KR20040021781A - 고온 보관에 의한 상분리 현상을 억제시키는 개질아스팔트의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도로에 사용되는 개질 아스팔트 제조에 있어서 고분자가 첨가된 개질 아스팔트 제조시, 고분자와 아스팔트의 배합 후 보관 과정에서 발생하게 되는 고분자와 아스팔트의 상분리 현상을 억제하게 하는 개질 아스팔트의 제조방법에 관한 것으로서, 도로용 개질 아스팔트는 아스팔트에 고분자를 첨가하여 제조하게 되는데 본 발명은 고분자와 아스팔트간의 비중 차에 따라 발생되어지는 문제점을 최소화하기 위해서 아스팔트나 고분자보다 비중이 큰 무기물이 혼합된 고분자를 제조하여 아스팔트의 개질재로 사용함으로써 개질 아스팔트 혼합물이 고온에서 보관 중에도 상분리가 일어나지 않도록 하는 상분리 억제 방법에 대한 것이다.

Description

고온 보관에 의한 상분리 현상을 억제시키는 개질 아스팔트의 제조 방법{Manufacturing method of modified asphalt for controlling separation}

본 발명은 개질 아스팔트의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고분자를 첨가하여 도로 포장에 사용되는 개질 아스팔트를 제조하는 데 있어서 고온 보관 중에 발생되어지는 상분리 현상을 억제할 수 있도록 개질 아스팔트를 제조하는 방법에 관한 것이다.

아스팔트는 도로 포설 후 도로의 특성상 계절별 온도차와 시간의 경과에 따라 내마모성, 내유동성 및 내구성이 떨어지는 문제점을 안고 있다.

이러한 문제점을 개선하기 위해서 근래 들어서는 아스팔트에 스틸렌-부타디엔 고무, 부틸고무 등의 고분자를 혼합하여 고온에서의 소성변형에 대한 저항성을 향상시키고, 저온에서의 충격 균열을 억제하는데 우수한 효과를 보이는 개질아스팔트에 대한 연구가 진행되고 있으며, 실제 산업현장에서 도로에 적용하는 경우가 점진적으로 증가하는 추세에 있다.

이러한 연구는 미국 특허 제3,985,694호(1976. 10. 12. Richard J. Petrucco외 1인)와 미국 특허 제4,130,516호(1978. 12. 19. Duane W. Gagie 외 1인)에 개시된 바와 같이, 아스팔트에 폴리올레핀이나 스티렌-부타디엔 고무같은 열가소성 탄성체를 첨가하여 물성을 보다 향상시킨 역청/중합체 조성물의 제조방법에서 볼 수 있다.

위에서 언급한 바와 같이 도로에 사용되어지는 개질 아스팔트는 일반적으로 순수한 아스팔트에 고분자를 고온에서 첨가하여 제조되는데, 고분자와 아스팔트가 혼합된 개질 아스팔트는 혼합 후 이송 및 다음 작업을 위하여 고온 중에서 보관하게 된다. 그런데 혼합되는 고분자와 아스팔트는 재료의 특성상 비중 차이가 발생하게 된다. 이런 이유 때문에 고온에서 보관 중인 개질 아스팔트는 비중 차에 의하여 아스팔트에 비하여 상대적으로 가벼운 고분자는 혼합물의 상층부분으로 이동하게 되어, 고분자와 아스팔트 혼합물의 상층부는 고분자가 과량의 상태로, 하층부는 고분자가 부족한 상태로 되어 물성 변화가 발생하게 된다. 상층부는 고분자가 과량이 되므로 점도가 매우 증가하게 되어 혼합물의 유동성을 갖지 못하게 되므로 이송 및 작업성이 현저히 떨어지거나 작업이 불가능하게 된다. 반면에 하층부는 고분자가 부족하기 때문에 점도 저하가 발생되는데, 이는 이송 또는 작업성에는 영향을 주지는 않으나 개질 아스팔트로서의 물성을 갖지 못하게 됨으로써 사용이 불가능하다.

기존에는 이러한 문제를 해결하기 위하여 황과 같은 첨가제를 아스팔트 혼합물에 첨가함으로써 고분자와 고분자간의 네트워킹 효과를 발생하도록 하여 고분자가 상층부로 이동하는 것을 억제함으로써 고분자와 아스팔트의 상분리 현상을 방지하는 기술을 개발하였고, 특허출원된 바 있다(특허출원 제1999-79717호(kipris로검색한 결과, 본 번호로 검색이 되지 않습니다. 확인하여 주시기 바랍니다, 안정화된 고분자 개질 아스팔트 조성물과 그의 제조방법 및 그 사용방법).

