KR20200029045A - 분쇄된 타이어 고무 입자로부터 유도된 상호침투 엘라스토머 네트워크 - Google Patents

분쇄된 타이어 고무 입자로부터 유도된 상호침투 엘라스토머 네트워크 Download PDF

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Abstract

재생 타이어로부터 얻어진 부스러기 고무를 상호연결 치환 공정에 적용시킨다. 상기 공정은 황 결합에 관여하는 반응성 성분을 이용한다. 생성되는 처리된 고무는 과립화되기 전의 버빈 복합 고무의 그것과 유사한 특성을 나타내며, 새 타이어, 엔지니어링 고무 제품, 및 방수 및 포장 적용용 아스팔트 고무에 사용하기 적합하다.

Description

분쇄된 타이어 고무 입자로부터 유도된 상호침투 엘라스토머 네트워크
관련출원 상호 참조
출원 데이터 시트에서 식별된 임의의 및 모든 우선권 주장 또는 그에 대한 임의의 정정은 37 CFR 1.57하에서 참조로 포함된다.　본 출원은 2017년 8월 4일 출원된 미국 가출원 제62/541,610호, 2017년 10월 5일 출원된 미국 가출원 제 62/569,374호, 2018년 1월 4일에 출원된 미국 가출원 제62/613,744호 및 2018년 1월 24일에 출원된 미국 가출원 제62/621,465호의 이익을 주장하는, 2018년 4월 20일에 출원된 PCT 국제출원 제PCT/US2018/028656호의 부분 계속 출원이다. 본 출원은 2018년 7월 25일에 출원된 미국 가출원 제62/703,366호의 이익을 주장한다. 전술된 출원들 각각은 본원에 전체적으로 참고로서 포함되며, 이에 의해 각각은 본 명세서의 일부를 명시적으로 구성한다.
발명의 분야
재생 타이어로부터 얻어진 부스러기 고무는 위상 망상 유도된 설피딕 복분해(phase reticulation induced sulfidic metathesis)를 포함하는 공정에 적용된다.　이 공정은 황 결합을 방해하는 반응성 성분을 활용한다. 상호연결된(interlinked) 치환을 거쳐 수득된 고무는 과립화 이전의 버진 복합 고무 구조와 유사한 특성, 또는 다른 중합성 재료를 나타내며, 새로운 타이어, 가공된 고무 제품, 및 방수 및 포장 응용분야에 사용되는 아스팔트 고무를 제조하는데 사용하기에 적합하다.
2015년, 최종 용도 시장은 미국에서 생산된 스크랩(scrap) 타이어의 87.9% 중량을 소비했다. 미국의 최종 용도 시장에서 소비되는 스크랩 타이어의 총량은 약 3,551,000 톤의 타이어에 도달했다.　RMA는 2015년 미국에서 약 4,038,000 톤의 타이어가 생산된 것으로 추정한다. 이 타이어 중 25.8%는 분쇄된 고무 생산에 사용되었으며, 타이어 파생 연료는 48.6%, 11.4%는 토지 처리, 7.0%는 토목 공학에 사용되었고, 7.1%는 기타용도(0.7%는 전기 아크로, 1.3%는 교정 프로젝트, 2.6%가 수출, 2.6%는 기타 용도로 사용)로 사용되었다. 1990 년에는 타이어 당 11%의 타이어만 소비되었다. 2015년 결과　긍정적인 최종 용도 시장은 주로 TDF 사용률이 높고 수출이 감소한 결과였다.　장기적으로 스크랩 타이어를 위해 경제적으로 실행 가능하고 환경적으로 건전한 모든 시장을 확장해야 할 필요성은 여전히 중요하다.　스크랩 타이어는 타이어 파생 연료, 토목 공학 및 분쇄된 고무 애플리케이션을 포함한 다양한 스크랩 타이어 시장에서 소비되었다.　다른 소규모 시장과 합법적인 매립은 매년 생성되는 나머지 타이어를 소비했다.
주요 스크랩 타이어 시장에는 타이어 파생 연료, 분쇄된 고무, 토목 공학 및 기타 시장이 포함된다.　타이어 파생 연료 응용 분야에서 스크랩 타이어는 시멘트 가마, 펄프 및 제지 공장 및 산업 및 유틸리티 보일러의 연료로써 석탄을 대체해서 더 깨끗하고 경제적인 대안으로 사용된다.　분쇄 고무 응용 분야는 매년 약 1,020,000 톤의 스크랩 타이어 또는 매년 생성되는 스크랩 타이어 부피의 25% 이상을 사용한다.　분쇄 고무는 스크랩 타이어를 정해진 크기로 분쇄하여 생산된다.　분쇄 고무 응용 분야에는 새로운 고무 제품, 운동장, 및 기타 스포츠 표면 처리 및 고무 개질된 아스팔트가 포함된다.　분쇄 고무는 또한 조경 뿌리 덮개로 사용되는 더 큰 고무 조각과 느슨한 충전 운동장 재료를 포함한다.　운동장 및 뿌리 덮개 시장은 이 기간 동안 분쇄 고무 시장에서 가장 역동적인 부문이었다.　아스팔트 시장은 조용하고 내구성 있는 도로를 만들기 위해서 도로 포장에 사용되는 아스팔트 결합제로 개질하기 위해 분쇄 고무를 사용한다.　토목공학 시장은 연간 약 274,000 톤의 타이어를 소비하며, 총 타이어 판매량의 약 7.7%이며, 도로 및 매립지 건설, 정화조 침출 분야, 대체 일일 덮개 및 기타 건설 응용 분야에 사용되는 타이어 조각으로 이루어져 있다.　매년 생성되는 스크랩 타이어의 약 7%를 소비하는 추가 스크랩 타이어 시장이 존재한다.　이러한 시장에는 전기 아크로(제강 제조)에서 소비되는 타이어, 전문적으로 설계된 타이어 베일 및 스크랩 타이어에서 펀칭, 프레스 또는 스탬핑된 제품이 포함된다.　분쇄 고무 시장에서 소비되는 총 타이어 고무는 약 1억 3천6백만 파운드이다.　이러한 분쇄 고무 시장으로 전환된 총 스크랩 타이어는 약 102만 톤(6천2백만 타이어)이다.　2015 년에 시장에서 소비된 분쇄 고무 총 파운드의 퍼센트는 스포츠 표면 25%, 운동장 뿌리 덮개 22%, 성형/압출 제품 35%, 아스팔트 15%, 자동차 용도 2%, 수출 1%이다.
스크랩 타이어 비축은 역사적으로 타이어가 매립지에서 전환된 1960년대와 1970년대경에 시작되었지만 재활용 시장은 작동하지 않았다.　비축물은 대기 및 수질 오염을 유발하는 치명적인 화재를 발생시키기 쉽다.
전세계 고무 타이어 생산은 전세계 수명 종료(EOL) 타이어 스크랩의 약 99%를 생성한다.　매년 약 11억 개의 스크랩 타이어가 생성되는데, 이는 약 1200 만 톤의 스크랩 타이어에 해당한다.　새 타이어에 필요한 물리적 특성으로 인해 타이어는 강철 및 섬유 코드와 함께 광물 및 탄소로 채워진 고무 혼합물을 사용하여 세 심하게 설계된 직조를 구현한다.　EOL 타이어는 본래의 필수 요소로 분해하기가 어렵다.　잠재적으로 가장 가치가 높은 성분인 고무는 가황 공정이 적용되어 재생이 특히 어렵다.　결과적으로 마모 또는 돌이킬 수 없는 손상으로 인해 더 이상 차량에 사용하기에 적합하지 않은 EOL 타이어는 일반적으로 열분해 되거나(예: 시멘트 생산 시 사용되는 에너지를 생산하기 위함), 또는 충전제(예: 아스팔트 포장, 신생 타이어, 건축 또는 조경 물질)로서 사용되기 위해서 분쇄된다
발명의 요약
타이어 고무, 예를 들어 타이어 고무, 가황 고무를 탈황시키는 방법의 개발에 대한 광범위한 연구 노력이 있었지만, 타이어 고무를 버진 복합 고무(virgin composite rubber)와 유사한 특성을 갖는 상업적으로 실행 가능한 제품으로 변형시키는 것은 현재까지 개발되지 않았다.
폐 타이어 및 기타 가황 고무 스크랩에서 천연 또는 합성 고무를 추출, 활용 또는 변형하기 위한 상호연결 치환 방법은 고품질의 천연 또는 합성 고무를 위한 저비용 공급원으로서의 가능성을 제공한다.　이러한 재생 재료는 이들이 유래된 제품의 특성과 유사하거나 심지어 그보다 우수한 특성을 나타낼 수 있다.　본원에 기술된 바와 같은 공정에 적용되는 고무는 본원에서 "처리된 고무(treated rubber)", "활성화 고무", "상호연결 치환 고무(interlinked substituted rubber)", "PTR 고무", "사후 반응기 분쇄 타이어 고무", "EOL 타이어 고무 부스러기 유래 고무" 등으로 다양하게 지칭된다.
본원에 기술된 방법의 목적 중 하나는 가황 고무 제품 또는 예를 들어 수명이 다한(EOL) 고무 타이어에서 발견되는 것과 같은 다른 가교 고무 함유 제품을 가황 처리된 버진 고무로부터 통상적으로 제조될 제조품, 예를 들어 새로운 타이어 또는 다른 가황 고무 제품의 제조에 있어 원료로서 사용하기에 적합한 형태로 가공하는 것이다.　본원에 기재된 방법에 적용되는 가황 고무는 통상적으로 입수 가능하고, 30 메쉬, 수명이 다한, 분쇄 타이어 고무 입자(GTRP)로서 제공된다.　그것은 가교 재정렬된 5-10 미크론 모이어티로 변형되며, 여기서 상기 마이크로-모이어티는 30메쉬 입자로 크기 감소되기 전 EOL 타이어 고무 본래의 매크로 구조적 물성과 실질적으로 유사한 물리적 특성을 나타내는 상호침투 엘라스토머 네트워크인 것을 특징으로 하는 모놀리식, 매트로 구조로 재가공될 수 있다.
2개의 상호 의존적, 병렬 및 거의 동시에 상호 작용하는 프로세스 시스템이 본 명세서에 기술된 방법의 하나 이상의 다양한 목표를 달성하기 위해 성공적으로 실행된다.　원하는 최종 결과를 보장하기 위해, 공정 관리는 실시간 및/또는 미크론 모이어티에서 완성된 제품, 매크로 구조(macro-structure)로의 통합 후-공정 분석에 의해 선택적으로 데이터 구동될 수 있다.
제 1 시스템에서, 입자가 침지되는 수성 화학 용액이 제공된다.　수성 화학 용액은 후속의 재정렬 및 가교를 위해 펜던트 위치를 예비-핵생성시키는 방식으로 펜던트 엘라스토머 결합으로부터 횡 방향 설퍼릭 브릿지(sulfuric bridge)를 해리하도록 작용한다.　이 해리는 설피딕 브릿지를 온전한 상태로 실질적으로 유지하며, 원래 고정된(예를 들어, 가황된) 평행한 비-펜던트 골격에 동반자와 결합된 '테더(tether)'로서 결합된다.
제 2 시스템에서, 입자를 서브-히스테리시스, 스트레인(strain) 임계치로 응력-왜곡시키는(stress-distorts) 전자기-기계 시스템이 사용된다.　이는 수성인 화학 용액의 화학 물질이 피코-초 속도로 작동하여 제 1 시스템에 기재된 해리적 치환을 수행할 수 있도록, 수성, 화학 용액에 대한 엘라스토머 가교 부위의 노출을 최대화한다.
완전히 가황된 GTRP는 세 축 모두에서 왜곡에 대한 실질적인 레질리언스를 나타낸다.　이 레질리언스는 외력이 압축 기계적 힘, 인장 기계적 힘, 비틀림 기계적 힘 또는 전자기력인지 여부에 관계없이 관찰된다.　이러한 레질리언스는 고무의 치수 및 유전체의 그라운드 상태로의 빠른 회복으로 나타난다. 레질리언스 변형(resilience strain)은 위에서 설명한 두 개의 상호 의존적인 프로세스 시스템의 상호작용하는 결과물로, 적절히 조정되는 것을 포함하여 왜곡 완화주기보다 빠르다.
EC의 JRC(Joint Research Council)는 경제적 지속 가능성을 크게 상실 할 수 있게 하는 중단인, 공급 중단의 대상이 되는 27 개의 재료를 나열한 2017년 12월 CRM(Critical Raw Material) 연구를 최근 발표했다.　천연 고무(NR)는 27 개의 재료 중 하나로 나열되었다.　본원에 개시된 방법은 CRM 연구에서 언급된 천연 고무 갭의 최대 70%를 제공할 수 있다.
제 1 측면에서, 설피딕 결합(sulfidic linkages)을 방해하는 것과 함께 가황 고무 입자 내의 고무 매트릭스의 층간 분리를 유도하기 위하여, 캐비테이션을 갖는 상 공간 환경을 생성하도록 구성된 전기 기계식 반응기에 가황 고무 입자 및 오가노금속 화합물을 포함하는 수성 슬러리를 도입하는 단계를 포함하는 개질된 고무를 제조하는 방법이 제공된다.
제 1 측면의 실시양태에서, 상기 방법은 설피딕 결합을 형성하여 매트릭스 내부에 황 브릿지(sulfur bridge) 가교되고 재정렬된 라미네이트를 형성하는 단계를 더 포함한다.
제 1 측면의 실시양태에서, 층간 분리는 가황 고무 입자의 강성 설피딕 브릿지 일부가 원래의 알릴 카보 양이온에 테더된 채로 남아 있으면서 원래 메틸 카보 양이온에서 해결합되는(unbound) 것과 회합(associate)된다.
제 1 측면의 실시양태에서, 오가노금속 화합물은 분자 기하구조를 갖는 금속을 포함한다.
제 1 측면의 실시양태에서, 오가노금속 화합물은 Co2+, Cu2+, Ni2+, Zn2+, 및 Mn2+로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 이온을 포함한다.
제 1 측면의 실시양태에서, 오가노금속 화합물은 금속 이온에 대한 리간드로서 유기 음이온을 포함한다.
제 1 측면의 실시양태에서, 유기 음이온은 아세테이트 이온을 포함한다.
제 1 측면의 실시양태에서, 오가노금속 화합물은 구리 아세테이트이다.
제 1 측면의 실시양태에서, 오가노금속 화합물은 100-150℃ 범위에서 고체에서 액체 또는 증기로 상 변화되는 금속 염이다.
제 1 측면의 실시양태에서, 전기 기계식 반응기의 온도는 냉각 재킷 또는 냉각 코일을 사용하여 주위온도로 유지된다.
제 1 측면의 실시양태에서, 가황 고무 부스러기는 입자 크기가 200 메쉬보다 크다.
제 2 양태에서, 복수의 슬롯을 갖는 회전자(rotor)　및 고정자(stator)를 포함하는 전기 기계식 반응기가 제공되고, 상기 전기 기계식 반응기는 캐비테이션 되는 액체로 혼입된 공기, 오가노금속 화합물 및 분쇄된 타이어 고무 입자의 혼합물을 생성함으로써 상 공간 환경(phase space environment)을 생성하도록 구성된다.
제 3 측면에서, 2종 이상의 엘라스토머의 상호침투 네트워크를 포함하는 고무계 혼성 매트릭스가 제공되며, 상기 네트워크는 평균간격이 10 nm 내지 5 미크론인, 황 브릿지 가교되고 재정렬된 혼합된 라미네이트를 포함하고, 여기에서 각각의 라미네이트는 2종 이상의 엘라스토머 중 하나를 포함한다.
제 3 측면의 실시양태에서, 카본 블랙 입자는 라미네이트 사이에 분산된다.
제 3 측면의 실시양태에서, 2 종 이상의 엘라스토머는 버진 천연 고무 및 분쇄된 타이어 고무로부터 유도된 엘라스토머를 포함한다.
제 3 측면의 실시양태에서, 2 종 이상의 엘라스토머는 버진 스티렌 부타디엔/부타디엔 고무 및 분쇄된 타이어 고무로부터 유도된 엘라스토머를 포함한다.
제 3 측면의 실시양태에서, 2종 이상의 엘라스토머 중 2 개는 상이한 골격 화학구조(backbone chemistry)을 갖는다.
제 3 측면의 실시양태에서, 상이한 골격 화학을 갖는 2종 이상의 엘라스토머 중 2 개는 함께 직조된 다음 서로 분리되어 가교(cross linked )되어 있다.
제 4 측면에서, 제 3 측면의 고무계 혼성 매트릭스 또는 이의 임의의 실시양태예의 시트가 제공된다.
제 4 측면의 실시양태에서, 시트는 길이 인장 강도 대 너비 인장 강도의 이방성을 나타내고, 여기서 길이 인장 강도 대 너비 인장 강도의 이방성은 1.1 : 1 내지 3 : 1이다.
제 5 측면에서, 제 4 실시양태의 다수의 시트를 포함하는 라미네이트가 제공된다.
제 5 측면의 실시양태에서, 각각의 시트는 10 내지 70 미크론 범위의 두께를 갖는다.
제 5 양태의 실시양태에서, 각각의 시트는 진공 열 융착(vacuum-heat fused)되고 인접한 시트에 가교된다.
제 5 측면의 실시양태에서, 각각의 시트는 인접한 시트의 이방성 그레인(grain)에 대해 30 내지 45°로 배향된다.
제 6 측면에서, 해결합되고(unbound), 레프테이트된(reptated) 내부 형태를 갖는 분쇄된 타이어 고무 복합 구조체가 제공되며, 여기서 그 안의 강성 설피딕 결합의 일부는 원래의 알릴 카보 양이온에 각각 테더되고, 원래의 메틸 카보 양이온에서 바인딩되지 않는다.
제 7 측면에서, 그 안에 강성 설피딕 결합의 일부는 각각 원래의 알릴 카보르 양이온에서 테더되고 원래의 메틸 카보 양이온에서 해결합되며, 가황 고무 내의 중합체 골격의 일부는 아세테이트 모이어티에 의해 치환되는 가황 고무가 제공된다.
제 8 측면에서, 타이어 내의 고무의 3 중량% 내지 15 중량%가 실질적으로 본원에 기재된 방법에 의해 제조되는 고무 타이어가 제공된다.
제 9 측면에서, 타이어 내의 고무의 15 중량% 내지 100 중량%가 실질적으로 본원에 기재된 방법에 의해 제조되는 고무 타이어가 제공된다.
제 10 측면에서, 실질적으로 본원에 기재된 상호연결 치환 고무(interlinked substituted rubber)를 10 중량% 내지 50 중량% 포함하는 타이어 트레드가 제공된다.
제 11 측면에서, 실질적으로 본원에 기재된 상호연결 치환 고무를 10 중량% 내지 100 중량%로 포함하는 타이어 측벽이 제공된다.
제 12 측면에서, 실질적으로 본원에 기재된 상호연결 치환 고무를 5 중량% 내지 95 중량%로 포함하는 아스팔트-고무 결합제가 제공된다.
제 13 측면에서, 실질적으로 본원에 기재된 상호연결 치환 고무를 5 중량% 내지 95 중량%로 포함하는 아스팔트 에멀젼이 제공된다.
제 14 측면에서, 실질적으로 본원에 기재된 상호연결 치환 고무를 5 중량% 내지 95 중량%로 포함하는 아스팔트 루핑 재료(roofing material)가 제공된다.
제 15 측면에서, 실질적으로 본원에 기재된 상호연결 치환 고무가 제공된다.
제 16 측면에서, 본원에 기술된 상호연결 치환 고무 제품을 포함하는 타이어 트레드, 타이어 측벽, 루핑 멤브레인(roofing membrane), 고유전율 전기 테이프, 탱크 라이닝, 저수지 라이닝(reservoir lining), 트렌치 라이닝(trench lining), 다리 밑 깔개(bridge underlayment), 와이어 하니스 랩(wire harness wrap), 자가-결합 와이어 하니스 랩(self-bonding wire harness wrap), 신발 밑창, 고무 장화, 전기 테이프, 기초 방수제(foundation waterproofing), 주차장 방수제(parking garage waterproofing), 호스(hose), 벨트 또는 몰딩이 제공된다.
제 1 내지 제 16 측면의 실시양태의 임의의 특징은 본 명세서에서 확인되는 모든 측면 및 실시양태에 적용 가능하다.　또한, 제 1 내지 제 16 측면의 실시양태의 임의의 특징은 임의의 방식으로 본 명세서에 기술된 다른 실시양태와 부분적으로 또는 전체적으로 독립적으로 컴바인(combine)될 수 있으며, 예를 들어, 하나, 둘 또는 셋 이상의 실시예는 전체적으로 또는 부분적으로 컴바인될 수 있다.　또한, 제 1 내지 제 16 측면의 실시양태의 임의의 특징은 다른 측면 또는 실시양태에 대해 선택적으로 만들어 질 수 있다.　방법의 임의의 측면 또는 실시양태는 다른 측면 또는 실시양태의 시스템 또는 장치에 의해 수행될 수 있고, 시스템 또는 장치의 임의의 측면 또는 실시양태는 다른 측면 또는 실시양태의 방법을 수행하도록 구성될 수 있다.
도 1은 회전자(101), 고정자(102), 및 분쇄된 타이어 고무 입자(GTRP) 슬러리 흐름 패턴(104)을 생성하도록 협력하는 슬롯/캐비테이션 입구(portals)(103)를 포함하는 전기 기계식 반응기 환경(EMRE)을 도시한다.
도 2는 도 1의 EMRE를 위한 GTRP 슬러리를 제조하는 공정을 도시하며,　혼합 탱크(201)에 침지된 EMRE 헤드(202)를 사용한다.
도 3a는 차동 순환(differential-cyclical), 기계적 응력 및 입체 장 편광(steric field polarization)이 적용되는 "상 공간 터널"(phase space tunnel)을 횡단하는 GTRP의 프로세스를 도시한다.
도 3b는 EMRE 회전자(301)와 압축 게이트(302) 사이의 상 공간 터널(303)을 도시한다.
도 3c는 GTRP 의 급속 압축 신장-압축 해제(rapid compression-stretching-decompression)의 효과를 도시한 것이다.
도 4a는 혼입된 공기(406), GTRP(405) 및 수성 오가노금속 매트릭스(407)가 압축 게이트를 통과 할 때 EMRE 로터(401) 및 압축 게이트(203)에 의해 발생된 캐비테이션 프로세스를 도시한다.
도 4b는 상 공간 터널 영역에서의 조건의 제어를 위한 프로세스 제어 변수를 포함한다.
도 4c는 GTRP 슬러리 제어 변수를 나열한 표를 제공한다.
도 4d는 EMRE 공정 제어 변수를 나열한 표를 제공한다.
도 5a는 화학주성 설피딕 브릿지 테더 효과를 개략적으로 도시한다.
도 5b는 카보 양이온 안정성의 예시를 제공한다.
도 6a는 GTRP 슬러리 형성의 요약을 도시한다.
도 6b는 실시양태의 프로세스에서 리간드를 개선하는 오가노금속 화합물의 프로세스를 도시한다.
도 7a는 분쇄된 상태의 가황된 GTRP, EMRE-상태인 GTRP, 및 처리된 고무의 재생된 상호침투 엘라스토머 네트워크의 모폴로지를 도시한다.
도 7b는 재생된 상호침투 엘라스토머 네트워크를 포함하는 모놀리식 고무 매크로 구조를 제조하는 흐름도를 제공한다.
도 8a는 병렬, 연속-흐름, 미세-합성 반응기(PCMR)를 도시한다.
도 8b는 예를 들어 PCMR에서 사용하기 위한 공간 절약 튜브 구성을 도시한다.
도 9는 적용된 충돌 압력의 존재 및 부재 둘 다의 상호연결 치환 반응에 대한 에너지 대 반응 좌표의 그래프를 제공한다.
도 10a는 한 실시양태의 수평 압축 반응기의 상면도 및 단부도(end view)를 제공한다.
도 10b는 도 10a의 수평 압축 반응기의 분해도를 제공한다.
도 10c는 도 10a의 수평 압축 반응기의 상면도를 제공한다.
도 10d는 도 10a의 수평 압축 반응기의 단부도를 제공한다.
도 11은 수평 압축 반응기에서 예비 코팅된 ELT 고무 부스러기를 압착하는 공정의 개략도를 제공한다.
도 12a 내지 12c는 트윈 카운터 회전 스크류(twin counter rotating screw)를 포함한 한 실시양태의 마이크로 컴바운딩 반응기(micro-compounding reactor)를 도시한 것이다. 도 12a은 배럴(barrel)을 도시한 것이며, 도 11b는 단부 플레이트를 도시한 것이고 도 12c는 회전 스크류 중의 하나를 도시한 것이다.
도 13은 Paving Asphalt PG 64-10 Product 2185에 대한 사양을 제공한다.
도 14a는 상호연결 치환 제품을 함유하는 아스팔트에 대한 Caltrans PG 사양 시험 결과를 제공한다.
도 14b는 상호연결 치환 제품을 함유하는 아스팔트에 대한 다중 응력 크리프 회복(multiple stress creep recovery; MSCR) 시험 데이터를 포함한다.
도 14c는 상호연결 치환 제품을 함유하는 아스팔트에 대한 분리 시험 데이터를 포함한다.
도 15는 버진 중합체, 말단 블렌드, GTR/버진 중합체, 및 PTR에 대한 완화된 응력 단위로서 피로 저항(회복가능한 변형)을 도시한다. 데이터가 보여주는 바와 같이, PTR은 보다 긴 서비스 수명(다년강의 서비스에서)을 부여하는 종래 물질과 비교할 때 우월한 피로 저항을 나타낸다.
도 16은 구름 하중(rolling load)하에 포장할 때 매우 높은 고 에너지 전환 영역에서 혼입 아스팔트/나노카본 클러스터에 대한 고 에너지 단편화 및 소진 공정을 도시한다.
도 17a 및 17b는 축 칼러(1701), 4개의 트러스트 베어링(1702), 1/2 인치 축(1703), 오일라이트 베어링(oilite bearing)(1704), 1/2 인치 스테인레스강(ss) 하우징 리드(1705), 축 칼러(1706), 3/8 인치 스테인레스강 회전자(1707), 심(shim)(1708)(필요에 따라), 3/8 인치 스테인레스강 스페이서(1709), 3/8 인치 스테인레스강 고정자(1710), 올라이트 하우징(1711), 및 1/2 인치 하우징 플레이트(1712)를 구비한 을 도시한 상호침투 반응기(1700)을 도시한 것이다.
이하의 설명 및 예시는 본 발명의 실시양태를 상세히 설명한다.　당업자는 본 발명의 범위에 포함되는 본 발명의 많은 변형 및 수정이 있음을 인식 할 것이다.　따라서, 실시양태의 설명은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.
도 입
크기 범위가 약　600 미크론(30 메쉬)인 주변(ambient), 수명종료(EOL), 분쇄된 타이어 고무(GTR) 입자는 구형 타이어 트레드 또는 타이어 측벽 또는 이 둘의 조합으로 구성된 단면을 갖는다.　이는 일반적으로 주로 카본인 무기 물질로 채워진 상호침투(interpenetrating), 가교된(cross linked) 엘라스토머 네트워크의 혼성 매트릭스(heterogeneous matrix)로 특징 지어질 수 있다.　그것이 주로 타이어 트레드 또는 측벽 유래인지에 따라서, 일차 얽힌 엘라스토머(primary entangled elastomers)는 천연고무(NR) 또는 스티렌 부타디엔/부타디엔 고무(BR S-BR)이며, BR 및 S-BR은 일반적으로 더 나은 마모를 위해서 트레드에서 더 큰 질량성분을 가지며 그리고 측벽은 개선된 굴곡 품질을 위한 NR 바이어스를 갖는다. 가교는 일반적으로 원소 황 및/또는 황을 주 원소로서 포함하는 복합 화합물, 예를 들어 폴리설피딕 화학물질(polysulfidic chemical)로서 기술될 수 있다.
