KR102047722B1

KR102047722B1 - 보수용 기능성 재생첨가제 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR102047722B1
Application number: KR1020180154819A
Authority: KR
Inventors: 김영철
Original assignee: 김영철
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2019-12-04

Abstract

본 발명은 보수용 기능성 재생첨가제에 관한 것으로, 고분자 수지인 클로로설폰화 폴리에틸렌(CSM) 3~5 중량%와 가소제인 디이소노닐 프탈레이트(DINP) 10~15 중량% 를 혼합하여 이루어진 제1 첨가제; 나프텐 55~65 중량% 와 파라핀 35~40 중량% 로 구성된 재생오일이 상기 제1 첨가제에 혼합하여 이루어진 제2 첨가제; 및 안정제인 에틸렌 메틸 아크릴레이트 코폴리머 2~5 중량%, 상용화제인 PE 왁스 1~3 중량%, 특수첨가제로 이루어져 상기 제2 첨가제에 혼합하여 이루어진 제3 첨가제; 를 포함하여 이루어지는 것을 기술적 특징으로 하여 노화된 폐아스팔트 바인더가 보수용 기능성 재생첨가제를 통해 재생 및 복원되어 내후성, 내열성이 향상될 뿐만 아니라 상용성이 우수하여 골재간의 결합력을 향상시킬 수 있고, 자원의 재활용과 절약에 따른 친환경적인 도로시공 및 경제성 향상의 효과를 발휘할 수 있다.

Description

보수용 기능성 재생첨가제 및 이의 제조방법{REPAIR FUNCTIONALITIES REJUVENATOR AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}

본 발명은 보수용 기능성 재생첨가제에 관한 것으로, 보다 상세하게는 노화된 폐아스팔트 바인더가 보수용 기능성 재생첨가제를 통해 재생 및 복원되어 내후성, 내열성이 향상될 뿐만 아니라 상용성이 우수하여 골재간의 결합력을 향상시킬 수 있고, 자원의 재활용과 절약에 따른 친환경적인 도로시공 및 경제성 향상의 효과를 발휘할 수 있는 보수용 기능성 재생첨가제에 관한 것이다.

일반적으로, 도로포장용 아스팔트 콘크리트는 골재, 시멘트, 아스팔트 등이 혼합된 물질로서, 아스팔트가 노화되어 폐기되는 폐아스팔트 콘크리트(이하에서는 약칭하여 '폐아스콘'으로 기재합니다)는 건설 산업폐기물로 분류되며 매년 대량 발생하고 있다. 이처럼 대량의 폐기물을 처리하기 위해서는 방대한 매립공간이 필요하여 자연을 훼손하게 되며, 매립물로부터 빗물에 의해 씻겨 나온 아스팔트나 잔류시멘트 등이 지층으로 흘러들어갈 경우 지하수와 하천을 차례로 오염시키게 되어 환경오염의 주요 원인으로 작용하고 있다.

아스팔트는 전체 중량의 약 90~95%가 탄소와 수소 즉 탄화수소로 구성되고, 나머지 약 5~10%는 이형원소와 금속으로 구성된다. 질소, 산소 및 유황 같은 이형원소는 아스팔트 분자구조내의 탄소와 치환된다. 이 치환은 분자 상호 작용을 활발히 일으켜 아스팔트가 독특한 화학적·물리적 특성을 갖는 큰 요인으로 작용한다. 아스팔트에 함유된 이형원소의 유형과 양은 원유 산지 및 노화 노출정도와 관련이 있다. 이형원소 특히 유황은 탄소나 수소보다 더 쉽게 산화반응을 일으킨다. 산화는 아스팔트의 전 노화과정에서 가장 큰 비중을 차지한다.

아스팔트의 노화현상(Age Hardening)이란 아스팔트 바인더가 공기 중에 노출되면서 서서히 산화하여 활성도 높은 산성함유물질이 높은 분자를 가진 입자와 반응하여 아스팔트 바인더의 침입도와 점도가 감소하게 되어 아스팔트가 경화되는 현상을 말한다.

이러한 아스팔트의 노화현상에 의해 경화된 아스팔트 혼합물은 교통 하중의 지지력이나 소성변형(Rutting or Plastic deformation)에 대한 큰 저항성을 가진다.

그러나, 아스팔트 바인더의 경화는 균열, 습기 및 마모현상에 대한 저항력을 약화시키게 된다. 즉, 이러한 노화현상은 아스팔트 콘크리트의 내구성을 저하시키는 주요한 원인으로 지목되고 있다.

아스팔트 바인더의 노화현상은 크게 단기노화(Short-Term Aging)와 장기노화(Long-Term Aging)로 나뉘어질 수 있다.

단기노화는 아스팔트 혼합물이 사일로에 저장되고 포설현장으로 운반되고 포설되어 다져지는 과정을 거치는 동안에 아스팔트가 경화되는 현상을 말한다.

그리고, 장기노화는 아스팔트 혼합물이 식어서 교통에 개방된 후 포장이 교통 하중에 의한 다짐 작용으로 인하여 한계밀도에 다다르는 2~3년후까지도 아주 느린 속도로 계속되는 현상을 말한다.

관련 선행기술로는 등록특허공보 제10-1863295호(발명의 명칭: 노화 아스팔트 도로포장의 재활용을 위한 중온 재생첨가제 조성물, 및 폐아스콘과 중온 재생첨가제 조성물을 포함하는 아스팔트 콘크리트 조성물, 등록일자: 2018년 05월 25일) 및 등록특허공보 제10-0975361호(발명의 명칭: 폐아스팔트 콘크리트 및 재생첨가제를 포함하는 아스팔트 콘크리트 조성물, 등록일자: 2010년 08월 05일)가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 노화된 폐아스팔트 바인더가 보수용 기능성 재생첨가제를 통해 재생 및 복원되어 내후성, 내열성이 향상될 뿐만 아니라 상용성이 우수하여 골재간의 결합력을 향상시킬 수 있고, 자원의 재활용과 절약에 따른 친환경적인 도로시공 및 경제성 향상의 효과를 발휘할 수 있는 보수용 기능성 재생첨가제를 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 본 발명의 특징을 통해 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시 예를 통해 보다 분명하게 알 수 있고, 특허청구범위에 나타난 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

상기와 같은 본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 아래와 같은 기술적 특징을 갖는다.