이에, 본 발명자들은 도로에 사용되어지는 고분자 개질 아스팔트 제조시 혼합되는 고분자와 아스팔트가 재료의 특성인 비중 차이에 의해 가벼운 고분자는 혼합물의 상층부분으로 이동하여 상층부는 고분자 과량의 상태로, 하층부는 고분자 부족상태로 혼합물이 형성되어지는 상분리 현상을 억제할 수 있는 방법을 모색하던 중, 상기와 같은 상분리 현상은 근본적으로 고분자와 아스팔트 간의 비중 차에 의하여 발생하므로 이런 비중차이를 최소화 할 수 있다면 상분리 현상은 억제될 수 있을 것으로 판단하고 고분자에 비중이 다소 높은 무기물을 혼합하여 제조한 후 아스팔트에 첨가하여 사용하면, 고분자의 비중을 상대적으로 높임으로써 고분자가 상층부로 이동하는 것을 근본적으로 억제할 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 고분자와 아스팔트를 혼합하여 도로용 개질 아스팔트를 제조시에 아스팔트나 고분자보다 비중이 큰 무기물이 혼합된 고분자를 아스팔트의 개질제로 사용함으로써 개질 아스팔트 혼하물이 고온에서 보관 중에서도 상분리가 일어나지 않도록 개질 아스팔트를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 개질 아스팔트를 제조하는 방법은 아스팔트에 고분자를 첨가하는 방법으로서, 이때 고분자로서 고분자에 무기물을 첨가하여 얻어진 무기물이 첨가된 고분자를 사용하는 것을 그 특징으로 한다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 아스팔트에 고분자를 첨가하여 개질 아스팔트를 제조할 때 고분자로서 무기물이 첨가된 고분자를 사용한 것이다.

개질 아스팔트 제조시 첨가되는 통상의 고분자는 제조시 용매에 녹아있는 솔루션 고분자에서 솔벤트를 제거함으로써 고체상태로 제조된 것이다. 이때 솔루션 상태의 고분자에 실리카 등의 미세한 무기물을 첨가하여 솔벤트를 제거한 고체 상태의 펠렛으로 제조한 후 아스팔트의 첨가제로 사용하면 고분자 내의 고상의 무기물들이 고분자의 상대 비중을 높이는 역할을 하여 상분리 현상을 억제할 수 있다. 이 때 첨가되는 무기물의 양과 입자의 조절을 통하여 고분자의 상분리 현상을 효과적으로 억제할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 무기물이 첨가된 고분자의 제조는 다음과 같은 방법에 의한다.

개질 아스팔트의 고온 물성 및 저온 물성을 동시에 개량하기 위해서 고분자로는 스틸렌-부타디엔-스틸렌 블록 공중합체 열가소성 탄성체가 주로 사용되는 데, 스틸렌-부타디엔 블록 공중합체와 스틸렌-부타디엔 랜덤 공중합체 고무를 사용할 수 있는 바,이에 한정되는 것은 아니다. 스틸렌-부타디엔-스틸렌 블록 공중합체 등과 같은 고분자는 솔벤트 내에 용해상태로 되어 있는 솔루션 고분자에서 솔벤트를제거함으로써 고체 펠렛 상태의 고분자를 제조하게 된다. 솔루션 고분자 상태는 액상이고, 유동성이 우수하기 때문에 무기물의 균일한 혼합이 가능한 상태이다. 따라서 이 솔루션 고분자 상태에 무기물을 첨가하여 잘 분산시킨 후 솔벤트를 제거하면 무기물이 혼합된 고분자 펠렛을 얻을 수 있다.

이때, 무기물로는 실리카, 점토, 알루미나 또는 탈크를 사용할 수 있으며, 바람직하기로는 평균 입경이 0.1 내지 5 마이크로인 무기물을 사용하는 것이다. 만일, 무기물의 평균입경이 0.1마이크로보다 작으면 미세한 분진 형태의 무기물로 인하여 작업성이 현저히 감소하게 되며, 5마이크로보다 커지면 무기물 입자가 커서 아스팔트 내에 무기물이 포함된 폴리머가 용해할 때 무기물이 고분자를 이탈하여 상분리 억제 효과를 얻을 수 없다.

상기와 같은 무기물을 고분자 100중량부에 대하여 1 내지 25중량부 되도록 첨가하는 것이 바람직하며, 무기물의 첨가량이 고분자 100중량부에 대하여 1중량부 미만이면 무기물의 양이 너무 적어서 고분자의 비중을 증가시키는 효과가 미미하고, 25중량부 초과면 무기물을 포함하는 고분자가 너무 무거워 침강하는 효과를 초래하게 된다.

