KR20130067292A - 고무 및 왁스를 포함하는 응집체의 제조 방법, 상기 방법에 따라 제조된 응집체, 및 아스팔트 또는 역청 물질에서의 상기 응집체의 용도 - Google Patents

고무 및 왁스를 포함하는 응집체의 제조 방법, 상기 방법에 따라 제조된 응집체, 및 아스팔트 또는 역청 물질에서의 상기 응집체의 용도 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고무 입자와 왁스로 이루어진 응집체의 벌크 재료의 제조 방법에 관한 것이며, 응집체의 조성 및 아스팔트 또는 역청 물질의 제조를 위한 상기 벌크 재료의 사용은, 고무가 팽윤 및 팽윤제의 사용에 의해 활성화되고, 점도 감소 왁스 및 임의적인 폴리옥테나머로 이루어진 용융물이 첨가되며, 활성화된 고무 입자들이 점도 감소 왁스 및 임의적인 접착 개선 물질에 의해 응집되는 것에 의해 생성되고, 여기서 얻어진 더 큰 부피는 점도를 감소시키고 연화는 왁스에 의한 더 친밀하고 더 균일한 습윤을 유발하며, 제조되는 혼합물에서, 혼합물 내에 180분까지 안정하게 유지되는 점도 감소 및 응집체의 도입에 따른 고무 분자들 간의 가교의 증가된 안정성이 달성된다.

Description

고무 및 왁스를 포함하는 응집체의 제조 방법, 상기 방법에 따라 제조된 응집체, 및 아스팔트 또는 역청 물질에서의 상기 응집체의 용도{METHOD FOR PRODUCING AGGLOMERATES HAVING RUBBER AND WAX, AGGLOMERATES PRODUCED ACCORDING TO SAID METHOD, AND USE OF SAID AGGLOMERATES IN ASPHALTS OR BITUMEN MASSES}
본 발명은 고무 입자 및 왁스를 포함하는, 특히 펠릿 형태의 응집체의 벌크 재료의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 방법에 따라 제조된, 특히 펠릿 형태의 응집체의 조성, 및 개선된 특성을 갖는 아스팔트 또는 역청 물질과의 혼합물 또는 역청 물질의 제조를 위한 상기 벌크 재료의 용도에 관한 것이다.
도로 건설 분야에서 성능 및 내구성을 개선하기 위해, 예를 들면 레인 그루브(lane groove)와 같은 변형을 방지하기 위해 그리고 동시에 추위 또는 기계적 피로에 의한 균열 형성을 방지하기 위해, 아스팔트가 다양한 첨가제로 개질되는 것은 일반적으로 공지되어 있다. 첨가제로서 특히 탄성 중합체(예를 들면 SBS 및 SBR), 플라스토머(예를 들어 EVA 및 PE) 또는 타이어 재활용으로부터 얻어진 고무 입자가 사용된다. 또한, 왁스로서 분류되는 예를 들면 피셔-트롭쉬 파라핀, 몬탄 왁스 및 아미드 왁스와 같은 제2 그룹의 첨가제가 사용된다. 상기 첨가제들은 변형에 대한 저항을 개선하지만, 탄성 성분이 없기 때문에 아스팔트의 피로 및 추위 특성을 개선하지 못하거나 단지 미미하게만 개선한다. 왁스 첨가제의 중요한 효과는 제조 및 처리 온도에서 역청 및 아스팔트 혼합물의 점도를 낮추는 것이다. 이로 인해, 아스팔트 혼합물 및 아스팔트 층의 제조가 간단해지고, 제조 및 처리 온도가 낮아질 수 있다. 따라서, 에너지가 절감되고 환경 공해가 줄어든다.
기본적으로 첨가제는 아스팔트의 제조 전에 결합제 역청 내로 균일하게 혼합되거나 또는 아스팔트의 제조 중에 직접 첨가된다.
고무에 의한 개질은 습식 방법 또는 건식 방법으로 이루어진다. 습식 방법에서는 약 5∼20% 고무 입자가 뜨거운(160∼200℃) 역청 내로 도입되고 1∼4 시간 동안 교반된다. 이 경우, 고무의 작은 분량만이 용액 내로 들어가고, 나머지는 역청의 오일 성분의 흡수에 의해 팽윤한다. 형성된 혼합은 불균일한 상태이고, 고무 입자의 가라앉음을 방지하기 위해 아스팔트 제조까지 지속적인 교반을 필요로 한다. 역청의 점도는 고무에 의해 급상승하며, 저장 지속 시간에 따라 팽윤 및 해중합 프로세스에 의해 변하고, Diedrich는 그 논문 "Der Einsatz von modifiziertem Altgummimehl in nordamerikanischen Strassenbelaegen", Asphalt 5/2000, 6-10에서 이것을 설명했다.
건식 방법에서는 고무 입자가 직접 아스팔트 믹서 내로 첨가되고 역청 및 광물과 혼합된다. 단점은 균일한 분배를 위해 혼합 시간이 연장되어야 한다는 것이다. 혼합 시간 연장시에도, 습식 방법과 유사한 팽윤 및 용해를 달성하기 위해 역청과의 상호작용 시간이 너무 짧다. 바람직한 두꺼운 결합제 막 및 결합제의 높은 접착력이 달성되지 않을 위험이 있다. 따라서, 건식 방법으로 제조된 고무 개질된 아스팔트의 품질이 일반적으로 더 낮다.
건식 방법의 단점을 피하기 위해, 고무 입자 및 역청으로 마스터 뱃치가 제조될 수 있고, 마스터 뱃치는 그래뉼화된 형태로 생산되고, 예컨대 소위 텍로드(Tecroad) 제품이 구현된다.
상세하게는 전문가들이 아스팔트에 고무의 사용시 개선책을 제시하려고 노력 해왔다.
EP 1 873 212 B1에는 2∼40% 방향족 오일로 팽윤에 의해 고무 분말을 개질한 다음, 습식 방법으로 역청을 개질하는 것이 공지되어 있고, 이 경우 예비 팽윤은 역청 개질시 온도 및 혼합 지속 시간을 감소시킨다. 단점은
- 팽윤된 고무 분말이 무조건 점도 감소 작용을 하지 않고,
- 주변 온도에서 변형에 대한 저항이 줄어들며,
- 고무 및 역청의 적합성이 주어지지 않고,
- 건강/환경에 유해한 방향족 오일이 사용되며,
- 생성물이 쉽고 안전하게 저장되고, 운반되며, 아스팔트 믹싱 플랜트에 통상적으로 존재하는 시스템에 의해 도우징될(dosing: 공기압 송출, 웜 송출) 수 없는 형태로 주어지고,
- 생성물이 아스팔트 믹서로의 직접 첨가에 부적합하며, 이는 이전의 역청 개질을 위한 비용(시간, 에너지, 개질 시스템에 대한 투자)을 증가시키고,
- 이러한 첨가제는 미세한 분말로서 분진 폭발의 위험 때문에 상기 방식으로 복잡한 조건 하에서만 송출될 수 있다.
또한, WO 1997/026299 및 DE 196 01 285 A1에는 고무를 포함하는 그래뉼, 그 제조 방법 및 그래뉼을 사용해서 아스팔트 혼합물을 제조하는 방법이 공지되어 있다.
그에 따르면 50∼95% 고무 및 역청 또는 폴리머 플라스틱(열가소성 탄성 중합체 또는 플라스토머)으로 이루어진 유동성 그래뉼이 개시되고, 상기 그래뉼의 구성 성분들은 온도 > 130℃에서 전단력의 작용시 균일하게 분배된다. 25%까지 첨가제가 포함될 수 있다(황, 가황 촉진제, 중유, 지방산, 셀룰로스 섬유). 그래뉼은 반죽기 내에서 높은 온도로 균일화된/화학적으로 결합된 물질로부터 또는 낮은 온도에서 개별 성분의 프레스에 의해(분쇄기, 천공된 디스크) 제조될 수 있다. 아스팔트 혼합 프로세스에서 광물 또는 역청에 그래뉼의 첨가에 의해 도로 포장용 고무 아스팔트 혼합물을 제조하는 것이 가능하다.
여기서 주된 단점은 점도 감소에 반하고 배출 및 변형을 허용하는 것이다. 또한, 역청에서 오일 성분을 추출할 수 있고, 이는 역청을 경화시킨다.
당업자가 수산화칼슘의 펠레타이징 및 결합제(0.5∼69%)에 의한 아스팔트 제조 및/또는 바닥 컨디셔닝시 사용하기 위한 수산화칼슘 펠릿의 제조 방법에 따라 US 2008/0216712 A1에 상응하게 처리하면, 당업자는 수산화칼슘이 아스팔트의 내수성 및 광물에 대한 결합제의 접착을 개선하기 위해 사용되고 고무 및 왁스는 상기 간행물에서 결합제로서 작용하는 것을 알 수 있다.
결합제는 물을 기초로 할 수 있거나 소수성일 수 있고 적어도 하기 성분들 중 하나를 포함할 수 있다: 역청, 플라스토머, 탄성 중합체, 고무, 분쇄된 타이어 고무, 예비반응된 분쇄된 타이어 고무. 펠릿은 30%까지 첨가제를 포함할 수 있다(지방족 원유 증류액, 플라스토머, 탄성 중합체, 고무, 예비반응된 타이어 고무). 추가 성분으로서, 레올로지 조절제, 구조적 첨가제, 용매, 염료가 포함될 수 있다.
펠릿용 유기 결합제로서, 오일 및 왁스가 있으며, 펠릿은 실시예에서 수산화칼슘으로 이루어진 코어 및 결합제의 셸로 이루어질 수 있고, 셸은 역청과 고온 왁스로 이루어질 수 있다.
상기 분석 결과, 당업자는 점도 감소 및 변형에 대한 저항의 개선을 일으킨다는 단서를 찾을 수 없었다. 오히려, 당업자는 여기서도 역청에서 오일 성분이 바람직하지 않게 추출될 수 있다는 결론에 이르렀다.
WO 94/14896 및 CA 2152774에는 역청 제제의 제조 방법이 개시되어 있다. 여기서, 폐타이어로부터 얻어진 고무 입자들은 방향족이 풍부한 탄화수소 오일 중에서 가열 및 전단에 의해 팽윤되고, 적어도 부분적으로 해중합된다. 상기 재료는 역청 중에 분산되고, 상용화제(유동성 고무) 및 필요한 경우 저장 안정성 결합제를 얻기 위해 가교제가 첨가된다. 충전제 및 폴리머와 함께 펠릿을 형성하는 역청 중에 분산된 안정화된 25∼80% 고무를 갖는 소위 마스터 뱃치가 제조된다.