타이어 제작도중, 상호침투 엘라스토머 네트워크는 주요 엘라스토머(predominant elastomer)(NR 또는 S-BR)의 순차적인 가교에 이어서 2차 엘라스토머의 가교를 이용해서 형성되며, 2차 엘라스토머는 이미 가황된, 고강도 일차 엘라스토머를 따르도록 "구부러져" 있다. 이 기술은 개별 GTR 입자에 유지되는 기계적 특성을 부여한다.
강철 및 섬유 보강재를 제거한 후 단일 차량 타이어는 약 16 파운드(16 lb)의 재사용 가능한 GTR을 생산하며 트럭 타이어는 더 많이 생산한다.　매년 전세계적으로 10억개가 넘는 EOL 타이어가 생산된다.　약 50%는 낮은 가치의 연료로 소비된다.　가능한 경우, 입증된 기계적 특성에 대해 이 원료의 재사용을 최대화하는 것은 상당한 도전을 나타내지만, 그러나 달성한 범위 내에서, 그것의 BTU 함량을 위해 용광로에서 소비되는 새로운 타이어 건설에서 재사용 가능성을 비교할 때 최대 200: 1의 자원 회수 값이 관찰된다.
특히, 최대화된 EOL-GTR 사용량의 역전과 같은 환경적 이점에 대한 최근의 상세한 연구에 따르면, 14 개의 석탄 화력 발전소(300,000개의 석탄 철도 차량)를 폐쇄하거나 6백만대의 차량을 도로에서 제거하거나 또는 추가로 6,600만 에이커의 숲(애리조나 주 크기의 면적에 해당)을 조성하는 것과 같은 방법으로 대기 중 탄소의 기여도가 감소할 것으로 예측된다.　따라서, 본원에 논의된 방법 및 조성물의 하나의 목적은 GTR 입자가 유사한 입자 또는 재료와 함께 모놀리식 단위로 재컴바인(recombine)되어 전세계적으로 제조된 산업 고무 제품의 전체 스펙트럼에 통합될 수 있도록 GTR 입자를 제조하는 것이다.
개별, 복합, 혼성(heterogeneous), 가교된 모이어티는 과립화 공정 이전에 고무 매트릭스의 전체 타이어 특성과 적어도 동등한 균일한 기계적 특성을 갖는 원래 GTR로 실질적으로 구성된 다시 얽힌(re-entangled), 모놀리식 구조로 구축되는 방식으로 GTR 입자(들)를 제조, 증강(augmenting) 및 재컴바인하는 목적을 달성할 수 있는 방법이 제공된다.　이 목표의 달성은 최종 타이어가 새로운 타이어 및 산업용 고무 생산을 위한 공급 원료로 경쟁적으로 재도입 됨을 통해 입증된다.
분쇄된 타이어 고무 입자의 거시적 특성은 그것이 스크램블된 에그와 약간 같으므로 스크램블링될 수 없다는 관점에서 볼 수 있다.　유사하게 재활용 마당에서 짓 눌린 오래된 자동차가 원래의 사양으로 결코 펼 수 없다는 것과 같은 관점으로 볼 수 있다. 어느 정도에서 이러한 은유 둘 다는 장점을 갖는다.　그러나 면밀한 조사를 통해 비정상적인 기계적 특성 및 조건의 목록이 명확해지며, 활용될 경우 상업적으로 기술적으로 실행 가능한 방식으로 이 복잡한 자원을 복구 할 수 있는 기회를 제공한다;　완전한 자원 복구가 나타난다.
GTR에서 기회의 질과 조건은 다음을 포함한다. 해결합된, 8면 황고리에 대한 상당한 재고가 존재한다.　예비 촉진제 화학 부산물은 더 이상의 가교 공정을 방해하지 않도록 완화될 수 있도록 분해되었다.　존재하는 가교 밀도와 황 결합 길이는 화학 프로브로 정확하게 평가할 수 있다.　상당한(substantial), 회복할 수 있는, 비효과적인 탄성(elasticity)은 단일 분자 골격 내에서 루프 가교로 인한 상호침투 밀도 내에 존재한다. 원래의 새로운 타이어 형태는 남아있는 구조가 어닐링 되는 것에 기인해 엄격한 물리적 도전을 겪게 된다.　매우 높은 입자 표면 해안선(shoreline)은 대기 분쇄 공정의 결과로 나타난다.　상당한 사용되지 않는 알릴 수소 및 탄소 위치는 얽힌 중합체(entangled polymer) 구조(들)에 남아있다.　고전적인 횡 방향(transverse) 황 브릿지 형성은 잘 검증되며, 자원 복구에 접근 하기 위한 집중된 기계 모델을 제공한다.
이러한 품질과 조건을 사용하는 전략적 노력은 1) 조밀한 GTR 복합 구조를 부드럽게 풀고 2) 엘라스토머 분자 또는 황 브릿지를 부정적으로 변경하는 것 없이 횡 방향 가교의 가장 안정적인 부착점을 변위시키고 3) 변위 부위(dislocation site)에 무료의 버진 중합체 수용체(complimentary virgin polymer receptor)를 구비시킨 다음, 4) 서브입자가 기계적으로 유도된 리핑(leafing) 후에, 엘라스토머 골격을 따라 감수성인(susceptible) 전위 위치에서 원래의 힌지형 황 브릿지를 재-가교한다.
보조되지 않은 원소 황은 기능성 고무 중합체를 천천히 가교시키지만, 공정이 너무 느리고 상업적으로 성공적인 가황에 대한 상업적으로 현실적인 대안이 되기에는 너무 많은 최종 물성 어려움을 갖는다.　본 명세서에서 논의된 바와 같은 가황은 상업적 가황에서 실시되는 가속 황 가황 공정에 관한 것이다.
황 가황은 1839년 찰스 굿 이어(Charles Goodyear)에 의해 발견되었다. 개발로부터 178년 후, 공정이 복잡하여 인접하는 상호침투 고무 중합체(interpenetrating rubber polymers) 사이에 횡방향 설퍼릭 브릿지가 형성되는 것이 보편적으로 합의되었다.　이러한 브릿지는 문명에 중요한 엘라스토머 재료(elasomeric material)에서 기계적 성질을 만들어낸다.　그러나 많은 진전이 있었고 진전의 많은 결정적인 요소들이 잘 확립되어 있다.
자유 라디칼 메카니즘은 오랫동안 제어 현상으로 여겨져 왔지만, 최근에는 보다 진보된 신중한 방법의 출현으로 특성화에서 설득력 있는 존재는 그 메커니즘을 검증하는데 필요한 일차적이고, 이론적인 라디칼에 대해서는 발견되지 않았다.　대조적으로, 이온 메커니즘은 유사한 진보된 공정 특성화 방법을 사용하여 예측되고 검증되었다.　현대의 가황 공정은 공정 시작 시 자신의 화학적 반응 경로를 갖는 각각(조합)과 함께 많은 화학적 성분들이 함께 혼합되는 것을 포함하기 때문에 라디칼 및 이온 메커니즘이 모두 활성될 가능성이 있지만 분석 결과는 이온 메커니즘이 우세한 것으로 밝혀졌다.
NR-BR 타이어 화합물의 전형적인 예(중량%)는 NR 80%, BR 20%, ZnO 5%, 스테릭산 2%, 실리카-탈크 3%, 카본 블랙 55%, 방향족 오일 10%이다. 원소 황 1.7%, N-시클로헥실-2-벤조티아졸설펜아미드(CBS-촉진제) 1.2%, 2-(4-모르폴리노티오)-벤조티아졸(MBS-촉진제) 1.1%, 및 N-t-부틸-2-벤조티아졸설펜아미드(TBBS-촉진제) 1.1% 이다.
공정은 타이어 레시피 성분이 완전히 분포(distributed)되고 분산된 후 가열된 금형에서 시작된다.　가황 공정은 1) 촉진제 복합체 화학물질(accelerator complex chemistry) 형성, 2) 가교(crosslink) 전구체의 형성, 및 3) 가교의 완성의 3가지 순차적인 이벤트에서 확인할 수 있다.
촉진제의 형성
예를 들어, 인기있는 2-메르캅토벤조티아졸(MBT) 촉진제 모델을 사용하여, 황 존재 하에 설폰아미드 촉진제가 MBT 및 각각의 아민으로 가열 하에 분해된다는 것에 대한 합의가 존재한다.　이어서, MBT는 나머지 설펜아미드 분자와 반응하여 2,2'-디티오벤조티아졸(MBTS)을 자동 촉매적으로 형성함으로써 아민 분자를 방출한다.　MBTS는 이어서 원소 황 형성 폴리설파이드 활성 황화제(sulfurating agent)(퍼설포늄(persulfonium) 이온 소스)와 반응한다.　전구체 형성을 위한 가능한 반응 메커니즘은 다음과 같다.
가교 전구체의 형성
이 2단계 반응은, 황화제가 이소프렌 또는 부타디엔 엘라스토머 분자 사슬에 부착된 펜던트 구조와 반응하여 퍼설포늄 이온(I) 형성을 생성할 때, 형성한 황 사슬의 양쪽 말단에 결합된 새롭게 형성된 촉진제 중간체의 투입이 시작된다. 이어서, 생성된 퍼설포늄 이온은 알릴 수소 소거(allylic hydrogen scavenging)에 의해 제 2 이소프렌 또는 부타디엔 분자와 반응하여 중합성 메틸 카보 양이온을 생성한다.　또한 폴리티오-메르캅벤조티아질 작용기라고도 불리는 형성된 중간체는 새로운 카보 양이온이 음이온의 추가에 의해 이중 결합으로 전환되는 펜던트 작용기에서 단량체의 황(monomeric sulfur)을 결합 위치로 도입한다. 최종 이중 결합의 형성은 궁극적으로 반응 부위 근처의 특성화 되지 않은 이성질체로의 설펜아미드 분해로 발생한다.
Figure pct00001
가교의 형성
최종 단계에서, 인접한 고무 중합체 사슬의 골격은 원소 황 사슬(elemental sulfur chain)의 나머지 '말단'에 결합된 폴리설파이드 기에 의해 카보 양이온에 감수성이 있는 알릴 탄소 위치에서 공격된다. 최종 가교된 형태에서 황 사슬은 최대 20개(20) 원자 길이일 수 있지만 전형적으로(7)원자를 초과하지는 않는다. 황 브릿지는 개별 원자를 포함 할 수 있지만 일반적으로 하나 또는 여러 개의 원소, 8면 황 고리(S8)를 포함한다. 가교시간 및 온도가 가교의 완료를 넘어 연장될 때; 또는 관련된 어닐링 프로세스 동안 더 긴 사슬은 짧아 질 수 있다. 달리 해리된 황 화합물 'maw'가 전구체 부위에 부착될 때까지 설피딕 사슬이 형성될 수 없다는 점에 유의하는 것이 중요하다. 가교 형성의 마지막 단계만이 MDR(Moving Die Rheometry) 곡선에서 검출된다.
최종 가교 특성화
가교 밀도 및 유형은 각각 화학적 팽윤법 및 화학적 프로브, 또는 분광학에 의해 결정된다.
탄력적으로 유효한 네트워크 체인 가교 밀도는 데이터가 실험적으로 확인되면 Flory-Rehner 식에 의해 계산될 수 있다. 이어서, 가교 밀도를 측정하기 위해 사용된 동일한 국소 샘플에 피페리딘-프로판-2-티올 화학적 프로브(PPTCP)를 실시하여 설피딕 가교(S>3) 비율을 결정할 것이다. 동일한 PPTCP 샘플을 추가로 처리하면 피페리딘-헥산-1- 티올 화학적 프로브를 사용하여 이-황화 및 단-황화 비율을 나타낼 수 있다. 그에 따라 원래의 가교 밀도의 백분율에 의해 각각의 백분율이 계산되고, MDR 곡선과 유리하게 비교될 수 있다.
C MAS NMR 스펙트럼은 각각 57.5 및 50.4 ppm에서 폴리설파이드 및 모노 설파이드 공명 피크(예를 들어, B2 유형 구조)를 갖는 화학적 프로브 방법(들)에 의해 교차 검증되고; 및 이들 영역의 합의 절반을 사용하여 37.3, 44.7, 48.2, 49.6, 50.6, 52.5, 54.8 및 57.5ppm의 공진 피크는 가교 밀도를 산출한다.
루핑 확률 추정(Estimation of Looping Probability)
인접 중합체 사슬 사이에서 가교가 일어날 때, 이는 고무 복합재에 탄성 및 전단 모듈러스를 제공한다. 그러나, 가교가 동일한 중합체 사슬 내에서 형성될 때 마다 루프를 형성하고 탄성적으로 비효율적이고 가황 고무 매트릭스의 구조에서 결함 또는 약점으로 특징지어 질 수 있다. 루핑 확률의 상세한 분석은 상업적으로 가황된 고무에서 총 가교 수의 5-15% 범위에서 이러한 원치 않는 상태의 발생이 일어난다는 것을 보여준다. 원치 않는 가교 위치에 따라 루프된 중합체 분자 사슬은 고무 중합체의 5% 내지 20%를 비효율적인 시클릭 탄화수소로 방출시킬 수 있다.
타이어에 있는 스크랩 고무(Scrap Rubber)의 전통적인 사용법
새로운 타이어의 최종 가열 및 가교 전에 생성된 고무 트리밍을 제외하고, 모든 EOL 타이어의 0.0004 중량% 미만이 새로운 타이어 마스터 배치로 재통합되는 것으로 추정된다. 이러한 재통합은 EOL 타이어로부터 얻은 매우 미세하고 극저온 처리된 분쇄 고무를 사용하여 최대 3 중량%의 마스터 배치 로딩에서 성공적으로 달성되었다. 이보다 더 큰 EOL 타이어 유래 가공된 분쇄 고무의 적재는 새로운 타이어 적용에 필요한 물리적 특성이 더 높은 적재 수준에서 충족되지 않는 점에서 지금까지 실현 가능하지 않았다. 타이어 생산은 일반적으로 원료의 선택에 의해 개발된 기본 공식을 갖는, 구성요소의 기본 공식으로 시작한다. 그런 다음 이것은 고 전단 혼합장비에서 마스터 배치로 줄어든다. 일반적으로 마스터 배치는 마스터 패스와 마무리 패스의 두 단계로 수행된다. 마스터 패스는 작은 베일 또는 시트로 도입되고 소량의 프로세스 오일 뿐만 아니라 카본 블랙 및 미네랄의 미세 분말과 블렌딩되는 다양한 고무 종을 컴바인한다. 이 단계는 내유성 분말 요소가 충분히 작은 클러스터 또는 패킷으로 균일하게 분포될 수 있도록 고무 요소의 점도를 낮추는데 필요한 고온에서 수행된다. 이러한 클러스터 또는 패킷은 이어서 최소 입자 크기로 분산될 수 있다. 마무리 패스는 더 낮은 온도에서 수행되며 일반적으로 이종 요소의 더 많은 번짐 작용을 생성하는 공정 조건 하에서 수행된다. 마무리 패스에서, 고무 중합체는 마스터 패스에서와 같이 고온에 의해 더 이상 분해되지 않으며, 분말 성분의 균일하게 분포된 덩어리는 작은 물리적 크기로 가공되어 고무 요소의 자유 분자 공간 내 분산된다. 마무리 패스가 완료되면 마스터 배치 베일이 믹서에서 배출되어 얇은 시트로 롤링된다(밀링이라고 함). 밀링된 시트는 열 및/또는 화학적 수단에 의한 최종 가교를 위한 압축 성형 프레스에 배치되기 전에 특수 성형 장비 상에 타이어 잔해물(carcass)를 배치하는데 사용된다.
가교 촉진제는 머캅토기 또는 황계(예를 들어, 원소 황 및/또는 N-터트-부틸-2-벤조티졸설펜아미드(TBBS)의 촉진제 유도체)를 포함한다. 소정 온도 이상에서 마스터 배치의 부위와 반응하는 황계 가교제는 마스터 패스 및 마무리 패스 단계 모두에서 부분적으로 도입될 수 있다. 타이어 잔해물(carcass)의 최종 가열 동안의 가교는 다양한 고무 요소의 반응성 부위가 타이어가 받게될 지속적인 부하 및 열 환경을 충족 시키는데 필요한 최종 물리적 특성을 달성하기에 충분한 가교 밀도를 형성하게 한다.
기능적으로 재정렬되고 재-가교 가능한 서브 미크론 입자 고무가 수득될 수 있도록 EOL 타이어의 상호연결된 치환을 가능하게하는 가교 전구체 부위를 표적화 하는 방법이 개발되었다. 이 고무는 후속 새 타이어 마스터 배치 중량 대비 최대 100% 수준으로 새 타이어 생산에 재통합되는데 적합하다. 이러한 EOL 타이어-개질 된 공급 원료를 이용하는 새로운 타이어는 모든 버진 물질이 사용될 때 달성되는 것과 동등한 또는 유사한 성능을 나타낸다.
수명 종료 타이어 스크랩의 고무
고무-함유 부스러기는 타이어 버핑, 타이어 재생의 부산물, 전체 타이어 및 스크랩 타이어 고무의 두 가지 주요 공급 원료로 제조된다. 스크랩 타이어 고무는 세 가지 유형의 타이어, 승용차 타이어; 트럭 타이어; 그리고 오프로드 타이어에서 나온다. 이러한 각 타이어 유형의 최종 제품 수율은 타이어의 구조, 강도 및 무게에 영향을 받는다. 평균적으로, 수명이 다한 타이어 부스러기 10 내지 16 파운드는 하나의 승용차 타이어로부터 얻을 수 있다. 고무-함유 부스러기의 다른 공급원은 재생 고무-함유 부스러기, 예를 들어 새로운 고무 제품, 운동장 표면 처리, 고무 뿌리덮개(mulch), 배수 골재, 건축 충전 재료, 제조공정에서 나온 스크랩 등을 함유하거나 사용하여 제조된 제품을 포함한다.
타이어는 여러 구성 요소를 포함하는 복합 구조이다. 타이어 진해물은 트레드, 비드, 측벽, 숄더 및 플라이로 구성된다. 타이어는 천연 및/또는 합성 고무, 코드 및 충전제와 같은 구성 요소로 형성된다. 트레드 및 코드의 포장(encasement)에 가장 일반적으로 사용되는 중합체는 NR 및 S-BR 공중합체의 블렌드이다. 코드는 타이어의 플라이 및 비드를 형성하고, 팽창 압력을 포함하는 데 필요한 인장 강도를 제공한다. 코드는 강철, 면 또는 실크와 같은 천연 섬유 및 나일론 또는 케블라와 같은 합성섬유를 포함 할 수 있다. 충전제는 실리카 및 카본 블랙을 포함 할 수 있다. 대표적인 타이어는 합성 고무, 천연 고무, 황 및 황 함유 화합물, 실리카, 페놀 수지, 오일(방향족, 나프텐계 및/또는 파라핀계), 직물(폴리에스테르, 나일론 등), 석유 왁스, 안료(산화 아연, 이산화 티탄 등), 카본 블랙, 지방산, 기타 불활성 물질 및 강선 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
일반적인 승용차 타이어는 14%의 천연 고무, 27%의 합성 고무, 28%의 카본 블랙, 14-15%의 강철 및 16-17%의 직물, 충전제, 촉진제, 산화 방지제 및 기타 기타 구성 요소로 구성된다. 새 승용차 타이어의 평균 무게는 25 파운드이며 스크랩 승용차 타이어는 22 파운드이다. 트럭 타이어에는 일반적으로 27%의 천연 고무, 14%의 합성 고무, 28%의 카본 블랙, 14-15%의 강철 및 16-17%의 직물, 충전제, 촉진제, 산화 방지제 및 다른 기타 구성 요소를 포함한다. 새 승용차 타이어의 평균 무게는 25 파운드이며 스크랩 승용차 타이어는 22 파운드이다. 새 트럭 타이어의 평균 무게는 120 파운드이며 스크랩 트럭 타이어는 110 파운드이다. 다른 유형의 타이어는 더 많은 양의 합성 및/또는 천연 고무를 함유 할 수 있으며, 예를 들어 70%(중량 기준) 고무, 15%의 강철, 3%의 섬유 및 12%의 불활성 충전제와 같은 기타 물질이다. 고무는 트레드, 내부 라이너, 비드, 벨트 등을 포함하는 타이어 구성 요소에서 발견된다. 새 승용차 타이어에서 고무의 중량%는 일반적으로 다음과 같다: 트레드에서 32.6%; 베이스에서 1.7%, 측벽에서 21.9%, 비드 에이펙스에서 5.0%, 비드 단열에서 1.2%, 직물 단열에서 11.8%; 스틸 코드 절연에서 9.5%, 내부 라이너에서 12.4%, 언더 쿠션에서 3.9%.
전형적인 타이어에 사용되는 고무 배합물(rubber compound)은 관련 재료와 함께 표 1에 제시되어 있다. 본원에 기술된 방법은 타이어 트레드, 베이스, 측벽 및 내부 라이너를 처리하는데 적합하며, 가황된 (또는 다른 방식으로 가교된) 천연 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 및 이소부틸렌-이소프렌 고무를 함유하는 다른 재료를 처리하는데도 적합하다. 본원에 추가로 기술된 바와 같이, EOL 타이어 또는 다른 가황된 고무 함유 제조 물품에 존재하는 카본 블랙과 같은 다른 성분은 다른 성분(둘)의 특성 또하는 양에 영향을 미치는 가공없이 일부 실시양태에서 본원에 기술된 공정에 적용되는 고무에 남아있을 수 있다. 다른 실시양태에서, 고무는 이러한 추가 성분을 풍부하게 하거나 최소화하기 위해, 또는 그것들의 특성을 변화시키기 위한 추가 공정을 거칠 수 있다.
트레드(PHR) 베이스(PHR) 측벽(PHR) 내부라이너(PHR)
천연고무 50.0 100.0 75.0
스티렌-부타디엔 고무 50.0 25.0
이소부틸렌-이소프렌 고무 100.0
카본블랙(등급 N110) 50.0 15.0 20.0
카본블랙(등급 N330) 25.0 35.0
카본블랙(등급 N765) 50.0
프로세스 오일 7.5 5.0 5.0 3.0
산화방지제 1.0 0.75 1.0 1.0
산화방지제 왁스 2.0
스테아릭산 2.0 4.0 3.0 1.5
아연 산화제 5.0 5.0 5.0 5.0
촉진제(고) 1.0 0.7
촉진제(중) 1.25 0.4
촉진제(저) 0.4
황 2.5 3.0 2.8 2.0
* PHR = 고무 100 중량부 당, 중량 기준 부품* 탄소 등급 = ASTM 등급: 탄소의 입자와 구조가 다르다.
승용차 타이어에는 약 2.5 파운드의 강철 벨트와 비드 와이어가 있다.　이 재료는 공칭 인장강도가 2750 MN/㎡인　고 탄소강으로 만들어진다.　전형적인 타이어의 스틸 타이어 코드 조성은 표 2에 제시되어 있다.
강철 벨트 비드 와이어
탄소 0.67 - 0.73% 최소 0.60%
망간 0.40 - 0.70% 0.40 - 0.70%
실리콘 0.15 - 0.03% 0.15 - 0.30%
인 최대 0.03% 최대 0.04%
황 최대 0.03% 최대 0.04%
구리 미량 미량
크롬 미량 미량
니켈 미량 미량
코팅 66% 구리34% 아연 98% 황동
2% 주석
타이어의 다른 구성 요소와 혼합된 고무 입자를 생성하기 위해 전체 타이어를 분쇄할 수 있다.　타이어로부터 고무 함유 입자를 제조하는 방법은 당업계에 공지되어 있다.　사용된 타이어(또는 그 조각 또는 과립)는 선택적인 세척 단계(예: 물 세척)를 거칠 수 있다.　타이어는 타이어를 초기 분쇄 단계로 처리 한 다음 분쇄기를 과립화 공정으로 처리하여 1 내지 3cm의 치수를 갖는 초기 과립을 수득함으로써 재활용될 수 있다.　분쇄는 주변 조건(예: 과립기 또는 크래커 분쇄기) 또는 극저온 조건 하에서 수행될 수 있다.
주변 분쇄(ambient grinding)는 일련의 기계(일반적으로 3 대)를 사용하여 타이어의 고무, 금속 및 직물 구성 요소를 분리하는 다단계 가공 기술이다.　과립화 장비를 사용하든 크래커 분쇄기를 사용하든, 제 1 처리 단계는 일반적으로 원래 공급 원료를 작은 칩으로 감소시킨다.　일련의 두 번째 기계는 고무를 금속과 직물에서 분리하기 위해 칩을 분쇄한다.　그런 다음 마무리 밀은 재료를 필요한 제품 사양으로 연마한다.　각각의 처리 단계 후에, 재료는 대형 조각을 과립기 또는 분쇄기로 반환해서 추가 처리하기 위하여 선별 스크린에 의해 분류된다.　가공 단계 전체에서 자석을 사용하여 와이어 및 기타 금속 오염 물질을 제거한다.
마지막 단계에서 공기 분리기로 직물을 제거한다.　과립화 공정에서 생성된 고무 입자는 일반적으로 절단 모서리에 유사한 치수를 갖는 절단 표면 형상 및 거친 질감을 갖는다.
크래커 밀은 하나 또는 두 개의 톱니 모양으로 절단된 2개의 대형 회전 롤러를 사용한다.　롤 구성은 그것들을 다르게 만든다.　이 롤러는 서로 다른 속도로 면밀한 공차로 작동한다.　제품 크기는 롤러 사이의 간격에 의해 제어된다.　크래커 밀은 약 30-50 RPM에서 작동하는 저속 기계이다.　고무는 일반적으로 2 내지 3 개의 밀을 통과하여 다양한 입자 크기 감소를 달성하고 강철 및 섬유 성분을 더욱 분리되게 만든다.　이 밀은 밀에 스크린이 내장되어 있지 않으므로 밀 자체는 최종 입자를 제어하지 않는다.　독립형 스크리닝 시스템(stand-alone screening system)은 밀 다음에 "크기가 큰"입자를 크기가 큰 과립에서 분리하고 크기가 큰 제품을 재순환시킨다. 크래커 밀에 의해 생성된 입자는 전형적으로 길고 좁으며 큰 표면적을 갖는다.
극저온 처리(cryogenic processing) 크기를 줄이기 전에 타이어 칩 또는 고무 입자를 동결시키기 위해 액체 질소 또는 다른 재료/방법을 사용한다.　대부분의 고무는 -80℃ 미만의 온도에서 취화되거나 "유리 같은"상태가 된다.　극저온 온도의 사용은 스크랩 타이어의 크기 감소의 모든 단계에서 적용될 수 있다.　전형적으로, 공급 재료의 크기는 공칭 2 인치 이하의 칩이다.　재료는 터널 스타일 챔버에서 냉각, 액체 질소의 "욕"에 함침, 또는 고무 또는 타이어 칩의 온도를 낮추기 위해 액체 질소로 스프레이될 수 있다.　냉각된 고무는 충격 타입 감소 유닛, 원심 분리기 또는 해머 밀에서 크기-감소된다.　이 공정은 1/4인치- 내지 30 메쉬 범위의 입자로 고무를 축소시키고, 대부분의 입자 분포는 1/4 인치- 및 20 메쉬 사이이다.　일반적인 처리량은 시간당 4,000 내지 6,000 파운드이다.　극저온 분쇄는 고무의 열 분해를 피하고, 그 공정 중에 풀려나는 거의 모든 섬유 또는 강철이 없는 높은 수율의 제품을 생산한다.