본 발명에 따른 보수용 기능성 재생첨가제는, 고분자 수지인 클로로설폰화 폴리에틸렌(CSM) 3~5 중량%와 가소제인 디이소노닐 프탈레이트(DINP) 10~15 중량% 를 혼합하여 이루어진 제1 첨가제; 나프텐 55~65 중량% 와 파라핀 35~40 중량% 로 구성된 재생오일이 상기 제1 첨가제에 혼합하여 이루어진 제2 첨가제; 및 안정제인 에틸렌 메틸 아크릴레이트 코폴리머 2~5 중량%, 상용화제인 PE 왁스 1~3 중량%, 특수첨가제로 이루어져 상기 제2 첨가제에 혼합하여 이루어진 제3 첨가제; 를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 보수용 기능성 재생첨가제에 있어서, 상기 제3 첨가제의 특수첨가제는, 염소화 파라핀계 가소제 60~80 중량%와 대두유 20~40 중량%로 혼합하고 교반하여 이루어진 제1 혼합제와, 클로로술폰화 폴리에틸렌 합성고무 20~30 중량%, 폴리올레핀계 수지 15~25 중량%, C5~C9 석유수지 10~20 중량%, 에틸렌 메틸 아크릴레이트 코폴리머 10~20 중량%, 폴리에틸렌 그라프트 말레산 무수물 10~20 중량%, 폴리에틸렌계 왁스 5~15 중량% 를 혼합하고 교반하여 이루어진 제2 혼합제로 구성된다.

본 발명에 따른 보수용 기능성 재생첨가제에 있어서, 상기 제1 혼합제는 상기 염소화 파라핀계 가소제와 상기 대두유를 90 내지 110℃에서 3시간 동안 혼합하여 교반한다.

본 발명에 따른 보수용 기능성 재생첨가제에 있어서, 상기 염소화 파라핀계 가소제는 비중이 1.1이면 염소함량이 30 중량%이고, 상기 대두유는 비중이 0.92이면 염소함량이 99 중량%이다.

본 발명에 따른 보수용 기능성 재생첨가제에 있어서, 상기 제2 혼합제는 클로로술폰화 폴리에틸렌 합성고무, 폴리올레핀계 수지, C5~C9 석유수지, 에틸렌 메틸 아크릴레이트 코폴리머, 폴리에틸렌 그라프트 말레산 무수물, 폴리에틸렌계 왁스를 혼합하고 교반하여 이축압출기로 100 내지 200℃에서 제조된다.

본 발명에 따른 보수용 기능성 재생첨가제에 있어서, 상기 제1 혼합제는 상기 제2 혼합제에 넣은 후 80 내지 120℃에서 1시간 동안 교반하되, 혼합비율은 상기 제1 혼합제가 60이면, 상기 제2 혼합제는 40이다.

본 발명에 따른 보수용 기능성 재생첨가제의 제조방법은, 고분자 수지인 클로로설폰화 폴리에틸렌(CSM) 3~5 중량%와 가소제인 디이소노닐 프탈레이트(DINP) 10~15 중량% 를 혼합하여 제1 첨가제를 제조하는 제1 제조단계; 나프텐 55~65 중량% 와 파라핀 35~40 중량% 로 구성된 재생오일이 상기 제1 첨가제에 혼합하여 제2 첨가제를 제조하는 제2 제조단계; 및 안정제인 에틸렌 메틸 아크릴레이트 코폴리머 2~5 중량%, 상용화제인 PE 왁스 1~3 중량%, 특수첨가제로 이루어져 상기 제2 첨가제에 혼합하여 제3 첨가제를 제조하는 제3 제조단계; 를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 보수용 기능성 재생첨가제의 제조방법에 있어서, 상기 제3 첨가제의 특수첨가제는, 염소화 파라핀계 가소제 60~80 중량%와 대두유 20~40 중량%로 혼합하고 교반하여 이루어진 제1 혼합제와, 클로로술폰화 폴리에틸렌 합성고무 20~30 중량%, 폴리올레핀계 수지 15~25 중량%, C5~C9 석유수지 10~20 중량%, 에틸렌 메틸 아크릴레이트 코폴리머 10~20 중량%, 폴리에틸렌 그라프트 말레산 무수물 10~20 중량%, 폴리에틸렌계 왁스 5~15 중량% 를 혼합하고 교반하여 이루어진 제2 혼합제로 구성된다.

본 발명에 따른 보수용 기능성 재생첨가제의 제조방법에 있어서, 상기 제1 혼합제는 상기 염소화 파라핀계 가소제와 상기 대두유를 90 내지 110℃에서 3시간 동안 혼합하여 교반한다.

본 발명에 따른 보수용 기능성 재생첨가제의 제조방법에 있어서, 상기 염소화 파라핀계 가소제는 비중이 1.1이면 염소함량이 30 중량%이고, 상기 대두유는 비중이 0.92이면 염소함량이 99 중량%이다.

본 발명에 따른 보수용 기능성 재생첨가제의 제조방법에 있어서, 상기 제2 혼합제는 클로로술폰화 폴리에틸렌 합성고무, 폴리올레핀계 수지, C5~C9 석유수지, 에틸렌 메틸 아크릴레이트 코폴리머, 폴리에틸렌 그라프트 말레산 무수물, 폴리에틸렌계 왁스를 혼합하고 교반하여 이축압출기로 100 내지 200℃에서 제조된다.

