KR102005942B1 - 응급보수용 상온형 개질아스팔트 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents

응급보수용 상온형 개질아스팔트 조성물 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아스팔트 포장도로의 표면이 국부적으로 떨어져 나가서 움푹 패인 형태로 파손되는 팟홀부위에 사용되는 응급보수용 상온형 개질아스팔트 혼합물 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로 좀더 상세하게는 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체로 개질된 아스팔트 바인더 100 중량부에 산화 그래핀(Graphene oxide, GO) 0.01 내지 0.1 중량부, 연화제 1 내지 30 중량부, 열가소성 탄성체(TPE) 5 내지 40 중량부, 고무분말(Crumb Rubber) 5 내지 30 중량부, 석유수지 1 내지 30 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 제조된 나노물질인 산화 그래핀(Graphene oxide, GO)이 적용된 개질아스팔트 바인더와 골재류, 금속염건조제를 포함하는 건성유를 혼합하여 얻어진 응급보수용 상온형 개질아스팔트 혼합물 조성물 및 이의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 응급보수용 상온형 개질아스팔트 혼합물은 점성이 낮은 건성유를 첨가하여 상온에서도 시공이 가능하고, 시공시 금속염건조제의 첨가에 의한 산화중합으로 조기에 높은 강도를 발휘할 수 있다.
또한, 아스팔트 바인더를 개질 시키기 위해 나노물질인 산화 그래핀(Graphene oxide, GO)을 적용함으로써 기계적 성능과 내구성을 크게 향상시켜 포장도로 및 토목 구조물에 적용함으로써 내구성을 확보하여 수명연장에 기여 할 수 있다.

Description

응급보수용 상온형 개질아스팔트 조성물 및 이의 제조방법{Room temperature type modified asphalt composition for emergency repair and manufacturing thereof}
본 발명은 응급보수용 상온형 개질아스팔트 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 아스팔트 포장도로의 표면이 국부적으로 떨어져 나가서 움푹 파인 형태로 파손되는 팟홀부위에 사용될 수 있는 응급보수용 상온형 개질아스팔트 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 우리나라의 기후가 온대에서 아열대 기후 쪽으로 변화하면서 연평균 강우량의 증가 추세가 확연히 나타나고 있다. 강우량의 증가는 수분에 대하여 취약한 아스팔트 포장의 내구성을 약화시키는 경향이 있다.
장마와 같이 장시간 강우가 지속되는 경우에는 수분이 아스팔트 포장 내부로 깊게 침투하고 이로 인하여 아스팔트 포장이 원형으로 탈리되며 파손되는 팟홀이 발생한다.
아스팔트 포장도로의 팟홀은 포장도로 표면이 국부적으로 떨어져 나가서 움푹 파인 형태로 파손된 것을 의미한다.
일반적으로 팟홀은 아스팔트 포장도로의 표면에 생긴 균열이 반복되는 수분, 온도변화, 차량에 대한 충격에 의해 떠어져 나가면서 발생한다.
팟홀은 교통사고의 원인일 뿐만 아니라 차량파손의 원인이기도 하기 때문에 이에 대한 대책이 시급금한 실정이다.
일반적인 가열아스팔트 혼합물은 포설 직후부터 큰 강도를 얻을 수 있지만, 그 작업시간이 가열아스팔트 혼합물의 온도가 떨어질 때까지며, 소량의 혼합물을 여러번 나누어 사용하거나 장시간 혼합물을 운반하는 경우 온도가 떨어져 품질관리가 힘들고 다짐도가 점점 낮아는 단점이 있어 그 적용이 곤란하다.
그래서 상온에서 시공하는 상온 시공형 아스팔트 혼합물이 여러 가지 제안되었다.
예를 들어, 아스팔트 혼합물의 점도를 광유등을 사용하여 강제로 저하 시키는 이른바 컷백아스팔트 혼합물이 제안 되었다. 컷백아스팔트 혼합물은 광유 등이 아스팔트 바인더를 연질화시키며, 시공 후 광유가 휘발하여 아스팔트 혼합물의 강도를 발현시키는 것이다.
