KR20020009572A - 용융된 아스팔트의 베셀로부터의 연기를 감소시키는 방법 - Google Patents

용융된 아스팔트의 베셀로부터의 연기를 감소시키는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 베셀 (10)에서 아스팔트 (24)를 용융시키는 방법으로서,
용융된 아스팔트는 통상 연기를 발산하는데, 0.2 중량% 내지 6 중량%의 고분자가 아스팔트에 첨가되어 고분자가 첨가되지 않은 동일한 아스팔트에 비해 연기의 시각적 불투명도를 25% 이상 감소시키는 방법에 관한 것이다. 또다른 구현예에서는, 벤젠 가용성 부유 입자의 총 발산양은 고분자가 첨가되지 않은 동일한 아스팔트에 비해 15% 이상 감소된다. 바람직하게는, 첨가된 고분자는 15 g/10 분 내지 95 g/10 분 의 용융 흐름 지수를 가지며, 첨가된 고분자는 용융된 아스팔트의 상부 표면에 스킴을 형성하여 연기의 시각적 불투명도를 감소시킨다.

Description

용융된 아스팔트의 베셀로부터의 연기를 감소시키는 방법 {METHOD OF REDUCING FUMES FROM A VESSEL OF MOLTEN ASPHALT}
가공 및 종말처리장에서 나오는 아스팔트는, 근거리의 소비자에게는 배송관을 통한 용융된 아스팔트의 직접적 운송, 탱커 트럭, 레일카 및 부선을 통한 용융된 형태로의 운송, 및 개별적으로 포장된 고체 형태로의 운송 등 여러 개의 방법 중 하나에 의해 최종 사용자에게 운송된다. 포장품은 주로 토건 업자들에 의해 루핑 분야의 아스팔트 공급원으로 사용된다. 건축업자는 통상 고체 아스팔트를 가열된 케틀 (kettle)에 넣어서 사용할 아스팔트를 용융시킨다. 용융된 형태로 운송된 아스팔트 또한 통상 사용 전 케틀에서 추가로 가열된다.
그러한 용융된 아스팔트의 가열된 케틀에 수반되는 문제점은 상당한 양의 연기가 발산될 수 있다는 것이다. 연기는 보기 좋지 않을 뿐더러, 주변 지역의 노동자 및 다른 사람들에게 자극물이 될 수 있다. 따라서, 용융된 아스팔트의 케틀 또는 기타 베셀로부터 통상 발산되는 연기의 양을 감소시키는 것이 바람직할 것이다.
또한, 가공된 또는 비가공된 아스팔트를 실질적으로 개질하지 않으면서 발연 및 냄새를 감소시키는 것이 바람직할 것이다. 예를 들어, 신장성 (elongation properties)을 부여하기 위해 고분자가 사용되는 고도로 개질된 물질인 공지의 고분자-개질 아스팔트 조성물에 반해, 그렇게 개질되지 않은 아스팔트는 여러 분야에서 바람직할 것이다.
아스팔트 특성의 편의적, 사용자-맞춤식의 개선 또는 변성을 허용하면서 용융된 아스팔트의 발연 및 냄새를 감소시키는 것 또한 바람직할 것이다.
또한, 편리하게 포장된 저발연성 아스팔트를 제조하는 것이 바람직할 것이다. 각각의 아스팔트 포장품은, 종래의 아스팔트 가공 처리장에서 금속 바닥 및 원통형 종이벽으로 만들어진 컨테이너에 용융된 아스팔트를 부어넣음으로써, 통상 형성된다. 아스팔트는 통상 약 177℃ (350℉)에서 부어넣어지고, 포장품은 운송 전에 24 시간 내로 냉각되게 된다.
기존의 아스팔트 포장품의 문제는 고체 아스팔트로부터 종이 및 금속 컨테이너를 제거하는 데 시간이 오래 걸린다는 것이다. 종이 및 금속 컨테이너 자재의 처분 또한 부담스럽다. 따라서, 아스팔트를 개별적 포장품으로 포장할 수 있되, 컨테이너를 제거하거나 처분할 필요가 없도록 하는 것이 바람직할 것이다. 특히, 아스팔트와 함께 직접 용융될 수 있도록 소모성 아스팔트용 컨테이너를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
발명의 요약
상기물뿐만 아니라 상세히 열거하지 않은 기타물은 일정량의 용융되지 않은 아스팔트를 베셀에 넣고 가열하여 아스팔트를 용융시키는 아스팔트 용융법에 의해 수득되는데, 용융된 아스팔트는 통상 베셀로부터 연기를 발산하며, 이는, 약 0.2 중량% 내지 약 6 중량%의 고분자를 아스팔트에 첨가하여 고분자가 첨가되지 않은 동일한 아스팔트에 비해 연기의 시각적 불투명도를 약 25% 이상 감소시킴으로써 개선된다. 또다른 구현예에서는, 벤젠 가용성 부유 입자의 총 방출양이 고분자가 첨가되지 않은 동일한 아스팔트에 비해 약 15% 이상 감소된다. 바람직하게는, 첨가된 고분자는 약 15 g/10 분 내지 약 95 g/10 분의 용융 흐름 지수 (melt flow index)를 가지며, 첨가된 고분자는 용융된 아스팔트의 상부 표면에 스킴 (skim)을 형성하여 연기의 시각적 불투명도를 감소시킨다.
본 발명의 또다른 구현예에서는, 일정량의 용융된 아스팔트가 베셀에 담기는 아스팔트 보유방법이 제공되는데, 용융된 아스팔트는 보통 베셀로부터 연기를 발산하며, 이는, 약 0.2 중량% 내지 약 6 중량%의 고분자를 아스팔트에 첨가하여 고분자가 첨가되지 않은 동일한 아스팔트에 비해 연기의 시각적 불투명도를 약 25% 이상 감소시킴으로써 개선된다. 아스팔트는 고체 형태 또는 용융된 형태 중 하나로서 베셀에 첨가될 수 있다.
본 발명은 일반적으로 루핑 (roofing), 도로포장 및 기타 분야에 사용되는 아스팔트 물질에 관한 것이다. 보다 특히, 본 발명은 용융된 아스팔트의 베셀 (vessel)로부터 발산되는 연기를 감소시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 용융된 아스팔트로부터의 연기가 문제되는 지역에서 사용하기 위한 아스팔트를 제조하는 데 유용할 수 있다.
도 1은 아스팔트 포장품의 한 구현예에 관한 도식으로서, 본 발명에 따라 용융된 아스팔트의 베셀로부터의 연기 및 냄새를 감소시키는 데에 유용한, 아스팔트로 채워진 소모성 컨테이너를 포함한다.
도 2는 도 1의 소모성 컨테이너의 선 2-2를 따르는 단면도이다.
도 3은 컨테이너 하나가 다른 하나의 위에 쌓아 올려진 소모성 아스팔트 컨테이너 두 개의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 아스팔트 포장품용 컨테이너의 또다른 구현예에 관한 도식이다.
도 5는 본 발명의 아스팔트 포장품의 한 구현예에 관한 도식이다.
