KR20120073529A

KR20120073529A - 중온 아스팔트 포장용 조성물

Info

Publication number: KR20120073529A
Application number: KR1020100135322A
Authority: KR
Inventors: 우원준; 김우성; 황형기; 조태현
Original assignee: 에스케이이노베이션 주식회사
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2012-07-05
Also published as: CN102585523B; KR101667430B1; CN102585523A

Abstract

본 발명의 구체예에서는 고온에서의 소성변형 저항성 및 저온에서의 균열저항성을 동시에 만족할 수 있는 중온 아스팔트 포장용 조성물이 제공된다.

Description

중온 아스팔트 포장용 조성물{Composition for Warm-Mix Asphalt Pavements}

본 발명은 중온 아스팔트 포장용 조성물에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 고온에서의 소성 변형 저항성 및 저온에서의 균열 저항성이 동시에 개선된 중온 아스팔트 포장용 조성물에 관한 것이다.

급속한 산업화 및 경제개발에 따른 급격한 에너지 소비로 인하여 지구온난화 및 전세계적인 기상이변이 발생하고 있으며, 유가 급등은 전세계적 경제 활동에 중대한 영향을 미치고 있다. 따라서, 최근에는 연료 저소비형 제품이 환경적 측면에서뿐만 아니라 경제적 측면에서도 중대한 이슈로 부상하고 있다. 특히, 1997년 채택된 교토의정서에서는 효율적으로 이산화탄소를 감축시키기 위한 배출권 거래제, 공동이행제도와 청정개발체제를 도입한 바 있으며, 이에 따라 각국마다 에너지 소비를 저감하기 위한 저탄소 기술 개발 노력이 활발히 진행되고 있다.

상술한 저탄소 기술에 대한 요구는 도로포장 분야에서도 예외는 아니며, 전세계적으로 광범위하게 적용되고 있는 아스팔트 도로포장에 저탄소 기술을 접목시킬 경우, 그 적용 규모를 고려하면 환경 및 경제에 미치는 파급효과가 클 것으로 판단된다.

현재 도로포장을 위하여 널리 적용되고 있는 가열 아스팔트(hot mix asphalt) 포장은 약 160 내지 170 ℃인 고온의 가열 아스팔트 조성물을 제조하여 시공하고 있다. 이러한 방식은 도로포장 현장에서 많은 이산화탄소를 배출하여 온실가스 발생은 요인으로 작용하고 있다. 즉, 도로포장용 아스팔트 재료를 고온에서 혼합하여 시공하는데, 이 과정에서 이산화탄소와 함께 유해 가스인 질소산화물, 황산화물 등이 다량 발생하게 된다.

상술한 가열(고온) 아스팔트 포장 방식의 문제점을 완화시킬 수 있는 대안으로 중온 아스팔트 포장 방식이 제시되어 왔다. 고온의 가열 아스팔트 시공과 달리, 중온 아스팔트 포장 방식은 약 110 내지 140℃에서 아스팔트 조성물을 제조하여 포장하는 기술이다. 현재, 중온 아스팔트 포장 기술은 국제적으로도 초기 개발 단계에 있으며, 유럽, 미국, 일본 등을 중심으로 관련 연구가 진행되고 있으며, 부분적으로 현장에서 적용되고 있다. 특히, 미국에서는 2008년부터 연방정부 주도로 관련기술의 표준화가 시도되고 있다.

현재 중온 시공형 아스팔트 조성물의 경우, 중온에서 아스팔트가 쉽게 연화되는 개질제 또는 바인더를 첨가하거나, 화학 개질재 또는 수분을 사용하여 아스팔트에 거품을 만들어 중온에서도 골재와 쉽게 혼합할 수 있도록 한 것이다.

이러한 중온 시공형 아스팔트 조성물은 종래의 고온 가열형 방식에 비하여 골재 및 아스팔트의 가열에 필요한 에너지가 절감되고(예를 들면, 약 25% 정도 절감됨), 생산 및 시공 중 유해가스 배출량이 감소되는 장점을 갖는다. 실제 시공 온도가 10℃ 저하될 경우 유해가스 배출량이 절반 정도 감소하는 것으로 알려져 있다. 또한, 아스팔트 조성물 제조 과정 중 석유계 원료를 약 30% 저감되며, 시공 후에도 양생 시간을 감소할 수 있고, 유해 가스 또는 분진 발생을 억제하여 시공 현장에서의 작업자 안전을 확보할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.

