KR20120108024A - 복합 포장 구조물 - Google Patents

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스티븐 힉스
멜리사 테리
캘빈 티. 필러
로날드 에이. 갈렉키
에롤 투툼루어
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바스프 에스이
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Abstract

본 발명은 마모층 및 마모층 아래 배치된 기층을 포함하는 복합 포장 구조물에 관한 것이다. 기층은 골재 및 탄성중합체 조성물을 포함한다. 탄성중합체 조성물은 이소시아네이트 성분 및 이소시아네이트-반응성 성분의 반응 생성물을 포함한다. 이소시아네이트 성분은 중합체 이소시아네이트, 및 임의로는, 이소시아네이트 예비중합체를 포함한다. 이소시아네이트-반응성 성분은 소수성 폴리올, 및 2개 이상의 히드록실기를 갖고 분자량이 약 62 내지 약 220인 사슬 연장제를 포함한다. 사슬 연장제는, 이소시아네이트-반응성 성분 100 중량부를 기준으로, 이소시아네이트-반응성 성분 내에 약 1 내지 약 20 중량부의 양으로 존재한다. 마모층은 기층의 골재와 동일하거나 상이한 골재를 포함한다. 복합 포장 구조물의 형성 방법도 또한 개시한다.

Description

복합 포장 구조물 {COMPOSITE PAVEMENT STRUCTURES}
<관련 출원의 교차 참조>
본원은 2009년 12월 21일자로 출원된 미국 특허 가출원 번호 61/288,637호의 우선권을 주장하며, 그의 전문을 본원에 참조로 인용한다.
<발명의 분야>
본 발명은 일반적으로 골재(aggregate) 및 탄성중합체 조성물을 포함하는 기층(base course layer)을 포함하는 복합 포장 구조물, 보다 구체적으로 골재 및 이소시아네이트 성분을 포함하는 탄성중합체 조성물을 포함하는 기층 및 마모층(wearing course layer)을 포함하며, 이소시아네이트 성분은 중합체 이소시아네이트, 및 임의로는, 이소시아네이트 예비중합체를 포함하고, 탄성중합체 조성물은 소수성 폴리올 및 사슬 연장제를 포함하는 이소시아네이트-반응성 성분을 추가로 포함하는 것인 복합 포장 구조물, 및 복합 포장 구조물의 형성 방법에 관한 것이다.
포장재와 같은 물품을 형성하기 위한 복합 재료의 사용은 일반적으로 건설 분야에 공지되어 있다. 일반적으로, 복합 재료는 1종 이상의 골재 및 1종 이상의 결합제 조성물을 함께 혼합하여 제조한다. 예를 들어, 콘크리트의 경우, 골재는 모래 및 자갈을 포함하고, 결합제 조성물은 시멘트 및 물을 포함한다.
최근, 중합체 재료의 결합제 조성물로서의 사용에 있어 발전이 있어 왔다. 일반적으로, 골재 및 결합제 조성물이 함께 혼합되면, 복합 재료는 겨우 짧은 시간, 예를 들어 45분 동안만 유연하거나 "작업가능"하게 남아 있고, 그 이후 복합 재료는 경화되어 더 이상 유연하지 않다. 따라서, 이러한 복합 재료는 현장 외(offsite)와 반대로 전형적으로 현장 내(onsite) 제조하여 가사 시간(working time)을 증가시킨다. 현장 외 제조는 복합 재료를 건축 부지로 수송하는 것을 필요로 하고, 이에 따라 일단 현장 내 복합 재료의 가사 시간을 추가로 감소시킨다.
복합 재료를 현장 내 제조하는 통상의 방법은 결합제 조성물과 접촉하게 되기 전에 골재가 지면에 배치되는 것 (또는 이미 지면 상에 존재하는 것)을 필요로 한다. 후속적으로, 골재에 결합제 조성물을 분무 (또는 시트화(sheeting))한다. 이러한 방법의 유의한 단점은 골재의 일관성 없는 코팅이며, 이는 복합 재료 내의 불일치를 발생시킨다. 복합 재료 내의 불일치는 복합 재료의 조기 불량을 일으킬 수 있으며, 이에 따라 추가의 비용으로 복합 재료를 대체하는 것이 요구된다. 또한, 이러한 방법은 시간 소모적이다. 복합 재료의 통상의 불량 형태는 골재가 복합 재료로부터 헐겁게 되어, 최종적으로 복합 재료로부터 완전히 탈적재(dislodging)되는 스폴링(spalling)이다.
별법으로, 골재 및 결합제 조성물은 골재가 결합제 조성물로 균일하게 코팅될 때까지 수분 동안 배치식 혼합기에서 텀블링(tumbling)되고, 그 후, 예를 들어, 복합 재료를 일정 위치에 부음으로써, 일정 위치에 고정된다. 통상 배치식 공정으로 지칭되는 상기 공정의 유의한 단점은 또한 감소된 가사 시간인데, 이는 결합제 조성물이 배치식 혼합기 내에 존재하면 즉시 경화되기 시작하기 때문이다.
포장이 도로, 부지 (lot) 또는 기타 간선도로 (thoroughfare) 용으로 사용되는 경우, 포장은 시간 경과에 따라 성능이 저하된다. 포장의 내구성은 포장을 형성하는데 사용되는 재료의 품질을 포함한 많은 요인에 좌우된다. 콘크리트 및 아스팔트가 노화되면서, 포장에 크랙이 발달하여 물 및 기타 오염물이 포장으로 들어와서 포장 구조물을 통해 흐를 수 있게 되는 경향이 있다. 통상의 포장 구조물은 둘 이상의 층, 예를 들어 상부 마모층 및 하부 기층을 포함한다. 물이 마모층에서 크랙으로 들어가면, 기층의 미세입자 및 더 큰 골재가 씻겨나가서 기공이 생겨 포장을 불안정하게 한다. 포장의 기층이 충분하게 약화되면, 마모층이 붕괴하여 포장의 표면에 포트홀 (pothole)을 야기한다.
따라서, 개선된 포장 구조물을 제공할 여지가 있다. 또한, 포장 구조물을 형성하기 위한 개선된 방법에 대한 여지가 있다.
본 발명은 복합 포장 구조물을 제공한다. 복합 포장 구조물은 마모층 및 마모층 아래에 배치된 기층을 포함한다. 기층은 골재 및 탄성중합체 조성물을 포함한다. 탄성중합체 조성물은 이소시아네이트 성분 및 이소시아네이트-반응성 성분의 반응 생성물을 포함한다. 이소시아네이트 성분은 중합체 이소시아네이트, 및 임의로는, 이소시아네이트 예비중합체를 포함한다. 이소시아네이트-반응성 성분은 소수성 폴리올 및 2개 이상의 히드록실기를 갖고 분자량이 약 62 내지 약 220인 사슬 연장제를 포함한다. 사슬 연장제는, 이소시아네이트-반응성 성분 100 중량부를 기준으로, 이소시아네이트-반응성 성분 내에 약 1 내지 약 20 중량부의 양으로 존재한다. 마모층은 또한 기층의 골재와 동일하거나 상이할 수 있는 골재를 포함한다. 본 발명은 복합 포장 구조물의 형성 방법을 추가로 제공한다.
탄성중합체 조성물은 기층에 부여되는 뛰어난 물리적 특성, 예를 들어 탄성중합체 조성물 및 골재 사이의 개선된 결합 강도, 개선된 압축 강도, 개선된 전단 강도 및 기층으로부터의 골재의 스폴링을 감소시키는 개선된 굴곡 강도를 갖는다. 이와 같이, 기층은 기층 위에 배치된 마모층의 물 침투에 노출될 때조차도 통상의 기층과 비교하여 더욱 안정하게 유지된다. 예를 들어, 기층의 미세입자 및/또는 골재는 무거운 하중 및/또는 물에 노출될 때조차도 제자리에 유지된다. 또한, 기층은 비다공성 또는 다공성일 수 있으며, 이에 따라 물 유출(run-off) 및 통상의 포장 및 유사한 구조물과 연관된 기타 문제를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 다른 이점은, 첨부하는 도면과 관련하여 고려하는 경우 하기 상세한 설명을 참조하여 보다 양호하게 이해되듯이, 쉽게 인식될 것이다.
도 1은 복합 포장 구조물이 복합 재료로부터 형성된 기층 및 마모층을 포함하는, 복합 포장 구조물을 통한 물 이동을 도시하는 복합 포장 구조물의 부분 단면도이고;
도 2는 기층의 다공성 실시양태를 묘사하는 확대도이고;
도 3은 기층의 비다공성 실시양태를 묘사하는 확대도이다.
본 발명은 복합 포장 구조물 및 복합 포장 구조물의 형성 방법을 제공하며, 이들 둘 다에 대해 하기에 추가로 기재한다. 본 발명은 또한 골재를 결합시키는 탄성중합체 조성물을 형성하기 위한 시스템을 제공한다. 상기 시스템에 대해 하기에 바로 기재한다.
시스템은 이소시아네이트 성분 및 이소시아네이트-반응성 성분을 포함한다. 특정 실시양태에서, 이소시아네이트 성분은 중합체 이소시아네이트, 및 임의로는, 이소시아네이트 예비중합체를 포함한다. 다른 실시양태에서, 이소시아네이트 성분은 중합체 이소시아네이트 및 이소시아네이트 예비중합체를 포함한다. 이소시아네이트-반응성 성분은 소수성 폴리올 및 사슬 연장제를 포함한다. 전형적으로, 시스템은 2종 이상의 별개의 성분, 예를 들어, 이소시아네이트 성분 및 이소시아네이트-반응성 (또는 수지) 성분으로, 즉, 2성분 (또는 2K) 시스템으로 제공되며, 이에 대해 하기 추가로 기재한다.
본원에 사용되는 이소시아네이트 및 수지 성분에 대한 언급은 단지 시스템의 개별 성분의 배치를 위한 기준점을 확립하기 위한 것이고, 중량부 기준을 확립하기 위한 것임을 인식하여야 한다. 이에 따라, 본 발명을 오직 2K 시스템으로만 제한하는 것으로 해석해서는 안된다. 예를 들어, 시스템의 개별 성분은 모두 서로 구별될 수 있다. 용어 "이소시아네이트-반응성" 성분 및 "수지" 성분은 본 발명의 기재에서 상호교환가능하다.
하기 추가로 기재하는 바와 같이, 시스템은 또한 이소시아네이트 및 수지 성분 중 하나 또는 둘 다에 포함되거나 완전히 구별될 수 있는, 추가의 성분을 예를 들어 제3 성분으로 포함할 수 있다. 시스템을 사용하여 탄성중합체 조성물을 형성한다. 특정 실시양태에서, 탄성중합체 조성물은 이소시아네이트 및 이소시아네이트-반응성 성분의 반응 생성물이다. 탄성중합체 조성물에 대해 하기 추가로 기재한다.
이용된다면, 이소시아네이트 예비중합체는 일반적으로 이소시아네이트 및 폴리올 및/또는 폴리아민의 반응 생성물, 전형적으로 이소시아네이트 및 폴리올의 반응 생성물이다. 이소시아네이트 예비중합체는 당업자에 의해 이해되는 다양한 방법에 의해 형성되거나 제조자, 공급자 등으로부터 상업적으로 얻을 수 있다.
이소시아네이트 예비중합체를 형성하기 위해 사용되는 이소시아네이트에 대하여, 이소시아네이트는 1개 이상의 이소시아네이트 (NCO) 관능기, 전형적으로 2개 이상의 NCO 관능기를 포함한다. 본 발명의 목적에 적합한 이소시아네이트로는 통상의 지방족, 시클로지방족, 아릴 및 방향족 이소시아네이트가 포함되나, 이로 제한되지는 않는다. 특정 실시양태에서, 이소시아네이트는 디페닐메탄 디이소시아네이트 (MDI), 중합체 디페닐메탄 디이소시아네이트 (PMDI) 및 이들의 조합의 군으로부터 선택된다. 중합체 디페닐메탄 디이소시아네이트는 당업계에서 또한 폴리메틸렌 폴리페닐렌 폴리이소시아네이트라고도 지칭된다. 본 발명의 목적에 적합한 다른 이소시아네이트의 다른 예로는 톨루엔 디이소시아네이트 (TDI), 헥사메틸렌 디이소시아네이트 (HDI), 이소포론 디이소시아네이트 (IPDI), 나프탈렌 디이소시아네이트 (NDI) 및 이들의 조합이 포함되나, 이로 제한되지는 않는다. 전형적으로, 이소시아네이트 예비중합체를 형성하기 위해 사용되는 이소시아네이트로는 디페닐메탄 디이소시아네이트 (MDI)가 포함된다.
이소시아네이트 예비중합체를 형성하기 위해 이용되는 경우, 폴리올은 1개 이상의 히드록실 (OH) 관능기, 전형적으로 2개 이상의 OH 관능기를 포함한다. 폴리올은 당업계에 공지된 임의의 유형의 폴리올일 수 있다. 폴리올은 전형적으로 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 부탄디올, 글리세롤, 트리메틸올프로판, 트리에탄올아민, 펜타에리트리톨, 소르비톨 및 이들의 조합의 군으로부터 선택된다. 본 발명의 목적에 적합한 다른 폴리올은 임의적인 추가 성분인 부가 폴리올의 기재와 관련하여 하기 기재된다.
형성 이후에 이소시아네이트 예비중합체가 후속 반응을 위한 NCO 관능기를 포함하도록, 반응 이전에 OH 관능기에 비해 과량의 NCO 관능기가 존재하는 한, 폴리올을 이소시아네이트에 대해 다양한 양으로 사용할 수 있다. 이소시아네이트 예비중합체의 NCO 함량은 전형적으로 약 18 내지 약 28 중량%, 보다 전형적으로 약 20 내지 약 25 중량%, 보다 더 전형적으로 약 22.9 중량%이다.
이소시아네이트 예비중합체를 형성하기 위해 이용되는 경우, 폴리아민은 1개 이상의 아민 관능기, 전형적으로 2개 이상의 아민 관능기를 포함한다. 폴리아민은 당업계에 공지된 임의의 유형의 폴리아민일 수 있다. 폴리아민은 전형적으로 에틸렌 디아민, 톨루엔 디아민, 디아미노디페닐메탄 및 폴리메틸렌 폴리페닐렌 폴리아민, 아미노알코올 및 이들의 조합의 군으로부터 선택된다. 적합한 아미노알코올의 예로는 에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민 및 이들의 조합이 포함된다.
형성 이후에 이소시아네이트 예비중합체가 후속 반응을 위한 NCO 관능기를 포함하도록, 반응 이전에 아민 관능기에 비해 과량의 NCO 관능기가 존재하는 한, 폴리아민을 이소시아네이트에 대해 다양한 양으로 사용할 수 있다. 이소시아네이트 예비중합체의 NCO 함량은 상기 기재되고 예시되어 있다.
이소시아네이트 예비중합체는 상기 언급된 폴리올 중 2종 이상 및/또는 상기 언급된 폴리아민 중 2종 이상의 조합으로부터 형성될 수 있음을 인식하여야 한다. 전형적으로, 형성 이후 이소시아네이트 예비중합체가 우레탄 연결기 및 NCO 관능기를 포함하도록 이소시아네이트 예비중합체는 이소시아네이트 및 1종 이상의 폴리올의 반응 생성물이다. 본 발명의 특정 실시양태에서, 이소시아네이트 예비중합체로는 중합체 메틸디페닐디이소시아네이트 및 4,4'-메틸디페닐디이소시아네이트의 유사 예비중합체의 블렌드가 포함된다. 본 발명의 목적에 적합한 이소시아네이트 예비중합체의 구체적인 예는 바스프 코포레이션(BASF Corporation; 미국 뉴저지주 플로르햄 파크 소재)으로부터 상표 루프라네이트(LUPRANATE)®, 예를 들어 루프라네이트® MP102 하에 구입가능하다. 시스템은 상기 언급된 이소시아네이트 예비중합체 중 2종 이상의 조합을 포함할 수 있음을 인식하여야 한다.