여기서 압축, 에너지 절감, 배출 감소 및 변형에 대한 저항의 장점은 나타나지 않는다. 단점은 건강/환경에 유해한 방향족 오일이 사용되는 것이다.
입자형 천연 고무의 제조 방법 및 역청 내에 그 용도에 대한 특허 DE 601 21 318 T2에는 선택적으로 섬유를 첨가하면서 예컨대 폐타이어로부터 얻어진 천연 고무 및 열접착제(폴리올레핀, 예컨대 PE, PP, EVA)로 압출 방법에 의해 입자를 제조하는 것이 개시된다. 마찰에 의해 생긴 80∼300℃의 열이 열 접착제를 용융시킨다.
폴리올레핀은 아스팔트에서 점도를 증가시킨다. 역청에서 오일 성분이 추출될 위험이 있으며, 이는 역청의 상기 경화를 일으킨다.
특허 DE 44 30 819 C1에 따른, 고무 및 활성탄을 첨가해서 역청 혼합물, 특히 도로 건설 아스팔트를 제조하는 방법에서는 활성탄이 고온 아스팔트의 제조시 증기/가스의 배출을 줄이고, 타르 함유 재활용 아스팔트로 제조된 아스팔트 에멀션에서 물에 의한 유해물질의 용리를 줄인다. 고무는 여기서 활성탄과 함께 또는 활성탄으로부터 분리되어 역청 전에 뜨거운 광물에 첨가되거나 또는 이전에 역청과 혼합된다. 그러나, 점도 감소 효과 및 변형에 대한 저항 증가는 나타나지 않는다.
CH 694 430 A5에 따른 매스틱 아스팔트로 특히 폐타이어로부터 얻어진 고무 그래뉼의 첨가에 의해, 고무 그래뉼의, 매스틱 아스팔트보다 낮은 밀도가 아스팔트 층의 표면에서 풍부화를 야기함으로써, 표면의 탄성화, 차음, 미끄럼 방지 특성의 개선이 이루어진다. 당업자는 여기서 점도를 감소시키고, 변형에 대한 저항을 높이며, 저장, 운반 및 도우징(dosing)을 간단히 하고, 역청의 경화를 방지할 동기가 없다는 것을 알 수 있다.
하기 간행물들도
- 에폭시 수지의 주성분이 아스팔트 혼합물에 첨가되고 경화제가 고무 입자에 흡수된 팽윤제의 형태로 도입되는, 2-성분 에폭시 수지를 갖는 아스팔트가 개시된 JP 2004060390 A,
- 격자 베이스 플레이트가 "포장된 표면(paved surface)"을 보호하고, 소음을 감소시키며 로드 그립(road grip)을 개선하고, 상기 플레이트는 폐타이어 고무 및 폴리에틸렌으로 제조되는, JP 2008050841 A,
- 수팽윤성 점토, 역청, 온도 민감성 개질제, 특히 고무 및 강화 충전제로 이루어진 "워터 스톱 재료" 및 수팽윤성 조성물을 포함하는, JP 10338812 A,
- 물속에서 팽윤성이지만, 물 및 많은 화학 약품에 대해 내성을 가진, 매시브 또는 셀 구조의 시일을 제조하기 위한 생성물에서, 생성물 특성을 개질하기 위해 물 대신 반응물로서 역청 에멀션이 사용되고, 경제적인 충전제로서 특히 고무 분말이 첨가될 수 있지만, 아스팔트와 관련없는, DE 42 32 907 A1 및
- 예컨대 폐타이어로부터 얻어진 천연 고무 재료 및 열가소성 결합제, 예컨대 PE, EVA, SBS의 혼합에 의해 제조되는 열가소성 물질이 개시된 DE 24 08 690 C2,
전술한 단점을 제거할 관점을 개시하지 않는다.
끝으로, US 2010/0056669 A1은
- 15∼30% 분쇄된 타이어 고무 및 70∼85% 도로 건설 역청으로 이루어진 코어, 및
- 상기 코어를 코팅함으로써, 펠릿이 1/16∼2 인치의 최대 크기를 갖게 하고, 내수성 폴리머 또는 왁스 또는 미세 입자로 이루어진 셸
을 포함하는 아스팔트 제조용 저장 안정성 펠릿을 형성하는 것을 개시한다.
상기 코어는 10 중량%보다 적은 황을 포함한다; 미세 입자들은 전체 펠릿의 40 중량%보다 적은 수산화칼슘(또는 분쇄된 아스팔트[청구항 4])이다.
펠릿은 추가로 암분, 추가의 역청이 든 결합제, 역청이 들지 않은 결합제, 구조 첨가제, 염료, 염, 점도 조절제를 포함할 수 있다.
비 뉴턴 거동을 갖는 재료, 예컨대 다당류가 언급된다. 이로부터, 점도 감소제가 아니라는 것이 추정될 수 있다.
상기 펠릿의 제조 방법은 분쇄된 타이어 고무 및 도로 건설 역청의 형성, 적어도 45분 동안 고무 및 역청의 반응, 미세한 입자와 반응 혼합물의 조합하여 코어를 형성하고 셸로 코어를 코팅하여 펠릿의 형성을 포함한다.
아스팔트를 제조하기 위한 방법은 가열에 의한 펠릿의 유동화 및 광물과의 조합 및 임의적인 추가 역청의 첨가를 포함한다.
소위 셸용 재료로서, 특히 원유 왁스, 사솔 왁스 및 Sasobit가 사용되고, 소위 코어용 결합제의 성분으로서 역청 및 고무와 더불어 사솔 왁스도 사용되는데, 그 이유는 공지된 바와 같이 사솔 왁스가 아스팔트의 제조 및 제공을 위한 온도를 약 325∼300℉(162∼150℃)로부터 280-250℉(139∼121℃)로 낮추는 데 유용하기 때문이다.
고무 및 역청의 상기 반응은 열에서, 예컨대 350∼380℉(약 175∼195℃)에서 이루어져야 한다.
US 2010/0056669 A1에서 당업자는 이미
- 고무의 예비반응(뜨거운 역청과의 혼합에 의해)이 이루어질 수 있고,
- 아스팔트의 제조 및 적용을 위한 온도를 낮추기 위해 왁스의 첨가가 이루어졌다는 것을 알 수 있다.
더 깊은 분석 후에, 당업자는 상기 소위 펠릿이 고무 아스팔트에 대한 아스팔트의 개질을 위한 첨가제가 아니라 전적으로 또는 적은 추가 분량의 역청과 함께 아스팔트의 결합제를 형성하는, 아스팔트의 제조를 위한 일종의 펠릿화된 결합제이며, 이로부터 단점이 주어진다는 것을 알았다. 아스팔트 믹싱 플랜트는 선행 기술에 따른 저장, 송출 및 도우징 장치와 관련해서 고체의, 그래뉼화된 결합제의 사용을 위해 구성되지 않는다.
이로부터 당업자는 역청 경화의 교훈을 찾을 수 있지만, 통합된 팽윤과 함께는 아니다.
다른 가능성에서 WO 2010/023173 A1이 사용되어도, 선행 기술에서 분석된 팽윤과 관련해서 하기의 과제를 달성하기 위한 해결책이 찾아지지 않는다.
마지막에 언급된 간행물은 "습식 방법"의 역청 조성을 개시한다. 단점은 고무 개질 최종 결합제가 다루어지고, 사용자가 아스팔트 혼합 공장에서 일반적으로 이용되지 않는 저장용 추가 결합제 탱크를 필요로 하는 것이다. 또한, 조절에 대한 유연성이 없는데, 그 이유는 규정된 고무 농도 및 규정된 경도 부류를 갖는 결합제만이 탱크에 주어지기 때문이다. 또한, 역청 조성물을 형성하기 위해 시간, 에너지 및 개질 시스템이 필요하다는 단점이 있다. 또한, 고무의 팽윤에 의한 역청의 오일 성분의 추출에 의한 역청의 경화가 방지되지 않는다. 역청 조성물의 점도는 통상의 고무 개질된 역청에서와 동일한 수준이며 감소되지 않는다.
본 발명의 과제는
- 건강/환경에 유해한 물질 없이 고무 입자가 활성화되고 왁스로 균일하게 습윤되며,
- 펠릿과 같은 응집체가 쉽고 안전하게 저장, 운반되며, 아스팔트 믹싱 플랜트 내에 통상적으로 존재하는 직접 첨가용 시스템에 의해 도우징(dosing)될 수 있고
- 제조된 아스팔트가 상기 기능적으로 융합되는 효과를 가지며, 상기 효과는 주변 온도에서 변형에 대한 그 저항을 높이고, 활성화된 고무 입자 및 상기 고무 입자와 역청의 강력한 상호작용이 아스팔트의 특성을 개선하며, 아스팔트 내 역청에서 오일 성분이 추출되지 않고, 역청의 경화가 일어나지 않으며,
- 아스팔트 또는 역청 물질과의 혼합물 또는 역청 물질의 로지스틱 면에서 더 유연한 처리에 바람직한 효과가 응집체에서 주어지도록
고무 입자가 왁스와 합쳐지는, 고무 입자 및 왁스를 포함하는, 특히 펠릿 형태의 응집체의 벌크 재료의 제조 방법, 특히 펠릿 형태의 응집체의 새로운 조성물, 및 아스팔트 및 개선된 아스팔트 또는 역청 물질과의 혼합물 또는 역청 물질의 제조를 위한 상기 벌크 재료의 용도를 제공하는 것이다.
따라서, 특히 예컨대 US 2010/0056669 A1에 개시된 바와 같은 단점
- 고무의 팽윤시 역청 성분의 흡수에 의한 역청 경화의 감소가 나타나지 않고,
- 첨가된 오일(그러나 첨가된 역청에 의해 내포된)에 의한 고무의 팽윤이 이루어질 수 없으며,
- 왁스에 의한 변형에 대한 저항이 개선되지 않고,
- 고무 및 역청의 적합성의 개선을 위한 폴리옥테나머(polyoctenamer)의 임의적인 첨가가 이루어지지 않으며,
- 최대 30% 고무의 적은 양만이 가능해지는
것이 제거되어야 한다.
응집체의 제조, 응집체의 조성물 및 개선된 아스팔트의 제조와 같은 기술적 체인의 범주에서, 처리, 압축, 에너지 절감, 배출 감소에 대한 장점들이 달성되어야 하고, 분진 폭발이 방지되고, 전체 비용, 예컨대 시간, 에너지, 개질 시스템에 대한 투자를 지금까지의 역청 개질보다 절감하기 위해, 공기압 또는 기계식 송출(웜 송출)이 실시되어야 한다.