현재, 중온 시공성 아스팔트 제조를 위하여 하기와 같은 기술이 알려져 있다.

첫째, 제올라이트 합성 물질을 물로 수화시킨 다음, 분말형으로 제조된 재료로서, 아스팔트 조성물 제조시 포밍 작용이 유발되어 아스팔트의 점도가 저감되고 낮은 온도에서 생산 및 시공에 필요한 작업성을 얻을 수 있다.

둘째, 소프트 바인더를 골재와 혼합하여 코팅한 다음, 이에 하드 바인더를 첨가하는 방식이다. 이러한 공정을 통하여 아스팔트 점도를 저감하여 저온에서 생산 및 시공에 필요한 작업성을 확보할 수 있다.

셋째, 낮은 융점을 갖는 파라핀 왁스 등을 첨가하여 아스팔트에 첨가하여 점도를 낮추는 방식이다.

상술한 바와 같이, 당업계에서 알려진 중온형 아스팔트 조성물의 원리는 저온에서도 골재와 잘 혼합되어 현장에서 시공이 될 수 있는 아스팔트 바인더의 점도를 낮추는 것이라 할 수 있다. 특히, 융점이 약 70 내지 120 ℃인 왁스를 아스팔트에 첨가하여 아스팔트 점도를 낮추는 기술이 널리 활용되고 있다.

이와 관련하여 석유계 폴리에틸렌(PE)계 왁스 및 마이크로-왁스(micro-wax)를 아스팔트에 첨가하여 점도를 낮추는 기술도 알려져 있으며(미국특허공개번호 제2010/0227954호 등), 이와 유사하게 파라핀계 왁스, 마이크로 왁스, 카나우바 왁스, 폴리에틸렌계 왁스, EVA 왁스 등의 점도 연화제 성분을 조합하여 사용한 기술도 알려져 있다(국내특허공개번호 제2009-129546호 등).

그러나, 종래 기술에서 사용된 왁스 계통의 개질 성분은 80℃ 이하의 온도에서는 결정성 고체가 되어 대부분 수축 현상과 함께 취성을 나타낸다. 따라서, 적정 함량을 유지하지 않으면, 저온에서 쉽게 균열을 일으킬 수 있다. 즉, 점도를 낮추기 위하여 상기 왁스 계통의 개질 성분의 함량을 증가시키면, 저온에서의 균열저항성이 약화되어 개질아스팔트의 저온공용등급(예를 들면, PG-22)을 만족하지 못하게 된다. 또한, 분말형 고무 가황물을 혼입시키는 기술(예를 들면, 미국특허번호 제5,959,007호 등)도 알려져 있으나, 이러한 고무 또는 고분자 성분의 함량을 증가시키면 왁스 계통의 개질 성분의 첨가 목적인 저점도 특성을 구현하기 곤란한 문제점이 있다.

이처럼, 중온 시공형 아스팔트 조성물 제조에 있어서 고온에서의 소성변형 저항성 및 저온에서의 균열저항성을 동시에 만족시키기 어려운 면이 있는 만큼, 이에 대한 연구 개발이 지속적으로 이루어지고 있다.

본 발명의 구체예에서는 고온에서의 소성변형 저항성 및 저온에서의 균열저항성을 동시에 만족시킬 수 있는 중온 아스팔트 포장용 조성물을 제공하고자 한다.

본 발명의 구체예에 따르면,

(i) 아스팔트 91 내지 94 중량%;

(ii) 열가소성 엘라스토머 3 내지 5 중량%;

(iii) 그래프팅률이 4 내지 10%인 무수말레산 그래프팅된 폴리에틸렌(MA-g-PE) 왁스 2 내지 4 중량%; 및

(iv) 프로세스 오일 0.1 내지 1 중량%;

를 포함하며,

135℃에서 약 700cP 이하의 점도를 나타내는 중온 아스팔트 포장용 조성물이 제공된다.

바람직한 구체예에 따르면, 상기 아스팔트 조성물은 PG76-22 규격을 충족할 수 있다.

바람직한 구체예에 따르면, 상기 열가소성 엘라스토머는 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS), 스티렌 부타디엔 공중합체 고무(SBR), 천연고무 라텍스 또는 이의 조합일 수 있다.

바람직한 구체예에 따르면, 상기 무수말레산 그래프팅된 폴리에틸렌 왁스의 분자량(M_w)은 약 3,000 내지 5,000 범위일 수 있다.