유리하게도, 소량의 고분자를 아스팔트에 첨가함으로써, 용융된 아스팔트의 베셀로부터 발산되는 연기를 감소시키는 데 도움이 된다는 것이 발견되었다. "베셀"라는 용어는 용융된 아스팔트를 담기에 적합한 임의의 케틀, 컨테이너, 또는 기타 수용체를 뜻하며, 예를 들면 루핑용 케틀 (roofer's kettle), 아스팔트 포장용기, 벌크 저장 탱크, 탱커 트럭, 레일카 또는 부선을 들 수 있다. 아스팔트가 베셀에 담겨져 있는 동안, 가열, 저장, 운송 또는 분배를 위해 담겨질 수 있다. 베셀에 담겨진 아스팔트는 용융된 형태로서 베셀에 놓일 수 있고, 또는 대안적으로 고체 형태로서 베셀에 놓인 후 용융될 수 있다. 고분자 물질은 아스팔트가 베셀에 첨가될 때 베셀에 첨가될 수 있거나, 또는 나중에 첨가될 수 있다. 고분자 물질은 아스팔트가 용융되기 전 베셀에 첨가되거나, 이미 용융된 아스팔트에 첨가될 수 있다. 고분자 물질은 고체 또는 액체 형태 중 하나로서 첨가될 수 있다. 첨가된 고분자가 용융되면, 고분자의 일부는 베셀 내의 용융된 아스팔트의 상부 표면으로 떠올라서, 거기에 스킴을 형성하여 발연을 감소시킨다. "스킴"이라는 용어는 용융된 아스팔트의 상부 표면 위로 떠오르거나, 형성되거나 수합되는 층, 박막 또는 코팅물을 뜻한다. 바람직하게는, 고분자는 용융된 아스팔트 상부 표면의 약 80 내지 90% 이상에 걸쳐 스킴을 형성하며, 보다 바람직하게는 용융된 아스팔트 상부 표면의 실질적으로 전체에 걸쳐 형성한다. 부가적 아스팔트가 베셀에 첨가되면, 스킴은 깨질 수 있지만, 보통 재빨리 표면 위에 재형성되는 것으로 이해된다.
이론과는 상관없이, 스킴은 용융된 아스팔트가 공기에 노출되는 것을 막는 냉각 탑 (top) 또는 배리어의 역할을 함에 따라 베셀로부터 발연을 감소시킨다고 여겨진다. 스킴의 두께는 고분자의 첨가 속도 빼기 고분자의 용해 속도의 함수이다. 용해 속도는 고분자의 기본적 특성뿐만 아니라 베셀의 온도 및 교반 정도의 함수이다. 스킴의 두께는 보통 약 3 mm 내지 약 13 mm이며, 통상 약 6 mm이다. 그러나, 약 0.025 mm 이상, 더 바람직하게는 약 0.25 mm 이상의 스킴 두께가 베셀로부터 발연을 감소시키는 데에 적합하다고 여겨진다.
그러한 스킴을 형성하는 고분자를 함유함은, 일반적으로 사용을 위한 제조 시에 열린 케틀에서 가열되는 모든 아스팔트 제품에 유리하게 사용될 수 있다. 본원에서 사용되는 "아스팔트"라는 용어는, 정유시설에서 나오는 아스팔트 바닥물질뿐만 아니라 아스팔트, 길소니트, 타르 및 피치와 같은 천연적으로 발생하는 역청 물질, 또는 공기-주입되거나 다르게는 화학적으로 가공 또는 처리된 상기의 동일 물질들을 포함한다. 예를 들면, 아스팔트는 염화철 등과 같은 촉매로 공기-주입될 수 있다. 아스팔트는 통상적인 루핑 유동 (roofing flux) 아스팔트 또는 포장용등급 아스팔트뿐만 아니라, 방수 아스팔트, 배터리 화합물 및 실러 (sealer)와 같은 기능성 아스팔트를 포함하는 기타 유형의 아스팔트일 수 있다. 상이한 종류의 아스팔트의 혼합물 또한 사용될 수 있다.
아스팔트에 첨가된 고분자는, 용융되어 용융된 아스팔트의 상부 표면에 충분한 점도를 갖는 스킴을 형성하여 케틀로부터의 발연을 감소시킬 수 있는 모든 고분자일 수 있다. 상기 고분자는, 용융된 아스팔트의 케틀의 상부 표면으로 떠오르도록 상대 밀도가 아스팔트의 밀도보다 낮아야 하고, 또한 아스팔트와 잘 섞이고 혼화적이어야 한다.
사용될 수 있는 전형적인 고분자로는, 폴리올레핀 중합체, 예컨대 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체 및 부틸렌 공중합체; 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체; 아크릴레이트 및 메타크릴레이트의 공중합체, 예컨대 에틸렌, 프로필렌 또는 부틸렌과 공중합된 부틸, 프로필, 에틸 또는 메틸 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트; 에폭시-기능성 공중합체, 예컨대 E.I. duPont de Nemours & Co. (Wilmington, Delaware) 사에서 상표명 ElvaloyAM으로 시판하는 에틸렌, 부틸 아크릴레이트 및 글리시딜 메타크릴레이트의 삼원 공중합체; 및 합성 고무, 예컨대 스티렌-부타디엔-스티렌 (SBS), 스티렌-부타디엔 고무 (SBR), 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 (SEBS) 또는 에틸렌-프로필렌 디엔 단량체로부터 제조된 삼원 공중합체 (EPDM); 및 그들의 혼합물을 들 수 있다. 바람직하게는, 고분자는 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체 (EVA), 에틸렌-메틸 아크릴레이트 공중합체 (EMA), 합성 고무, 및 그들의 혼합물로부터 선택된다. 특히 바람직한 것은 에틸렌-메틸 아크릴레이트 공중합체 및 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체이다. 유용한 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체는, 아스팔트에 적절하게 용해되도록, 바람직하게는 약 5 중량% 내지 약 40 중량%, 더 바람직하게는 약 9 중량% 내지 약 28 중량%의 비닐 아세테이트를 함유한다. 바람직한 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체는 Elvax 360 내지 750, 바람직하게는 Elvax 450 또는 470과 같은 duPont 사의 Elvax시리즈를 포함한다. 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체는 또한 USI Chemicals 사로부터 상표명 Ultrathene및 Vynathene으로 시판된다.
스킴은 바람직하게는, 베셀로부터의 발연을 감소시키기 위해 연속층으로서 함께 붙어있기에 충분한 점성을 지닌다. 스킴의 점성이 너무 낮으면, 용융된 아스팔트로부터의 연기가 스킴에 생긴 구멍을 통해 베셀로부터 빠져나갈 수 있다. 반면, 점성이 너무 높으면, 고분자가 아스팔트의 노출된 표면 전체에 걸쳐 연속적인 위찌거기를 형성하기에 용이하지 않거나, 시간에 따라 벌크 아스팔트로 재분산 또는 용해되기에 용이하지 않을 것이다. 바람직한 점성을 제공하기 위해, 첨가된 고분자는 바람직하게는 약 15 내지 약 95 g/10 분, 더 바람직하게는 약 25 내지 약 85 g/10 분, 보다 더 바람직하게는 약 35 내지 약 75 g/10 분의 용융 흐름 지수를 갖는다. 낮은 용융 흐름 지수는 일반적으로 고분자가 점성이 높음을 나타낸다. 용융 흐름 지수는 ASTM D1238 방법 B에 따라, 190℃ (374℉) 및 2.16 kg의 하중 하에서 측정된다.
광범위한 고분자성 물질이 본 발명에 유용하지만, 특정 아스팔트에 사용되기 위해 선택된 고분자는 그 첨가된 양으로써 아스팔트의 특성을 바람직하지 않게 개질시키지 않아야 한다. 예를 들면, 아스팔트가 루핑 아스팔트로 사용되는 경우, 고분자가 첨가되지 않은 (고분자 첨가 전) 아스팔트 및 고분자가 첨가된 아스팔트 모두가 ASTM D312, 보다 특히 ASTM D312-89에 따르는 루핑 아스팔트의 하나 이상의 유형에 대한 요구조건을 충족시키는 것이 바람직하다. 따라서, 아스팔트에 고분자를 첨가하여 발연은 감소시키지만, 아스팔트의 특성은 현저히 변화시키지는 않는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 고분자가 첨가된 아스팔트는 타입 III의 루핑 아스팔트에 대한 하기의 ASTM D312 명세사항을 충족시킨다: 85-96℃ (185-205℉)의 연화점 (ASTM D36에 따라); 최소 246℃ (475℉)의 인화점; 0℃ (32℉)에서 최소 6 dmm, 25℃ (77℉)에서 15-35 dmm, 및 46℃ (115℉)에서 최고 90 dmm의 침투성 (ASTM D5에 따라); 25℃ (77℉)에서 최소 2.5 mm의 유연성 (ASTM D-113에 따라); 및 트리클로로에틸렌 중에서의 99% 이상의 용해도 (ASTM D2042에 따라). 바람직하게는 아스팔트에 고분자를 첨가함은, 아스팔트의 연화점을 약 9℃ (48℉) 초과, 더 바람직하게는 약 3℃ (37℉)를 초과하여 변화시키지 않으며, 아스팔트의 침투성을 25℃ (77℉)에서 약 10 dmm를 초과하여 변화시키지 않는다.