이와같이 얻어진 고분자가 아스팔트 내에 용해되었을 때 무기물의 비중에 의해 상부 층으로 이동하는 현상이 억제됨으로써 상분리 현상을 억제할 수 있다.

아스팔트에 고분자를 첨가시 고분자의 혼합비는 통상 개질 아스팔트 제조시와 동일한 바, 구체적으로는 아스팔트 100중량부에 대하여 고분자 4중량부 되도록 혼합하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

개질 아스팔트 제조를 위해 첨가될 가지형으로 결합된 스틸렌-부타디엔-스틸렌 블록 공중합체 열가소성 탄성체(금호석유화학 제품)의 솔루션 고분자에 써브 마이크론 크기의 실리카 파우더를 솔루션 고분자 100중량부에 대하여 4중량부로 첨가하여 균일하게 혼합한 다음 솔벤트를 제거한 후 고체 상태의 고분자로 제조하였다.

이 제조된 고체 상태의 고분자를 아스팔트(S-Oil사 제품) 100중량부에 대하여 4중량부 되도록 180℃의 액체 상태의 아스팔트에 첨가한 후 하이쉬어 믹서에서 30분 동안 혼합하여, 고분자와 아스팔트 혼합물을 제조하였다.

제조된 아스팔트 혼합물을 혼합상태로 163℃에서 72시간 동안 제작된 튜브 내에서 보관하였는 바, 이 때 사용된 튜브는 길이가 20cm이고 직경이 2.5cm 크기로 제작되었다. 72시간 경과 후 튜브 내에 있는 아스팔트 혼합물을 25℃ 이하의 상온으로 경화시킨 후 연화점을 측정하였다. 측정결과 상층부의 연화점은 82℃였고, 하층부의 연화점은 81℃였다.

이 실험의 결과로부터, 본 발명의 개질 아스팔트는 무기물로 인해 상분리 현상이 억제됨을 알 수 있었다.

<실시예 2>

개질 아스팔트 제조를 위해 첨가될 선형으로 결합된 스틸렌-부타디엔-스틸렌블록 공중합체 열가소성 탄성체의 솔루션 고분자에 써브 마이크론 크기의 실리카 파우더를 솔루션 고분자 100중량부에 대하여 4중량부 되도록 첨가하여 균일하게 혼합한 다음 솔벤트를 제거한 후 고체 상태의 고분자로 제조하였다.

이 제조된 고체 상태의 고분자를 아스팔트 100중량부에 대하여 4중량부 되도록 180℃의 액체 상태의 아스팔트에 첨가한 후 하이쉬어 믹서에서 30분 동안 혼합하여, 고분자와 아스팔트 혼합물을 제조하였다.

제조된 아스팔트 혼합물을 혼합상태로 163℃에서 72시간 동안 제작된 튜브내에서 보관하였다. 이 때 사용된 튜브는 길이가 20cm이고 직경이 2.5cm 크기로 제작되었다. 72시간 경과 후 튜브 내에 있는 아스팔트 혼합물을 25℃ 이하의 상온으로 경화시킨 후 연화점을 측정하였다.

측정결과 상층부의 연화점은 62℃였고 하층부의 연화점은 61.5℃였다.

이 실험 결과로부터, 본 발명에 따른 개질 아스팔트는 무기물에 의하여 상분리 현상이 억제됨을 알 수 있었다.

<실시예 3>

개질 아스팔트 제조를 위해 첨가될 가지형으로 결합된 스틸렌-부타디엔-스틸렌 블록 공중합체 열가소성 탄성체의 솔루션 고분자에 써브 마이크론 크기의 실리카 파우더를 솔루션 고분자 100중량부에 대하여 5중량부 되도록 첨가하여 균일하게 혼합한 다음 솔벤트를 제거한 후 고체 상태의 고분자로 제조하였다.

이 제조된 고체 상태의 고분자를 아스팔트 100중량부에 대하여 5중량부 되도록 180℃ 액체 상태의 아스팔트에 첨가한 후 하이쉬어 믹서에서 30분 동안 혼합하여, 고분자와 아스팔트 혼합물을 제조하였다.

