KR20010068963A - 아스팔트 개질제 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 아스팔트의 소성변형을 방지하기 위해 첨가되는 아스팔트 개질제에 관한 것으로, 스티렌-부타디엔 라텍스만으로 이루어진 아스팔트 개질제의 소성변형에 대한 저항성을 개선하기 위하여 스티렌-부타디엔 라텍스, 가류제 및 가류촉진제로 이루어진 개질제에 관한 것이다.
Description
본 발명은 아스팔트 포장도로의 소성변형을 방지하기 위해 첨가되는 아스팔트 개질제에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스티렌-부타디엔 라텍스만으로 이루어진 아스팔트 개질제의 소성변형에 대한 저항성을 개선하기 위하여 스티렌-부타디엔 라텍스에 가류제 및 가류촉진제를 첨가하여 이루어진 개질제에 관한 것이다.
도로포장에 널리 이용되는 포장재료인 아스콘은 아스팔트 시멘트와 골재와의 혼합물로서, 이들을 가열하여 제조하는 것이기 때문에 가열 아스팔트 혼합물(hot mix asphalt)이라고 불리우며, 또는 아스팔트 시멘트가 골재와 결합하여 제조되는 것이기 때문에 아스팔트 바인더(asphalt binder)라고도 불리운다.
이러한 아스팔트로 포장된 도로는 시공 후 중차량의 통행과 기후조건 및 교통환경의 변화로 인해 균열, 소성변형 및 박리현상 등이 빈번하게 발생되어 도로의 수명이 단축되고 있다. 특히, 소성변형은 아스팔트 포장도로에서 가장 심각한 문제로서, 외기의 온도변화로 인해서나 교통량의 급증, 차량의 중량화 및 대형화 추세에 따라 소성변형도 더욱 심화되고 있다. 더구나, 도로의 온도가 상승하는 하절기에 중차량의 통행이 빈번한 지역에서는 소성변형의 발생으로 인해 도로로서의 기능을 상실하게 된다.
따라서, 양질의 포장체를 구성하기 위한 새로운 소재개발이 절실히 요구되었다. 이에 스티렌-부타디엔 라텍스를 아스팔트 개질제로 사용하여 소성변형에 대한 저항성을 개선하고자 하였으나, 이들 라텍스는 겔 함량이 과다하여 아스팔트 개질제로 사용시 용해성이 나빠 충분한 개질효과를 발휘할 수 없는 문제점이 있다.
이에, 본 발명자는 이러한 문제점을 해결하기 위해서 연구를 하였고, 그 결과 겔 함량이 낮추어 아스팔트와의 용해성을 향상시키므로써 아스팔트의 점성증가, 연화점 상승 및 침입도 저하 등의 물성을 개질하여 소성변형에 대한 저항력을 향상시킬 수 있는 아스팔트 개질용 스티렌-부타디엔 라텍스의 제조방법을 개발하여 특허출원한 바 있다(특허출원 제1998-43050호(1998. 10. 14)).
그러나, 본 출원인은 상기한 스티렌-부타디엔 라텍스만으로 이루어진 개질제로 소성변형에 대한 저항성을 개선하는 것 보다 그 개선도를 더욱 향상시킬 수 있는 방법에 대하여 계속 연구하였고, 그 결과 상기한 스티렌-부타디엔 라텍스와 함께 가류제 및 가류촉진제를 혼합한 것을 가교제로 사용한다면, 아스팔트 내부에 용해된 스티렌-부타디엔 라텍스를 가류시킴으로써 개질 아스팔트의 비가황 개질제의 연성을 강성화하여 소성변형에 대한 저항성을 더욱 향상시킬 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 아스팔트의 소성변형을 방지하는 효과가 매우 우수한 아스팔트 개질제를 제공하는 데 있다.
이와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 아스팔트 개질제는 스티렌-부타디엔 라텍스 100중량부, 가류제로서 수용화된 황 0.1∼5.0중량부 및 가류촉진제로서 염화메틸-포름알데히드 반응물, 2-머캅탄벤젠티아졸 나트륨염 및 디에칠디티오칠카바메이트아연으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 수용화된 화합물 0.1∼3.0중량부를 포함함을 특징으로 한다.