본 발명에 따른 보수용 기능성 재생첨가제의 제조방법에 있어서, 상기 제1 혼합제는 상기 제2 혼합제에 넣은 후 80 내지 120℃에서 1시간 동안 교반하되, 혼합비율은 상기 제1 혼합제가 60이면, 상기 제2 혼합제는 40이다.

본 발명은 상기와 같은 과제의 해결 수단을 통해 노화된 폐아스팔트 바인더가 보수용 기능성 재생첨가제를 통해 재생 및 복원되어 내후성, 내열성이 향상될 뿐만 아니라 상용성이 우수하여 골재간의 결합력을 향상시킬 수 있고, 자원의 재활용과 절약에 따른 친환경적인 도로시공 및 경제성 향상의 효과를 발휘할 수 있다.

본 발명의 다른 효과는 본 발명의 특징을 통해 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시 예를 통해 보다 분명하게 알 수 있고, 특허청구범위에 나타난 수단 및 조합에 의해 발휘될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 보수용 기능성 재생첨가제의 일 실시예의 도면이고,
도 2는 본 발명 따른 보수용 기능성 재생첨가제의 제조방법의 일 실시예의 도면.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에서 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

도 1은 본 발명에 따른 보수용 기능성 재생첨가제의 일 실시예의 도면이다.

재생첨가제는 일반적인 정의로 ASTM에서 "노화된 아스팔트 바인더에 첨가되었을때 최종적으로 얻어질 아스팔트 바인더의 물리화학적 성질을 개량할 수 있는 물질이다."라고 한다.

PCUPG의 정의는 "노화된 아스팔트 시멘트를 기존의 규정에 맞도록 개량하기 위해서 필요한 물리적 성질을 가지고 있는 탄화수소화합물이다." 라고 한다.

재생첨가제에 대한 설명을 아래에서 상세히 설명하겠다.

본 발명에 따른 보수용 기능성 재생첨가제(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 첨가제(110), 제2 첨가제(120), 제3 첨가제(130)를 포함하여 이루어진다.

본 발명의 중온 복합형 재생첨가제(100)는 노화된 폐아스팔트 바인더를 재생 및 복원시키므로, 생산 및 시공시 온도를 일반아스콘에 대비 20℃ 저하시켜 연료절감과 온실가스의 저감효과를 발휘할 수 있다.

제1 첨가제(110)는 고분자 수지인 클로로설폰화 폴리에틸렌(CSM)와 가소제인 디이소노닐 프탈레이트(DINP)를 혼합하여 이루어진다.

고분자 수지인 클로로설폰화 폴리에틸렌(Chlorosulphonated polyethylene, CSM)은 폴리에틸렌에 염소와 아황산가스를 적정한 비율로 혼합하여 반응시켜 가황 가능한 탄성체로 변화시켜 만든 합성고무의 일종으로, 금속산화물 등으로 가황되어 특히 내오존성, 내열성, 착색 안정성이 우수하다. 클로로설폰화 폴리에틸렌(CSM)은 단단한 폴리에틸렌을 다른 고무처럼 가공 및 가교될 수 있도록 반응성 가교점을 가진 고무로 변화시키는 것이다.

상업적으로 나오는 클로로설폰화 폴리에틸렌(CSM)의 염소 함량은 24~43% 범위 사이에 있다. 황의 함량은 약 1.0~1.5% 범위이나 주로 약 1.0%의 함량을 가지고 있다. 전형적인 클로로설폰화 폴리에틸렌(CSM)에는 보통 카본블랙이나 무기충전제 혹은 이들의 혼합물, 가소제, 가공조제, 노화방지제, 가황제를 넣는다.

가소제인 디이소노닐 프탈레이트(Di-isononyl phthalate, DINP)는 휘발성 유기 화합물 발생량을 최소화하여 환경에 대한 안정성이 높고, 초기 점도가 낮으며, 경시 점도 안정성과 열안정성이 우수하다.

제1 첨가제(110)는 고분자 수지인 클로로설폰화 폴리에틸렌(CSM)의 적정함량이 3~5 중량%이고, 가소제인 디이소노닐 프탈레이트(DINP)의 적정함량 10~15 중량%로 혼합하여 이루어지는 것이 적합하다.

제2 첨가제(120)는 나프텐 55~65 중량% 와 파라핀 35~40 중량% 로 구성된 재생오일이 제1 첨가제(110)에 혼합하여 이루어진다.

나프텐(naphthen)은 시클로파라핀(cycloparaffin)을 석유 공업에서 일컫는 것으로 55~65 중량%가 적정함량으로 적합하다.

파라핀(paraffin)은 석유에서 얻은 고형의 탄화수소류의 혼합물로 적정함량이 35~40 중량%가 적합하다.

제3 첨가제(130)는 안정제인 에틸렌 메틸 아크릴레이트 코폴리머, 상용화제인 PE 왁스, 특수첨가제를 혼합하여 이루어져 제2 첨가제(120)에 혼합된다.

구체적으로 살펴보면, 제3 첨가제(130)는 안정제인 에틸렌 메틸 아크릴레이트 코폴리머가 2~5 중량%, 상용화제인 PE 왁스가 1~3 중량%, 특수첨가제를 혼합하여 이루어진다.

안정제인 에틸렌 메틸 아크릴레이트 코폴리머는 에틸렌 메틸 아크릴레이트는 내열성과 동시에 단가적 요소를 지니고 있으며, 화학적성능이 뛰어나 내후성이 우수한 특징이 있다.

에틸렌 메틸 아크릴레이트 코폴리머는 염소함량 2~5 중량%가 바람직한 것으로, 비중이 높을 경우 단가적 요소 및 전체적인 비중을 상승시키므로 낮을수록 좋으나 최적 기계적물성 대비 이상일 경우 제품의 경도를 상승시킨다.

상용화제인 PE(폴리에틸렌계) 왁스는 녹는점 이상의 온도에서는 점도가 급격히 감소하는 특성이 있으며, 폴리에틸렌을 기초로 하기 때문에 염소함량 1~3 중량% 수준으로 이용하는 것이 바람직하다.