습식 분쇄는 40 메쉬 및 더 미세한 입자를 제조하는데 사용되는 가공 기술이다.　습식 분쇄 공정은 부분적으로 정제된 부스러기 고무 입자를 물과 혼합하여 슬러리를 생성한다.　이 슬러리는 크기 축소 및 분류 장비를 통과해 운반된다.　원하는 크기가 달성되면, 슬러리는 대부분의 물을 제거한 후 건조하기 위한 장비로 이송된다.　물을 사용하는 것 외에도, 주변 공정에 사용되는 것과 동일한 기본 원리가 습식 분쇄 공정에 사용된다.　습식 분쇄 공정의 주요 장점은 미세한 메쉬 부스러기 고무를 생성 할 수 있다는 것이다.　40 메쉬의 거친 제품이 생산되는 동안, 입자의 대부분은 60 메쉬 및 더 미세하다.　전체 처리량의 백분율은 200 메쉬보다 미세하다.　습식 분쇄 공정의 또 다른 장점은 생산된 부스러기 고무의 청결과 일관성이다.　이 공정은 부스러기 고무 입자를 세척한다.　습식 공정은 부스러기 고무에서 섬유의 미립자를 제거하여 매우 깨끗한 제품을 만든다.
초기 과립은 강철, 고무 및 직물 성분을 함유한다.　강철은 일반적으로 고무 손실을 최소화하기 위해 다단계 자기 분리 공정을 사용하여 회수된다.　이는 제 1 단계에서 금속 함유 입자를 제거하기 위해 고강도 트윈 폴 오버 핸드 크로스 벨트 분리기 자석을 이용하는 제 1 단계를 수반할 수 있다.　제 2 단계는 고강도 희토류 자석을 이용하는 자기 드럼 분리기 또는 자기 활차(magnetic pulley)를 포함한다.　축 방향 자기장은 금속 함유 입자가 넘어져서 포집된 고무를 방출하게 한다.　파우더 분쇄기에 공급되는 미세 고무 재료의 경우 컨베이어 위에 제품 가까이에 매달린 플레이트 자석이 미세 와이어 조각을 들어 올려 제거 할 수 있다.　시험은 예를 들어 자력계를 사용하여 금속 함량을 결정하기 위해 수행될 수 있다.
섬유 산업에서 공지된 변형된 진 기계장치(gin machinery)를 사용하여 섬유를 회수 할 수 있다. 변형된 진 실린더 클리너(종자 면에서 이물질을 제거하기 위해 섬유 산업에서 사용됨)를 사용하여 EOL 타이어 부스러기에서 깨끗한 섬유를 제거하는 2 단계 공정이 일반적으로 사용된다. 부분적으로 세척된 부스러기는 일부 고무입자에 여전히 포함될 수 있는 섬유를 제거하기 위해서 제 2단계를 거칠 수 있다. 세척된 EOL 타이어 부스러기는 포장 또는 기타 용도로 수집된다.　예를 들어, W. Stanley Anthony, Applied Engineering in Agriculture, Vol.　22(4): 563-570를 참조하라.
미국 재료 시험 협회(ASTM)는 30 메쉬 또는 80 메쉬와 같은 다른 크기의 부스러기 고무를 명시하기 위한 표준을 가지고 있다.　입자 크기의 범위는 양이 측정된 부스러기 고무 샘플을 특정 시간에 걸쳐 지정된 수의 시험 체(sieves)를 통해 흔들고 두드리는 것으로 이루어진 체 분석법에 의해 결정될 수 있다.　각 스크린에 보유된 샘플의 양이 측정되고 결과는 각 스크린에 보유된 샘플의 백분율로써 제공된다.　Rotap 방법을 사용한 체 분석법에 권장되는 절차는 ASTM 5644에 제공되어 있다. 특정 제품 및 용도에 대한 일반적인 부스러기 고무 크기는 다음과 같다: 성형 및 압출 제품, 4-100 메쉬; 아스팔트 변형, 16-40 메쉬;　스포츠 표면(sport surfacing), 1/4"-40 메쉬; 자동차 제품, 10-40 메쉬; 타이어, 80-100 메쉬;　고무 및 플라스틱 블렌드, 10-40 메쉬;　그리고 건축, 10-40 메쉬.
EOL 타이어 고무 부스러기 가공에 대한 통일된 미국 표준은 없다.　그러나, 상호 연결된 치환에 사용하기에 적합한 EOL 타이어 고무 부스러기는 전형적으로 낮은 섬유 함량(총 중량의 0.02% 미만), 낮은 금속 함량(총 중량의 0.01% 미만), 높은 일관성을 가지며, 입자는 바람직하게는 16 메쉬를 100% 통과 할 수 있는 크기이다.　일부 실시 형태에서, 더 큰 크기, 예를 들어 14, 12 또는 심지어 10 메쉬의 입자를 갖는 것이 허용될 수 있다.　예를 들어, 10-40 메쉬 부스러기 고무(예를 들어, 30 메쉬 또는 25-35 메쉬)는 본원에 기술된 방법에 따라 처리될 때 만족스러운 결과를 산출한다.　더 작은 입자, 예를 들어 41-200 메쉬가 사용될 수 있고 보다 효율적인 상호 연결된 치환을 가능하게 할 수 있다;　그러나, 입자 크기의 감소는 특정 크기의 부스러기 제조에 더 큰 비용을 초래할 것이다.
고무 배합 재료-재활용 가황물 미립자에 대한 ASTM D5603 표준 분류는 최대 입자 크기, 크기 분포 및 모재에 따라서 가황된 미립자 고무를 분류하며, 상기 모재는 전체 타이어, 타이어 껍질(tire peels), 타이어 트레드 및 숄더로부터 생성된 버핑, 타이어 트레드, 숄더 및 측벽 및 비-타이어 고무로부터 생성된 버핑을 포함한다.
가황 고무를 함유하고 원하는 입자 크기를 갖는, 수명 종료 타이어 부스러기 특성(End-of-Life Tire Crumb Characterization) ELT 부스러기는 임의의 적합한 상업적 공급원으로부터 제조되거나 수득될 수 있다.
ELT 부스러기는 전형적으로 100%가 16 메쉬 스크린을 통과 할 수 있는 크기이고, 좁은 크기 분포(예를 들어, 20 메쉬 초과 및 16 메쉬 미만)를 더 가질 수 있거나 또는 보다 넓은 크기 분포(예를 들어, 16 메쉬 미만의 미세한 미세입자 및 16메쉬 미만의 다양한 다른 입자 크기)를 가질 수 있다.　부스러기 고무는 전형적으로 섬유 및 와이어가 세척되어 순도 99.5중량%(즉, 0.5중량% 이하의 섬유 및 와이어)이다.
ELT의 황 함량을 알 수 없는 경우 ELT의 대표 샘플을 테스트하여 황 함량(일반적으로 100 중량부로 측정)을 결정하여 제어된 양의 반응물을 추출공정에서 사용할 수 있고, 이에 의해 반응물의 과다 사용 또는 과소 사용을 피할 수 있다.　 전형적으로는 황에 대한 양론량의 반응물이 사용되지만; 유리하게는 보다 다량 또는 소량이 사용될 수도 있다. 황 화합물을 결정하는데 임의의 적절한 방법이 사용될 수 있지만, 유리하게는 질소 화합물 추출 공정이 이용될 수 있다. ASTM D4578은 황 퍼센트 측정을 위해 고무 화학 물질에 적용되는 표준 테스트 방법을 설명한다.　이들 시험 방법은 황-함유 샘플에서 용매 불용성 물질의 측정을 포함한다.　두 가지 테스트 방법은: (1) 테스트 방법 A, 이황화 탄소 추출 및 (2) 테스트 방법 B, 톨루엔 추출이다.　만일 황-함유 샘플에 다른 용매 불용성 물질이 존재하지 않으면, 시험 방법은 불용성 황 함량을 직접 결정한다.　만일 다른 물질도 존재하는 경우, 불용성 물질(예: 카본 블랙, 실리카 또는 기타 불활성 충전제)의 어느 부분이 불용성 황인지 확인하기 위해 추가 테스트가 필요하다.
고무의 황 가교
원소 황은 실온에서 사이클릭 8 개의 원자 분자를 갖는다.　촉진제 및 활성화제의 존재 하에서, 원소 황은 상호 연결된 치환 과정에서 고무의 반응성기와 반응하여 다음과 같은 가교를 생성하는 황 단편을 생성한다:
Figure pct00002
EOL 타이어 고무 부스러기는 반응물로 화학 처리되어 상호 연결된 치환을 유도한다.　반응물은 분자 기하구조 및 100-150 ℃ 범위의 융점을 갖는 금속 염을 포함한다.　적합한 반응물의 예는 코발트 아세테이트(CAS 6147-53-1; Co(OAc)2) 및 구리 아세테이트(CAS 6046-93-1; Cu(OAc)2)를 포함하며, 본 명세서의 다른 곳에서 논의 된 바와 같이, 다른 반응물이 사용될 수 있다.　반응물은 전형적으로 가황 고무 100 부(중량기준) 0.1 내지 5.0 부 반응물로 사용되며;　그러나, 특정 실시양태에서 더 많거나 더 적은 양이 또한 사용될 수 있다.　사용되는 반응물의 양은 처리될 EOL 타이어 고무 부스러기의 황 함량 또는 수득될 상호 연결된 치환의 원하는 정도에 따라 증가 또는 감소될 수 있다.　예를 들어, 반응물 분자 대 황 결합의 비 1:1, 4:6, 1:2 또는 임의의 다른 적합한 비가 미리 선택된 정도의 상호 연결된 치환을 달성하기 위해 사용될 수 있다.
분쇄된 타이어 고무 입자에서 상호침투 엘라스토머 네트워크 재생
일 실시양태에서, 진보적인 요소는 분쇄된 타이어 고무 입자로부터 모놀리식, 거시-구조적, 상호침투 엘라스토머 네트워크 형태를 재생하는데 사용된다. 요소 1은 GTRP을 풀고(unpack) 최종 합성을 위한 설피딕 브릿지 사슬을 재정렬하는 Boltzman "상 공간(Phase Space)" 매개체를 지지하기 위한 전기기계식 반응기 환경(EMRE)을 제공한다.　요소 2는 EMRE 공정을 위한 GTRP 슬러리 준비를 포함한다. 요소 3은 GTRP에 차동-순환하는 기계적 응력 및 입체 전기-분극을 적용하는 것을 포함한다.　요소 4는 GTRP 슬러리를 조작된, 캐비테이션-유도된 열 및 음향 충격파 탐방(들)(acoustic shockwave excursion)에 적용시키는 것을 포함한다.　요소 5는 화학주성, 설피딕-브릿지-테더-효과를 생성하는 것을 포함한다.　요소 6은 화학 반응 생성물 및 타임 라인의 생산을 포함한다.　요소 7은 재생된 GTRP를 완전 통합된 모놀리식, 매크로 구조적 엘라스토머 물질로 합성하는 것을 포함한다.
요소 1에서, 전기기계식 반응기 환경(EMRE)은 1) GTRP를 풀고(unpack) 2) 후속 설피딕 브릿지 재배열, 3) 천연, 엘라스토머 충전제 매트릭스에 대한 최소한의 변경으로 가황 전구체를 재형성하기 위해 효과적인 "상 공간"을 제공한다. 도 1은 EMRE 헤드이다.　헤드는 가변 팁 속도 및 최대 15,000 fpm을 갖는 16 인치 스테인레스강 회전자(rotor)(101)를 포함한다.　또한, 17 인치 스테인레스강 고정자(102)는 100 및 10개의 슬롯(캐비테이션 입구(portals))(103)을 갖는 것이 사용된다. 도 1에 도시된 것과 같이 구성요소는 GTRP 슬러리 흐름 패턴(104)을 생성한다.　 도 1에서, 라인 'A'를 따른 단면의 상세가 제공된다.　도 1에 도시된 바와 같이 EMRE은 유리하게 사용될 수 있는 동안에, 다른 기계적 플랫폼은 실시양태의 방법에 사용되는 반응기로서 구성될 수 있다.
요소 2에서, GTRP 슬러리가 제조된다.　도 2는 침지된 EMRE 헤드(202)를 포함하는 스테인레스강 혼합 탱크(201)를 포함하는 이 공정에 대한 공정 개략도를 도시한다. 작동 중에, 탱크는 일반적으로 이용 가능한 탱크 부피의 약 70%로 채워진다.　슬러리는 금속 및 섬유를 제거하기 위해 통상적인 공정을 거친 EOL 전체 타이어로부터 제조되고, 30 메쉬(600 미크론) 체를 통과하도록 분쇄된다.　도 2에 도시된 예시적인 프로세스에서, 300 갤런 스테인레스강 믹스 탱크는 1.03의 비중을 갖는 EOL 타이어 고무 슬러리의 200 갤런 배치를 생산하는데 사용된다.　스테인리스 스틸 탱크는 EMRE 에너지(열 에너지)를 소산키기 위해서 비-절연일 수 있다.　특정 실시양태에서, 배치 온도가 비등점 이하로 유지되도록 냉각 코일을 추가 할 수 있거나,　대안적으로, 프로세스 탱크는 가압 조건 하에서 더 높은 온도에서 작동 할 수 있도록 밀봉될(sealed) 수 있다.　EOL 타이어 고무 슬러리의 배치는 물 대 GTRP의 3:1 비일 때 중량이 1716 lb이다.　도 2에서 슬러리 성분은 약 152 갤런의 역삼투(RO) 수(water), 약 400 lb의 GTRP, 및 약 40 lb RO 수에 미리 용해된 약 8 lb의 구리 아세테이트(유기금속 화합물 또는 OMC로 지칭됨)를 포함한다. 필터 케이크로부터 압착된 물을 포함하여, 이전 배치(batch)로부터 회수된 여과된 물은 배치를 준비하는데 사용한 물 중 약 152 갤런 부분으로써 사용될 수 있다.　OMC를 용해시키기 위해 신선한 RO 물을 사용하는 것이 일반적으로 바람직하지만, 일부 구체 예에서 회수 된 물도 유리하게 사용될 수 있다.
요소 3에서, 슬러리의 GTRP는 차동-순환하는 기계적 응력 및 입체 장 분극(steric field polarization)이 GTRP에 적용되는 "상 공간 터널"을 통과한다.　본 명세서에 묘사된 "상 공간"(때때로 터널이라고도 함)의 개념은 볼츠만에 의해 "상자"로서 처음 제시되었으며, 상자의 "?량"이 외부 영향(들) 밖에 있을 때 시간 간격에 대해 분자구조 및 속도가 정량화된다.　"상자" 환경이 짧은 시간 변동 간격(time-oscillating-intervals)으로 엔트로피-엔탈피-엔트로피 위상 변화를 유도할 때, "상자" 내에서 막대한 에너지 힘(속도)이 방출된다.　이 프로세스는　선형 거리, GTRP 기하구조, 속도,　및 0.000 초로부터 0.0019초까지 연장된 타임 라인에 걸친 시간의 함수로서 도시된 가속 프로파일로 도 3a에 개략적으로 도시되어 있다. 시간 0.000은 입자가 EMRE 회전자(301)에 충돌할 때이다. 그런 다음 GTRP는 고정자(압축 게이트(302))에서 압축되어 고정자를 빠져 나와 재순환 패턴으로 들어간다.　도 3a에 도시 된 바와 같이,　EMRE 회전자(301)와 압축 게이트(302)의 출구 사이의 공간은 상 공간 터널(303)로 지칭된다. 프로세스를 용이하게 하기 위해 변조된 AC 전류가 압축 게이트에 선택적으로 인가될 수 있다.　변조 된 AC 전류를 도입하는 전극(304)이 제공된다.　주파수 컨트롤러를 사용하여 0(또는 진동 없음)에서 100Hz까지의 진동을 적용하거나 최대 1000Hz 이상의 진동을 적용 할 수 있다.　슬러리 매체를 가로 지르는 전류 흐름을 유도하기 위해 최대 300V 이상의 전압이 인가될 수 있으며, 이는 극성의 빠른 전환을 통해서 위상공간 터널에서 고무 입자 표면에 전자를 축적시키게 하는 효과가 있다.　고정자의 압축 과정은 너비와 길이의 비율이 6: 1로 증가하도록 GTRP를 변형시킨다.　고정자 슬롯을 가로 지르는 변조된 AC 전류 흐름에 의해 지원되는 빠른 압축-스트레칭-압축 해제의 "트램폴린" 효과는 도 3C에 도시된 것과 같이 GRTP 결합 매트릭스의 후속 가속된 박리와 중첩 전자구름 사이에 반발의 입체 효과를 향상시킨다.　대략 1200 개의 횡 방향 설피딕가교 결합을 갖는 600 미크론 입자의 경우, 60개가 제거되고 리포텐시에이트된(repotentiated) 가황된 전구체 부위가 고정자를 통과 할 때마다 재생된다.　요소 1에 도시된 EMRE는 본 명세서의 다른 곳에 기술 된 병렬 연속 흐름 마이크로 합성 반응기(PCMR) 하드웨어의 실시양태이며, 주로 실시양태의 공정을 수행하기 위해 압력 용기를 구축 및 인증할 필요가 없기 때문에 주목된다. 그러나, 물-증기 곡선을 따라 고정 온도에서 작동하는 PCMR은 GTRP 슬러리를 전략적으로 배치된, 슬러리 부피를 늘릴 수 있도록 허용된 기계적으로 더 큰 직경의 구멍(예: 조절 가능한 조리개 밸브)을 통해 밀어 넣는 것에 의해서 도 3a에서 도시된 "타임 라인", "선형 거리", "GTRP 기하구조", "속도" 및 "가속 프로파일"의 5개의 양자(quanta)에서 요소 1 EMRE 실시예로써 GTRP를 사용하여 유사한 "상 공간" 입자-언패킹(particle-unpacking) 결과를 생성할 수 있으며, 이때 기체 상태로 되고 그런 후 즉시 원래의 내부 파이프 직경으로 감소된다. 증기-액체-증기 사이클 내외부에서 진동하도록 유도 된 슬러리 온도 대 압력으로 GTRP 풀림 효율은 동일하다.　회전자를 통과 할 때마다 입자 크기가 줄어든다.　200 메쉬(70 미크론)의 크기로 축소하면, 대략 65%의 가교 결합이 파괴되고, 입자는 기계적으로 얇고 팬케이크 같은 구조(예를 들어, 10 미크론 필름으로 '측정됨(smeared out)'일 수 있다.　추가 크기 감소는 일반적으로 추구하지 않는다.　5-60 미크론으로 감소하면 카본 블랙이 입자 매트릭스에서 나오기 시작한다.　5 미크론의 크기로 감소하면, 탄소의 감소가 시작된다.　200 메쉬(70 미크론)의 입자 크기는 일반적으로 타이어, 루핑 및 포장(paving) 응용과 같은 대부분의 응용에 유용하다.　그러나, 일부 실시양태에서 10 미크론 이하의 크기가 바람직할 수 있다.
요소 4에서는 GTRP에 가공된 캐비테이션 유도된, 음향 충격파가 적용된다.　도 4a에 확인되는 바와 같이, EMRE 회전자(401)와 압축 게이트(402) 사이의 상 공간 터널에서, GTRP(405), 혼입된 공기(406) 및 수성 유기 화합물 매트릭스(407)의 혼합물이 속도 및 부피로 존재한다.　압축 게이트(402)를 빠져 나가면, 기포 압축 및 입자 가속은 캐비테이션 전진(cavitation progression)(408)을 생성한다. 슬러리가 빠져 나감에 따라 더 낮은 압력은 공기 캐비티의 내파로 캐비테이션 사이클을 완료한다.　캐비테이션 동안 슬러리의 연속적인 수상(water phase) 내에서 벌크-상 변화가 발생하지 않는 것이 일반적으로 바람직하다.　따라서 온도 및 압력 차등 편위(differential excursions)는 원자 규모로 발생한다.　이 공정은 나노 영역 내에서 극한의 온도 및 압력 차등 편위를 생성시키며, 온도는 102℉ - 1015℉, 음파 속도의 경우 60 m/sec - 180m/sec　범위의 캐비테이션 콘을　생성하고, 103　sec-1　- 108　sec-1　의 시간 간격 동안 모두 발생한다.　EMRE 회전자의 회전속도 및/또는 슬러리 점도 및/또는 고정자 갭을 변경함으로써, 상 공간 터널 내에서의 에너지 "레버리지"의 조작이 달성될 수 있다.　도 4b는 GTRP 슬러리 및 EMRE에 대한 공정 제어 변수를 도시한다.　산업용 제어 시스템 및 지속적으로 조절되는 제어가 필요한 다양한 기타 응용 분야에서 널리 사용되는 제어 루프 피드백 메커니즘 인 비례-적분 파생-컨트롤러(proportional-integral-derivative controller)(PID 컨트롤러 또는 3 기 컨트롤러)는 온도, 조리개 크기, 슬러리 볼륨, 및 증기와 액체 사이의 진동을 제어하는데 사용된다.　PID 제어기에 의해 다른 요인이 조정될 수 있고, 예를 들어, 반응물과 관련하여 고무 대 물의 비율, 첨가된 OMC(양, 계량 속도, 간헐적 또는 연속 계량), OMC 잔류량,　감소 속도를 포함한다. 조정될 수 있는 장치 관련 인자는 예를 들어 PID 제어기에 의해 회전자 팁 속도 및 EMRE와 압축 게이트 사이의 갭 크기를 포함한다.　도 4c는 선택된 GTRP 슬러리 제어 변수의 목록 및 수정 결과를 포함하는 표를 제공한다.　도　4D는 선택된 EMRE 공정 제어 변수 및 수정 결과 목록을 포함하는 표를 제공한다.
요소 5는 화학주성 설피딕-브릿지-테더-효과(SBTE) 동적을 예시한다.　도 5a는 메틸 카보 양이온(약 140 ℃에서 본래 형성됨)에서 주로 발생하는 펜던트 가황물 전구체의 형성 및 주로 알릴 카보 양이온(이후 약 160℃에서 형성됨)에서 발생하는 가황의 종결을 포함하는 원래의 설피딕 브릿지를 개략적으로 도시한다. 도 5b는 3차 카보 양이온이 가장 안정적이고 2차 카보 양이온이 덜 안정적이고 1차 카보 양이온이 훨씬 덜 안정적이고 메틸 카보 양이온이 가장 안정적이지 않은 안정성 순서로 카보 양이온의 유형(카보 양이온에 부착된 탄소수가 변화하는)을 도시한다.　공명은 양전하 밀도가 퍼짐에 따라서 알릴 카보 양이온에 안정성을 추가하며, 도 5b에 도시된 바와 같이 2 차 카보 양이온보다 더 안정적으로 만든다.　따라서 설피딕 브릿지 변위(dislocation) 공정은 바람직하게는 알릴 카보 양이온보다는 메틸 카보 양이온에서 일어난다.　변위의 결과는 강직한 설피딕 브릿지가 원래의 알릴 카보 양이온에 연결된 테더가 되고 메틸 카보 양이온에서 풀려나게 된다.
요소 6에서, 화학 반응은 타임라인을 따라 발생한다.　20% 용액 농도로 RO 물 및 OMC(이 경우 금속 아세테이트 또는 MOAc)를 혼합하고 도 6a에 도시된 것과 같이 GTRP 슬러리(180℉, RO 물 대 GTRP의 3:1 중량비)로 계량된다. 생성된 화학 반응이 도6B에 도시되어 있다.　 물에 용해된 유기금속 화합물은 일시적인 아쿠오(aquo) 금속 형성을 포함하여 리간드와 결합한다. 도 6b에서, k는 볼츠만 "상 공간" EMRE 터널 기계-역학을 나타내고, M2+　는 금속 이온을 나타내며;　NHn, CHn, Znn　및 Sn　은 원래 고무 배합 공정의 부산물인 전구체 부위 근처의 이성질체 '파편(debris)'으로 간주되는 것을 나타내고, OAC-2　는 아세테이트 이온을 나타낸다. 전술한 MBTS 아민기에 의해 소거된 최초의 타이어 가황 전구체인 알릴 수소는 반응 부산물을 형성한다. 질소-황 화합물은 메틸 카보 양이온에 근접한 잔해 이성질체로서 존재하고 압축된 암모늄 디설페이트(NH4)2S2O8 분자(ADS) 또는 이의 라디칼을 포함한다.　인접한 중합체 사슬의 설피딕-가교의 1차 카보 양이온에서 원래 설피딕-가황의 마지막 단계에서 생성되지 않는 질소-황 이성질체는 물에 잘 녹고 메틸 카보 양이온 치환(substitution) 설피딕-복분해(sulfidic-metathesis)를 유도하는 강력한 산화제가 된다. 금속 배위 착물인 활성 OMC는 과산화수소(H2O2)를 형성하는 ADS 분자의 수화를 활성화시킬 수 있고 및/또는 메틸 카보 양이온에서 산화제로서의 표적화된 복분해 작용에서의 반응을 향상시키기위한 촉진제가될 수 있다. 메틸 카보 양이온에서 설피딕-복분해 전환율은 반응 부위의 온도 임계값이 240℉ 보다 높을 때 임의의 과산화물 및/또는 다른 산화제 없이도 보장되며, 이 온도 보다 위에서 황은 상 변화에서 불안정해진다. 이것은 수증기에서 가압된 상 변화 진동 또는 초 에너지의 파열로 인한 갑작스런 상-공간-캐비테이션 붕괴에 의해 유발될 수 있으며, 이로 인해 메틸 카보 양이온 표적 부위의 황 및 OMC 화합물 모두 고체-액체-고체 상 변화가 발생한다. 파열한 캐비테이션 콘에 의해 방출되는 막대한 에너지를 더 잘 이해하기 위해, 대상에 대한 최근의 CERN 연구는 태양 표면과 비교했을 때 300배 더 큰 태양 코로나 온도와 관련된 현상과 매우 유사한 피코-초 변형 동안 전자기 플라즈마 얽힘(electromagnetic plasma entanglemen)이 형성됨을 제안했다. 이러한 유추에 따르면, 상 공간 터널을 통과하는 180℉ GTRP 슬러리의 경우, 표적 메틸 카보 양이온 부위의 정확한 캐비테이션 온도는 매우 짧은 순간 동안 최소 54000℉ 일 것으로 예상된다.
특정 이론에 근거하는 것은 아니지만, 반응에서, 금속 아세테이트 이온 해리 치환은 메틸 카보 양이온에서 발생하는 것으로 여겨진다.　이것은 가황 전구체를 방해하고(disrupts), 삽입은 후속 설피딕 브릿지 재정렬을 위해 엘라스토머 펜던트 구조에서 새로운 기능적 부위를 형성한다.　이 공정에서, O2-　는　상 공간 입자 하전된 탄소 응집체와 함께　CO2로　변환된다.　M2+ 및 S2-　사이의 강한 상호 작용은 석출물을 형성하며, 강성 설피딕 브릿지를 오직 원래 알릴 카보 양이온에 결합된 '테더' 상태로 해방시킨다. 다양한 금속 이온이 비제한적으로 Co2+(3×106의 H2O 금속 배위 매트릭스 리간드 교환율), Cu2+(5×109의 H2O 금속 배위 매트릭스 리간드 교환율), Ni2+(3×104 의 H2O 금속 배위 매트릭스 리간드 교환율), Zn2+(2×107 의 H2O 금속 배위 매트릭스 리간드 교환율), and Mn2+(2×107 의 H2O 금속 배위 매트릭스 리간드 교환율)를 포함하여 사용하기에 적합하다.　구리계 유기금속 분자가 가열된 물 환경에서 최대 10의 배위 수를 나타낼 수 있다는 상당한 데이터가 문헌에 존재한다.　이 배위 용량은 메틸 카보 양이온 반응성 부위 근처의 저해 이성질체(inhibiting isomer) '파편'으로부터 리간드를 포획함으로써 공정을 보조하는 수퍼-플로피 매트릭스의 중간 형성을 제공한다.　리간드 포획 및 방출 속도는 다른 금속보다 몇 배 더 빠르다.　이러한 인상적인 능력은 GTRP 풀림-복분해(unpacking-metathesis) 과정 동안 존재하는 분자의 이질적인 입(heterogeneous maw of molecules)으로부터 다양한 구리 기반의 반응 이성질체가 생성될 가능성을 초래한다.　원소 황의 온도에 가까운 온도에서 상 변화를 나타내는 오가노금속 화합물을 선택함으로써,　복분해 반응을 촉진하는 것이 가능할 수 있으며;　그러나, 상이한 상 변화 온도를 갖는 오가노금속 화합물이 또한 사용될 수 있다.