바람직한 구체예에 따르면, 상기 프로세스 오일은 점도지수가 50 내지 200 범위의 방향족계 탄화수소, 나프텐계 탄화수소, 파라핀계 탄화수소 또는 이의 조합일 수 있다.

본 발명의 다른 구체예에 따르면,

a) 아스팔트 91 내지 94 중량%를 130 내지 200℃로 가열하는 단계;

b) 상기 가열된 아스팔트에 그래프팅률이 4 내지 10%인 무수말레산 그래프팅된 폴리에틸렌 왁스 2 내지 4 중량% 및 프로세스 오일 0.1 내지 1 중량%를 첨가하고 혼합하는 단계; 및

c) 상기 단계 b)의 혼합물에 열가소성 엘라스토머 3 내지 5 중량%를 첨가하고 150 내지 200℃에서 혼합하는 단계;

를 포함하며,

135℃에서 약 700cP 이하의 점도를 나타내는 중온 아스팔트 포장용 조성물의 제조방법이 제공된다.

본 발명의 구체예에 따른 중온 아스팔트 포장용 조성물은 고온에서의 소성변형 저항성 및 저온에서의 균열저항성을 동시에 만족시킬 수 있기 때문에 중온 시공특성이 우수하여 에너지 절감 및 저탄소 기술로서 향후 광범위한 상용화가 기대된다.

본 발명에 따라 제공되는 구체예는 하기의 설명에 의하여 모두 달성될 수 있다. 하기의 설명은 본 발명의 바람직한 구체예를 기술하는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아님을 이해해야 한다.

본 발명의 구체예에 따르면, 말레산 무수물로 블록 공중합체를 형성한 왁스 성분, 즉 무수말레산 그래프트된 폴리에틸렌(MA-g-PE)을 첨가하여, 프로세스 오일류 및 열가소성 엘라스토머가 아스팔트 사이에서 균일한 조성을 갖도록 하여 종래 기술과 대비하면 중온(예를 들면, 110 내지 140℃)에서 시공성을 확보할 수 있는 점도 특성을 제공함과 동시에 저온에서의 특성, 예를 들면 균열저항성 등을 개선함으로써 효과적으로 중온 아스팔트 포장 규격을 확보할 수 있는 아스팔트 조성물이 제공된다.

특히, 상기 아스팔트 조성물은 PG 76-22 규격을 충족할 수 있다는 점에서 중온 시공에 효과적이다.

본 명세서에서 언급된 PG 규격은 기존 도로의 문제점 개선 및 공용성 향상을 목적으로 도로 전반에 관하여 연구한 SHRP(Strategic Highway Research Program, 미국) 프로젝트에서 제시된 새로운 규격으로서 종래에 알려진 규격과는 전혀 다른 개념의 아스팔트 규격에 해당한다. 기존의 침입도 및 점도 규격과는 달리 아스팔트가 갖추어야 하는 기본 5가지 성능, 즉 노화, 소성변형, 피로균열, 저온균열에 대한 저항성 및 작업용이성을 포괄적이고 과학적인 방법으로 평가하며, 포장 지역의 기후 및 교통조건에 따라 아스팔트 등급을 결정하는 규격이다.

일 예로서 PG 76-22등급의 경우 첫 번째 숫자인 "76"은 고온에서의 등급을 나타내는 바, 상기 숫자의 의미는 적어도 76℃ 까지는 아스팔트로서의 내구성 및 지지력을 유지할 수 있는 물리적 성상을 가지고 있음을 의미한다. 한편, 2번째 숫자인 "-22"는 저온에서의 등급을 표시하며, 이 숫자 역시 -22℃까지는 도로 포장시 결합재(바인더)로서 저온에 대한 내구성을 가지고 있음을 나타낸다.

예를 들면, PG 76-22의 경우 초기 아스팔트 동적전단응력(G*/sinδ@76℃, kPa) 1 kPa이상, 박막가열(TFO or RTFOT) 후 동적전단응력 2.2 kPa 이상, 압력노화(Pressure Aging Vessel Residue)후 동적전단응력(G *×Sinδ@28℃, kPa) 5000 kPa이하, 크리프 스티프니스(creep stiffness; C.S(S)@-12℃, MPa) 300 Mpa 이하 및 기울기(m-value@-12℃) 0.3 이상이 요구되고 있다.

본 구체예에 따른 중온형 아스팔트 포장용 조성물의 구성 성분은 하기와 같다.