본 발명의 개질제는 아스팔트의 내부로 용해된 스티렌-부타디엔 라텍스를 가류제를 사용하여 가류시켜 가황 반응시키는 것에 의해 단단한 재질의 아스팔트가 만들어져 소성변형에 대한 저항력을 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 스티렌-부타디엔 라텍스만을 개질제로 사용하는 경우보다 소성 변형에 대한 저항력이 더욱 향상된다.
본 발명에서 사용한 스티렌-부타디엔 라텍스는 특허출원 제1998-43050호에 개시된 방법으로 제조된 스티렌-부타디엔 라텍스, 구체적으로는 부타디엔 단량체 10∼40 중량부, 부틸아크릴레이트 단량체 2∼10 중량부, 스티렌 단량체 5∼10 중량부, 유화제 0.3∼3.0 중량부, 전해질 0.1∼0.5 중량부, 분자량 조절제 0.5∼1.5 중량부, 산화제 0.1∼1.0 중량부 및 촉매 0.1∼0.5 중량부를 투입하여 씨앗중합하는 단계; 및 부타디엔 단량체 40∼60 중량부, 메틸메타크릴레이트 단량체 5∼10 중량부, 스티렌 단량체 5∼20 중량부, 유화제 1.0∼3.0 중량부 및 분자량 조절제 0.2∼1.0 중량부를 투입하여 씨앗 입자경을 비대화하는 증식단계에 의해 제조된 스티렌-부타디엔 라텍스를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 개질제는 스티렌-부타디엔 라텍스 이외에 가류제인 황과 가류촉진제를 더 함유하는데, 황은 상기의 방법으로 제조된 스티렌-부타디엔 라텍스에서 가교반응을 충분히 일으킬 수 있을 정도로 사용하여야 하기 때문에 스티렌-부타디엔 라텍스 100중량부에 대하여 0.1∼5.0중량부의 양으로 함유하는 것이 바람직하고, 가류촉진제는 황의 가교반응을 촉진시켜 주기 위하여 0.1∼3.0중량부의 양으로 사용하는 것이 바람직하다.
가류촉진제로는 염화메틸-포름알데히드 반응물, 2-머캅탄벤젠티아졸 나트륨염, 디에칠디티오칠카바메이트아연으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
한편, 가류제 및 가류촉진제는 모두 물에 혼화되지 않는 성분들이므로, 개질제에 함유시키기 위해서는 모두 수용화하여야 한다.
수용화 방법은 당업계에서 이미 공지되어 있는 방법을 적의하게 선정하여 사용할 수 있는데, 예를 들면, 황 및 가류촉진제를 물, 유화제인 타몰엔(알킬아릴나프탈렌술폰에이트 나트륨의 일종), 수팽윤성 무기물질의 하나인 벤토나이트크레이 및 벤토나이트 크레이의 수팽윤성을 향상시키기 위하여 암모니아수와 혼합하는 방법으로 수용화한다.
본 발명의 개질제를 사용하여 아스팔트를 개질화하는 방법은 골재에 아스팔트를 도포시킨 후, 여기에 개질제 용액을 분사시켜 아스팔트에 용해되도록 함으로써 소성변형에 대한 저항력을 향상시키는 것이다.
이하, 실시예 및 시험예를 들어 본 발명을 상세히 설명하지만, 본 발명이 이들예로만 한정되는 것은 아니다.
참조예 1:스티렌-부타디엔 라텍스의 제조
2ℓ용량의 고압반응기에 하기 표 1에 기재된 바와 같은 중합시약 중 초기의 입자경을 조절하기 위해 단량체를 투입하여 초기입자경으로 형성시키고, 연속적으로 투입되는 모노머 및 안정성을 위한 후첨 유화제인 로진염과 산화제인 디이소프로필 벤젠하이드로퍼옥사이드를 제외한 나머지 중합시약은 일괄 투입하여 3℃에서 1시간 정도 교반시켜 약액을 잘 혼합한 후 산화제인 디이소프로필벤젠 하이드로퍼옥사이드를 투입하여 5℃로 승온시켜 반응을 개시하였다.