또한, 일부 예에서는, 특정 아스팔트에 사용되도록 선택된 고분자 및 그의 첨가된 양은, 생성되는 조성물의 물리적 특성을 향상시키도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 냉유동성 도로포장용 아스팔트에 사용되도록 선택된 고분자는, 예컨대 연방 고속도로 협회 (Federal Highway Association)의 전략적 고속도로 연구 프로그램 (Strategic Highway Research Program, SHRP) 현안 명세사항에 의해 측정되는 고온 성능과 같은 상기 아스팔트의 특성을 향상시키도록 유리하게 선택될 수 있다.아스팔트의 도로포장 특성을 개선시키는 전형적인 고분자로는 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체, 스티렌-부타디엔-스티렌 고무, 폴리프로필렌 및 에틸렌-메틸아크릴레이트 공중합체를 들 수 있다.
고분자는, 고분자가 첨가되지 않은 동일한 아스팔트에 비해 베셀로부터의 연기의 시각적 불투명도를 약 25% 이상 감소시키기에 충분한 양으로 통상 아스팔트에 첨가된다. 연기의 시각적 불투명도는 연기에 의한 자연광 차단의 측정치이다. 베셀로부터 더 많은 연기가 발산될수록 시각적 불투명도는 높아진다. 반대로, 시각적 불투명도의 감소는 베셀로부터 발산되는 연기의 양이 감소됨을 의미한다. 바람직하게는, 연기의 시각적 불투명도를 약 35% 이상, 더 바람직하게는 약 50-60% 이상, 보다 더 바람직하게는 약 70-80% 이상 감소시키기에 충분한 양으로 고분자가 첨가된다.
연기의 시각적 불투명도의 감소는, 통상의 아스팔트 제품에서는 발연이 가장 심한 고온에서 증가된다. 루핑 아스팔트의 케틀은 통상 약 232℃ (449℉) 내지 약 288℃ (550℉)의 온도로 가열된다. 바람직하게는, 첨가된 고분자는 연기의 시각적 불투명도를 260℃ (500℉)에서 약 35%, 더 바람직하게는 260℃ (500℉)에서 약 50% 감소시킨다.
또한, 베셀로부터의 벤젠 가용성 부유 입자의 총 방출양은 고분자가 첨가되지 않은 동일한 아스팔트보다 통상 약 15% 이상 감소된다. 바람직하게는, 총량은 약 25% 이상, 더 바람직하게는 약 40-50% 이상, 보다 더 바람직하게는 약 60-70% 이상 감소된다. 벤젠 가용성 부유 입자의 총 방출양은 연기 내에 존재하는 벤젠가용성 고체 물질의 소입자로 이루어지므로, 그러한 입자 방출의 감소는 발산된 연기의 양이 감소됨을 의미한다. 바람직하게는, 부유 입자의 총 방출양은 260℃ (500℉)에서 약 25% 이상, 더 바람직하게는 260℃ (500℉)에서 약 50% 이상 감소된다.
상기의 발연 감소를 달성하는 고분자 스킴을 제공하기 위해, 고분자의 농도는 바람직하게는 베셀 내의 아스팔트의 노출된 표면 전체에 걸쳐 스킴을 형성하기에 충분해야 한다. 바람직하게는, 첨가된 고분자의 양은 아스팔트 및 고분자의 총 중량을 기준으로 약 0.2 중량% 내지 약 6 중량%의 범위에 속한다. 더 바람직하게는, 아스팔트 및 고분자의 총 중량을 기준으로 약 0.2 중량% 내지 약 2 중량%, 보다 더 바람직하게는 약 0.3 중량% 내지 약 0.5 중량%로 고분자가 첨가된다. 그러한 수준에서는, 용융된 아스팔트의 베셀로부터 보통 발산되는 연기의 양은, 아스팔트 특성을 현저히 변형시키지 않고도 현저히 감소된다.
고분자는 일반적으로 발연을 감소시키기 위해 거의 어떤 방식으로든 아스팔트에 첨가될 수 있다. 고분자는, 아스팔트가 최종 사용자에게 운송되기 전에 아스팔트에 첨가되거나, 최종 사용자에 의해 아스팔트에 첨가될 수 있다. 최종 사용자는 용융된 아스팔트의 베셀에 직접 고분자를 첨가할 수 있다. 고분자는 액체 형태 또는 고체 형태, 예컨대 펠렛, 과립, 박편, 입자, 분말의 형태 또는 기타 성형 형태로서 (이후로, 집합적으로 "펠렛"으로 칭함) 아스팔트에 첨가될 수 있다. 또한, 임의의 아스팔트 베셀에 용이하게 첨가될 수 있는, 고분자성 백에 캡슐화되거나 달리 담겨진 상기의 어떤 형태물로든지 첨가가 가능하다. 고분자성 백이 용융된 아스팔트에 첨가될 때, 백은 담겨진 고분자 및 백의 고분자성 물질을 방출하면서 융해된다.
고분자는, 순수물로서 아스팔트에 첨가될 수 있으나, 바람직하게는 고분자 및 아스팔트의 혼합물의 형태로서, 더 바람직하게는 고분자/아스팔트 복합체 펠렛과 같은 고체화된 혼합물의 형태로서 아스팔트에 첨가된다. 그러한 고분자/아스팔트 혼합물은 순수 고분자의 용융으로부터 생성되는 스킴에 비해 통상 탄화수소 방출양을 더 감소시키며, 고분자가 첨가된 아스팔트의 존재는 고분자의 용융을 도와 그의 분산성을 증가시킨다. 예를 들면, 고분자/아스팔트 복합체 펠렛과 같은 바람직한 고분자/아스팔트 혼합물은, 약 30 중량% 내지 약 90 중량%의 고분자, 및 약 10 중량% 내지 약 70 중량%의 아스팔트를 함유할 수 있다. 바람직하게는, 그러한 혼합물은 약 40% 내지 약 80%의 고분자를 함유한다. 보다 바람직하게는, 그러한 혼합물은 약 20% 내지 약 60%의 아스팔트 및 약 40% 내지 약 80%의 폴리프로필렌으로 구성된다.
적합한 고분자/아스팔트 복합체 펠렛은, 통상의 압출성형기에서처럼 물질들이 연화점 이상으로 가열되고 함께 혼합되는 가열된 압출성형기를 통해 아스팔트 및 고분자를 공압출하고, 이어서 성형가능한 혼합물을 펠렛으로 성형함으로써 형성될 수 있다. 따라서, 스킴을 제공하기 위해 사용되는 고분자 및 아스팔트는, 바람직하게는 공압출에 적합한 융점 및 점도를 갖는다. 바람직한 아스팔트는 일반적으로, ASTM D36에 따라 측정되는 환구식 연화점이 약 90℃ (194℉)를 초과한다. 펠렛의 아스팔트 성분이 베셀 내의 용융된 아스팔트와 동일할 필요는 없다. 적합한아스팔트로는, AC-2 내지 AC-50, 더 바람직하게는 AC-10 또는 AC-20의 범위에 속하는 공기-주입된 루핑 유동 아스팔트 및 공기-주입된 도로포장용 등급 아스팔트가 있다.
선택적으로, 합성 왁스와 같은 비고분자성 화학적 개질제 및 첨가제가 펠렛 조성물에 첨가될 수 있다. 이러한 특성은, 목적하는 용도를 위해 아스팔트를 최적화시키기 위한 바람직한 화학적 첨가제를 펠렛을 통해 아스팔트에 첨가하여, 하나 또는 수 개의 표준 아스팔트로써 베셀을 채우는 데 유리하게 사용될 수 있게 한다.