또한, 유화 아스팔트를 이용한 상온 아스팔트 혼합물도 제안 되었지만, 상기 혼합물들은 골재를 가열 건조 시킬 필요가 없지만 경화시간이 길어 최기 강도가 비교적 작다. 예를 들면, 도로교통 개방시점의 혼합물의 강도가 극단적으로 저하됨과 동시에 양생시간이 길어지는 단점이 있다.
아울러 시공시 유화 아스팔트 분해속도를 고려해야 하며 분해전에 비가 내리거나 하면 유화 아스팔트가 흘러 버리는 단점이 있고, 시공시 기온에 의한 영향이 크며, 겨울철 온도가 저하되는 경우 사용이 불가능하다는 단점을 가진다.
(0001) 대한민국 공개특허 제10-2000-0064089호 (0002) 대한민국 등록특허 제10-1037576호
전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 아스팔트 포장도로의 표면이 국부적으로 떨어져 나가서 움푹 파인 형태로 파손되는 팟홀부위에 사용될 수 있는 응급보수용 상온형 개질아스팔트 조성물 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
상술한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 나노물질인 산화 그래핀(Graphene oxide, GO)을 포함하는 개질아스팔트 바인더 4 내지 15중량% 와 골재 85 내지 96중량%로 구성되는 개질 아스팔트 혼합물 100중량부; 및 금속염건조제를 포함한 건성유 10 내지 30 중량부를 포함하는 응급보수용 상온형 개질아스팔트 조성물을 제공한다.
상기 개질아스팔트 바인더는; 스티렌-부타디엔-스티렌 블럭 공중합체(Styrene-Butadiene-Styrene Copolymer)로 개질된 개질아스팔트 100 중량부; 산화 그래핀(Graphene oxide, GO) 0.01 내지 0.1 중량부; 연화제 1 내지 30 중량부; 열가소성 탄성체(TPE) 5 내지 40 중량부; 고무분말(Crumb Rubber) 5 내지 30 중량부; 및 석유수지 1 내지 30 중량부를 포함할 수 있다.
상기 산화 그래핀(Graphene oxide, GO)은 하기의 화학식 1의 구조를 가질 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112019016749607-pat00001
상기 산화 그래핀(Graphene oxide, GO)은 크기가 30um이하 이고 0.7-1.2nm의 층간격을 가지는 2차원 층상 구조일 수 있다.
상기 골재류는 전체 골재류 100중량부 대비 입도 범위가 6mm 내지 9mm인 쇄석골재 0 내지 15중량부; 입도 범위가 4.75mm 내지 6mm인 쇄석골재 45 내지 65중량부; 입도 범위가 2.36mm 내지 4.75mm인 쇄석골재 8 내지 23중량부; 입도 범위가 1.18mm 내지 2.36mm인 쇄석골재 9 내지 26중량부; 및 입도 범위가 0.075mm 내지 1.18mm인 쇄석골재 3 내지 6중량부를 포함할 수 있다.
상기 금속염건조제를 포함하는 건성유는 건성유 100 중량부에 24중량% Pb-Naphtha 0.5 내지 2 중량부, 10중량% Mn-Naphtha 0.1 내지 0.5 중량부를 포함할 수 있다.
상기 건성유는 요오드값이 130이상이며, 텅오일, 아마인유, 양귀비씨오일, 해바라기유 또는 달맞이꽃 종자유 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 (a) 스티렌-부타디엔-스티렌 블럭 공중합체(Styrene-Butadiene-Styrene Copolymer)로 개질된 개질아스팔트 100 중량부에 산화 그래핀(Graphene oxide, GO) 0.01 내지 0.1 중량부, 연화제 1 내지 30 중량부, 열가소성 탄성체(TPE) 5 내지 40 중량부를 첨가한 다음, 150-180℃의 온도에서 하이 쉐어 믹서(High Shear Mixer)를 이용하여 분산시켜 혼합물을 제조하는 단계; 및 (b) 상기 (a)단계에서 제조된 분산된 혼합물에 고무분말(Crumb Rubber) 5 내지 30중량부, 석유수지 1 내지 30 중량부를 첨가한 다음, 150-180℃의 온도에서 혼합하여 개질아스팔트 바인더를 제조하는 단계; (c) 아마인유 100 중량부에 금속염 건조제로서 24중량% Pb-Naphtha 0.5 내지 2 중량부 및 10중량% Mn-Naphtha 0.1 내지 0.5 중량부를 첨가하여 건성유를 제조하는 단계; (d) 120 내지 200℃로 가열된 골재류 85 내지 96 중량% 및 150 내지 180℃에서 용융시킨 상기 (b) 단계에서 제조된 개질아스팔트 바인더 4 내지 15 중량%를 아스팔트 혼합믹서에서 혼합하여 개질아스팔트 혼합물을 제조하는 단계; 및 (e) 상기 제조된 개질아스팔트 혼합물 100중량부에 상기 (c) 단계에서 제조된 건성유 10 내지 30 중량부를 첨가하여 응급보수용 상온형 개질아스팔트 조성물을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 응급보수용 상온형 개질아스팔트 조성물 제조방법을 제공한다.