제조된 아스팔트 혼합물을 혼합상태로 163℃에서 72시간 동안 제작된 튜브 내에서 보관하였다. 이 때 사용된 튜브는 길이가 20cm이고 직경이 2.5cm 크기로 제작되었다. 72시간 경과 후 튜브 내에 있는 아스팔트 혼합물을 25℃ 이하의 상온으로 경화시킨 후 연화점을 측정하였다. 측정결과 상층부의 연화점은 92℃였고 하층부의 연화점은 90℃였다.

이 실험 결과로부터, 본 발명에 따른 개질 아스팔트는 무기물에 의하여 상분리 현상이 억제됨을 알 수 있었다.

<실시예 4>

개질 아스팔트 제조를 위해 첨가될 선형으로 결합된 스틸렌-부타디엔-스틸렌 블록 공중합체 열가소성 탄성체의 솔루션 고분자에 써브 마이크론 크기의 실리카 파우더를 솔루션 고분자 100중량부에 대하여 5중량부 되도록 첨가하여 균일하게 혼합한 다음 솔벤트를 제거한 후 고체 상태의 고분자로 제조하였다.

이 제조된 고체 상태의 고분자를 아스팔트 100중량부에 대하여 5중량부 되도록 180℃의 액체 상태의 아스팔트에 첨가한 후 하이쉬어 믹서에서 30분동안 혼합하여, 고분자와 아스팔트 혼합물을 제조하였다.

제조된 아스팔트 혼합물을 혼합상태로 163℃에서 72시간 동안 제작된 튜브 내에서 보관하였다. 이 때 사용된 튜브는 길이가 20cm이고 직경이 2.5cm 크기로 제작되었다. 72시간 경과 후 튜브 내에 있는 아스팔트 혼합물은 25℃ 이하의 상온으로 경화시킨 후 연화점을 측정하였다. 측정결과 상층부의 연화점은 65℃였고 하층부의 연화점은 64℃였다.

이 실험 결과로부터, 본 발명에 따른 개질 아스팔트는 무기물에 의하여 상분리 현상이 억제됨을 알 수 있었다.

<실시예 5>

개질 아스팔트 제조를 위해 첨가될 선형으로 결합된 스틸렌-부타디엔-스틸렌 블록 공중합체 열가소성 탄성체의 솔루션 고분자에 써브 마이크론 크기의 탈크 파우더를 솔루션 고분자 100중량부에 대하여 5중량부 되도록 첨가하여 균일하게 혼합한 다음 솔벤트를 제거한 후 고체 상태의 고분자로 제조하였다.

이 제조된 고체 상태의 고분자를 아스팔트 100중량부에 대하여 4중량부 되도록 180℃ 액체 상태의 아스팔트에 첨가한 후 하이쉬어 믹서에서 30분 동안 교반하여 고분자와 아스팔트 혼합물을 제조하였다.

제조된 아스팔트 혼합물을 혼합상태로 163℃에서 72시간 동안 제작된 튜브 내에서 보관하였는 바, 이때 사용된 튜브는 길이 20cm이고 직경이 2.5cm 크기로 제작되었다. 72시간 경과 후 튜브 내에 있는 아스팔트 혼합물을 25℃ 이하의 상온으로 경화시킨 후 연화점을 측정하였다. 측정결과 상층부의 연화점은 81.5℃였고, 하층부의 연화점은 81.0℃였다.

이 실험결과로부터, 본 발명의 개질 아스팔트는 무기물로 인해 상분리 현상이 억제됨을 알 수 있었다.

<비교예 1>

개질 아스팔트 제조를 위해 첨가제로서 가지형 스틸렌-부타디엔-스틸렌 블록 공중합체 열가소성 탄성체를 사용하여 아스팔트와 고분자의 혼합물을 제조하였다.

고체 상태의 가지형 스틸렌-부타디엔-스틸렌 블록 공중합체 열가소성 탄성체를 아스팔트 100중량부에 대하여 4중량부 되도록 180℃의 액체 상태의 아스팔트에 첨가한 후 하이쉬어 믹서에서 30분 동안 혼합하여, 고분자와 아스팔트 혼합물을 제조한다.

제조된 아스팔트 혼합물을 혼합상태로 163℃에서 72시간 동안 제작된 튜브 내에서 보관하였다. 이 때 사용된 튜브는 길이가 20cm이고 직경이 2.5cm 크기로 제작되었다. 72시간 경과 후 튜브 내에 있는 아스팔트 혼합물은 25℃ 이하의 상온으로 경화시킨 후 연화점을 측정하였다. 측정결과 상층부의 연화점은 87℃였고 하층부의 연화점은 72℃였다.