요소 7에서, 모놀리식, 고무 매크로구조의 제조가 발생한다.　도 7a는 분쇄된 상태 가황된 GTRP(1 단계), 해결합(unbound)을 포함하는 EMRE 조건부 GTRP(2 단계), 사전-리프테이티드된(pre-reptated) 내부 형태, 및 10nm 및 5 미크론 이격된 혼합 라미네이트(intermingled laminates)를 포함하는 재생된 상호침투 엘라스토머 네트워크(3 단계)의 매크로구조를 도시한다. 실시양태의 공정의 특징 중 하나는 카본 블랙을 방해하지 않는 온화한 공정에 의해 상호침투 엘라스토머 네트워크에서 가교가 재형성된다는 것이다.　이로 인해 인장 강도는 약간 감소하지만 반발 강도는 향상된다.
제조 공정에서 도 7b에 도시된 것과 같이,　처리된 GTPR 슬러리를 펌핑하고 필터 케이크 프레스를 통해 스핀을 1 중량% 미만의 수분 함량으로 건조시켰다.　생성된 처리된 GTRP는 건조된 EMRE-조건부 GTRP를 수득하기 위해서 회전식 건조기에서 0.1 중량% 미만의 수분 함량으로 오븐 건조될 수 있다.　프레스 필터 단계와 회전식 건조기 단계 사이에서, 선택적으로 수성 또는 액화 열가소성 버진 중합체를 가공된 GTRP에 습식 혼합 할 수 있다.　건조 된 GTRP는 내부 믹서(예를 들어, 밴버리 믹서, 시그마 블레이드 등) 및/또는 마이크로-라미네이트용 롤 밀로 처리될 수 있으며, 여기서 건조, EMRE-조건부 GTRP(EMRE-conditioned GTRP)는 중합체 및 가교 첨가제와 블렌딩 된다.　이어서, 생성된 제품은 펠릿, 롤, 블록, 장식된 시트(festooned sheet) 등으로 포장될 수 있다.　특정 실시양태에서, 가공된 GTPR 슬러리는 추가의 가공 단계없이 사용하기 위한 귀중한 생성물이다.　GTRP는 아스팔트와 혼합되어 롤 및 시트를 형성하거나 용융되어 응집물을 결합시키거나 에멀젼을 형성 할 수 있다.　마찬가지로, 프레스 여과, 회전식 건조, 습식 혼합, 내부 혼합 및 포장을 포함한 요소 7의 중간 단계 중 임의의 제품은 그 자체로 귀중한 제품이될 수 있다.　따라서, 요소 7의 임의의 단계는 다양한 실시양태에서 선택적인 것으로 간주될 수 있다.　롤 밀을 사용하는 경우, 생성된 GTRP는 후속 진공 성형 동안 형성될 얇은 팬케이크형 구조로 '잎이 달리게(leafed)'되고, 생성된 GTRP 시트에 이방성을 부여한다.　내부 믹서가 사용될 때, 그로부터 제조 된 시트는 실질적으로 등방성이다.　
아스팔트와 GTRP의 혼합물은 다양한 방법으로 제조될 수 있다.　첫 번째 단계로, GTRP는 '잎이 달린'또는 '완전히 잎이 많은' 형태가 얻어 질 때까지(예를 들어, 최소 치수에서 약 10㎛ 이하의 입자 두께를 가짐) 마무리 롤 밀을 통해 수행되고, 그런 후 아스팔트와 컴바인된 롤-밀 또는 내부 믹서를 수행한다.　일반적으로, 점착성(cohesive) GTRP 시트('잎이 달린' 형태('leafed' form)를 나타냄)는 냉간 롤이 있는 마무리 롤 밀을 10 회 통과하거나 핫 롤이 있는 마무리 롤 밀을 2회 통과 한 후에 얻을 수 있다.　점착성 GTPR 시트가 형성되면 아스팔트와 컴바인될 수 있다.　일 실시양태에서, 아스팔트는 마무리 롤-밀 상의 점착성 GTRP 시트에 첨가되고, 이어서 마무리 롤 밀의 작용에 의해 혼합되어 연속적인 GTRP/아스팔트 시트 형태의 GTRP 92중량% 및 아스팔트 8중량%의 혼합물을 수득 하였다.　IV 형 아스팔트가 유리하게 사용될 수 있으며;　그러나, 5 펜 내지 200 펜 범위의 아스팔트가 또한 사용될 수 있다.　가교제는 임의로 아스팔트와 함께 첨가될 수 있다(예를 들어, 연속 GTRP/아스팔트 시트의 0.005phr(100중량부 당)).　시트는 균일한 분포를 촉진하기 위해서 공정 동안 유리하게 회전될 수 있다.　점착성 GTRP 시트('잎이 달린') 또는 연속 GTRP/아스팔트 시트는 예를 들어 입자, 에멀젼 또는 핫 믹스와 같은 임의의 형태로 아스팔트와 핫멜트로 더 조합될 수 있다.　재가황은 GTRP/아스팔트 블렌드가 제자리에 설치된 후에 유리하게 달성될 수 있다.
포장 용도에서, 예를 들어 점착성 GTRP 시트 또는 연속적인 GTRP/아스팔트 시트를 아스팔트로 용융시켜 약 20 내지 50 중량%의 GTRP를 포함하는, 예를 들어 골재의 결합제로서 사용하기에 적합한 조성물을 수득 할 수 있다.　다른 예에서, 연속적인 GTRP/아스팔트 시트는 손상된 포장에 시트 형태로 적용될 수 있고, 이어서 종래의 핫 믹스, 골재, 또는 골재와 결합제의 혼합물이 연속적인 GTRP/아스팔트 시트의 상부층으로서 적용될 수 있다.　GTRP의 가교 및 결합을 유도하기 위해 조사(irradiation)가 유리하게 적용될 수 있다.　결합제로서 아스팔트에 사용될 때, 또는 연속적인 GTRP/아스팔트 시트를 포함하는 밑깔개(underlayment)에 사용될 때, GTRP는 미국 특허 제8,992,118호, 미국 특허 제9,169,606호, 미국 특허 제 9,074,328호, 미국 특허 제9,347,187호, 미국 특허 제9,481,967호, 미국 특허 제9,551,117호, 미국 특허 제9,551,114호, 미국 특허 제9,624,625호, 미국 특허 제9,637,870호, 미국 특허 제9,127,413호, 및 미국 특허 제9,057,163호에 기술 된 바와 같이 방사체 시스템(emitter system) 및 관련 장치 및 방법을 사용하여 노상에서 적절히 경화될 수 있고, 이들 특허 각각의 내용은 그 전문이 본원에 참조로 포함된다. 아스팔트/콘크리트 포장을 조사하기 위한 이러한 방사체 시스템은 전형적으로 아스팔트/콘크리트 포장에서 아스팔트의 플럭스를 달성하기 위해 1000 내지 10000 nm의 피크 파장의 방사선을 방출하도록 구성된 방사체 패널을 유지하는 구조 프레임을 포함한다.　본 명세서에 사용된 용어 "플럭스" 또는 "플럭싱"은 광범위한 용어이고, 당업자에게 통상적이고 관례적인 의미를 부여해야 하며(특별한 또는 맞춤형 의미로 제한되지 않음),　유체의 몸체에 대한 최소 압력의 적용에 의해 변위 가능한 유체를 설명하는 것으로 제한되지 않는다. 아스팔트의 플럭스를 유도하기 위해서 유리하게는 190℉ 내지 290℉(88℃ 내지 143℃)의 높은 온도 범위, 예를 들어 250℉ 내지 290℉(121℃ 내지 143℃)가 온도로 사용될 수 있다.　가교를 유도하기 위해서 GTRP의 조사를 위해, 350 nm 내지 700 nm 범위의 피크 파장을 갖는 방사선이 유리하게 사용될 수 있고, 1000 nm 내지 10000 nm의 피크 파장을 갖는 방사선이 추가로 사용될 수 있다(예를 들어, 2 개 피크 파장).　일정 수준의 가교는 가교제의 추가 없이도 발생할 것이다;　그러나, 추가의 가교제는 공정의 속도 및 효율을 향상시킬 수 있다.　DIBP가 가교제로서 사용될 때 170℉의 온도는 가교를 유도 할 수 있으며, 이는 안정성 및 제어된 가교가 요구되는 GTRP/아스팔트 시트에 사용하기에 유리하다.　디쿠밀 퍼옥사이드가 가교제로서 사용될 때, 가교는 열처리 없이도 빠르게 발생할 것이다.　디큐밀 퍼옥사이드는 GTRP/아스팔트가 액체 형태(예를 들어, 에멀젼) 일 때 가교제로서 유리하게 사용될 수 있다.　GTRP를 포함하는 포장 재료는 어떠한 처리도 하지 않은 분쇄된 타이어 고무를 포함하는 종래의 포장 재료와 비교할 때 수명성(longevity)에서 우월한 특성을 나타낸다.
연속적인 GTRP/아스팔트 시트는 내후재(weatherproofing) 또는 루핑 응용을 위해 롤과 시트의 형태로 사용될 수 있다.　대안적으로, 점착성 GTRP 시트('잎이 달린') 또는 연속적인 GTRP/아스팔트 시트는 아스팔트 또는 다른 용매로 용융될 수 있고, 생성된 혼합물은 분무에 의해 표면에 도포되어 밀봉되고 방수된 표면을 생성한다. 고체 형태의 반응물은 250℉의 온도(예를 들어, 바람직하게는 그의 융점 또는 ELT 고무 부스러기의 주위온도)로 예비 가열될 수 있다. 예를 들어 선택적으로는 교반 또는 혼합하에 반응물을 ELT 고무 부스러기에 스프레이하거나, 스프링클링하거나, 또는 부어서 ELT 부스러기 상에 반응물의 균일한 코팅 및 분포를 달성함으로써 활성화된 ELT 부스러기를 생성할 수 있다. ELT 고무 부스러기에 직접 부가하는 경우 반응물이 미세 분쇄된 분말 형태로 유리하게 제공될 수 있다. 이어서 반응물과 ELT 고무의 조합물을, 예를 들어 압력하에 혼합하여 위상 망상 유도된 설피딕 복분해를 유도한다. 부스러기 고무 및 반응물이 혼합시키는 조합물의 유일한 성분으로서 컴바인될 수 있지만, 다른 성분들은 예를 들어 하나 이상의 프로세스 오일, 용매, 물, 아스팔트, 필터(산화 티탄 입자, 추가의 카본 블랙, 그래핀, 안료, 또는 본원의 다른 곳에 개시된 다른 도판트), 또는 고무 제품 또는 성분으로서 고무를 함유하는 제품 또는 재료에 도입하기 위해서 당해 기술분야에 공지된 다른 성분들일 수도 있다. 롤러 밀(roll mill), 예를 들어 종래 고무의 처리에 사용되는 것과 유사한 쌍의 원통형 롤러가 위상 망상 유도 설피딕 복분해용 반응기로서 사용될 수 있다. 레질리언스(resilience) 및/또는 탄성(elasticity)을 나타내는 균일한 생성물이 얻어질때가지 혼합물을 롤러 사이에 통과시킨다. 본원에 기술된 특정 실시양태에 있어서, 성공적인 반응의 신호 중의 하나는 혼합물이 롤러 사이로 통과할 때 찰칵거리거나 딱딱거리는 소리이다. 전형적으로, 롤러의 10회전 이하 내지 100회전 이상동안, 또는 약 1분 이하 내지 약 60분동안 혼합물을 롤러(직경 1㎝ 이하 내지 100㎝ 이상 및 간격 1㎜ 이하 내지 10㎜ 이상) 사이로 통과시킨 후 성공적으로 반응한 생성물이 얻어진다.
또다른 실시양태에서, 물 또는 또다른 적당한 용매(예를 들어 메탄올 또는 에탄올과 같은 알콜, 또는 에테르 또는 글리세롤) 또는 용매들의 혼합물 중의 반응물의 용액 또는 부분 용액(현탁액)을 제공한 다음, 그것을 (예를 들어 150℃로 또는 용액 또는 현탁액의 비점까지) 가열하고 예비 가열된 ELT 고무 부스러기에 부가한다. 상기 용액을 준비하는데 사용된 물의 양은 특정 비율의 용액 대 ELT 고무 부스러기를 제공하도록 선택될 수 있다. 동일한 양의 반응물에 있어서, ELT 고무 부스러기 1중량부에 대한 반응물 용액 2중량부의 비율에서는 ELT 고무 부스러기의 활성화된 용이하게 펌핑된 슬러리가 얻어지는데 반해, ELT 고무 부스러기 1중량부에 대한 반응물 용액 1중량부의 비율에서는 보다 농축된 반응물을 함유하는 농후한 슬러리가 수득된다. 적절한 용액 양을 선택함으로써 장치 비용을 줄일 수 있으며, 예를 들어 교반기의 사용이 회피될 수 있거나, 또는 처리량이 증가하고, 예를 들어 배치식 반응기 구성 대신에 연속식 반응기 구성이 용이하게 사용될 수 있다. 사용하기 적합한 물은 전형적인 도시 용시, 또는 증류수 또는 탈이온수를 포함할 수 있지만, 일부 실시양태에서는 100ppm 이하의 미립자 수준이 바람직할 수 있다. 반응물을 용액 또는 현탁액 형태로 사용하는 것의 이점은 효율성 및 보다 우수한 생성된 활성화 ELT 부스러기 고무의 취급 용이성을 포함하며, 이것은 반응기에서 작업할 때 유동가능한 상태 또는 보다 가공가능한 상태일 수 있으며, 반응기 시간을 20% 이상까지 줄일 수 있다. 특정 이론에 근거하는 것은 아니지만, 반응물의 용액은 ELT 고무 부스러기 입자들의 쇼라인(shoreline)을 습윤화시키는 것을 조력하며, 그에 의해서 건조 반응물 입자들의 경우 보다 많은 반응물을 ELT 고무 부스러기 입자들의 표면과 접촉하도록 위치시킨다. 이어서 반응기에 의한 기계적 가공이 공기 포켓을 분해하여 ELT 고무 부스러기 입자들을 추가로 코팅하도록 작용한다. 이것은, 동일한 정도의 상호연결 치환이 달성될 수 있도록 반응물 용액이 건조 반응물 입자들과 비교하여 50% 이상 감소될 수 있게 한다.
특정 실시양태들에서 활성화된 ELT 고무 부스러기(예를 들어 부스러기 고무, 반응물, 및 선택적인 부가 성분들의 부가 혼합물)를 반응기, 예를 들어 롤러 밀 또는 수평 압축 반응기로 이송시킬 수 있다. 반응기는 주위온도 또는 최대 250℉ 이상의 온도, 예를 들어 242℉ 내지 248(또는 특정 실시양태들에서는 그 보다 높거나 낮은 온도, 예를 들어 225℉ 내지 265℉, 또는 235℉ 내지 255℉, 또는 240℉ 내지 250℉)에서 작동될 수 있으며, 거기에서 검-유사 상태(gum-like state)로 혼련되거나 저작될 수 있다. 혼련된 생성물의 샘플링 작업이 입자 크기(예를 들어 필름 두께로 표시되는 효율적인 입자 크기)를 결정하는 간격으로 선택적으로 수행될 수 있으며, 여기서 입자 크기는 설피딕 복분해의 정도의 징후인 것으로 여겨진다. 부가적인 반응물은 원하는 입자 크기 표적에 도달할때까지 혼련된 생성물로 적정될 수 있다. 도 9는 활성화된 ELT 고무 부스러기 위에서 수평 압축 반응기 구동 롤의 충돌 효과를 설명한다. 에너지 대 반응 좌표의 플롯에서 나타낸 바와 같이, 충돌 구역에서 적용된 압력은, 반응도중 방출된 에너지는 충돌 조건하에 상호연결된 치환에 필요한 활성화 에너지를 초과하도록 상호연결된 치환을 위한 활성화 에너지를 감소시킨다.
표적 입자 크기는, 설피딕 복분해도를 조절함으로써, 예를 들어 반응기 가공 시간을 (큰 입자 크기에 대해서는 짧게, 그리고 작은 입자 크기에 대해서는 길게) 조절하거나 또는 ELT 고무 부스러기에 부가된 반응물의 양을 조절함으로써 얻어질 수 있다. 반응물 5중량% 대 ELT 고무 부스러기 95중량%에서, 과잉의 반응물이 전형적인 ELT 고무 부스러기에 존재하는 황 결합의 양으로 존재한다. 설피딕 복분해를 최대화할 때 양론양의 반응물이 사용될 수 있다. 반응물 4중량%와 ELT 고무 부스러기 96%의 혼합물이 사용될 때 높은 정도의 상호연결된 치환, 예를 들어 90% 초과의 상호연결된 치환이 전형적으로 관찰된다. 반응물 3중량%와 ELT 고무 부스러기 97%의 혼합물은 상당량의 황 결합을 남기게 된다. 특정 실시양태에서는 특정 적용(예를 들어 고무화된 아스팔트 또는 특수 고무 제품을 위한 블랙 마스터배치)에 사용될 때 생성되는 생성물에 바람직한 특성(예를 들어 점착성(tenacity) 또는 탄성)을 부여하기 위해서 특정 정도의 원래의 가황(예를 들어 황 결합의 절반 또는 1/4이 그대로 유지됨)을 유지하는 것을 원할 수 있다. 생성되는 상호연결 치환 고무 재료는 1㎛ 미만의 입자 크기를 가지면서 양호한 점착성을 나타내며, 중요한 특성에 영향을 주지 않으면서 블랙 마스터배치로 블렌드될 수 있다.
반응 용액이 사용되는 공정에서의 최종 단계로서, 설피딕 복분해 처리되는 생성물은 선택적으로는 250℉ 이하에서 가열함으로써 탈수소화 단계에 적용될 수 있다. 활성화된 ELT 고무 부스러기 중의 미분수(micronized water)의 존재는 황 결합의 복분해를 억제할 수 있는 것으로 여겨진다. 285℉의 온도에서의 추가 가열은 상기 미분수를 제거하고 일부 추가량의 설피딕 복분해를 달성할 수 있다. 대안으로는, 일정 정도의 물을 함유하는 생성물이 예를 들어 250℉ 내지 290℉의 온도에서 가공하기 위한 원하는 최종 생성물일 수 있다.
일단 원하는 입자 크기 표적에 도달하는 경우, 혼련되거나 또는 저작된 생성물은 임의의 미반응 반응물을 중화시키는 제제로 선택적으로 처리될 수 있다. 임이의 적당한 중화제가 사용될 수 있지만, 전형적으로는 말단 하이드록실화된 폴리에틸렌(예를 들어 폴리에틸렌글리콜, CAS 25322-68-3) 또는 하이드록시알릴 측쇄 작용성을 갖는 폴리에틸렌 공중합체, 또는 그들의 유도체를 사용하는 것이 바람직하다. 중화제는 전형적으로는 고무 100중량부당 중화제 0.05 내지 0.1부로 사용되지만, 특정 실시양태에서는 그 보다 많거나 적은 양이 사용될 수도 있다. 버진 고무를, 예를 들어 다른 중합체성 쇄를 포함시키기 위해 그래프트 처리하여 열경화성, 열향성 또는 열가소성 제품을 생성하는 임의의 다른 가공을 포함한 다른 후처리 공정도 수행될 수 있다.
상기 실시양태의 상호연결된 치환 공정은 고무 재생에 대한 이점을 제공한다. 예를 들어 공정도중에 또는, 서브- 미크론 크기의 입자들의 형태인 상호연결된 치환 생성물에서 가스방출 또는 pH 변화가 관측되지 않으며, 이것은 가황될 수 있는 안정한 상호연결된 치환 생성물이 수득되었음을 나타낸다. 상기 공정은 위험하거나 유해한 화학물질을 이용하거나 발생시키지 않고, 전형적으로 버진 고무가 사용되는 적용에서 생성되는 생성물의 유용성에 현저하게 영향을 주는 외인성 물질을 발생시키지 않는다는 점에서 이점을 제공한다. 예를 들어, 옥외 카페트 이면재, 도로 및 루핑과 같은 용도에서, 낮은 상호연결된 치환도(부분 상호연결 치환)는 허용가능한 생성물을 제공하는데 반해, 자동차 타이어와 같은 고성능 제품에서의 용도에 있어서는 높은 상호연결된 치환도를 갖는 생성물이 바람직할 수 있다. 상기 실시양태의 방법들은 부분적으로는 상호연결된 치환, 최대 상호연결된 치환 및 성능면에서 버진 고무와 유사한 생성물을 생성하는데 채택될 수 있다.
반응기 설계
도 1, 도 8a, 도 8b, 도 10a 내지 도 10d, 및 도 12a 내지 도 12c에 도시된 반응기들이 특정 실시양태에서 유리하게 사용될 수 있다.
예를 들어 수평 압축 반응기는 도 10a 내지 도 10d 및 도 12a 내지 도 12c에 도시된 형태일 수 있다. 도 10a는 소규모 반응기 및 그의 기어(1000)의 상면도 및 측면도를 도시한다. 구비된 기어(1008)는 강재(steel)이며 피치(pitch)의 루트(root)까지 기계가공된 홈(1010)을 포함하도록 기계가공된다. 작동시, 기어가 맞물릴때 두 기어의 홈이 일치하고, 말단 플레이트를 배치하는 0.040 인치 이하의 간격(1007)[다웰 핀 배치(dowel pin placement)을 갖는 기어와 하우징 사이]를 유지한다. 동일한 길이의 10개의 기어 세그먼트(예를 들어 하나의 세그먼트에서 임의의 원하는 복수개의 세그먼트, 예를 들어 10개 이하, 20개, 30개, 40개, 50개 이상까지)가 동등하게 이격된 9와 1/8인치의 홈을 갖는 것으로 사용된다. 홈의 수 및 홈의 구성 또는 깊이는 가공 조건에 따라 조정될 수 있다. 기어는 트레딩된 홀(1003)을 갖는 스플릿 스테인레스강 튜브(1004)에 위치되며 다웰 핀(1002)을 포함한 스테인레스강 플레이트(1001)에 용접(welding)된다. 힌지 어셈플리(hinge assembly)(1006)에 장착된 제거가능한 핀(1005)은 작동을 위한 장치를 고정시킨다. 도 10b는 도 10a의 기어(1000)의 상세를 보여주는 수평 압축 반응기의 분해도를 제공한다. 도 10c에서 상면도로 나타낸 기어는 7개 세트의, 24개의 홈(940)을 갖는 기어 세그먼트(1030) 및 각각의 기어 세그먼트에 대한 0.200" 압축 릴리프(1014)를 포함한다. 도 10d는 탭(tap)(1016)을 포함한 말단 플레이트(1013) [및 기어 아래의 상세를 보여주는 말단 플레이트의 투명도) 및 탭(1017)을 포함한 플레이트(1015)를 도시한 것이다. 상기 도면들에 도시된 장치는 가황 고무 및 구리 아세테이트(또는 다른 반응물)의 혼합물에 압력을 제공하는데 사용될 수 있는 반면, 당업자에 의해서 이해될 수 있는 다른 구성들 예를 들어 모르타르(mortar) 및 페슬(pestle), 리본 혼합기, 고전단 분산기(high shear disperser) 등도 고려될 수 있다. 한 실시양태에 있어서, 맞물림 기어(meshing gear) 대신에 반대편 구성에서 평활화 롤러가 사용될 수 있다. 롤러 구성을 갖는 반응기가 "건조" 공정, 예를 들어 물이나 또다른 운반 액체를 사용하지 않는 공정에 사용하기 적합할 수 있다. 대조적으로, 도 1은 물 또는 또다른 운반 액체를 사용하는 공정에서 사용하기 적합한 반응기를 도시한다.
도 11은 작동시 구동 롤의 맞물림 기어의 상세를 도시한다. 기어는 ELT 부스러기 고무의 측방 흐름(1106)을 허용하도록 기계가공된 릴리프를 갖는 압축 롤을 수렴하고 있다. 반응물로 예비 코팅된 20 메쉬 ELT 부스러기 고무(1103)가 5psi 미만의 압력에서 기어들 사이의 간격을 채운다. 기어들(1101)이 맞물림에 따라 예비 코팅된 ELT 부스러기 고무(1105)는 대략 100psi(예를 들어 반응 조건에 따라 50psi 내지 200psi, 또는 75psi 내지 150psi, 또는 80psi 내지 125psi, 또는 그 이상 또는 이하)로 압축된다. 기어의 10회 회전(10회의 압축 적용)은 (특정 메쉬 크기를 통해 스크리닝함으로써 결정되는) 입자 크기를 20 메쉬에서 200 메쉬 미만(1107)으로 감소시킨다. 기어의 15회 회전(50회의 압축 적용)은 입자 크기를 20 메쉬에서 대략 2㎛로 감소시킨다. 구동 롤은 역압을 조절하기 위해 동적 브레이크(dynamic brake)를 포함한다. 생성되는 생성물은 출발 ELT 부스러기 고무 보다 작은 원하는 입자 크기, 예를 들어 30 메쉬, 40 메쉬, 50 메쉬, 100 메쉬, 200 메쉬, 10㎛, 5㎛, 2㎛, 1㎛, 또는 1㎛ 미만의 입자 크기가 얻어질 때까지 가공될 수 있다.
또다른 반응기 설계는 트윈 카운터 회전 스크류를 포함한다. 트윈 스크류는 밀접한 인터메쉬 구성으로 되며, 서로 결합된 한 쌍의 부분 배럴로 위치된다. 도 12a는 배럴(1200) 중의 하나의 측면도를 나타낸다. 도시된 배럴은 3인치의 외경 및 2인치의 내경을 가지며, 길이가 30인치치고 회전자(1202)를 구비한다. 도 12b는, 밀접하게 인터메쉬된(close-intermeshed) 트윈 카운터 회전 스크류를 둘러싸도록 구성된 결합된 배럴를 도시한, 유지 홀(1220, 1221)을 갖는 2개의 말단 플레이트(1213) 중의 하나를 나타낸다. 임계 치수(1222)는 보스톤 기어 피치 직경(Boston Gear pitch diameter)에 기초한다. 스크류의 회전자와 배럴 벽 사이의 대략 0.010인치의 간격이 제공된다. 도 12c는 상기 스크류 중의 하나인 냉연강 트레드(cold rolled steel thread)를 구비한 500 로톤 스크류(500 Roton Screw)(1232)를 도시한다. 도 12c는 트러스트 표면(thrust surface)(1230), 청동재 베어링 저널(bronze bearing journal)(1235), 및 ANSI 키웨이(ANSI keyway)(1234)를 도시한다. 도 12a 내지 도 12c에 도시된 반응기는 특정 치수 또는 재료를 포함하는 반면, 치수들은 보다 크거나 보다 작은 반응기를 제공할 필요에 따라 감소하거나 증가할 수 있으며, 다른 적합한 재료들이 대체될 수 있다.
