반 표면의 이물질을 제거하고 바탕을 편평하게 하는 청소/정지 작업공정(S100)과; 바인더를 슬래그나 규사를 포함하는 무기질 충전재와 교반 및 혼합하여 포장재를 준비하는 공정(S200)과; 하도면위에 상기 포장재를 포설하여 평탄하게 마감하는 포장재 포설 공정(S300)을 포함하여 구성되고, 상기 포장재는 전체 중량에 대하여 슬래그나 규사 85~95중량% 및 바인더로서 제1항에 따른 도로 포장용 바닥재 조성물 5~15중량%를 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 도로 포장의 시공방법.