본 발명은 상기한 바와 같이 응급보수용 상온형 개질아스팔트의 적용온도범위, 소성변형 저항성, 피로균열 저항성을 개선하고, 온도균열 저항 및 Top-Down균열을 억제함으로써 도로포장의 수명을 연장시키게 되는 나노물질인 산화 그래핀(Graphene oxide, GO)을 이용한 개질아스팔트 바인더를 사용한 것을 특징으로 한다.
즉, 비표면적이 큰 단일층의 산화 그래핀(Graphene oxide, GO)의 많은 관능기(Chemical Functional Groups)는 아스팔트 바인더의 성분과 수소결합(Hydrogen Bond)을 형성하고 반데르발스 힘(Van der Waals Force)을 생성하기 쉽기 때문에 상기 산화 그래핀(Graphene oxide, GO)은 아스팔트 바인더의 큰분자(Colloid and Asphalten)를 신속하게 흡착 할 수 있어 아스팔트 바인더의 레올로지(Rheological), 소성변형 저항성, 탄성등의 기계적 특성을 향상 시키는 응급보수용 상온형 개질아스팔트 조성물을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 점성이 낮은 금속염건제를 포함하는 건성유를 첨가하여 상온에서도 시공 가능하고, 아스팔트 혼합물을 시공시 금속염건조제에 의해 공기중에 산소와 작용하여 건성유가 산화중합으로 경화하여 조기 강도을 발현할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 나노물질인 산화 그래핀(Graphene oxide, GO)을 포함하는 개질아스팔트 바인더 4 내지 15중량% 와 골재 85 내지 96중량%로 구성되는 개질 아스팔트 혼합물 100중량부; 및 금속염건조제를 포함한 건성유 10 내지 30 중량부를 포함하는 응급보수용 상온형 개질아스팔트 조성물에 관한 것이다.
본 발명을 구성하는 개질아스팔트 바인더는 산화 그래핀(Graphene oxide, GO)을 포함할 수 있다.
상기 산화 그래핀(Graphene oxide, GO)은 크기가 30um이하 이고 0.7-1.2nm의 층간격을 가지는 2차원 층상 구조일 수 있다. 일반적으로 산화 그래핀(Graphene oxide, GO)은 다른 나노물질과 비교하여 0.7-1.2nm의 층간격을 갖는 독특한 2차원 층구조를 형성하고 있다. 분자구조는 일반 그래핀과 거의 동일하며, 우수한 기체 및 액체 차단성과 특정 전도성을 가지고 있다. 상기 산화 그래핀은 층간 간격이 증가함에 따라, 층들 사이의 반데르발스 힘이 감소되고 하이 쉐어 믹서(High Shera Mixer)의 전단력(Shear Force)의 의해 균일한 단일층 산화 그래핀(Graphene oxide, GO) 서스펜션 형태로 아스팔트 바인더에 용이하게 분산될 수 있다. 상기 산화그래핀의 층간격이 0.7nm미만인 경우 층간의 반발력으로 인하여 2차원 구조를 가지는 적층형상을 유지하기 어려움과 동시에 분산시 응집현상이 발생할 수 있으며, 1.2nm를 초과하는 층간격을 가지는 경우 층간의 결합이 약해져 구조의 유지가 어려움에 따라 원하는 물성상승효과가 나타나지 않을 수 있다.