처리된 고무 생성물
생성되는 고무 미립자는 후속 공정(예를 들어 새 타이어 또는 고무화된 아스팔트의 생산)을 위한 공급원료로서 직접 사용될 수 있고, 저장 또는 선적을 위해서 비축되거나 또는 포장될 수 있다. 고무 미립자는 다양한 적용을 위한 그의 특성 및 적합도를 결정하기 위해 테스트할 수 있다. 테스트는 하기 방법을 포함할 수 있다: 고무 특성에 대한 표준 테스트 방법 - 로터없는 경화계(rotorless cure meter)를 사용한 가황 - 160℃에서 ASTM D5289에 따른 MDR 2000 유동계(rheometer); 미노화 및 오븐 노화된, ASTM D412에 따른 인장률, 연신율 및 탄성률을 비롯한 장력 특성; 리바운드 표본에서 ASTM D2240 유형 A에 따라 렉스 디지털 듀로미터(Rex digital durometer)로 테스트한 튜로미터 경도; 고무의 압축에서 열 발생 및 플렉싱 피로(flexing fatigue) - ASTM D623, 방법 A에 따른 BF 굿리치 굴곡계(BF Goodrich flexometer); 쇼브 유형 리바운드 진자(Schob Type rebound pendulum)를 이용한 레질리언스 - ASTM D7121에 따른 즈위크 리바운드(Zwick rebound); 고무 마모 저항 - ASTM D5963, 방법 A에 따른 즈위크 회전식 드럼 연마기(Zwick rotary drum abrader); ASTM D518, 방법 A에 따른 고무 열화-표면 균열 및 정적 옥외 노출(20% 변형) 또는 ASTM D1149에 따른 오존 조절 환경에서 고무 열화-균열.
생성된 고무 미립자는 또한 집 지붕널(house shingle) 및 롤 루핑(roll roofing)에 사용하기에 적합한 품질로, 우박 손상 저항, 개선된 저온 가요성(예: 최소 -40℉ 온도까지의 가요성), 및 더운 날씨에 연화, 블리드 아웃, 얼룩 감소를 제공한다. 고무 미립자를 함유하는 롤 루핑은 건조된 상태로 배치된 다음 조사되어 시트가 용융, 순응(confom), 가교 및 하부 기재(예를 들어,　단열재 또는 오래된 루핑)와 부착된다. GTRP를 함유하는 액상 혼합물은 가교를 유도하기 위해 조사될 수 있다. 조사는 상술한 포장 응용(예를 들어, 미국 특허 제8,992,118호, 미국 특허 제9,169,606호, 미국 특허 제9,074,328호, 미국 특허 제9,347,187호, 미국 특허 제9,481,967호, 미국 특허 제9,551,117호, 미국 특허 제9,551,114호, 미국 특허 제9,624,625호, 미국 특허 제9,637,870호, 미국 특허 제9,127,413호, 및 미국 특허 제9,057,163호, 이들 특허 각각의 내용은 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.)과 유사한 방사체 시스템을 이용해서 적용될 수 있다. 예비 선택된 피크 파장의 전자기 방사선은 루핑 또는 방수 시트 또는 스프레이 된 곳에 적용될 수 있다. 가열 방사는 소망하는 파장을 방사하기 위해서 방사체를 수정하는 것에 의해 생성될 수 있다. 가열하기 위해서 사용되는 전자기 방사선의 파장은 롤 루핑에 존재하는 재료에 기초해서 선택될 수 있다.　롤 루핑에서 표적 고무에 선호되는 피크 파장은 10watt/in2 이하의 와트밀도에서 350nm - 700nm 피크 파장 범위이다.　롤 루핑 인가 방사 에너지는 기판의 가열을 최소화하면서, 롤 루핑 내 고무를 가열한다.　방사체 장치는 비용을 최소화하도록 제조될 수 있으며 현장에서 사용하기에 적합하다.　현장 사용은 금속 프레임 내에 위치한 하나 이상의 방사체 패널에 전기적으로 연결된 휴대용 발전기, 예를 들어 Tier 4 디젤 엔진을 사용해서 장치에 전력을 공급함으로써 달성될 수 있다.　방사체는 예를 들어 고밀도 세라믹으로 절연될 수 있고, 패널(들)은 롤 루핑의 평면을 향하도록 프레임의 세라믹 라이너 내에 중첩될 수 있다.
후-반응기 GTRP 블렌드의 건조는 임의의 원하는 정도로 수행될 수 있다.　수분을 천천히 또는 빠르게 제거 할 수 있다.　부드러운 건조는 엘라스토머 네트워크 형태의 구조에 최소한의 영향을 미친다.　전단 건조는 전형적으로 더 작은 입자 크기 및 더 빠른 수분 증발을 제공한다.
후-반응기 GTRP 블렌드의 경화는 화학 경화제를 사용하거나 조사함으로써(예를 들어, 본원의 다른 곳에서 논의 된 방사체 시스템에 의해) 느리거나 빠르게 수행될 수 있다.
일부 실시양태에서, 건식 블렌딩에 의해 건조된 후-반응기 GTRP를 고상 중합체(예를 들어, 버진 고무)와 컴바인한 다음, 성분을 혼합하기 위해 추가 가공을 수행하는 것이 바람직할 수 있다.　대안적으로, 인증된 수의 반응성 부위를 갖는 라텍스는 반응기 후 GTRP와 컴바인되어 추가 처리될 수 있다.　물은 나중에 예를 들어 압착에 의해 제거될 수 있다.　후-반응기 GTRP는 다양한 용도, 예를 들어 열가소성, 열분해 또는 열경화성으로 개질될 수 있다.　중합체 주쇄는 가황에 적합하다.　후-반응기 GTRP는 소수성이므로, 물질에 친수성이 부여되어 물질이 유화되거나 콜로이드 현탁액으로 형성될 수 있게 한다.　단독중합체를 첨가하여 골격을 기능화함으로써 특성을 변형시킬 수 있다.　열경화 특성을 부여하기 위해 입자를 코팅(예:　노닐페놀 에톡실레이트와 함께) 할 수 있다.　열가소성 특성을 부여하기 위해, 친수성 부위(예를 들어, 4 급 아민으로)가 삽입될 수 있다.
본원에서 논의된 바와 같이, 증기/물 상을 가로질러 진동하도록 처리된 GTRP는 입자의 동굴(caverns) 내로 액체를 펌핑한다.　이것은 입자를 매우 빠르게 채울 수 있다(예: 1 분 미만).　반응기 공정 동안, 물은 자유 분자 공간의 큰 증가, 예를 들어 500% 이상, 예를 들어 5 배 증가가 관찰되는 입자를 침수시킬 수 있다.　이는 "솜털"로 설명될 수 있는 건조 된 입자를 초래한다.　건조된 GTRP에는 액체를 수용 할 수 있는 내부 공간(자유 분자 공간)인 "동굴"이 있다.　GTRP에 전단력을 가하면 동굴이 붕괴될 수 있다.　GTRP가 혼합될 물질과 함께 콜로이드 현탁액으로 제공될 때, 동굴의 존재는 GTRP의 동굴 내의 액체에서 물질의 내재화를 용이하게 한다.　이러한 물질은 수계 중합체를 포함 할 수 있다.　이는 타이어 산업에서 중합체를 혼합하는 주요 방법으로써 종래의 고상에 고상을 혼합하는 것에 대비해 중합체 분산 특성을 우월하게 하는 결과를 초래하고, 결과적인 입자에 대해서 예를 들어 우수한 인장강도, 히스테리시스 및 전단강도를 갖게 할 수 있다. 타이어 산업에서 전형적으로 사용되는 고무에서 관찰되는 것으로부터 200-300% 이상의 물리적 강도의 개선이 관찰된다.
소량의 버진, 스티렌, 1,4-시스 폴리부타디엔 중합체와 후-반응기 GTRP블렌드로 구성된 샘플의 물리적 특성 분석에 기초해서, 버진, 타이어 등급, 블랙 마스터 배치 배합물과 대비하여 약 80% 초과의 가교밀도를 갖고, 240℉에서 2시간 동안 디큐밀 퍼옥사이드(DCP)를 사용해서 규칙적으로 달성할 수 있다. DCP는 240℉ 미만의 반응성 가교를 제공하지만, 임계 값 초과의 경화 온도는 테더된 황 사슬을 액화시켜 불안정한 상태가 재정렬을 보다 효율적으로 완료할 수 있도록 한다.　다른 효과적인 촉진제는 디(터트-부틸퍼옥시이소프로필) 벤젠(CAS No. 25155-25-3, 또한 DBPI라고도 함)이다.
1,2-고 비닐 부타디엔 단독중합체 작용성으로 그라프팅 된 실리콘 고무(SiR)는 머캅토기 촉매와 가교될 수 있다.　이러한 블렌드는 높은 가교 밀도 및 균일한 엘라스토머 상호침투 도메인을 초래하여 두 고무 그룹에서 모두 알려진 혼성화 특성을 우월하게 나타낸다.　재생 EOL 입자를 사용하는 NR/SBR 블랙 마스터 배치 SiR 하이브리드는 새롭고 비용 효율적인 혁신이다.
다른 실시양태에서, GTRP 입자는 무수 환경에서 크기가 감소되고 가교 재정렬된다.　한 실시양태에서, 주위온도 또는 상승된 온도의 조건하에서, 예를 들어 대략 250℉(예를 들어 230℉ 내지 270℉ 또는 240℉ 내지 260℉ 또는 245℉ 내지 255℉)에서 3축 수직 혼합기, 롤러 밀, 압출기, 밴버리 혼합기(Banbury mixer), 또는 다른 혼합 장치에서 컴바인된다. 고체 형태의 반응물(예: 아세트산 구리 또는 본원에 기재된 바와 같은 기타 금속 염) 불활성 대기(예: 질소 블랭킷)에서 별도의 용기에서 250℉(예를 들어, 바람직하게는 금속 염의 융점 이상, 예를 들어 250℉ 이상, 예를 들어 230℉ 내지 270℉, 또는 240℉ 내지 260℉, 또는 245℉ 내지 225℉)의 온도로 예열된 다음, 부스러기 고무에 부가되거나, 또는 주위 조건하에서 부스러기 고무에 직접 부가된다.　 특정 실시양태에서, 불활성 대기는 선택적일 수 있다.　가열된 반응물은 예열된 EOL 타이어 고무 부스러기와 컴바인된다.　예를 들어, 가열된 반응물은 교반하면서 예열된 EOL 타이어 고무 부스러기에 분무, 연무 또는 부어 넣어 예열된 EOL 타이어 고무 부스러기에 반응물의 균일한 코팅 및 분포를 달성하며, 활성화된 EOL 타이어 고무를 수득 할 수 있다.　예열된 EOL 타이어 고무 부스러기에 직접 첨가될 때, 반응물은 미세하게 분쇄된 분말 형태로 제공되는 것이 유리할 수 있다.
특정 실시양태에서, 실시양태의 PTR 물질을 포함하는 물질을, 미국특허 제8,992,118호, 미국특허 제9,169,606호, 미국특허 제9,074,328호, 미국특허 제9,347,187호, 미국특허 제9,481,967호, 미국특허 제9,551,117호, 미국특허 제9,551,114호, 미국특허 제9,624,625호, 미국특허 제9,637,870호, 미국특허 제9,127,413호, 및 미국특허 제9,057,163호에 기술된 에미터(emitter)를 사용하여 조사하는 것이 유리할 수 있으며, 상기 특허 각각의 내용들은 그 전체가 여기서 참고로 인용된다. 특정 실시양태에서, 연신된 (예를 들어 도포관 패턴에서 코일형, 직선형, 관형, 또는 기타 구조의) 반도체(예를 들어 탄화규소, 비-배향 탄소섬유, 도핑된 질화붕소) 또는 저항 도체(예를 들어 저항 도체)가 에미터에 사용될 수 있지만, 특히 바람직한 양태에서는 패널이 에미터로서 구불구불한(serpentine) 와이어를 포함한다. 상기 구불구불한 구성의 이점은 이격된 코일에 의해서 나타나는 높은 저항을 갖지 않는다는 점이다. 따라서 더 많은 에너지가 원하는 파장의 방사선으로 방출된다. 코일은 그 저항을 최소화하도록 이격되며, 복사 에너지는, 매우 낮은 유전율(permittivity)을 가지며 본질적으로 상기 구불구불한 와이어로부터 반사 에너지를 아래로 재지향시키는(redirect) 고밀도 세라믹에 의해서 상부면에 경계를 둔 "샌드위치된" 공간내에서 방출된다.
유리하게는 지지체에 내장되거나 또는 자체 지지될 수 있는 와이어의 하부면에는 얇은 운모질 패널(micaceous panel)이 있다. 시트형 실리케이트(층상형 실리케이트) 광물의 운모 그룹(mica group)은 완벽한 저면 벽개(basal cleavage)에 근접한 몇몇 밀접하게 관련된 물질들을 포함한다. 모두 의사 육방정계 결정 쪽의 경향성을 갖는 단사정계이며 화학 조성이 유사하다. 운모의 가장 두드러진 특징인 거의 완벽한 벽개(cleavage)는 그의 원자들의 육방정계 시트형 배열에 의해서 설명된다. 운모 또는 운모질 특성을 나타내는 다른 물질들은 복굴절(birefringence) 또는 삼중굴절(trirefringence)(이축 복굴절)을 일으키는 다수의 층들을 포함할 수 있다. 복굴절은 빛의 편광 및 전파 방향에 의존하는 굴절률을 갖는 물질의 광학 특성이다. 이들 광학적 이방성 물질들은 복굴절이 있는 것으로 언급된다. 복굴절은 종종 물질 내부의 굴절률에서 최대 차이에 의해서 정량화된다. 또한 복굴절은 종종 이중 굴절, 즉 복굴절 물질을 통과할때 광선을 2개의 광선으로 분해하는 것과 동의어로 사용된다. 이방성 결정 구조를 갖는 결정은 종종 복굴절일뿐만 아니라 기계적 응력하에서 가소성이기도 하다. 이축 복굴절은 하나 초과의 이방성 축을 갖는 이방성 물질을 기술한다. 이러한 물질의 경우 굴절률 텐서(refractive index tensor) n은 일반적으로 nα, nβ, nγ로 표시될 수 있는 3개의 별개의 고유값을 갖게 된다. 구불구불한 와이어로부터의 복사성 및 전도성 에너지는 운모질 요소로 전달된다. 운모질 물질의 복굴절 특징은 다른 파장을 필터링하면서 구불구불한 와이어에 의해서 발생된 파장의 서브세트(subset)를 전달하는데 사용될 수 있다. 특정 양태의 에미터는 상기 운모질 물질이 손상되는 것을 방지하는 스테인레스강재 쉬드(sheath)를 사용한다. 이러한 도전성 쉬드는 현저한 파장 변환없이 에너지를 전달한다. 성분들의 이러한 조합물(예를 들어 구불구불한 와이어, 운모질 물질, 스테인레스강재 쉬드)을 사용함으로써 약 2㎛의 피크 파장을 갖는 구불구불한 와이어에 의해서 발생된 에너지는 약 20㎛의 피크 파장을 가질 수 있다. 운모질 물질의 두께 또는 다른 특징들은 표면에 대한 타켓 파장 및 파장 범위를 제공하도록 조정될 수 있다.
한 실시양태에서, 장치는 세라믹 단열재가 장착된 후드(hood)와 유사하게 구성된 2ft×1ft의 간극 치수를 갖는다. 에미터 구성요소들은 유리하게는 2ft×1ft이거나, 또는 편의상 다른 크기로 될 수 있다(예를 들어 롤 루핑의 너비, 또는 건축시공에 사용되는 표준 너비, 예를 들어 16인치). 이러한 에미터들은 예를 들어 250kW를 전달할 수 있는 발전기에 의해서 전력을 공급받을 수 있는 최대 에너지에서 14W/인치 이하의 와트 밀도(Watt density)를 가질 수 있다. 일부 양태들에서, 에미터 어셈블리는 구조 프레임(structural frame), 전원, 전력 차단 메카니즘, 전자기 방사 에미터, 및 위치 결정 시스템을 포함할 수 있다. 상기 에미터 어셈블리는 수 ft의 너비, 수 ft의 길이, 및 수 ft의 높이일 수 있거나, 또는 한 명의 작업자가 사용할 수 있도록 그 보다 작을 수 있다[예를 들어 한 명의 작업자가 밀 수 있거나 또는 원드(wand) 또는 아암(arm)의 말단에 설치된 롤링 프레임에서는 작은 에미터]. 상기 에미터 어셈블리는 다른 크기로 될 수도 있다. 상기 프레임은 하나 이상의 다른 구성요소들을 지지할 수 있다.
상기 프레임은 구조적으로 적합한 부재 예를 들어 금속 지지체, 비임, 레일, 또는 기타 다른 구조물을 포함할 수 있다. 상기 프레임은 사용시 또는 수송시 또는 작업 현장에서 사용할 때 현저한 변형을 방지하도록 구성될 수 있다. 상기 프레임은 다양한 구성요소들의 중량의 적어도 일부를 지지하도록 설계될 수 있다. 일부 실시양태들에서, 상기 프레임은 하나 이상의 비임을 포함한다. 상기 비임은 금속, 목재, 또는 구성요소들의 중량을 적절히 지지할 수 있는 다른 물질을 포함할 수 있다. 상기 비임은 알루미늄 또는 강을 포함할 수 있으며, 일부 실시양태들에서는 경량이고 강한 물질을 사용하는 것이 유리할 수 있다. 하나 이상의 비임이 상기 프레임의 측부 및 상기 프레임의 어느 말단에 배치될 수 있다. 상기 측부 상의 비임은 브라켓(bracket), 플레이트, 또는 기타 부착 메카니즘을 통해서 수직으로 연결될 수 있다. 이러한 부품들은 서로 용접될 수 있거나, 또는 상기 부품들을 연결하는데 볼트가 사용될 수 있다. 하나 이상의 비임이 한 쪽에서 다른 쪽으로 또는 전방에서 후방으로 프레임을 통과할 수 있으며, 다른 구성요소들에 지지체 또는 부착 메카니즘을 제공하도록 구성될 수 있다. 상기 프레임을 통과하는 하나 이상의 비임이 상기 프레임의 저부(bottom) 가까이에 배치되어 전자기 방사선 에미터가 상기 비임에 부착될 수 있다. 상기 프레임은 하나 이상의 휠에 직접적으로 또는 간접적으로 부착될 수 있으며, 이에 의해서 프레임이 가열되는 롤 루핑을 가로질러 수송하거나 또는 이동하는 것을 조력할 수 있다.
일부 실시양태에서, 상기 프레임은 고르지 않은 지형을 가로지르는 경우에도 굽힘, 처짐, 또는 비틀림을 방지하도록 구성될 수 있다. 상기 프레임은 어셈블리의 하나 이상의 구성요소들을 지지하는 견고한 구조를 제공할 수 있다. 상기 어셈플리는 다양한 환경에서 사용될 수 있기 때문에, 상기 프레임 및 어셈블리는 수송할때 그리고 사용시 변형 및 열화에 대한 내성이 있는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 상기 어셈블리는 고르지 못한 지붕 위에 사용될 수 있다. 상기 프레임이 고르지 못한 표면 위에서의 수송을 견디는 것이 유리할 수 있다. 또다른 예로서, 상기 프레임 및 어셈블리는 먼 위치의 옥외에서 사용될 수 있다. 상기 브레임 및 어셈블리는 먼 위치로 수송하는 동안 손상에 대한 내성이 있을뿐만 아니라 그러한 위치에서의 기후의 효과에 대해 내성을 구비하는 것이 유리할 수 있다. 불리한 조건 및 광범위한 이동 및 수송 중에도, 상기 프레임의 저부 표면은 그 어셈블리가 위치될 수 있는 롤 푸핑으로부터 일반적으로 일정한 거리를 유지하는 것이 유리할 수 있다. 따라서, 상기 프레임은 다양한 조건에서의 변형 또는 손상에 대해 충분히 견고하고 내성일 수 있다.
고무, 예를 들어 본원에서 기술된 분쇄된 타이어 충전제 또는 PTR 재료는 고 에너지 흡수성 재료이다. 너무 많은 에너지를 너무 빨리 흡수하는 경우 연소원(source of combustion)이 되어 에미터 장치가 손상되거나 연기가 대기로 방출될 수 있다. 따라서 일부 실시양태에서는 에미터의 특정한 세팅에서 전력 밀도 및 롤 루핑에 대한 효과를 연속적으로 모니터링할 수 있도록 에미터 상에 피드백 루프를 포함시키는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 일부 실시양태들에서
예시적 용도
실시양태들의 방법에 따라 제조된 상호연결 치환 고무가 버진 고무를 이용하는 적용 뿐만 아니라 재생 고무 예를 들어 부스러기 고무를 사용하거나, 또는 부분 가황/부분 상호연결 치환 고무 생성물에서 유익한 적용들에서 사용될 수 있다. 상호연결 치환도를 조절함으로써 원하는 세트의 특성(예를 들어 경도, 확산능, 용해도, 그래프트능, 입자 크기 등)을 갖는 고무 생성물이 제조될 수 있다. 예를 들어, 특정 실시양태에서는 예를 들어 수명 종료 타이어 또는 가황 고무의 다른 원천으로부터 얻어진 부스러기 고무의 입자 크기를 감소시키는 것이 바람직하다. 상기 실시양태들의 방법들은, 예를 들어 극저온법, 원심분리의 사용과 비교하여 고무 부스러기의 평균 입자 크기를 감소시키는 효율적이고 비용 효과적인 방법, 즉 고무 중합체의 화학적 개질에 의해서 부여된 임의의 반응성 또는 다른 특성과는 별개인 이점을 제공한다.
고무화된 아스팔트
실시양태들의 고무 재료의 하나의 예시적 용도는 예를 들어 포장, 루핑, 또는 코팅에 사용되는 아스팔트용 첨가제 또는 작용화제로서의 용도이다.
아스팔트 포장면은 시간 경과에 따라 산화적 경화로 어려움을 겪게 된다. 이러한 산화적 경화는 아스팔트 포장면의 산화적 경화속도를 실질적으로 감소시키며 도로의 사용 수명을 증가시킨다. 아스팔트-고무 혼합물은 전형적으로는 '아스팔트-고무 결합제(ABR)'로 불리운다.
전형적으로는 ARB 및 골재를 서로 혼합하고 도로 표면에 스프레딩하여 아스팔트 포장면을 형성한다. 종래 기술의 ARB는 고온 민감성이기 때문에 특정 표면 온도 및 기후 조건하에서만 도로에 적용될 수 있다. 이로 인하여 대부분의 지역에서는 도로 포장 활동이 연중 수개월로 제한된다. 또한, 혼합물의 자유 흐름 및 균질화를 유지하기 위해서는 종종 특수 가열/블렌딩 장비가 요구된다. 일부 경우에서는 부스러기 고무의 분리(segregation), 크러스팅(crusting) 또는 덩어리짐(lumping)을 감소시키는 첨가제가 아스팔트-고온 혼합 재료(asphalt-rubber hot mix material)에 부가된다. 그러나, 상기 첨가제는 혼합물의 다른 특성에 불리한 효과를 끼칠 수 있다. 따라서, 환경 조건에 덜 민감하고 비용 또는 복잡한 장비 또는 혼합물의 자유 흐름 및 균질화를 유지시키는 첨가제를 요구하지 않으면서 용이하게 표면에 적용될 수 있는 개선된 ARB 시스템에 대한 당면한 필요가 존재한다. 실시양태들의 방법 및 조성물은 고성능 ARB 시스템에 사용하기 적합한 상호연결 치환 고무를 제공한다.
부스러기 고무 및 아스팔트를 함유하는 혼합물을 에멀젼화시키는데 있어서의 어려움때문에 달성할 수 없는 많은 이유로 포장면 보존 시스템을 위한 아스팔트-고무 결합제의 에멀젼화가 고려되어 왔다. 예를 들어 고무 입자들이 콜로이드 밀(colloidal mill)에서 혼합도중 아스팔트-고무 매트릭스의 층상 흐름(laminar flow)을 방해하기 때문에 아스팔트-고무 결합제는 정상적으로 용이하게 에멀젼화될 수 없다. 실시양태의 당해 방법 및 상호연결 치환 고무는 최종 에멀젼에서 분산을 촉진시키는 방식으로 상호연결 치환 고무를 예비 배합함으로써 상기 어려움을 극복한다. 일부 실시양태들에서, 예비 배합은 콜로이드 밀에 의해서 결합제를 에멀젼화할때 일어날 수 있는 층상 흐름의 방해를 없앨 수 있다. 특정 이론에 근거하는 것은 아니지만, 상호연결 치환 부스러기 고무는 아스팔트 에멀젼의 아스팔트 소적으로 실질적으로 균질화되며, 따라서 아스팔트-고무 결합제의 평활하고 균일한 에멀젼을 형성한다.
일부 실시양태들에서, 상기 실시양태들의 공정에 적용시킨 미세 분쇄된 타이어 고무는 아스팔트에 침지시켜서 고온 고무 접착제(hot rubber adhesive)를 형성한다. 예를 들어 일부 방법들은 지속적인 교반하에 상호연결 치환시킨 크기 약 80 내지 140 메쉬의 미세 분쇄된 타이어 고무(부스러기 고무)를 물이 없는 약 350℉ 이하의 중합체 개질 아스팔트에 침지시키는 것을 포함하여 상호연결 치환 분쇄된 타이어 고무를 팽윤시키고 반응시키고, 그에 의해서 개별적인 상호연결 치환 고무 모이어티(moiety)를 "코팅"하여 고온 고무 접착제를 형성한다. 이어서 반응시킨 고온 고무 접착제는 고 전단하에서 아스팔트 에멀젼과 배합되어 코팅, 시일링(sealing) 및/또는 접착제로서 제형화될 수 있다. 생성되는 아스팔트 고무 에멀젼은 산화적 경화, 기후 또는 기계적 마모에 우수한 내성을 갖는 비-트래킹(non-tracking), 내수성 아스팔트 고무 결합제 또는 표면 요소에 대해 신속하게 경화하게 된다. 또한 40℉ 미만의 비-전통적인 동절기 온도 및 야간 시간에 경화하도록 제형화될 수 있다. 생성되는 아스팔트-고무 결합제 에멀젼은 주위 경화된, 구조 방수재 및 포장면 보존 시스템에 사용될 때 개선된 접착력, 응집력, 조기 그린 강도, 및 내수성을 갖는다.
이들 방법 중 일부는 상호연결 치환 부스러기 고무를 아스팔트 조성물로 처리하여 아스팔트 코팅된 상호연결 치환 부스러기 고무 조성물을 형성한 다음, 상기 아스팔트 코팅된 상호연결 치환 부스러기 고무 조성물을 아스팔트 에멀젼과 혼합하여 에멀젼화된 아스팔트-고무 결합제를 형성하는 것을 포함한다. 아스팔트-고무 결합제의 에멀젼을 제공하기 위해 다양한 아스팔트 에멀젼이 사용될 수 있다. 예를 들어 일부 양태들에서 아스팔트 에멀젼은 제 1 아스팔트를 물 및 계면활성제와 혼합하여 제 2 에멀젼을 형성한 생성물일 수 있다. 아스팔트 에멀젼의 형성과 관련하여, 아스팔트 에멀젼은 바람직하게는 제 1 아스팔트, 계면활성제 및 물을 포함할 수 있다.
아스팔트-고무 결합제의 에멀젼을 제공하기 위해 다양한 아스팔트-코팅된 부스러기 고무 조성물이 사용될 수 있다. 예를 들어 아스팔트 코팅된 상호연결 치환 부스러기 고무 조성물은 복수의 상호연결 치환 부스러기 고무 입자들을 유효량의 제 2 아스팔트와 혼합하여 상기 입자들을 코팅한 생성물일 수 있으며, 상기 제 2 아스팔트는 상기 입자들을 팽윤시킨다. 아스팔트 코팅된 상호연결 치환 부스러기 고무 조성물의 형성은 가변적이지만, 하나의 예는 복수의 상호연결 치환 부스러기 고무 입자들 및 제 2 아스팔트를 포함할 수 있으며, 상기 입자들은 실질적으로 상기 제 2 아스팔트로 코팅되며, 상기 입자들은 상기 제 2 아스팔트의 존재하에서 팽윤시킨다.