제3 첨가제(130)의 특수첨가제는 제1 혼합제와 제2 혼합제로 이루어진다.

제1 혼합제는 염소화 파라핀계 가소제와 대두유로 혼합하고 교반하여 이루어진다.

구체적으로 살펴보면, 염소화 파라핀계 가소제 60~80 중량%와 대두유 20~40 중량%를 90 내지 110℃에서 3시간 동안 혼합 교반한다.

염소화 파라핀계 가소재는 염소함량이 60~80 중량%가 바람직한 것으로, 이는 혼화성에 영향을 주는 것으로 염소함량이 60~80 중량%를 초과하여 상향 조정될 경우 Tacky성이 과하여 기초와 상분리 요소로 작용한다.

대두유는 인화점을 높여주는 역할을 하여 염소화 가스발생을 억제하는 역학을 하는 것으로 염소함량이 20~40 중량%가 가장 적합하다.

제1 혼합제는 90 내지 110℃에서 3시간 동안 혼합하여 교반을 통해 액상의 혼합물을 제조할 수 있다.

염소화 파라핀계 가소제는 비중이 1.1이면 염소함량이 30 중량%이고, 대두유는 비중이 0.92이면 염소함량이 99 중량%이다.

제2 혼합제는 클로로술폰화 폴리에틸렌 합성고무, 폴리올레핀계 수지, C5~C9 석유수지, 에틸렌 메틸 아크릴레이트 코폴리머, 폴리에틸렌 그라프트 말레산 무수물, 폴리에틸렌계 왁스를 혼합하고 교반하여 이루어진다.

구체적으로 살펴보면, 제2 혼합제는 클로로술폰화 폴리에틸렌 합성고무 20~30 중량%, 폴리올레핀계 수지 15~25 중량%, C5~C9 석유수지 10~20 중량%, 에틸렌 메틸 아크릴레이트 코폴리머 10~20 중량%, 폴리에틸렌 그라프트 말레산 무수물 10~20 중량%, 폴리에틸렌계 왁스 5~15 중량% 를 혼합하고 교반하여 이축압출기로 100 내지 200℃에서 제조된다.

클로로술폰화 폴리에틸렌 합성고무는 염소함량이 20~30 중량%이내인 것이 바람직한 것으로, 염소의 함량에 따라 전체적인 결정화도에 감소에 영향을 미치므로 최적정 비율이 20~30 중량%이내로 점탄성을 지닌 제품이 사용시 탄성 및 내열성을 동시에 확보한다.

폴리올레핀계 수지는 전체적인 제품에 대한 비슷한 혼화성이 형성되며, 염소함량이 15~25 중량%가 가장 적합하다.

C5~C9 석유수지는 염소함량이 10~20 중량%이내인 것이 바람직한 것으로, 탄소체인 길이가 길어질수록 기계적 물성은 상승하나 Tacky성이 감소된다.

에틸렌 메틸 아크릴레이트 코폴리머는 각기 다른 2종의 에틸렌 메틸 아크릴레이트 코폴리머를 혼합하는 것이 바람직하다. 에틸렌 메틸 아크릴레이트는 내열성과 동시에 단가적 요소를 지니고 있으며, 화학적성능이 뛰어나 내후성이 우수한 특징이 있다.

에틸렌 메틸 아크릴레이트 코폴리머의 비중이 높을 경우 단가적 요소 및 전체적인 비중을 상승시키므로 낮을수록 좋으나 최적 기계적물성 대비 이상일 경우 제품의 경도를 상승시키므로 염소함량이 10~20 중량%가 바람직하다.

폴리에틸렌 그라프트 말레산 무수물은 결정성 고분자(LDPE계열/LLDPE, PE base polymer, 기타 결정성영역) 및 비결정 고분자(Rubber류)간 결합력을 상승시키는 커플링제 역할 또는 연결고리역할로 무기물, 비극성 고분자, 극성 고분자의 기계적 물성, 혼화성을 향상시키는 재료이다.

폴리에틸렌 그라프트 말레산 무수물의 염소함량은 C5~C9 석유수지, 에틸렌 메틸 아크릴레이트 코폴리머와 같이 10~20 중량%가 바람직하다.

폴리에틸렌계 왁스는 녹는점 이상의 온도에서는 점도가 급격히 감소하는 특성이 있으며, 폴리에틸렌을 기초로 하기 때문에 가공온도 100 내지 200℃ 이내, 염소함량 5~15 중량% 수준으로 이용하는 것이 바람직하다.

제2 혼합제는 100 내지 200℃에서 배합하여 이를 단축 또는 다축 압축기를 이용하여 압출 성형하여 펠렛형태로 제조할 수 있다.

제1 혼합제 및 제2 혼합제가 제조되면 이를 혼합하는데, 제1 혼합제를 제2 혼합제에 넣고, 80 내지 120℃의 범위에서 1시간 동안 교반하되, 혼합비율은 제1 혼합제가 60이면, 제2 혼합제는 40로 최종 액상으로 제조할 수 있다.

이하, 본 발명의 일실시예에 대하여 자세히 설명한다.

실시예 1

보수용 기능성 재생첨가제의 제3 첨가제 특수첨가제의 제조를 위해 제1 혼합제 및 제2 혼합제를 제조하는데, 제1 혼합제는 염소화 파라핀계 가소제 70 중량%와 대두유 30 중량%를 90 내지 110℃에서 3시간 동안 혼합 교반하여 제조한다.

제2 혼합제는 클로로술폰화 폴리에틸렌 합성고무 25 중량%, 폴리올레핀계 수지 20 중량%, C5~C9 석유수지 15 중량%, 에틸렌 메틸 아크릴레이트 코폴리머 15 중량%, 폴리에틸렌 그라프트 말레산 무수물 15 중량%, 폴리에틸렌계 왁스 10 중량%를 혼합하여 교반하여 이축압출기로 100 내지 200℃에서 제조한다.