중합체 이소시아네이트에 대하여, 중합체 이소시아네이트는 2개 이상의 NCO 관능기를 포함한다. 중합체 이소시아네이트의 평균 관능가는 전형적으로 약 1.5 내지 약 3.0, 보다 전형적으로 약 2.0 내지 약 2.8, 보다 더 전형적으로 약 2.7이다. 중합체 이소시아네이트의 NCO 함량은 전형적으로 약 30 내지 약 33 중량%, 보다 전형적으로 약 30.5 내지 약 32.5 중량%, 보다 더 전형적으로 약 31.5 중량%이다.
본 발명의 목적에 적합한 중합체 이소시아네이트로는 이소시아네이트 예비중합체의 기재와 관련하여 상기 기재되고 예시된 이소시아네이트가 포함되나, 이로 제한되지는 않는다. 전형적으로, 중합체 이소시아네이트로는 중합체 디페닐메탄 디이소시아네이트 (PMDI)가 포함된다.
본 발명의 목적에 적합한 중합체 이소시아네이트의 구체적인 예는 바스프 코포레이션으로부터 상표 루프라네이트®, 예를 들어 루프라네이트® M20 이소시아네이트하에 구입가능하다. 시스템은 상기 언급된 중합체 이소시아네이트 중 2종 이상의 조합을 포함할 수 있음을 인식하여야 한다.
이소시아네이트 예비중합체는, 각각 이소시아네이트 성분 100 중량부를 기준으로, 이소시아네이트 성분 내에 전형적으로 약 25 내지 약 75 중량부, 보다 전형적으로 약 50 내지 약 75 중량부, 보다 더 전형적으로 약 55 내지 약 65 중량부, 보다 더욱 더 전형적으로 약 60 중량부의 양으로 존재한다. 특정 실시양태에서, 이소시아네이트 예비중합체는, 각각 시스템 내의 중합체 이소시아네이트 100 중량부 당, 시스템 내에 전형적으로 약 50 내지 약 250 중량부, 보다 전형적으로 약 100 내지 약 200 중량부, 보다 더 전형적으로 약 125 내지 약 175 중량부, 보다 더욱 더 전형적으로 약 150 중량부의 양으로 존재한다. 상기 또다른 방식에서, 이소시아네이트 예비중합체 및 중합체 이소시아네이트는 시스템 내에, 예를 들어 이소시아네이트 성분 내에, 전형적으로 약 1:2 내지 약 2.5:1, 보다 전형적으로 약 1:1 내지 약 2:1, 보다 더 전형적으로 약 1.25:1 내지 1.75:1, 보다 더욱 더 전형적으로 약 1.5:1의 중량비로 존재한다.
임의의 특정 이론에 얽매이거나 제한됨 없이, 바로 상기에 기재되고 예시된 이소시아네이트 예비중합체 및 중합체 이소시아네이트의 조합 및 비는 통상의 탄성중합체 조성물에 비해 탄성중합체 조성물에 증가된 인장 강도, 신장률, 경도 및 유리 전이 온도, 및 또한 개선된 인열 강도를 부여한다고 여겨진다.
소수성 폴리올에 대하여, 소수성 폴리올은 1개 이상의 OH 관능기, 전형적으로 2개 이상의 OH 관능기를 포함한다. 소수성 폴리올의 소수성은 다양한 방법에 의해, 예를 들어 반응 생성물이 2종의 성분의 혼합 직후 탈기(de-gassing)되고 그 후 물이 혼입되어, 반응 생성물이 경화되는 것을 가능케 하는, 소수성 폴리올과 이소시아네이트의 반응 생성물의 외관 검사에 의해 측정할 수 있다. 반응 생성물과 물 사이의 계면 (또는 표면)에서 손상(marring) 또는 주름짐(wrinkling)의 흔적이 없다면, 또는 기포 또는 발포체 형성의 흔적이 없다면, 소수성 폴리올의 소수성은 뛰어난 것으로 고려된다.
소수성 폴리올로는 전형적으로 천연 오일 폴리올 (NOP)이 포함된다. 즉, 소수성 폴리올은 전형적으로 석유-기재 폴리올, 즉, 석유 생산물 및/또는 석유 부산물로부터 유도된 폴리올이 아니다. 일반적으로, 반응하지 않은 OH 관능기를 함유하는 단지 소수의 천연 발생 식물성 오일이 있고, 피마자유는 전형적으로 우레탄 화학에서 폴리올로 직접 사용하기에 적합한 피마자유를 제조하기에 충분한 OH 관능기 함량을 갖는 식물 공급원으로부터 직접 제조되는 유일한 구입가능한 NOP이다. 전부는 아니더라도 대부분의 다른 NOP는 식물로부터 직접 입수가능한 오일의 화학적 개질을 필요로 한다. NOP는 전형적으로 당업계에 공지된 임의의 천연 오일로부터 유도되고, 전형적으로 식물성 오일 또는 견과류 오일로부터 유도된다. 본 발명의 목적에 적합한 천연 오일의 예로는 피마자유, 및 대두유, 종자씨유, 코코넛유, 땅콩유, 카놀라유 등으로부터 유도된 NOP가 포함된다. 천연 오일을 이용하는 것은 환경적 족적(environmental footprint)을 감소시키는데 유용할 수 있다.
상기 시사한 바와 같이, 전형적으로, 소수성 폴리올로는 피마자유가 포함된다. 당업자는 피마자유가 본질적으로 OH 관능기를 포함하는 반면, 다른 NOP는 OH 관능기를 얻기 위해 하나 이상의 추가 가공 단계를 필요로 할 수 있음을 인식한다. 필요하다면, 이러한 가공 단계는 당업자에 의해 이해된다. 본 발명의 목적에 적합한 등급의 피마자유는 다양한 공급자로부터 구입가능하다. 예를 들어, 이글 스페셜티 프로덕츠 인코포레이티드(Eagle Specialty Products (ESP) Inc.; 미국 미주리주 세인트 루이스 소재)로부터의 T31® 캐스터 오일(Castor Oil)을 소수성 폴리올로 이용할 수 있다. 본 발명의 목적에 적합한 다른 소수성 폴리올의 구체적인 예는 코그니스 코포레이션(Cognis Corporation; 미국 오하이오주 신시내티 소재)으로부터 상표 소버몰(SOVERMOL)®, 예를 들어 소버몰® 750, 소버몰® 805, 소버몰® 1005, 소버몰® 1080 및 소버몰® 1102 하에 구입가능하다.
소수성 폴리올은, 각각 시스템의 수지 성분 100 중량부를 기준으로, 시스템 내에 전형적으로 약 80 내지 약 99 중량부, 보다 전형적으로 약 85 내지 약 95 중량부, 보다 더 전형적으로 약 90 내지 약 95 중량부, 보다 더욱 더 전형적으로 약 92.5 중량부의 양으로 존재한다. 시스템은 상기 언급된 소수성 폴리올 중 2종 이상의 조합을 포함할 수 있음을 인식하여야 한다.
사슬 연장제에 대하여, 사슬 연장제는 2개 이상의 OH 관능기를 갖는다. 사슬 연장제의 분자량은 전형적으로 약 62 내지 약 220, 보다 전형적으로 약 62 내지 약 150, 보다 더 전형적으로 약 132이다. 이에 따라, 사슬 연장제는 당업계에서 "짧은" 사슬 연장제로 지칭할 수 있다. 사슬 연장제는 전형적으로 알킬렌 글리콜을 포함한다. 본 발명의 목적에 적합한 사슬 연장제의 예로는 디프로필렌 글리콜 (DPG), 디에틸렌 글리콜 (DEG), 니악스(NIAX)® DP-1022, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올 및 2-부텐-l,4-디올이 포함된다. 구체적인 일 실시양태에서, 사슬 연장제는 디프로필렌 글리콜이다.
사슬 연장제는, 각각 수지 성분 100 중량부를 기준으로, 시스템 내에 전형적으로 약 1.0 내지 약 20 중량부, 보다 전형적으로 약 5.0 내지 약 10 중량부, 보다 더 전형적으로 약 7 중량부의 양으로 존재한다. 시스템은 상기 언급된 사슬 연장제 중 2종 이상의 임의의 조합을 포함할 수 있음을 인식하여야 한다.
임의의 특정 이론에 얽매이거나 제한됨 없이, 사슬 연장제는 탄성중합체 조성물에 증가된 강도, 및 또한 탄성중합체 조성물에 증가된 강도, 인열 강도 및 경도를 부여하는 것으로 여겨진다.
본 발명의 다른 실시양태에서, 소수성 폴리올에 더하여, 부가 폴리올, 예를 들어 석유-기재 폴리올을 사용할 수 있다. 이용된다면, 부가 폴리올은 통상의 폴리올, 예를 들어 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 부탄 디올, 글리세롤, 트리메틸올프로판, 트리에탄올아민, 펜타에리트리톨, 소르비톨 및 이들의 조합의 군으로부터 전형적으로 선택된다. 전형적으로, 부가 폴리올은 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 폴리에테르/에스테르 폴리올 및 이들의 조합의 군으로부터 선택되지만, 하기 추가로 기재된 다른 부가 폴리올을 이용할 수도 있다.
본 발명의 목적에 적합한 폴리에테르 폴리올로는 다관능성 개시제의 존재하의 환형 옥사이드, 예를 들어 에틸렌 옥사이드 (EO), 프로필렌 옥사이드 (PO), 부틸렌 옥사이드 (BO) 또는 테트라히드로푸란의 중합에 의해 얻어지는 생성물이 포함되나, 이로 제한되지는 않는다. 적합한 개시제 화합물은 다수의 활성 수소 원자를 함유하고 물, 부탄디올, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 (PG), 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 톨루엔 디아민, 디에틸 톨루엔 디아민, 페닐 디아민, 디페닐메탄 디아민, 에틸렌 디아민, 시클로헥산 디아민, 시클로헥산 디메탄올, 레조르시놀, 비스페놀 A, 글리세롤, 트리메틸올프로판, 1,2,6-헥산트리올, 펜타에리트리톨 및 이들의 조합이 여기에 포함된다.
다른 적합한 폴리에테르 폴리올로는 폴리에테르 디올 및 트리올, 예를 들어 폴리옥시프로필렌 디올 및 트리올, 및 에틸렌 및 프로필렌 옥사이드의 2관능성 또는 3관능성 개시제에의 동시 또는 순차적인 첨가에 의해 얻어지는 폴리(옥시에틸렌-옥시프로필렌)디올 및 트리올이 포함된다. 폴리올 성분의 중량을 기준으로 옥시에틸렌 함량이 약 5 내지 약 90 중량%이고, 폴리올이 블록 공중합체, 랜덤/블록 공중합체 또는 랜덤 공중합체일 수 있는 공중합체를 또한 사용할 수 있다. 또다른 적합한 폴리에테르 폴리올로는 테트라히드로푸란의 중합에 의해 얻어지는 폴리테트라메틸렌 글리콜이 포함된다.
본 발명의 목적에 적합한 폴리에스테르 폴리올로는 다가 알코올, 예를 들어 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 1,4-부탄디올, 네오펜틸글리콜, 1,6-헥산디올, 시클로헥산 디메탄올, 글리세롤, 트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨 또는 폴리에테르 폴리올 또는 이러한 다가 알코올의 혼합물, 및 폴리카르복실산, 특히 디카르복실산 또는 이들의 에스테르-형성 유도체, 예를 들어 석신산, 글루타르산 및 아디프산 또는 이들의 디메틸 에스테르 세바스산, 프탈산 무수물, 테트라클로로프탈산 무수물 또는 디메틸 테레프탈레이트 또는 이들의 혼합물의 히드록실-말단 반응 생성물이 포함되나, 이로 제한되지는 않는다. 락톤, 예를 들어 카프로락톤의 폴리올과의, 또는 히드록시 카르복실산, 예를 들어 히드록시 카프로산의 중합에 의해 얻어지는 폴리에스테르 폴리올도 또한 사용할 수 있다.
본 발명의 목적에 적합한 폴리에스테르아미드 폴리올은 아미노알코올, 예를 들어 에탄올아민의 폴리에스테르화 혼합물에의 포함에 의해 얻을 수 있다. 본 발명의 목적에 적합한 폴리티오에테르 폴리올로는 티오디글리콜을 단독으로, 또는 다른 글리콜, 알킬렌 옥사이드, 디카르복실산, 포름알데히드, 아미노알코올 또는 아미노카르복실산과 축합하여 얻어지는 생성물이 포함된다. 본 발명의 목적에 적합한 폴리카보네이트 폴리올로는 디올, 예를 들어 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 디에틸렌 글리콜 또는 테트라에틸렌 글리콜을 디아릴 카보네이트, 예를 들어 디페닐 카보네이트와, 또는 포스겐과 반응시켜 얻어지는 생성물이 포함된다. 본 발명의 목적에 적합한 폴리아세탈 폴리올로는 글리콜, 예를 들어 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜 또는 헥산디올을 포름알데히드와 반응시켜 얻어진 것이 포함된다. 다른 적합한 폴리아세탈 폴리올은 또한 환형 아세탈을 중합하여 제조할 수 있다. 본 발명의 목적에 적합한 폴리올레핀 폴리올로는 히드록실-말단 부타디엔 단일중합체 및 공중합체가 포함되고 적합한 폴리실록산 폴리올로는 폴리디메틸실록산 디올 및 트리올이 포함된다.
본 발명의 목적에 적합한 부가 폴리올의 구체적인 예는 바스프 코포레이션으로부터 상표 플루라콜(PLURACOL)®, 예를 들어 플루라콜® GP 계열 폴리올 하에 구입가능하다. 본 발명의 목적에 적합한 부가 폴리올의 구체적인 예로는 플루라콜® GP430이 있다.
이용된다면, 부가 폴리올은, 각각 시스템의 수지 성분 100 중량부를 기준으로, 시스템 내에 전형적으로 약 1 내지 약 75 중량부, 보다 전형적으로 약 10 내지 약 50 중량부, 보다 더 전형적으로 약 40 중량부의 양으로 존재한다. 시스템이 상기 언급된 부가 폴리올 중 2종 이상의 임의의 조합을 포함할 수 있음을 인식하여야 한다.
시스템은 부가 폴리올에 더하여 또는 그 대신에, 1종 이상의 추가의 성분, 예를 들어 첨가제 성분을 포함할 수 있다. 첨가제 성분은 당업계에 공지된 임의의 통상의 첨가제를 포함할 수 있다. 본 발명의 목적에 적합한 첨가제로는 사슬 연장제, 가교제, 사슬 종결제, 가공 첨가제, 접착 증진제, 난연제, 산화방지제, 소포제, 발포방지제, 물 스캐빈저(water scavenger), 분자 체(molecular sieve), 흄드 실리카(fumed silica), 자외선 안정화제, 충전제, 요변성제, 실리콘, 계면활성제, 촉매, 착색제, 비활성 희석제 및 이들의 조합이 포함되나, 이로 제한되지는 않는다. 이용된다면, 첨가제 성분은 시스템 내에 임의의 양으로, 예를 들어, 시스템의 수지 성분 100 중량부를 기준으로 약 0.05 내지 10 중량부로 포함될 수 있다.
특정 실시양태에서, 첨가제 성분은 발포방지제를 포함한다. 일 실시양태에서, 발포방지제는 그 안에 분산된 분말형 실리카를 포함하는 실리콘 유체를 포함한다. 실리콘 유체는 탄성중합체 조성물의 발포를 감소시키고/시키거나 제거하기 위해 이용할 수 있다. 실리콘 유체는 용매 중에 사전 배치할 수 있음을 인식하여야 한다. 발포방지제의 예로는 다우 코닝(Dow Corning; 미국 미시건주 미들랜드 소재)으로부터 구입가능한 안티폼(Antifoam) MSA 및 안티폼 A가 포함된다.
이용된다면, 발포방지제는, 각각 시스템의 수지 성분 100 중량부를 기준으로, 시스템 내에 전형적으로 약 0.01 내지 약 0.10 중량부, 보다 전형적으로 약 0.025 내지 약 0.075 중량부, 보다 더 전형적으로 약 0.05 중량부의 양으로 존재한다. 시스템은 상기 언급된 발포방지제 중 2종 이상의 임의의 조합을 포함할 수 있음을 인식하여야 한다.