상기 복합 과제는 청구항 제1항 내지 제23항의 특징에 의해 달성된다.
청구항 제1항에 제시된, 고무 입자의 팽윤 예비반응 및 왁스의 첨가에 의해 특히 석유 파라핀, 피셔-트롭쉬 파라핀, 아미드 왁스, 몬탄 왁스, 폴리머 왁스, 글리세롤의 에스테르와 같은 50℃보다 높은 응고점을 갖는 왁스 및 고무 성분을 포함하는 응집체의 벌크 재료의 제조 방법은 청구항 제2항 내지 제3항에 따라 기계적으로 생성된 고무 입자의 적어도 하나의 체 분획(sieve fractioin)을 사용하고, 하기 단계
a) 팽윤, 및 나프텐 또는 파라핀 광유, 재생 윤활유, 천연 오일 또는 피셔 트롭쉬 합성으로 얻은 저융점의 파라핀으로 이루어진 팽윤제를 사용함으로써 고무를 활성화하는 단계,
b) 팽윤에 의해 활성화된 고무 입자를 점도 감소 왁스(viscosity-reducing wax) 및 임의적인 폴리옥테나머로 이루어진 용융물로 코팅하는 단계,
c) 팽윤제가 고무 분자의 간극 내로 침투되어 분자들을 서로 밀어내고, 물리적 인력이 줄어들거나 중단됨으로써 그 결과 큰 부피가 점도를 낮추고 연화가 왁스에 의한 친밀하고 균일한 습윤을 일으키도록, 혼합 또는 압력의 작용에 의해 팽윤에 의해 활성화된 고무 입자를 점도 감소 왁스 및 임의적인 접착 개선제, 예컨대 수지 또는 폴리이소부텐으로 응집하는 단계를 포함하고,
d) 점도를 낮추는 큰 부피 및 연화에 의해 응집체 내에서 놀라운 효과로서, 왁스에 의한 친밀하고 균일한 습윤 및 고무 분자의 가교의 높은 안정성이 형성되고, 상기 효과는 형성될 아스팔트, 역청 물질과의 혼합물 또는 역청 물질에서 바람직한 효과를 위한 기초 또는 잠재력을 형성한다.
본 방법에 따라, 실제로 왁스를 첨가함으로써, 팽윤에 의해 활성화된 고무 제품 상에 층이 형성된다.
본 방법은 고무량을 기준으로 1∼50 중량%, 바람직하게는 25∼35 중량%의 왁스 용융물의 첨가에 의해 형성된다.
왁스 용융물 중 1∼50 중량%의 양으로, 바람직하게는 왁스 용융물 중 25∼35 중량%의 양으로 폴리옥테나머를 첨가하는 것이 바람직하다.
또한, 응집의 강화를 위해 0.1∼5 중량% 접착 개선제, 예컨대 수지 또는 폴리이소부텐의 추가로 첨가하는 것이 바람직하다.
왁스 용융물은 팽윤에 의해 활성화되는 고무 입자에 약 2∼3 분 내에 첨가해야 한다.
특히 펠릿으로의 혼합은
- 가열된 기계식 믹서,
- 분쇄기 및 성형 다이를 이용하는 프레스법,
- 압출법, 또는
- 마찰 믹서, 유체 믹서 또는 터보 믹서로서의 열 발생 믹서
에 의해 이루어질 수 있다.
고무 입자에의 왁스의 첨가 및 응집체의 형성은 2개의 연속하는 공정 단계로 이루어질 수 있다.
본 방법에 따라 제조된 응집체는 고무 입자와 왁스로 특히 펠릿 형태로 아스팔트 혼합물 또는 역청 물질용 믹싱 플랜트에 직접 첨가에 의해 아스팔트 또는 역청 물질을 제조하는 데 사용되고,
- 0.05∼5 mm 의 입자 크기 분포를 갖는 고무 입자,
- 고무 입자 내에 및 고무 입자 상에 제공된, 고무량을 기준으로 1∼50 중량%의 왁스 용융물, 및
- 팽윤제의 최대로 흡수 가능한 양의 1∼100% 범위로 고무 입자 내에 흡수된 팽윤제를 포함한다.
응집체는 바람직하게 15분 이내에 건조 표면을 갖는 벌크 재료로서 혼합 또는 응집 방법에 의해 제조된다.
아스팔트를 제조하기 위해, 벌크 재료가 뜨거운 역청과의 혼합에 의해 사용되고, 이 경우 아스팔트의 제조 및 적용시 온도를 낮추기 위해 응집체가 역청의 양을 기준으로 1∼30 중량%의 양으로, 바람직하게는 5∼20 중량%의 양으로 직접 아스팔트 믹서로의 역청의 첨가 전에, 동안 또는 후에 첨가된다.
기술적 사용은
a) 역청의 첨가 전에 3∼15초의 첨가가 이루어지고,
b) 상기 시간 내에 더 높은 온도 및 강한 전단력에 의해 응집체의 신속한 분해, 고무 입자의 예비 분배 및 고무의 열 활성화가 이루어지며,
c) 아스팔트의 혼합 프로세스에서 열이 왁스를 유동화시킴으로써, 활성화된 고무 입자가 신속히 유리되고,
d) 예비 팽윤에 의해 활성화된 고무 입자는 역청에 의한 피복과 같은 강한 상호작용을 형성하고, 및/또는
e) 혼합 온도는 130∼190℃의 범위 내로 조절되는 방법에 의해 완성된다.
아스팔트 혼합물 또는 역청 물질과의 혼합물에서, 상기 방법은
f) 120∼230℃의 도입 온도,
g) 98∼103% 범위의 압축률,
h) 1.70∼3.00 N/㎟ 범위의 쪼갬 인장 강도,
i) 1.5∼2.5 N/㎟ 범위의 수침 후 쪼갬 인장 강도 및
j) 0.6∼0.9×10-4/n ‰ 범위의 단축의 압축 팽창 테스트에서 변형률로서 측정된 변형에 대한 저항성에 의해
완성된다.
제조된 응집체로 이루어진 벌크 재료를 사용해서 아스팔트 또는 역청 물질과의 혼합물 또는 역청 물질을 제조하는 방법은 혼합 동안 팽윤제가 고무 분자의 간극 내로 침투되어 분자들을 서로 밀어내고, 물리적 인력이 감소되거나 중단되도록 정해지며, 이 경우 혼합물에서 180분까지 안정한 점도 감소가 형성되고, 상기 시간에 걸쳐 작용하는 점도 감소에서, 응집체의 도입에 따른 고무 분자들 간의 가교의 증가된 안정성 및 180분까지 지속하는 상기 제제의 안정성이 얻어진다.
따라서, 아스팔트 혼합물 또는 역청 물질과의 혼합물 또는 역청 물질은 혼합물 내에서 < 180분까지 지속하는 점도 감소의 안정성 및 고무 분자의 가교의 증가된 안정성과 더불어, 역청 물질의 출발 점도에 비해 역청 조성물의 점도의, 팽윤제 및 왁스에 의해 상호작용하는 감소 및 안정성을 갖는다.
이러한 역청 물질은 역청 물질의 분무 및 광물의 제공에 의해 도로의 표면 처리를 위한 응집체와 함께 사용될 수 있다.
고무 입자들은 정상 온도에서 폐타이어(승용차, 화물 자동차; 또는 타이어의 일부)의 처리로부터 얻어질 수 있는데, 그 이유는 저온에서 제조된 고무 입자가 바람직하지 않게 낮은 표면/부피 비를 갖기 때문이다.
고무 입자는 고무 질량을 기준으로 5∼100 중량%, 바람직하게는 10∼40 중량%의 나프텐 광유, 파라핀 광유, 재생 윤활유, 천연 오일, 지방산 또는 피셔-트롭쉬 합성으로부터 얻어진 20∼40℃에서 용융하는 파라핀에 의해 팽윤되고, 후속해서 고무량을 기준으로 1∼50 중량%, 바람직하게는 10∼30 중량%의, 폴리옥테나머의 임의적인 첨가를 포함하는 왁스 용융물이 제공되거나 응집된다.
왁스 용융물 중의 임의적인 폴리옥테나머의 양은 1∼50 중량%, 바람직하게는 25∼35 중량%이다. 이 경우, 왁스 용융물은 고무 입자용 결합제로서 사용된다.
임의적으로, 응집은 0.1∼5 중량%의 접착 개선제, 예컨대 수지 또는 폴리이소부텐의 첨가에 의해 강화될 수 있다.
왁스로는 50℃ 이상에서 용융하는 모든 왁스, 예컨대 석유 파라핀, 피셔-트롭쉬 파라핀, 아미드 왁스, 몬탄 왁스, 폴리머 왁스 또는 글리세롤의 에스테르가 사용될 수 있다.
나프텐 광유로는 예컨대 고무 산업에서 사용되는 또는 다른 용도에 사용되는 모든 나프텐 오일이 적합하고, 상기 나프텐 오일은 적합한 광유로부터의 진공 증류 및 후속하는 정제에 의해 또는 후속하는 정제 없이 상기 진공 증류에 의해 제조된다.
파라핀 광유로는 적합한 원유로부터 진공 증류에 의해 얻어져, 정제되거나 정제되지 않은 모든 파라핀 분획이 사용될 수 있다.
사용된 윤활유의 재활용에 의해 생성되는 광유도 적합하다.
천연 오일로는 모든 천연, 재생, 화학적으로 변화된, 예컨대 지방산을 갖는 글리세린의 정제된 또는 에스테르 교환된 에스테르가 적합하다.
20∼40℃에서 용융하는 파라핀은 가스 크로마토그래피에 의해 측정된, 60∼90%의 선형 알칸의 양 및 70℃에서 밀도 700∼800 ㎏/㎥을 특징으로 하며, 피셔-트롭쉬 합성의 미정제 생성물로부터 증류에 의해 얻어진다.
접착 개선 수지로는 특히 합성 지방족, 방향족 또는 부분 방향족 탄화수소 수지 또는 액상 피치(송진)로부터 유도된 수지 에스테르 및 폴리테르펜이 사용될 수 있다.
전체적으로 본 발명은 팽윤제가 고무 분자의 간극 내로 침투되어 분자들을 서로 밀어내지만, 폴리머 사슬의 화학적 결합점들은 유지되는 효과를 일으킨다. 따라서, 물리적 인력이 줄어들거나 중단된다. 그 결과 더 큰 부피 및 연화는 왁스에 의한 더 친밀하고 더 균일한 습윤을 일으킨다.