아스팔트

본 발명의 구체예에 있어서, 아스팔트는 아스팔트 콘크리트(또는 아스콘) 또는 역청이라고 불리기도 하며, 광범위하게는 상온에서 고상 또는 반고상(semi-solid)으로 존재하고 가열시 점차적으로 액화되는 물질로서 주성분이 천연 역청(bitumen)이거나 석유 정제 공정의 잔사로서 얻어지는 물질을 의미할 수 있으며, 협의로는 원유 등에 존재하는 고점성의 검은색 액상 또는 반고상 성분을 의미할 수 있다. 전형적으로는, 스트레이트 아스팔트, 세미-블로운 아스팔트, 천연 아스팔트, 타르, 피치 또는 이의 조합 등을 포함할 수 있는 바, 이는 예시적인 의미로서 본 발명이 반드시 상기 나열된 종류로 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 상기 아스팔트는 ASTM D5에 의하여 측정된 침입도(25℃)가 전형적으로 약 5 내지 400dm(1/10mm), 구체적으로 약 60 내지 80dm 범위일 수 있다. 또한, 전형적인 점도(60℃)는 약 1,000 내지 10,000,000cP, 보다 구체적으로 약 150,000 내지 180,000cP 범위일 수 있다.

본 발명의 구체예에 따르면, 전체 아스팔트 조성물을 기준으로, 아스팔트 성분은 약 91 내지 94 중량%, 구체적으로 약 92 내지 93 중량% 범위로 함유될 수 있다.

열가소성 엘라스토머

본 발명의 구체예에 있어서, 열가소성 엘라스토머는 저온에서의 탄성을 강화시키면서 고온에서의 점도 특성을 개선하는 성분이다. 본 발명의 구체예에 적합한 열가소성 엘라스토머로는, 예를 들면 스티렌 공중합체(보다 구체적으로는, 스티렌-부타디엔고무(styrene-butadiene rubber, SBR), 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체(styrene-butadiene-styrene block copolymer, SBS), 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체(SEBS), 스티렌-이소프렌-스티렌 블록 공중합체(SIS) 등); 올레핀 공중합체(보다 구체적으로는, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체들(EVA), 에틸렌 메타실레이트 중합체(ethylene methacylate copolymers, EMA), 에틸렌 프로필렌 디엔 중합체들(EPDM) 등); 기타 중합체(보다 구체적으로는, 니트릴-부타디엔 고무(NBR), 염화폴리비닐(PVC), 폴리이소부텐 및 폴리부타디엔(PB) 등을 예시할 수 있다.

바람직하게는 스티렌 중합체, 예를 들면 고형분 형태(입자 사이즈: 약 500 내지 2,000㎛ 범위)의 스티렌계 중합체를 사용할 수 있는 바, 보다 구체적으로는 분자량(M_w)이 약 10만 이상(구체적으로는 약 15만 내지 25만)이고 스티렌 함량이 약 20 내지 50중량%인 스티렌-부타디엔 블록 공중합체(SBS), 및 분자량(M_w)이 5만 이상(구체적으로는 약 6만 내지 15만)이고 스티렌 함량이 약 5 내지 20 중량%인 스티렌 부타디엔 공중합체(SBR)을 사용할 수 있으며, 이들을 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다.

본 발명의 구체예에 따르면, 상기 열가소성 엘라스토머는 전체 아스팔트 조성물을 기준으로, 약 3 내지 5 중량%, 구체적으로는 약 3.5 내지 4.5 중량%, 보다 구체적으로는 약 4 중량% 정도로 함유될 수 있다. 열가소성 엘라스토머가 일정 함량 미만으로 존재하는 경우에는 고온에서의 요구 특성, 구체적으로 PG 76 요건을 충족하지 못할 수 있는 반면, 과다하게 함유되는 경우에는 전체 조성물의 점도를 낮추는데 저해 작용을 야기할 수 있다. 따라서, 상술한 범위로 조절하는 것이 바람직할 수 있다.

무수말레산 그래프팅된 폴리에틸렌( MA -g- PE ) 왁스

본 발명의 구체예에 따르면, 무수말레산 그래프팅된 폴리에틸렌 왁스 성분이 사용되는 바, 상기 왁스 성분은 아스팔트와 혼합시 아스팔트를 연화시켜 점도를 감소시키는 역할을 하며, 융점 이하에서는 취성이 있는 고체 형태로 존재하는 반면, 융점 이상에서는 낮은 점도를 갖는 액상으로 존재하는 특성을 가지고 있다. 상기 무수말레산 그래프팅된 폴리에틸렌 왁스의 융점은, 예를 들면 약 70 내지 120℃, 구체적으로는 약 90 내지 115℃ 범위일 수 있다.