특정 실시양태에서, 첨가제 성분은 분자 체를 포함한다. 분자 체는 탈수, 즉, 건조 상태를 유지시키거나 증가시키기 위해 이용될 수 있는 흡습제이다. 분자 체는 전형적으로 과다한 작은 기공을 갖는 분자를 포함한다. 작은 기공은 기공보다 작은 크기의 분자, 예를 들어 물 분자는 흡착되고, 보다 큰 분자, 예를 들어 이소시아네이트 및 수지 성분 내에 존재하는 보다 큰 분자는 흡착될 수 없게 한다. 전형적으로, 분자 체는 분자 체 중량까지 및 그의 20%를 초과하여 물을 흡착할 수 있다. 따라서, 분자 체는 소수성 폴리올과 협력하여 상승작용적으로 작용하여 물이 시스템의 이소시아네이트 성분과 반응하는 기회를 갖기 전에 물을 흡착함으로써 탄성중합체 조성물에 대한 물의 영향을 최소화할 수 있다.
이용된다면, 당업계에 공지된 임의의 분자 체, 예를 들어 알루미노실리케이트 광물, 점토, 다공성 유리, 미세다공성 목탄, 지올라이트, 활성탄, 또는 작은 분자, 예를 들어 물이 확산될 수 있는 개방된 구조를 갖는 합성 화합물을 사용할 수 있음을 인식하여야 한다. 적합한 분자 체의 예로는 다양한 공급자, 예를 들어 지오켐(Zeochem; 미국 켄터키주 루이스빌 소재)으로부터 입수가능한 베이리쓰 페이스트(Baylith Paste) 및 몰레큘라 시브(Molecular Sieve) 3A가 포함된다.
이용된다면, 분자 체는, 각각 시스템의 수지 성분 100 중량부를 기준으로, 시스템 내에 전형적으로 약 0.01 내지 약 5.0 중량부, 보다 전형적으로 약 0.10 내지 약 2.0 중량부, 보다 더 전형적으로 약 0.50 중량부의 양으로 존재한다. 시스템은 상기 언급된 분자 체 중 2종 이상의 임의의 조합을 포함할 수 있음을 인식하여야 한다.
특정 실시양태에서, 첨가제 성분은 다양한 공급자로부터 입수가능한 흄드 실리카를 포함한다. 적합한 흄드 실리카의 예로는 에보니크 인더스트리즈 인코포레이티드(Evonic Industries Inc.; 독일 에쎈 소재)로부터 구입가능한 에어로실(AEROSIL)® R-972가 있다. 흄드 실리카는 일반적으로 레올로지 조절제로 작용하고, 흄드 실리카가 소수성인 경우에는, 탄성 중합체 조성물에 추가의 소수성을 부여한다.
이용된다면, 흄드 실리카는, 각각 시스템의 수지 성분 100 중량부를 기준으로, 시스템 내에 전형적으로 약 0.10 내지 약 10.0 중량부, 보다 전형적으로 약 1.0 내지 약 7.0 중량부, 보다 더 전형적으로 약 5.0 중량부의 양으로 존재한다. 시스템은 2종 이상의 흄드 실리카의 임의의 조합을 포함할 수 있음을 인식하여야 한다.
특정 실시양태에서, 첨가제 성분은 착색제를 포함한다. 착색제는 안료, 염료 및 이들의 조합의 군으로부터 선택될 수 있다. 착색제는 액체 또는 분말 형태일 수 있다. 이용된다면, 착색제는 전형적으로 안료 또는 2종 이상의 안료의 안료 블렌드이다. 안료 또는 안료 블렌드는 탄성중합체 조성물에 원하는 색상을 부여하기 위해 사용되고, 안료가 무기물이라면, 안료는 또한 탄성중합체 조성물에 UV 보호를 부여할 수도 있다.
본 발명의 목적을 위해 상이한 유형의 안료를 사용할 수 있다. 예를 들어, 탄성중합체 조성물에 각각, 백색 색상을 부여하도록 이산화티타늄을 사용할 수 있고 흑색 색상을 부여하도록 카본 블랙을 사용할 수 있고, 탄성중합체 조성물에 다양한 회색 농담(shade)을 부여하도록 이산화티타늄 및 카본 블랙의 다양한 블렌드를 사용할 수 있다.
본 발명의 목적에 적합한 등급의 카본 블랙 및 이산화티타늄의 예는 콜롬비안 케미컬즈 컴퍼니(Columbian Chemicals Company; 미국 조지아주 마리에타 소재) 및 듀폰® 티타늄 테크놀로지스(DuPont® Titanium Technologies; 미국 델라웨어주 윌밍톤 소재)로부터 각각 구입가능하다. 또한, 카본 블랙 및/또는 이산화티타늄에 더하여 또는 그 대신에, 레드, 그린, 블루, 옐로우, 그린 및 브라운을 포함하나 이로 제한되지는 않는 기타 안료, 및 이들의 안료 블렌드를 탄성중합체 조성물에 색상을 부여하기 위해 사용할 수 있다.
1종 이상의 착색제에 기초한 색상의 보다 구체적인 예로는 사파이어 블루(sapphire blue), 제이드 그린(jade green), 세도나 레드(Sedona red), 앰버 브라운(amber brown) 및 토파즈 브라운(topaz brown)이 포함된다. 본 발명의 목적에 적합한 등급의 안료의 예는 다양한 회사, 예를 들어 바스프 코포레이션 및 펜 컬러, 인코포레이티드(Penn Color, Inc.; 미국 펜실베니아주 하트필드 소재)로부터 구입가능하다. 상기 언급된 착색제, 예를 들어 안료의 다양한 블렌드를 사용하여 탄성중합체 조성물에 다양한 색상, 농도 및 농담을 부여할 수 있음을 인식하여야 한다.
이용된다면, 착색제는, 각각 시스템의 수지 성분 100 중량부를 기준으로, 시스템 내에 전형적으로 약 0.10 내지 약 5.0 중량부, 보다 전형적으로 약 1.0 내지 약 3.0 중량부, 보다 더 전형적으로 약 2.0 중량부의 양으로 존재한다. 시스템은 상기 언급된 착색제 중 2종 이상의 임의의 조합을 포함할 수 있음을 인식하여야 한다.
특정 실시양태에서, 첨가제 성분은 촉매 성분을 포함한다. 일 실시양태에서, 촉매 성분은 주석 촉매를 포함한다. 본 발명의 목적에 적합한 주석 촉매로는 유기 카르복실산의 주석(II) 염, 예를 들어 주석(II) 아세테이트, 주석(II) 옥토에이트, 주석(II) 에틸헥사노에이트 및 주석(II) 라우레이트가 포함된다. 일 실시양태에서, 유기금속 촉매로는 유기 카르복실산의 디알킬주석(IV) 염인 디부틸주석 디라우레이트가 포함된다. 본 발명의 목적에 적합한 유기금속 촉매의 구체적인 예, 예를 들어 디부틸주석 디라우레이트는 에어 프로덕츠 앤 케미컬즈, 인코포레이티드(Air Products and Chemicals, Inc.; 미국 펜실베니아주 알렌타운 소재)로부터 상표명 대브코(DABCO)® 하에 구입가능하다. 또한, 유기금속 촉매로는 유기 카르복실산의 다른 디알킬주석(IV) 염, 예를 들어 디부틸주석 디아세테이트, 디부틸주석 말레에이트 및 디옥틸주석 디아세테이트가 포함될 수 있다.
본 발명의 목적에 적합한 다른 촉매의 예로는 아민-기재 촉매, 비스무트-기재 촉매, 니켈-기재 촉매, 지르코늄-기재 촉매, 아연-기재 촉매, 알루미늄-기재 촉매, 리튬-기재 촉매, 염화철(II); 염화아연; 납 옥토에이트; 트리스(N,N-디메틸아미노프로필)-s-헥사히드로트리아진을 비롯한 트리스(디알킬아미노알킬)-s-헥사히드로트리아진; 테트라메틸암모늄 히드록사이드를 비롯한 테트라알킬암모늄 히드록사이드; 나트륨 히드록사이드 및 칼륨 히드록사이드를 비롯한 알칼리 금속 히드록사이드; 나트륨 메톡사이드 및 칼륨 이소프로폭사이드를 비롯한 알칼리 금속 알콕사이드; 및 10 내지 20개의 탄소 원자 및/또는 측면 OH기를 갖는 장쇄 지방산의 알칼리 금속 염이 포함된다.
본 발명의 목적에 적합한 다른 촉매, 구체적으로 삼량체화 촉매의 추가적인 예로는 N,N,N-디메틸아미노프로필헥사히드로트리아진, 칼륨, 칼륨 아세테이트, N,N,N-트리메틸이소프로필아민/포르메이트 및 이들의 조합이 포함된다. 적합한 삼량체화 촉매의 구체적인 예는 에어 프로덕츠 앤 케미컬즈, 인코포레이티드로부터 상표명 폴리캣(POLYCAT)® 하에 구입가능하다.
본 발명의 목적에 적합한 다른 촉매, 구체적으로 3차 아민 촉매의 추가적인 예로는 1-메틸이미다졸, 대브코 33-LV, 디메틸아미노에탄올, 디메틸아미노에톡시에탄올, 트리에틸아민, N,N,N',N'-테트라메틸에틸렌디아민, N,N-디메틸아미노프로필아민, N,N,N',N',N"-펜타메틸디프로필렌트리아민, 트리스(디메틸아미노프로필)아민, N,N-디메틸피페라진, 테트라메틸이미노-비스(프로필아민), 디메틸벤질아민, 트리메틸아민, 트리에탄올아민, N,N-디에틸에탄올아민, N-메틸피롤리돈, N-메틸모르폴린, N-에틸모르폴린, 비스(2-디메틸아미노에틸)에테르, N,N-디메틸시클로헥실아민 (DMCHA), N,N,N',N',N"-펜타메틸디에틸렌트리아민, 1,2-디메틸이미다졸, 3-(디메틸아미노)프로필이미다졸 및 이들의 조합이 포함된다. 적합한 3차 아민 촉매의 구체적인 예는 에어 프로덕츠 앤 케미컬즈, 인코포레이티드로부터 상표명 폴리캣®, 예를 들어 폴리캣® 41 하에 구입가능하다.
이용된다면, 촉매 성분은 다양한 양으로 이용될 수 있다. 전형적으로, 촉매 성분은 적절한 개시/가사 시간을 보장하는 양으로 사용된다. 촉매 성분은 상기 언급된 촉매의 임의의 조합을 포함할 수 있음을 인식하여야 한다.
시스템은, 철도 차량, 탱커(tanker), 대형 드럼 및 컨테이너 또는 보다 소형의 드럼, 키트(kit) 및 패킷(packet)에서와 같이 다양한 수단에 의한 사용을 위해 소비자에게 공급될 수 있다. 예를 들어, 하나의 키트는 이소시아네이트 성분을 함유할 수 있고, 또다른 키트는 수지 성분을 함유할 수 있다. 시스템의 성분을 소비자에게 제공하는 것은 이로부터 형성된 탄성중합체 조성물의 증가된 제제 유연성을 별도로 제공한다. 예를 들어, 소비자는 탄성중합체 조성물을 제조하기 위해서 구체적인 이소시아네이트 성분 및 구체적인 수지 성분, 및/또는 이들의 양을 선택할 수 있다.
이소시아네이트 및 수지 성분은 전형적으로 뛰어난 저장 안정성 또는 "유리(free)" 안정성을 갖는다. 이에 따라, 이소시아네이트 및 수지 성분은 이들을 배합하여 탄성중합체 조성물을 형성하기 이전에 연장된 기간 동안 별도로 (시스템으로) 저장할 수 있다. 시스템은 탄성중합체 조성물을 제조하기 위해서 이용될 수 있는 2종 이상의 상이한 이소시아네이트 성분 및/또는 2종 이상의 상이한 수지 성분을 포함할 수 있음을 인식하여야 한다. 또한, 다른 성분 (예를 들어, 부가 폴리올, 첨가제 성분 등)은, 이용된다면, 상기 언급된 이소시아네이트 및/또는 수지 성분 내에 공급되거나, 또는 별개 성분으로서 공급될 수 있음을 인식하여야 한다.
본 발명은 추가로 복합 재료를 제공한다. 복합 재료는 골재 및 탄성중합체 조성물을 포함한다. 탄성중합체 조성물은 일반적으로 상기 기재되고 예시된 이소시아네이트 및 수지 성분으로부터 형성된다. 상기 제시된 바와 같이, 특정 실시양태에서, 이소시아네이트 성분은 중합체 이소시아네이트, 및 임의로는 이소시아네이트 예비중합체를 포함한다. 다른 실시양태에서, 이소시아네이트 성분은 중합체 이소시아네이트 및 이소시아네이트 예비중합체를 포함한다. 이소시아네이트-반응성 성분은 소수성 폴리올 및 사슬 연장제를 포함한다.
복합 재료 내에 존재하는 탄성중합체 조성물의 양은 일반적으로 골재의 입자 크기에 좌우된다. 전형적으로, 골재의 입자 크기가 클수록 복합 재료를 형성하기 위해서 보다 적은 탄성중합체 조성물이 요구되고, 골재의 크기가 작을수록 복합 재료를 형성하기 위해서 보다 많은 탄성중합체 조성물이 요구된다. 보다 작은 크기의 골재는 보다 큰 크기의 골재와 비교하여 코팅할 표면적이 보다 크기 때문에, 일반적으로 보다 많은 탄성중합체 조성물을 필요로 한다. 예를 들어, 0.25 인치 골재의 경우, 탄성중합체 조성물은, 각각 복합 재료의 100 중량부를 기준으로, 복합 재료 내에 전형적으로 약 1.0 내지 약 10.0 중량부, 보다 전형적으로 약 2.5 내지 약 5.0 중량부, 보다 더 전형적으로 약 4.2 중량부의 양으로 존재한다.
본원에 사용되는 용어 골재는 단일 골재가 아니라 일반적으로 골재 또는 골재들을 가리키는 것으로 해석될 것이고, 하나 초과의 골재를 요구하는 것으로 해석되지는 않을 것이다. 추가로, 본원에 사용되는 용어 골재는 복합 재료를 강화하는데 사용되는 광범위한 카테고리의 재료, 예를 들어 암석, 유리, 고무 크럼(crumb), 건축 석재 등을 포괄하는 것으로 의도된다. 본원에 사용되는 용어 암석은 자갈, 모래 등을 비롯한, 그러나 이로 제한되지는 않는 모든 형태의 암석을 포괄하는 것으로 해석된다. 추가로, 본원에 사용되는 용어 암석은 모든 종류의 암석, 예를 들어 화강암, 석회암, 대리석 등을 포괄하는 것으로 의도된다.
특정 실시양태에서, 골재는 암석을 포함한다. 임의의 유형의 암석을 사용할 수 있음을 인식하여야 한다. 암석은 전형적으로 화강암, 석회암, 대리석, 해변 석재, 강 암석 및 이들의 조합의 군으로부터 선택된다. 구체적인 일 실시양태에서, 암석은 화강암이다.
암석은, 각각 복합 재료 내의 골재 100 중량부를 기준으로, 골재 내에 전형적으로 약 1 내지 약 100 중량부, 보다 전형적으로 약 50 내지 약 100 중량부, 보다 더 전형적으로 약 90 내지 약 100 중량부, 보다 더욱 더 전형적으로 약 100 중량부의 양으로 존재한다. 나머지 골재는, 있다면, 또다른 상이한 골재, 예를 들어 모래, 자갈 등일 수 있다.
암석의 평균 직경은 전형적으로 약 0.001 내지 약 7.0 인치, 보다 전형적으로 약 0.10 내지 약 5.0 인치, 보다 더 전형적으로 약 0.25 내지 약 5.0 인치, 보다 더욱 더 전형적으로 약 0.5 내지 약 3.0 인치이다. 다른 실시양태에서, 암석 크기는 보다 크거나 보다 작을 수 있다.
특정 실시양태에서, 골재로는 고무 크럼이 포함된다. 임의의 유형의 고무 크럼을 사용할 수 있음을 인식하여야 한다. 요구되지는 않더라도, 고무 크럼은 소비자-사용 후(post-consumer)의 고무 및/또는 재생 고무일 수 있다. 고무 크럼은 다양한 부류, 예를 들어 제1, 2, 3, 4 및/또는 5 부류의 것일 수 있다.