아스팔트 믹서에서 왁스의 용융 후에, 역청은 고무 분자의 팽윤된 구조와 더 강력히 접촉할 수 있으며, 역청의 더 많은 양의 오일 성분이 팽윤을 위해 필요치 않다. 따라서, 오일 성분의 추출에 의한 역청의 변화 또는 경화가 줄어든다.
용융된 왁스는 뜨거운 아스팔트 혼합물에서 역청의 점도를 감소시킴으로써, 아스팔트의 정확한 압축 및 아스팔트의 제조 및 건설을 위한 온도를 낮춤을 허용한다. 아스팔트의 냉각 후에 왁스가 응고됨으로써 그 경도에 의해 변형에 대한 아스팔트의 저항을 개선한다. 임의적인 폴리옥테나머는 아스팔트 제조시 고무 및 역청의 적합성을 높이는 결합을 형성한다.
미세한 고무 입자와는 달리, 본 발명에 따라 생성된 응집체는 아스팔트 믹싱 플랜트에 존재하는 도우징 기술에 의해, 예컨대 웜 송출기 또는 섬유 재료 펠릿에도 사용되는 공기압 송출기에 의해 문제없이 송출될 수 있다. 따라서, 먼지 없는 응집체와의 접촉은 분진 폭발의 위험을 줄인다.
응집체는 아스팔트 제조시 역청의 양을 기준으로 1∼30 중량%, 바람직하게는 5∼20 중량%의 양으로 아스팔트 믹서 내로 직접 도우징된다.
뜨거운 광물에 응집체의 첨가는 역청의 첨가 전에, 동안 또는 후에 이루어질 수 있다.
바람직하게는 첨가가 역청 수초 전에 이루어지는데, 그 이유는 이 시점에서 더 높은 온도 및 강한 전단력이 응집체의 신속한 가용화, 고무 입자의 예비 분배 및 고무의 열 활성화를 일으키기 때문이다.
아스팔트 혼합 프로세스에서 열은 왁스 및 임의적인 접착 개선제를 유동화시키고, 활성화된 고무 입자를 신속히 유리시킨다. 예비 팽윤에 의한 활성화는 역청과의 더 신속하고 더 강력한 상호작용을 일으키므로, 건식 혼합 방법에서 고무 입자의 지금까지의 첨가시보다 더 양호한 아스팔트 특성이 달성된다.
반응성 폴리머로서 임의적인 폴리옥테나머에 의해, 화학적 결합이 형성됨으로써 고무 및 역청의 적합성이 개선된다. 용융된 왁스는 고무에 의해 증가된 아스팔트 혼합물의 점도를 낮추므로, 아스팔트 제조기에 의해 아스팔트 층의 제조시 더 양호한 처리 가능성이 달성되고 롤러에 의한 압축시 필요한 압축률이 확실하게 달성된다.
주변 온도에서 유동성인 점도 감소제와는 달리, 여기서 사용되는 왁스는 주변 온도에서 연화 작용을 하는 것이 아니라 강도 상승 작용을 한다.
점도 감소는 고무 입자의 사용시 통상적으로 필요한, 아스팔트 혼합물 및 아스팔트 층의 제조를 위한 높은 온도를 낮추는 것을 가능하게 한다. 이로 인해, 가열 에너지가 절감되고, CO2 및 역청 증기 및 에어로솔의 배출의 감소가 환경을 보호하고 작업 안전성을 개선한다.
환경에 대한 추가의 긍정적 효과는 재활용 관리 및 폐기물 법의 의미에서 폐타이어의 높은 재활용이다. 지금까지는 폐타이어의 대부분이 더 낮은 활용도로 활용되었다.
또한, 폴리머 개질된 결합제의 제조를 위한 폴리머가 절감되는데, 그 이유는 이것이 본 발명에 따른 고무 아스팔트로 대체되기 때문이다.
천연 오일 또는 재생 윤활유를 팽윤제로서 사용하는 것은 제한된 원유 리소스를 보호한다.
본 발명은 활성화된 고무 및 왁스로 응집체의 제조부터 아스팔트 또는 역청 물질 또는 다른 용도에 사용하기까지 기술적으로 놀라운 그리고 바람직한 효과를 나타내며, 상기 효과는 하기 결과를 갖는 하기의 복잡한 사실에 의해 나타난다:
1. 역청의 조성은 일반적으로 콜로이드 화학적 모델로 설명된다. 그에 따라, 역청은 초현미경적으로 작은 고체 입자(콜로이드), 소위 아스팔텐, 및 그것을 둘러싸는 액상(오일 형태의) 분산제, 소위 말텐으로 이루어진다. 이 시스템은 영구적으로 안정한데, 그 이유는 말텐이 아스팔텐을 안정화시키기 때문이다. 역청의 기계적 특성은 하기 팩터에 의해 결정된다:
- 아스팔텐 상의 양
- 말텐 상의 점도.
아스팔텐 상의 부피 량은 온도가 떨어짐에 따라 증가한다. 즉, 낮은 온도에서 분자가 말텐 상으로부터 아스팔텐 상으로 바뀐다. 온도의 상승에 따라, 분자는 아스팔텐 상으로부터 말텐 상으로 다시 바뀐다.
상기 모델은 낮은 온도에서 고체 아스팔텐 상의 증가에 의한 역청의 경도 및 강성의 증가를 나타낸다.
역청 중의 고무 입자의 팽윤에 의해, 역청에서 오일 성분(말텐)이 추출되어 고무에 고정된다. 고무 입자는 부피가 커지고(2배까지) 연화된다. 역청에 대한 효과는 냉각시와 유사하다: 고체 아스팔텐 상의 양은 증가하고 역청은 경화된다.
팽윤제의 첨가에 의해 고무의 팽윤이 더 완전히 미리 이루어질수록, 역청의 구성 성분들의 흡수가 더 적어지고 역청의 특성 더 적게 변화된다. 역청의 유연성 및 그에 따라 바람직한 저온 특성이 거의 유지된다.
2. 달성된, 고무 중에서 오일의 흡사 "차단 작용"은 본 발명에 따라 고무 그래뉼이 팽윤제에 의해 예비 팽윤됨으로써 발견될 수 있었다. 상기 팽윤은 선행 기술에 따라 사용되는 방법에서 습식 공정 중에 이루어지는 프로세스 전에 이루어진다. 본 발명에 따라 여기서 고무 그래뉼은 뜨거운, 종종 특별히 가열된, 역청 중에서 포함된다. 소위 "청소년기" 동안 저분자 구성 성분이 뜨거운 역청으로부터 고무 그래뉼 내로 이동하고 상기 그래뉼을 팽윤시킨다. 즉, 역청의 오일 상(말텐)의 부분이 고무 내로 이동한다. 말텐이 적은 역청은 덜 유연하기 때문에 깨지기 쉽고 추위에 덜 안정하다.
본 발명에 따른 예비 팽윤은 아스팔트 제조에 앞서 고무의 흡수 용량이 줄어들게 한다. 따라서, 혼합 및 운반시 뜨거운 상 동안 역청으로부터 오일의 추출이 적어도 부분적으로 감소되고, 이때 생긴 혼합물 중의 역청이 그 원래 특성을 유지하게 한다.
따라서, 이로 인해 더 경질의 역청 종류가 고무 개질과 관련해서 사용될 수 있는 것이 전제되는데, 그 이유는 습식 방법에서 오일의 추출에 대한 "유지 효과"를 더 양호하게 제어할 수 있기 때문이다.
팽윤제는 본 발명에 따라 역청의 특성을 위한 조절 값으로서 작용하거나 하기와 같이 사용될 수 있다:
얻어진 역청 및/또는 아스팔트 제제에 사용된 구재 아스팔트의 품질에 따라 상기 조절 값에 의해 아스팔트 혼합물 내에 포함된 역청 성분의 품질을 제어할 수 있다.
본 발명의 기술적 종결 단계는 아스팔트용 믹싱 플랜트에 본 발명에 따라 제조된 응집체를 첨가하는 것이지만, 본 발명은 특수 결합제에도 사용될 수 있다. 또한, 응집체가 습식 방법에서 처리되지 않은 고무 분말 대신 사용되면, 응집체가 긍정적 효과를 야기한다. 팽윤제 및 왁스 성분이 점도 개선 작용을 한다. 이 효과는 스루풋이 증가하거나 또는 에너지 사용이 현저히 감소됨으로써, 상기 방법에서 생산 효율을 높이기 위해 사용될 수 있다.
또한, 고무 개질된 역청이 도로용 표면 처리에 사용되는 용도에서 장점들이 얻어진다. 여기서, 상기 역청은 표면 상에 고온 분무에 의해 제공된다. 다음 단계에서, 응집체가 뜨거운 표면에 분배되고 롤링된다.
분무 프로세스를 위해 개선된 점도가 바람직한 것으로 나타난다. 역청 제제의 상기 가능성으로부터 현저한 프로세스 개선이 유도된다.
아스팔트 매트릭스 내에 포함된 팽윤된 고무 입자는 그 작용이 냉각된 아스팔트 내에서 고탄성으로 유지된다. 장시간 스테이 거동에서도 상당한 말텐 상이 고무 내로 가라앉는 전제되지 않기 때문에, 낮은 온도에서 개선된 탄성 거동은 더 경질의 결합제를 아스팔트 생산에 사용하기 위해 이용될 수 있다. 이로 인해, 매우 안정한 아스팔트 구성을 개발하는 것이 가능하다. 아스팔트 혼합물의 경제적인 제조는 구재 아스팔트의 재활용이 이루어질 때만 주어진다. 구재 아스팔트가 일반적으로 탄성 중합체 개질된 결합제를 포함하지 않기 때문에, 신선한 역청의 첨가시 보상이 보장되어야 한다. 이를 위해, 폴리머 개질된 역청에서, 20 M%까지의 구재 아스팔트의 재활용에 적합한 소위 RC(재활용) 변형예가 개발되었다. 더 많은 구재 아스팔트 양을 사용하려면, 더 많은 폴리머 양이 포함된 다른 결합제가 선택되어야 한다. 일반적으로, 종류마다 단 2개의 변형예, 즉 20%까지 RC-첨가 및 50%까지 구재 아스팔트 첨가가 주어진다. 예컨대 30% RC가 사용되면, 불가피하게 50%까지의 변형예가 선택되어야 한다. 이는 추가의 비용을 야기하는데, 그 이유는 더 많이 개질된 역청 종류가 더 고가이기 때문이다. 50% RC 첨가에 의해 지금까지는 적합한 결합제가 이용될 수 없었다. 앞으로, 새로운 처리 기술에 의해 특히 높은 경제성이 가능해진다.
