KR20160141185A - 아스팔트 도로 포장재용 수지 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 아스팔트 도로 포장재용 수지 조성물에 관한 것으로, 본 발명에 따른 수지 조성물은 아스팔트와 접착이 우수하고, 저온 및 상온에서도 우수한 경화성을 나타내며, 내구성 및 내오염성도 우수하여, 아스팔트 도로의 미끄럼 방지용 포장재로서 적합하게 사용될 수 있다.

Description

아스팔트 도로 포장재용 수지 조성물{Resin composition for asphalt road pavement}
본 발명은 아스팔트 도로 포장재용 수지 조성물에 관한 것이다.
기존 도로 포장재용 수지로는 에폭시계 수지, 폴리우레탄계, 불포화 폴리에스테르계 수지 등이 사용되어 왔다(예컨대, 한국공개특허 제10-2012-0107735호).
그러나, 에폭시계 수지는 부착성은 양호하나, 시간 경과에 따라 경도가 강하게 되어 크랙이 발생하고, 부착이 불량해지며, 내후성이 미흡한 단점이 있다.
폴리우레탄계 수지는 도막유연성이 온도변화에는 큰 영향을 받지 않으나, 수분에 장시간 노출시 물성이 취약해지고, 점차 경질로 변화하는 문제점이 있다.
불포화 에스테르계 수지는 내용제성은 우수하나, 내후성이 떨어지고, 부착성이 불량한 문제점이 있다.
본 발명은 아스팔트와 접착이 우수하고, 저온 및 상온에서도 우수한 경화성을 나타내며, 내구성 및 내오염성이 향상된 아스팔트 도로 포장재용 수지 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 아스팔트 도로 포장재용 수지 조성물은, (메트)아크릴계 공중합체, 희석 단량체 및 탄산칼슘을 포함하고, 상기 (메트)아크릴계 공중합체는 (메트)아크릴계 단량체 혼합물을 공중합하여 제조된 것이며, 상기 (메트)아크릴계 단량체 혼합물 100중량% 내에는 글리시딜 (메트)아크릴레이트가 5 내지 15중량% 포함된다.
본 발명에 따른 수지 조성물은 아스팔트와 접착이 우수하고, 저온 및 상온에서도 우수한 경화성을 나타내며, 내구성 및 내오염성도 우수하여, 아스팔트 도로의 미끄럼 방지용 포장재로서 적합하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 명세서에 있어서 용어 “(메트)아크릴”은 아크릴 및 메타크릴을 모두 포함하는 개념이다.
본 발명의 수지 조성물에 포함되는 (메트)아크릴계 공중합체는, (메트)아크릴계 단량체 혼합물을 공중합하여 제조되며, 상기 (메트)아크릴계 단량체 혼합물 100중량% 내에는 글리시딜 (메트)아크릴레이트가 5 내지 15중량% 포함된다. (메트)아크릴계 단량체 혼합물 내의 글리시딜 (메트)아크릴레이트 함량이 5중량% 미만이면 아스팔트 부착성이 열악해지고, 15중량%를 초과하면 아스팔트 부착성이 열악해지고 내오염성도 열악해지는 문제가 있다.
