KR20100120955A - 개질 아스팔트 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 100 중량부의 아스팔트에, 아스팔트 대비 4 중량부 내지 6 중량부의 열가소성 탄성체; 및 아스팔트 대비 1.5 중량부 내지 2.5 중량부의 열가소성 수지;를 포함하는 것을 특징으로 하는 개질 아스팔트 및 그의 제조방법을 구현한바, 본 발명에 따르면 접착력이 향상되어 상 분리를 일으키지 않는 개질 아스팔트를 제조할 수 있는 효과가 있다. 또한, 종래의 개질 아스팔트와 비교하여 고가인 SBS(Styrene-Butadiene-Styrene)의 사용을 감소하여 제조비용을 감소하고, 보다 저온에서 저장할 수 있기 때문에 비용을 감소할 수 있는 효과가 있다. 또한, SBS의 사용을 감소한 대신 열가소성 수지를 혼합하여 SBS와 유사한 성질의 열가소성 탄성체의 물리적 특성을 극대화하여 PG 82-22의 성능요건을 만족할 수 있는 효과가 있다. 또한, 종래의 PG 82-22와 비교하여 점도가 2755cP 정도로 낮기 때문에 유동성이 좋기 때문에 시공성이 향상되는 효과가 있다.
개질, 아스팔트, 열가소성, 탄성체, 수지, PG 82-22

Description

개질 아스팔트 및 그의 제조방법{Asphalt Modified and Manufacturing Method Using the Same}
본 발명은 개질 아스팔트 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고온 내구성이 향상되고, 개질 아스팔트의 점성을 낮춰 유동성을 극대화하면서도 PG 82-22등급의 성능요건을 만족시키는 개질 아스팔트 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
국내의 아스팔트 도로의 상황을 보면 급격한 교통량 증가와 기후 조건 변화 등 제반여건의 변화로 도로 파손이 급증하고 있는 실정이다. 종래의 아스팔트 포장은 콘크리트 포장보다 주행성이 우수하고 신설포장이나 보수공사시 편리하다는 장점 때문에 널리 사용되고 있다. 하지만, 여름철의 고온이나 과다한 교통량에 의한 소성변형(Rutting) 및 겨울철에 과다한 반복하중에 의한 균열발생 등의 치명적인 문제점이 있기 때문에 이를 대체하기 위한 아스팔트의 개발이 꾸준히 요구된다.
이러한 개질 아스팔트는 아스팔트 공용성 등급(PG : Perfomance Grade) 규격에 따라 구분된다. 이러한 아스팔트 공용성 등급은 다음의 [표 1]에 나타난 바와 같이, 노화, 소성변형, 피로균열 및 저온균열 등의 5가지 성능에 의해 구분할 수 있다. [표 1]에서는 PG등급 결정에 사용되는 평가항목 및 시험장비 그리고 시험목적을 나타낸다.
평가항목 장비 시험종목 규격
노화특성
(Aging)		 회전박막가열
(RTFOT)		 아스콘생상 및 포설까지의
아스팔트 열화 정도 평가		 ASTM D2872
AASHTO T240
고압노화반응기
(PVA)		 포장 후 10년간
노화상태 평가		 AASHTO PPI
작업용이성 회전점도계(RV) 아스팔트 유동특성 측정 ASTM D4402
소성변형(Rutting)
동적전단유동기
(DSR)
 고온에서의 소성변형에
대한 저항성 평가		 AASHTO TP5
피로균열
(Fatigue Cracking)		 노화에 따른 Structural
Rutting 저항성 평가		 AASHTO TP5
저온균열
(Thermal Cracking)		 처짐 보유동기
(BBR)		 저온에서의 균열 저항성 평가 AASHTO PT1
[표 1]과 같은 평가를 거친 아스팔트의 공용성 등급은 PG A-B와 같은 방식으로 표시된다. 여기서, A는 고온에서의 등급을 나타내며, -B는 저온에서의 등급을 나타낸다. 일예로써, PG 82-22는 적어도 82℃까지는 아스팔트로서의 내구성과 지지력을 유지할 수 있는 물리적 성상을 가지고, -22℃까지는 도로 포장시 결합재로서 저온에 대한 내구성이 있음을 나타내는 것이다.