제1 혼합제는 제2 혼합제에 넣은 후 80 내지 120℃에서 1시간 동안 교반하되, 혼합비율은 제1 혼합제 60이면, 제2 혼합제는 40이다.

실시예 2

실시예 1과 동일하게 실시하되,

제1 혼합제에서 염소화 파라핀계 가소제 60 중량%와 대두유 40 중량%를 혼합하여 교반한다.

실시예 3

실시예 1과 동일하게 실시하되,

제2 혼합제에서 클로로술폰화 폴리에틸렌 합성고무 30 중량%, 폴리올레핀계 수지 20 중량%, C5~C9 석유수지 15 중량%, 에틸렌 메틸 아크릴레이트 코폴리머 15 중량%, 폴리에틸렌 그라프트 말레산 무수물 15 중량%, 폴리에틸렌계 왁스 5 중량%를 혼합하여 교반한다.

측정방법

1. 내열성 시험(연화점)

KS M 2250(ks 규격열람 사이트 참고)에 의한 연화점(℃) 테스트 실시

2. Tg(-25℃): 시차주사열량계법 DSC(Differential Scanning Calorimetry)

DSC는 가열, 냉각 또는 일정한 온도를 유지하는 동안 시료가 흡수 또는 방출되는 에너지를 측정하는 방법임. DSC 장비를 이용하여 ASTM D 3418로 측정(승온 10/min, 하강온도 10/min)

3. 동적전단응력

동적 전단 유변 물성 측정기(동적전단유도기(DSR, Dynamic Shear Rheometer)) KS F 2393 방법 이용함.

4. 용해시간 실험

중탕교반기를 이용하여 가소제를 150℃까지 승온시킨 후 제조된 보수용 기능성 재생첨가제의 제3 첨가제 특수첨가제와 가소제의 비율을 1:20으로 측량 후 투입하여 용해시간을 측정함.

보수용 기능성 재생첨가제의 물성을 정리한 것을 다음의 표 1에 나타내었다.

-표 1-

실시예 1 내지 3은 연화점이 10℃이상 높을 때 연화점이 낮은 경우 문제가 발생할 가능성이 높다. 즉, 아스팔트와 차량타이어간의 마찰력으로 특히 여름에 온도가 상승하여 포장된 아스팔트가 녹아 기계적 물성이 약해지므로 파손, 패임 등이 발생한다. 90℃에 가까운 수준의 제품이 우수한 것으로 본 발명의 실시예들은 연화점이 90℃에 가까운 특징이 있다.

Tg는 유리 전이 온도라고 불리며, 영하(-) 수준으로 낮은 Tg 물질은 대부분 고무상인데 Tg가 낮을 수록 저온에서 유동성이 상승한다.

Tg 값이 낮을 수록 저온에서 탄성적 특성을 지니게 되는데, 겨울 또는 추운 지방의 경우 -25℃ 이하로 내려가면, 아스팔트 자체가 너무 brittle(탄성이 없고, hardness가 상승함)하여 하드한 상태로 변한다. 이때 작은 충격에도 깨짐이 발생하는 문제점이 있다.

동적전달응력을 살펴보면 실시예들은 1.0 이하가 없으므로 우수함을 확인할 수 있다.

재생첨가제의 친환경성을 나타내기 위해 재생첨가제의 악취 시험 결과를 하기의 표 2에 나타내었다.

-표 2-

표 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 재생첨가제는 동일한 시험온도를 기준으로 복합악취(희석배수) 및 총 휘발성 유기 화합물을 측정하는 시험하였다.

사람의 후각을 자극하여 불쾌감과 혐오감을 주는 복합악취 부분에서 재생첨가제는 다른 산화 아스팔트, 개질 아스팔트, 스트레이트 아스팔트보다 가장 낮았다.

이는 재생첨가제(14)가 스트레이트 아스팔트(100), 다른 산화 아스팔트(67), 개질 아스팔트(30) 순서로 복합악취가 가장 낮게 나오므로 사람의 후각을 자극하는 불쾌감과 혐오감을 주지 않는 것이다.

총 휘발성 유기 화합물은 피부 접촉이나 호흡기 흡입 등을 통해 인체에 노출되면, 피로감, 정신착란, 두통, 구토, 현기증 등을 일으켜 신경계에 장애를 일으키게 되는 것으로, 재생첨가제(129.4)는 산화 아스팔트(320.8), 스트레이트 아스팔트(269.6), 개질 아스팔트(264.2) 다음으로 가장 낮은 수치가 나왔다.

이는 재생첨가제가 신경계에 장애를 일으키는 등 사람에게 피해를 입히지 않는 것이다.

따라서, 본 발명의 재생첨가제는 복합악취(희석배수) 및 총 휘발성 유기 화합물의 측정 결과를 보더라도 다른 아스팔트들보다는 사람에게 인체에 피해를 주지 않는 안정성을 제공한다고 할 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 보수용 기능성 재생첨가제의 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 보수용 기능성 재생첨가제의 제조방법의 일 실시예의 도면이다.

본 발명에 따른 보수용 기능성 재생첨가제의 제조방법(S100)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 제조단계(S110), 제2 제조단계(S120) 및 제3 제조단계(S130)를 포함하여 이루어진다.

제1 제조단계(S110)는 고분자 수지인 클로로설폰화 폴리에틸렌(CSM) 3~5 중량%와 가소제인 디이소노닐 프탈레이트(DINP) 10~15 중량% 를 혼합하여 제1 첨가제를 제조하는 단계이다.

제2 제조단계(S120)는 나프텐 55~65 중량% 와 파라핀 35~40 중량% 로 구성된 재생오일이 상기 제1 첨가제에 혼합하여 제2 첨가제를 제조하는 단계이다.