상기 산화 그래핀(Graphene oxide, GO)은 하기의 화학식 1의 구조를 가질 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112019016749607-pat00002
상기 산화 그래핀(Graphene oxide, GO) 표면에는 카르복실기, 수산기, 에폭시기 및 에스테르기와 같은 다수의 극성 산소 관능기가 존재할 수 있으며, 이러한 관능기는 산화 그래핀(Graphene oxide, GO)의 반응성을 상승시켜주며, 많은 종류의 폴리머 매트릭스와 호환성을 가지게 할 수 있다.
아울러 산화 그래핀(Graphene oxide, GO)은 다용도 표면화학과 함께 매우 큰 비표면적, 고 모듈러스를 가졌음을 보여 주었기 때문에 다양한 고분자의 보강 첨가제로 사용되고 있다. 따라서 산화 그래핀(Graphene oxide, GO)은 상기와 같은 특성으로 아스팔트 바인더에서 큰분자(Colloid and Asphalten)를 신속하게 흡착할 수 있어 레올로지, 소성변형 저항성, 탄성등의 기계적 특성을 향상시키고, 산화 그래핀(Graphene oxide, GO)의 뛰어난 차단성능으로 아스팔트 바인더 성분중 휘발성 물질의 휘발을 지연시켜 그 성능을 오랜 시간 동안 유지시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 사용되는 산화 그래핀(Graphene oxide, GO)의 물성은 하기 표1에 나타내었다
PARAMETER SPECIFICATION
AVERAGE LATERAL DIMENSION(x&y) ~ 30 um
AVERAGE THROUGH-PLANE DIMENSION(z) ~ 1.0-1.2nm
(as analyzed by AFM)
SPECIFIC SURFACE AREA 500 ~ 780
본 발명의 개질아스팔트 바인더에 포함되는 산화 그래핀(Graphene oxide, GO)은 아스팔트 바인더 100 중량부 대비 0.01 내지 0.1 중량부가 바람직하며, 0.01 중량부 미만이면 분산함량이 적어 개질 아스팔트계 실란트의 레올로지, 소성변형 저항성, 탄성등의 기계적 특성 상승효과가 미미하고, 0.1 중량부를 초과하면 함량이 많아 분산에 어려움이 있으며, 접착력이 떨어지는 경향이 있고 추가적으로 기타 기능성 첨가제의 부가에 대한 분산 어려움이 있을 수 있다.
상기 골재류는 전체 골재류 100중량부 대비 입도 범위가 6mm 내지 9mm인 쇄석골재 0 내지 15중량부; 입도 범위가 4.75mm 내지 6mm인 쇄석골재 45 내지 65중량부; 입도 범위가 2.36mm 내지 4.75mm인 쇄석골재 8 내지 23중량부; 입도 범위가 1.18mm 내지 2.36mm인 쇄석골재 9 내지 26중량부; 및 입도 범위가 0.075mm 내지 1.18mm인 쇄석골재 3 내지 6중량부를 포함할 수 있다. 상기 골재류는 상기 응급보수용 상온형 개질아스팔트 조성물에 혼합되어 충진재의 역할을 하는 것으로 상기 범위를 가지는 골재를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 골재의 혼합이 상기 범위를 벗어나는 경우 응급보수 시 원하는 물성이 나타나지 않을 수 있다. 또한 상기 골재의 경우 85 내지 96중량%가 상기 응급보수용 상온형 개질아스팔트 조성물에 포함될 수 있다. 85중량% 미만으로 포함되는 경우 골재의 사용량이 줄어들어 경화에 많은 시간이 소요됨과 동시에, 경화이후 강도가 떨어질 수 있으며, 96중량%를 초과하는 경우에도 바인더인 아스팔트의 함량이 줄어들게 되어 강도가 떨어질 수 있다.
상기 금속염건조제를 포함하는 건성유는 건성유 100 중량부에 24중량% Pb-Naphtha 0.5 내지 2 중량부, 10중량% Mn-Naphtha 0.1 내지 0.5 중량부를 포함할 수 있다.