본 발명의 기술적 실시에 의해, 모든 믹싱 플랜트에서, 필요한 고무 량을 각각의 생산 프로세스에 따라 정확히 조절하는 것이 가능하다. 즉, 각각의 혼합은 -조절 효과에 의해 이전에 나타나는 바와 같이- 고무 그래뉼의 정확한 개질량을 유지한다. 추가로, 믹싱 플랜트에서 탱크 챔버 및 에너지가 절감된다.
완성된 혼합물의 특성이 두드러지는데, 그 이유는 지금까지 증명된 아스팔트 혼합물 종류가 컨테이너-터미널에 대한 고가의 구성 및 강한 응력을 갖는 도로를 필요로 하기 때문이다. 예컨대 쇄석 매스틱 아스팔트(SMA)는 매우 양호한 크리핑 강도 및 높은 내마모성을 특징으로 한다. 일반적으로 이를 위해 폴리머 개질된 결합제가 사용된다. 선행 기술의 평가 결과, 종래의 사용 거동에서 고무 개질된 혼합물 종류와 폴리머 개질된 혼합물 종류 사이의 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 트랙 형성 테스트에서 측정된, 크리핑 강도 거동에서, 본 발명에 따른 응집체의 사용에 의해 많은 장점들이 트랙 형성 테스트로부터 나타났다.
응집체의 제조는 실질적으로 하기 단계를 포함할 수 있다:
단계 1: 주변 온도에서 기계적 방법에 의해 폐타이어로부터 얻어진, 0.05∼5 ㎜, 바람직하게는 0.2∼1.2 ㎜의 입자 크기 분포를 갖는 고무 입자들의 체 분획의 수득 단계, 이 경우 이물질 및 강 섬유 및 직물 섬유는 자기적 방법 및 기계적 방법에 의해 분리된다.
단계 2: 방향족 풍부 오일의 사용 대신, 고무 산업에 도입된 나프텐 오일과 같은 팽윤에 적합한 액체에 의한 팽윤에 의해 고무의 활성화 단계, 여기서 놀랍게도 천연 오일, 예컨대 식물 오일, 파라핀 오일, 재생 윤활유 및 피셔-트롭쉬 합성의 생성물 흐름의 분획으로서 얻어지는 약 20∼40℃에서 용융하는 파라핀이 팽윤에 적합하다는 것이 확인되었다.
팽윤의 바람직한 실시예는 기계적 혼합 하에서 최대로 흡수 가능한 양보다 적은 팽윤제의 첨가이다. 혼합은 팽윤제의 균일한 분배를 보장한다.
단계 3: 왁스의 첨가에 의해, 팽윤에 의해 활성화된 고무 입자를 점도 감소 왁스 첨가제, 임의적인 폴리옥테나머 및 임의적인 접착 개선제로 일종의 코팅 및 그에 따라 상기 성분들로 이루어진 응집체의 제조가 이루어지고, 이로 인해 고무에서 점도 감소 왁스의 본 발명에 따른 균일한 분배가 나타난다. 이를 위해, 왁스/폴리옥테나머-접착 개선제-용융물과 예열된 고무 입자를 혼합하는, 모든 연속적으로 동작하는 또는 뱃치(batch) 방식으로 동작하는 방법이 적합하다. 예컨대, 회전하는 내장품 또는 혼합 암에 의해 고무 입자의 소용돌이를 일으키고 소용돌이쳐진 입자의 반복하는 접촉에 의해 왁스의 균일한 분배를 달성하는 믹서가 특히 적합하다. 대안으로서, 왁스 및 임의적으로 폴리옥테나머 및 임의적으로 접착 개선제가 고체 형태로 프로세스 열을 제어하는 믹서에 공급될 수 있다. 바람직한 실시예는 분획 믹서, 예컨대 유체 믹서 또는 터보 믹서의 사용이다. 이러한 믹서는 마찰력 및 전단력에 의해 필요한 열을 발생시킨다. 고무 입자의 제공 및 혼합의 시작 후에, 팽윤제, 왁스, 임의적인 폴리옥테나머 및 임의적인 접착 개선제가 임의의 순서로 또는 동시에 첨가될 수 있다. 성분들의 첨가, 균일한 혼합 및 왁스의 용융은 하나의 단계에서 이루어질 수 있다. 임의적인 폴리옥테나머는 화학적 가교에 의해 고무 및 역청의 적합성을 개선한다.
왁스 용융물의 분배에 추가해서 동시에 입자를 1∼40 ㎜ 직경의 더 큰 응집체로 응집하는 모든 방법이 고무 입자의 코팅에 특히 적합하다. 이 경우, 왁스-폴리옥테나머 용융물이 고무 입자용 결합제로서 사용된다. 접착 개선제의 임의적인 첨가는 응집을 강화시킬 수 있다. 이는 특히 플라스틱 처리 및 다른 분야에서 사용되는 하기 방법일 수 있다:
- 분쇄기 및 성형 다이에 의한 프레스법,
- 압출법.
대안적 단계: 응집체의 분리된 제조. 고무 입자에의 왁스의 본 발명에 따른 첨가 및 응집체의 형성은 전술한 방법 단계에 의해 2개의 연속하는 공정 단계에서 이루어지고, 여기도 임의적인 폴리옥테나머가 화학적 가교에 의해 고무 및 역청의 적합성을 개선한다.
응집체의 조성은
- 0.05∼5 ㎜의 직경을 갖는 고무 입자,
- 실온에서 또는 팽윤제의 융점보다 높은 온도에서 팽윤, 흡수된 나프텐 오일 또는 파라핀 오일 또는 재생 윤활유 또는 천연 오일 또는 20∼40℃에서 용융하는 피셔-트롭쉬 파라핀. 팽윤제의 양은 고무 입자의 양과 동일한 양까지일 수 있음,
- 50℃보다 높은 응고점을 가지며 고무 입자를 기준으로 1∼50 중량% 왁스의 양,
- 고무 입자를 기준으로 0.1∼10 중량% 폴리옥테나머-폴리머왁스(Vestenamer®)의 양,
- 0.1∼5%의 접착 개선제, 예컨대 수지 또는 폴리이소부텐의 양.
- 아스팔트 제조시 응집제는 역청 물질을 기준으로 1∼30 중량%, 바람직하게는 5∼20 중량%의 양으로 공지된 아스팔트 믹서 내로 직접 도우징되고,
- 역청의 첨가 전에, 동안 또는 후에 뜨거운 광물에 응집체의 첨가가 이루어지고, 상기 첨가는 역청 수초 전에 이루어지는 것이 바람직한데, 그 이유는 이 시점에 더 높은 온도 및 아스팔트 믹서 내의 강한 전단력이 응집체의 신속한 분해, 고무 입자의 예비 분배 및 고무의 열 활성화를 야기하기 때문이고,
- 아스팔트 혼합 프로세스에서 열이 왁스를 즉각적으로 유동화시키고 활성된 고무 입자를 신속히 유리시키며, 상기 활성화는 예비 팽윤에 의해 역청과의 가속된 그리고 강력한 상호작용을 일으킴으로써, 고무 입자의 건식 첨가보다 더 양호한 아스팔트 특성이 달성되고,
- 팽윤된 펠릿이 추가의 왁스 성분을 도입하고, 상기 왁스 성분은 점도 감소 작용을 하며, 처리, 압축, 에너지 절감 및 배출 감소의 장점을 일으키며, 주변 온도에서 변형에 대한 아스팔트의 저항을 높이고,
- 팽윤에 의해 활성화된 고무 입자 및 역청과의 강력한 상호작용은 아스팔트 특성을 개선하고,
- 응집 전 팽윤은 고무의 팽윤시 아스팔트 중의 역청으로부터 오일 성분이 추출되는 것을 방지함으로써, 역청의 경화를 저지하는
특징을 갖는 아스팔트를 아스팔트의 제조 및 아스팔트의 건설 시에 사용하면, 달성 가능한 값과 관련해서 아스팔트의 특성이 질적 및 양적으로 개선된다.
본 발명은 하기에서 실시예로 먼저 표에 의해 그리고 나서 도 1∼도 3에 나타난 테스트에 따라 설명된다.
도 1
1) 20 중량%의 고무 입자, 2 중량%의 방향족 오일,
2) 19.1 중량%의 고무 입자, 0.9 중량%의 폴리옥테나머(Vestenamer®), 2 중량%의 방향족 오일,
3) 9/10 고무 입자 및 피셔-트롭쉬 합성으로 얻어진 1/10 저융점 파라핀으로 이루어진 22 중량%의 활성화된 벌크 재료,
4) 9/10 고무 입자 및 1/10 광유로 이루어진 22 중량%의 활성화된 벌크 재료,
5) 4/6 고무 입자, 1/6 광유 및 응고점 102℃를 갖는 1/6 FT 왁스(Sasobit®)로 이루어진 22 중량%의 활성화된 벌크 재료,
6) 4/6 고무 입자, FT 합성으로 얻어진 1/6 저융점 파라핀 및 1/6 FT 왁스(Sasobit®)로 이루어진 22 중량%의 활성화된 벌크 재료;
의 변형을 갖는 개질 프로세스의 시간적 경과에서 개질된 역청의 점도를 나타낸 그래프.
도 2
1) 20 중량%의 고무 입자, 2 중량%의 방향족 오일,
2) 19.1 중량%의 고무 입자, 0.9 중량%의 폴리옥테나머(Vestenamer®), 2 중량%의 방향족 오일,
3) 9/10 고무 입자 및 피셔-트롭쉬 합성으로 얻어진 1/10 저융점 파라핀으로 이루어진 22 중량%의 활성화된 벌크 재료,
4) 9/10 고무 입자 및 1/10 광유로 이루어진 22 중량%의 활성화된 벌크 재료,
5) 4/6 고무 입자, 1/6 광유 및 응고점 102℃를 갖는 1/6 FT 왁스(Sasobit®)로 이루어진 22 중량%의 활성화된 벌크 재료,
6) 4/6 고무 입자, FT 합성으로 얻어진 1/6 저융점 파라핀 및 1/6 FT 왁스(Sasobit®)로 이루어진 22 중량%의 활성화된 벌크 재료;
의 도 1에 따른 변형을 갖는 78 중량%의 기본 역청 B 80/100; 180℃에서 교반에 의한 제조의 시간적 경과에서 타이어 고무-개질된 역청의 링 및 볼에 따른(DIN EN 1427에 따라 측정된) 연화점의 그래프.