고무 크럼은, 각각 복합 재료 내의 골재 100 중량부를 기준으로, 골재 내에 전형적으로 약 1 내지 약 100 중량부, 보다 전형적으로 약 50 내지 약 100 중량부, 보다 더 전형적으로 약 90 내지 약 100 중량부, 보다 더욱 더 전형적으로 약 100 중량부의 양으로 존재한다. 나머지 골재는, 있다면, 또다른 상이한 골재, 예를 들어 모래, 자갈 등일 수 있다.
고무 크럼의 평균 직경은 전형적으로 약 0.10 내지 약 3.0 인치, 보다 전형적으로 약 0.10 내지 약 2.0 인치, 보다 더 전형적으로 약 0.10 내지 약 0.25 인치이다. 본 발명의 목적에 적합한 등급의 고무 크럼은 엔테크 인코포레이티드(Entech Inc.; 미국 미시건주 와이트 피죤 소재)로부터 구입가능하다.
특정 실시양태에서, 골재는 유리를 포함한다. 본 발명의 목적을 위해서 임의의 유형의 유리를 사용할 수 있음을 인식하여야 한다. 유리는 투명하고/하거나, 엷은 색을 띠고/띠거나, 유색일 수 있다. 요구되지는 않더라도, 유리는 소비자 사용 후의 유리 및/또는 재생 유리일 수 있다. 이러한 유리의 사용은 복합 재료의 전체 비용을 감소시키고 환경적 족적을 감소시킬 수 있다.
유리는, 각각 복합 재료 내에 존재하는 골재 100 중량부를 기준으로, 골재 내에 전형적으로 약 1 내지 약 100 중량부, 보다 전형적으로 약 50 내지 약 100 중량부, 보다 더 전형적으로 약 80 내지 약 100 중량부, 보다 더욱 더 전형적으로 약 100 중량부의 양으로 존재한다. 나머지 골재는, 있다면, 또다른 상이한 골재, 예를 들어 모래, 자갈 등일 수 있다. 골재 내에 존재하는 유리의 양을 증가시키면 복합 재료의 굴곡 탄성률(flexural modulus) 및 압축 강도를 개선하는 것으로 여겨진다.
유리의 평균 직경은 전형적으로 약 0.001 내지 약 1.0 인치, 보다 전형적으로 약 0.10 내지 약 0.50 인치, 보다 더 전형적으로 약 0.125 내지 약 0.25 인치이다. 유리의 평균 직경을 감소시키면 골재의 복합 재료로부터의 스폴링 (즉, 헐겁게 되거나 헐거운 유리 조각)이 감소하고, 굴곡 응력, 예를 들어 복합 재료 상에서 회전하는 타이어로 인한 응력에 대한 내성이 개선되는 것으로 여겨진다. 이용된다면, 유리는 전형적으로 상기 기재된 평균 직경 범위에 부합하도록 분쇄된다. 안전을 위해서, 유리의 날카로운 가장자리를 둥글게 만들기 위해 전형적으로 유리를 스크린상에서 텀블링하거나 진동하게 한다. 본 발명의 목적에 적합한 등급의 유리는 글래스 플러스 인코포레이티드(Glass Plus Inc.; 미국 위스콘신주 토마호크 소재)로부터 구입가능하다.
특정 실시양태에서, 유리는 탄성중합체 조성물의 이소시아네이트기와 반응성인 하나 이상의 관능기를 포함하는 (또는 제공하는) 표면 처리를 포함한다. 본 발명의 목적에 적합한 관능기의 예로는 히드록실, 티올, 에폭시 및/또는 1차 및 2차 아민 기가 포함된다. 전형적으로, 표면 처리는 하나 이상의 아민 및/또는 아미노 관능기를 포함한다. 표면 처리는 상이한 관능기의 조합을 포함할 수 있음을 인식하여야 한다.
다양한 방법에 의해, 예를 들어 아미노실란, 더욱 구체적으로 유기관능성 알콕시실란, 예를 들어, 모멘티브 퍼포먼스 머티리얼스(Momentive Performance Materials; 미국 뉴욕주 알바니 소재)로부터 구입가능한 실퀘스트(SILQUEST)® A-1100, 실퀘스트® A-1120 및/또는 실퀘스트® A-1170을 이용함으로써 유리를 표면 처리할 수 있다. 예를 들어, 유리를 세척하고 아미노실란으로 처리하여 유리를 표면 처리할 수 있다. 또다른 상기 방법에서, 유리는 유리와 반응하는 아미노실란에 의해 부여되는 하나 이상의 관능기를 포함한다. 유리는 "프라이밍된(primed)" 또는 "실릴화된" 것으로 지칭할 수 있다. 관능기, 예를 들어 아민/아미노 기는 탄성중합체 조성물의 이소시아네이트 관능기와 반응성이다. 유리의 관능기가 탄성중합체 조성물을 형성하기 위한 반응의 일부가 되도록, 이소시아네이트 관능기는 탄성중합체 조성물을 형성하기 위한 반응 이후에, 예를 들어 오버 인덱싱(over indexing)의 경우에 유리 이소시아네이트 관능기이거나, 탄성중합체 조성물 자체의 하나 이상의 성분, 예를 들어 이소시아네이트 예비중합체에 의해 부여되는 이소시아네이트 관능기일 수 있다.
유리의 표면 처리는 내구성을 개선하고, 골재의 스폴링을 감소시키며, 복합 재료의 강도를 증가시키는 것으로 여겨진다. 탄성중합체 조성물과 유리의 표면 사이에 화학 결합이 형성되는 경우 특히 그러하다. 예를 들어, 하나 이상의 -Si-O- 결합이 유리의 표면과 탄성중합체 조성물 사이에 존재할 수 있다. 또한, 표면 처리는 복합 재료가 도포 중 그의 강도를 잠재적으로 감소시킬 수 있는 환경적인 영향력, 예를 들어 열 및 습도에 더욱 더 안정해지도록 하는 것으로 여겨진다. 특정 실시양태에서, 본 발명의 골재로서 사용되는 유리로는, 본원에 기재된 본 발명의 일반적인 범위와 상충하지 않는 개시내용의 범위까지 본원에 전문 참조로 인용하는 공동 계류중인 출원 PCT/US10/58582호에 기재된 유리 골재가 포함된다. PCT/US10/58582호에는 유리 골재를 표면 처리하는 다양한 방법뿐만 아니라 본 발명의 복합 재료에 부여되는 표면 처리의 이점들이 기재되어 있다.
골재는 상기 언급된 골재 중 2종 이상의 조합을 포함할 수 있음을 인식하여야 한다. 예를 들어, 복합 재료의 골재는 유리 및 암석을 포함할 수 있다. 이러한 실시양태에서, 유리는, 각각 복합 재료 내에 존재하는 골재 100 중량부를 기준으로, 골재 내에 전형적으로 약 1.0 내지 약 99 중량부, 보다 전형적으로 약 25 내지 약 99 중량부, 보다 더 전형적으로 약 75 내지 약 99 중량부의 양으로 존재한다. 또한, 암석은, 각각 복합 재료 내에 존재하는 골재 100 중량부를 기준으로, 골재 내에 전형적으로 약 99 내지 약 1.0 중량부, 보다 전형적으로 약 75 내지 약 1.0 중량부, 보다 더 전형적으로 약 25 내지 1.0 중량부의 양으로 존재한다.
골재는 철도 차량, 탱커, 대형 및 소형 수퍼색(supersack), 대형 드럼 및 컨테이너, 또는 보다 소형의 드럼, 키트 및 패킷에서와 같이 다양한 수단에 의한 사용을 위해 소비자에게 공급될 수 있다. 시스템을 기재하기 위해서 상기 기재되고 예시된 바와 같이, 소비자에게 복합 재료의 성분을 제공하는 것은 그로부터 형성되는 복합 재료의 증가된 제제 유연성을 별도로 제공한다. 예를 들어, 소비자는 구체적인 골재, 구체적인 이소시아네이트 성분 및 구체적인 수지 성분 및/또는 이들의 양을 선택하여 복합 재료를 제조할 수 있다.
전형적으로, 골재를 (존재한다면, 가능한 주위 습도를 제외하고는) 건조시켜 시스템의 이소시아네이트 성분과의 조기 반응을 방지한다. 또한, 골재가 건조되었을 때 탄성중합체 조성물의 경화 및 결합 강도가 개선될 수 있다고 여겨진다. 다양한 방법, 예를 들어 방수 또는 내수성 슈퍼색을 사용하여 골재를 건조하게 유지할 수 있다. 그러나, 특정 실시양태에서, 하기 추가로 기재된 바와 같이 골재는 적어도 부분적으로 또는 완전히 수중에 잠길 수 있다. 또한, 골재가 복합 재료를 포함시키고자 하는 위치에, 예를 들어 철도 노반(railroad bed) 또는 해안선을 따라 이미 존재할 수 있음을 인식하여야 한다. 이에 따라, 골재는 별도로 제공될 필요가 없다.
본 발명의 목적에 적합한 성분의 추가적인 예는 일반적으로 미국 특허 공보 제2009/0067924호 및 제2009/0067295호 (둘 모두 콜(Kaul))에 기재되어 있으며, 이들의 개시내용뿐만 아니라 여기서 인용된 특허 및 간행물의 개시내용을 본원에 기재된 본 발명의 일반적인 범위와 상충하지 않는 기재 범위까지 본원에 전문 참조로 인용한다.
특정 실시양태에서, 복합 재료의 분쇄 강도 (또는 압축 강도)는 ASTM D 1621에 따라 약 100 내지 약 2500 psi, 보다 전형적으로 약 500 내지 약 1800 psi, 보다 더 전형적으로 약 1300 내지 약 1600 psi, 보다 더욱 더 전형적으로 약 1500 psi이다. 특정 실시양태에서, 복합 재료의 굴곡 강도는 ASTM D 790에 따라 전형적으로 약 50 내지 약 1000 psi, 보다 전형적으로 약 200 내지 약 1000 psi, 보다 더 전형적으로 약 700 내지 약 1000 psi, 보다 더욱 더 전형적으로 약 700 psi이다. 특정 실시양태에서, 복합 재료의 굴곡 탄성률은 ASTM D 790에 따라 전형적으로 약 20000 내지 약 150000 psi, 보다 전형적으로 약 50000 내지 약 150000 psi, 보다 더 전형적으로 약 100000 내지 약 150000 psi, 보다 더욱 더 전형적으로 약 100000 psi이다.
특정 실시양태에서, 복합 재료의 다공성 (또는 공극 부피)은 약 30 내지 약 50%, 보다 전형적으로 약 34 내지 약 45%, 보다 더 전형적으로 약 35 내지 약 42%, 보다 더욱 더 전형적으로 약 37 내지 약 38%이다. 복합 재료의 다공성은 당업계에서 인식된 다양한 방법으로 측정할 수 있고, 예를 들어 문헌 [Montes, F., Valavala, S., and Haselbach, L. "A New Test Method for Porosity Measurements of Portland Cement Pervious Concrete," J. ASTM Int. 2(1), 2005] 및 [Crouch, L. K., Cates, M., Dotson, V. James, Jr., Honeycutt, Keith B., and Badoe, D. A. "Measuring the Effective Air Void Content of Portland Cement Pervious Pavements," ASTM Journal of Cement, Concrete, and Aggregates, 25(1), 2003]에 기재되어 있다.
복합 재료의 다공성을 증가시키는 것은 유출, 예를 들어 빗물 유출을 감소시키는데 유용하다. 특정 실시양태에서, 공극 분획은 또한 탄화수소를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 탄화수소, 예를 들어 자동차로부터 떨어지는 엔진 오일(motor oil)은 다공성 복합 재료를 통해 흘러내리고 골재 입자, 예를 들어 유리 상에 흡착될 수 있으며, 여기서 탄화수소는 시간 경과에 따라 박테리아에 의해 소화됨으로써 탄화수소가 토양 및/또는 지하수를 오염시키는 것을 방지할 수 있다.
복합 재료의 다공성은 복합 재료가 단시간 동안 매우 큰 부피의 물을 수용하도록 하는 것으로 여겨진다. 특정 실시양태에서, 복합 재료로부터 형성된 포장 구조물을 시험한 결과 포장 구조물이 시간당 약 1600 인치의 물을 수용할 수 있는 것으로 나타났다. 또한, 기공 내에 침착된 침전물을 쉽게 제거할 수 있기 때문에 다공성은 복합 재료로부터 형성된 포장 구조물의 유지를 보다 용이하게 하는 것으로 여겨진다. 또한, 복합 재료를 통한 공기 흐름은 통상의 포장보다 매우 빨리 대류를 통해 열을 방출할 수 있게 하므로 열 공급원이 제거된 후 포장 구조물은 통상의 포장과 비교하여 매우 단시간에 냉각된다.
특정 실시양태에서, 복합 재료의 투과성은 약 500 내지 약 4000 인치/시간, 보다 전형적으로 약 1000 내지 약 3000 인치/시간, 보다 더 전형적으로 약 1500 내지 약 2000 인치/시간, 보다 더욱 더 전형적으로 약 1650 인치/시간이다. 복합 재료의 투과성은 당업계에서 인식된 다양한 방법으로 측정할 수 있고, 예를 들어 문헌 [Montes, F., Haselbach, L. "Measuring Hydraulic Conductivity in Pervious Concrete," Env. Eng. Sci. 23(6), 2006] 및 [Schaefer, V., Wang, K., Suleimman, M. and Kevern, J. "Mix Design Development for Pervious Concrete in Cold Weather Climates," Final Report, Civil Engineering, Iowa State University, 2006]에 기재되어 있다. 복합 재료의 투과성을 증가시키는 것은 유출을 감소시키는데 유용하다. 다른 실시양태에서, 예를 들어 하기 추가로 기재된 실시양태에서, 복합 재료는 비다공성이다.
특정 실시양태에서, 탄성중합체 조성물의 인장 강도는, 최종 경화 상태에 접근 또는 도달하면, ASTM D 412 및/또는 ASTM D 638에 따라 전형적으로 약 1000 내지 약 3000 psi, 보다 전형적으로 약 1500 내지 약 3000 psi, 보다 더 전형적으로 약 2000 내지 약 3000 psi, 보다 더욱 더 전형적으로 약 2300 psi이다. 특정 실시양태에서, 탄성중합체 조성물의 신장률은, 최종 경화 상태에 접근 또는 도달하면, ASTM D 412 및/또는 ASTM D 638에 따라 전형적으로 약 20 내지 약 150%, 보다 전형적으로 약 60 내지 약 150%, 보다 더 전형적으로 약 90 내지 약 150%, 보다 더욱 더 전형적으로 약 100%이다.
특정 실시양태에서, 탄성중합체 조성물의 (그레이브(Grave's)) 인열 강도는, 최종 경화 상태에 접근 또는 도달하면, ASTM D 624에 따라 전형적으로 약 50 내지 약 400 ppi, 보다 전형적으로 약 200 내지 약 400 ppi, 보다 더 전형적으로 약 325 내지 약 400 ppi, 보다 더욱 더 전형적으로 약 365 ppi이다. 특정 실시양태에서, 탄성중합체 조성물의 경도계 쇼어(Shore) D 경도는, 최종 경화 상태에 접근 또는 도달하면, ASTM D 2240에 따라 전형적으로 약 20 내지 약 60, 보다 전형적으로 약 40 내지 약 60, 보다 더 전형적으로 약 50 내지 약 60, 보다 더욱 더 전형적으로 약 54이다. 특정 실시양태에서, 탄성중합체 조성물의 박리 강도는, 최종 경화 상태에 접근 또는 도달하면, ASTM D 6862에 따라 전형적으로 약 30 내지 약 80 ppi, 보다 전형적으로 약 50 내지 약 80 ppi, 보다 더 전형적으로 약 65 내지 약 80 ppi, 보다 더욱 더 전형적으로 약 75 ppi이다.
상기 기재된 바와 같이, 특정 실시양태에서, 탄성중합체 조성물은 이소시아네이트 예비중합체, 중합체 이소시아네이트, 소수성 폴리올 및 사슬 연장제의 반응 생성물을 포함한다. 다른 실시양태에서, 탄성중합체 조성물은 중간체 예비중합체, 소수성 폴리올 및 사슬 연장제의 반응 생성물을 포함한다.