나프텐(naphthen)은 시클로파라핀(cycloparaffin)을 석유 공업에서 일컫는 것으로 55~65 중량%가 적정함량으로 적합하고, 파라핀(paraffin)은 석유에서 얻은 고형의 탄화수소류의 혼합물로 적정함량이 35~40 중량%가 적합하다.

제3 제조단계(S130)는 안정제인 에틸렌 메틸 아크릴레이트 코폴리머 2~5 중량%, 상용화제인 PE 왁스 1~3 중량%, 특수첨가제로 이루어져 상기 제2 첨가제에 혼합하여 제3 첨가제를 제조하는 단계이다.

특수첨가제는 제1 혼합제와 제2 혼합제로 이루어진다.

1. 시험장비

폐아스팔트 바인더의 모사를 위해 단기노화 및 장기노화 시험장비를 이용하여 강제 노화를 시켜 3종의 폐아스팔트 바인더를 제조한다.

3종의 폐아스팔트는 RT, RP, PP 로 이루어진다.

a. RT는 AP-5 아스팔트 바인더를 RTFO(RTFO: Rolling Thin Film Oven, 회전박막가열시험) 시험장비를 사용하여 단기 노화시킨 아스팔트 바인더이다.

b. RP는 AP-5 아스팔트 바인더를 RTFO 시험장비를 이용하여 시행한 PAV(PAV: Pressure Aging Vessel, 압력노화용기 시험) 시험장비를 사용하여 장기 노화시킨 아스팔트 바인더이다.

c. PP는 AP-5 아스팔트 바인더를 PAV 시험장비를 2회 시행하여 장기 노화시킨 아스팔트 바인더이다.

위에서 설명한 바와 같이, RTFO와 PAV 를 이용하여 아스팔트 바인더를 노화시킨다.

구체적으로 살펴보면, RTFO는 RTFO(RTFO: Rolling Thin Film Oven, 회전박막가열시험)로 163℃의 온도 조건하에서 얇은 막으로 펴진 아스팔트 바인더에 산소를 불어 넣어 바인더를 산화시키는 장비로서 아스팔트 콘크리트의 생산 과정 중 초기 플랜트에서 고온으로 골재와 혼합되고, 현장으로 이동 포설되는 과정의 노화를 모사한다.

이 시험장비를 이용하여 1차 노화된 아스팔트 바인더는 무게를 측정하여 휘발성분의 증발에 의한 질량 손실율을 계산하고, DSR(동 적전단유동기) 시험과 그 후의 추가적인 노화시험(PAV)용 시료로 사용된다.

1차 노화 후 계산된 질량 손실율은 1%이내 이어야 한다.

-RTFO(RTFO: Rolling Thin Film Oven, 회전박막가열시험)-

PAV(PAV: Pressure Aging Vessel, 압력노화용기 시험)는 고온·고압의 압력 용기속에 RTFO 시험에서 1차 노화된 아스팔트 바인더를 넣고 산화시킴으로써 장기간에 걸친 아스팔트 바인더의 노화를 장기간에 모사하기 위한 장치이다. RTFO와 마찬가지로 노화된 시료에 대해서는 DSR 시험을 실시하고, 추가적으로 BBR(BBR: Bending Beam Rheometer, 처짐보유동기) 시험과 필요한 경우 DTT 시험을 실시한다.

- PAV(PAV: Pressure Aging Vessel, 압력노화용기 시험)-

2. 아스팔트 바인더의 물성시험

a. 동적전단유도기(DSR, Dynamic Shear Rheometer)

아스팔트 바인더의 거동은 시간 및 온도의 영향을 받으므로, 이 두가지 요소에 대해 영향을 동시에 측정하는 것이 이상적이며, 이상적인 실험을 할 수 있도록 개향된 장치이다.

동적전단유도기는 하부의 고정판과 상부의 스핀들 사이에 시료를 장착하고, 스핀들에 의해 일정한 strain이 발생하도록 비틀림을 가하여 이때 발생되는 토크(T)와 위상각 (δ)을 측정하여 복합전단계수(Complexshear modulus, G*)를 계산한다. 여기서 복합전단계수는 탄성과 점성의 두가지 형태의 저항능력으로 구성되어 있다. 위상각(δ)값이 0에 가까워질수록 응력과 변형률 발생사이에 시간차가 없어지는 것을 뜻하므로 점점 탄성체와 같은 거동을 하게 된다.

-동적전단유도기(DSR, Dynamic Shear Rheometer)-

b. 회전점도기(RV, Rotational Viscomter)

회전점도기 또는 회전점도시험은 아스팔트 바인더의 고온 워커빌리티(Workability)를 측정하는데 사용된다. 회전점도기는 기존의 모세관 점도측정기를 사용하지 않고, 부룩필드장치와 같은 회전 동축 실린더 점도측정기를 사용한다. 따라서, 이 시험방법으로 측정된 결과를 '부룩필드점도'라고 부르기도 한다. 점도측정방법은 ASTM D 4402 '부룩필드 써미쎌 장치를 이용한 채워지지 않은 아스팔트의 점도측정(Viscosity Determination of Unfilled Asphalts Using the Brookfield Themosel Apparatus)'에 자세히 설명되어 있다.

아스팔트 바인더의 고온 점도를 측정하는 이유는 아스팔트를 펌핑하고 혼합할때 아스팔트가 충분히 유동성을 가지도록 하기 위해서이다. 결과적으로 회전점도는 노화되지 않은 또는 탱크안에 있는 아스팔트를 측정하는 것으로 슈퍼패이브 바인더 시방서에 따르면 135℃에서 측정했을 때 3Pa-s를 초과해서는 안된다.

-회전점도기(RV, Rotational Viscomter)-

c. 처짐보유동기(BBR: Bending Beam Rheometer)

지금까지의 아스팔트 바인더 시험법들은 25℃와 60℃ 등 제한적인 범위에서 물성에 대하여 측정하였다. 그러나 실제 공용중인 아스팔트 포장은 고온과 중온 온도는 물론이고 빙점이하의 낮은 온도조건의 영향도 받고 있으며, 이때 아스팔트는 매운 단단하여 탄성체와 유사한 거동을 하게 된다. 처짐보유동기(BBR)은 이러한 저온 조건에서 아스팔트 특성을 평가하기 위하여 빔 이론을 기초로 개발된 장치로서 아스팔트의 물리적 경화에 대한 참고자료의 제공이 주된 목적이다.