도 3
1) 20 중량%의 고무 입자, 2 중량%의 방향족 오일,
2) 19.1 중량%의 고무 입자, 0.9 중량%의 폴리옥테나머(Vestenamer®), 2 중량%의 방향족 오일,
3) 9/10 고무 입자 및 피셔-트롭쉬 합성으로 얻어진 1/10 저융점 파라핀으로 이루어진 22 중량%의 활성화된 벌크 재료,
4) 9/10 고무 입자 및 1/10 광유로 이루어진 22 중량%의 활성화된 벌크 재료,
5) 4/6 고무 입자, 1/6 광유 및 응고점 102℃를 갖는 1/6 FT 왁스(Sasobit®)로 이루어진 22 중량%의 활성화된 벌크 재료,
4/6 고무 입자, FT 합성으로 얻어진 1/6 저융점 파라핀 및 1/6 FT 왁스(Sasobit®)로 이루어진 22 중량%의 활성화된 벌크 재료,
의 도 1 및 도 2에 따른 변형을 갖는 78 중량%의 기본 역청 B 80/100; 180℃에서 교반에 의한 제조의 시간적 경과에서 타이어 고무-개질된 역청의 유동(SABITA BR 4T, TG1 MB 12로 측정된)의 그래프.
하기 표 1은 본 발명에 따른 응집체의 제조를 나타내며, 66.6 중량%의 고무 입자(0.2∼0.8 ㎜ 직경), 16.7 중량%의 상이한 팽윤제 및 102℃의 응고점을 갖는 16.7 중량%의 피셔-트롭쉬 파라핀 왁스로 이루어진 쉽게 응집되는 생성물이 유체 믹서 FM10에서 3600 rpm의 회전 속도로 제조된다.
생성물 팽윤제 첨가 순서 혼합 시간[분] 최고 혼합 온도[℃] 생성물 품질
1 FT
파라핀*		 팽윤제,
FT
왁스**		 7:50 83 유동성,
균일##
2 FT
파라핀		 팽윤제,
FT 왁스		 5:00 120 유동성,
균일
3 식물 오일# 팽윤제,
FT 왁스		 4:40 86 유동성,
균일
4 재생
윤활유		 팽윤제,
FT 왁스		 5:05 86 유동성,
균일
5 재생
윤활유		 FT 왁스,
팽윤제		 3:45 86 유동성,
균일

* Waksol A(피셔 트롭쉬 파라핀, 융점 32℃)
#: Storflux Nature
**: Sasobit®(피셔 트롭쉬 파라핀 왁스, 응고점 102℃)
##: 피셔 트롭쉬 파라핀 왁스의 분배의 균일성은 DSC에 의한 랜덤 테스트에서 왁스 함량의 측정에 의해 분석되었음.
고무 그래뉼이 믹서에 투입되고, 혼합 프로세스 및 이와 관련된 열 발생이 시작되고, 후속해서 팽윤제 및 왁스가 상이한 순서로 도우징된다. 약 85℃에서 믹서의 전류 소비(기울기 측정)의 급상승에 의해, 왁스의 용융이 검출되고 혼합 과정이 종료된다. 왁스의 분배의 균일성은 차이-비색법에 의한 랜덤 테스트에서 입증될 수 있다.
표 1에 따른 실시예는 특히 재현 가능성과 관련해서 청구항 제1항 내지 제10항의 특징들에 대한 확정적임을 제공한다.
그리고 나서, 12 중량%의 고무 또는 상기 표에 나타난 18 중량%의 몇몇 생성물을 첨가한 상태에서 역청의 특성에 대한 하기 표 2에 제시된 몇몇 고무 팽윤제-파라핀 왁스-응집체의 작용이 표시되며, 이 경우 침입도 64 1/10 ㎜을 갖는 역청 Nybit E60이 사용된다.
생성물 PEN#
[1/10 ㎜]		 R&B
[℃]*		 연성**
[㎜]		 탄성
회복##[%]		 점도
[mPas]
고무 43 59.2 173 60 1380
1 62 94.5 76 54 510
3 52 87.5 90 56 640
4 46 86.5 103 61 650

*: 연화점 링 및 볼(DIN EN 1427)
#: 25℃에서 침입도(DIN EN 1426)
**: 25℃에서 연성(DIN EN 13389)
##: 25℃에서 탄성 회복(DIN EN 13389)
응집체는 160℃에서 교반에 의해 역청과 혼합된다. 비교 테스트로서, 상응하는 양의 순수 고무 입자가 동일한 방식으로 역청 내로 도입된다. 순수한 고무에 의한 개질에 비해 생성물 1, 3 및 4와의 혼합의 더 큰 침입도는 역청의 경화가 역청 성분의 흡수에 의해 현저히 줄어들고 생성물 1에 의해 거의 완전히 방지되는 것을 나타낸다. 또한, 점도 감소 효과는 순수한 고무에 의한 테스트에 비해 크다.
본 발명에 따라 제조된 응집체로 아스팔트의 제조 및 건설을 위한 제1 실시예가 표 3 및 표 4를 참고로 설명되고, 이 경우, 파우치로 이루어진 벌크 재료로서 응집체의 첨가가 선택된다.
쇄석 매스틱 아스팔트 SMA 16 S가 아스팔트 믹서 내로 직접 첨가되어 본 발명에 따라 활성화된 고무 입자로 제조되어 도로에 건설된다.
팽윤 전 0.2∼0.4 ㎜의 입자 크기를 가지며, 유체 믹서 내에서 제조되어 활성화된 하기 고무 입자가 사용된다:
사용된 활성화된 고무 입자의 조성
고무 생성물 M 고무 생성물 P
고무 입자의 양[중량%] 66.7 66.7
팽윤제의 종류 재생, 정제된 윤활유* 식물 오일#
팽윤제의 양[중량%] 16.65 16,65
FT 왁스**의 양[중량%] 16.65 16,65

*:Storflux Premium
#:Storflux Nature
**: Sasobit®
활성화된 고무 입자는 간단한 방식으로 PE-파우치로 컨베이어 벨트에 의해 역청의 첨가 전에 아스팔트 믹서 내로 직접 첨가된다. 첨가량은 역청 B 50/70에 대해 12% 고무량을 달성하기 위해 아스팔트 혼합물 톤당 11 kg이다.
아스팔트 혼합은 170℃에서 제조된다.
도로 상에 제공시, 아스팔트 혼합물의 온도는 노면 마무리 기계에서 160℃ 이다.
실험적으로 건설된 아스팔트 혼합물 및 완성된 아스팔트 층으로부터 얻어진 샘플 드릴 코어는 표 4에 따라 하기 값을 갖는다:
제조된 아스팔트의 특성 및 추출된 결합제의 연화점
고무 생성물 M 고무 생성물 P
광물
마이너스 메시
0.063 ㎜[중량%] 14.1 13.5
0.25 ㎜[중량%] 15.5 14.5
0.71 ㎜[중량%] 17.0 16.4
1.00 ㎜[중량%] 26.5 23.9
2.00 ㎜[중량%] 31.9 30.1
5.00 ㎜[중량%] 43.0 40.4
8.00 ㎜[중량%] 65.8 52.6
11.20 ㎜[중량%] 67.4 63.0
16.00 ㎜[중량%] 98.2 98.4
22.40 ㎜[중량%] 100.0 100.0
가용성
결합제량
[중량%]		 6.0 5.9
가용성
고무량
[중량%]		 0.6 0.6
결합제량
전체[중량%]		 6.6 6.5
연화점
R&B [℃]		 75.0 74.4
공극률
MPK*[부피%]		 2.8 2.2
공극률
드릴 코어[부피%]		 2.6 2.5
전환점에서
연신율 εω10-4‰/n**		 0.9 0.6
10,000 부하 교번** 후
연신		 9.8 8.0
수 감수성
폐기물
쪼갬 인장 강도[%]		 15.3 8.9

*: Marshall 샘플 바디
**: TP 아스팔트-StB 부분:단축의 압력 팽창 테스트, 1999
FT 왁스의 양에 의해, 추출된 결합제에서 높아진 연화점 R&B가 나타난다. 아스팔트의 테스트된 특성은 테스트 결과, 활성화된 그리고 왁스 함유 고무 입자의 직접적인 첨가가 변형에 대한 높은 내성 및 낮은 물 감수성을 갖는 탁월한 아스팔트 특성을 일으키는 것으로 나타났다.
예비 팽윤 및 그에 따라 달성되는 고무의 활성화는 선행 기술에 따른 고무 개질된 역청의 제조를 새롭고 놀라운 특성을 갖도록 개선한다.
본 발명에 따라 제조된 응집체로 아스팔트를 제조 및 건설하기 위한 제2 실시예가 표 5를 참고로 설명되고, 여기서 벌크 재료로서 응집체의 첨가는 공기압 송출에 의해 이루어진다.
표 3에 따른 제1 실시예에 따른 고무 생성물 M 및 역청 B 50/70에 의해 쇄석 매스틱 아스팔트 SMA 8 Hmb 가 170℃에서 제조된다.
활성화된 왁스 함유 고무 입자는 역청의 첨가 전에 공기압 시스템에 의해 아스팔트 믹서 내로 송출된다. 통상적으로 공기압 송출 시스템이 셀룰로스 섬유 펠릿의 첨가를 위해 사용되기는 하지만, 본 발명에 따라 제조된 응집체의 첨가를 위해 바람직하게 사용될 수 있다. 고무의 사용시 쇄석 매스틱 아스팔트의 제조를 위해 셀룰로스가 필요 없다.
아스팔트의 실험적 포장시, 여러 지점에서 샘플이 얻어지며 분석될 수 있고, 상기 샘플들은 표 5에 따라 하기 값을 갖는다:
실험적으로 건설된 아스팔트의 여러 위치에서의 아스팔트 샘플 및 추출된 결합제의 특성
샘플 1 샘플 2 샘플 3
광물
마이너스 메시
0.063 ㎜[중량%] 12.9 13.1 13.1
0.126 ㎜[중량%] 14.8 15.1 15.1
2.00 ㎜[중량%] 32.4 32.5 32.6
5.50 ㎜[중량%] 61.4 62.0 61.1
8.00 ㎜[중량%] 95.8 96.1 96.8
11.2 ㎜[중량%] 100 100 100
가용성
결합제량
[중량%]		 6.7 6.9 6.8
결합제량
전체[중량%]		 7.0 7.2 7.1
연화점
R&B[℃]		 87.5 87.5 88.4
공극률
MPK*[부피%]		 2.5 2.5 2.3
탄성
회복**[%]		 60 60 69

*: Marshall 샘플 바디
**: 25℃에서 DIN EN 13398에 따라
공간적으로 분리된 아스팔트 샘플에서 추출된 결합제의 연화점 및 탄성 회복은 아스팔트 믹서 내로 직접 첨가시 활성화된 고무 입자의 균일한 분배가 달성될 수 있고, 본 발명에 따른 응집체로 균일하게 개질된, 개선된 특성을 갖는 아스팔트가 생성될 수 있는 값을 갖는 것으로 나타났다.