중간체 예비중합체를 이용하는 실시양태에서, 중간체 예비중합체는 이소시아네이트 성분과 동등하다. 또다른 상기 방식에서, 이용된다면, 중간체 예비중합체는 이소시아네이트 성분을 대신하고, 이에 따라 이러한 실시양태 및 그의 기재에서 이소시아네이트 성분으로서 기능한다.
중간체 예비중합체는 전형적으로 이소시아네이트 예비중합체, 중합체 이소시아네이트 및 소수성 폴리올의 반응 생성물을 포함한다. 임의로는, 중간체 예비중합체는 사슬 연장제의 추가의 반응 생성물을 포함할 수 있다. 별법으로, 중간체 예비중합체는 이소시아네이트 예비중합체, 중합체 이소시아네이트 및 사슬 연장제의 반응 생성물을 포함한다. 임의로는, 중간체 예비중합체는 소수성 폴리올의 추가의 반응 생성물을 포함할 수 있다.
전형적으로, 탄성중합체 조성물을 형성하기 위해서 이용되는 이소시아네이트 예비중합체 및 중합체 이소시아네이트의 전체 양이 중간체 예비중합체를 형성하는데 사용된다. 대조적으로, 소수성 폴리올 및/또는 사슬 연장제의 단지 일부만이 중간체 예비중합체를 형성하는데 사용되고, 나머지 소수성 폴리올 및/또는 사슬 연장제는 수지 조성물로서 사용되기 위해 남겨진다.
이용된다면, 중간체 예비중합체는 이소시아네이트 성분의 원하는 NCO 함량을 달성하고, 탄성중합체 조성물의 경화 특성을 변경하고, 탄성중합체 조성물의 점도를 변경하는데 유용하다. 상기 시사되고 하기 추가로 기재된 바와 같이, 중간체 예비중합체는 수분이 많거나 습한 조건에서 사용하기에 특히 유용하다. 또한, 하기 실시예 부분을 참고하여 기타 이점들도 인식할 수 있을 것이다.
본 발명은 탄성중합체 조성물의 형성 방법을 추가로 제공한다. 상기 방법은 이소시아네이트 예비중합체, 중합체 이소시아네이트, 소수성 폴리올 및 사슬 연장제를 제공하는 단계를 포함한다. 특정 실시양태에서, 상기 방법은 이소시아네이트 예비중합체 및 중합체 이소시아네이트를 소수성 폴리올과 반응시켜 중간체 예비중합체를 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 상기 실시양태에서, 상기 방법은 중간체 예비중합체를 수지 성분과 반응시켜 탄성중합체 조성물을 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 전형적으로, 중간체 예비중합체는 수지 성분과 별도로 형성된다. 별법으로, 상기 기재된 바와 같이, 중간체 예비중합체는 이소시아네이트 예비중합체, 중합체 이소시아네이트 및 사슬 연장제의 반응 생성물을 포함한다.
일 실시양태에서, 탄성중합체 조성물을 형성하는 단계는 우선 이소시아네이트 예비중합체 및 중합체 이소시아네이트를 일정 양의 소수성 폴리올 및 임의로는 일정 양의 사슬 연장제와 반응시켜 중간체 예비중합체를 형성하는 별개 단계로서 추가로 정의된다. 이후, 중간체 예비중합체를 나머지 사슬 연장제 및 소수성 폴리올 (즉, 수지 성분) 중 1종 이상과 반응시켜 탄성중합체 조성물을 형성한다.
본 발명은 복합 재료를 형성하는 방법을 추가로 제공한다. 상기 방법은 골재를 제공하고 탄성중합체 조성물을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 탄성중합체 조성물을 골재에 도포하여 복합 재료를 형성하는 단계를 추가로 포함한다.
다양한 방법, 예를 들어 상기 기재된 방법으로 탄성중합체 조성물을 형성할 수 있다. 일 실시양태에서, 상기 방법은 이소시아네이트 예비중합체를 제공하고, 중합체 이소시아네이트를 제공하고, 소수성 폴리올을 제공하고, 사슬 연장제를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 이소시아네이트 예비중합체 및 중합체 이소시아네이트를 소수성 폴리올과 반응시켜 중간체 예비중합체를 형성하는 추가 단계를 포함한다. 전형적으로, 이소시아네이트 예비중합체 및 중합체 이소시아네이트를 소수성 폴리올과 반응시키는 단계 이전에 이소시아네이트 예비중합체 및 중합체 이소시아네이트를 혼합한다. 상기 방법은 중간체 예비중합체를 수지 조성물과 반응시켜 탄성중합체 조성물을 형성하는 추가 단계를 포함한다. 전형적으로, 반응 단계들은 서로 독립적으로 일어난다.
이소시아네이트 및 수지 성분으로부터 형성되는 경우, 탄성중합체 조성물의 이소시아네이트 지수는 전형적으로 약 70 내지 약 200, 보다 전형적으로 약 90 내지 약 175, 보다 더 전형적으로 약 100 내지 약 175, 보다 더욱 더 전형적으로 약 105 내지 약 168, 보다 더욱 더 전형적으로 약 121이다.
탄성중합체 조성물은 당업계에서 2K 탄성중합체 폴리우레탄 조성물로 지칭될 수 있다. 이소시아네이트 및 수지 성분을 혼합하여 탄성중합체 조성물의 반응 생성물을 형성한다. 본원에 사용되는 용어 반응 생성물은 반응 생성물이 골재와 접촉하여 복합 재료를 형성하는 경우에도 이소시아네이트와 수지 성분의 반응 생성물을 비롯한 이소시아네이트와 수지 성분 사이의 모든 단계의 상호작용 및/또는 반응을 포괄하는 것으로 의도된다. 일반적으로, 반응 생성물은 이소시아네이트 및 수지 성분이 서로 접촉하기 시작할 때 형성되기 시작한다.
전형적으로, 도포 단계는 골재를 탄성중합체 조성물로 코팅하는 것으로 추가로 정의된다. 적합한 코팅 방법으로는 골재를 장치에서 탄성중합체 조성물로 텀블-코팅하는 것이 포함된다. 적합한 장치로는 하기 추가로 기재된 것들이 포함되나, 이로 제한되지는 않는다. 전형적으로, 형성 및 도포 단계는 동시에 일어난다.
특정 실시양태에서, 탄성중합체 조성물을 골재에 도포하는 단계 이후에 복합 재료는 적어도 부분적으로 수중에 잠긴다. 이에 따라, 탄성중합체 조성물은 부분적으로 또는 완전히 수중에 잠긴 상태로 최종 경화 상태로 경화된다. 전형적으로, 탄성중합체 조성물의 표면, 즉, 탄성중합체 조성물을 형성하는 표면 및 물 사이의 계면은 복합 재료가 수중에 잠긴 동안 탄성중합체 조성물의 경화 중 기포 형성이 실질적으로 없다. 상기 언급된 기포 형성의 결여는 상기 시사된 바와 같이 중간체 예비중합체가 이용되는 경우 특히 그러하다. 이들 실시양태는 상기 소개된 바와 같이 해안선을 따라 접할 수 있다.
전형적으로, 탄성중합체 조성물의 표면은 탄성중합체 조성물을 도포하는 단계 중 기포 형성이 실질적으로 없다. 구체적으로, 탄성중합체 조성물의 소수성 본질로 인해, 심지어 물의 존재 하에서도, 예를 들어 복합 재료가 수중에서 형성 (즉, 경화)될 때에도 형성 중 탄성중합체 조성물의 표면에 기포가 거의 발생하지 않거나 전혀 발생하지 않는다. 또다른 상기 방식에서, 복합 재료의 형성 중 발포는 거의 또는 전혀 일어나지 않는다. 예를 들어, 이소시아네이트 및 수지 성분이 혼합되고, 탈기되고, 여전히 액체인 상태로 물에 덤핑(dumping)되고, 경질 탄성중합체로 경화된다면, 탄성중합체와 물 사이의 계면에서의 탄성중합체의 표면은 일반적으로 기포 형성, 혼탁함(cloudiness), 주름짐 및/또는 또다른 유형의 손상의 어떠한 조짐도 나타내지 않는다.
일반적으로, 이소시아네이트 및 수지 성분이, 예를 들어 이소시아네이트와 수지 성분을 함께 혼합함으로써 서로 접촉하게 되는 경우, 이소시아네이트 및 수지 성분은 반응하여 반응 생성물을 형성하기 시작한다. 형성 중 탄성중합체 조성물의 반응 생성물은 골재와 함께 부착되어 복합 재료를 형성한다. 골재를 도입하기 전에 일정 시간에 걸쳐 반응 생성물이 형성되기 시작할 수 있음을 인식하여야 한다. 복합 물품이 부분적으로 또는 완전히 수중에서 형성되는 경우 특히 그러하다. 예를 들어, 골재를 도입하기 전에 약 1 내지 약 25분 동안 반응 생성물이 반응하게 할 수 있다. 전형적으로, 골재는 반응 생성물이 최종 경화 상태에 도달하기 전에 도입한다. 또한, 이소시아네이트 및 수지 성분이 서로 접촉된 후 일정 시간 동안 이소시아네이트와 수지 성분 사이의 반응이 지연될 수 있음을 인식하여야 한다.
이소시아네이트와 수지 성분 사이의 반응은 당업계에서 보통 가교 또는 가교 반응으로 지칭되며, 이는 일반적으로 반응 생성물에서 분자 사슬, 즉, 분자량을 구축하여 가교된 구조물을 생성한다. 성분들 중 1종 이상에 열을 적용하여 이소시아네이트와 수지 성분 사이의 반응을 촉발시키고/시키거나 가속화시킬 수 있지만 이소시아네이트와 수지 성분의 반응은 다양한 온도, 예를 들어 실온 또는 상온에서 일어날 수 있다. 특정 실시양태에서, 비록 이용되는 특정 성분에 부분적으로 좌우되지만, 열의 적용은 이소시아네이트와 수지 성분 사이의 반응을 가속화시킨다. 전형적으로, 예를 들어 중간체 예비중합체가 형성되는 경우 반응 단계 중 적어도 하나가 하나 이상의 반응 용기에서 일어난다.
복합 재료는 다양한 적용분야 및 다양한 장소에 사용할 수 있다. 예를 들어, 복합 재료는 성형하거나, 스크리딩(screeding)하거나, 압축하거나 또는 평평하게 하여 포장을 형성할 수 있다. 복합 재료를 이용하는 적용분야의 예로는 호안(revetment), 철로 노반(rail-road track bed), 포장, 보도(sidewalk), 파티오(patio), 트랙(track), 운동장 표면, 산길(trail), 풍경 특징(landscape feature), 진수(boat launch) 영역 등의 형성이 포함되나, 이로 제한되지는 않는다. 이렇게 복합 재료를 도포하여 침식을 방지하고/하거나 음향 전송률을 감소시킬 수 있다. 상기 언급된 도포는, 예를 들어 토목 공학 및 도로 건설의 각각의 분야의 당업자들에 의해 이해되는 방법에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 콘크리트를 본 발명의 복합 재료로 대체한 것을 제외하고는 통상의 포장 공정을 사용할 수 있다.
추가의 예로서, 포장의 특정 실시양태는 저 슬럼프 콘크리트(low slump concrete)와 유사하게 형성 및 마감될 수 있다. 콘크리트 또는 모르타르(mortar) 혼합기를 사용하여 소규모로 배치식 공정에서 복합 재료를 혼합할 수 있다. 탄성중합체 조성물을 혼합기에서 혼합하고 골재에 첨가하고, 수분 동안 블렌딩한 후 형틀(form)에 위치시켰다. 진동 스크리드를 사용하여 형틀 내에 복합 재료의 약한 압축/고정을 제공할 수 있다. 표면을 불 플로우트(bull float; 프레스노 블레이드(Fresno blade)) 또는 전동 트로웰(power trowel)로 작업하여 매끄러운 마감을 얻을 수 있고, 형틀 주위의 가장자리는 가장자리 트로웰(edge trowel)로 마감할 수 있다.
기상 조건에 따라, 복합 재료는 약 4 내지 6시간 내에 지촉건조(tack free) 상태일 수 있고, 약 24시간에 그 위를 걸을 수 있으며, 전형적으로 72시간 내에 그의 최종 경도의 약 95%를 달성한다. 표면 위로 운전하는 경우, 전형적으로 약 4일 후 차량 통행의 힘을 견딜 수 있다. 임의로는, 비틀림력(torsional force), 예를 들어 그 위를 회전하는 타이어로부터의 비틀림력에 매우 안정한 마모 표면을 보장하도록 복합 재료가 지촉건조된 이후에 지방족 폴리우레탄 표면 코팅을 그 위에 분무하거나 롤링할 수 있다. 또한, 모래 또는 기타 작은 골재 또는 미세입자를 경화 탑 코트 상에 살포하여 유동 인구(foot traffic)가 많은 경사면 또는 영역에 미끄럼방지 표면을 제공할 수 있다.
전형적으로, 복합 재료는 일단 경화되면 자기-지지형(self-supporting)이다. 또다른 상기 방식에서, 지지 구조물은 복합 재료를 지지하거나 또는 복합 재료 내에 내장되는 것이 요구되지 않는다. 포장 도포에 사용되는 통상의 지지 구조물의 예로는 프레스토지오 시스템즈®(PRESTOGEO SYSTEMS®; 미국 위스콘신주 애플톤 소재)로부터 구입가능한 지오블록(GEOBLOCK)®이 있다. 이러한 지지 구조물을 사용하는 한가지 단점은 지지 구조물의 열 팽창 계수가 복합 재료의 골재, 예를 들어 유리의 열 팽창 계수보다 유의하게 크다는 것이다. 구체적으로, 골재의 열 팽창 계수는 전형적으로 지지 구조물의 열 팽창 계수보다 작다. 골재의 열 팽창 계수와 지지 구조물의 열 팽창 계수 사이의 차이는 복합 재료의 불량으로 귀결될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 특정 실시양태에서, 본 발명의 복합 재료는, 일단 경화되면, 부가 지지 구조물, 예를 들어 지오블록®이 전혀 없다. 예를 들어, 지지 구조물에 의존하지 않고 복합 재료를 포장 도포용으로 사용할 수 있다. 놀랍게도, 본 발명의 탄성중합체 조성물은, 예를 들어 복합 재료 및 내장형 또는 밑에 있는 지지 구조물 사이의 열 팽창 및 수축 차이로 인한 포장의 뒤틀림(warping) 또는 비틀림(buckling)에 의해, 이들을 포함하는 경화된 복합 물품에 부정적으로 영향을 미칠 수 있는 이러한 지지 구조물의 배제를 가능케 한다.
최종 경화 상태 이전 또는 최종 경화 상태 이후의 복합 재료는 다양한 치수의 다양한 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 두께가 약 0.5 내지 약 6.0 인치, 보다 전형적으로 약 1.0 내지 약 4.0 인치, 보다 더 전형적으로 약 2.0 내지 약 3.0 인치인 복합 재료는 본질적으로 평면일 수 있다 (예를 들어, 복합 재료가 포장으로 이용될 때). 복합 재료의 두께는 그의 적용분야에 따라 균일할 수 있거나 다양할 수 있음을 인식하여야 한다.
복합 재료의 탄성중합체 조성물이 경화되기 시작하면, 복합 재료가 더 이상 유연하거나 작업가능하지 않도록 복합 재료가 경화 상태에 도달할 때까지 복합 재료는 제한된 시간 동안만 유연하거나 작업가능하다. 전형적으로, 복합 재료의 가사 시간은 약 1 내지 약 40분, 보다 전형적으로 약 1 내지 약 30분, 보다 더 전형적으로 약 1 내지 약 20분이다. 일 실시양태에서, 복합 재료의 가사 시간은 약 30 내지 45분이다. 탄성중합체 조성물이 완전히 경화되면, 복합 재료가 완전히 형성된다. 복합 재료는, 완전히 경화되었을 때에도, 다양한 적용분야를 위해 예를 들어 복합 재료를 절단 또는 샌딩(sanding)하여 추가로 가공할 수 있다. 복합 재료의 최종 경화 시간은 많은 변수에 의해 영향을 받을 수 있다. 전형적으로, 복합 재료는 약 72℉의 평균 온도 및 약 50%의 평균 상대 습도에서 약 30일 후 최종 경화 상태에 도달한다.