따라서, 아스팔트-고무 결합제 에멀젼의 제조방법 중 하나는, 제 1 아스팔트 에멀젼을 아스팔트 코팅된 상호연결 치환 부스러기 고무 조성물과 혼합하여 아스팔트-고무 결합제의 에멀젼을 제공하는 것을 포함하되; 상기 제 1 아스팔트 에멀젼은 제 1 아스팔트를 물 및 계면활성제와 혼합하여 제 1 아스팔트 에멀젼을 형성한 생성물이고; 상기 아스팔트 코팅된 상호연결 치환 부스러기 고무 조성물은 복수의 상호연결 치환 부스러기 고무 입자들을 유효량의 제 2 아스팔트와 혼합하여 상기 입자들을 코팅한 생성물이고; 상기 제 2 아스팔트는 상기 입자들을 팽윤시킨다.
또다른 양상은, 제 1 아스팔트 에멀젼을 아스팔트 코팅된 상호연결 치환 부스러기 고무 조성물과 혼합하여 아스팔트-고무 결합제의 에멀젼을 제공하는 것을 포함하는 아스팔트-고무 결합제 에멀젼의 제조방법에 관한 것으로; 상기 아스팔트 에멀젼은 제 1 아스팔트, 계면활성제, 및 물을 포함하고; 상기 아스팔트 코팅된 상호연결 치환 부스러기 고무 조성물은 복수의 상호연결 치환 부스러기 고무 입자들 및 상기 입자들을 코팅하는 유효량의 제 2 아스팔트를 포함하며, 상기 입자들은 실질적으로 상기 제 2 아스팔트로 코팅되고, 상기 입자들은 상기 제 2 아스팔트의 존재하에서 팽윤시켰다.
일부 아스팔트-고무 결합제 에멀젼의 제조방법은, 제 1 아스팔트를 물 및 제 1 계면활성제와 혼합하여 제 1 에멀젼을 형성하고; 복수의 상호연결 치환 부스러기 고무 입자들을, 상기 입자들을 코팅하는 유효량의 제 2 아스팔트와 혼합하여 아스팔트-코팅된 상호연결 치환 부스러기 조성물을 제공하고, 상기 입자들을 팽윤시키며; 상기 제 1 아스팔트 에멀젼을 상기 아스팔트-코팅된 상호연결 치환 부스러기 고무 조성물과 혼합하여 아스팔트-고무 결합제의 에멀젼을 제공하는 것을 포함한다.
일부 실시양태들은 본원에서 기술된 방법에 의해서 제조된 아스팔트-고무 결합제의 에멀젼을 제공한다. 또다른 양상은, 아스팔트; 상기 에멀젼의 모든 비휘발성 성분들의 총중량의 약 30% 내지 약 50%를 나타내는 상호연결 치환 부스러기 고무로서, 상기 아스팔트의 존재하에 팽윤시키는 상호연결 치환 부스러기 고무; 양이온성 계면활성제; 및 물을 포함하는 아스팔트-고무 결합제의 에멀젼에 관한 것으로, 상기 에멀젼은 약 7 미만의 pH에서 안정될 수 있다.
또한 약 0dmm 내지 약 30dmm의 펜 값(pen value)을 갖는 아스팔트; 아미도 아민 계면활성제, 그의 암모늄 염, 또는 그들의 조합물; 및 에멀졀 중량의 약 30% 내지 약 50%를 나타내는 물을 포함하는 아스팔트 에멀젼이 제공된다.
일부 실시양태들은, 아스팔트, 상호연결 치환 부스러기 고무; 및 양이온성 계면활성제를 부가하지 않는 것을 제외하고 동일한 조성물과 비교하여 조성물의 친수성을 증가시키는데 효과적인 양의 양이온성 계면활성제를 포함하는 아스팔트-코팅된 고무 조성물이 제공한다.
한 실시양태에서, 본 발명은 ASTM D8-02에 제시된 아스팔트 고무 결합제의 정의 또는 때때로 지정 기관에 의해서 설정될 수 있는 그의 유도체에 부합하는 아스팔트-고무 조성물의 제조방법을 제공한다. 바람직한 실시양태에서, 상기 방법은 에멀젼으로서 아스팔트-고무 결합제를 제공한다. 상기 방법은, 상이한 침투 등급의 아스팔트를 수득하고, 각각의 등급의 아스팔트를 예비 선택된 화학물질과 컴바인하여 별도의 예비 혼합된 성분들을 형성하고, 상기 예비 혼합된 성분들을 예비 결정된 조건하에서 함께 블렌딩하여, 경화시, ASTM D8-02에 제시된 것과 같은, 아스팔트-고무 결합제에 대한 특정 물리적 요건에 부합하는 아스팔트-고무 조성물을 형성하는 것을 포함한다. 유리하게는, 생성되는 아스팔트-고무 조성물은 도로 포장에 사용된 ARB의 물리적 요건에 부합할뿐만 아니라, 아스팔트의 유-중-수 에멀젼 중의 고무 분산액과 같은, 고무의 개선된 분산액을 갖는다.
또한 이들 아스팔트-고무 조성물은 결합제, 코팅, 실런트(sealant), 접착제, 또는 그들의 조합물로서 사용될 수 있으며, 도로 포장, 루핑, 및 기타 관련된 적용들에 적합할 수 있다. 예를 들어, 특정 실시양태들에서, 아스팔트-고무 결합제 조성물 또는 아스팔트-고무 결합제 에멀젼은 HMA 프라이머(primer), SAMI 프라이머, SAMI(응력 흡수 멤브레인 내부층) 칩 결합제, 리쥬버네이팅 실러(rejuvenating sealer), 포그 시일(fog seal), 스키드 저항 차도 실런트-표면 결합제(skid resistant traffic lane sealant-surface binder), 시일 코트 결합제(seal coat binder), ISSA(International Slurry Surfacing Association) 유형 I, 유형 II, 또는 유형 III 마이크로 슬러리 결합제, 또는 RAP를 포함한 콜드 혼합 접착제(cold mix adhesive), D1227 Type III B 루프 멤브레인, 침수된 멤브레인 라이너(submerged membrane liner), 플래싱 시멘트(flashing cement), 강 또는 콘크리트 파이프 코팅, 방수 매스틱(mastic)(들) 등, 또는 그들의 조합물로서 사용될 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 3가지 상이한 침투 등급의 아스팔트가 선택될 수 있으며, 상기 아스팔트는 바람직하게는 약 0dmm 내지 약 50dmm, 또는 약 0dmm 내지 약 90dmm의 펜 값을 갖는 경질 아스팔트; 바람직하게는 약 150dmm 내지 약 200dmm 또는 약 0dmm 내지 약 200dmm의 펜 값을 갖는 중질 아스팔트(medium asphalt); 및 바람직하게는 약 200dmm 내지 약 300dmm의 펜 값을 갖는 연질 아스팔트를 포함한다. 상기 경질 아스팔트는 바람직하게는 특정 계면활성제 및 물과 혼합되어 경질 펜 아스팔트 에멀젼을 형성한다. 상기 연질 아스팔트는 바람직하게는 중합체에 의해 개질된 다음 특정 계면활성제 및 물과 컴바인되어 연질 펜-중합체 개질된 아스팔트 에멀젼을 형성한다. 상기 중질 아스팔트는 바람직하게는 상호연결 치환 부스러기 고무와 약 350℉에서 혼합 및 분응하여 아스팔트-고무 블렌드을 형성한 다음, 특정 계면활성제 및 선택적으로는 물과 혼합되어 매스틱을 형성한다. 이어서 상기 경질 펜 아스팔트 에멀젼, 연질 펜-중합체 개질된 아스팔트 에멀젼, 및 매스틱은 상이한 비율로 후속적으로 블렌딩되어 다양한 워터본 아스팔트-고무 조성물(waterborne asphalt-rubber composition)(들)을 형성한다. 한 실행예에 있어서, 먼저 경질 펜 아스팔트 에멀젼 및 소프트 펜-중합체 개질된 아스팔트 에멀젼을 서로 혼합하여 에멀젼 예비 블렌드를 형성하며, 후속적으로 상기 블렌드를 매스틱과 블렌딩하여 실질적으로 균질한, 자유 흐름 워터본 아스팔트-고무 에멀젼 블렌드를 제공하고, 이것을 다양한 온도에서 도로 표면에 적용할 수 있다. 상호연결 치환 부스러기 고무 매스틱은 임의의 상의 워터본 조성물에 용해되거나 또는 분산될 수 있다. 예를 들어 고무 매스틱은 에멀젼의 하나 이상의 액상에 분산된 별도의 액상일 수 있거나, 또는 고무 매스틱은 에멀젼의 하나 이상의 액상으로 용해될 수 있다. 특정한 바람직한 실시양태에서, 경화된 최종 배합물은 ASTM D6114-97에 규정된 고무/아스팔트 비율과 일치시켜서 아스팔트 포장에 적합한 아스팔트-고무 결합제를 제공한다. 또다른 실시양태에서, 이러한 아스팔트-고무 에멀젼 블렌드를 약 32℉ 내지 약 100℉ 또는 약 130℉에서 골재와 혼합하여 아스팔트 포장재를 제공한다. 일부 아스팔트-고무 결합제 에멀젼은 동절기나 야간에 경화할 수 있다. 일부 아스팔트-고무 결합제 에멀젼은 약 40℉ 내지 약 32℉만큼 낮은 온도에서 충분히 경화할 수 있다.
또다른 실시양태에서, 워터본 아스팔트-고무 결합제 조성물이 제공된다. 상기 조성물은 결합제, 코팅, 실런트, 접착제, 또는 이들의 조합물로서 사용될 수 있으며, 도로 포장, 루핑, 및 기타 관련 적용에 적합할 수 있다. 예를 들어, 특정 실시양태들에서, 아스팔트-고무 결합제 조성물 또는 아스팔트-고무 결합제 에멀젼은 HMA 프라이머, SAMI 프라이머, SAMI(응력 흡수 멤브레인 내부층) 칩 결합제, 리쥬버네이팅 실러, 포그 시일, 스키드 저항 차도 실런트-표면 결합제, 시일 코트 결합제, ISSA(International Slurry Surfacing Association) 유형 I, 유형 II, 또는 유형 III 마이크로 슬러리 결합제, 또는 RAP를 포함한 콜드 혼합 접착제, D1227 유형 III B 루프 멤브레인, 침수된 멤브레인 라이너, 플래싱 시멘트, 강 또는 콘크리트 파이프 코팅, 방수 매스틱(들) 등, 또는 그들의 조합물로서 사용될 수 있다. 한 실행예에서, 상기 조성물은 아스팔트; 상호연결 치환 부스러기 고무; 에폭시화된 불포화 트리글리세라이드, 용매 분산된 목재 로진 에스테르(solvent dispersed wood rosin ester), 작용성 야채유 유도체, 또는 그들의 조합물; 계면활성제, 및 선택적으로 물을 포함한다. 또다른 실행예에서, 상기 조성물은 본질적으로, 아스팔트; 상호연결 치환 부스러기 고무; 에폭시화된 불포화 트리글리세라이드, 용매 분산된 목재 로진 에스테르, 작용성 야채유 유도체, 또는 그들의 조합물; 불포화 지방산; 하나 이상의 계면활성제; 선택적으로 치환된 스티렌 부타디엔 스티렌 블록 공중합체; 하나 이상의 가교제; 및 선택적으로 물로 구성된다. 또다른 실행예에서, 상기 조성물은 본질적으로, 아스팔트; 상호연결 치환 부스러기 고무; 에폭시화된 불포화 트리글리세라이드, 용매 분산된 목재 로진 에스테르, 작용성 야채유 유도체, 또는 그들의 조합물; 불포화 지방산; 하나 이상의 계면활성제; 선택적으로 치환된 스티렌 부타디엔 스티렌 블록 공중합체; 하나 이상의 가교제; 글리콜 에테르; 및 선택적으로 물로 구성된다.
상기 실시양태들의 상호연결 치환 부스러기 고무 물질을 포함하는 아스팔트 물질의 에멀젼을 제조하여 예를 들어 고온 혼합 아스팔트 혼합물, 콜드 패치 아스팔트 혼합물, 시일 코트(포그 시일, 칩 시일, 또는 슬러리 시일), 또는 기존의 기재(예를 들어 토양, 점토, 모래, 쉘, 시멘트, 석회, 플라이 애쉬(fly ash), 아스팔트성 물질, 재생 아스팔트 포장재, 재생 콘크리트, 골재, 기존 도로 표면(예를 들어 먼지(dirt), 자갈, 아스팔트 포장재, 콘크리트) 및 그들의 홉함물)과 새로운 아스팔트 포장층 사이의 접착성 택 코트(adhesive tack coat)를 제공할 수 있다.
아스팔트-고무 결합제 에멀젼의 제조방법은 2종 이상의 상이한 아스팔트를 선택하거나, 또는 2개의 별개량의 동일한 아스팔트 또는 동일한 유형의 아스팔트를 처리하고, 하나의 아스팔트를 에멀젼화시키고 다른 아스팔트를 상호연결 치환 부스러기 고무와 컴바인한 다음, 그 조성물을 재컴바인하여 아스팔트-고무 결합제의 에멀젼을 제공하는 것을 포함할 수 있다.
상기 아스팔트들 중의 하나는 일반적으로 "제 1 아스팔트"로 지칭되며, 다른 아스팔트는 일반적으로 "제 2 아스팔트"로 지칭되며, 이러한 구별은 순전히 상기 공정들을 기술할때 혼동을 피하기 위한 것이다. 편의상 혹은 아스팔트의 특성에 관한 설명을 제공할 목적으로 다른 명명법이 사용될 수 있다.
아스팔트-고무 결합제 에멀젼의 제조방법에서, 제 1 아스팔트를 물 및 계면활성제, 예를 들어 계면활성제와 물 및 선택적인 첨가제의 예비 혼합된 조합물과 컴바인하여 제 1 아스팔트 에멀젼을 제공한다. 바람직하게는 제 1 아스팔트는 제 1 아스팔트 에멀젼의 약 50%(w/w) 내지 약 70%(w/w), 또는 약 60%(w/w)이고 계면활성제/물은 제 1 아스팔트 에멀젼의 약 30%(w/w) 내지 약 50%(w/w), 또는 약 40%(w/w)이다. 계면활성제/물은 바람직하게는 물과 계면활성제(들)을 블렌딩함으로써 별도로 제조된다. 한 실행예에서, 물은 제 1 아스팔트 에멀젼의 총중량의 약 0.5% 내지 약 4%, 또는 약 2.2%이다. 또다른 실행예에서, 계면활성제는 본질적으로, 에멀젼의 총중량을 기준으로, 약 1.1%의 프라임 플렉스 ER 582 계면활성제(Prime Plex ER 582 surfactant) 및 약 1.1%의 인둘린 W-5 계면활성제(Indulin W-5 surfactant)로 구성된다.
제 1 아스팔트는 바람직하게는 계면활성제/물과 혼합될 때 약 300℉ 내지 약 350℉의 온도이고 상기 계면활성제/물은 약 70℉ 내지 90℉의 온도이다. 바람직한 실시양태에서, 제 1 아스팔트와 계면활성제/물의 혼합은 혼합후 생성되는 에멀젼이 약 190℉ 내지 210℉이 되는 속도로 실시된다. 일부 실시양태들에서, 아스팔트 및 계면활성제/물은 콜로이드 밀을 통해서 공-밀링(co-milling)함으로써 혼합될 수 있다.
별도의 시스템 또는 용기에서, 제 2 아스팔트를 상호연결 치환 부스러기 고무, 및 선택적인 성분 예를 들어 계면활성제 및/또는 첨가제와 컴바인하여 아스팔트-코팅된 상호연결 치환 부스러기 고무 조성물을 제공한다. 상기 아스팔트-코팅된 상호연결 치환 부스러기 고무 조성물은 상기 제 2 아스팔트로 코팅되는 복수의 상호연결 치환 부스러기 고무 입자를 포함한다. 일부 실시양태들에서, 물의 부가없이 상기 제 2 아스팔트를 상호연결 치환 부스러기 고무와 혼합하기 전에, 혼합하는 동안, 또는 혼합한 후에 무수 계면활성제를 부가한다. 그러나, 상기 공정은 부가수없이 및 임의의 계면활성제없이 선택적으로 실시될 수 있다. 상기 제 2 아스팔트 및 상호연결 치환 부스러기 고무의 혼합 전에, 후에, 또는 도중에 포함될 수 있는 기타 첨가제는 지방산 예를 들어 스테아르산, 올레산 등; 로진 예를 들어 목재 로진; 고 인화점 유기 용매 예를 들어 미네랄 스피리트; 추가 계면활성제 등을 포함한다. 일부 실시양태들에서, 상호연결 치환 부스러기 고무 입자들 및 제 2 아스팔트의 혼합의 적어도 일부는 스테아르산 또는 올레산, 지방 아민 계면활성제, 아민 계면활성제의 암모늄 염, 또는 그들의 조합물의 존재하에서 일어난다. 일부 예시적 방법에 있어서, 상호연결 치환 부스러기 고무 입자들 및 제 2 아스팔트의 혼합의 적어도 일부는 목재 로진, 미네랄 스피리트, 제 2 계면활성제, 아민 작용기를 포함하는 제 3 계면활성제, 암모늄 염, 또는 그들의 조합물의 존재하에서 일어난다.
일부 경우에서 제 2 아스팔트는 상호연결 치환 부스러기 고무와 혼합될 때 주위온도를 상회할 수 있다. 예를 들어 제 2 아스팔트는 325℉ 내지 375℉, 또는 약 350℉로 가열될 수 있으며, 상호연결 치환 부스러기 고무는 제 2 아스팔트에 부가될 수 있다.
다수의 상이한 유형의 상호연결 치환 부스러기 고무 조성물이 존재하는 반면, 두가지 유형의 상호연결 치환 부스러기 고무 조성물은 매스틱 및 친수성화된 아스팔트 코팅된 상호연결 치환 부스러기 고무를 포함한다.
친수성화된 아스팔트-코팅된 상호연결 치환 부스러기 고무에 있어서, 상호연결 치환 부스러기 고무 입자들은 상기 조성물의 모든 비휘발성 성분들의 총중량의 약 60% 내지 약 90%일 수 있다. 바람직하게는, 제 2 아스팔트는 약 25%이며 상호연결 치환 부스러기 고무는 친수성화된 아스팔트-코팅된 상호연결 치환 부스러기 고무 중량의 약 75%이다. 예를 들어, 친수성화된 아스팔트-코팅된 상호연결 치환 부스러기 고무는 상호연결 치환 부스러기 고무 약 20 내지 80중량%, 또는 25 내지 75중량%, 또는 60 내지 80중량%를 포함할 수 있으며, 잔여량의 아스팔트 및 다른 성분들을 갖는다. 비휘발성 성분들은 최종 접착제의 자체 경화공정동안 현저하게 증발하지 않는 것들을 포함한다. 일부 실시양태들에서, 친수성화된 아스팔트 상호연결 치환 코팅된 부스러기 고무는 상호연결 치환 부스러기 고무의 표면 위에 고온 제 2 아스팔트를 스프레이한 다음, 상기 부스러기 고무의 충붕한 팽윤이 일어날때까지 상기 코팅된 고무를 가열된 블렌딩 용기내에서 교반함으로써 제조될 수 있다. 계면활성제 또는 기타 첨가제가 상기 상호연결 치환 부스러기 고무 위에 스프레이하기 전에 제 2 아스팔트에 부가될 수 있거나, 또는 상기 아스팔트를 부가한 후에 첨가될 수 있다.
매스틱에 있어서, 제 2 아스팔트는 약 60% 내지 약 80%일 수 있으며, 상호연결 치환 부스러기 고무는 조성물의 모든 비휘발성 성분들의 총중량의 약 20% 내지 약 40%일 수 있다. 바람직하게는, 제 2 아스팔트는 약 60%이며 상호연결 치환 부스러기 고무는 약 30%이거나, 또는 아스팔트는 약 75%이고 부스러기 고무는 매스틱 중량의 약 25%이다. 예를 들어 매스틱은 상호연결 부스러기 고무 약 20중량% 내지 80중량%, 또는 약 25중량% 내지 75중량%, 또는 약 60중량% 내지 80중량%를 포함하고, 잔여량의 아스팔트 및 기타 성분들을 가질 수 있다. 또다른 실행예에서, 상호연결 치환 부스러기 고무 입자들은 약 650㎛ 내지 약 75㎛, 예를 들어 75㎛ 내지 100㎛, 200㎛, 300㎛, 400㎛, 500㎛, 또는 600㎛의 직경을 갖는다. 일부 실시양태들에서, 보다 크거나 작은 입자 직경 예를 들어 600㎛ 내지 700㎛, 800㎛, 900㎛, 또는 1000㎛ 이하; 또는 75㎛ 내지 60㎛ 미만, 50㎛, 40㎛, 30㎛, 20㎛, 또는 10㎛ 이하가 허용될 수 있다.
일부 실시양태들에서, 매스틱은 약 60.5%(w/w)의 제 2 아스팔트, 약 30%(w/w)의 상호연결 치환 부스러기 고무, 약 4%(w/w)의 에폭시화된 대두유, 약 4%(w/w)의 물, 및 약 1.5%의 계면활성제를 포함한다. 다른 실시양태들에서, 매스틱은 본질적으로, 60.5%(w/w)의 제 2 아스팔트, 약 30%(w/w)의 상호연결 치환 부스러기 고무, 약 4%(w/w)의 에폭시화된 대두유, 약 4%(w/w)의 물, 및 약 1.5%의 계면활성제로 구성된다. 또다른 실시양태에서, 매스틱은 본질적으로, 약 60.5%(w/w)의 제 2 아스팔트, 약 30%(w/w)의 상호연결 치환 부스러기 고무, 약 4%(w/w)의 에폭시화된 대두유, 약 4%(w/w)의 물 및/또는 글리콜 에테르, 및 약 1.5%의 계면활성제로 구성된다. 또다른 실시양태에서, 매스틱은 본질적으로, 약 55%(w/w)의 중질 아스팔트, 약 30%(w/w)의 상호연결 치환 부스러기 고무, 약 11%(w/w)의 고 인화점 용매 용해된 목재 로진 에스테르, 약 2.5%(w/w)의 물, 및 약 1.5%(w/w)의 계면활성제로 구성된다. 일부 실시양태들에서, 매스틱에 휘발성 성분들의 부가는 순차적이다. 예를 들어 초기 아스팔트 부스러기 고무 반응은 고온(325℉ 내지 375℉)에서 일어날 수 있다. 고온 반응 후에, 첨가제가 혼합물에 블렌딩될 수 있도록 혼합물을 후속 첨가제의 인화점 아래로 냉각시킬 수 있다.
제 1 아스팔트 에멀젼은 아스팔트-코팅된 부스러기 고무 조성물, 예를 들어 매스틱 또는 친수성화된 아스팔트-코팅된 상호연결 부스러기 고무와 혼합하여 아스팔트-고무 결합제를 제공할 수 있다. 일부 실시양태들에서, 아스팔트 에멀젼은 고속 전단하에서 그 혼합물이 충분히 균질해질 때까지 아스팔트-코팅된 부스러기 고무 조성물과 혼합될 수 있다.
이들 공정 중의 일부는 추가로, 제 3 아스팔트를 중합체와 혼합하여 중합체 개질된 아스팔트를 제공하고; 상기 중합체 개질된 아스팔트를 물 및 제 4 아스팔트와 혼합하여 제 2 아스팔트 에멀젼을 제공하며; 상기 제 2 아스팔트 에멀젼을, 하나의 제 1 아스팔트 에멀젼, 아스팔트-코팅된 상호연결 치환 부스러기 고무 조성물, 및 아스팔트-고무 결합제 중의 적어도 하나와 혼합하는 것을 포함할 수 있다.
위에서 제시된 공정의 기초 공정에 뒤따르는 아스팔트-고무 결합제 시스템의 제조방법은 추가 단계들을 포함할 수 있다. 상기 방법은 또한 제 1 아스팔트 및 제 2 아스팔트 보다 상이한 경도를 갖는 제 3 아스팔트를 이용한다. 예를 들어, 이들 공정에서 제 1 아스팔트는 "경질 아스팔트"로 지칭되고, 제 2 아스팔트는 "중질 아스팔트"로 불리우며, 제 3 아스팔트는 "연질 아스팔트"로 지칭된다. 상기 공정은 일반적으로 상이한 침투 등급의 아스팔트를 선택하고, 각각의 등급의 아스팔트를 화학물질과 별도로 혼합한 다음, 예비 혼합된 공급원료를 컴바인하여, 경화시, ASTM D6114-97(2002)에 따라 제조된 아스팔트-고무 결합제(들)과 동등한 물리적 특성을 나타내는 아스팔트-고무 조성물 또는 때때로 지정 기관에 의해서 설정될 수 있는 그의 유도체를 형성하는 것을 포함한다.
상기 방법은, 바람직하게는 약 0dmm 내지 약 50dmm, 또는 약 0dmm 내지 약 90dmm의 펜 값을 갖는 경질 아스팔트; 바람직하게는 약 90dmm 내지 약 300dmm, 또는 약 200dmm 내지 약 300dmm의 펜 값을 갖는 연질 아스팔트; 약 150dmm 내지 약 200dmm의 펜 값을 갖는 중질 아스팔트를 제공함으로써 개시된다.
한 실시양태에 있어서, 상기 방법은, 경질 아스팔트를 계면활성제/물 또는 비누 시스템과 예비 혼합하여 에멀젼 "H"를 제공하는 것을 포함한다. 바람직하게는, 경질 아스팔트는 약 61%(w/w)이며 계면활성제/물은 에멀젼 "H"의 약 39%(w/w)이다. 계면활성제/물은 바람직하게는 물 및 계면활성제(들)을 블렌딩함으로써 별도로 제조된다. 한 실시양태에서, 물은 약 37%이고 계면활성제(들)은 에멀젼 "H)의 총중량의 약 2.2%이다. 또다른 실행예에서, 계면활성제는 본질적으로, 약 1.1%의 프라임 플렉스 ER 582 계면활성제 및 약 1.1%의 인둘린 W-5 계면활성제로 구성된다.
경질 아스팔트는, 계면활성제/물과 예비 혼합될 때 바람직하게는 약 300℉ 내지 약 350℉의 온도이고 계면활성제/물은 약 70℉ 내지 90℉의 온도이다. 바람직한 실행예에서, 경질 아스팔트 및 계면활성제/물의 혼합은, 생성되는 에멀젼이 혼합 후 약 190℉ 내지 약 200℉가 되도록 하는 속도로 실시된다. 아스팔트 및 계면활성제/물은 콜로이드 밀을 통한 공-밀링에 의해서 혼합된다.
한 실시양태에서, 상기 방법은 추가로, 연질 아스팔트를 계면활성제/물 또는 비누 시스템과 예비 혼합하여 에멀젼 "H-1"을 형성하는 것을 포함한다. 대안으로, 또다른 실시양태에서, 상기 연질 아스팔트는 바람직하게는 약 350℉에서 선택적으로 치환된 스티렌 부타디엔 스티렌 블록 공중합체(SBS) 엘라스토머와 먼저 블렌딩하여 중합체 개질된 아스팔트를 제공한다. 이어서, 상기 중합체 개질된 아스팔트는 콜로이드 밀을 통해서 계면활성제/물과 블렌딩하여 에멀젼 "S"를 형성한다.
한 실행예에서, 연질 아스팔트 또는 중합체 개질된 아스팔트는 에멀젼 "S"의 총중량의 약 61%이며, 계면활성제/물은 약 39%이다. 계면활성제/물은, 에멀젼 "S"의 총중량에 대하여 약 37%의 물 및 약 2%의 계면활성제를 포함할 수 있다. 한 실시양태에서, 계면활성제는 본질적으로, 약 1.1%(에멀젼 "H"의 w/v)의 프라임 플렉스 ER 582 계면활성제 및 약 1.1%(에멀젼 "H"의 w/v)의 인둘린 W-5 계면활성제로 구성된다.