특히, 무수말레산 그래프팅된 폴리에틸렌 왁스(MA-g-PE 왁스)는 무수말레산이 PE 왁스에 그래프팅되면서 공중합체를 형성하기 때문에 아스팔트에 첨가할 경우에는 점도를 낮추면서도 종래에 알려진 폴리에틸렌계 왁스 성분을 사용하는 경우에 비하여 아스팔트, 프로세스 오일류 및 열가소성 엘라스토머와 조합하여 저온에서도 취성 파괴에 강한 특성을 제공할 수 있다.

폴리에틸렌계 왁스는 전형적으로 파라핀과 폴리에틸렌의 중간 분자량(M_w: 예를 들면, 약 1,000 내지 6,000)을 갖는 고분자로서, 무수말레산에 의한 그래프팅 조건은 일정 량의 무수 말레산 함량 조건에서 개시제 종류 및 함량, 반응 온도, 반응 시간에 따라 약 20중량% 미만의 함량을 갖도록 제조될 수 있다. 반응온도가 낮은 경우(예를 들면, 130℃)에서는 그라프팅률이 비교적 낮아지는 반면, 고온(예를 들면 150℃ 이상)에서는 짧은 시간 내에 그라프팅률이 증가한다. 본 구체예에 따르면, 예시적인 무수말레산 그래프팅된 폴리에틸렌 왁스는 분자량(M_w)이 약 1,500 내지 12,000, 보다 구체적으로는 약 2,000 내지 9,000 범위일 수 있다.

한편, 무수말레산 그래프팅된 폴리에틸렌 왁스의 그래프팅률은, 예를 들면 약 4 내지 10%, 구체적으로는 약 6 내지 9% 범위일 수 있다. 상술한 그래프팅률은 저온 특성에 영향을 미치는 인자로서 일정 수준 미만에서는 저온에서의 균열저항성이 낮은 반면, 지나치게 높은 경우에는 저온에서 점도를 낮추는 작용을 억제할 수 있다. 따라서, 전술한 범위로 조절하는 것이 바람직할 수 있다.

본 구체예에 따르면, 상기 무수말레산 그래프팅된 폴리에틸렌 왁스는 전체 아스팔트 조성물을 기준으로, 약 2 내지 4 중량%, 구체적으로는 약 2.5 내지 3.5 중량% 범위로 사용할 수 있다. 상기 왁스 성분의 함량이 지나치게 낮은 경우에는 저온에서 점도를 낮추는데 한계가 있는 반면, 지나치게 높은 경우에는 고온 규격, 즉 PG 76 규격을 충족하지 못할 수 있기 때문에 전술한 범위로 조절하는 것이 바람직할 수 있다.

프로세스 오일

본 구체예에 따르면, 가공성을 향상시키는 역할을 할 뿐만 아니라, 저온에서의 취성을 억제하기 위하여 프로세스 오일을 사용한다. 이러한 프로세스 오일은 석유계 또는 식물계 탄화수소계 오일로서 화학적 조성에 따라 크게 파라핀계 오일, 나프텐계 오일, 방향족계 오일 등으로 구분할 수 있다. 상기 프로세스 오일은 중온 대역에서 가급적 증발되지 않고, 아스팔트 등의 혼합 과정에서 발화되지 않는 성상을 갖는 것이 바람직할 수 있는 바, 예를 들면 AASHTO TP5에 의하여 측정되는 인화점이 약 200 내지 350℃, 구체적으로는 약 220 내지 260℃ 범위일 수 있다. 또한, 점도(동점도)는 약 50 내지 300cSt, 구체적으로 약 150 내지 200cSt 범위일 수 있다.

일 구체예에 따르면, 점도 지수가 약 50 내지 200의 방향족계 오일에 파라핀계 오일 또는 나프텐계 오일 등을 조합하여 사용할 수 있다. 이때, 저온에서의 취성을 억제하기 위하여, 포화 탄화수소(saturates)의 함량을 약 10 중량% 이하로 조절하는 것이 바람직할 수 있다.

예시적인 프로세스 오일의 성상 및 조성을 하기 표 1에 나타내었다.