이 실험 결과로부터, 단지 가지형 스틸렌-부타디엔-스틸렌 블록 공중합체 열가소성 탄성체를 아스팔트에 첨가하여 제조된 개질 아스팔트 혼합물은 72시간 보관에 의하여 상분리 현상이 발생되었음을 알 수 있었다.

<비교예 2>

개질 아스팔트 제조를 위해 첨가제로서 선형 스틸렌-부타디엔-스틸렌 블록공중합체 열가소성 탄성체를 사용하여 아스팔트와 고분자의 혼합물을 제조하였다.

고체 상태의 선형 스틸렌-부타디엔-스틸렌 블록 공중합체 열가소성 탄성체를 아스팔트 100중량부에 대하여 4중량부 되도록 180℃의 액체 상태의 아스팔트에 첨가한 후 하이쉬어 믹서에서 30분 동안 혼합하여, 고분자와 아스팔트 혼합물을 제조하였다.

제조된 아스팔트 혼합물을 혼합상태로 163℃에서 72시간 동안 제작된 튜브 내에서 보관하였다. 이 때 사용된 튜브는 길이가 20cm이고 직경이 2.5cm 크기로 제작되었다.

72시간 경과 후 튜브 내에 있는 아스팔트 혼합물은 25℃ 이하의 상온으로 경화 시킨 후 연화점을 측정하였다. 측정결과 상층부의 연화점은 65℃였고 하층부의 연화점은 59℃였다.

이 실험 결과로부터, 단지 선형 스틸렌-부타디엔-스틸렌 블록 공중합체 열가소성 탄성체를 아스팔트에 첨가하여 제조된 개질 아스팔트 혼합물은 72시간 보관에 의하여 상분리 현상이 발생되었음을 알 수 있었다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 무기물이 혼합된 고분자와 아스팔트를 혼합하는 개질 아스팔트의 제조 방법에 따르면 고온에서 보관 시에 발생하게 되는 고분자와 아스팔트 간의 상분리 현상을 효과적으로 억제할 수 있으며, 현재 상업화 초기단계에 접해있는 상분리 방지를 위한 첨가제나, 황의 첨가에 의해상분리 방지를 시도하는 기존의 연구는 개질 아스팔트 제조시 상분리 방지를 위한 첨가제를 투입하는 또 하나의 제조 공정이 수반되지만, 본 발명은 사전에 고분자에 무기물을 첨가함으로써 개질 아스팔트 제조시 기존의 공정을 변화시킬 필요가 없이 효과적으로 상분리 현상을 억제할 수 있는 제조 방법이 될 수 있다.

또한 기존의 상분리 억제 방법은 화학적 반응에 의하여 고분자와 아스팔트 간의 네트워크를 형성시켜 상분리 현상을 억제하는 방법이기 때문에 화학적 반응에 의한 물성 변화 및 정밀한 공정 조절이 필수적으로 수반되지만 본 발명은 이러한 어려움이 동반되지 않으면서 상분리 현상을 억제할 수 있다.

Claims (6)

1. 아스팔트에 고분자를 첨가하여 개질 아스팔트를 제조하는 방법에 있어서,

   상기 고분자로서 고분자에 무기물을 첨가하여 얻어진 무기물이 첨가된 고분자를 사용하는 것을 특징으로 하는 고온 보관에 의한 상분리 현상을 억제시키는 개질 아스팔트의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 무기물이 첨가된 고분자는 솔루션 상태의 고분자에 무기물을 첨가한 다음 솔벤트를 제거하여 얻어진 고체 상태의 펠렛인 것을 특징으로 하는 고온보관에 의한 상분리 현상을 억제시키는 개질 아스팔트의 제조 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 무기물로는 실리카, 점토, 알루미나 및 탈크로부터 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 고온보관에 의한 상분리 현상을 억제시키는 개질 아스팔트의 제조 방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 고분자로는 스틸렌-부타디엔-스틸렌 블록 공중합체, 스틸렌-부타디엔 블록 공중합체 및 스틸렌-부타디엔 랜덤 공중합체 고무로부터 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 고온보관에 의한 상분리 현상을 억제시키는 개질 아스팔트의 제조 방법.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 무기물이 첨가된 고분자 제조시 무기물을 고분자 100중량부에 대하여 1 내지 25중량부 되도록 첨가하는 것을 특징으로 하는 고온보관에 의한 상분리 현상을 억제시키는 개질 아스팔트의 제조 방법.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 무기물로는 평균 입경이 0.1 내지 5 마이크로인 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 고온보관에 의한 상분리 현상을 억제시키는 개질 아스팔트의 제조 방법.