상기 건성유는 공기중의 산소와 결합하여 단시간내에 탄력성이 있고, 굳은 피막을 형성하는 오일로써 요오드값이 130이상인 것으로 텅오일, 아마인유, 양귀비씨오일, 해바라기유, 달맞이꽃 종자유중 적어도 하나 이상으로 마련 되는 것을 특징으로 한다.
상기 건성유는 금속염건조제에 의해 지방산기의 이중결합에 공기중의 산소가 작용하여 Hydroperoxide기가 생성되어 중합이 개시되어 경화된다.
또한, 상기 금속염건조제중 산화형 건조제인 Mn은 도막표면에 급속히 건조도막을 형성시켜 조기 강도 발현으로 시공직후 차량통행을 가능하게 한다.
또한, 중합형 건제조인 Pb은 개질아스팔트 혼합물 내부까지 균일하게 작용하여 균일한 경화를 일으켜 조기 강도를 확보할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 개질아스팔트 바인더는 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체(Styrene-Butadiene-Styrene Copolymer)로 개질된 개질아스팔트 바인더에 산화 그래핀(Graphene oxide, GO), 연화제, 열가소성 탄성체(TPE), 고무분말(Crumb Rubber), 석유수지를 포함하여 이루어진다.
상기 스티렌-부타디엔-스티렌 블럭 공중합체(Styrene-Butadiene-Styrene Copolymer)로 개질된 개질아스팔트(PG 76-22)는 일반 아스팔트(AP-5)의 비해 개질 아스팔트계 실란트의 탄성과 신율을 증가시키는 작용을 하며, 탄성의 증가는 고온에서의 변형 문제를, 신율은 외부 충격에 의해 크랙 및 파손 발생을 현저하게 개선시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 바람직한 개질아스팔트 바인더를 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 골재와의 결합력 불량을 초래하며, 120 중량부를 초과하면 강도, 골재와의 결합은 증가하나 저온 취성이 증가하며 동절기 시공 환경에서 크랙 발생과 내열성이 나빠져 하절기 고온 환경에서 흘러내림 현상이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명에 따른 개질아스팔트 바인더는 고온에서의 흘러내림 방지 및 저온에서의 실란트 크랙발생 현상을 방지하기 위해서는 연화점이 상승되어야 할 뿐만 아니라 탄성도 증대되어야 한다.
따라서, 본 발명의 개질아스팔트 바인더는 탄성, 내열성, 인장강도 및 소성변형 저항성를 증대시키기 위하여 열가소성 탄성체(TPE)를 포함한다. 상기 열가소성 탄성체(TPE)와 산화 그래핀(Graphene oxide, GO)은 아스팔트와 네트워크를 형성하여 계면 접착력을 향상시켜 실란트의 탄성, 내열성, 인장강도 및 소성변형 저항성를 증가시키는 작용을 하며, 탄성, 내열성, 인장강도 및 소성변형 저항성의 증가는 고온에서의 흘러내림이나 변형문제, 동절기 저온 환경에서 외부충격에 의한 크랙 및 파손발생을 현저하게 개선시킬 수 있다.
본 발명의 개질아스팔트 바인더에 포함되는 열가소성 탄성체(TPE)의 함량은 5 내지 40 중량부가 바람직하다. 이는 열가소성 탄성체(TPE)의 함량이 5 중량부 미만이면 실란트의 탄성 및 내열성이 거의 개선되지 않으며, 40 중량부를 초과하면 부착력 저하와 과도한 점도 상승을 가지게 된다.
본 발명에 따르면, 상기 열가소성 탄성체(TPE)는 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 10 내지 30중량부를 첨가하는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명을 구성하는 개질아스팔트 바인더는 저온 취성, 혼합 및 가공성을 증대시키기 위해 연화제를 포함한다. 상기 연화제는 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 연화제의 함량은 1 내지 30 중량부가 바람직하다. 이는 연화제의 함량이 1 중량부 미만이면 아스팔트 혼합물의 저온 취성과 혼합성이 개선되지 않으며, 30 중량부를 초과하면 조성물의 접착력 저하와 고온 환경에서 재료 분리가 발생되는 어려움을 초래한다.