전술한 문제점을 해결하기 위하여 PG 76-22와 PG 82-22등급의 아스팔트가 널리 사용되고 있다. 이러한 등급의 아스팔트를 기존 아스팔트 AP-5와 비교하면 침입도는 기존 아스팔트보다 약간 낮지만, 연화점은 15℃ 내지 20℃ 정도 높고, 비중은 기존 아스팔트와 비슷하다.
하지만, 종래의 개질 아스팔트에는 고가의 SBS가 아스팔트 100 중량부에 대비하여 5 중량부 내지 5.5 중량부를 포함하기 때문에 제조비용이 높은 문제점이 있고, SBS 함량이 높기 때문에 플랜트 가동 시 유동성을 위해 170℃ 이상의 고온에서 저장하여야 한다. 고온에서 저장하여야 하기 때문에 에너지 소모가 높고, 가열시간이 길기 때문에 보관이 어려운 문제점이 있다. 이로 인해, 제조비용이 더 증가하는 문제점이 있다. 또한, SBS가 많이 혼합되면 아스팔트의 점도가 높아지기 때문에 유동성 저하로 작업이 어려운 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 고온 내구성이 향상되고, 개질 아스팔트의 점성을 낮춰 유동성을 극대화하면서도 PG 82-22등급의 성능요건을 만족시키는 개질 아스팔트 및 그의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 100 중량부의 아스팔트에, 아스팔트 대비 4 중량부 내지 6 중량부의 열가소성 탄성체; 및 아스팔트 대비 1.5 중량부 내지 2.5 중량부의 열가소성 수지;를 포함하는 것을 특징으로 하는 개질 아스팔트에 의해 달성될 수 있다.
이때, 아스팔트는, 80 중량부 내지 85 중량부의 탄소; 9 중량부 내지 10 중량부의 수소; 2 중량부 내지 8 중량부의 산소; 0.5 중량부 내지 1 중량부의 질소; 0.5 중량부 내지 0.7 중량부의 유황; 및 미량의 철 또는 니켈;을 포함한다.
또한, 열가소성 탄성체는 폴리스티렌 및 폴리부타디엔으로 이루어진다. 여기서, 폴리스티렌 및 폴리부타디엔은 각각 30 중량% 내지 32 중량%의 폴리스티렌; 및 68 중량% 내지 70 중량%의 폴리부타디엔;으로 이루어진다.
또한, 열가소성 수지는 폴리에틸렌, 폴리비닐 아세테이트 및 LDPE를 포함한다.
이때, 열가소성 수지는, 80 중량% 내지 90 중량%의 폴리에틸렌 및 폴리비닐 아세테이트; 및 10 중량% 내지 20 중량%의 LDPE;로 이루어진다. 여기서, 폴리에틸렌 및 폴리비닐 아세테이트는 각각, 80 중량% 내지 90 중량%의 폴리에틸렌; 및 10 중량% 내지 20 중량%의 폴리비닐아세테이트;로 이루어진다. 이때, 사용되는 열가소성 수지는 폐수지에서 추출한 재활용 열가소성 수지이다.
또한, 개질 아스팔트에는 아민계열의 안정제 및 아민계열의 가소제가 더 첨가된다.
이때, 안정제 및 가소제는 각각 아스팔트 100 중량부 대비 0.1 중량부 내지 0.2 중량부가 첨가된다.
다른 카테고리로써, 본 발명의 목적은 아스팔트를 가열하는 제 1 단계; 가열된 아스팔트 100 중량부에 아스팔트 대비 4 중량부 내지 6 중량부의 열가소성 탄성체 및 아스팔트 대비 1.5 중량부 내지 2 중량부의 열가소성 수지를 포함하여 혼합하는 제 2 단계; 아스팔트에 혼합된 열가소성 탄성체 및 열가소성 수지의 입자가 최대 5mm가 되도록 1차 분쇄하는 제 3 단계; 및 아스팔트에 혼합된 열가소성 탄성체 및 열가소성 수지의 입자가 최대 0.2mm가 되도록 2차 분쇄하는 제 4 단계;를 포함하는 개질 아스팔트 제조방법에 의해 달성될 수 있다.
이때, 제 1 단계는 190℃ 내지 200℃로 가열한다.
또한, 제 2 단계에서 혼합되는 열가소성 수지는 화학공장에서 폐수지를 녹이는 과정에서 추출할 수 있다.
또한, 제 3 단계는 호머-밀 믹서를 이용하여 분쇄하고, 제 4 단계는 콜로이드-밀 믹서를 이용하여 분쇄한다.