상기 방법에서, 탄성중합체 조성물로 골재를 코팅하는 단계는 많은 상이한 방법을 통해 달성될 수 있고, 배치식, 반-배치식 또는 연속식 공정일 수 있다. 일 실시양태에서, 골재 및 탄성중합체 조성물을 일정 기간 동안 혼합한다. 탄성중합체 조성물이 골재로 도입되기 이전에 또는 그 동안에 형성될 수 있음을 인식하여야 한다. 별법으로, 골재, 이소시아네이트 성분 및 수지 성분을 동시에 도입하고 혼합할 수 있다. 복합 재료를 형성하기 위한 성분의 첨가 순서는 임의의 순서일 수 있다. 상기 언급된 기간은 탄성중합체 조성물이 골재와 혼합되는 기간이다. 상기 기간은 골재를 탄성중합체 조성물로 코팅하는데 충분하고, 전형적으로 약 10초 내지 약 10분, 보다 전형적으로 약 10초 내지 약 5분이다. 탄성중합체 조성물로 코팅된 골재는 복합 재료를 형성하기 위한 탄성중합체 조성물의 완전 경화 전에 전형적으로 혼합기 또는 임의의 다른 장치로부터 제거된다.
탄성중합체 조성물 및 골재는 회전 드럼, 텀블러, 단일축 배치식 혼합기, 쌍축 배치식 혼합기, 나선형-블레이드 드럼 등을 비롯한 당업계에 공지된 임의의 방법에 의해 혼합될 수 있다. 본 발명의 또다른 실시양태에서, 탄성중합체 조성물로 골재를 코팅하는 단계는 분무에 의해 달성된다. 이 실시양태에서, 탄성중합체 조성물은 적어도 부분적으로 분무 단계 이전에 또는 그 동안에 형성될 수 있다. 분무는 당업계에 공지된 임의의 방법, 예를 들어 탄성중합체 조성물 중 성분들의 충돌(impingement) 혼합, 기계적 혼합 및 분무 등에 의해 달성될 수 있다. 복합 재료를 형성하는데 적합한 장치의 구체적인 예는, 전문을 본원에 참조로 인용하는 PCT/EP2010/058989호에 개시되어 있다. 골재는 움직이지 않을 수 있거나, 또는 별법으로 골재가 텀블러 또는 다른 이동가능한 드럼에서 이동함에 따라 분무된 탄성중합체 조성물에 노출되는 골재의 표면적이 증가하도록 골재는 텀블러 또는 다른 이동가능한 드럼에 배치될 수 있음을 인식하여야 한다. 또한, 골재는 암석이 복합 재료가 그 위에 형성되는 지역, 예를 들어 해안 지역을 따라 배치되는 동안 분무될 수 있다. 상기 기재된 바와 같이, 골재가 텀블러에 있는 동안 골재가 분무되는 경우, 전형적으로 복합 재료를 형성하기 위해 탄성중합체 결합 조성물이 완전히 경화되기 전에 텀블러로부터 탄성중합체 조성물로 코팅된 골재를 제거한다.
탄성중합체 조성물이 분무되는 경우, 이소시아네이트 성분 및 수지 성분은 분무기의 노즐로부터 나오기 전에 또는 나온 후에 혼합될 수 있음을 인식하여야 한다. 일 실시양태에서, 수지 및 이소시아네이트 성분은 분무기의 노즐로부터 나올 때 별개의 스트림이고 골재를 코팅하기 전에 혼합된다. 다른 실시양태에서, 수지 및 이소시아네이트 성분은 분무기의 노즐을 떠나기 전에 예비혼합된다. 예를 들어, 일 실시양태에서, 중간체 예비중합체는 탄성중합체 조성물이 형성되기 전에 형성된다.
골재가 탄성중합체 조성물로 코팅된 후, 그리고 이들을 임의 혼합한 후, 탄성중합체 조성물은 경화되어 복합 재료를 형성한다. 골재, 예를 들어 암석, 및 탄성중합체 조성물이 혼합기에서 혼합되는 실시양태에서, 탄성중합체 조성물은 전형적으로 혼합기의 외부에서 경화된다. 예를 들어, 탄성중합체 조성물의 완전 경화 전에 강화하고자 하는 복합 재료가 해안 지역을 따라 위치할 수 있다.
하나 이상의 층, 예를 들어 보상층을 해안 지역에 위치시킨 후 탄성중합체 조성물로 코팅된 골재를 그 위에 두어 복합 재료의 내구성 및 접착력을 추가로 증가시킬 수 있음을 인식하여야 한다. 일 실시양태에서, 보상층은 해안 지역에 위치하고, 탄성중합체 조성물로 코팅된 골재는 탄성중합체 조성물이 완전히 경화되기 전에 그 위에 위치한다. 탄성중합체 조성물의 경화는 전형적으로 수동적이다. 즉, 결합 조성물을 경화시키기 위해서 확인 단계, 예를 들어 가열 등이 필요하지 않고, 경화는 자연스럽게 일어난다.
전형적으로, 복합 재료에 대한 필요성은 물이 해안 지역 침식의 현재의 위협을 제기함으로써, 물의 제거가 시간 소모가 크고, 어렵고, 힘들어질 수 있을 때 존재한다. 탄성중합체 조성물은, 특히 중간체 예비중합체가 이용될 때, 탄성중합체 조성물과 골재, 예를 들어 암석 사이의 뛰어난 응집 강도를 유지하면서 물의 존재 하에 경화될 수 있다. 물의 존재 하에 경화되는 능력은 시스템의 성분, 예를 들어 소수성 폴리올에 기인할 수 있다. 물은 다양한 공급원, 예를 들어 비, 만조, 해안 지역 부근의 수역으로부터의 파도 등으로부터 존재할 수 있다. 또한, 상기 기재된 바와 같이, 수중, 즉, 부분적으로 또는 완전히 잠긴 상태에서, 탄성중합체 조성물과 골재 사이의 뛰어난 응집력, 뛰어난 내구성 및 그로부터 형성된 복합 재료의 뛰어난 압축률을 유지하면서 탄성중합체 조성물이 경화될 수 있음을 인식하여야 한다. 수중에서 경화되는 능력은 탄성중합체 조성물 및 그로부터 형성된 복합 재료의 융통성을 크게 향상시킨다.
복합 재료는 또한 폐쇄형 또는 개방형 금형일 수 있는 금형에서 적어도 부분적으로 경화될 수 있다. 금형은 탄성중합체 조성물로 코팅된 골재를 실질적으로 캡슐화하는 공동을 한정할 수 있거나, 또는 별법으로 탄성중합체 조성물로 코팅된 골재를 실질적으로 캡슐화하지 않는 개방형 공동을 한정할 수 있다. 추가로, 금형은 반응 사출 금형 (RIM)일 수 있는데, 이때 이소시아네이트 및 수지 성분은 골재가 그 안에 배치된 금형으로 별도로 주입된다. 금형은 다양한 형태의 복합 재료, 예를 들어 벽돌을 형성하는데 유용할 수 있다.
부분적으로는 시스템이 이용되는 환경에 따라 반복하기 위해, 소수성 폴리올이 이소시아네이트 예비중합체, 중합체 이소시아네이트 및 물 분자 간의 경쟁 반응을 방지하고/하거나 최소화하는데 유용하다. 추가로, 소수성 폴리올은 이소시아네이트 예비중합체 및/또는 중합체 이소시아네이트와 반응하여 탄성중합체 조성물을 형성한다. 물 및 NCO 관능기 함유 성분, 즉, 이소시아네이트 예비중합체 및 중합체 이소시아네이트는 서로의 존재 하에서 쉽게 반응한다. 경화가 완료되기 전에 통상의 조성물이 물에 노출되는 경우, 물과 이소시아네이트 성분 간의 경쟁 반응은 생성되는 통상의 복합 재료에 내구성 감소, 응집 강도 감소, 인장 강도 감소 등과 같은 바람직하지 않은 영향을 미칠 수 있다. 그러나, 본 발명에서 수지 성분은 강한 혐수성을 갖고, 이로 인해 이소시아네이트 성분과 물 간의 상호 작용 및 경쟁 반응을 감소시킨다. 본 발명의 복합 재료가 호안에 사용되는 경우, 탄성중합체 조성물은 상기 기재한 바와 같이 경화가 완료되기 전에 물에 빈번하게 노출된다.
본 발명의 복합 포장 구조물이 이제 기재될 것이다. 복합 포장 구조물은 기층 및 마모층을 포함한다. 마모층은 전형적으로 기층 위에 배치된다. 층은 서로 접촉할 수 있거나, 하나 이상의 간섭층, 예를 들어 토목섬유층(geosynthetic layer), 중간층(intermediate course layer) 등으로 인해 분리될 수 있다.
마모층은 다양한 재료로부터 형성될 수 있다. 마모층은 골재를 포함한다. 전형적으로, 마모층은 아스팔트 및/또는 콘크리트를 포함한다. 그러나, 마모층은 기타 재료, 예를 들어 본 발명의 복합 재료로부터 형성될 수 있다. 아스팔트 및 콘크리트는 당업계에 인식된 통상의 아스팔트 및 콘크리트, 예를 들어 아스팔트 콘크리트 조성물, 칩 씰 (chip seal) 조성물 등으로부터 형성될 수 있다. 이에 따라, 특정 실시양태에서, 마모층은 본 발명의 탄성중합체 조성물을 완전하게 배제한다.
기층은 골재 및 탄성중합체 조성물을 포함하고, 골재 및 탄성중합체 조성물은 모두 복합 재료의 기재에서 상기 기재되고 예시되어 있다. 전형적으로, 골재는 암석 또는 석재이다. 그러나, 다른 유형의 골재, 예를 들어 상기 기재되고 예시된 것들, 예를 들어 유리, 고무 등도 사용될 수 있다. 기층의 골재는 마모층의 골재와 동일하거나 또는 상이할 수 있으며, 예를 들어 유형, 크기, 입자 크기 분포 등에 있어 상이할 수 있다. 특정 실시양태에서, 골재는 개립도 분쇄 자갈 (open-graded crushed gravel)이다. 골재는 다양한 크기일 수 있으나, 특히 골재가 자갈인 경우 전형적으로 직경이 약 1 내지 약 100 mm, 보다 전형적으로 약 2 내지 약 64 mm이다. 복합 재료의 기재와 관련하여 상기 기재된 바와 같이, 기층의 골재는 탄성중합체 조성물에 의해 구속된다.
전형적으로, 기층은 다공성이나, 특정 실시양태에서, 기층은 비다공성이다. 기층의 다공성은 기층의 압축 수준 및/또는 상기 기재되고 예시된 바와 같은 방법, 예를 들어 탄성중합체 조성물의 증가, 미세입자의 사용 등에 의해 제어할 수 있다.
탄성중합체 조성물은 기층에 다양한 양으로, 전형적으로 기층의 100 중량부를 기준으로 약 1 내지 약 10 중량부의 양으로 존재할 수 있다. 또한, 예를 들어 그의 기공 공간을 채움으로써 기층의 다공성을 감소시키기 위해서 추가 량의 탄성중합체 조성물을 또한 이용할 수 있다는 것을 인식하여야 한다.
복합 포장 구조물은 당업계에서 이해되는 다양한 방법, 예를 들어 통상의 포장을 형성하는데 이용되는 방법에 의해 형성될 수 있다. 복합 포장 구조물은 현장 내 또는 현장 외 형성될 수 있다. 전형적으로, 복합 포장 구조물은 차도, 좁은 길, 주차장, 간선도로, 둑길 등이 바람직한 장소에서 형성된다.
복합 포장 구조물을 형성하는 방법이 이제 기재될 것이며, 보다 구체적으로는 일정 영역을 복합 포장 구조물로 포장하는 방법이 기재될 것이다. 영역은 지면 위, 예를 들어 형틀 또는 금형으로 한정된 영역일 수 있거나, 지면 또는 유사 구조물 그 자체일 수 있다. 본 발명은 임의의 특정 영역으로 한정되지 않는다. 영역은 일반적으로 공동을 포함한다. 공동은 지면의 일부를 파내거나 공동을 한정하는 형틀을 지면 위에 준비함으로써 형성될 수 있다.
상기 방법은 기층의 골재를 탄성중합체 조성물로 코팅하여 복합 재료를 형성하는 단계를 포함한다. 일반적으로, 복합 재료는 상기 기재되고 예시된 복합 재료와 동일하다. 골재의 코팅은 다양한 방식으로, 예를 들어 골재에 탄성중합체 조성물을 분무하거나 골재를 탄성중합체 조성물과 텀블링시킴으로써 달성할 수 있다. 예를 들어, 오거(auger)/혼합기, 또는 상기 기재되고 예시된 장치에서 복합 재료를 형성할 수 있다. 전형적으로, 분무를 사용할 수도 있으나 일단 경화되면 텀블-코팅(tumble-coating)에 의해 더 강한 복합 재료가 제공될 것이다.
상기 방법은 복합 재료를 공동에 배치하여 기층을 형성하는 것, 예를 들어 공동에 복합 재료를 물리적으로 덤핑하고, 임의로는 평탄화하는 것을 추가로 포함한다. 상기 기재한 바와 같이, 기층을 압축하여 기층의 다공성을 감소시킬 수 있다. 복합 재료는 전형적으로 약 2시간의 접촉에 경화된다. 그러나, 이러한 시간 동안 기다리는 것은 요구되지 않는다.
상기 방법은 마모 조성물을 기층에 도포하여 마모층을 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 마모층은 다양한 조성물, 예를 들어 상기 기재된 복합 재료로부터 형성될 수 있다. 보다 전형적으로, 마모 조성물은 아스팔트 조성물 및/또는 콘크리트 조성물이다. 상기 기재된 것과 같이, 마모층은 당업계에 인식된 통상의 방법, 예를 들어 아스팔트를 까는 통상의 방법을 통해 형성될 수 있다. 또한, 복합 포장 구조물은 하기 기재된 추가 성분을 포함할 수 있다.
이제 도면을 참고로 하면, 도 1은 포장 구조물 (20)을 통한 물 이동 (22)을 도시하는 포장 구조물 (20)의 부분 단면도이고, 물 이동은 포장 구조물 표면의 크랙으로부터 시작한다. 크랙은 포장 구조물 (20) 상의 마손 (wear and tear)으로부터 시간 경과에 따라 발달한다. 도시된 것과 같이, 물은 추가의 성능 저하를 유발하지 않고 나머지 포장 구조물 (20)을 통해 이동할 수 있다.
이러한 포장 구조물 (20)을 위치시키기 위해, 네이티브 토양(native soil) (24) (또는 "지면")은 전형적으로 지역의 기상 조건 및 네이티브 토양 (24)이 배수되는 방법에 적합한 깊이로 굴착된다. 일부 북부지역 기후에서는, 이는 더 많이는 아니더라도 24인치 정도일 수 있다. 상기 영역은 토목섬유층 (도시되지 않음)으로 덧대어질 수 있다. 예를 들어, 포장 구조물 (20)이 네이티브 토양 (24)의 상부에 건설되는 경우, 굴착은 요구되지 않을 수 있음을 인식하여야 한다.
이용된다면, 토목섬유층은 포장 구조물 (20)의 상이한 수준에 위치할 수 있다. 적합한 토목섬유의 예로는 지오텍스타일(geotextile), 지오그리드(geogrid), 지오네트(geonet), 지오멤브레인(geomembrane), 토목섬유 클레이 라이너(clay liner), 지오폼(geofoam), 배수/침투 셀, 지오컴포지트(geocomposite) 등이 포함된다. 토목섬유층을 이용하는 특정 실시양태에서, 토목섬유층은 지오텍스타일, 예를 들어 부직 지오텍스타일이다. 특정 실시양태에서, 포장 구조물 (20)은 미국 특허 공보 제2009/0067924호 및 제2009/0067295호에 개시된 것과 같은 부가 지지체 구조물 또는 그리드가 없다.