또한, 원한다면, 하나 이상의 충진재, 예컨대 분쇄된 돌, 유리 섬유, 활석, 탄산칼슘 또는 실리카 등이 펠렛 제형물에 첨가될 수 있다. 그러나, 그러한 충진재는 아스팔트의 일부 최종 사용에 있어서 바람직하지 않을 수 있고, 일반적으로는 바람직하지 않다. 따라서, 충진재는 아스팔트의 기타 특정 물질의 백분율을 계산할 때 무시되는 것으로 이해되어야 한다; 이에 따라, 본원에 주어진 성분의 중량비는, 물질 또는 조성물에 존재하는 임의의 충진제와 같은 것을 제외한 물질 또는 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
고분자 펠렛 또는 아스팔트/고분자 복합체 펠렛은, 적합한 용융 속도 및/또는 용해 속도를 나타내는, 임의의 편리하게 성형된 크기 및 기하학적 형태를 지닐 수 있다. 일반적으로, 용융 및 용해 속도는 표면적 대 질량의 비가 증가할수록 증가한다. 따라서, 고분자로부터 최대한의 이익을 얻으려면, 펠렛의 질량을 최대화하고 표면적을 최소화하여, 고분자의 용융된 아스팔트 내로의 용해 속도를 줄이는 것이 바람직하다. 또한, 우수한 유동성을 보이는 크기 및 형태를 지닌 펠렛이 자동화된 가공 장비에 유리할 수 있다. 이러한 이유들로, 약 1.59 mm 내지 약 6.35 mm의 직경을 갖는 구형 펠렛, 및 상응하는 직경 및 약 1.59 mm 내지 약 12.70 mm의 길이를 갖는 원통형 펠렛이 일반적으로 바람직하다.
본 발명의 바람직한 구현예에서는, 고분자가 아스팔트에 첨가되고, 그 혼합물이 아스팔트용 소모성 컨테이너로 성형된다. 컨테이너는, 약 40 중량% 내지 약 90 중량%의 아스팔트 및 약 10 중량% 내지 약 60 중량%의 고분자를 함유한다. 컨테이너는 소모성으로서, 과도한 혼합이 필요 없이 컨테이너에 담긴 아스팔트와 함께 용융될 수 있다. 루핑용 아스팔트 포장품에서는, 컨테이너는 바람직하게는 아스팔트의 특성을 현저히 변화시키지 않는다 (상기의 고분자의 아스팔트로의 첨가와 유사). 따라서, 소모성 컨테이너는 통상의 종이 및 금속 컨테이너에 수반되는 문제를 극복한다. 또한, 첨가된 고분자는 컨테이너를 강화할 뿐만 아니라 케틀로부터의 발연을 감소시킨다. 소모성 아스팔트 컨테이너는, 루핑용 아스팔트의 추가 공급의 필요에 따라, 예컨대 30 분 내지 1 시간의 간격으로, 낮 시간 내내 루핑용 케틀에 첨가될 수 있다.
도면에 나타난 아스팔트용 소모성 컨테이너의 바람직한 구현예를 참조하여, 도 1 및 도 2에 소모성 컨테이너 10이 도식화되어 있다. 상기 도식화된 구현예에서, 컨테이너는 일반적으로 원통형 형태이고, 열린 말단과 닫힌 말단을 갖는다. 그러나, 컨테이너는 장방형 고체 형태와 같은 임의의 기타 편리한 형태일 수 있다. 장방형 고체 형태는 운송 및 보관에 효율적일 수 있으나, 이러한 장점들은, 신속한 냉각을 촉진시키기 위해 주입 과정 중 상당한 거리를 두고 베셀들을 분리할 수 있는 장점에는 견주지 못한다.
소모성 컨테이너 10의 도식적 구현예에는 아스팔트를 수용하는 수용체 11이 포함된다. 상기 수용체는 원통형 측벽 12 및 닫힌 말단을 정의하는 원형 밑바닥 13을 갖는다. 한 쌍의 동심원 고리 모양의 돌출부 14가 밑바닥으로부터 아래로 짧게 나와있다. 상기 돌출부는 컨테이너의 치수안정성을 증가시킨다. 상기 측벽은 밑바닥과 맞닿는 하부 말단 15 및 바닥으로부터 일정 거리에 있는 상부 말단 16을 포함한다. 도 1에 나타난 것처럼, 측벽의 상부 말단의 직경은 바람직하게는 하부 말단의 직경보다 크다. 이런 구조는, 하기하는 것처럼, 하나의 컨테이너를 다른 컨테이너 위에 용이하게 쌓아 올릴 수 있게 한다. 바람직한 구현예에서는, 측벽의 직경은 상부 말단에서 35.6 cm이고 하부 말단에서 31.8 cm이다. 바람직하게는, 컨테이너는 점점 얇아지는 측벽, 즉 상부 측벽보다 두꺼운 하부 측벽을 갖도록 성형되어, 컨테이너의 강도를 증가시킨다. 상기 도식화된 구현예에서, 측벽의 두께는 하부 말단에서 0.20 cm, 상부 말단에서 0.17 cm 이다. 상기 수용체는 높이가 약 38.1 cm 이다. 고리 모양의 테두리 17은 측벽의 상부 말단으로부터 바깥쪽으로 짧게, 바람직하게는 약 0.64 cm 정도 나와있다.
컨테이너 10은 또한 일반적으로 모양이 원형인 뚜껑 18을 포함한다. 뚜껑은, 원형의 덮개 19 및 덮개의 둘레로부터 위쪽으로 나와있는 일반적으로 원통형인 자락 20을 포함한다. 상기 자락은 덮개로부터 바깥쪽으로 비스듬한 하부 21, 및 하부로부터 바깥쪽으로 매우 약간 비스듬한 상부 22를 포함한다. 자락 상부의 외경은 실질적으로 수용체 상부 말단의 내경과 동일하여, 뚜껑이 수용체의 상부 말단내로 들어가 단단히 닫혀질 수 있게 한다. 뚜껑은 또한 자락 부분으로부터 바깥쪽으로 짧게 나온 고리 모양의 테두리 23을 포함한다. 수용체는 아스팔트 24로 채워진다. 그 후, 뚜껑이 수용체 위에 얹혀서 컨테이너를 닫고, 뚜껑의 테두리와 수용체의 테두리가 맞물린다.
도 3에 있어서, 바람직한 컨테이너는 제 1 컨테이너 10이 제 2 컨테이너 10'의 위에 쌓아지게 하는 구조를 가져서, 운송비 및 보관비를 감소시킴을 볼 수 있다. 제 1 컨테이너의 밑바닥 13은 제 2 컨테이너의 뚜껑 18'의 내부에 위치한다. 제 1 컨테이너의 측벽 12는 제 2 컨테이너의 뚜껑 자락 20' 안에 맞는다. 바람직하게는, 제 1 컨테이너의 동심원 고리 모양의 돌출부 14가, 아스팔트 24'로 채워져 아스팔트 포장품을 형성하는 것으로 보이는 제 2 컨테이너의 원형 덮개 19'의 위에 얹힌다.
상기 컨테이너는, 약 40 중량% 내지 약 90 중량%의 아스팔트 및 약 10 중량% 내지 약 60 중량%의 고분자, 더 바람직하게는 약 55 중량% 내지 약 75 중량%의 아스팔트 및 약 25 중량% 내지 약 45 중량%의 고분자로 된 조성물을 함유한다. 루핑 아스팔트용 컨테이너의 조성물에는 아스팔트의 비율이 높은 것을 사용함이 바람직한데, 이는 고분자의 가격에 비해 아스팔트의 가격이 싸기 때문이다. 또한, 아스팔트의 비율이 높으면, 컨테이너에 담긴 아스팔트와의 혼화성을 더 좋게 한다.