본 발명의 개질아스팔트 바인더는 고온에서의 영구변형 및 저온에서의 크랙발생 현상을 방지하기위해서는 연화점이 상승되어야 할 뿐만 아니라 탄성도 증대되어야 한다.
따라서, 본 발명의 개질아스팔트 바인더는 연화점을 상승시키기 위해서 고무분말을 포함하며 고무분말의 일 실시예로 폐타이어를 사용한다. 이로 인해 조성물의 연화점 상승은 혹서기에도 보다 높은 온도까지 점성유동 특성을 나타내지 않도록 한다. 이와같이 고무분말을 이용하여 제조하게 되면 개질 아스팔트계 실란트의 제조단가를 낮추면서 또한 폐타이어 처리에 드는 환경비용을 절감할 수 있다는 장점도 있다.
본 발명의 개질아스팔트 바인더에 포함되는 고무분말의 함량은 5 내지 30 중량부가 바람직하다. 이는 고무분말의 함량이 5 중량부 미만이면 조성물의 연화점 및 탄성 상승이 미미하여 소기의 목적을 달성하기 어려우며, 30 중량부를 초과하면 아스팔트와 고무분말과의 계면접착력이 현저하게 저하되어 고무분말끼리 응집하는 등 조성물의 균일성이 저하되어 연화점 및 탄성이 오히려 낮아진다. 또한, 고무분말의 입도는 조성물의 균질한 혼합을 위하여 40메쉬가 바람직하다.
본 발명을 구성하는 개질아스팔트 바인더는 석유수지를 포함한다.
석유수지는 점착성 부여제(Tackifying agent)역할을 하며, 방향족계 석유수지, 쿠마론인덴수지, 지방족계 수지, 수첨 디사이클로펜타디엔계 수지(hydrogenated dicyclopentadiene hydrocarbon resin)등의 석유수지(Hydrocarbon resin or petroleum resin)중에서 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있다. 특히, 접착력이 뛰어나면서도 취성이 적은 수첨 디사이클로펜타디엔계 수지를 사용하는 것이 가장 바람직하다.
기존 점착 부여제로 많이 사용된 수소화로진에스테르는 미국 헤라클레스(Hercules)사의 제품을 수입 사용하므로 값이 매우 비싸고 공급이 어려운 점이 많으며, 높은 접착성을 요구하는 용도에서는 많은 양을 첨가해야 하므로 제조원가가 매우 높아지게 된다. 또한, 연화제의 양이 적거나 거의 없는 경우에는 기재에 대한 접착성이 떨어지는 문제점이 있다. 따라서, 본 발명의 석유수지를 첨가하게 되면 연화제의 양에 관계 없이 아스팔트 혼합물에 양호한 접착성을 저가로 부여할 수 있다.
본 발명에 따른 개질 아스팔트계 실란트 조성물에 있어서, 석유수지 함량은 1 내지 30중량부가 바람직 하다.
상기 석유수지의 함량이 1 중량부 미만이면 첨가효과가 거의 없고, 30 중량부를 초과하면 조성물의 탄성이 저하되고 저온 취성이 발생하는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 나노물질인 산화 그래핀(Graphene oxide, GO)을 아스팔트 바인더에 분산 시킴으로써 레올로지, 소성변형 저항성, 탄성등의 우수한 기계적 특성과 아스팔트 성분중 휘발성 물질의 휘발을 지연 시킴으로써 현재 폭발적인 교통량 증가와 복합적인 기후(폭염;40℃이상)에서 소성변형, 접착불량, 추가균열이 발생할 수 있는 문제점을 해결하여 아스팔트 포장도로의 수명연장에 기여할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 응급보수용 상온형 개질아스팔트 혼합물의 성분은 개질아스팔트를 기본기재로 사용하며, 나노물질인 산화 그래핀(Graphene oxide, GO)를 분산시켜 개질아스팔트 혼합물의 레올로지, 소성변형 저항성, 피로균열 저항성, 탄성등의 기계적 성능과 내후성을 개선 시켰다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.