실제 시험에서 포장이 경험하게 될 가장 낮은 온도조건에서 빔의 형태로 제작된 아스팔트 시료에 일정하중(creep 하중)을 4분동안 가하며, 처짐을 측정하고 일정하중에 대한 저항능력 인크리프강성(St)과 강성의 변화율(m-value)을 계산한다.

실험의 결과 데이터들은 컴퓨터 제어에 의해 자동적으로 계산되어 진다. 계산되어진 강성이 300MPa 이상이면, 아스팔트 바인더는 상당히 취성적(brittle)이라고 볼 수 있으며, 이것은 저온 조건에서 아스팔트의 공용성이 나빠질 것이라는 예고임을 알 수 있다. 따라서, 슈퍼패이브 시방서는 크리프강성값이 300MPa 이하가 되도록 권하고 있다.

-처짐보유동기(BBR: Bending Beam Rheometer)-

3. 성능평가

a. 점도(60℃ cSt)

개발된 재생첨가제의 워커빌리티(Workability) 및 아스팔트 혼합시 충분히 유동성을 확보하며, 규격을 만족하는지 확인하고자 한다.

그 방법으로 회전점도기(RV)를 이용하여 60℃ 온도에서 재생첨가제의 점도를 측정한다. 원리는 전동기에 의해 원통형의 스핀들을 약 60℃의 재생첨가제 시료속에서 회전시켜 스핀들이 일정한 회전속도(20rpm)를 유지하는데 필요한 점성토크(torque)를 측정하는 것이다.

본 시험결과는 아래의 표 3과 같다.

-표 3-

본 시험결과는 점도가 ASTM D 4552 규정에서 정하는 재생첨가제 RA5 등급의 기준을 만족한다.

b. 인화점

원유 및 석유 제품의 인화점, 연소점을 측정하는 것이다.

방법은 약 80ml의 시료를 시료컵에 넣고, 매분 5.5±0.5℃의 속도로 서서히 가열한다. 2℃마다 시험불꽃을 시료컵 위를 통과시켜 시료 증기에 인화하는 최저 온도를 구한다.

본 시험결과는 아래의 표 4와 같다.

-표 4-

본 시험결과는 ASTM D 4552의 인화점 품질기준인 218℃ 이상으로 품질기준을 만족한다.

c. 단기노화(RTFO)의 점도비

재생첨가제를 단기노화시킨 후 점도의 변화 및 산화를 측정하는 것이다.

방법은 재생첨가제 재료의 이동막을 가열로에서 85분간 163℃로 노화시켜 재생첨가제의 단기 노화된 상태를 모사한다.

본 시험결과는 아래의 표 5와 같다.

-표 5-

본 시험결과는 단기노화(RTFO) 후 점도(60℃ cSt)/ 원점도(60℃ cSt)의 비가 1로 ASTM D 4552의 재생첨가제 품질기준인 3 이하보다 낮아 품질기준을 만족한다.

d. 단기노화(RTFO) 후의 질량변화율

방법은 재생첨가제 재료의 이동막을 가열로에서 85분간 163℃로 노화시켜 재생첨가제의 단기노화된 상태를 모사한다. 무게 손실 측정은 임의의 방법에 따라도 좋다.

본 시험결과는 아래의 표 6과 같다.

-표 6-

본 시험결과는 단기노화(RTFO) 후의 질량변화율이 ASTM D 4552의 재생첨가제 품질기준인 4 이하보다 낮아 품질기준을 만족한다.

4. 혼합물

노화바인더 : 방법은 폐아스팔트 바인더의 모사를 위한 시험으로 단기노화(RTFO)와 장기노화(PAV)를 시행하였다. 단기노화 바인더인 RT는 RTFO 유리병에 35g의 시료를 163℃로 85분간 회전박막가열한 것이며, 장기노화 바인더 RP는 PAV 팬에서 RTFO를 시행시킨 시료 50g을 2.1MPa의 압력과 90℃ 이상의 온도에 20시간 압력노화시켰으며, 최장기 공용성을 모사한 PP는 RTFO의 수행없이 20시간 압력노화를 2회 시행시켰다.

본 시험결과는 아래의 표 7과 같다.

-표 7-

AP-5 아스팔트를 단기노화(RTFO)와 장기노화(PAV) 시험으로 강제 노화시킨 후 제조한 노화 아스팔트 물성은 침입도 73이었던 아스팔트가 노화됨에 따라 침입도가 49, 17, 13으로 감소했음을 알 수 있다. 역시 점도도 385이었던 것이 큰 폭으로 노화정도에 따라 값의 차이가 커지고, PP의 점도에서 볼 수 있듯이 측정범위를 넘게 됨을 알 수 있다.

5. 재생첨가제 첨가

방법은 개발된 재생첨가제에 단기·장기 노화바인더인 RT, RP, PP의 시료에 각 5%, 10%, 15%를 첨가시킨다. 혼합온도는 150~170℃로 10분간 혼합한다.

본 결과는 아래의 표 8과 같다.

-표 8-

노화정도가 더 높은 장기노화 바인더에 첨가된 재생첨가제일수록 재생첨가제를 첨가했을 때 회복되는 침입도가 점점 낮아진다고 볼 수 있다.

6. PG 등급(고온)을 이용한 재생

방법은 재생첨가제의 consistency가 낮아서 동 적전단유동기(DSR) 시험수행이 불가능하기 때문에 PG 등급을 이용하여 고온에서의 목표 PG 등급인 64를 기준으로 노화 바인더에 재생첨가제의 첨가량을 구하였다. 노화 바인더에 첨가되는 재생첨가제를 Percentage별로 혼합했을 때 DSR 시험결과값을 구하였다. Test temperature는 52℃, 58℃, 64℃로 AP-5 Original 시료를 시험할때와 같다.