컨테이너는 용융된 아스팔트에 수반하는 고온을 견딜 정도로 충분히 높은 연화점을 가져서, 연화되지 않고 운송 및 보관될 수 있어야 한다. 바람직하게는, 컨테이너의 조성물은 환구식 연화점이 약 107℃ (225℉) 이상이고, 더 바람직하게는약 125℃ (257℉) 이상이며, 보다 더 바람직하게는 149℃ (300℉) 이상이다. 환구식 연화점은 ASTM D36에 따라 측정될 수 있다.
컨테이너는 임의의 편리한 가공에 의해 성형될 수 있다. 예를 들면, 수용체의 측벽은 바닥에 결합될 수 있다. 그러나, 바람직하게는 컨테이너는 사출성형, 블로우성형 또는 회전성형 등과 같은 성형 가공에 의해 총체적 또는 단위적 구조로 성형될 수 있다.
사출성형 가공이 특히 바람직하다. 당업자에게 공지되어 있듯이, 사출성형 가공은 통상 스크루 및 가열된 배럴 어셈블리를 사용하여, 성형될 조성물을 가열-연화시킨다. 이어서, 가열-연화된 조성물은 통상 전방으로 움직이는 스크루의 작용에 의해 폐쇄 주형으로 사출된다. 조성물은 냉각되고 고체화되어, 주형 공간의 모양을 따른다.
성형 가공은, 비용, 디자인의 유연성 및 컨테이너에 도입될 수 있다는 특징 등의 장점을 갖는다. 성형 가공은, 원하는 대로 포장용기에 용이하게 도입되는 다양한 특징을 갖는다. 예를 들면, 성형 가공은 라벨링, 사용설명 또는 제품 로고 등의 목적을 위해 수용체 또는 뚜껑에 엠보싱 성형하는 데에 사용될 수 있다. 바람직하게는, 컨테이너의 뚜껑에는 컨테이너에 담겨진 아스팔트의 유형이 라벨링된다.
컨테이너에는 또한 손잡이가 장착될 수 있는데, 이는 취급을 용이하게 하기 위해 용기에 성형될 수 있다. 또한, 포장 과정 중 아스팔트를 붓는 단계에서 컨테이너의 강도를 증가시키기 위해, 컨테이너에 늑재 (ribs)가 성형될 수도 있다. 바람직한 구현예에서는, 수용체 벽의 외부 표면 상에 하나 이상의 늑재가 제공되는데, 이는 아스팔트를 붓는 과정에서 벽보다 찬 온도를 유지하여서 컨테이너의 치수안정성을 제공할 것이다. 또한, 컨테이너는, 케틀 내의 뜨거운 아스팔트가 아스팔트 컨테이너의 내부로 침투하도록 하여 재용융 과정을 촉진시키는 하나 이상의 벽감 (recesses)을 가질 수 있다. 벽감은 또한 용융된 아스팔트가 컨테이너로 부어진 후의 냉각 과정을 촉진시킨다.
컨테이너 및 아스팔트 포장품의 대안적 구현예가 도 4 및 5에 나타나 있다. 도 4에 따르면, 컨테이너 100은, 예를 들면, 사출성형, 블로우성형 또는 회전성형과 같은 성형 가공에 의해 적합한 방식으로 성형된다. 컨테이너는 또한 측벽 120을 밑바닥 140에 결합시켜서 성형될 수 있다.
컨테이너 100에는, 취급을 용이하게 하기 위해 컨테이너에 성형될 수 있는 손잡이 160이 제공될 수 있다. 컨테이너가 충전 과정 중 용융된 아스팔트로 채워지는 스트레스를 견디는 강도를 증가시키기 위해, 컨테이너는 측벽 하부 180이 측벽 상부 200보다 두꺼운, 점점 얇아지는 측벽 120을 갖도록 만들어질 수 있다.
도 5에 나타난 아스팔트 포장품 110은 컨테이너 220 및 컨테이너 내의 아스팔트 240의 본체로 구성된다. 아스팔트 컨테이너는 도 5에 나타난 장방형 고체와 같은 임의의 편리한 형태일 수 있다. 아스팔트 컨테이너는 포장 과정의 주입 및 충전 단계 중 컨테이너에 강도를 주기 위해 늑재 260을 갖도록 성형될 수 있다. 내부 강화 늑재 대신 또는 늑재에 더하여, 주입 또는 충전 과정 중 팽창하는 것을 방지하도록 외부 강화 늑재가 제공될 수 있다. 또한, 컨테이너는 케틀 내의 뜨거운 아스팔트가 아스팔트 컨테이너의 내부로 침투하도록 하여 재용융 공정을 촉진시키는 하나 이상의 벽감 280을 가질 수 있다. 벽감은 또한 용융된 아스팔트가 컨테이너로 부어진 후의 냉각 과정을 촉진시킨다. 벽감은 아스팔트 포장품 내로의 또는 내로부터의 열전달을 증가시키기에 적합한 임의의 크기 또는 모양일 수 있다.
종래의 금속 및 종이 아스팔트 포장용기에 고분자를 첨가하는 것은 단순하지 않다는 것이 발견되었다. 특히, 포장용기를 용융된 아스팔트로 채우기 전에 포장용기에 고분자를 도입하면, 고분자는 종종 아스팔트 내에 묻히기보다는 포장품의 표면 및 측면으로 이동한다는 것이 밝혀졌다. 결과적으로, 건설 현장에서 고체화된 아스팔트로부터 포장재를 제거할 때, 상당한 양의 고분자가 아스팔트로부터 분리되어 포장재와 함께 버려진다.
본 발명은, 목적하는 고분자를 표준 금속 및 종이 포장용기에 담긴 아스팔트에 도입하는데 있어서, 고분자가 포장용기에 담긴 고체화된 아스팔트 (이후로, "포장된 아스팔트"로 칭함)에 총체적으로 결합되어 포장재의 제거 시에 아스팔트로부터 분리되지 않되, 케틀 내에서 아스팔트가 용융될 때 분리되어 표면으로 떠올라서, 연기를 감소시키는 스킴을 형성하도록 하는 방식의 방법 및 장비를 제공한다.
본 발명의 방법에 있어서, 고분자 펠렛 또는 고분자/아스팔트 복합체 펠렛은 포장용기에 도입될 때 용융된 아스팔트로 덮이도록 용융된 아스팔트와 배합된다. 이는, 용융된 아스팔트로 포장용기를 채울 때 펠렛을 용융된 아스팔트의 스트림 내로 주입함으로써, 또는 아스팔트 및 펠렛을 각각 그러나 동시에 포장용기에 도입함으로써, 펠렛이 포장용기에 도입될 때 아스팔트로 완전히 코팅되도록 하여 달성될수 있다. 결과적으로, 펠렛은 통상 용융된 아스팔트보다 밀도가 낮아서 포장품의 표면으로 떠오르는 경향이 있지만, 펠렛이 아스팔트에 둘러싸여서 포장재의 제거 시 아스팔트로부터 분리되는 경향이 훨씬 감소된다. 따라서, 포장된 아스팔트와 함께 용융된 케틀에 첨가되는 고분자의 양이 현저히 감소됨 없이, 포장된 아스팔트로부터 포장재를 벗겨서 버릴 수 있다.