실시예 1
(1) 개질아스팔트 바인더 제조
(a) 연화점이 약 75, 침입도가 약65dmm인 스티렌-부타디엔-스티렌 블럭 공중합체(Styrene-Butadiene-Styrene Copolymer)로 개질된 개질아스팔트(PG 76-22, SK에너지) 100 중량부에 산화 그래핀(Graphene oxide, GO)(GOV50, (주)스탠다드그래핀) 0.05 중량부, 열가소성탄성체(TPE)(KTR-301P, 금호석유화학) 30 중량부, 연화제(P-200, SK루브텍) 10 중량부를 부가하여 180℃온도에서 High Shear Mixer로 3,000RPM으로 1hr동안 분산시키는 단계;
(b) 상기 혼합물에 고무분말(Crumb Rubber)(400Mesh, (주)크리오텍) 20 중량부, 및 석유수지(R1100S, 코오롱유화(주)) 30 중량부를 부가하여 180℃의 온도에서 교반속도 600RPM으로 3hr동안 교반하여 혼합/분산하여 제조하였다.
(2) 금속염건조제를 포함하는 건성유 제조단계;
(i) 아마인유 100 중량부에 24% Pb-Naphtha 0.5 내지 2 중량부, 10% Mn-Naphtha 0.1 내지 0.5 중량부를 부가하여 제조하는 금속염건조제를 포함하는 건성유 제조하였다.
실시예 2
120 내지 200℃로 가열된 입도 범위가 6mm 내지 9mm인 쇄석골재 10중량%;
입도 범위가 4.75mm 내지 6mm인 쇄석골재 50중량%;
입도 범위가 2.36mm 내지 4.75mm인 쇄석골재 17중량%;
입도 범위가 1.18mm 내지 2.36mm인 쇄석골재 18중량%; 및
입도 범위가 0.075mm 내지 1.18mm인 쇄석골재 5중량%;를 포함하는 쇄석골재 95중량%와 170℃ 용융시킨 상기 실시예 1에서 제조된 개질아스팔트 바인더 5중량%를 아스팔트 혼합믹서에서 혼합하여 개질 아스팔트 혼합물을 제조하였다.
상기 개질아스팔트 혼합물 100 중량부에 상기 실시예 1에서 제조된 금속염건조제를 포함하는 건성유 20 중량부를 부가하여 혼합하여 응급보수용 상온형 개질아스팔트 혼합물을 제조하였다.
비교예 1.
KS F 2369 “도로보수용 상온 역청 혼합물 품질기준”
비교예 2.
한국고속도로 보수용 상온형 아스콘 보수재의 품질기준
실험예
상기 실시예 2 및 비교예 1~2에서 제조된 아스팔트 혼합물의 시험결과를 하기의 표2에 나타내었다.
구분 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비고
마샬안정도
(25℃, N)		 35,000 2,500이상 7,350이상
마샬흐름값
(1/10mm)		 22 20-40 20-40
공극률(%) 3 3-15 3-10
수침잔류안정도
(%)		 110 75이상 75이상
동적안정도
(회/mm)		 8,000 - 750이상
상기 표 2에 나타난 바와 같이 실시예 2의 응급보수용 상온형 개질아스팔트 혼합물은 모든물성이 향상되어 비교예 1 내지 비교예 2의 기준값을 만족함을 알 수 있었다.
특히, 점성이 낮은 건성유를 첨가하여 상온에서도 시공이 가능하고, 시공시 금속염건조제의 첨가에 의한 건성유의 산화중합 경화로 인해 조기에 높은 강도값을 발휘 할 수 있다.
또한, 나노물질인 산화 그래핀(Graphene oxide, GO)이 아스팔트 바인더 내의 큰분자(Colloid and Asphalten)를 신속하게 흡착/분산됨으로써 아스팔트 콘크리트 혼합물의 소성변형 저항성, 피로균열 저항성, 탄성 및 Top-Down균열을 억제하는 내열특성을 향상시키고 산화 그래핀(Graphene oxide, GO)의 뛰어난 차단성능으로 아스팔트 바인더내의 휘발성 물질의 휘발을 지연시켜 산화등의 내구성능을 향상시키는 것을 확인할 수 있었다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (8)

  1. 나노물질인 산화 그래핀(Graphene oxide, GO)을 포함하는 개질아스팔트 바인더 4 내지 15중량% 와 골재 85 내지 96중량%로 구성되는 개질 아스팔트 혼합물 100중량부; 및
    금속염건조제를 포함한 건성유 10 내지 30 중량부;
    를 포함하는 응급보수용 상온형 개질아스팔트 조성물에 있어서,
    상기 산화 그래핀(Graphene oxide, GO)은 크기가 30um이하 이고 0.7-1.2nm의 층간격을 가지는 2차원 층상 구조이며, 비표면적이 500~800㎡/g이고 하기의 화학식 1의 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 응급보수용 상온형 개질아스팔트 조성물.
