KR102311080B1 - 폐플라스틱 성분을 활용한 개질아스콘 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아스콘의 제조방법으로서, 아스팔트를 믹서기에 제공하는 아스팔트 제공 단계; 골재를 상기 믹서기에 제공하는 골재 제공 단계; 상기 믹서기의 온도를 160 내지 190도℃로 승온하는 가열 단계; 및 상기 믹서기에 상기 가열단계 이하의 녹는점을 가진 저융점 폐플라스틱을 상기 전체 아스콘 전체중량의 0.1 내지 6중량%로 주입하는 폐플라스틱 제공 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

폐플라스틱 성분을 활용한 개질아스콘 제조방법{Manufacturing Method of modified Ascon using waste plastic components}

본 발명은 아스콘 제조방법으로, 보다 상세하게는 폐플라스틱 성분을 활용함으로써 환경오염을 줄이며 아스콘의 특성을 개질시키고, 경제성을 확보할 수 있는 아스콘의 제조방법에 관한 것이다.

일반적인 아스콘(아스팔트 콘크리트)은 아스팔트와 골재로 이루어지며, 이 때 아스팔트는 원유정제과정에서 얻어지는 역청질 석유계 아스팔트로서 포장 아스콘에 사용한다. 하지만 아스팔트만을 사용하여 아스콘을 제조하는 경우 소성변형 및 균열이 발생하 는등 온도에 대한 저항성이 미흡하여 개질제를 포함하여 아스콘의 품질을 개선한 개질 아스콘도 개발되고 있다.

통상 개질제로는 열경화성 고무, 열가소성 수지등의 단순 배합 개질제와 열가소성 중합체등의 물리, 화학적 혼합개질제, 재생고무개질제 및 무기산또는 금속촉매재인 화학적 개질제, 및 섬유질 또는 천연아스팔트등의 첨가성 개질제가 사용되고 있다.

한편 플라스틱은 가공의 편리성과 저렴한 가격으로 일상생활에서 없어서는 안될 제품이 되었으며, 년간 발생되는 플라스틱 폐기물은 1000만톤 이상이지만 재활용 되는 양은 절반이 되지 않으며 나머지는 매립, 소각 되고 있는 실정이다.

이에 국내 폐플라스틱은 지속적으로 늘어나는 추세이며 폐플라스틱 양을 줄이기 위한 규제를 강화시키면서, 발생되는 폐플라스틱의 처리에 대한 관심 또한 증가되고 있다.

산업폐기물로 배출되는 폐플라스틱은 종류별 수집이 용이하여 재생이 비교적 용이하지만, 가정에서 배출되는 일반폐기물 형태의 폐플라스틱은 종류별 수집이 곤란하며, 플라스틱의 종류에 관계없이 다른 쓰레기와 구별해 수집하고 있다.

분리수집을 하여 작게 파쇄한 후 비중분리를 통하여 비교적 용해도가 낮은 것을 분리하여 용해성형하여 이용하는 경우도 있지만 이러한 성형품은 수요가 한정되어 있어, 대부분의 폐플라스틱은 재활용되지 못하고 처분되고 있다.

폐플라스틱을 재활용하기 위한 새로운 방법이 필요하며 그 한 분야가 도로 포장용 아스팔트 혼합물에 이용하여 재활용하고 있다.

한국등록특허 770785호에는 플라스틱을 왁스로 만들어서 왁스성분을 아스팔트와 혼합하여 사용하는 개질아스팔트 바인더를 제안하고 있다. 그러나 플라스틱을 왁스로 제조하는 공정에 소요되는 비용이 높아서 사용하기에 어려움이 있었다.