상기 (메트)아크릴계 단량체 혼합물은 글리시딜 (메트)아크릴레이트 이외의 (메트)아크릴계 단량체를 포함할 수 있다. 상기 글리시딜 (메트)아크릴레이트 이외의 (메트)아크릴계 단량체로는, 예컨대, 메틸 (메트)아크릴레이트, 에틸 (메트)아크릴레이트, 프로필 (메트)아크릴레이트, n-부틸 (메트)아크릴레이트, 이소부틸 (메트)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메트)아크릴레이트, 2-하이드록시에틸 (메트)아크릴레이트 및 2-하이드록시프로필 (메트)아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 이 경우, (메트)아크릴계 단량체 혼합물 100중량% 내의 글리시딜 (메트)아크릴레이트 이외의 (메트)아크릴계 단량체 함량은 80 내지 95중량%일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 글리시딜 (메트)아크릴레이트 이외의 (메트)아크릴계 단량체로서, 메틸 (메트)아크릴레이트와, 그 밖에 상기 열거된 단량체들 중 하나 이상을 사용할 수 있다. 이 경우, (메트)아크릴계 단량체 혼합물 100중량% 내의 메틸 (메트)아크릴레이트 함량은 55 내지 65중량%일 수 있고, 그 밖에 상기 열거된 단량체들 중 하나 이상의 함량은 15 내지 40중량%일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 (메트)아크릴계 단량체 혼합물은 중합 개시제의 존재 하에서 공중합될 수 있다. 상기 중합 개시제로는 과산화물, 예컨대, 디벤조일퍼옥사이드, t-부틸퍼옥시벤조에이트, t-부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, t-아밀퍼옥시-2-에틸헥사노에이트 및 t-아밀퍼옥시벤조에이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. (메트)아크릴계 단량체 혼합물 100중량부에 대한 중합 개시제 사용량은 0.1 내지 1중량부일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 (메트)아크릴계 단량체 혼합물의 중합 생성물은 산 단량체와 추가로 공중합될 수 있다. 이 경우, 본 발명의 (메트)아크릴계 공중합체는 중합단위로서 (메트)아크릴계 단량체 혼합물 내의 단량체들 및 추가의 산 단량체를 포함하게 된다. 상기 산 단량체로는, 예컨대, 아크릴산, 메타크릴산, 말레인산 및 푸마르산으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. (메트)아크릴계 단량체 혼합물 100중량부에 대한 산 단량체의 사용량은 1 내지 5중량부일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 (메트)아크릴계 단량체 혼합물의 중합 생성물과 산 단량체의 공중합은 촉진제의 존재 하에 수행될 수 있다. 상기 촉진제로는, 예컨대, 트리페닐포스핀을 사용할 수 있다. (메트)아크릴계 단량체 혼합물 100중량부에 대한 촉진제 사용량은 0.1 내지 1중량부일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
이에 한정되지는 않으나, 본 발명의 일 구체예에 따르면, 본 발명의 (메트)아크릴계 공중합체는, 상기 (메트)아크릴계 단량체 혼합물을 중합 개시제의 존재 하에 1차로 반응시켜 중합 생성물을 만들고, 이러한 1차 중합 생성물에 촉진제 및 산 단량체를 투입한 뒤 추가로 반응시키는 방법에 의하여 제조될 수 있다.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 1차 중합 생성물은, (메트)아크릴레이트, 글리시딜 (메트)아크릴레이트, 임의로 그 외의 (메트)아크릴레이트가 중합되어 선형의 구조를 가지며, 그 생성물의 구조는 예컨대 다음 구조식 1과 같을 수 있다.
[구조식 1]
Figure pat00001
상기 1차 중합 생성물에 촉진제 및 산 단량체를 투입하면 2차 중합 생성물인 (메트)아크릴계 공중합체가 제조될 수 있으며, 그 생성물의 구조는 예컨대 다음 구조식 2와 같을 수 있다.
[구조식 2]
Figure pat00002
상기 구조식 2를 참조하면, 상기 1차 중합 생성물의 글리시딜 (메트)아크릴레이트에 산 단량체가 붙으면서 이중결합이 형성된다. 즉, 아크릴 중합체에 이중결합이 도입되어 BPO(benzoyl peroxide) 경화가 가능하며, 이로 인해 물성이 향상된 도료가 제조될 수 있다.
상기 중합 반응은 통상의 용제(예컨대, 톨루엔) 내에서 수행될 수 있다.
본 발명의 (메트)아크릴계 공중합체는 60 내지 80℃의 유리전이온도(Tg)를 가질 수 있으며, 바람직하게는 65 내지 75일 수 있다. (메트)아크릴계 공중합체의 유리전이온도가 60 미만인 경우에는 도막이 약하게 형성되고 Tacky로 인해 내오염성이 열악해질 수 있고, 80 초과인 경우에는 도막이 hard하게 형성되어 Crack이 발생될 수 있다.
또한, 본 발명의 (메트)아크릴계 공중합체는 30,000 내지 75,000의 분자량(MW)을 가질 수 있으며, 바람직하게는 40,000 내지 60,000일 수 있다. (메트)아크릴계 공중합체의 분자량이 30,000 미만인 경우에는 부착성이 저하되고, 75,000 이상인 경우에는 점도가 지나치게 높아져 도료를 형성하기에 어려움이 있다.