    [화학식 1]
    Figure 112019047210165-pat00004
  2. 제1항에 있어서,
    상기 개질아스팔트 바인더는;
    스티렌-부타디엔-스티렌 블럭 공중합체(Styrene-Butadiene-Styrene Copolymer)로 개질된 개질아스팔트 100 중량부;
    산화 그래핀(Graphene oxide, GO) 0.01 내지 0.1 중량부;
    연화제 1 내지 30 중량부;
    열가소성 탄성체(TPE) 5 내지 40 중량부;
    고무분말(Crumb Rubber) 5 내지 30 중량부; 및
    석유수지 1 내지 30 중량부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 응급보수용 상온형 개질아스팔트 조성물.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 골재는 전체 골재 100중량부 대비
    입도 범위가 6mm 내지 9mm인 쇄석골재 0 내지 15중량부;
    입도 범위가 4.75mm 내지 6mm인 쇄석골재 45 내지 65중량부;
    입도 범위가 2.36mm 내지 4.75mm인 쇄석골재 8 내지 23중량부;
    입도 범위가 1.18mm 내지 2.36mm인 쇄석골재 9 내지 26중량부; 및
    입도 범위가 0.075mm 내지 1.18mm인 쇄석골재 3 내지 6중량부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 응급보수용 상온형 개질아스팔트 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 금속염건조제를 포함하는 건성유는 건성유 100 중량부에 24중량% Pb-Naphtha 0.5 내지 2 중량부, 10중량% Mn-Naphtha 0.1 내지 0.5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 응급보수용 상온형 개질아스팔트 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 건성유는 요오드값이 130이상이며,
    텅오일, 아마인유, 양귀비씨오일, 해바라기유 또는 달맞이꽃 종자유 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 응급보수용 상온형 개질아스팔트 조성물.
  8. (a) 스티렌-부타디엔-스티렌 블럭 공중합체(Styrene-Butadiene-Styrene Copolymer)로 개질된 개질아스팔트 100 중량부에 산화 그래핀(Graphene oxide, GO) 0.01 내지 0.1 중량부, 연화제 1 내지 30 중량부, 열가소성 탄성체(TPE) 5 내지 40 중량부를 첨가한 다음, 150-180℃의 온도에서 하이 쉐어 믹서(High Shear Mixer)를 이용하여 분산시켜 혼합물을 제조하는 단계; 및
    (b) 상기 (a)단계에서 제조된 분산된 혼합물에 고무분말(Crumb Rubber) 5 내지 30중량부, 석유수지 1 내지 30 중량부를 첨가한 다음, 150-180℃의 온도에서 혼합하여 개질아스팔트 바인더를 제조하는 단계;
    (c) 아마인유 100 중량부에 금속염 건조제로서 24중량% Pb-Naphtha 0.5 내지 2 중량부 및 10중량% Mn-Naphtha 0.1 내지 0.5 중량부를 첨가하여 건성유를 제조하는 단계;
    (d) 120 내지 200℃로 가열된 골재류 85 내지 96 중량% 및 150 내지 180℃에서 용융시킨 상기 (b) 단계에서 제조된 개질아스팔트 바인더 4 내지 15 중량%를 아스팔트 혼합믹서에서 혼합하여 개질아스팔트 혼합물을 제조하는 단계; 및
    (e) 상기 제조된 개질아스팔트 혼합물 100중량부에 상기 (c) 단계에서 제조된 건성유 10 내지 30 중량부를 첨가하여 응급보수용 상온형 개질아스팔트 조성물을 제조하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항, 제2항, 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항의 응급보수용 상온형 개질아스팔트 조성물 제조방법.
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