종래의 아스팔트 포장품에서 금속 및 종이 컨테이너의 바닥에 고분자가 들러붙는 것을 방지하기 위해 본 발명에 따른 다른 방법을 또한 사용할 수 있다. 예를 들면, 컨테이너의 바닥에 이형제를 적용할 수 있다; 선택적으로, 상기 이형제는 고분자와 혼합 또는 배합될 수 있다. 컨테이너의 바닥에 상이한 코팅물을 사용할 수 있다. 고분자를 고분자성 백에 캡슐화시킬 수 있다; 상기 백은 아스팔트 내로 고분자를 방출하면서 용융되고 포장용기 내에서 떠오름으로써, 컨테이너의 바닥에 들러붙지 않는다. 상기 백은 포장용기 및 그 위에 부어진 뜨거운 아스팔트의 중간에 부유하도록 될 수 있다; 이는 고분자가 컨테이너의 바닥과 혹시라도 접촉하는 것을 방지한다. 고분자가 포장품 내에 머물도록, 성형된 기하학적 조각을 사용할 수 있다 (이 또한 고분자가 컨테이너 바닥으로부터 떨어져 있게 할 것이다); 상기 조각은, 벽이 녹아서 내부의 고분자가 방출되어 아스팔트 위로 떠오를 정도로 얇은 벽을 가질 것이다. 고분자 및 아스팔트를 넣기 전, 포장용기 안에 폴리올레핀 필름 라이너 (예컨대, 폴리프로필렌)를 넣어서, 아스팔트가 고체화될 때 고분자가 컨테이너에 들러붙지 않도록 할 수 있다. 라이너는 또한 부가적 고분자를 제공할 것이다. 또한, 상기 형태의 어떤 것이든지 상술한 임의의 용융된 아스팔트 베셀에 직접 첨가될 수 있다.
용융 케틀에서의 발연을 감소시키는 것에 더하여, 고분자 펠렛 또는 고분자/아스팔트 복합체 펠렛을 성형된 아스팔트 포장용기로 도입함은 냉각 시 포장품으로부터 발산되는 연기를 또한 감소시킬 수도 있다. 펠렛이 포장용기로 도입되는 뜨거운 용융된 아스팔트와 접촉하면, 펠렛은 용융되기 시작하고, 낮은 밀도로 인해 포장품의 표면으로 떠올라서, 포장품이 식는 동안 발연을 감소시키는 스킴을 형성한다. 이러한 이점은 높은 용융 흐름 지수를 갖거나 아스팔트에 가용성이 높은 고분자를 소량으로 첨가하여 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 아스팔트 60%, 및 폴리프로필렌 38% 및 EVA 2%의 배합물; 또는 약 5 내지 약 50 g/10 분 의 용융 흐름 지수를 갖는 폴리프로필렌 37% 및 약 50 내지 약 400 g/10 분 의 용융 흐름 지수를 갖는 폴리프로필렌 3% (230℃ (446℉)에서 21.60 g 하중 하에 측정)의 배합물을 함유하는 제형이 포장품 충전 시에 충분한 양의 고분자가 용융되어 원하는 스킴을 형성하도록 할 것이다.
본 발명은 이제 하기의 실시예를 통해 더 상세히 설명될 것이다.
실시예 1
종래의 포장된 아스팔트 제품에 도입된 소량의 아스팔트/고분자 복합체 펠렛이 재용융 시 용융된 아스팔트의 케틀로부터의 발연을 감소시키는 능력을 측정하는 시험을 수행하였다. 이 시험에서, 종래의 종이 및 금속 컨테이너에 포장된 표준 BURA 타입 III 아스팔트 (약 85℃ (185℉) 내지 약 96.1℃ (205℉)의 연화점으로공기-주입된 Amoco 루핑용 유동 아스팔트)의 발연을, 복합체 펠렛의 첨가 하에서 ("저발연성 제품"), 또한 고분자-함유 펠렛을 첨가하지 않고서 ("표준 제품") 시험하였다.
저발연성 제품에 첨가된 펠렛은, 약 143℃ (290℉)의 연화점으로 공기-주입된 아스팔트, 폴리프로필렌 (Montel 6301 또는 Solvay Fortilene 12 용융 흐름 지수 단일중합체) 및 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체 (Elvax 450)의 혼합물을 60:30:10의 중량비로 단일 스크루 압출성형기에서 펠렛화하여 제조하였다.
시험에 사용한 장비는 프로판 버너로 가열된 625 리터 루핑용 케틀을 포함하였다. 시험에서, 저발연성 제품 및 표준 제품을 각각 따로 케틀을 채우도록 케틀에 가하여 용융시켰다. 제품들을 260℃ 및 288℃ (500℉ 및 550℉)의 온도에서 각기 시험하고, 저발연성 제품은 조성물 내의 아스팔트 및 고분자의 총 중량을 기준으로 0.16 내지 0.96 중량% 범위의 고분자 농도에서 시험하였다. 실제 사용조건을 모사하기 위해, 용융된 제품 75.7 리터를 케틀로부터 20 분마다 배출하고 부가적으로 제품을 케틀에 첨가하여 대체하였다. 바람을 막기 위해 케틀 주변이 둘러싸여진 외부 장소에서 시험을 수행하였다. 케틀로부터 발산된 연기의 시각적 불투명도 및 벤젠 가용성 부유 입자의 총량을 하기와 같이 측정하였다.
시각적 불투명도 시험은, [40 C.F.R., Part 60, Appendix A, EPA Method 9, 제목 "Visual Determination of the Opacity of Emission from Stationary Sources."]에 따라 수행하였다. 공인된 불투명성 판독기로 2 시간동안 15 초마다 시각적 불투명도를 기록하였다. 판독기는 케틀로부터의 연기를 관측하여 불투명도또는 천연광 차단의 비율을 측정하였다. 낮은 불투명도는 연기가 매우 적음을 의미하는 반면, 높은 불투명도는 케틀로부터 연기가 많이 발산됨을 의미한다. 시각적 불투명도 판독 결과를 하기의 표 I에 나타내었으며, 불투명도 비율은 시험 시간 2 시간 동안의 평균값이다:
시각적 불투명도
고분자 중량% 온도 ℃ (℉) 불투명도 (%)
0 (표준) 260 (500) 18
0 (표준) 288 (550) 19.5
0.08 260 (500) 16.6
0.08 288 (550) 26.9
0.16 260 (500) 11.4
0.16 288 (550) 16.9
0.32 260 (500) 10.1
0.32 288 (550) 9.4
0.48 260 (500) 5.1
0.48 288 (550) 5.3
시각적 불투명도 판독 결과는, 저발연성 제품이 고분자 농도 0.32 중량% 이상에서 표준 제품보다 케틀로부터 가시적으로 적은 양을 발연했음을 나타낸다. 또한, 고분자 농도 0.32 중량% 이상에서 저발연성 제품의 고분자는 용융된 아스팔트의 상부 표면의 실질적으로 전체에 스킴을 형성하였다는 것을 관찰하였다.
벤젠 가용성 부유 입자의 총량 시험은, [국립 산업 안전 보건 연구소 (National Institute of Occupational Safety and Health (NIOSH) 방법 5023, 3 판의 개정판인 "Standard Operating Procedure: Benzene Solubles Method for Asphalt Institute Round Robin Study"]에 따라 수행하였다. 두 개의 고용적 (Hi-Vol) TSP (부유 입자 총량) 시료 채취기를, 케틀 입구 근처의 케틀 언저리보다 조금 위에 시료 주입기가 위치하도록 상승시켰다. 각각의 시료 채취기는 미리 무게를 단 1 ft2필터를 통해 케틀로부터 연기 스트림을 흡입하였다. 각각의 시료 채취기를 2 시간동안 작동하였다. 그 후, 필터 부품을 제거하여, 벤젠 (HPLC 등급, 증발 잔류물 0.0005% 이하)으로 덮고, 한 시간 이상 방치하였다. 이어서, 벤젠 추출물을 질소 대기 (약 7-10 psi) 하에서 Millipore Miliflex SR 일회용 필터로 여과하였다. 그 후, 벤젠을 85℃ (185℉)의 히터 블록에서 농축시키고, 미리 무게를 단 컵으로 옮겨서, 주위온도 및 20-25 mmHg 진공의 진공 오븐에서 하룻밤 동안 방치하였다. 그 후, 컵의 중량을 측정하여 벤젠 가용성 입자의 양을 결정하였다. 벤젠 가용성 부유 입자의 총 측정양의 결과를 하기의 표 II 에 나타내었다. 측정치는 1 대기압 및 20℃ (68℉)의 표준 조건에서 연기의 표준 세제곱 미터 (scm) 당 입자의 마이크로그램으로 표시된다.