대한민국 등록특허 제10-770785호

본 발명의 목적은 폐플라스틱을 활용하여 아스콘을 제조하되, 폐플라스틱의 선별 부담을 최소한으로 줄이고 공정을 간소화하여 낮은 비용으로 효율적인 아스콘 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명은 아스콘의 제조방법으로서,

아스팔트를 믹서기에 제공하는 아스팔트 제공 단계;

골재를 상기 믹서기에 제공하는 골재 제공 단계;

상기 믹서기의 온도를 160 내지 190도℃로 승온하는 가열 단계; 및

상기 믹서기에 상기 가열단계 이하의 녹는점을 가진 저융점 폐플라스틱과 상기 가열단계보다 높은 녹는점을 가진 고융점 폐플라스틱을 주입하며, 상기 저융점 폐플라스틱은 전체 아스콘 전체중량의 0.1 내지 6중량%로 주입하는 폐플라스틱 제공 단계를 포함하고,

상기 폐플라스틱 제공단계는,

고융점 폐플라스틱과 저융점 폐플라스틱이 혼합된 폐플라스틱을 저융점 폐플라스틱만 녹일 수 있는 압출기에 주입하여 저융점 폐플라스틱을 용융시키고, 고융점 폐플라스틱은 압착시키는 압출단계를 포함하고,

용융상태로 적하된 상기 저융점의 폐플라스틱을 회수하여 믹서기에 제공하고, 압착된 고융점 폐플라스틱은 절단하여 믹서기에 제공하며,

상기 저융점 폐플라스틱은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, EVA, ABS, 및 PVC로 구성되는 군에서 선택되는 하나가 사용될 수 있으며,

상기 고융점 폐플라스틱은 와이어 및 케이블의 절연층, 경화고무, PET, PPO, 고융점폴리아미드, 나일론, 및 PMMA로 구성되는 군에서 선택되는 하나가 사용될 수 있다.

본 발명의 일측면에 따른 아스콘의 제조방법은 기존의 아스콘 제조공정을 최대한 활용하여 폐플라스틱을 주입하면서도 공정이 간단하고 제조 비용이 낮은 아스콘의 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명의 다른 측면에 따른 아스콘의 제조방법은 폐플라스틱 성분 분류 과정을 최소화할 수 있는 아스콘의 제조방법을 제공한다. 즉, 고융점 아스팔트나 저융점 아스팔트 모두를 재활용 할 수 있게 되는데, 고융점 아스팔트는 골재의 대체재로 기능하며, 저융점 아스팔트는 인공아스팔트로 기능하게 된다.

고유PET,PPO등 고융점을 갖거나 열경화성의 폐플라스틱은 입자화하여 골재의 대체제로 사용하며, 약 180℃이하의 저융점을 가진 PP,PVC,ABS,EPS(Expanded Polystyrene),HDPE 및 LDPE등의 플라스틱 분말을 아스콘 제조 믹서기에 제공함으로써 액상으로 용융되어 골재 및 고융점 플라스틱과 아스팔트와의 접착력을 향상시킨다.

낮은 용융점의 열가소성 폐플라스틱은 일부 용융하여 아스팔트 바인더와의 분자결합을 유도하기 때문에 부착강도 발현에 기여하게 되고, 높은 용융점의 폐 프라스틱은 용융되지 않은 상태로 유지되어 골재로서의 기능을 하며, 일부 탄성을 갖는 폐 플라스틱은 아스팔트 조성물에 압축방향 응력에 대한 저항을 높이게 된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 아스콘 제조방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 아스콘의 제조방법에 따른 공시체의 융점 마샬 안정도 측정실험결과를 도시한 도면이다.
도 3은 고온을 유지하며 폐플라스틱을 압출하는 압출장치를 도시하는 도면이다.

이하에 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 첨부하는 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 한다. 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한은 기술적으로 통상의 기술을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.

본 명세서 및 청구범위의 전반에 걸쳐, 다른 언급이 없는 한 포함(comprise, comprises, comprising)이라는 용어는 언급된 물건, 단계 또는 일군의 물건, 및 단계를 포함하는 것을 의미하고, 임의의 어떤 다른 물건, 단계 또는 일군의 물건 또는 일군의 단계를 배제하는 의미로 사용된 것은 아니다.