초기단량체들이 전환율 80% 이상으로 진행되고 초기 입자경이 300Å 이상 성장하였을 때 입경비대화 및 연속적인 반응을 위해 후반 증식단량체를 추가하며 유화제인 로진염은 초기반응 개시단계의 산화제 디이소프로필벤젠 하이드로퍼옥사이드를 투입한 후 3시간째 1.0 중량부, 8시간 후에 1.5 중량부를 투입하였다.
중합온도는 5℃에서 개시하여 초기반응 시간이 완료되는 3시간 후에 5℃에서 12℃로 승온하고, 12시간 후에 다시 20℃로 승온한 후, 25℃로 승온하여 반응을 활성화하고 반응을 종료하여 스티렌-부타디엔 라텍스를 얻었다.
| 중합단계 | 조성 | 함량(중량부) |
| 초기중합단계 | 부타디엔 단량체부틸아크릴레이트 단량체스티렌 단량체로진염올레인염페티염인산염터셔리도데실 머캅탄디이소프로필벤젠 하이드로퍼옥사이드테트라소듐 에틸렌 디아민 테트라 아세테이트이온수 | 14.03.07.00.40.70.50.31.00.580.280.1 |
| 증식중합단계 | 부타디엔 단량체메틸메타크릴레이트 단량체스티렌 단량체터셔리도데실머캅탄 단량체로진염 | 55.06.015.01.02.5 |
참조예 2: 황의 수용화
하기 표 2에 기재된 바와 같은 조성 및 함량으로 배합한 후, 볼밀(ball mill)로 48시간 동안 갈아 균일하게 분산시켰다.
| 성분 | 함량(중량부) |
| 황 | 50.0 |
| 타몰엔(순도 45%) | 1.1 |
| 암모니아수(순도 28%) | 2.4 |
| 벤토나이트크레이 | 0.6 |
| 물 | 47.3 |
참조예 3: 가교촉진제의 수용화
하기 표 3 및 표 4에 기재된 바와 같은 조성 및 함량으로 배합한 후, 볼밀(ball mill)로 48시간 동안 갈아 균일하게 분산시켰다.
| 성분 | 함량(중량부) |
| 2-머캅탄티아졸 아연염 | 50.0 |
| 타몰엔(순도 45%) | 2.0 |
| 벤토나이트크레이 | 0.7 |
| 물 | 47.3 |
| 성분 | 함량(중량부) |
| 디에칠디티오칠카바메이트 아연 | 50.0 |
| 타몰엔(순도 45%) | 2.0 |
| 암모니아수(순도 28%) | 3.0 |
| 물 | 45.0 |
실시예 1
상기 참고예 1의 스티렌-부타디엔 라텍스 100중량부, 참고예 2의 콜로이드황 2, 참고예 3의 2-머캅탄벤젠티아졸 아연염 0.5중량부 및 디에칠디티오칠카바메이트1.0중량부를 균일하게 혼합하여 개질제를 얻었다.
시험예
상기 실시예 1의 개질제와 참고예 1의 스티렌-부타디엔 라텍스(비교예 1)를 첨가하여 아스콘을 제조, 및 상기의 개질제를 전혀 사용하지 않고(비교예 2) 아스콘을 제조한 후, 소성변형 발생을 측정하는 휠 트랙킹(wheel tracking) 시험을 실시하고, 그 결과를 다음 표 6에 나타내었다.
휠 트랙킹 시험에 사용한 아스팔트는 다음 표 5에 나타낸 바와 같은 품질을 갖는 AP-3를 사용하였으며, 아스콘 제조에 사용되는 골재 크기의 비는 다음 표 5와 같다.
또한, 소성변형을 억제하는 개질아스콘을 제조하는데 사용되는 아스팔트(AP-3), 혼합골재 및 개질제의 사용량은 다음 표 5와 같다.
휠 트랙킹 시험은 영국도로 및 교통연구소(Transporation Road Research Laboratory: TRRL)에서 고안한 대규모 실규격 포장 시험장치를 사용하였으며, 시험시 시편의 표면에 접지압 7.0kg/㎠을 가하여 실시하며, 단위시간 동안 바퀴자극에 의한 패임깊이를 측정하여 결정하는 것으로 소성변형을 간접평가할 수 있는 가장우수한 시험방법으로 KS M 2250에 준하여 실시하였다.