벤젠 가용성 부유 입자 총량
고분자 중량% 온도 ℃ (℉) 벤젠 가용성 입자 ㎍/SCM
시료 채취기 1 시료 채취기 2
0 (표준) 260 (500) 943 1626
0 (표준) 288 (550) 2463 3284
0.08 260 (500) 599 1663
0.08 288 (550) 3139 5187
0.16 260 (500) -- --
0.16 288 (550) -- --
0.32 260 (500) 304 615
0.32 288 (550) 236 1465
0.48 260 (500) 443 553
0.48 288 (550) 301 1530
시각적 불투명도 결과와 마찬가지로, 상기 결과는 저발연성 제품이 표준 제품에 비해 케틀로부터의 연기의 양을 감소시킴을 나타낸다. 벤젠 가용성 입자는, 0.32%를 초과한 고분자 레벨에서 저발연성 제품이 표준 제품보다 일관적으로 낮았다.
실시예 2
방출된 벤젠 가용성 입자를 표준 제품 및 0.32 중량%의 고분자를 갖는 저발연성 제품의 부가적 시료 16 개에서 측정하였다. 결과를 하기의 표 III에 나타내었다.
벤젠 가용성 부유 입자 총량
고분자 중량% 온도 ℃ (℉) 벤젠 가용성 입자 (㎍/SCM)
0 260 (500) 2377
0 260 (500) 3306
0 260 (500) 1861
0 260 (500) 2132
0 260 (500) 2519
0 260 (500) 1652
0 260 (500) 5833
0 260 (500) 2702
0 288 (550) 3292
0 288 (550) 3756
0 288 (550) 5633
0 288 (550) 3507
0 288 (550) 5809
0 288 (550) 4103
0 288 (550) 18854
0 288 (550) 12808
0.32 260 (500) 768
0.32 260 (500) 687
0.32 260 (500) 38
0.32 260 (500) 535
0.32 260 (500) 116
0.32 260 (500) 129
0.32 260 (500) 106
0.32 260 (500) 194
0.32 288 (550) 415
0.32 288 (550) 636
0.32 288 (550) 387
0.32 288 (550) 522
0.32 288 (550) 165
0.32 288 (550) 429
0.32 288 (550) 118
0.32 288 (550) 485
상기 결과는, 0.32% 고분자 함유물에서 벤젠 가용성 입자 함량이 표준 제품보다 더 낮음을 또한 나타낸다.
실시예 3
용융된 아스팔트의 공급물은 탱커 트럭으로 최종 사용자에게 운송되며, 최종 사용자는 루핑용 케틀에 일정량을 넣어 루핑 아스팔트로 적용하기에 적합한 온도로 가열한다. 최종 사용자는 용융가능한 고분자성 백들을 함께 공급받으며, 각각의 백에는 다수의 고분자/아스팔트 복합체 펠렛이 캡슐화되어 있다. 최종 사용자는 주기적으로 백을 케틀 안에 넣고, 백은 그 안에서 녹아서 펠렛을 방출한다. 펠렛 및 백으로부터의 고분자는 용융된 아스팔트의 표면 상에 스킴을 형성하여 케틀로부터의 발연을 감소시킨다.
실시예 4
아스팔트용 소모성 컨테이너를 하기의 저발연성 방법에 따라 성형하였다. 121℃ (250℉)의 연화점으로 공기-주입된 Amoco AC-20 아스팔트, 폴리프로필렌 (Profax 6301) 및 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체 (Elvax 450)를 60:30:10의 중량비에서 이중 스크루 압출성형기로 펠렛화하였다. 스크루 온도는 177℃ (351℉)에 고정되었다. 펠렛을 도 1에 나타낸 소모성 컨테이너를 사출성형하는 데에 사용하였다. 컨테이너는 약 46.6 g/10 분 의 용융 흐름 지수를 가진다. 컨테이너는 강하고 내충격성이며, 4.5 joule의 비-놋치형 Izod 충격강도, 22℃ (72℉)에서 95.5 kg/cm2의 인장강도, 93℃ (199℉)에서 25.3 kg/cm2의 인장강도, 및 93℃ (199℉)에서 336 kg/cm2의 인장율을 갖는다.
성형 후, 166℃ (331℉)의 온도에서 컨테이너를 BURA 타입 III 루핑 아스팔트로 채웠다. 컨테이너는 현저하게 팽창하거나 변형되지 않았으며, 컨테이너 외부의 열전쌍은 113℃ (235℉)를 초과하지 않았다. 아스팔트 포장품 (컨테이너 및 컨테이너에 담긴 아스팔트)은 가득 찼을 때 중량이 27.24 kg (포장용기 0.91 kg 및 아스팔트 26.33 kg)이었다. 아스팔트 포장품은 ASTM D312에 따른 타입 III 루핑 아스팔트의 요구조건을 충족하였다.
컨테이너는 아스팔트의 특성을 현저히 변화시키지 않으면서 컨테이너에 담긴 아스팔트와 함께 직접 용융될 수 있다. 아스팔트만의 연화점은 89℃ (192℉)였으며, 조합된 아스팔트 및 컨테이너의 연화점은 95℃ (203℉)였다. 아스팔트만은 25℃ (77℉)에서 19 dmm의 침투성을 보였고, 조합된 아스팔트 및 컨테이너는 25℃ (77℉)에서 17 dmm의 침투성을 보였다.
실시예 5
Montel Polypropylene 6301 및 연화점 230℉ (110℃)의 코팅용 아스팔트를 30:70의 중량비로 이중 스크루 압출성형기로 펠렛화하였다. 스크루 온도는 350℉ (177℃)에서 고정되었다. 컨테이너를 치수 10 inch x 13 inch x 3.5 inch (25.4 cm x 33.0 cm x 8.9 cm)와 두께 100 mil의 트레이 형태로 사출성형하는 데 펠렛을 사용하였다. 여러 개의 성형된 아스팔트 컨테이너를 용융된 BURA 타입 III 아스팔트의 본체에 첨가하였다. 컨테이너의 중량은 아스팔트 및 컨테이너의 총 중량의 4%였다. 컨테이너의 첨가 전 및 첨가 후의 아스팔트의 특성을 측정하고, 그 결과를 ASTM D312 타입 III 명세사항과 비교하여 함께 하기 표에 나타내었다.
성형된 컨테이너를 용융된 아스팔트에 첨가한 효과
특성 BURA 타입 III아스팔트 단독 아스팔트 +4 중량% 컨테이너 ASTM D312 타입 III명세사항
연화점 192℉ (89℃) 204℉ (96℃) 185-205℉ (85-96℃)
침투성 @ 77℉, 100 g 19 dmm 16 dmm 15-35 dmm
침투성 @ 115℉, 50 g 37 dmm 29 dmm 최고 90 dmm
점도 @ 400℉ 140 cps 254 cps --
점도 @ 425℉ 91 cps 150 cps --
점도 @ 450℉ 64 cps 95 cps --
컨테이너를 아스팔트에 첨가하였을 때, 아스팔트의 특성에 미미한 영향만 미쳤고, 가장 두드러진 변화는 점도의 증가임을 볼 수 있다.
실시예 6
Montel Polypropylene 6301, 고도로 공기-주입된 아스팔트 및 BURA 타입 III 아스팔트를 40:20:40의 중량비로 이중 스크루 압출성형기로 펠렛화하였다. 고도로 공기-주입된 아스팔트는, 연화점 300℉ (149℃)으로 공기-주입된 프로판-세척된 아스팔트 혼합물로부터의 Trumbull 물질이다. 스크루 온도는 350℉ (177℃)에서 고정되었다. 직경 8 inch (20.3 cm) 및 높이 7.5 inch (19.1 cm), 및 두께 90 mil의 컨테이너를 사출성형하는 데 펠렛을 사용하였다. 성형 후, 컨테이너를 350℉ (149℃)의 아스팔트로 채웠다. 컨테이너는 팽창하거나 변형되지 않았다.