비중	동점도 60℃(cSt)	인화점 (℃)	성분 (중량.%)
비중	동점도 60℃(cSt)	인화점 (℃)	포화탄화수소	방향족	레진	아스팔텐
1.0051	174	250	6.8	90	3.2	0

본 구체예에 따르면, 상기 프로세스 오일은 전체 아스팔트 조성물을 기준으로 약 0.1 내지 1 중량%, 구체적으로는 약 0.3 내지 0.7 중량% 범위로 함유될 수 있다. 전술한 바와 같이, 프로세스 오일은 저온 취성 특성을 개선하는 성분으로서, 일정 수준 미만으로 사용할 경우에는 저온에서의 균열저항성이 감소되는 반면, 지나치게 많은 량으로 사용될 경우에는 고온에서의 규격을 충족하기 곤란할 수 있다. 따라서, 전술한 범위로 적절하게 조절하는 것이 바람직할 수 있다.

상술한 성분 이외에 선택적 성분으로서, 유리 황, 황 화합물 및 황 공여체 등을 단독으로 또는 조합하여 더 포함할 수 있다. 상기 황 성분은 열가소성 엘라스토머와 아스팔트의 중합을 유도하여 장기 저장안정성, 즉 상 분리를 방지하기 위하여 첨가되는 성분으로서, 열가소성 엘라스토머를 기준으로 약 0.05~2.5중량%까지 함유될 수 있다.

본 발명의 다른 구체예에 따르면, 상술한 성분은 적절한 방식에 따라 배합하여 아스팔트 조성물로 제조될 수 있다. 예를 들면, 아스팔트를 먼저 약 130 내지 200℃, 구체적으로 약 150 내지 170℃의 온도로 가열하고, MA-g-PE 왁스 및 프로세스 오일을 가열된 아스팔트에 첨가하고 바람직하게는 균일 상을 나타낼 때까지 혼합할 수 있다. 이때, 혼합 과정은 교반 하에서 수행하고 가급적 가열된 아스팔트의 온도를 유지하면서 수행하는 것이 바람직할 수 있다. 그 다음, 열 가소성 엘라스토머를 첨가하고, 예를 들면 약 150 내지 200℃, 구체적으로 약 160 내지 180℃ 하에서, 바람직하게는 균일 상을 나타낼 때까지 혼합한다. 이때, 혼합 과정은 교반 하에서 수행하는 것이 바람직하다.

본 발명의 구체예에 따른 아스팔트 포장용 조성물은 중온 시공성을 확보하기 위하여 135℃에서 약 700cP 이하, 보다 구체적으로는 약 450 내지 650cP의 점도를 나타낼 수 있는 것이 바람직하다. 더 나아가, 전술한 바와 같이 PG 76-22 규격을 충족하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 명확히 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적에 불과하며 발명의 영역을 제한하고자 하는 것은 아니다.

본 실시예 및 비교예에서 사용된 성분은 하기와 같다.

(1) 아스팔트: SK Energy로부터 입수하였으며, 침입도 및 점도는 각각 72 및 186,000cP이었다.

(2) 열가소성 엘라스토머

- SBS: KUMHO사의 제품명 KTR101 (분자량(M_w): 209,200, 스티렌 함량: 30.5 중량%)

- SBR: KUMHO사의 제품명 1500S(분자량(M_w): 57,000, 스티렌 함량: 13.1 중량%)

(3) 무수말레산 그래프팅된 폴리에틸렌 왁스

- 그래프팅률 2% MA-g-PE 왁스

질소 분위기 하에서 150g의 PE 왁스(분자량(M_w): 3,000)와 단량체인 무수말레산(분자량: 98.06, 비중: 1.509, 및 융점: 53.0℃)을 혼합한 후, 개시제로서 유기과산화물(Zhenzhou사의 제품명 Dicumylperoxide) 0.6g을 사용하고 벤젠을 투입하여 150℃에서 0.5 시간 동안 그래프팅 반응을 수행하였다. 분석 결과, 분자량은 3,300이었다.

- 그래프팅률 3.5% MA-g-PE 왁스

단량체 함량을 변경한 것을 제외하고는 동일한 조건 하에서 그래프팅 반응을 수행하였으며, 분석 결과, 분자량은 3,500이었다.

- 그래프팅률 8% MA-g-PE 왁스

단량체 함량을 변경한 것을 제외하고는 동일한 조건 하에서 그래프팅 반응을 수행하였으며, 분석 결과, 분자량은 4,200이었다.