한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 및 이에 따른 효과를 설명하기로 한다.

도 1은 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 아스콘 제조방법의 순서도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 아스콘의 제조방법은, 아스팔트 제공단계, 골재 제공단계, 가열단계, 및 폐플라스틱 제공단계를 포함한다.

아스팔트 제공단계(S1)는 아스콘을 제조하기 위한 원료인 아스팔트를 믹서기에 공급하는 단계로서, 이 때 사용되는 아스팔트는 개질되지 않은 아스팔트로서 통상 원유에서 분별증류 후 남은 아스팔트를 사용한다. 이러한 아스팔트는 상용화 되어 상품으로 판매되고 있고, 예를 들면 SK에너지의 수퍼팔트등이다.

골재제공단계(S2)는 아스콘의 주원료인 골재를 제공하는 단계로서, 골재는 아스콘의 기본 구성이며, 통상 골재는 85 ~ 90 중량%가 포함되는데, 이러한 골재는 굵은 골재, 잔골재, 채움재 및 모래를 포함할 수 있으며, 채움재(필러)로는 석회석분, 포틀랜드 시멘트, 소석회, 플라이애시, 회수더스트, 제강더스트, 주물더스트 등이 사용될 수 있다.

일 실시예로, 골재는 입도 20mm의 파쇄석 6중량%, 입도 13mm의 파쇄석 32중량%, 모래 46중량%, 채움재로서 제강슬레그 12중량%, 규사 4중량%를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에서 이들 골재의 종류에 따른 함량은 크게 제한되지 않으나, 굵은 골재, 잔골재, 필러의 투입비율은 상호보완적이어서 어느 하나가 많이 투입되면 나머지는 적게 투입된다.

후술할 바와 같이 본 발명의 일실시예에서 고융점 플라스틱은 아스콘 조성물에서 녹지 않고, 잔골재 또는 필러의 기능을 수행할 수 있다. 따라서, 고융점 플라스틱을 주입할 경우 잔골재 또는 필러의 함량을 일반적인 아스콘의 경우보다 적을 수 있다.

가열단계(S3)는 혼합된 아스팔트와 골재를 160 내지 190도℃로 가열하는 단계이다.

폐플라스틱 제공단계(S4)의 제1실시예는 가열단계에서 정해진 온도에서 폐플라스틱을 주입하는 단계이며, 본 단계에서 정해진 가열온도 이하로 녹는점을 가지는 저융점 폐플라스틱이 주입된다.

본 실시예에서 사용될 수 있는 저융점 폐플라스틱은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, EVA, ABS, PVC등이다. 저융점 폐플라스틱은 믹서기에서 액상으로 융융되어 인공아스팔트로서 기능한다.

한편 통상 폐플라스틱에는 저융점 폐플라스틱과 고융점 폐플라스틱이 혼재되어 있어, 종래에 이들을 분리하는 데 소요되는 비용이 많이 재활용하기 어려운 점이 있었으나, 본 실시에에서 저융점 폐플라스틱에 고융점 폐플라스틱이 포함되더라도 일정크기 이하로 절단하는 단계를 거치는 경우 고융점 폐플라스틱이 포함된 부분이 필러로서 작용할 수 있다.

따라서 저융점 폐플라스티과 고융점 폐플라스틱이 혼합된 폐플라스틱인 경우 폐플라스틱을 0.5mm이하로 절단하여 주입하는 것이 바람직하다. 또한 이 때 저융점 폐플라스틱은 아스콘 전체중량의 0.1 내지 6중량%로 주입하는 것이 바람직하다. 0.1중량% 미만인 경우 아스팔트 대체 효과가 없으며, 6중량% 이상인 경우 흐름도가 나빠지는 문제가 있다.