본 발명의 수지 조성물에 포함되는 희석 단량체로는, 예컨대, 메틸 메타크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트 및 이소부틸 아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. (메트)아크릴계 공중합체 100중량부에 대한 희석 단량체 사용량은 10 내지 100중량부일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 희석 단량체 사용량이 지나치게 적으면 점도가 높아져 작업성에 문제가 있을 수 있고, 반대로 지나치게 많으면 단분자 형성이 많아 내구성에 문제가 있을 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 따르면, 희석 단량체로서 메틸 메타크릴레이트와 n-부틸 아크릴레이트의 혼합물이 사용될 수 있으며, 이 경우 메틸 메타크릴레이트 : n-부틸 아크릴레이트의 혼합 중량비는, 예컨대, 1:0.5 내지 1:2일 수 있다.
본 발명의 수지 조성물에 포함되는 탄산칼슘의 양은, 예컨대, (메트)아크릴계 공중합체 100중량부에 대하여 150 내지 350중량부일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 탄산칼슘 사용량이 지나치게 적으면 TI(thixotropic Index = 0.5rpm점도/5.0rpm점도)가 낮아서 작업성에 문제가 있을 수 있고, 반대로 지나치게 많으면 내수성에 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 수지 조성물에는 가교제가 추가로 포함될 수 있다. 상기 가교제는 경화 과정에서 조성물 내 공중합체 사이에 가교결합을 형성하여 도막 경도를 보강하는 기능을 한다. 상기 가교제로는, 예컨대, 아릴 메타크릴레이트, 트리메틸올프로판, 트리아크릴레이트, 1,4-부탄디올디아크릴레이트, 1,3-부탄디올디메타크릴레이트, 1,6-헥산디올디아크릴레이트, 1,6-헥산디올디메타크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. (메트)아크릴계 공중합체 100중량부에 대한 가교제 사용량은 0.05 내지 0.1중량부일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 수지 조성물에는 또한 하나 이상의 기능성 첨가제가 추가로 포함될 수 있다. 이러한 기능성 첨가제로는, 예컨대, 경화 촉진제, 침강방지제, 소포제, 실리카, 왁스, 산화방지제, 중합금지제 등을 들 수 있다. 예를 들어, 왁스는 수지 표면과 산소의 접촉을 차단함으로써 표면 미경화 현상을 방지하고, 부티레이티드하이드록시톨루엔, 하이드로퀴논, 안티몬 등과 같은 산화방지제와 중합금지제는 조성물에 저장 안정성을 부여한다. 이러한 기능성 첨가제들은, 예컨대, 조성물 100중량부에 대하여 각각 0.1 내지 5중량부의 범위 내에서 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 이들로 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 ]
실시예 1
메틸 메타크릴레이트 60중량%, 글리시딜 메타크릴레이트 10중량% 및 n-부틸 아크릴레이트 30중량%를 포함하는 단량체 혼합물 100중량부에, 중합 개시제로서 t-아밀퍼옥시-2-에틸헥사노에이트(TAPO) 1중량부 및 톨루엔 50중량부를 투입하고 약 3시간동안 환류하에 중합한 후, 여기에 트리페닐포스핀 (TPP) 1중량부 및 아크릴산 3중량부를 혼합하고, 90℃에서 8시간동안 추가 반응시켜 공중합체를 제조하였다. 제조된 공중합체의 유리전이온도(Tg)를 DSC(Differential Scanning Calorimetry)로 측정하여 표 1에 나타내었다.
상기 제조된 공중합체 20중량부, 희석 단량체로서 메틸 메타크릴레이트 5중량부 및 n-부틸 아크릴레이트 10중량부, 탄산칼슘 50중량부, 촉진제인 P-Toluidine(para-metylaniline) 0.5중량부를 1시간 동안 상온에서 혼합하여 수지 조성물을 제조하였다. 제조된 조성물을 아스팔트 포장 도로에 적용한 후, 하기 물성을 평가하여 표 1에 나타내었다.
내마모도
시편 제작 1일 후 내마모도(Taber) 1000회로 마모량을 측정하였다.
아스팔트 부착성
도료 도포 1일 후 Dolly를 이용하여 아스팔트 부착성을 측정하였다.