본 결과는 아래의 표 9와 같다.

-표 9-

원하는 목표 PG 등급을 위한 재생첨가제의 첨가량 범위를 최대와 최소로 나타낸다면 RT의 경우 0~7.38%이고, RP의 경우 17.34~23.7%이며, 최장기 노화 바인더 PP의 경우 19.86~26.85%가 된다.

결론은 제조된 재생첨가제는 ASTM D 4552의 규정에서 정하는 RA 5등급으 품질 기준을 만족하며, AP-5 60%와 산화 아스팔트 40%의 혼합 아스팔트에 재생첨가제 4% 혼합시 공용성 등급 70-22등급을 만족하는 것으로 확인되었다.

이상에서는 본 발명을 바람직한 실시 예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 아니하고, 청구항에 기재된 범위 내에서 변형이나 변경 실시가 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부된 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

100 : 보수용 기능성 재생첨가제
110 : 제1 첨가제
120 : 제2 첨가제
130 : 제3 첨가제
S100 : 보수용 기능성 재생첨가제의 제조방법
S110 : 제1 제조단계
S120 : 제2 제조단계
S130 : 제3 제조단계

Claims

고분자 수지인 클로로설폰화 폴리에틸렌(CSM) 3~5 중량% 와 가소제인 디이소노닐 프탈레이트(DINP) 10~15 중량% 를 혼합하여 이루어진 제1 첨가제;
나프텐 55~65 중량% 와 파라핀 35~40 중량% 로 구성된 재생오일이 상기 제1 첨가제에 혼합하여 이루어진 제2 첨가제; 및
안정제인 에틸렌 메틸 아크릴레이트 코폴리머 2~5 중량%, 상용화제인 PE 왁스 1~3 중량%, 특수첨가제로 이루어져 상기 제2 첨가제에 혼합하여 이루어진 제3 첨가제; 를 포함하여 이루어지고,
상기 제3 첨가제의 특수첨가제는,
염소화 파라핀계 가소제 60~80 중량%와 대두유 20~40 중량%로 혼합하고 교반하여 이루어진 제1 혼합제와,
클로로술폰화 폴리에틸렌 합성고무 20~30 중량%, 폴리올레핀계 수지 15~25 중량%, C5~C9 석유수지 10~20 중량%, 에틸렌 메틸 아크릴레이트 코폴리머 10~20 중량%, 폴리에틸렌 그라프트 말레산 무수물 10~20 중량%, 폴리에틸렌계 왁스 5~15 중량% 를 혼합하고 교반하여 이루어진 제2 혼합제로 구성되되,
상기 제1 혼합제는 상기 염소화 파라핀계 가소제와 상기 대두유를 90 내지 110℃에서 3시간 동안 혼합하여 교반하며,
상기 염소화 파라핀계 가소제는 비중이 1.1이면 염소함량이 30 중량%이고, 상기 대두유는 비중이 0.92이면 염소함량이 99 중량%이며,
상기 제2 혼합제는 클로로술폰화 폴리에틸렌 합성고무, 폴리올레핀계 수지, C5~C9 석유수지, 에틸렌 메틸 아크릴레이트 코폴리머, 폴리에틸렌 그라프트 말레산 무수물, 폴리에틸렌계 왁스를 혼합하고 교반하여 이축압출기로 100 내지 200℃에서 제조되는 것을 특징으로 하는 보수용 기능성 재생첨가제.
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고분자 수지인 클로로설폰화 폴리에틸렌(CSM) 3~5 중량%와 가소제인 디이소노닐 프탈레이트(DINP) 10~15 중량% 를 혼합하여 제1 첨가제를 제조하는 제1 제조단계;
나프텐 55~65 중량% 와 파라핀 35~40 중량% 로 구성된 재생오일이 상기 제1 첨가제에 혼합하여 제2 첨가제를 제조하는 제2 제조단계; 및
안정 에틸렌 메틸 아크릴레이트 코폴리머 2~5 중량%, 상용화제인 PE 왁스 1~3 중량%, 특수첨가제로 이루어져 상기 제2 첨가제에 혼합하여 제3 첨가제를 제조하는 제3 제조단계; 를 포함하여 이루어지고,
상기 제3 첨가제의 특수첨가제는,
염소화 파라핀계 가소제 60~80 중량%와 대두유 20~40 중량%로 혼합하고 교반하여 이루어진 제1 혼합제와,
클로로술폰화 폴리에틸렌 합성고무 20~30 중량%, 폴리올레핀계 수지 15~25 중량%, C5~C9 석유수지 10~20 중량%, 에틸렌 메틸 아크릴레이트 코폴리머 10~20 중량%, 폴리에틸렌 그라프트 말레산 무수물 10~20 중량%, 폴리에틸렌계 왁스 5~15 중량% 를 혼합하고 교반하여 이루어진 제2 혼합제로 구성되되,
상기 제1 혼합제는 상기 염소화 파라핀계 가소제와 상기 대두유를 90 내지 110℃에서 3시간 동안 혼합하여 교반하며,
상기 염소화 파라핀계 가소제는 비중이 1.1이면 염소함량이 30 중량%이고, 상기 대두유는 비중이 0.92이면 염소함량이 99 중량%이며,
상기 제2 혼합제는 클로로술폰화 폴리에틸렌 합성고무, 폴리올레핀계 수지, C5~C9 석유수지, 에틸렌 메틸 아크릴레이트 코폴리머, 폴리에틸렌 그라프트 말레산 무수물, 폴리에틸렌계 왁스를 혼합하고 교반하여 이축압출기로 100 내지 200℃에서 제조되는 것을 특징으로 하는 보수용 기능성 재생첨가제의 제조방법.
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