본 발명에 따르면 접착력이 향상되어 상 분리를 일으키지 않는 개질 아스팔트를 제조할 수 있는 효과가 있다. 또한, 종래의 개질 아스팔트와 비교하여 고가인 SBS(Styrene-Butadiene-Styrene)의 사용을 감소하여 제조비용을 감소하고, 보다 저온에서 저장할 수 있기 때문에 저장비용을 감소할 수 있는 효과가 있다.
또한, SBS의 사용을 감소한 대신 열가소성 수지를 혼합하여 SBS와 유사한 성질의 열가소성 탄성체의 물리적 특성을 극대화하여 PG 82-22의 성능요건을 만족할 수 있는 효과가 있다. 또한, 종래의 PG 82-22와 비교하여 점도가 2755cP 정도로 낮기 때문에 유동성이 좋아 시공성이 향상되는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
<개질 아스팔트의 조성물>
본 발명에 따른 개질 아스팔트는 아스팔트에 열가소성 탄성체 및 열가소성 수지를 포함한다.
본 발명에 따른 아스팔트는 탄화수소화합물로 이루어진다. 바람직한 탄화수소화합물은 탄소(C)가 80 중량부 내지 85 중량부, 수소(H)가 9 중량부 내지 10 중량부, 산소(O)가 2 중량부 내지 8 중량부, 질소(N)가 0.5 중량부 내지 1 중량부 유황(S)이 0.5 중량부 내지 0.7 중량부 및 철(Fe) 또는 니켈(Ni)과 같은 미량(0.1 중량부 미만)의 금속으로 구성되는 것이 좋다. 바람직하게는 원유를 상압, 감압증류 장치 등을 통하여 경질분을 제거했을 때 마지막으로 남는 분해되지 않는 물질인 역청질로 이루어진 침입도가 60 내지 80인 스트레이트 아스팔트(Straight Asphalt)를 사용하는 것이 좋다.
본 발명에 따른 열가소성 탄성체는 아스팔트의 중량과 대비하여 4 중량부 내지 6 중량부 첨가된다. 만약, 열가소성 탄성체가 4 중량부 미만으로 첨가되는 경우에는 강도 및 점착성이 감소하고, 6 중량부를 초과하여 첨가되는 경우에는 가공이 곤란한 문제점이 있다. 이러한, 열가소성 탄성체는 폴리스티렌(Polystyrene) 및 폴리부타디엔(Polybutadiene)으로 이루어진다. 이때, 열가소성 탄성체는 폴리스티렌이 30 중량% 내지 32 중량%, 폴리부타디엔이 68 중량% 내지 70 중량%로 이루어지는 것이 좋다.
본 발명에 따른 열가소성 수지는 폐비닐 등과 같은 폐수지를 화학 처리하는 과정에서 추출하는 재활용 열가소성 수지를 사용한다. 이러한 열가소성 수지는 아스팔트의 중량과 대비하여 1.5 중량부 내지 2.5 중량부 첨가된다. 열가소성 수지는 80 중량% 내지 90 중량%의 폴리에틸렌(Polyethylene) 및 폴리비닐 아세테이트(Poly Vinyl Acetate)와 10 중량% 내지 20 중량%의 LDPE(저밀도 폴리에틸렌)으로 이루어진다. 이때, 열가소성 수지에 80 중량% 내지 90 중량% 함유되는 폴리에틸렌 및 폴리비닐 아세테이트는 80 중량% 내지 90 중량%의 폴리에틸렌 및 10 중량% 내지 20 중량%의 폴리비닐아세테이트로 이루어진다.
전술한 비율로 이루어진 아스팔트에는 아민계열의 안정제 및 가소제를 더 첨가하여 최종 물질인 개질 아스팔트를 부드럽게 만들어줄 수 있다. 이러한 안정제 및 가소제는 각각 아스팔트의 중량과 대비하여 0.1 중량부 내지 0.2 중량부가 첨가된다. 만약, 안정제 및 가소제가 각각 0.1 중량부 미만인 경우에는 아스팔트가 딱딱해지는 문제점이 있고, 0.2 중량부를 초과하는 경우에는 폴리머의 결합을 끊어서 물성을 저하하는 문제점이 있다.
전술한 조성비로 이루어진 개질 아스팔트는 다음의 [표 2]에 나타낸 바와 같이, 아스팔트 공용성 등급에 따른 PG 82-22의 특성을 만족할 수 있다.