- 그래프팅률 10.5% MA-g-PE 왁스

단량체 함량을 변경한 것을 제외하고는 동일한 조건 하에서 그래프팅 반응을 수행하였으며, 분석 결과, 분자량은 4,500이었다.

(4) 일반 PE 왁스: SK Energy사의 제품명 Polyethylene-Wax(분자량: 3,000)

(5) 프로세스 오일

SK Energy사의 상품명 SK Aromatic Materials을 사용하였다(점도 지수: 100, 포화탄화수소 함량 9.8%).

실시예 1

하기 표 2에 따라 아스팔트 조성물을 제조하였다. 아스팔트 92.5 중량부를 163℃까지 가열하였고, 프로세스 오일 0.5 중량부 및 분자량 4200인 MA-g-PE 왁스(그래프팅률 8%) 3중량부를 투입하여 온도를 유지하면서 0.2 시간 동안 교반 하(2,000 rpm)에서 완전히 용융시켰다. 그 다음, 스티렌 함량이 30.5%인 스티렌-부타디엔 블록 공중합체(SBS) 4 중량부를 투입하여 175℃로 가열하면서 2 시간 동안 교반 하(2,200 rpm)에서 완전히 용융시켜 균일상이 되도록 혼합하여 아스팔트 조성물을 제조하였다.

실시예 2 및 비교예 1?7

하기 표 2와 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 아스팔트 조성물을 제조하였다.

단위: 중량부

	아스팔트	열가소성 엘라스토머		MA-g-PE 왁스(그래프트률)				프로세스 오일
	아스팔트	SBS	SBR	2%	3.5%	8%	10.5%	프로세스 오일
실시예 1	92.5	4				3		0.5
실시예 2	92.5		4			3		0.5
비교예 1	93	4				3		-
비교예 2	91.8	4				3		1.2
비교예 3	92.5	4		3				0.5
비교예 4	92.5	4			3			0.5
비교예 5	92.5	4					3	0.5
비교예 6	93	4				1.5		0.5
비교예 7	91	4				4.5		0.5

비교예 8

MA-g-PE 왁스를 사용하는 대신에 통상의 PE 왁스를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 아스팔트 조성물을 제조하였다.

규격 테스트

실시예 1?2 및 비교예 1?8에 대한 PG76-22 규격 테스트를 수행하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

PG76-22 규격	점도 135℃, cP	G*/sinδ @76℃, kPa	TFO 또는 RTFOT Residue (AASHTO T240)	중량 손실, %	G*/sinδ @76℃, kPa	Pressure Aging Vessel Residue	G*×Sinδ @28℃, kPa	C.S(S) @-12℃, MPa	m-value @-12℃
PG76-22 규격	< 3,000	> 1.0		< 0.8	> 2.2		＜5000	< 300	> 0.3
실시예1	675	1.41		0.1	2.26		1450	112	0.33
실시예2	690	1.42		0.1	2.28		1460	117	0.31
비교예1	800	1.51		0.1	2.35		1650	140	0.28
비교예2	640	1.17		0.2	2.13		1350	115	0.32
비교예3	585	1.44		0.1	2.32		1850	165	0.27
비교예4	620	1.42		0.1	2.28		1550	126	0.29
비교예5	1850	2.1		0.1	2.77		1850	110	0.33
비교예6	2150	2.7		0.2	3.14		1950	111	0.33
비교예7	420	1.2		0.1	2.16		1550	129	0.28
비교예8	560	1.44		0.1	2.33		1920	175	0.27

- 실시예 1 및 2의 경우, 중온 대역(135℃)에서 점도를 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 저온에서의 균열저항성을 의미하는 m-value가 요구 수준을 초과하는 등, PG76-22 규격을 모두 만족하였다.

- 프로세스 오일을 첨가하지 않은 경우(비교예 1)에는 특히 저온에서의 균열저항성이 규격을 충족하지 않았으며, 또한 프로세스 오일을 일정 수준 초과하여 함유한 경우(비교예 2)에는 점도 저하 효과 및 저온에서의 균열저항성은 높아 PG-22를 충족하였으나 고온 규격을 충족하지 않음을 알 수 있다.