폐플라스틱 제공단계의 제2실시예는 제1분쇄단계, 제2분쇄단계, 혼합단계를 포함한다. 제2실시예는 폐플라스틱이 고융점과 저융점으로 분리가능할 경우 바람직하게 이용할 수 있다. 이 때, 고융점 폐플라스틱은 와이어 및 케이블의 절연층, 열 수축성 포장과 같은 열경화성 플라스틱과 경화고무, PET, PPO, 고융점폴리아미드, 나일론, PMMA등 등 녹는점 180℃이상인 플라스틱일 수 있다.

제1분쇄단계는 고융점 폐플라스틱을 잔골재 또는 채움재로 사용하기 위하여 KS F 2357(아스팔트 혼합물용 골재)의 규정 KS F 3501(아스팔트 포장용 채움재)의 규정에 맞게 분쇄하는 단계이다.

고융점 폐플라스틱은 믹서기의 온도에서 용융되지 않기 때문에 고상으로 남아서 잔골재 또는 채움재로 기능할 수 있다. 이 때, 고융점 폐플라스틱에 일부 포함되어 있을 수 있는 저융점 폐플라스틱은 믹서기에서 용융되어 인공아스팔트로 기능하므로 문제되지 않는다.

제2분쇄단계는 저융점 폐플라스틱을 일정 크기로 분쇄하는 단계이다. 저융점 폐플라스틱만으로 구성되는 경우 분쇄를 요하지는 않으나, 제1실시예에서 설명한 바와 같이 일부 고융점 폐플라스틱이 포함될 수 있으므로 분쇄를 진행한다. 다만 분쇄는 에너지를 소요하는 공정으로서, 본 단계에서의 저융점 폐플라스틱에 일부 포함된 고융점 폐플라스틱을 위한 분쇄는 보다 작게 분쇄하지 않아도 되는 KS F 2357(아스팔트 혼합물용 골재)규격을 따르도록 분쇄하는 것이 바람직하다.

저융점 폐플라스틱은 액상으로 용융되고, 골재 및 고융점 플라스틱과 아스팔트와의 접착력을 향상시킨다.

혼합단계는 선택적 단계로서 제1분쇄단계와 제2분쇄단계 후의 폐플라스틱을 혼합하는 단계이다. 혼합단계를 거치는 경우 보다 믹서기에 분산이 용이하게 이루어질 수 있다.

폐플라스틱 제공단계의 제3실시예는 제1분쇄단계와 코팅단계를 포함한다.

제1분쇄단계는 전술한 제1실시예에서와 동일하므로 자세한 설명을 생략한다.

코팅단계는 저융점 폐플라스틱을 용융시켜 제1분쇄단계 이후의 고융점 폐플라스틱의 표면에 코팅하는 단계이다.

예를 들어, 저융점 폐플라스틱을 유기용제에 투입하여 가열하여 녹인 후 스프레이, 디핑, 고속 교반 중 하나 이상의 방법으로 제1분쇄 단계를 거친 고융점 폐플라스틱 입자와 혼합되도록 한 뒤 건조하여 상기 고융점 폐플라스틱 입자의 표면에 코팅할 수 있다.

폐플라스틱 제공단계의 제4실시예는 고융점 폐플라스틱이 폐어망인 경우의 실시예로서, 제4실시예는 절단단계와 코팅단계를 포함한다.

절단단계는 폐어망을 1 내지 5mm로 절단하는 단계이다. 폐어망은 통상 폴리아미드, 폴리에스테르, PE로 제조되는 고융점 폐플라스틱으로 이루어진다. 폐어망을 절단하면 단섬유상으로 절단되어 골재와 아스팔트간의 결합력을 증대시키는 충진재로 기능할 수 있다. 즉, 폐어망의 단섬유상은 아스콘 조성물에서 섬유상태 그대로 유지되어 골재 간 맞물림 응력을 증대시키면서 브리지효과를 유도하기 때문에 인장 내지 전단강도 발현에 기여하게 된다.

코팅단계는 저융점 폐플라스틱을 용융시켜 제1분쇄단계 이후의 폐어망 단섬유 표면에 코팅하는 단계이다.