[표 2]에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 SSMA(Shin Sung Modified Asphalt)-CH #02를 한국산업규격에 따른 아스팔트의 공용성 등급KS F2389에 기초하여 실험한 결과 시험항목 1 내지 6에 따른 기준을 만족한다.
시험항목 SSMA-CH #02 기준
1 Original
G/sinδ		 76℃ 1.48 ≥1.00kPa
2
 RTFO
G/sinδ		 76℃ 2.32
 ≥2.20kPa
3 BBR (-12℃) stiffness 129.721 ≤300Mpa
m value 0.315 ≥0.300
4 공용성 등급(PG) 82-22 82-22
5 연화점(℃) 77 70이상
6 점도@135℃(cP) 2,755 3,000이하
[표 2]에 나타난 바와 같이, SSMA-CH #02는 실험 결과 한국산업규격에 따른 아스팔트의 공용성 등급 시험항목 Original G/sinδ의 기준 ≥1.00kpa, RTFO G/sinδ의 기준 ≥2.20kpa, BBR(-12℃)에 따른 stiffness ≤300Mpa 및 m value ≥0.300, 연화점 70이상 및 점도@135℃의 기준 3,000 이하와 같은 PG 82-22의 특성 기준을 모두 만족한다.
<개질 아스팔트 제조방법>
도 1은 개질 아스팔트의 제조방법을 순서대로 나타낸 순서도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 우선 아스팔트를 가열한다(S100). 이때, 가열온도는 190℃ 내지 200℃로 가열하는 것이 좋다. 가열온도가 190℃ 내지 200℃인 이유는 후속 단계에서 첨가되는 열가소성 탄성체 및 열가소성 수지가 약 190℃에서 분자결합이 약해지며 팽윤(Swelling)되기 때문이다.
다음으로, 가열된 아스팔트에 열가소성 탄성체 및 열가소성 수지를 포함하여 혼합한다(S200). 이때, 가열된 100 중량부의 아스팔트에 아스팔트 대비 4 중량부 내지 6 중량부의 열가소성 탄성체 및 아스팔트 대비 1.5 중량부 내지 2.5 중량부의 열가소성 수지를 포함한다. 이러한 열가소성 탄성체 및 열가소성 수지는 약 190℃로 가열된 아스팔트의 온도에 의해 분자의 결합이 약해지며 팽윤된다. 여기서, 열가소성 탄성체는 폴리스티렌 및 폴리부타디엔이고, 열가소성 수지는 폴리에틸렌, 폴리비닐 아세테이트 및 LDPE의 혼합물이다. 이때, 열가소성 수지는 화학공장에서 폐비닐 등의 폐수지를 녹이는 과정에서 사용양태에 대응되도록 추출할 수 있다.
또한, 이 과정에서 아민계열의 안정제 및 가소제를 아스팔트 100 중량부 대비 0.1 중량부 내지 0.2 중량부 더 첨가하여 최종 물질인 개질 아스팔트를 부드럽게 만들어 줄 수 있다.
다음으로, 아스팔트, 열가소성 탄성체, 열가소성 수지, 안정제 및 가소제가 혼합된 혼합물을 열가소성 탄성체 및 열가소성 수지의 입자가 5mm 이하가 되도록 1차 분해한다(S300). 이때, 혼합물은 호모지나이저-밀 믹서(Homogenayzer-Mill Mixer, 또는 호머-밀 믹서라고 함.)를 이용하여 분쇄한다. 이렇게 열가소성 탄성체 및 열가소성 수지의 입자를 5mm 이하로 미세하게 분쇄하게 되면 열가소성 탄성체 및 열가소성 수지의 미세구조 내부로 아스팔트가 침투하게 된다.
마지막으로, 1차 분쇄한 혼합물을 열가소성 탄성체 및 열가소성 수지의 입자가 0.2mm 이하가 되도록 2차 분쇄한다(S400). 이때, 혼합물은 콜로이드-밀 믹서(Colloid-Mill Mixer)를 이용하여 분쇄한다. 이렇게 콜로이드-밀 믹서를 이용하여 2차 분쇄를 하면 콜로이드-밀 믹서의 전단력에 의해 2차적으로 아스팔트, 열가소성 탄성체 및 열가소성 수지가 완전하게 결합한 개질 아스팔트의 제조가 완료된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 개질 아스팔트의 제조방법을 순서대로 나타낸 순서도이다.