변형량의 산출방법은 최초에 중심부를 통과할 때의 라이얼 게이지의 눈금을 원점으로 하며, 이때 변형량은 시험륜의 주행범위 중앙에서 측정하였다.
휠 트랙킹 시험결과는 변형량(침하량)-시간 관계곡선에서 변형량 증가율이 거의 일정하게 되는 45분에서 60분까지의 15분간 주행의 변형량을 취하여 이것을 변형율(RD, Rate of Deformation, mm/min)로 나타낸다.
시험시편 제작방법은 혼합골재 100 중량부를 200℃까지 가열한 다음 150℃로 가열된 아스팔트 5.79 중량부를 혼합골재에 부어넣고 균일하게 혼합한 다음, 개질제 0.21 중량부를 첨가하여 균일하게 혼합하였다. 한편, 개질제를 첨가하지 않는 경우는 비교예 2로 하였다.
이 혼합물(아스콘)을 300mm 정사각형에 두께 50mm의 몰드에 부어 넣은 후 로울러 콤팩터로 다진다. 이때 다짐 하중은 900kg으로 한다.
| 아스팔트 품질 | 비중(25℃)연화점(℃)침입도(25℃, 100g, 5초, 1/10mm)인화점(℃)신도(25℃, 5cm/min, cm)점도(60℃, POISE)박막가열후 침입도비(%)박막가열후 신도(25℃, 5cm/min, cm)트리클로로에탄 가용분(%) | 1.03244.095338100 이상54068.475 이상99.72 |
| 골재크기의 비(%) | 19∼13mm13∼5mm5∼0mm모래석분 | 30243664 |
| 아스팔트, 혼합골재 및 개질제의 사용량(중량부) | 혼합골재아스팔트(AP-3)개질제 | 1005.790.21 |
| 구분 | 변형율(mm/min) |
| 실시예 1 | 0.0125 |
| 비교예 1 | 0.0547 |
| 비교예 2 | 0.4325 |
상기 표 6의 결과로부터 본 발명에 따른 개질제를 골재상에 도포된 아스팔트 위에 분사한 결과, 아스팔트의 소성변형율이 스티렌-부타디엔 라텍스만을 개질제로 사용하는 경우보다 상당히 줄어든다는 것을 알 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 스티렌-부타디엔 라텍스와 함께 가류제로서의 황과, 2-머캅탄벤젠티아졸아연염과 같은 가류촉진제를 더 함유하여 이를 아스팔트 개질제로 사용한다면, 스티렌-부타디엔 라텍스를 단독으로 개질제로 사용하는 경우보다 소성변형에 대한 저항력을 향상시킬 수 있으므로 효과적이다.
Claims (2)
- 골재에 아스팔트를 도포시킨 후, 여기에 개질제를 첨가하여 아스팔트를 개질하는데 있어서,상기 개질제는 스티렌-부타디엔 라텍스 100중량부, 가류제로서 수용화된 황 0.1∼5.0중량부, 및 가류촉진제로서 염화메틸-포름알데히드 반응물, 2-머캅탄벤젠티아졸 나트륨염 및 디에칠디티오칠카바메이트아연으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 수용화된 화합물 0.1∼3.0중량부로 이루어진 것임을 특징으로 하는 아스팔트 개질제.
- 제 1항에 있어서, 상기 스티렌-부타디엔 라텍스는 부타디엔 단량체 10∼40 중량부, 부틸아크릴레이트 단량체 2∼10 중량부, 스티렌 단량체 5∼10 중량부, 유화제 0.3∼3.0 중량부, 전해질 0.1∼0.5 중량부, 분자량 조절제 0.5∼1.5 중량부, 산화제 0.1∼1.0 중량부 및 촉매 0.1∼0.5 중량부를 투입하여 씨앗중합하는 단계; 및부타디엔 단량체 40∼60 중량부, 메틸메타크릴레이트 단량체 5∼10 중량부, 스티렌 단량체 5∼20 중량부, 유화제 1.0∼3.0 중량부 및 분자량 조절제 0.2∼1.0 중량부를 투입하여 씨앗 입자경을 비대화하는 증식단계에 의해 제조된 것임을 특징으로 하는 아스팔트 개질제.
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