도 1, 도 2 및 도 3을 참고로, 본 발명에 따른 프로세스 -선행 기술에 상응하는 개질 단계 1)로부터 개질 단계 5) 및 6)에 따른 완전한 효과로 바뀔 때까지- 가 실시예로 이해 가능하게 설명된다.
중요한 특성의 측정에 의해 선행 기술에 따른 통상의 고무 역청에 비한 습식 방법에 대한 본 발명의 놀라운 효과 및 장점이 그래프로 나타난다. 모든 테스트에서, 침입 부류 80/100의 78 중량%의 역청 및 타이어 고무 입자들 및 다른 첨가제 및 본 발명에 따라 활성된, 팽윤된 벌크 재료로부터 180℃에서 교반에 의해 고무 개질된 역청이 제조된다.
도 1은 개질 프로세스의 시간적 경과에서 개질된 역청의 점도를 나타낸다. 20%의 타이어 고무 및 2%의 방향족 오일을 갖는 제1 개질 1)은 선행 기술에 상응한다. 교반 시간의 증가에 따라 고무의 팽윤에 의해 개질된 역청의 점도가 상승한다. 최대치의 통과 후에 점도는 고무의 부분적 용해에 의해 다시 감소한다. 변형 안정성과 관련한 소정 특성 및 제조된 아스팔트의 탄성을 얻기 위해, 고무의 일부만이 용해될 수 있다. 따라서, 고무-개질된 역청은 아스팔트의 제조를 위한 짧은 타임 윈도우 내에서만 사용될 수 있고, 상기 윈도우는 점도의 최대치 주위에 놓인다. 로지틱 체인에서 장애에 의해 지연 및 고무의 너무 강한 용해가 나타나면, 결합제가 더 이상 사용될 수 없다. 결합제는 개질 시스템 내로 되돌아가서 처리되어야 한다. 이는 결합제 제조업자에게 심각한 경제적 손해를 의미하고, 아스팔트 깔기의 연기에 의해 국민 경제적으로 손실을 의미한다.
제2 개질 2)에 따라 고무의 일부가 폴리옥테나머로 대체되었다. 이로 인해, 점도 곡선의 프로파일이 쉽게 변화되지만, 점도는 동일하게 높은 수준으로 유지된다.
제3 개선 3)에 따라 역청은 9/10 고무 입자 및 피셔-트롭쉬 합성으로 얻어진 1/10 저융점 파라핀으로 이루어진 활성화된, 팽윤된 벌크 재료로 개질되었다. 이 벌크 재료 및 다른 3개의 벌크 재료는 열 발생 유체 믹서에서 제조되었다. 얻어진 개질된 역청은 이미 현저히 감소된 점도를 갖는다.
제4 개질 4)은 3)과 유사하게 이루어지지만, 벌크 재료는 9/10 고무 입자 및 1/10 광유로 제조되었다. 이로부터, 개질된 역청의 더 낮은 점도가 나타났다.
제5 및 제6 개질 5) 및 6)은 3)과 유사하게 이루어지지만, 본 발명에 따른 벌크 재료는 4/6 고무 입자, 1/6 FT-왁스(응고점 102℃, Sasobit®) 및 1/6 팽윤제, 즉 5)에서의 광유 및 6)에서 피셔-트롭쉬 합성으로부터 얻어진 저 융점 파라핀으로 제조되었다.
본 발명에 따라 개질된 역청 5) 및 6)은 낮은 점도를 갖기 때문에 제조된 아스팔트 혼합물의 정확한 압축과 관련한 최대 장점 및 아스팔트의 제조 및 건설의 온도를 낮추기 위한 최대 가능성을 갖는다. 이는 바람직한 에너지 소비 감소 및 배출(역청으로부터 나온 증기 및 에어로솔)의 감소를 의미한다. 선행 기술에 비해 점도는 적어도 반분된다.
또한, 활성화된, 팽윤된 벌크 재료에 의한 개질 5) 및 6)에서는 놀랍게도 약 100분의 교반 시간 후에 실제로 일정하게 유지되는 점도가 달성되는 것으로 나타났다. 일정한 점도는 개질된 역청을 후속 사용하는데 있어 큰 방법 기술적 및 로지스틱 장점을 의미하는데, 그 이유는 타임 윈도우가 일정한 점도, 즉 팽윤의 필요한 비율 및 고무의 단지 적은 용해에 의해 4배 만큼 연장되기 때문이다. 따라서, 개질된 역청은 아스팔트의 제조를 위한 훨씬 더 긴 시간 내에 사용될 수 있다. 이로 인해, 로지스틱이 간단해지고, 개질된 역청의 소정 특성이 더 확실하게 달성되고, 고무의 너무 강한 용해에 의해 사용할 수 없게 된 뱃치(batch)를 되돌려서 처리해야 할 위험이 현저히 줄어든다.
도 2는 역청의 링 및 볼의 연화점에 대한 개질의 효과를 나타낸다. 높은 연화점은 여름에 높은 온도에서 양호한 변형 내성 및 크리핑 강도를 의미한다. 상기 1)에 따른 고무 개질, 즉 선행 기술에 비해, 팽윤제로만 활성화된 고무 입자를 개질 3) 및 4)에 사용하는 것은 연화점을 불리한 방식으로 낮춘다. 이에 반해, 팽윤제 및 왁스로 제조된 활성화된 벌크 재료를 개질 5) 및 6)에 사용하는 것은 연화점의 바람직한 급상승을 야기한다.
도 3은 역청의 유동에 대한 개질의 효과를 나타낸다. 테스트 방법 SABITA BR 4 T에서 고무-개질된 역청이 35°로 기울어진 금속 판에서 60℃로 지지된다. 유동 거리는 4시간 후에 측정된다. 상기 1)에 따른, 즉 선행 기술에 따른 고무 개질에 비해, 팽윤제로만 활성화된 고무 입자의 사용은 유동 거리를 증가시킨다. 이는 점도 감소와 상관된다. 개질 5) 및 6)에서와 같이 팽윤제 및 왁스로 제조된 활성화된 벌크 재료에 의한 개질은 유동을 완전히 중단시킨다. 이는 특히 주목할 만한데, 그 이유는 처리의 온도 범위 및 개질된 역청의 사용에서 점도가 적어도 반분되기 때문이다.
상기 설명들은 본 발명이 고무 입자 및 왁스를 포함하는 응집체의 벌크 재료의 제조 방법으로부터, 상기 방법에 따라 제조된 응집체의 조성을 지나, 개선된 특성을 갖는 아스팔트 또는 역청 물질의 제조를 위해 상기 벌크 재료의 사용까지 형성되는 것을 가정한다.
본 발명은 응집체의 벌크 재료의 제조 방법의 제공에 의해, 상기 방법에 따라 제조된 응집체의 조성과 같은 중간 생성물의 제공에 의해 그리고 개선된 특성을 갖는 아스팔트 또는 역청 물질의 제조를 위해 상기 벌크 재료의 사용에 의해 최종 생성물, 예컨대 아스팔트 또는 역청 물질에 대한 목표를 충족시킨다. 새로운 특성 및 효과를 갖는 새로이 조합된 중요한 구조 요소 "고무 입자 및 왁스"는 최종 생성물까지 진보적이고 긴밀한 기술-기능적 관계를 갖는다.
산업상 이용 가능성
- 2∼40%의 방향족 오일로 팽윤에 의해 고무 분말의 개질 및 후속해서 습식 방법으로 역청의 개질이 이루어지고, 예비 팽윤이 역청 개질시 온도 및 혼합 지속 시간을 줄이는, EP 1 873 212 B1;
- 50∼95%의 고무 및 역청 또는 폴리머 플라스틱(열가소성 탄성 중합체 또는 플라스토머)으로 이루어진 유동성 그래뉼을 개시하고, 그 구성 성분들이 온도 > 130℃에서 전단력의 작용시 균일하게 분배되며, 25%까지의 첨가제가 포함될 수 있고(황, 가황 촉진제, 중유, 지방산, 셀룰로스 섬유) 및 그래뉼은 반죽기에서 높은 온도로 균일화되고/화학적으로 결합된 물질로 제조되거나 또는 낮은 온도에서 개별 성분의 프레스에 의해(분쇄기, 천공된 디스크) 형성됨으로써, 아스팔트 혼합 프로세스에서 광물 또는 역청에 그래뉼 첨가에 의해 도로 포장용 고무 아스팔트 혼합이 이루어지는, WO 1997/026299 및 DE 196 01 285 A1,
- 수산화칼슘과 결합제(0.5∼69%)의 펠레타이징을 포함하는 아스팔트 제조 및/또는 바닥 컨디셔닝 시에 사용하기 위한 수산화칼슘-펠릿의 제조를 개시하고, 상기 수산화칼슘은 아스팔트 제조 및/또는 바닥 컨디셔닝, 수산화칼슘과 결합제(0.5∼69%)의 펠레타이징 시에 사용하기 위한 수산화칼슘 펠릿의 제조를 위한 방법의 아스팔트의 내수성을 개선하기 위해 사용되고, 상기 수산화칼슘은 아스팔트의 내수성의 개선 및 광물에 대한 결합제의 결합을 개선하기 위해 사용된다. 이 출원서에서 고무 및 왁스는 결합제로서 작용하고, 결합제는 물을 기반으로 하거나 또는 소수성일 수 있고 상기 성분들, 예컨대 역청, 플라스토머, 탄성 중합체, 고무, 분쇄된 타이어 고무, 예비반응된 분쇄된 타이어 고무 중 적어도 하나를 포함하고, 펠릿은 30%까지 첨가제를 포함할 수 있고(지방족 원유 증류액, 플라스토머, 탄성 중합체, 고무, 예비반응된 타이어 고무), 추가 성분으로서, 레올로지 조절제, 구조적 첨가제, 용매, 염료가 있을 수 있고, 또한 펠릿을 위한 유기 결합제로서 오일 및 왁스가 있으며, 펠릿은 실시예에서 수산화칼슘으로 이루어진 코어 및 결합제의 셸로 이루어질 수 있고, 셸은 역청과 고온 왁스로 이루어질 수 있는, US 2008/0216712 A1;
- 역청 제제의 제조를 개시하고, 폐타이어로부터 얻어진 고무 입자들은 방향족이 풍부한 탄화수소 오일 중에서 가열 및 전단에 의해 팽윤되고, 적어도 부분적으로 해중합되고, 상기 재료는 역청 중에 분산되고, 상용화제(유동성 고무) 및 필요한 경우 저장 안정성 결합제를 얻기 위해 가교제가 첨가되고, 충전제 및 폴리머와 함께 펠릿을 형성하는 역청 중에 분산된 안정화된 25∼80% 고무를 갖는 소위 마스터 뱃치가 형성되는, WO 94/14896/CA 2152774;
- 입자형 천연 고무 재료의 제조 및 역청 내에 그 용도를 개시하고, 입자는 압출법으로 선택적으로 섬유를 첨가하면서 예컨대 폐타이어로부터 얻어진 천연 고무 및 열접착제(폴리올레핀, 예컨대 PE, PP, EVA)로 제조되며, 여기서 마찰에 의해 생긴 80-300℃의 열이 열 접착제를 용융시키는, DE 601 21 318 T2;
- 고무 및 활성탄을 첨가해서 역청 혼합물, 특히 도로 건설 아스팔트를 제조하는 것을 개시하며, 상기 활성탄이 고온 아스팔트의 제조시 증기/가스의 배출을 줄이고, 타르 함유 재활용 아스팔트로 제조된 아스팔트 에멀션에서 물에 의한 유해물질의 용리를 줄이고, 고무는 활성탄과 함께 또는 활성탄으로부터 분리되어 역청 전에 뜨거운 광물에 첨가되거나 또는 이전에 역청과 혼합되는, DE 44 30 819 C1;
- 바람직하게는 폐타이어로부터 얻어진 고무 그래뉼을 첨가한 매스틱 아스팔트를 개시하고, 고무 그래뉼의, 매스틱 아스팔트보다 낮은 밀도가 아스팔트 층의 표면에서 풍부화를 야기함으로써, 표면의 탄성화, 차음, 매스틱 아스팔트의 미끄럼 방지 특성의 개선이 이루어지는, CH 694 430 A5;
에 개시된, 이전에 분석된 공지된 해결책에 비해, 본 발명의 장점은