외부에 설치된 열전쌍의 온도 기록은 160℉ (71℃)를 결코 초과하지 않았다. 컨테이너 및 그 안의 아스팔트로 된 아스팔트 포장품은 가득 찼을 때 중량이 10 lbs. (4.5 kg)였다. 컨테이너는 철망 바스켓에 담겨 475℉ (246℃)의 용융된 아스팔트가 담긴 루핑용 아스팔트 케틀로 옮겨졌다. 교반 없이, 포장품은 15 분 내에 아무런 가시적 흔적 없이 자연 대류에 의해 완전히 용해되었다. 컨테이너의 첨가전 및 첨가 후의 아스팔트의 특성을 측정하고, 그 결과를 ASTM D312 타입 III 명세사항과 비교하여 하기 표에 나타내었다.
아스팔트-충전된 성형 컨테이너를 용융된 아스팔트에 첨가한 효과
특성 BURA 타입 III아스팔트 단독 아스팔트 +4 중량% 컨테이너 ASTM D312 타입 III명세사항
연화점 192℉ (89℃) 207℉ (97℃) 185-205℉ (85-96℃)
침투성 @ 77℉, 100 g 19 dmm 17 dmm 15-35 dmm
침투성 @ 115℉, 50 g 37 dmm 29 dmm 최대 90 dmm
점도 @ 400℉ 140 cps 254 cps --
점도 @ 425℉ 91 cps 150 cps --
점도 @ 450℉ 64 cps 95 cps --
결과는 실시예 5에서와 유사하다. 용융된 컨테이너가 첨가된 아스팔트의 연화점은 타입 III 명세사항보다 조금 높았다.
본 발명을 바람직한 특징 및 구현예로써 상세하게 기재하였으나, 적합한 변경은 당업자에게 자명할 것이다. 이에 따라, 본 발명은 상술한 설명에 제한되지 않으나, 첨부된 청구범위 및 그의 동등사항으로 정의된다.

Claims (28)

  1. 용융 상태 시 용기로부터 통상 연기를 발산하는 아스팔트 (24)의 용융되지 않은 형태의 일정량이 용기 (10)에 담기며 아스팔트를 용융시키도록 가열되는 아스팔트 용융 방법으로서,
    약 0.2 중량% 내지 약 6 중량%의 고분자를 아스팔트에 첨가하여, 연기의 시각적 불투명도를 고분자가 첨가되지 않은 동일한 아스팔트에 비해 약 25 % 이상 감소시켜서 개선이 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 첨가된 고분자는 용융한 아스팔트의 상부 표면에 스킴을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 고분자의 용융 흐름 지수는 약 15 g/10 분 내지 약 95 g/10 분 인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 고분자는 용융되지 않은 아스팔트 (24)의 일정량을 담는 소모성 컨테이너 (10)의 형태로서 첨가되며, 상기 컨테이너는 약 40 중량% 내지 약 90 중량%의 아스팔트 및 약 10 중량% 내지 약 60 중량%의 고분자를 함유하는 물질로 만들어진 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 고분자가 첨가되지 않은 아스팔트 및 고분자가 첨가된 아스팔트 모두 ASTM D312에 따르는 루핑 아스팔트의 하나 이상의 유형의 요구조건을 충족시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 고분자를 용융한 아스팔트로 첨가함은 아스팔트의 연화점을 약 9℃ (48℉)를 초과하여 변화시키지 않으며, 아스팔트의 침투성을 25℃ (77℉)에서 약 10 dmm을 초과하여 변화시키지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 고분자는 폴리프로필렌, 비닐 아세테이트를 약 5 중량% 내지 약 40 중량%으로 함유하는 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 에틸렌-메틸 아크릴레이트 공중합체, 고무, 및 그들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 고분자는 펠렛의 형태로 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 고분자는 고분자성 부대 안에 담겨져서 아스팔트에 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 고분자는 고분자 및 아스팔트의 고체화된 혼합물의형태로 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 고분자는 아스팔트 포장용기 내의 고분자성 부대 안에 담겨지고, 상기 포장용기가 아스팔트에 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 용융 상태 시 용기로부터 통상 연기를 발산하는 아스팔트 (24)의 용융되지 않은 형태의 일정량이 용기 (10)에 담기며 아스팔트가 용융되도록 가열되는 아스팔트 용융 방법으로서,
    약 0.2 중량% 내지 약 6 중량%의 고분자를 아스팔트에 첨가하여, 벤젠 가용성 부유 입자의 총 방출양을 고분자가 첨가되지 않은 동일한 아스팔트에 비해 약 15 % 이상 감소시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 첨가된 고분자는 용융한 아스팔트의 상부 표면에 스킴을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 고분자의 용융 흐름 지수는 약 15 g/10 분 내지 약 95 g/10 분 인 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 고분자는 용융되지 않은 아스팔트 (24)의 일정량을 담는 소모성 컨테이너 (10)의 형태로서 첨가되며, 상기 컨테이너는 약 40 중량% 내지 약 90 중량%의 아스팔트 및 약 10 중량% 내지 약 60 중량%의 고분자를 함유하는 물질로 만들어진 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 고분자는 펠렛의 형태로 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 12 항에 있어서, 상기 고분자는 고분자성 부대 안에 담겨져서 아스팔트에 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 12 항에 있어서, 상기 고분자는 고분자 및 아스팔트의 고체화된 혼합물의 형태로 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 용융 상태 시 용기로부터 통상 연기를 발산하는 아스팔트 (24)의 용융되지 않은 형태의 일정량이 용기 (10)에 담기며 아스팔트가 용융되도록 가열되는 아스팔트 용융 방법으로서,
    약 15 g/10 분 내지 약 95 g/10 분 의 용융 흐름 지수를 갖는 고분자 약 0.2 중량% 내지 약 6 중량%를 아스팔트에 첨가하고;
    상기 고분자는 용융한 아스팔트의 상부 표면에 스킴을 형성하여, 연기의 시각적 불투명도를 고분자가 첨가되지 않은 동일한 아스팔트에 비해 약 25 % 이상 감소시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 용기로부터 통상 연기를 발산하는 용융한 아스팔트 (24)의 일정량이 용기 (10)에 담기는 아스팔트 함유 방법으로서,
    약 0.2 중량% 내지 약 6 중량%의 고분자를 아스팔트에 첨가하여, 연기의 시각적 불투명도를 고분자가 첨가되지 않은 동일한 아스팔트에 비해 약 25 % 이상 감소시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 아스팔트는 용융한 형태로서 용기에 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 첨가된 고분자는 용융한 아스팔트의 상부 표면에 스킴을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 20 항에 있어서, 상기 고분자의 용융 흐름 지수는 약 15 g/10 분 내지 약 95 g/10 분 인 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 20 항에 있어서, 고분자가 첨가되지 않은 아스팔트 및 고분자가 첨가된 아스팔트 모두 ASTM D312에 따르는 루핑 아스팔트의 하나 이상의 유형의 요구조건을 충족시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 고분자를 용융한 아스팔트로 첨가함은 아스팔트의 연화점을 약 9℃ (48℉)를 초과하여 변화시키지 않으며, 아스팔트의 침투성을 25℃ (77℉)에서 약 10 dmm을 초과하여 변화시키지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제 20 항에 있어서, 상기 고분자는 고분자성 부대 안에 담겨져서 아스팔트에 첨가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 20 항에 있어서, 상기 고분자는 폴리프로필렌, 비닐 아세테이트를 약 5 중량% 내지 약 40 중량%으로 함유하는 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 에틸렌-메틸 아크릴레이트 공중합체, 고무, 및 그들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 27 항에 있어서, 아스팔트는 용융한 형태로서 용기에 첨가되고, 첨가된 고분자는 용융한 아스팔트의 상부 표면에 스킴을 형성하며, 고분자는 약 15 g/10 분 내지 약 95 g/10 분 의 용융 흐름 지수를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
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