포장 구조물 (20)은 기층 (26) 및 마모층 (28)을 포함한다. 마모층 (28)의 두께는 (T1)이고, 기층 (26)의 두께는 (T2)이다. 기층 (26)은 전형적으로 다공성이나; 기층 (26)이 비다공성인 실시양태가 존재한다. 마모층 (28)의 두께 (T1)은 최종 적용분야, 예를 들어 보도 또는 차도 포장용인지에 따라 달라질 수 있으며, 즉, 차도 포장은 하중 요건의 증가로 인해 더 두꺼울 것이다. 층 (26), (28) 각각의 두께 T는 일정한 축적으로 도시된 것은 아니고 더 크거나 더 작은 크기일 수 있으며, 이러한 두께 T는 일정하거나 변할 수 있음을 인식하여야 한다. 포장 구조물 (20)은 또한 기층 (26) 아래에 추가의 저장 기부 또는 지하 저장부 (도시되지 않음)를 포함할 수 있다.
도 2는 기층 (26), 예를 들어 도 1의 기층 (26)의 다공성 실시양태를 묘사하는 확대도이다. 기층 (26)은 경화 상태의 탄성중합체 조성물 (28) 및 골재 (30)를 포함한다. 전형적으로, 경화된 탄성중합체 조성물 (28)은 기포 및/또는 공극 그 자체가 실질적으로 내지 완전히 없는 것이다. 기층 (26)은 다수의 공극 공간 (32)을 한정한다. 골재 (30)는 탄성중합체 조성물 (28)에 의해 완전히 또는 부분적으로 캡슐화될 수 있음을 인식하여야 한다. 전형적으로, 기층 (26)이 다공성 구성인 경우, 기층 (26) 또는 그의 공극 공간 (32) 내부에 미세입자는 거의 내지 전혀 없다.
도 3은 기층 (26)의 비다공성 실시양태를 묘사하는 확대도이다. 묘사된 바와 같이, 도 2에 묘사된 기층 (26)에 비해 공극 공간 (32)의 수가 적고 크기가 작다. 이러한 기층 (26)의 다공성에서 비다공성 상태로의 변화는 골재 (30)의 양에 비해 탄성중합체 조성물 (28)의 양이 증가하는 것으로부터, 설치 동안에 압축이 증가하는 것으로부터 및/또는 보다 작은 골재 (30) 또는 심지어 미세입자 (도시되지 않음)가 공극 공간 (32)의 전부는 아니라도 많은 곳을 채우는 골재 (30)의 상이한 크기 분포로부터 일어날 수 있다. 다른 실시양태 (도시되지 않음)에서, 기층 (26)은 공극 공간 (32)을 전혀 갖지 않을 수 있다.
본 발명의 시스템, 탄성중합체 조성물 및 복합 재료를 예시하는 하기 실시예는 본 발명을 예시하고자 하며 제한하고자 하지는 않는다.
<실시예>
시스템의 수지 및 이소시아네이트 성분의 실시예를 제조하였다. 탄성중합체 조성물의 실시예를 또한 제조하였다. 수지 및 이소시아네이트 성분은 이들 각 성분들을 용기에서 혼합하여 형성하였다. 상기 용기는 교반을 견딜 수 있고, 화학 반응성에 대한 내성을 갖는 컨테이너이다. 수지 성분 및 이소시아네이트 성분을 혼합기를 사용하여 1 내지 3분 동안 1000 내지 3500 rpm에서 혼합하였다. 수지 및 이소시아네이트 성분을 유사한 방식으로 혼합하여 탄성중합체 조성물을 형성하였다.
수지 및 이소시아네이트 성분을 형성하는데 사용된 각 성분의 양 및 유형은 하기 표 1 및 2에 나타내었고, 모든 값은 다른 언급이 없는 한 각 수지 또는 이소시아네이트 성분 100 중량부를 기준으로 한 중량부 (pbw)이었다. 기호 '-'는 각 수지 또는 이소시아네이트 성분 중에 해당 성분이 없음을 나타낸다.
수지 성분 실시예 1 실시예 2 실시예 3
소수성 폴리올 1 73.00 - -
소수성 폴리올 2 20.00 - -
소수성 폴리올 3 - 69.50 -
소수성 폴리올 4 - 15.23 -
소수성 폴리올 5 - 3.81 -
소수성 폴리올 6 - - 50.00
부가 폴리올 - - 49.45
사슬 연장제 - - -
분자 체 1 6.95 6.62 -
분자 체 2 - - 0.50
아미노실란 - - -
발포방지제 1 0.05 - -
발포방지제 2 - 0.05 0.05
흄드 실리카 - 4.79 -
수지 (총합) 100.00 100.00 100.00
이소시아네이트 성분 실시예 1 실시예 2 실시예 3
이소시아네이트 예비중합체 - - -
중합체 이소시아네이트 100.00 100.00 100.00
이소시아네이트
(총합)		 100.00 100.00 100.00
탄성중합체 조성물 실시예 1 실시예 2 실시예 3
수지/이소시아네이트 중량비 2.000 2.000 1.222
이소시아네이트 지수 118 138 124
수지 성분 실시예 4 실시예 5 실시예 6
소수성 폴리올 1 - - -
소수성 폴리올 2 - - -
소수성 폴리올 3 - - -
소수성 폴리올 4 16.40 - -
소수성 폴리올 5 4.10 - -
소수성 폴리올 6 78.45 91.95 92.45
부가 폴리올 - - -
사슬 연장제 - 7.00 7.00
분자 체 1 - -
분자 체 2 0.50 0.50 0.50
아미노실란 0.50 0.50 -
발포방지제 1 - - -
발포방지제 2 0.05 0.05 0.05
흄드 실리카 - - -
수지 (종합) 100.00 100.00 100.00
이소시아네이트 성분 실시예 4 실시예 5 실시예 6
이소시아네이트 예비중합체 - 60.00 60.00
중합체 이소시아네이트 100.00 40.00 40.00
이소시아네이트
(총합)		 100.00 100.00 100.00
탄성중합체 조성물 실시예 4 실시예 5 실시예 6
수지/이소시아네이트 중량비 1.916 1.400 1.404
이소시아네이트 지수 136 121 121
소수성 폴리올 1은 코그니스 코포레이션으로부터 구입가능한, 히드록실가가 160 내지 185 mg KOH/g이고 관능가가 약 3.5인 분지형 폴리에테르/폴리에스테르 폴리올이다.
소수성 폴리올 2는 코그니스 코포레이션으로부터 구입가능한, 히드록실가가 210 내지 245 mg KOH/g이고 관능가가 약 2.1인 약간 분지형의 폴리에테르/폴리에스테르 폴리올이다.
소수성 폴리올 3은 코그니스 코포레이션으로부터 구입가능한, 히드록실가가 160 내지 185 mg KOH/g이고 관능가가 약 3.5인 분지형 폴리에테르/폴리에스테르 폴리올이다.
소수성 폴리올 4는 코그니스 코포레이션으로부터 구입가능한, 히드록실가가 117 내지 130 mg KOH/g이고 관능가가 약 2.2인 약간 분지형의 지방족 디올이다.
소수성 폴리올 5는 코그니스 코포레이션으로부터 구입가능한, 히드록실가가 300 내지 330 mg KOH/g이고 관능가가 약 3.0인 분지형 폴리에테르/폴리에스테르 폴리올이다.
소수성 폴리올 6은 이글 스페셜티 프로덕츠 인코포레이티드로부터 구입가능한 피마자유이다.
부가 폴리올은 바스프 코포레이션으로부터 구입가능하고 히드록실가가 388 내지 408 mg KOH/g인, 프로필렌 옥사이드를 글리세린 개시제에 첨가하여 형성된 3관능성 폴리올이다.
사슬 연장제는 DPG이다.
분자 체 1은 자캅 엘.엘.씨.(JACAAB L.L.C.; 미국 미주리주 세인트 루이스 소재)로부터 구입가능한 베이리쓰 페이스트이다.
분자 체 2는 몰레큘라 시브 3A이다.
아미노실란은 모멘티브 퍼포먼스 프로덕츠로부터 구입가능한 실퀘스트® A-1100이다.
발포방지제 1은 다우 코닝으로부터 구입가능한 안티폼 MSA이다.
발포방지제 2는 다우 코닝으로부터 구입가능한 안티폼 A이다.
흄드 실리카는 에보니크 데구사(Evonik Degussa)으로부터 구입가능한 에어로실® R-972이다.
이소시아네이트 예비중합체는 바스프 코포레이션으로부터 구입가능한, 순수한 4,4'-MDI를 기재로 하고 NCO 함량이 22.9 중량%인 액체 개질 단쇄 예비중합체이다.
중합체 이소시아네이트는 바스프 코포레이션으로부터 구입가능한, 관능가가 약 2.7이고 NCO 함량이 31.5 중량%인 PMDI이다.
실시예 1 내지 4는 비교예이고, 실시예 5 및 6이 본 발명의 실시예이다. 실시예 2는 불량한 재현성을 보여주었다. 실시예 3은 물에 영향을 받기 쉬워, 이로부터 형성된 복합 재료에 불량을 일으켰다. 실시예 4, 5 및 6은 뛰어난 소수성 및 강도 특성을 나타내었다.
복합 재료의 물리적 특성을 평가하기 위해, 다양한 시험을 수행하였다. 분쇄 강도 (또는 압축 강도)는 ASTM D 1621에 따라 측정하였다. 굴곡 강도는 ASTM D 790에 따라 측정하였다. 굴곡 탄성률은 ASTM D 790에 따라 측정하였다. 다공성 (또는 공극 부피)은 문헌 [Montes, F., Valavala, S., and Haselbach, L. "A New Test Method for Porosity Measurements of Portland Cement Pervious Concrete," J. ASTM Int. 2(1), 2005] 및 [Crouch, L. K., Cates, M., Dotson, V. James, Jr., Honeycutt, Keith B., and Badoe, D. A. "Measuring the Effective Air Void Content of Portland Cement Pervious Pavements," ASTM Journal of Cement, Concrete, and Aggregates, 25(1), 2003]에 기재된 방법 중 하나에 의해 측정하였다. 투과성은 문헌 [Montes, F., Haselbach, L. "Measuring Hydraulic Conductivity in Pervious Concrete," Env. Eng. Sci. 23(6), 2006] 및 [Schaefer, V., Wang, K., Suleimman, M. and Kevern, J. "Mix Design Development for Pervious Concrete in Cold Weather Climates," Final Report, Civil Engineering, Iowa State University, 2006]에 기재된 방법 중 하나에 의해 측정하였다.
실시예 1 내지 5의 탄성중합체 조성물의 물리적 시험 결과를 하기 표 3에 나타내었다. 기호 '---'는 결과가 시험되지 않았거나 얻어지지 않았음을 나타낸다.
탄성중합체 조성물 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
인장 강도 (psi) 3,190 --- 7,517 871 2,324
신장률 (%) 20 --- 6 92 99
그레이브 인열 강도 (ppi) 188 --- 405 64 365
경도계 쇼어 경도 70 (D) --- 68 (D) 74 (A) 54 (D)
Tg (℃) --- --- 70 24 41
실시예 6의 탄성중합체 조성물 뿐 아니라 상기 조성물 및 골재를 포함하는 복합 재료의 물리적 시험 결과를 하기 표 4에 나타내었다. 복합 재료를 형성하기 위해, 4.2 중량%의 탄성중합체 조성물을 95.8 중량%의 골재와 혼합하였고, 이때 하기 실시예 6에서 골재는 평균 직경이 약 1/4 인치인 100% 유리였다. 상기 유리는 글래스 플러스 인코포레이티드 (미국 위스콘신주 토마호크 소재)로부터 구입가능하였다. 유리는 실릴화하였다. 유리를 실릴화하기 위해서, 유리를 모멘티브 퍼포먼스 프로덕츠로부터 구입가능한 0.3 중량%의 실퀘스트® A-1120을 포함하는 수용액과 텀블링하였다. 유리를 표면 처리하기 위해, 수용액 5 부를 유리 100 부와 약 5분 동안 텀블링하였다. 이어서 수용액을 배출시키고 유리를 건조시켰다. 이렇게 표면 처리된 (또는 "실릴화된") 유리를 사용하여 복합 재료를 형성하였다. 상기 다른 방식으로, 유리는, 유리와 반응하는 유기관능성 알콕시 실란, 즉, 실퀘스트® A-1120에 의해 부여된 하나 이상의 관능기를 포함하였다. 관능기, 예를 들어 아민 기는 탄성중합체 조성물의 이소시아네이트 관능기와 반응성이었다. 유리의 관능기가 탄성중합체 조성물을 형성하기 위한 반응의 일부가 되도록, 이소시아네이트 관능기는 탄성중합체 조성물을 형성하기 위한 반응 이후에, 예를 들어 오버 인덱싱의 경우에 유리 이소시아네이트 관능기이거나, 탄성중합체 조성물 자체의 하나 이상의 성분, 예를 들어 이소시아네이트 예비중합체에 의해 부여되는 이소시아네이트 관능기일 수 있다. 하기 실시예 6*의 결과에서, 복합 재료는 골재로서 표면 처리된 유리를 사용한 것이었다.
탄성중합체 조성물 실시예 6
인장 강도 (psi) 2,685
신장률 (%) 100
그레이브 인열 강도 (ppi) 426
경도계 쇼어 경도 (D) 56
박리 강도 (ppi) 75
Tg (℃) 44
복합 재료 실시예 6*
분쇄 강도 (psi) 1,550
굴곡 강도 (psi) 711
굴곡 탄성률 (psi) 84,633
다공성 (%) 37.6
투과성 (인치/시간) 1,650
처리되지 않은 유리 및 표면 처리된 유리를 사용하는 복합 재료를 둘 다 제조하고 시험하였다. 하기 표 5에서, 상기 기재되고 예시된 바와 같이, 실시예 6의 복합 재료는 처리되지 않은 유리를 포함하였고, 실시예 6*의 복합 재료는 표면 처리된 유리를 사용하였다. 복합 재료를 물 중에서 140분 동안 비등시킨 후 두 실시예의 분쇄 강도를 또한 시험하였다. 물리적 시험 결과는 하기 표 5에 나타내었다. 기호 '---'는 결과가 시험되지 않았거나 얻어지지 않았음을 나타낸다.
복합 재료 실시예 6 실시예 6* 실시예 6
(끓는 물에서 140분 후)		 실시예 6*
(끓는 물에서 140분 후)
분쇄 강도 (psi) 1,050 1,550 175 1,190
굴곡 강도 (psi) 468 711 --- ---
굴곡 탄성률 (psi) 104,984 84,633 --- ---
상기 표 5를 참고로 하면, 본 발명의 복합 재료를 형성하는데 사용된 유리를 표면 처리함으로써, 분쇄 강도가 크게 증가되고 (연장된 온도 노출에 탄성이 증가함), 굴곡 강도가 크게 증가되어, 물리적 특성에 극적인 효과를 줄 수 있음을 인식할 수 있다. 추가의 시험이 결과 확인을 위해 수행되었다. 유리를 아미노실란 용액으로 전처리하여 압축 강도에서의 극적인 향상 (대략 40%)을 달성하였다. 습도가 높은 조건에서의 열 사이클링은 -10℃ 내지 25℃에서 75 사이클 후에 압축 강도에 거의 또는 전혀 손실이 없음을 제시하였다.
실시예 6*의 추가 제조 및 시험을 수행하여 상기 물질의 물리적 특성을 더욱 확고히 하였다. 이들 물리적 특성 및 각 시험 방법을 하기 표 6에 제시하였다.
특성 값 시험 방법
밀도 (lbs/ft3) 66 ASTM D-1622
경도 (순간 경도, 쇼어 "D") 56 ASTM D-2240
경도 (정지 경도, 쇼어 "D") 45 ASTM D-2240
인장 강도 (psi) 2500 ASTM D-412
신장률 (파단시 %) 50 ASTM D-412
인열 강도 (pli) 600 ASTM D-624
실시예 6 및 6*의 탄성중합체 조성물은 경화된 탄성중합체 조성물의 동적 기계 분석 (DMA)을 기초로 광범위한 온도에 걸쳐 복합 재료에 대해 일관된 물리적 특성을 제공한다.