Claims (16)

100 중량부의 아스팔트에,
상기 아스팔트 대비 4 중량부 내지 6 중량부의 열가소성 탄성체; 및
상기 아스팔트 대비 1.5 중량부 내지 2.5 중량부의 열가소성 수지;를 포함하는 것을 특징으로 하는 개질 아스팔트.
제 1항에 있어서,
상기 아스팔트는,
80 중량부 내지 85 중량부의 탄소;
9 중량부 내지 10 중량부의 수소;
2 중량부 내지 8 중량부의 산소;
0.5 중량부 내지 1 중량부의 질소;
0.5 중량부 내지 0.7 중량부의 유황; 및
미량의 철 또는 니켈;을 포함하는 탄화수소화합물인 것을 특징으로 하는 개질 아스팔트.
제 1항에 있어서,
상기 열가소성 탄성체는 폴리스티렌 및 폴리부타디엔으로 이루어진 것을 특징으로 하는 개질 아스팔트.
제 3항에 있어서,
상기 열가소성 탄성체는,
30 중량% 내지 32 중량%의 폴리스티렌; 및
68 중량% 내지 70 중량%의 폴리부타디엔;으로 이루어진 것을 특징으로 하는 개질 아스팔트.
제 1항에 있어서,
상기 열가소성 수지는 폴리에틸렌, 폴리비닐 아세테이트 및 LDPE를 포함하는 것을 특징으로 하는 개질 아스팔트.
제 5항에 있어서,
상기 열가소성 수지는,
80 중량% 내지 90 중량%의 폴리에틸렌 및 폴리비닐 아세테이트; 및
10 중량% 내지 20 중량%의 LDPE;로 이루어진 것을 특징으로 하는 개질 아스팔트.
제 6항에 있어서,
상기 폴리에틸렌 및 폴리비닐 아세테이트는 각각,
80% 내지 90%의 폴리에틸렌; 및
10% 내지 20%의 폴리비닐아세테이트;로 이루어진 것을 특징으로 하는 개질 아스팔트.
제 1항에 있어서,
상기 열가소성 수지는 폐수지에서 추출한 재활용 열가소성 수지인 것을 특징으로 하는 개질 아스팔트.
제 1항에 있어서,
상기 개질 아스팔트에는 아민계열의 안정제 및 아민계열의 가소제가 더 첨가된 것을 특징으로 하는 개질 아스팔트.
제 9항에 있어서,
상기 안정제는 상기 아스팔트 100 중량부 대비 0.1 중량부 내지 0.2 중량부가 첨가된 것을 특징으로 하는 개질 아스팔트.
제 9항에 있어서,
상기 가소제는 상기 아스팔트 100 중량부 대비 0.1 중량부 내지 0.2 중량부가 첨가된 것을 특징으로 하는 개질 아스팔트.
제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따른 개질 아스팔트를 제조하는 방법 에 있어서,
상기 아스팔트를 가열하는 제 1 단계(S100);
상기 가열된 아스팔트 100 중량부에 상기 아스팔트 대비 4 중량부 내지 6 중량부의 열가소성 탄성체 및 상기 아스팔트 대비 1.5 중량부 내지 2 중량부의 열가소성 수지를 포함하여 혼합하는 제 2 단계(S200);
상기 아스팔트에 혼합된 상기 열가소성 탄성체 및 상기 열가소성 수지의 입자가 최대 5mm가 되도록 1차 분쇄하는 제 3 단계(S300); 및
상기 아스팔트에 혼합된 상기 열가소성 탄성체 및 상기 열가소성 수지의 입자가 최대 0.2mm가 되도록 2차 분쇄하는 제 4 단계(S400);를 포함하는 개질 아스팔트 제조방법.
제 12항에 있어서,
상기 제 1 단계(S100)는 190℃ 내지 200℃로 가열하는 것을 특징으로 하는 개질 아스팔트 제조방법.
제 12항에 있어서,
상기 제 2 단계(S200)에서 혼합되는 상기 열가소성 수지는 화학공장에서 폐수지를 녹이는 과정에서 추출하는 것을 특징으로 하는 개질 아스팔트 제조방법.
제 12항에 있어서,
상기 제 3 단계(S300)는 호머-밀 믹서를 이용하여 분쇄하는 것을 특징으로 하는 개질 아스팔트 제조방법.
제 12항에 있어서,
상기 제 4 단계(S400)는 콜로이드-밀 믹서를 이용하여 분쇄하는 것을 특징으로 하는 개질 아스팔트 제조방법.
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