내오염성
차량통행 약 1000대/1day 도로에 도장하여 1개월 동안 평가하였다: 5(우수)->1(열악)
실시예 2
공중합체 제조를 위한 단량체 혼합물로서, 메틸 메타크릴레이트 60중량%, 글리시딜 메타크릴레이트 5중량% 및 n-부틸 아크릴레이트 35중량%의 혼합물을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 같은 방법으로 공중합체를 제조하고, 이를 사용하여 실시예 1과 같은 방법으로 수지 조성물을 제조하였다. 제조된 공중합체 및 수지 조성물에 대하여 실시예 1과 같은 방법으로 물성을 평가하여 표 1에 나타내었다.
실시예 3
공중합체 제조를 위한 단량체 혼합물로서, 메틸 메타크릴레이트 60중량%, 글리시딜 메타크릴레이트 15중량% 및 n-부틸 아크릴레이트 25중량%의 혼합물을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 같은 방법으로 공중합체를 제조하고, 이를 사용하여 실시예 1과 같은 방법으로 수지 조성물을 제조하였다. 제조된 공중합체 및 수지 조성물에 대하여 실시예 1과 같은 방법으로 물성을 평가하여 표 1에 나타내었다.
비교예 1
공중합체 제조를 위한 단량체 혼합물로서, 메틸 메타크릴레이트 60중량%, 글리시딜 메타크릴레이트 20중량% 및 n-부틸 아크릴레이트 20중량%의 혼합물을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 같은 방법으로 공중합체를 제조하고, 이를 사용하여 실시예 1과 같은 방법으로 수지 조성물을 제조하였다. 제조된 공중합체 및 수지 조성물에 대하여 실시예 1과 같은 방법으로 물성을 평가하여 표 1에 나타내었다.
비교예 2
공중합체 제조를 위한 단량체 혼합물로서, 메틸 메타크릴레이트 60중량% 및 n-부틸 아크릴레이트 40중량%의 혼합물을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 같은 방법으로 공중합체를 제조하고, 이를 사용하여 실시예 1과 같은 방법으로 수지 조성물을 제조하였다. 제조된 공중합체 및 수지 조성물에 대하여 실시예 1과 같은 방법으로 물성을 평가하여 표 1에 나타내었다.
Figure pat00003
상기 표 1의 결과로부터 알 수 있듯이, 실시예 조성물들의 경우 도료가 마모되는 정도가 적어 내구성이 우수하였고, 특히 아스팔트 부착성 및 내오염성 측면에서 우수한 성능을 나타내었다. 반면 비교예 1의 조성물은 내마모성 및 아스팔트 부착성이 현저히 열악하였고, 비교예 2의 조성물은 아스팔트 부착성 및 내오염성이 현저히 열악하였다.

Claims (5)

  1. (메트)아크릴계 공중합체, 희석 단량체 및 탄산칼슘을 포함하고,
    상기 (메트)아크릴계 공중합체는 (메트)아크릴계 단량체 혼합물을 공중합하여 제조된 것이며,
    상기 (메트)아크릴계 단량체 혼합물 100중량% 내에 글리시딜 (메트)아크릴레이트가 5 내지 15중량% 포함되는,
    아스팔트 도로 포장재용 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서, (메트)아크릴계 단량체 혼합물이, 글리시딜 (메트)아크릴레이트 이외의 (메트)아크릴계 단량체로서, 메틸 (메트)아크릴레이트, 에틸 (메트)아크릴레이트, 프로필 (메트)아크릴레이트, n-부틸 (메트)아크릴레이트, 이소부틸 (메트)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메트)아크릴레이트, 2-하이드록시에틸 (메트)아크릴레이트 및 2-하이드록시프로필 (메트)아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는, 아스팔트 도로 포장재용 수지 조성물.
  3. 제2항에 있어서, 글리시딜 (메트)아크릴레이트 이외의 (메트)아크릴계 단량체가 메틸 (메트)아크릴레이트; 및 에틸 (메트)아크릴레이트, 프로필 (메트)아크릴레이트, n-부틸 (메트)아크릴레이트, 이소부틸 (메트)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메트)아크릴레이트, 2-하이드록시에틸 (메트)아크릴레이트 및 2-하이드록시프로필 (메트)아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상;인, 아스팔트 도로 포장재용 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서, (메트)아크릴계 공중합체가 추가의 중합단위로서 산 단량체를 포함하는, 아스팔트 도로 포장재용 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서, (메트)아크릴계 공중합체가 60 내지 80℃의 유리전이온도를 가지는, 아스팔트 도로 포장재용 수지 조성물.
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