복합 재료는 또한 도시 열섬 효과를 감소시키는데 사용될 수 있는 것으로 여겨진다. 이에 따라, 하기 표 7에 예시한 바와 같은 상이한 유형의 착색제를 사용하여 실시예 6 및 6*와 유사한 복합 재료에 대한 추가의 제제화 및 시험을 수행하였다 (실시예 E1 내지 E6).
포장 SRI
E1, "사파이어 블루" 49
E2, "토파즈 브라운" 51
E3, "세도나 레드" 53
E4, "앰버 브라운" 61
E5, "제이드 그린" 62
E6, 착색되지 않음 69
신규 아스팔트 0
구 아스팔트 6
신규 콘크리트 38 내지 52
구 콘트리트 19 내지 32
상기 표 7에 예시한 바와 같이, 모두 다섯 가지 색상의 복합 재료 변형체는 포장으로 형성된 경우 (E1 내지 E5), 태양광 반사 지수 (SRI)가, 착색되지 않은 실시예 (E6)와 같이, 실질적으로 29를 초과하였다. 표 7은 또한 아스팔트 및 콘크리트로부터 형성된 통상의 포장에 대한 SRI 데이터를 포함한다. 제시된 바와 같이, 복합 재료의 착색되지 않은 실시양태 및 착색된 실시양태는 모두 뛰어난 SRI 값을 가졌다. SRI 평가는 ASTM E 1980에 따라 수행하였다.
또다른 본 발명의 실시예는 실시예 6과 화학적으로 동일한 실시예 7을 생성하였다. 그러나, 실시예 7은 중간체 예비중합체의 형성 단계를 포함하여 단계식으로 형성되었으나, 실시예 6은 중간체 예비중합체의 형성을 제외하는 배치식으로 형성되었다. 실시예 7을 형성하기 위해서, 먼저 수지 조성물 일부 (소수성 폴리올 6의 전부 또는 일부; 또는 소수성 폴리올 6 및 사슬 연장제 각각의 전부 또는 일부)를 이소시아네이트 성분과 반응시켜 중간체 예비중합체를 형성함으로써 유사 예비중합체를 제조하였다. 다음으로, 중간체 예비중합체를 나머지 수지 조성물과 반응시켜 탄성중합체 조성물을 형성하였다. 실시예 7은 실시예 6을 뛰어넘는 다수의 이점을 가졌다. 예를 들어, 중간체 예비중합체는 (실시예 6의 이소시아네이트 및 수지 성분에 비해) 나머지 수지 조성물과 더욱 상용성이어서 혼합이 개선되었다.
또한, 중간체 예비중합체는 이소시아네이트 성분과 비교하여, 다양한 위치에서 사용하기 위해 더욱 강건하게 하는 보다 양호한 저온 특성을 나타내었다. 예를 들어, 중간체 예비중합체와 수지 조성물 간의 반응은, 이소시아네이트와 수지 성분의 반응 (즉, 모두 한번에 이루어지는 반응)에 비해 일반적으로 낮은 발열성을 갖기 때문에, 중간체 예비중합체로부터 형성된 탄성중합체 조성물은 중간체 예비중합체를 이용하지 않는 탄성중합체 조성물에 비해 일반적으로 더 낮은 열 수축을 나타낼 것으로 여겨진다. 더욱이, 중간체 예비중합체의 사용을 통해 혼합 특성이 개선되기 때문에, 이의 사용에 의해 중간체 예비중합체를 이용하지 않는 탄성중합체 조성물에 비해 더 낮은 온도에서 반응이 개선되는 것으로 여겨진다.
본 발명의 중간체 예비중합체의 특성을 추가로 예시하기 위해, 추가의 본 발명의 실시예를 제조하였다. 일 실시예로서 실시예 8은 53.99 pbw의 소수성 폴리올 6, 4.09 pbw의 사슬 연장제, 0.029 pbw의 분자 체 2 및 0.03 pbw의 발포방지제 2를 포함하는 수지 성분을 포함하였다. 실시예 8은 24.96 pbw의 이소시아네이트 예비중합체 및 16.64 pbw의 중합체 이소시아네이트를 포함하는 이소시아네이트 성분을 추가로 포함하였다. 상기 언급된 각각의 pbw 값은, 수지 및 이소시아네이트 성분이 혼합되어 실시예 8을 형성하기 이전에, 예비 반응에 기초하여 전체 탄성중합체 조성물 100 중량부를 기준으로 하였다. 탄성중합체 조성물, 즉, 실시예 8을 형성하기 위해, 수지 및 이소시아네이트 성분을 혼합하여 반응 혼합물을 형성하였다. 반응 혼합물을 20분 동안 반응시켰다. 이 20분 후에, 골재, 예를 들어 유리를 반응 혼합물로 코팅하여 복합 재료를 형성하였다. 복합 재료는 약 4.2 중량%의 탄성중합체 조성물 및 약 95.8 중량%의 골재를 포함하였다. 골재의 코팅시, 최종 경화 상태로 경화되는 동안 복합 재료가 잠기도록, 복합 재료를, 예를 들어 덤핑에 의해 물에 바로 도입하였다. 복합 재료는 최종 경화 상태로 매우 잘 경화되었고, 물과의 반응 흔적 (외관 검사에 근거함)을 거의 내지 전혀 나타내지 않았다. 반응 혼합물의 유리 NCO 함량은 상기 기재한 20분의 시간에서 약 22.7%이었다. 유리 NCO 함량에 근거하여, 물과의 반응이 거의 내지 전혀 일어나지 않는 반응점을 결정할 수 있었다. 따라서, 유리 NCO 함량이 동일한 중간체 예비중합체가 제조되었다. 반응점은 이용되는 물질에 따라 달라질 수 있으나, 적절한 유리 NCO 함량을 결정하는 방법은 물 도입 전 특정 시간 간격을 할당하는 것에 기초하여 동일하게 작동하였다.
본 발명의 실시예 9 및 10 (둘 다 중간체 예비중합체임)을 제조하였다. 실시예 9는 다음과 같이 제조하였다: 362.48 g의 중합체 이소시아네이트 및 543.72 g의 이소시아네이트 예비중합체를 교반하면서 2 L 유리 플라스크에 충전하여 이소시아테이트 성분을 형성하였다. 이소시아네이트 성분을 60℃로 가열하고, 온도를 80℃ 아래로 유지하면서 93.8 g의 소수성 폴리올 6을 서서히 첨가하였다. 소수성 폴리올 6의 첨가가 완료된 후, 반응 혼합물을 1시간 동안 80℃로 가열하였다. 상기 반응 혼합물, 즉, 중간체 예비중합체를 이후에 실온으로 냉각시켰다.
실시예 10을 다음과 같이 제조하였다: 365.70 g의 중합체 이소시아네이트 및 548.55 g의 이소시아네이트 예비중합체를 교반하면서 2 L 유리 플라스크에 충전하여 이소시아테이트 성분을 형성하였다. 이소시아네이트 성분을 60℃로 가열하고, 온도를 80℃ 아래로 유지하면서 79.71 g의 소수성 폴리올 6 및 6.04 g의 사슬 연장제를 서서히 첨가하였다. 소수성 폴리올 6 및 사슬 연장제의 첨가가 완료된 후, 반응 혼합물을 1 시간 동안 80℃로 가열하였다. 상기 반응 혼합물, 즉, 중간체 예비중합체를 이후에 실온으로 냉각시켰다.
탄성중합체 조성물 (골재 없음)의 물리적 특성을 평가하기 위해, 최종 경화 상태에 접근 또는 도달하면, 다양한 시험을 수행하였다. 인장 강도 및 신장률을 ASTM D 412 또는 ASTM D 638에 따라 측정하였다. 그레이브 인열 강도를 ASTM D 624에 따라 측정하였다. 경도계 쇼어 D 경도를 ASTM D 2240에 따라 측정하였다. 박리 강도를 ASTM D 6862에 따라 측정하였다.
첨부된 특허청구범위는 상세한 설명에 기재된 특정 화합물, 조성물 또는 방법으로 제한하려는 것이 아니며, 첨부된 특허청구범위의 범주 내에 속하는 특정 실시양태 내에서 변할 수 있음을 이해하여야 한다. 다양한 실시양태의 특정 특징 또는 측면을 기재하기 위해 본원에서 필요로 하는 임의의 마쿠쉬(Markush) 그룹에 있어서, 상이하고/하거나, 특별하고/하거나 예상치못한 결과는 다른 모든 마쿠쉬 구성요소와 독립적인 각 마쿠쉬 그룹의 각 구성요소로부터 얻을 수 있음을 인식하여야 한다. 마쿠쉬 그룹의 각 구성요소는 개별적으로 및/또는 조합으로 의존할 수 있으며, 첨부된 특허청구범위의 범주 내의 특정 실시양태에 대한 충분한 뒷받침을 제공한다.
또한, 본 발명의 다양한 실시양태를 기재하는데 필요한 임의의 범위 및 부분범위는 첨부된 특허청구범위의 범주에 독립적으로 및 집합적으로 속하며, 전체 및/또는 부분 값을 포함하는 모든 범위의 값이 명확히 본원에 기재되어 있지 않더라도, 본원에서 이러한 값을 기재하고 포함하는 것으로 이해하여야 한다. 당업자는 열거된 범위 및 부분범위가 본 발명의 다양한 실시양태를 충분히 기재하고 가능하게 하며, 이러한 범위 및 하부 범위는 관련된 1/2, 1/3, 1/4, 1/5 등으로 더욱 상술될 수 있다는 것을 쉽게 인식한다. 단지 일례로서, "0.1 내지 0.9"의 범위는, 첨부된 특허청구범위의 범주 내에 개별적으로 및 집합적으로 있는, 3등분의 아래쪽, 즉, 0.1 내지 0.3, 3등분의 중간, 즉, 0.4 내지 0.6, 및 3등분의 위쪽, 즉, 0.7 내지 0.9로 더욱 상술될 수 있으며, 개별적으로 및/또는 집합적으로 의존할 수 있고 첨부된 특허청구범위의 범주 내의 특정 실시양태에 대한 충분한 뒷받침을 제공할 수 있다. 또한, 범위를 규정하거나 수식하는 언어, 예를 들어 "적어도", "초과", "미만", "이하" 등에 있어서, 이러한 언어들이 부분범위 및/또는 상한 또는 하한을 포함함을 이해하여야 한다. 또다른 예로서, "적어도 10"의 범위는 적어도 10에서부터 35까지의 부분범위, 적어도 10에서부터 25까지의 부분범위, 25에서부터 35까지의 부분범위 등을 본질적으로 포함하고, 각 부분범위는 개별적으로 및/또는 집합적으로 의존할 수 있고 첨부된 특허청구범위의 범주 내의 특정 실시양태에 대한 충분한 뒷받침을 제공한다. 마지막으로, 개시된 범위 내의 개별의 수가 의존할 수 있고, 첨부된 특허청구범위의 범주 내의 특정 실시양태에 대한 충분한 뒷받침을 제공한다. 예를 들어, "1 내지 9"의 범위는 다양한 개별 정수, 예를 들어 3뿐만 아니라 소수점 (또는 분수)을 포함하는 개별 수, 예를 들어 4.1을 포함하며, 이는 의존할 수 있고 첨부된 특허청구범위의 범주 내의 특정 실시양태에 대한 충분한 뒷받침을 제공할 수 있다.
본 발명은 본원에서 예시의 방식으로 기재되었으며, 사용된 용어는 제한 보다는 기재하는 단어의 본질을 의도한 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 수많은 수정 및 변형이 상기 교시에 비추어 가능하다. 본 발명은 첨부된 특허청구범위의 범주 내에서 구체적으로 기재된 것 이외에 달리 실시될 수 있다.

Claims (23)

  1. 중합체 이소시아네이트, 및 임의로는,
    이소시아네이트 예비중합체
    를 포함하는 이소시아네이트 성분, 및
    소수성 폴리올, 및
    2개 이상의 히드록실기를 갖고 분자량이 약 62 내지 약 220인 사슬 연장제를 포함하는 이소시아네이트-반응성 성분
    의 반응 생성물을 포함하는 탄성중합체 조성물 및 골재(aggregate)를 포함하는 기층(base course layer); 및
    상기 기층 위에 배치되는 마모층(wearing course layer)
    을 포함하는 복합 포장 구조물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기층의 상기 골재는 상기 탄성중합체 조성물에 의해 구속된 복합 포장 구조물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 기층이 다공성인 복합 포장 구조물.
  4. 제2항에 있어서, 상기 기층이 비다공성인 복합 포장 구조물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 기층의 상기 골재가 암석을 포함하는 복합 포장 구조물.
  6. 제5항에 있어서, 상기 골재의 평균 직경이 약 1 내지 약 100 mm인 복합 포장 구조물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 마모층이 상기 기층의 상기 골재와 동일하거나 상이한 골재를 포함하는 복합 포장 구조물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 마모층이 아스팔트를 포함하는 복합 포장 구조물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 마모층이 콘크리트를 포함하는 복합 포장 구조물.
  10. 제1항에 있어서, 상기 이소시아네이트 성분이 상기 중합체 이소시아네이트 및 상기 이소시아네이트 예비중합체를 포함하고, 상기 이소시아네이트 예비중합체가, 상기 이소시아네이트 성분 100 중량부를 기준으로, 상기 이소시아네이트 성분 내에 약 25 내지 약 75 중량부의 양으로 존재하는 것인 복합 포장 구조물.
  11. 제10항에 있어서, 상기 사슬 연장제가, 상기 이소시아네이트-반응성 성분 100 중량부를 기준으로, 상기 이소시아네이트-반응성 성분 내에 약 5 내지 약 10 중량부의 양으로 존재하는 것인 복합 포장 구조물.
  12. 제1항에 있어서, 상기 소수성 폴리올이 천연 오일 폴리올을 포함하는 것인 복합 포장 구조물.
  13. 제12항에 있어서, 상기 천연 오일 폴리올이 피마자유인 복합 포장 구조물.
  14. 제1항에 있어서, 상기 사슬 연장제가 알킬렌 글리콜을 포함하는 것인 복합 포장 구조물.
  15. 제14항에 있어서, 상기 알킬렌 글리콜이 디프로필렌 글리콜인 복합 포장 구조물.
  16. 제1항에 있어서, 상기 이소시아네이트 예비중합체가 디페닐메탄 디이소시아네이트 및 폴리올의 반응 생성물을 포함하고, NCO 함량이 약 22.9 중량%이고, 평균 NCO 관능가가 약 2 내지 약 3인 복합 포장 구조물.
  17. 제1항에 있어서, 상기 중합체 이소시아네이트가 중합체 디페닐메탄 디이소시아네이트를 포함하고, NCO 함량이 약 31.5 중량%이고, 평균 NCO 관능가가 약 2 내지 약 3인 복합 포장 구조물.
  18. 제1항에 있어서, 상기 소수성 폴리올이, 상기 이소시아네이트-반응성 성분 100 중량부를 기준으로, 상기 이소시아네이트-반응성 성분 내에 약 80 내지 약 99 중량부의 양으로 존재하는 것인 복합 포장 구조물.
  19. 제1항에 있어서, 상기 탄성중합체 조성물이, 상기 기층 100 중량부를 기준으로, 상기 기층 내에 약 1 내지 약 10 중량부의 양으로 존재하는 것인 복합 포장 구조물.
  20. 골재를 기층의 탄성중합체 조성물로 코팅하여 복합 재료를 형성하는 단계,
    복합 재료를 공동에 배치하여 공동 한정 영역 내에 기층을 형성하는 단계,
    임의로는, 복합 재료를 압착하여 기층의 다공성을 감소시키는 단계, 및
    마모 조성물을 기층 상에 도포하여 공동 한정 영역 내에 마모층을 형성하는 단계
    를 포함하는, 제1항에 따른 복합 포장 구조물로 공동 한정 영역을 포장하는 방법.
  21. 제20항에 있어서, 코팅 단계가 골재에 탄성중합체 조성물을 분무하는 것으로 추가로 정의되는 방법.
  22. 제20항에 있어서, 코팅 단계가 골재를 장치에서 탄성중합체 조성물로 텀블-코팅(tumble-coating)하는 것으로 추가로 정의되는 방법.
  23. 제20항에 있어서, 마모 조성물이 아스팔트 조성물 및/또는 콘크리트 조성물인 방법.
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