연질 아스팔트 또는 중합체 개질된 아스팔트는 스테아롤족으로부터의 올레핀을 포한한, 불포화 지방산과 같은 개질제를 포함할 수 있다. 한 실시양태에서, 중합체 개질된 아스팔트는 본질적으로, 58%(에멀젼 "H"의 w/v)의 연질 아스팔트, 1.22%(에멀젼 "H"의 w/v)의 개질제, 및 2%(에멀젼 "H"의 w/v)의 SBS 엘라스토머로 구성된다. 특정 실시양태에서, 아스팔트 및 개질제를 325℉에서 블렌딩하고, SBS를 부가하며 SBS가 용해될 때까지 혼합물을 고전단으로 통과시킨다.
한 실행예에서, 연질 아스팔트 또는 중합체 개질된 아스팔트는, 계면활성제/물과 예비 혼합될 때 약 300℉ 내지 약 350℉의 온도이며, 이는 약 70℉ 내지 90℉의 온도이다. 또다른 실행예에서, 연질 아스팔트 및 계면활성제/물의 혼합은 생성되는 에멀젼이 혼합 후 약 190℉ 내지 약 210℉가 되도록 하는 속도로 실시된다. 또다른 실행예에서, 연질 아스팔트 및 계면활성제/물의 초기 조합이 실시된 후, 추가 혼합은 1시간 내지 약 4시간의 기간에 걸쳐서 일어난다. 또다른 실행예에서, 아스팔트 및 계면활성제/물은 콜로이드 밀을 통해서 공-밀링된다. 콜로이드 밀에서 연질 아스팔트 에멀젼이 형성된 후, 저장도중 175℉의 온도로 에너지를 소산시키는 동안 교반할 수 있다.
또다른 실시양태에서, 상기 방법은 추가로, 중질 아스팔트를 상호연결 치환 부스러기 고무와 예비 혼합하여 아스팔트-고무 블렌드를 형성하는 것을 포함한다. 일부 실시양태들에서, 아스팔트-고무 블렌드를 계면활성제/물, 또는 비누 시스템과 컴바인하여 매스틱을 제공한다. 대안으로, 중질 아스팔트를 상호연결 치환 부스러기 고무와 혼합하기 전에, 도중에, 또는 후에, 물을 첨가하지 않고 계면활성제를 첨가한다. 그러나, 일부 실시양태들에서는 물이나 계면활성제 어느 것도 첨가하지 않는다. 한 실시양태에서, 중질 아스팔트를 약 325℉ 내지 약 375℉로 가열하고, 상호연결 치환 부스러기 고무를 아스팔트에 첨가한다. 또다른 실행예에서는, 중질 아스팔트를 약 350℉로 가열하고, 상호연결 치환 부스러기 고무를 아스팔트에 첨가한다. 또다른 실시양태에서는, 상호연결 치환 부스러기 고무가 첨가되는 경우, 중질 아스팔트 및 상호연결 치환 부스러기 고무를, D6114 테이블 1에 의해서 요구되는 적절한 점도가 얻어질 때까지 혼합하여 아스팔트-고무 블렌드를 제공한다. 바람직하게는, 점도는 약 900 내지 약 1500cps이다. 한 실시양태에서, 아스팔트는, 매스틱 중량의 약 30%이거나, 또는 아스팔트는, 매스틱 중량의 약 60%이며, 고무 부스러기는, 매스틱 중량의 약 25%이다. 또다른 실시양태에서, 부스러기 고무 입자들은 약 650㎛ 내지 약 75㎛의 직경을 갖는다.
일부 실시양태들에서, 계면활성제/물, 또는 비누 시스템은, 물 및 계면활성제(들)을 혼합함으로써 별도로 제조된다. 한 실시양태에서, 물은, 매스틱 중량의 약 4%이고 계면활성제(들)은, 매스틱 중량의 약 1.5%이다. 또다른 실시양태에서, 아스팔트-고무 블렌드를 약 180℉ 내지 약 210℉의 온도로 냉각시키고, 개질제 및 계면활성제/물을 철저히 블렌딩하여 헤비 매스틱 버디 컨시스턴시(heavy mastic body consistency)를 제공한다.
일부 실시양태들에서, 매스틱은 약 60.5%(w/w)의 중질 아스팔트, 약 30%(w/w)의 상호연결 치환 부스러기 고무, 약 4%(w/w)의 에폭시화된 대두유, 약 4%(w/w)의 물, 및 약 1.5%의 계면활성제를 포함한다. 다른 실시양태에서, 매스틱은 본질적으로, 약 60.5%(w/w)의 중질 아스팔트, 약 30%(w/w)의 상호연결 치환 부스러기 고무, 약 4%(w/w)의 에폭시화된 대두유, 약 4%(w/w)의 물, 및 약 1.5%의 계면활성제로 구성된다. 또다른 실시양태에서, 매스틱은 본질적으로, 약 60.5%(w/w)의 중질 아스팔트, 약 30%(w/w)의 상호연결 치환 부스러기 고무, 약 4%(w/w)의 에폭시화된 대두유, 약 4%(w/w)의 물 및/또는 글리콜 에테르, 및 약 1.5%의 계면활성제로 구성된다. 또다른 실시양태에서, 매스틱은 본질적으로, 약 55%(w/w)의 중질 아스팔트, 약 30%(w/w)의 상호연결 치환 부스러기 고무, 약 11%(w/w)의 고 인화점 용매 용해된 목재 로진 에스테르, 약 2.5%(w/w)의 물, 및 약 1.5%의 계면활성제로 구성된다.
일부 실시양태들에서, 에멀젼 "H" 및 에멀젼 "S"를 블렌딩하여 에멀젼 예비-블렌드(Emulsion Pre-Blend)를 제공한다. 이어서 매스틱을 고속 전단하에서 혼합물이 충분히 균질해질 때까지 블렌딩하여 아스팔트-고무 에멀젼 블렌드를 제공한다. 또다른 실시양태에서, 에멀젼 "H" 및 에멀젼 "S"의 블렌딩동안 가교제를 첨가하여 아스팔트 접착제 또는 포장재에 가교된 아스팔트-고무 결합제를 제공한다. 또다른 실시양태에서, 에멀젼 예비-블렌드 및 매스틱의 블렌딩동안 가교제를 첨가하여 아스팔트 접착제 또는 포장재에 가교된 아스팔트-고무 결합제를 제공한다.
일부 실시양태들에서, 본원에서 기술된 조성물 및 방법을 이용하여 제조된 아스팔트 포장재는, 경화시, ASTM D6114-97 상세에 따라 제조된 아스팔트-고무 결합제의 물리적 특성과 동등하게 되는 아스팔트-고무 결합제를 포함한다.
본원에서 사용되는 용어 "아스팔트"는 광의의 용어이며 그의 통상적 의미를 가지며 제한되지는 않지만, 그의 우세 성분이 자연에서 발생하거나 석유 가공에서 얻어지는 역청인 암갈색 내지 흑색인 시메트질 물질을 포함한다.
역청은 기본적으로 고분자량 탄화수소로 구성된, 천연 또는 제조된 흑색 또는 암색의 (고체, 반고체, 또는 점성) 시메트질 물질의 일종이다.
본원에서 사용되는 용어 "계면활성제"는 광의의 용어이며 그의 통상적 의미를 가지며, 제한되지는 않지만, 단일 분자에서 하나 이상의 소수성 또는 친유성 모이어티 및 하나 이상의 친유성 모이어티를 갖는 화합물 또는 화합물들의 혼합물을 포함한다.
비이온성 계면활성제는 분자상에 형식 전하를 갖지 않는다. 비이온성 계면활성제의 비제한적 예는 알킬페놀 에톡실레이트, 예를 들어 30 내지 100개의 에틸렌 옥사이드 단위를 갖는 노닐페놀 에톡실레이트 또는 옥틸페놀 에톡실레이트; 1개 내지 약 10개, 약 20개, 약 30개 또는 약 50개의 에틸렌 옥사이드 단위를 포함하는, 에톡실화된 지방 알콜 등과 같은 에톡실화된 선형 또는 분지된 알콜을 포함한 C5-15 에톡실화된 알콜; 1개 내지 약 10개, 약 20개, 약 30개 또는 약 50개의 에틸렌 옥사이드 단위를 포함하는, 에톡실화된 지방산과 같은 에톡실화된 선형 또는 분지된 카복실산을 포함한 C5-15 에톡실화된 카복실산; 1개 내지 약 10개, 약 20개, 약 30개 또는 약 50개의 에틸렌 옥사이드 단위를 포함하는, 에톡실화된 지방산 메틸 에스테르와 같은 에톡실화된 선형 또는 분지된 카복실산 알킬 에스테르를 포함한 C5-15 에톡실화된 카복실산 알킬 에스테르; 약 1,000 내지 약 10,000 범위의 평균 분자량을 갖는, 에틸렌 옥사이드 프로필렌 옥사이드 공중합체, 에틸렌 옥사이드 프로필렌 옥사이드 블록 공중합체 등과 같은 에틸렌 옥사이드계 공중합체 및 블록 공중합체; 약 5개 내지 약 10개, 약 20개, 약 30개, 또는 약 50개의 에틸렌 옥사이드 단위를 함유하는, 탈로우 아민(tallow amine)과 같은 에톡실화된 지방 아민을 포함한 에톡실화된 아민; 약 5개 내지 약 10개, 약 20개, 약 30개, 또는 약 50개의 에틸렌 옥사이드 단위를 함유하는, 탈로우 디아민과 같은 에톡실화된 지방 디아민을 포함한 에톡실화된 디아민을 포함한다.
아민 계면활성제는 아민 모이어티 또는 작용기를 함유하는 임의의 계면활성제이다. 아민 모이어티는 2개의 형태 또는 서브셋을 갖는다. 제 1 양상에서 또는 천연 형태에서, 질소원자가 탄소 및 수소로부터 선택된 3개의 독립 원자에 직접 부착된다. 암모늄 또는 암모늄 염 형태에서, 또는 암모늄 작용기에서, 질소원자가 탄소 및 수소로부터 선택된 4개의 독립 원자에 직접 부착되고 양의 형식 전하를 운반한다. 암모늄이 수소에 부착된 질소를 포함하는 경우 pH가 충분히 높다면 중성 형태로 용이하게 전환된다.
지방 아민은, 질소원자가 탈양성자화를 유지하기에 충분히 높은 pH(즉, 염기성)를 갖는 경우 비이온성 계면활성제이다. 지방 아민은 H 또는 탄화수소로부터 독립적으로 선택된 3개의 모이어티에 부착된 질소이다. 일부 양태들에서, 질소는 수소에 또는, 불포화되거나(즉, 알킬) 또는 1개, 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개 또는 8개의 이중결합을 갖는 C5-22 탄화수소에 부착된다. 그의 예는 제한되지는 않지만, 탈로우 아민, 탈로우 디아민, 대두유, 톨 오일 디아민(tall oil diamine), 탈로우 트리아민, 탈로우 테트라아민, 올레일 디아민, 코코 디아민, 선형 C5-15 석유-유도된 디아민, 분지된 C5-15 석유 유도된 디아민, 선형 C12-15 알킬에테르 디아민, 분지된 C12-15 알킬에테르 디아민, 그들의 조합물 등을 포함한다.
다른 질소 함유 계면활성제 예를 들어 아미도아민, 이미다졸린, 이미도아민, 이민, 아미도아민, 아미드, 이마다졸, 이미다졸렌 등은 또한 아민과 유사한 중성 및 양이온성 형태를 갖는다. 이들 질소 함유 계면활성제는 pH가 충분히 높도록(즉, 염기성이 되도록) 제공된 비이온성 계면활성제이다.
음이온성 계면활성제는 분자 상에 하나 이상의 음의 형식 전하를 갖는다. 그의 예는, 제한되지는 않지만 지방산 예를 들어 아라키딕산, 아라키돈산, 베헨산, 에이코사펜타엔산, 리놀레산, α-리놀레산, γ-리놀레산, 미리스트산, 라우르산, 올레산, 팔미트산, 팔미톨레산, 스테아르산 등을 포함한 선형 및 분지된 카복실산를 포함한 C6-30 카복실산; 제한되지는 않지만, 상기 카복실산들 중의 임의의 것의 설포네이트를 포함한 C6-30 카복실산 설포네이트; C6-30 알킬 설페이트; C6-30 알킬벤젠 설포네이트; 알킬페놀 에톡실레이트 설포네이트 등을 포함한다.
양이온성 계면활성제는 분자 상에 하나 이상의 양의 형식 전하를 갖는다. 전술한 바와 같은 지방 아민은 그것들이 충분히 낮은 pH(즉, 산성 조건) 또는 질소가 4개의 탄소원자에 부착된다는 사실로 인하여 암모늄 형태인 경우에는 양이온성이다. 질소 화합물 예를 들어 아민 또는 암모늄 염, 아미도아민, 이미다졸린, 이미도아민, 이민, 아미도아민, 아미드, 이마다졸, 이미다졸렌 등은 또한 pH가 충분히 낮거나, 또는 질소가 4급인 경우 양이온성 계면활성제이며, 이는 4개의 비수소 원자에 부착되어 있음을 의미한다.
양쪽성 계면활성제는 조성물의 pH에 따라 양의 또는 음의 형식 전하를 갖는다. 설포베타인이 일례이다.
다른 양태들에서, 계면활성제는 리그닌과 컴바인된다. 리그닌은 하이드록시 페닐 프로판 골격을 함유하는 중합체 물질이다. 그것은 셀룰로스 또는 다른 식물 성분과 연관된 식물 및 야채 조직에서 발견된다. 펄프 및 제지 산업에서, 리그닌-함유 물질 예를 들어 목재, 짚(straw), 옥수수 줄기 버개스(corn stalks bagasse) 및 기타 적당한 식물 조직을 가공하여 셀룰로스 및 펄프를 회수할 수 있다. 잔여 펄핑액(pulping liquor)은 기술적 리그닌의 주요 원천이다. 일부 실시양태들에서, 리그닌의 유용한 예는 크래프트 연질 목재 리그닌(kraft soft wood ligni), 크래프트 경질 목재 리그닌, 버개스 리그닌, 오르가노졸 리그닌(organosol lignin), 탈설포테이트된 리그닌 설포네이트(desulfonated lignosulfonate), 및 그들의 조합물을 포함한다. 일부 실시양태들에서, 계면활성제는 질소 함유 계면활성제 또는 아민 및 리그닌을 포함한다.
본원에서 사용되는 용어 "개질제"는 광의의 용어이며 통상의 의미를 갖고 아스팔트의 접착성, 응집성, 및 용해도 파라미터를 유리하게 증대시키는 식물 유도 수지성 물질을 포함한다. 그의 예는 작용성 야채유 유도체 및 불포화된 카복실산을 포함한다.
제 1 아스팔트 에멀젼을 아스팔트-코팅된 상호연결 치환 부스러기 조성물과 혼합하는 것은 아스팔트 고부-결합제를 제공한다. 이들 조성물은 상당히 가변적일 수 있지만, 아스팔트-고무 결합제의 에멀젼은 아스팔트, 아스팔트의 존재하에 팽윤시킨 상호연결 치환 부스러기 고무, 계면활성제 예를 들어 양이온성 계면활성제, 및 물을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상호연결 치환 부스러기 고무는 에멀젼의 모든 비휘발성 성분들의 총중량의 약 15% 내지 약 45%, 또는 약 30% 내지 약 45%이며, 예를 들어 상기 조성물의 10 내지 80중량%는 상기 조성물의 잔여량을 구성하는 다른 성분들을 갖는 상호연결 치환 부스러기 고무를 포함한다. 일부 실시양태들에서, pH는 약 7 미만, 또는 약 2 내지 약 6이다.
아스팔트-고무 결합제 에멀젼의 한 유형은 3가지의 별도의 아스팔트 조성물, 즉 아스팔트-고무 조성물, 경질 아스팔트 에멀젼, 및 연질 아스팔트 에멀젼으로부터 얻어지며, 이들은 단일 조성물로 컴바인되어 아스팔트-고무 에멀젼 블렌드를 형성할 수 있다. 3가지의 별도의 아스팔트 조성물 각각은 상당히 가변적일 수 있는 반면, 아스팔트-코팅된 상호연결 치환 부스러기 고무 조성물은 중간 경도 아스팔트, 상호연결 치환 고무 부스러기 고무, 계면활성제, 및 물을 포함할 수 있으며; 경질 아스팔트 에멀젼은 경질 아스팔트, 계면활성제, 및 물을 포함할 수 있고; 연질 아스팔트 에멀젼은 연질 아스팔트, 계면활성제; 및 물을 포함할 수 있다.
에멀젼 블렌드에서 상이한 아스팔트 조성물의 양은 상황에 따라 가변적일 수 있다. 예를 들어 제한되지는 않지만, 아스팔트-고무 조성물의 양은 약 25%(w/w) 내지 약 50%(w/w) 또는 바람직하게는 약 30%(w/w) 내지 약 40%(w/w)일 수 있으며; 경질 아스팔트 에멀젼의 양은 약 30%(w/w) 내지 약 60%(w/w) 또는 바람직하게는 약 40%(w/w) 내지 약 50%(w/w)일 수 있으며; 연질 아스팔트 에멀젼의 양은 약 내지 약 10%(w/w) 내지 약 30%(w/w) 또는 바람직하게는 약 15%(w/w) 내지 약 25%(w/w)일 수 있다.
상기 3가지 에멀젼을 블렌딩하는 방식은 가변적일 수 있다. 한 비제한적 예에서, 에멀젼 블렌드는 경질 아스팔트 에멀젼 및 연질 아스팔트 에멀젼을 철저히 블렌딩한 다음, 아스팔트-코팅된 부스러기 고무 조성물 중에서 블렌딩함으로써 제조될 수 있다. 일부 실시양태들에서, 아스팔트-코팅된 부스러기 고무 조성물은 혼합물이 충분히 균질해질 때까지 고 전단하에서 블렌딩된다. 상기 에멀젼 블렌드에 사용된 경질 아스팔트 에멀젼, 연질 아스팔트 에멀젼, 및 아스팔트-코팅된 상호연결 치환 부스러기 고무 조성물 각각은 본원에서 기술된 방법 중의 어느 것에 의해서 제조될 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 아스팔트-고무 결합제의 에멀젼은 아스팔트, 상호연결 치환 부스러기 고무, 에폭시화된 불포화 트리글리세라이드, 계면활성제, 및 물을 포함하되, 상기 조성물은 아스팔트-고무 결합제에 대한 ASTM 국제 표준 상세와 일치한다.
가교제가 아스팔트 고무 결합제의 에멀젼 중에 존재할 수 있다. 가교제는, 아스팔트 에멀젼, 아스팔트-코팅된 상호연결 치환 고무 조성물, 또는 최종 에멀젼 중에 혼입된 또다른 선택적인 성분의 일부이기 때문에 존재할 수 있다. 예를 들어, 가교제는 본원에서 기술된, 블렌드에 혼입되는 연질 아스팔트 에멀젼(예를 들어 에멀젼 "S")의 일부일 수 있다. 대안으로, 아스팔트-고무 결합제의 에멀젼은 추가로, 최종 에멀젼을 형성하도록 컴바인된 아스팔트 성분들 중의 어디에도 존재하지 않는 가교제를 포함할 수 있다. 또는 예를 들어 연질 아스팔트 에멀젼과 같은 에멀젼을 제조하기 위해 컴바인된 아스팔트 성분들 중의 하나는 가교제를 함유할 수 있으며, 추가량의 가교제가 최종 에멀젼에 첨가될 수 있다. 가교제는 아스팔트 조성물의 블렌딩도중의 임의의 시점에서 첨가될 수 있으며, 그것은 아스팔트 포장재에 가교된 아스팔트-고무 결합제를 제공하는데 유용할 수 있다.
가교제는 음이온성, 양이온성, 또는 자유 라디칼 메카니즘에 의해서 작동하는 것들을 비롯한, 당해 분야에 공지된 다수의 가교제 중의 임의의 것일 수 있다. 일부 실시양태들에서, 가교제는 황 또는 황 화합물, 예를 들어 티올, 티오에테르, 디설파이드 등이다. 바람직하게는, 가교제는 0 내지 1000개의 탄소원자 및 1 내지 1000개의 황원자를 포함한다. 한 실시양태에서, 가교제는 음이온성 가교제이다. 유용한 음이온성 가교제의 일부 비제한적 예는 -CR2-O-, -CR2-S-, -CR2-CR2-, 및 -CR2-NR-로부터 독립적으로 선택된 하나 이상의 작용기를 포함하는 것들이되, 여기서 각각의 R은 독립적으로 H, 탄화수소, 또는 =C를 형성하는 부가 결합이다.
제한되지는 않지만, 아스팔트 고무 결합제의 에멀젼은 에멀젼 블렌드를 골재와 혼합하고 그 혼합물을 건조시키는 것을 포함하는 공정에 의해서 주위온도에서 아스팔트 포장재를 제조하는데 사용될 수 있다. 한 실시양태에서, 건조 아스팔트-고무 결합제는 상호연결 치환 부스러기 고무의 약 15%(w/w) 내지 약 50%(w/w), 약 4% 내지 약 12%, 약 12%(w/w) 내지 약 22%(w/w), 또는 약 15%(w/w) 내지 약 22%(w/w)를 포함한다.
일부 실시양태들에서, 에멀젼 블렌드는 양이온성 또는 음이온성일 수 있다. 일부 양이온성 에멀젼에 있어서, pH는 약 2.5 내지 약 4.5일 수 있다. 일부 음이온성 에멀젼에 있어서, pH는 약 8 내지 약 10일 수 있다.
본원에 기술된 조성물 및 방법은 미반응 부스러기 고무를 이용하는 종래 조성물 및 방법과 비교하여 다양한 아스팔트 에멀젼 특징에 개선점을 제공할 수 있다. 예를 들어 일부 조성물 또는 방법은 각종 아스팔트 시스템 예를 들어 주위 경화된, 구조 방수재 및 포장재 보존 시스템에 사용될 때 개선된 접착성, 응집성, 조기 그린 강도, 및/또는 내수성을 제공할 수 있다. 이들 에멀젼은 또한 아스팔트 포장재 및 기타 적용에 있어서의 개선된 성능, 산화적 경화 또는 산화적 취화에 대한 내성, 기후 또는 기계적 마모에 대한 내성, 포장재 수명의 개선, 골재와 결합제 사이의 개선된 하중 분포, 개선된 스키드 내성 등을 제공할 수 있다.
본원에 기술된 에멀젼의 일부 또다른 용도는 도로 또는 고속도로 시일(seal)일 수 있다. 예를 들어 시일은 라벨링(raveling) 및 마이크로-피셔(micro-fissure)(들)을 안정화시키고/시키거나 수리할 수 있으며, 점진적 산화적 취화를 방해하거나, 또는 타이어 소음을 감소시킬 수 있다.
본원에 기술된 일부 에멀젼은 주차구역에서 포장재의 유지를 위한 주차장 시일(parking lot seal), 및, 적절한 골재와 함께 저속 트래픽 표면(traffic surface)으로서 사용될 수도 있다. 예를 들어 상기 시일은 포장 표면 프로파일(pavement surface profile)을 복원하거나, 점진적 산화적 취화를 방해하거나, 연료 내성벽(fuel resistant barrier)을 생성하거나, 재포장 사이클을 연장하거나, 타이어 소음을 감소시키거나, 또는 감소된 표면 마찰을 재확립할 수 있다.
아스팔트-코팅된 부스러기 고무 조성물은 제 2 아스팔트, 및 부스러기 고무, 및 선택적으로, 계면활성제를 포함할 수 있다. 일부 아스팔트-코팅된 부스러기 고무 조성물, 예를 들어 친수성화된 아스팔트-코팅된 상호연결 치환 부스러기 고무에 있어서, 상호연결 치환 부스러기 고무는 아스팔트-코팅된 고무 조성물의 모든 비휘발성 성분들의 총중량의 약 60% 내지 약 80%일 수 있다. 다른 아스팔트-코팅된 부스러기 고무 조성물, 예를 들어 매스틱에 있어서, 상호연결 치환 부스러기 고무는 아스팔트-코팅된 고무 조성물의 모든 비휘발성 성분들의 총중량의 약 20% 내지 약 40%일 수 있다. 아스팔트-코팅된 상호연결 치환 부스러기 고무 조성물은 아스팔트(예를 들어 중간 경도 아스팔트), 상호연결 치환 부스러기 고무, 계면활성제, 및 선택적으로 물을 포함할 수 있다. 일부 실시양태들에서, 아스팔트-코팅된 상호연결 치환 부스러기 고무 조성물은 아스팔트(예를 들어 중간 경도 아스팔트), 상호연결 치환 부스러기 고무, 계면활성제를 포함하고, 첨가수가 없거나, 또는 대안으로, 약 2%(w/w) 미만의 물, 약 1.5%(w/w)의 물, 약 1%(w/w)의 물, 약 0.5%(w/w)의 물, 약 0.1%(w/w)의 물, 또는 약 0.01%(w/w)의 물을 포함할 수 있다. 제한하려고 의도되어서는 아니되지만, 아스팔트-코팅된 상호연결 치환된 부스러기 고무 조성물은 추가로 작용성 야채유 유도체와 같은 개질제를 포함할 수 있다.
제 2 아스팔트의 양은 상황에 따라 가변적일 수 있다. 일부 실시양태들에서, 중간 경도 아스팔트는 아스팔트-코팅된 상호연결 치환 부스러기 고무 조성물의 약 40%(w/w) 내지 약 80%(w/w), 약 50%(w/w) 내지 약 70%(w/w), 또는 약 60%(w/w)이다.
일부 실시양태들에서, 제 2 아스팔트는 제 1 아스팔트 보다 연질일 수 있다. 예를 들어 제 2 아스팔트는 중질 아스팔트일 수 있다. 중간 경도 아스팔트는 아스팔트 포장도로에 사용하기 적합할 수 있는 경도를 갖는 아스팔트를 지칭한다. 바람직한 실시양태에서, 중질 아스팔트는 약 50dmm, 약 100dmm, 또는 약 150dmm, 내지 약 200dmm의 ASTM D5에 따른 침투값(penetration value)을 갖는다. 대안으로, 중간 경도 아스팔트는 약 85℉ 내지 약 100℉의 ASTM D36에 따른 링 및 볼 연화점을 갖는다. 화학 조성과 관련하여, 중간 경도 아스팔트는 C8-24 탄화수소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제한하려고 의도되어서는 아니되지만, 중간 경도 아스팔트의 탄화수소 부분은 본질적으로 C8-24 탄화수소로 구성될 수 있다.
부스러기 고무는 가시적 비철금속 입자(예를 들어 약 0.01중량% 이하의 철 금속 입자)를 함유하지 않고 본원에서 기술된 상호연결 치환 공정에 적용시킨 분쇄된 재생 타이어 고무일 수 있다. 상호연결 치환 부스러기 고무의 입자들은 아스팔트-코팅된 상호연결 치환 부스러기 고무 조성물에 분산시키기 적합한 임의의 크기일 수 있다. 일부 실시양태에서, 상호연결 치환 부스러기 고무의 입자들은 약 75㎛ 내지 약 650㎛의 평균 직경을 갖는다. 대안으로, 상호연결 치환 부스러기 고무는 약 80 메쉬 내지 약 600 메쉬, 약 100 내지 약 600 메쉬, 약 20 내지 약 200 메쉬, 약 140 메쉬(예를 들어 약 75㎛ 내지 약 100㎛) 또는 약 150 메쉬일 수 있다. 한 비제한적 예에서, 상호연결 치환 부스러기 고무는 MICRO-VULK GTR(공급원: PrimePlex, LLC, 또는 타이어-유도된 부스러기 고무의 다른 공급자)로부터 유도된 약 100 메쉬 내지 약 600 메쉬이다. 상호연결 치환 부스러기 고무의 양은 상황에 따라 가변적일 수 있다. 예를 들어 부스러기 고무는 아스팔트 결합제 에멀젼의 모든 비휘발성 성분들의 약 15%(w/w) 이상, 예를 들어 약 15%(w/w) 내지 약 30%(w/w), 약 20%(w/w) 내지 약 40%(w/w), 또는 약 25%(w/w) 내지 약 35%(w/w)일 수 있으며, 예를 들어 상기 조성물은 10 내지 90%의 상호연결 치환 부스러기 고무를 포함하고 잔여량으로 다른 성분들을 포함할 수 있다.