- MA-g-PE 왁스의 그래프팅률을 일정 수준 미만으로 조절한 경우(비교예 3 및 4)에는 저온에서의 균열저항성이 낮아 모두 규격을 충족하지 않았다. 반면, 그래프팅률이 요구 수준을 초과한 경우(비교예 5) 고온 및 저온 규격은 충족하였으나, 중온 대역에서의 점도가 실시예에 비하여 현저히 증가하는 현상을 나타내었으며, 따라서 상대적으로 낮은 특성을 나타내었다.

- MA-g-PE 왁스의 함량이 지나치게 낮은 경우(비교예 6)에는 고온 및 저온 규격은 충족하였으나, 중온 대역에서의 점도가 실시예에 비하여 현저히 증가하는 현상을 나타낸 반면, 지나치게 높은 경우(비교예 7)에는 저온에서의 균열저항성이 낮을 뿐만 아니라, 고온 규격 역시 충족하지 않음을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 구체예는 아스팔트 조성물의 구성 성분의 함량 및 성상을 특정함으로써 PG76-22와 같은 중온 시공형 아스팔트 포장 규격에 적합한 특성을 갖는다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims

(i) 아스팔트 91 내지 94 중량%;
(ii) 열가소성 엘라스토머 3 내지 5 중량%;
(iii) 그래프팅률이 4 내지 10%인 무수말레산 그래프팅된 폴리에틸렌(MA-g-PE) 왁스 2 내지 4 중량%; 및
(iv) 프로세스 오일 0.1 내지 1 중량%;
를 포함하며,
135℃에서 약 700cP 이하의 점도를 나타내는 중온 아스팔트 포장용 조성물.
제1항에 있어서, 상기 조성물은 PG76-22 규격을 충족하는 것을 특징으로 하는 중온 아스팔트 포장용 조성물.
제1항에 있어서, 상기 열가소성 엘라스토머는 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS), 스티렌 부타디엔 공중합체 고무(SBR), 천연고무 라텍스 또는 이의 조합인 것을 특징으로 하는 중온 아스팔트 포장용 조성물.
제3항에 있어서, 상기 열가소성 엘라스토머는 분자량이 10만 이상이고 스티렌 함량이 20 내지 50중량%인 스티렌-부타디엔 블록 공중합체(SBS), 분자량이 5만 이상이고 스티렌 함량이 5 내지 20 중량%인 스티렌 부타디엔 공중합체(SBR) 또는 이의 조합인 것을 특징으로 하는 중온 아스팔트 포장용 조성물.
제1항에 있어서, 상기 무수말레산 그래프팅된 폴리에틸렌 왁스는 70 내지 120℃의 융점을 갖는 것을 특징으로 하는 중온 아스팔트 포장용 조성물.
제1항에 있어서, 상기 무수말레산 그래프팅된 폴리에틸렌 왁스는 2,000 내지 9,000의 분자량(M_w)을 갖는 것을 특징으로 하는 중온 아스팔트 포장용 조성물.
제1항에 있어서, 상기 무수말레산 그래프팅된 폴리에틸렌 왁스의 그래프팅률은 약 4 내지 10%인 것을 특징으로 하는 중온 아스팔트 포장용 조성물.
제1항에 있어서, 상기 프로세스 오일은 점도 지수가 50 내지 200의 방향족계 오일에 파라핀계 오일 또는 나프텐계 오일을 조합한 것임을 특징으로 하는 중온 아스팔트 포장용 조성물.
제8항에 있어서, 상기 프로세스 오일은 10 중량% 이하의 포화 탄화수소 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 중온 아스팔트 포장용 조성물.
제1항에 있어서, 상기 아스팔트는 스트레이트 아스팔트, 세미-블로운 아스팔트, 천연 아스팔트, 타르, 피치 또는 이의 조합인 것을 특징으로 하는 중온 아스팔트 포장용 조성물.
a) 아스팔트 91 내지 94 중량%를 130 내지 200℃로 가열하는 단계;
b) 상기 가열된 아스팔트에 그래프팅률이 4 내지 10%인 무수말레산 그래프팅된 폴리에틸렌 왁스 2 내지 4 중량% 및 프로세스 오일 0.1 내지 1 중량%를 첨가하고 혼합하는 단계; 및
c) 상기 단계 b)의 혼합물에 열가소성 엘라스토머 3 내지 5 중량%를 첨가하고 150 내지 200℃에서 혼합하는 단계;
를 포함하며,
135℃에서 약 700cP 이하의 점도를 나타내는 중온 아스팔트 포장용 조성물의 제조방법.