- 팽윤된 펠릿이 추가의 왁스 성분을 도입하고, 상기 왁스 성분은 점도 감소 작용을 하며(처리, 압축, 에너지 절감 및 배출 감소의 장점), 주변 온도에서 변형에 대한 아스팔트의 저항을 높이고,
- 고무 입자가 팽윤에 의해 활성화되고 역청과의 강력한 상호작용에 의해 아스팔트 특성을 개선하고,
- 응집 전 팽윤은 고무의 팽윤시 아스팔트 중의 역청으로부터 오일 성분이 추출되어 역청의 경화를 야기하는 것을 방지하고,
- 임의적인 폴리옥테나머가 화학적 가교에 의해 고무 및 역청의 적합성을 개선하고,
- 건강 및/또는 환경에 유해한 방향족 오일이 사용되지 않고, 나프텐 광유, 파라핀 광유, 재생 윤활유, 피셔-트롭쉬 합성으로부터 얻어진 파라핀, 또는 후-팽창 천연 오일이 사용되고,
- 본 발명에 따른 생성물은 응집되어 쉽고 안전하게(분진 폭발) 저장되고, 운반되며, 아스팔트 믹싱 플랜트에 통상적으로 존재하는 시스템에 의해 도우징될(공기압 송출, 웜 송출) 수 있는 형태로 주어질 수 있어서, 상기 생성물이 아스팔트 믹서에 직접 첨가에 적합하며, 이전의 역청 개질을 위한 비용(시간, 에너지, 개질 시스템에 대한 투자)를 낮춤으로써,
넓은 산업상 이용 가능성이 달성된다.

Claims (23)

  1. 고무 입자의 팽윤 예비반응 및 왁스의 첨가에 의해 고무 입자와 왁스, 바람직하게는 석유 파라핀, 피셔-트롭쉬 파라핀, 아미드 왁스, 몬탄 왁스, 폴리머 왁스, 글리세롤의 에스테르와 같은 50℃보다 높은 응고점을 갖는 왁스를 포함하는 응집체의 벌크 재료의 제조 방법으로서,
    a) 팽윤, 및 나프텐 또는 파라핀 광유, 재생 윤활유, 천연 오일 또는 피셔 트롭쉬 합성으로 얻은 저융점의 파라핀으로 이루어진 팽윤제의 사용에 의해 고무를 활성화하는 단계,
    b) 팽윤에 의해 활성화된 고무 입자에 점도 감소 왁스(viscosity-reducing wax) 및 임의적인 폴리옥테나머(polyoctenamer)로 이루어진 용융물을 첨가하는 단계,
    c) 팽윤제가 고무 분자의 간극 내로 침투되어 분자들을 서로 밀어내고, 물리적 인력이 줄어들거나 중단되도록, 혼합 또는 압력의 작용에 의해, 팽윤에 의해 활성화된 고무 입자를 점도 감소 왁스, 및 수지 또는 폴리이소부텐과 같은 임의적인 접착 개선제로 응집시키는 단계
    를 포함하고,
    d) 응집체 내에, 점도를 낮추는 큰 부피 및 연화에 의해 왁스에 의한 더 친밀하고 더 균일한 습윤 및 고무 분자들 간의 가교의 증가된 안정성이 형성되는 것인 응집체의 벌크 재료의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 기계적으로 생성된 체 분획(sieve fraction)으로부터 주변 온도에서 얻어진 순수한 고무 입자를 사용하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 기계적으로 생성된 체 분획으로부터 극저온에서 얻어진 순수한 고무 입자를 사용하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 기계적으로 생성된 체 분획으로부터 주변 온도에서 얻어진 순수한 고무 입자와 극저온에서 얻어진 순수한 고무 입자로 이루어진 혼합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 팽윤에 의해 활성화된 고무 입자 상에 왁스의 첨가에 의해 생성된 층이 형성되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 고무량을 기준으로 1∼50 중량%의 왁스 용융물을 갖는 왁스를 첨가하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 고무량을 기준으로 25∼35 중량%의 왁스 용융물을 갖는 왁스를 첨가하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 왁스 용융물 중 1∼50 중량%의 양의 폴리옥테나머를 첨가하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 왁스 용융물 중 25∼35 중량%의 양의 폴리옥테나머를 첨가하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 응집의 강화를 위해 0.1∼5 중량%의, 수지 또는 폴리이소부텐과 같은 접착 개선제를 첨가하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 팽윤에 의해 활성화된 고무 입자에 약 2∼3분 내에 왁스 용융물을 첨가하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 응집체가 아스팔트 혼합물 또는 역청 물질용 믹싱 플랜트 내로의 직접 첨가에 의해 아스팔트 또는 역청 물질의 제조에 사용되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 가열된 기계식 믹서,
    - 분쇄기 및 성형 다이를 이용하는 프레스법,
    - 압출법, 또는
    - 마찰 믹서, 유체 믹서 또는 터보 믹서로서의 열 발생 믹서
    에 의해 혼합하여 펠릿을 얻는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 고무 입자에의 왁스의 첨가 및 응집체의 형성이 2개의 연속하는 공정 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  15. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라 제조된 응집체, 특히 고무 입자와 왁스로 이루어진 펠릿으로서,
    a) 0.05∼5 mm의 입자 크기 분포를 갖는 고무 입자,
    b) 고무량을 기준으로 1∼50 중량%의 양으로 상기 고무 입자를 코팅하는 왁스 용융물, 및
    c) 팽윤제의 최대로 흡수 가능한 양의 1∼100% 범위로 고무 입자 내에 흡수된 팽윤제
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 응집체.
  16. 제15항에 있어서, 혼합 또는 응집 방법에 의해 15분 이내에 건조 표면을 갖는 벌크 재료로서 제조되는 것을 특징으로 하는 응집체.
  17. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따라 제조된 응집체 및 제15항 또는 제16항에 따른 응집체로 이루어진 벌크 재료를 사용해서 아스팔트 또는 역청 물질과의 혼합물 또는 역청 물질을 제조하는 방법으로서,
    혼합 동안 팽윤제가 고무 분자의 간극 내로 침투되어 분자들을 서로 밀어내고, 물리적 인력이 감소되거나 중단되며, 혼합물 내에 180분까지 안정한 점도 감소가 형성되고, 상기 시간에 걸쳐 작용하는 점도 감소에서, 응집체의 도입에 따른 고무 분자들 간의 가교의 증가된 안정성 및 180분까지 지속하는 제제의 안정성이 얻어지는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서, 아스팔트의 제조 및 적용시 온도를 낮추기 위해, 상기 응집체를 역청의 양을 기준으로 1∼30 중량%의 양으로 직접 아스팔트 믹서로의 역청의 첨가 전, 동안 또는 후에 첨가하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 응집체를 5∼30 중량%의 양으로 직접 첨가하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  20. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    a) 첨가는 역청의 첨가 3∼15초 전에 이루어지고,
    b) 상기 시간 내에 더 높은 온도 및 강한 전단력에 의해 응집체가 신속히 분해되고, 고무 입자가 예비 분배되며, 이때 고무의 열 활성화가 이루어지고,
    c) 혼합 프로세스에서 열이 왁스를 유동화시킴으로써, 활성화된 고무 입자가 신속히 유리되고,
    d) 예비 팽윤에 의해 활성화된 고무 입자는 역청에 의한 피복과 같은 강한 상호작용을 형성하고,
    e) 혼합 온도는 130∼190℃의 범위로 조절되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  21. 제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라 제조된 아스팔트 혼합물 또는 역청 물질과의 혼합물 또는 역청 물질로서,
    a) 120∼230℃의 도입 온도,
    b) 98∼103% 범위의 압축률,
    c) 1.70∼3.00 N/㎟ 범위의 쪼갬 인장 강도,
    d) 1.50∼2.50 N/㎟ 범위의 수침 후 쪼갬 인장 강도, 및
    e) 0.6∼0.9×10-4/n ‰ 범위의 단축의 압축 팽창 테스트에서 변형률로서 측정된 변형에 대한 저항성
    을 특징으로 하는 아스팔트 혼합물 또는 역청 물질과의 혼합물 또는 역청 물질.
  22. 제21항에 있어서, 역청 물질의 출발 점도에 비해, 팽윤제 및 왁스에 의해 상호작용하는 역청 물질의 감소가 일어나고, 혼합물 내에서 점도 감소의 안정성이 < 180분까지 지속되며, 고무 분자의 가교의 증가된 안정성 및 아스팔트 혼합물 또는 역청 물질과의 혼합물 또는 역청 물질의 안정성이 얻어지는 것을 특징으로 하는 아스팔트 혼합물 또는 역청 물질과의 혼합물 또는 역청 물질.
  23. 역청 물질의 분무 및 광물의 제공에 의한 도로의 표면 처리를 위한 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 응집체를 갖는 역청 물질의 용도.
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