예를 들어, 페어망 단섬유를 유기용제에 투입하여 가열하여 녹인 후 스프레이, 디핑, 고속 교반 중 하나 이상의 방법으로 제1분쇄 단계를 거친 페어망 단섬유와 혼합되도록 한 뒤 건조하여 상기 고융점 폐플라스틱 입자의 표면에 코팅할 수 있다.

폐플라스틱 제공단계의 제5실시예는 고융점 폐플라스틱과 저융점 폐플라스틱이 전혀 분리가 어려운 경우 사용하는 실시예로서, 압출단계를 포함한다. 도 3은 고온을 유지하며 폐플라스틱을 압출하는 단계에 대한 개념을 도시한 것이다.

압출단계는 고융점 폐플라스틱과 저융점 폐플라스틱이 혼합된 상태의 폐플라스틱을 저융점 폐플라스틱만 녹일 수 있는 압출기에 주입하여 저융점 폐플라스틱을 용융시키고, 고융점 폐플라스틱은 압착시키는 단계이다.

예를 들어, 압출단계는 고융점과 저융점이 구분되지 않은 폐 플라스틱을 20mm이하의 크기로 분쇄하는 분쇄단계, 180내지 200℃의 온도를 유지하는 2개의 롤 (10)의 1 내지 2mm의 롤 간격사이로 폐플라스틱을 공급하여 압착과 용융이 동시에 이루어지도록 한다.

이 때, 용융상태로 적하된 저융점의 폐플라스틱을 회수하여 믹서기에 제공하고, 압착된 고융점 폐플라스틱은 추가적으로 절단하여 믹서기에 제공할 수 있다.

<실험예>

20mm 골재 6%, 13mm 골재 32%, 부순모래 46%, 제강슬래그 12%, 규사 4%, 저융점 고분자 5.4%의 아스콘 공시체를 제조하여 마샬 안정도 측정실험결과를 도 2에 도시하였다. 이에 따르면 안정도 값이 우수한 범위에 있음을 확인할 수 있다.

전술한 각 아스콘의 제조방법 및 그 조성물에서 제공된 특징, 구조, 효과 등은, 당 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

S1 : 아스팔트 제공단계
S2 : 골재제공단계
S3 : 가열단계
S3 : 폐플라스틱 제공단계

Claims (4)

1. 아스콘의 제조방법으로서,
   아스팔트를 믹서기에 제공하는 아스팔트 제공 단계;
   골재를 상기 믹서기에 제공하는 골재 제공 단계;
   상기 믹서기의 온도를 160 내지 190도℃로 승온하는 가열 단계; 및
   상기 믹서기에 상기 가열단계 이하의 녹는점을 가진 저융점 폐플라스틱과 상기 가열단계보다 높은 녹는점을 가진 고융점 폐플라스틱을 주입하며, 상기 저융점 폐플라스틱은 전체 아스콘 전체중량의 0.1 내지 6중량%로 주입하는 폐플라스틱 제공 단계를 포함하고,
   상기 폐플라스틱 제공단계는,
   상기 고융점 플라스틱으로 폐어망을 사용하여 1 내지 5mm 길이로 절단하는 절단단계;
   상기 절단단계를 거친 폐어망 단섬유의 표면에 저융점 폐플라스틱을 유기용제에 투입하여 가열하여 녹인 후 스프레이, 디핑, 고속 교반 중 하나 이상의 방법으로 상기 절단단계를 거친 상기 고융점 폐플라스틱과 혼합되도록 한 뒤 건조하여 상기 폐어망 단섬유의 표면에 코팅하는 코팅단계를 포함하는 아스콘의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 저융점 폐플라스틱은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, EVA, ABS, 및 PVC로 구성되는 군에서 선택되는 하나인 아스콘의 제조방법.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 폐어망은 폴리아미드, 폴리에스테르, PE로 구성되는 군에서 선택되는 하나인 아스콘의 제조방법.
4. 제1항 내지 제3항의 어느 한항의 아스콘의 제조방법에 따라 제조된 아스콘.

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