작용성 야채유 유도체는 야채유 또는 다른 지방 물질의 유도체, 또는 물질의 원천과 상관없이 유사한 조성을 갖는 물질이다. 일부 실시양태들에서, 작용성 야채유 유도체는 에폭시화된 불포화 트리글리세라이드이다. 에폭시화된 불포화 트리글리세라이드는 글리세린의 트리-에스테르이다. 글리세린은 3개의 선형 또는 분지된 카복실산을 가지되, 상기 카복실산 중의 적어도 하나는 에폭시 모이어티를 포함한다. 예를 들어, 에폭시화된 불포화 트리글리세라이드는 불포화 지방산 트리글리세라이드의 유도체 예를 들어 야채 또는 동물 지방 또는 오일일 수 있으며, 여기서 부모(parent) 불포화 지방산 트리글리세라이드의 C=C 모이어티는 에폭사이드 모이어티(즉, 산소를 함유하는 3원 환)로 대체된다. 상기 부모 불포화 지방산 트리글리세라이드는 하나 초과의 C=C를 가지며, 상기 C=C 중의 하나, 일부, 또는 전부는 에폭사이드 모이어티로 대체될 수 있다. 야채 또는 동물 지방 또는 오일의 예는 코코넛유, 옥수수유, 면화씨유, 올리브유, 팜유, 땅콩유, 유채유, 카놀라유, 홍화유, 참기름, 대두유, 해바라기유, 피마자유, 탈로우유(tallow oil) 등을 포함한다. 한 실시양태에서, 야채유는 대두유이다.
상기 작용성 야채유 유도체 또는 에폭시화된 불포화 트리글리세라이드 이외에, 또는 그에 대한 대안으로 용매 분산된 목재 로진 에스테르가 사용될 수 있다. 목재 로진 에스테르를 분산시키기 위한 통상의 용매들은 유기 용매 예를 들어, 미네랄 스피리트, 톨루엔, 크실렌, 및 나프타 용매(예를 들어 VM&P)를 비롯한 탄화수소를 포함한다.
개질제, 예를 들어 에폭시화된 포화 트리글리세라이드의 양은 상황에 따라 변할 수 있다. 예를 들어 개질제, 가령 에폭시화된 불포화 트리글리세라이드는 아스팔트-코팅된 상호연결 치환 부스러기 고무 조성물의 약 1%(w/w) 내지 약 10%(w/w), 약 2%(w/w) 내지 약 6%(w/w), 또는 약 4%(w/w)일 수 있다.
아스팔트-코팅된 상호연결 치환 부스러기 고무 조성물의 계면활성제는 위에서 기술된 가능한 것들 중의 어느 것을 포함한 계면활성제일 수 있다. 일부 실시양태들에서, 계면활성제는 양이온성 또는 비이온성 계면활성제를 포함한다. 다른 실시양태들에서, 계면활성제는 질소-함유 양이온성 계면활성제 예를 들어 아민 염 형태의 아민 계면활성제를 포함한다.
계면활성제의 양은 상황에 따라 변할 수 있다. 예를 들어 계면활성제는 아스팔트-코팅된 상호연결 치환 부스러기 고무 조성물의 약 0.1%(w/w) 내지 약 10%(w/w), 약 1%(w/w), 내지 약 4%(w/w), 또는 약 1.5%(w/w) 내지 약 3%(w/w)일 수 있다.
아스팔트-코팅된 상호연결 치환 부스러기 고무 조성물의 양은 계면활성제의 양은 상황에 따라 변할 수 있다. 예를 들어 물은 아스팔트-코팅된 상호연결 치환 부스러기 고무 조성물의 약 1%(w/w) 내지 약 10%(w/w), 약 2%(w/w), 내지 약 6%(w/w), 또는 약 4%(w/w)일 수 있다. 예를 들어 주위온도에서 아스팔트 포장층을 포함한 것들과 같은 일부 적용들에 있어서, 감소된 양의 물이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 일부 아스팔트-코팅된 상호연결 치환 부스러기 고무 조성물에서는 본질적으로 물이 첨가되지 않거나, 또는 대안으로, 조성물의 물 함량이 약 2%(w/w) 이하, 예를 들어 약 0.00001%(w/w) 내지 약 2%(w/w), 약 0.00001%(w/w) 내지 약 1%(w/w), 또는 약 0.00001%(w/w) 내지 약 0.5%(w/w)이다. 바람직하게는, 아스팔트-코팅된 상호연결 치환 부스러기 고무 조성물은 부스러기 고무 및 아스팔트를, 상호연결 치환 부스러기 고무가 팽윤하거나 또는 반응할 때까지 함께 가열함으로써 제조된다. 가열 온도는 임의의 편리한 온도, 약 250℉ 내지 약 450℉, 약 300℉ 내지 약 400℉, 또는 약 350℉일 수 있다. 가열은 상황에 따라 시간의 변수로 행해질 수 있다. 일부 실시양태들에서, 가열은 약 5분 내지 약 90분, 약 10분 내지 약 60분, 또는 약 15분동안 실시된다. 가열은 아스팔트-부스러기 고무 조합물에 대한 점도 번위를 생성할 수 있다. 바람직하게는, 점도는 약 500cps 내지 약 3000cps; 약 700cps 내지 약 2000cps; 또는 약 900cps 내지 약 1500cps이다.
제한하는 것으로 의되되어서는 아니되지만, 에폭시화된 불포화 트리글리세라이드는 상호연결 치환 부스러기 고무가 팽윤된 후 아스팔트-부스러기 고무 조합물로 부가되고 혼합될 수 있다. 혼합은 임의의 온도에서 실행할 수 있다. 예를 들어 혼합물은 약 100℉ 내지 약 300℉, 약 150℉ 내지 약 250℉, 또는 약 200℉의 온도에서 철저히 블렌딩될 수 있다.
일부 실시양태들에서, 물 및 계면활성제들은 계면활성제가 용해될 때까지 아스팔트-부스러기 고무 블렌드와 별도로 혼합된다. 이어서 계면활성제 용액은 위에서 준비된 아스팔트-부스러기 고무 블렌드로 혼합된다. 일부 바람직한 실시양태들에서, 계면활성제들은 물에 용해시키지 않고 아스팔트-부스러기 고무 블렌드에 직접 부가된다.
일부 실시양태들에서, 아스팔트-코팅된 상호연결 치환 부스러기 고무 조성물 중에 물 함량이 낮거나 없는 경우 보다 신속하게 경화할 수 있는 아스팔트 포장재를 생성할 수 있다. 예를 들어 상기 아스팔트 포장재로부터 만들어진 도로는 아스팔트 포장재를 도포한 직후 차량에 개방될 수 있다. 그러나, 일단 아스팔트-코팅된 상호연결 치환 부스러기 고무 조성물이 예를 들어 상호연결 치환 부스러기 고무가 아스팔트의 존재하에 팽윤되거나 반응한 후 제조되는 경우 아스팔트-코팅된 상호연결 치환 부스러기 고무 조성물은 워터본 화합물, 예를 들어 원래의 에멀젼의 것과 비교하여 경화시간이 실질적으로 느려지지 않는 본원에서 기술된 임의의 에멀젼 조성물 중의 물과 혼합될 수 있다.
제 1 아스팔트 조성물들은 제 1 아스팔트, 계면활성제, 및 물을 포함할 수 있다. 일부 실시양태들에서, 제 1 아스팔트는 제 2 아스팔트 보다 경질일 수 있다. 예를 들어 제 1 아스팔트는 약 0dmm 내지 약 100dmm 범위의 펜 값을 가질 수 있다. 제 1 아스팔트 조성물이 경질 아스팔트 에멀젼, 예를 들어 에멀젼 "H"인 경우 아스팔트는 경질 아스팔트일 수 있다. 경질 아스팔트는 통상적으로 도로에 사용되는 것보다 실질적으로 경질인 아스팔트이다. 예를 들어 경질 아스팔트는 약 0dmm 내지 약 50 dmm, 또는 대안으로, 약 0dmm 내지 약 10dmm의 침투값을 가질 수 있다. 다른 실시양태들에서, 경질 아스팔트는 약 155℉ 내지 약 165℉의 링 및 볼 연화점을 갖는다. 화학 조성의 견지에서, 경질 아스팔트는 24개 이상의 탄소원자를 갖는 탄화수소를 포함할 수 있다. 예를 들어 경질 아스팔트의 탄화수소 부분은 본질적으로 C24-500 탄화수소로 구성될 수 있다.
제 1 아스팔트의 양은 상황에 따라 변할 수 있다. 일부 실시양태들에서, 제 1 아스팔트는 제 1 경질 아스팔트 에멀젼의 약 40%(w/w) 내지 약 80%(w/w); 약 50%(w/w) 내지 약 70%(w/w); 또는 약 60%(w/w)이다.
제 1 계면활성제, 또는 제 1 아스팔트 에멀젼의 계면활성제는, 위에서 기술된 가능한 것들 중 임의의 것을 포함한 임의의 계면활성제일 수 있다. 일부 실시양태들에서, 제 1계면활성제는 양이온성 또는 비이온성 계면활성제를 포함한다. 예를 들어 계면활성제는 질소-함유 계면활성제 예를 들어 지방 아민; 질소-함유 양이온성 계면활성제 예를 들어 암모늄 염 형태의 아민 계면활성제; 아미도 아민 계면활성제, 그의 암모늄 염, 또는 그들의 조합물, 및 리그닌 아민 계면활성제, 즉 아민과 컴바인된 리그닌 중의 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 실시양태들에서, 제 1 계면활성제는 아민 또는 암모늄 작용기를 포함한다.
계면활성제의 양은 상황에 따라 변할 수 있다. 일부 실시양태들에서, 계면활성제는 제 1 아스팔트 에멀젼의 약 0.1%(w/w) 내지 약 10%(w/w), 약 1%(w/w) 내지 약 5%(w/w), 또는 약 2%(w/w)이다.
제 1 아스팔트 에멀젼 중의 물의 양은 상황에 따라 변할 수 있다. 예를 들어 물은 제 1 아스팔트 에멀젼의 약 25%(w/w) 내지 약 80%(w/w), 약 30%(w/w) 내지 약 50%(w/w), 또는 약 30%(w/w) 내지 약 40%(w/w)일 수 있다.
일부 실시양태들에서, 제 1 아스팔트 에멀젼은 제 1 아스팔트 에멀젼의 다른 성분들과 혼합하기 전에 별도의 용기에서 경질 아스팔트를 가열함으로써 제조된다. 가열은 혼합을 위해 아스팔트를 연화시키기 충분한 온도 예를 들어 약 300℉ 내지 약 400℉, 또는 약 325℉에서 수행될 수 있다.
물과 계면활성제는 계면활성제가 용해되어 비누 용액을 형성할 때까지 별도로 혼합될 수 있다. 이어서 비누 용액을 가열된 제 1 아스팔트와 컴바인하고 콜로이드 밀을 통과시킨다. 적절한 고 전단 콜로이드 밀의 예는, 제한되는 것으로 의도되어서는 아니되지만, Dahlworth, Superton, 또는 Charlotte 고 전단 콜로이드 밀을 포함한다.
고온 아스팔트와 냉각 비누의 조합물은 물의 비점 미만, 예를 들어 약 180℉ 내지 약 210℉, 또는 약 190℉ 내지 약 200℉의 혼합 온도를 결과할 수 있다. 고 전단 콜로이드 밀에서의 지속된 혼합은 유적이 물 속에 현탁되어 있는 에멀젼을 생성할 수 있다.
방법이 연질 아스팔트 에멀젼, 예를 들어 에멀젼 "S"에 관한 것인 경우 연질 아스팔트 에멀젼은 연질 아스팔트, 계면활성제; 및 물을 포함할 수 있다. 다른 실시양태들에서, 연질 아스팔트 에멀젼은 추가로 개질지 예를 들어 불포화 카복실산 예를 들어 스테아롤족으로부터의 올레핀을 포함한다.
연질 아스팔트는 통상적으로 도로에 사용되는 것 보다 실질적으로 연질인 아스팔트이다. 예를 들어 연질 아스팔트는 약 200dmm 초과의 침투값을 가질 수 있다. 연질 아스팔트는 또한 약 60℉ 내지 약 85℉의 링 및 볼 연화점을 갖는 것으로 특징지워질 수 있다. 화학 조성과 관련하여, 연질 아스팔트는 C2-8 탄화수소를 포함할 수 있다. 예를 들어 아스팔트의 탄화수소 일부는 본질적으로 C2-8 탄화수소로 구성될 수 있다.
연질 아스팔트의 양은 상황에 따라 변할 수 있다. 예를 들어 연질 아스팔트는 연질 아스팔트 에멀젼의 약 40%(w/w) 내지 약 80%(w/w), 약 50%(w/w) 내지 약 70%(w/w), 또는 약 60%(w/w)일 수 있다.
연질 아스팔트에 임의의 불포화 카복실산이 사용될 수 있다. 일부 실시양태들에서, 불포화 카복실산은, 제한되지는 않지만, 선형 및 분지된 카복실산을 포함한 C6-30 카복실산을 포함하되, 상기 카복실산은 지방산 또는 스테아롤족으로부터의 올레핀 예를 들어 아라키돈산, 에이코사펜타에노산, 리놀레산, α-리놀레산, γ-리놀레산, 올레산, 팔미톨레산, 또는 그들의 조합물을 포함한다.
불포화 카복실산의 양은 상황에 따라 변할 수 있다. 예를 들어 불포화 카복실산은 연질 아스팔트 에멀젼의 약 0.1%(w/w) 내지 약 5%(w/w), 약 0.5%(w/w) 내지 약 2%(w/w), 또는 약 1%(w/w) 내지 약 1.5%(w/w)일 수 있다.
연질 아스팔트 에멀젼의 계면활성제는 위에서 기술된 가능한 것들의 임의의 것을 포함한 임의의 계면활성제일 수 있다. 일부 실시양태들에서, 계면활성제는 양이온성 또는 비이온성 계면활성제를 포함한다. 예를 들어 계면활성제는 질소-함유 계면활성제, 예를 들어 아민 또는 암모늄 작용기를 포함하는 포함하는 계면활성제, 예를 들어 지방 아민; 질소-함유 양이온성 계면활성제 예를 들어 암모늄 형태의 아민 계면활성제; 아미도 아민 계면활성제; 및 리그닌 아민 계면활성제, 즉 아민과 컴바인된 리그닌 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
계면활성제의 양은 상황에 따라 변할 수 있다. 일부 실시양태들에서, 계면활성제는 연질 아스팔트 에멀젼의 약 0.1%(w/w) 내지 약 10%(w/w); 약 1%(w/w) 내지 약 5%(w/w); 또는 약 2%(w/w)이다.
연질 아스팔트 에멀젼 중의 물의 양은 상황에 따라 변할 수 있다. 예를 들어 물은 연질 아스팔트 에멀젼의 약 10%(w/w) 내지 약 80%(w/w), 약 20%(w/w) 내지 약 50%(w/w), 또는 약 30%(w/w) 내지 약 40%(w/w)이다.
연질 아스팔트 에멀젼은 추가로, 선택적으로 치환된 스티렌 부타디엔 블록 공중합체(SBS)를 포함할 수 있다. SBS는, 폴리부타디엔의 각각의 말단 상의 하나인, 2개의 별개의 독립적인 선택적으로 치환된 폴리스티렌 쇄에 부착되는 선택적으로 알킬 치환된 폴리부타디엔 쇄를 포함하는 블록 공중합체이다. 선택적으로 치환된 폴리부타디엔 쇄는 치환되지 않을 수 있는 부타디엔으로부터 형성된 중합체 쇄이거나, 또는 상기 쇄를 형성하는데 사용되는 단량체의 전부 또는 일부가 상기 단량체 상의 임의의 위치에 대응하는 하나 이상의 C1-5 알킬기를 포함한다. 선택적으로 치환된 폴리스티렌은 치환되지 않을 수 있는 스티렌으로부터 형성된 중합체 쇄이거나, 또는 상기 쇄를 형성하는데 사용되는 단량체의 전부 또는 일부가 상기 단량체 상의 임의의 위치에 대응하는 하나 이상의 C1-5 알킬기를 포함한다.
다른 실시양태에서, 폴리스티렌 쇄 및 폴리부타디엔 쇄의 하나 이상은 총 단량체 함량의 약 5% 이하, 약 10% 이하, 또는 약 50% 이하의 게스트 단량체 단위를 가질 수 있다. 게스트 단량체 단위는 선택적으로 치환된 폴리스티렌 쇄에 도입되는 선택적으로 치환된 스티렌이 아닌 단량체이거나, 또는 폴리스티렌 쇄에 도입되거나 또는 분지 또는 방사상 분지 기에 도입되는 선택적으로 치호나된 부타디엔이 아닌 단량체이다. 게스트 단량체의 예는 선택적으로 치환된 에틸렌, 선택적으로 치환된 아크릴레이트 등을 포함한다. 일부 실시양태들에서, SBS는 분지될 수 있다. 다른 실시양태들에서, SBS는 방사상 분지될 수 있다.
연질 아스팔트 에멀젼 중의 SBS의 양은 상황에 따라 변할 수 있다. 일부 실시양태들에서, SBS는 연질 아스팔트 에멀젼의 약 0.1%(w/w) 내지 약 10%(w/w), 약 1%(w/w) 내지 약 5%(w/w), 또는 약 2%(w/w)이다.
다른 실시양태들에서, SBS는 가교된다. 가교는 위에서 기술된 당해 분야에서 공지된 다수의 가교제 중의 임의의 것을 사용하여 수행될 수 있다. 연질 아스팔트 에멀젼 중의 가교제의 양은 상황에 따라 변할 수 있다. 일부 실시양태들에서, 가교제는 연질 아스팔트 에멀젼의 약 0.0001%(w/w) 내지 약 1%(w/w), 약 0.005%(w/w) 내지 약 0.2%(w/w), 또는 약 0.08%(w/w)이다.
연질 아스팔트 에멀젼은 다수의 상이한 방법으로 제조될 수 있다. 예를 들어 연질 아스팔트는 승온에서 불포화 지방산과 혼합하여 연질 아스팔트-지방산 조성물을 형성할 수 있다. 혼합은 적절한 혼합을 제공하기 유용한 임의의 승온에서 행할 수 있다. 일부 실시양태들에서, 혼합 온도는 약 200℉ 내지 약 450℉, 약 300℉ 내지 약 400℉, 또는 약 325℉이다. 바람직한 실시양태에서, 물 및 하나 이상의 계면활성제의 조합물은 철저히 혼합되며, 이어서 이러한 계면활성제 액체를 연질 아스팔트-지방산 조합물과 컴바인하여 연질 아스팔트 에멀젼을 제공한다.
물 및 계면활성제의 혼합은 그러한 혼합을 허용하는 임의의 온도에서 행할 수 있다. 일부 실시양태들에서, 혼합은 약 32℉ 내지 약 150℉, 약 70℉ 내지 약 90℉, 또는 약 90℉에서 행해진다.
연질 아스팔트-지방산 좋바물과 계면활성제 액체의 혼합은 적절한 혼합을 허용하는 임의의 온도에서 행해질 수 있다. 일부 실시양태들에서, 혼합은 약 200℉ 내지 약 450℉, 또는 약 280℉ 내지 약 350℉, 바람직하게는 약 300℉의 온도를 갖는 연질 아스팔트-지방산 조합물, 및 약 32℉ 내지 약 150℉, 또는 약 70℉ 내지 약 110℉, 바람직하게는 약 80℉의 온도를 갖는 물/계면활성제 조합물, 또는 비누 시스템으로 수행된다. 일단 열이 보다 따뜻한 물질에서 보다 차가운 물질로 전달되는 경우 온도는 혼합이 지속되는 약 180℉ 내지 약 210℉일 수 있다.
선택적으로 치환된 SBS는 바람직하게는 아스팔트 또는 아스팔트-지방산 조성물에 부가되며, SBS가 용해되어 중합체 개질된 연질 아스팔트를 제공할 때까지 혼합된다. 중합체 개질된 연질 아스팔트는 연질 아스팔트 에멀젼의 다른 실시양태들을 제공하는 아스팔트-지방산 조성물과 동일한 방식으로 계면활성제 액체와 컴바인될 수 있다.
다른 실시양태들에서, 가교제가 중합체 개질된 연질 아스팔트 에멀젼에 첨가되고, 축합시, 가교된 중합체 개질된 연질 아스팔트를 제공하도록 혼합된다. 가교제는 그것을 적절히 분산시키는 적당한 조건하에서 혼합될 수 있다.
조성물 A - 상호연결 치환 부스러기 고무 농축물
상호연결 치환 부스러기 고무 농축물 (성분 #1)
구성 요소 중량(lb) 고체 코멘트
1) 아스팔트 60.5 60.5 전형적으로 AC5(90-200 펜; R&B=85℉ 내지 100℉)
#1을 350℉로 상승시킨 다음, #2를 첨가하고 15분 이하동안 혼합함.
2) 부스러기 고무 30.0 30.0 가황 분쇄 스크랩 타이어: 650-75㎛ 범위: 변화함; 상호연결 치환시킴.
소 계 90.5 90.5
3) 개질제 4.0 4.0 에폭시화된 대두유 또는 다른 작용성 야채유 유도체
#1, #2, #3의 블렌드를 200℉ 이하로 냉각시키고, 이어서 철저히 블렌딩함.
별도로 #4 및 #5를 예비 블렌딩하고, 이어서 #1-3의 블렌드를 첨가하여 무거운 매스틱 버디 컨시스턴시를 성취함.
4) 4819 1.5 1.2
5) H2O/용매 소량의 글리콜 에테르 또는 다른 용매를 함유할 수 있음.
합 계 96 95.7
조성물 A는 상호연결 치환 부스러기 고무 농축물 제조의 한 실시양태를 요약한다. 아스팔트(약 60.5 lb, 약 90-200 펜, 링 및 볼(R&B) 연화 온도=약 85℉ 내지 100℉)를 약 350℉가 가열한다. 이어서 부스러기 고무(약 30 lb, 가황 분쇄된 스크랩 타이어, 약 650-75㎛ 범위)를 첨가하고 그 조합물을 약 15분동안 혼합하되, 이때 부스러기 고무는 아스팔트 매질 중에서 약 900-1500cps의 점도 범위로 팽윤하고 반응한다. 이어서 에폭시화된 대두유를 개질제(약 4 lb)로서 첨가하고, 그 혼합물을 약 200℉에서 철저히 블렌딩한다.
물(약 4 lb) 및 지방 아민 계면활성제(Azko Nobel Readicote 4819, 약 1.5 lb)를 계면활성제가 용해될 때까지 별도로 혼합한다. 이어서 이러한 계면활성제 용액을, 무거운 매스틱 버디 컨시스턴시가 성취될 때까지 위에서 제조된 아스팔트-부스러기 고무 블렌드에 혼합한다.
조성물 B - 경질 펜 아스팔트 에멀젼
경질 펜 아스팔트 에멀젼(성분 #2)
구성 요소 중량(lb) 고체(lb) 코멘트
1) H2O 36.50 -0- 음용가능
2) ER 582 1.10 0.85 P2(프라임 플렉스) 계면활성제-상업적으로 구입가능한 다른 옵션
3) W-5 1.10 0.44 계면활성제-리그닌 아민 Meade Wesvaco Chemical
소 계 38.7 1.29
아스팔트를 325℉로 예비 가열한 다음, 예비 블렌딩된 '비누' 시스템(80℉에서 #1+#2+#3) 과 콜로이드 밀로 공-밀링함.
4) 아스팔트 61.30 61.30 PDA 또는 VTB 또는 '갈색'(제로 10 펜: R&B=155℉ 내지 165℉)
소 계 100.00 62.59
조성물 B는 경질 펜 아스팔트 에멀젼 제조의 한 실시양태를 요약한다. 아스팔트(약 61.3 lb, 약 0-10 펜, R&B = 약 155 내지 165℉)를 별도의 용기에서 325℉로 가열한다. 아미도 아민 계면활성제(ER 582 계면활성제, 약 1.1 lb, PrimePlex에서 구입가능함), 및 W-5 계면활성제(약 1.1 lb, 리그닌 아민 Meade Wesvaco Chemical)를 물 속에 용해시키거나 분산시킴으로써 별도로 비누를 제조한다.
아스팔트 및 비누를 고 전단 콜로이드 밀의 혼합실로 펌핑한다. 고온 아스팔트 및 냉각 비누의 조합물은 200℉ 아래의 혼합 온도를 결과한다. 고 전단 콜로이드 밀에서의 지속 혼합은 유적이 물 속에 현탁되어 있는 에멀젼을 생성한다.
조성물 C - 중합체 개질된 아스팔트 에멀젼
연질 펜-중합체 개질된 아스팔트 에멀젼
구성 요소 중량(lb) 고체(lb) 코멘트
1) 아스팔트 58.0 58.00 VTB-AC5 또는 블렌드(펜=20+; R&B=60℉ 내지 85℉)
2) 개질제 1.22 1.22 스테아롤족으로부터의 올레핀, 예를 들어 올레산, 양 변화
325℉에서 #1+#2를 예비 블렌딩한 다음, #3을 첨가하고 용해될 때까지 고 전단을 통과시킴.
3) SBS 엘라스토머 2.00 2.00 황 화합물에 의한 가교 작용성으로 방사상 분지됨.
소 계 61.22 61.22
4) H2O 36.58 0 음용가능
5) ER 582 1.10 0.85 #-7은 예비-블렌딩된 비누 시스템임.
6) W-5 1.10 0.44
소 계 38.78 1.29
합 계 100.00 62.59
조성물 C는 중합체 개질된 아스팔트 에멀젼 제조의 한 실시양태를 요약한다. 아스팔트(약 58 lb, 약 200+ 펜, R&B = 약 60℉ 내지 85℉)를 불포화 지방산 개질제(약 1.2 lb)와 약 325℉에서 컴바인시키고 그 조성물이 균일해질 때까지 철저히 혼합한다. 이어서 방사상 분지된 스티렌 부타디엔 스티렌 블록 공중합체(Kraton 1118, 약 2 lb)를 첨가하고, 그 혼합물을 중합체가 용해될 때까지 고 전단을 통과시키고, 조성물을 300℉에서 적어도 약 8시간동안 혼합한다.
물(약 36.5 lb), ER 582(약 1.1 lb) 및 W-5(약 1.1 lb)의 조합물을 약 80℉에서 철저히 혼합한다. 이어서 약 300℉에서 가교된 중합체 개질된 아스팔트와 공-밀링시킨다.
조성물 D - 아스팔트 에멀젼
구성 요소 중량(lb) 고체(lb) 코멘트
조성물 B 28.17 58.00 충분히 균질해질 때까지 조성물 B 및 조성물 C을 교반하고, 이어서 매스틱, 조성물 A를 첨가함.
조성물 C 19.00 11.89
조성물 A 35.00 34.45
가교제 1.00 0.50 PrimePlex로부터의 SL4005 수지
합 계0 100.00 75.01
조성물 D는 ASTM 표준 D8-02에 따른 총 '니트(neat)' 결합제 중량에 기초하여 약 15% 부스러기 고무의 최소량을 제공하는 아스팔트-고무 결합제 에멀젼 제조의 한 실시양태를 요약한다. 조성물 B(약 45중량%) 및 조성물 C(약 19중량%)를 철저히 블렌딩하고, 조성물 A(약 35중량%)를 그 혼합물이 충분히 균질해질 때까지 고 전단하에서 첨가한다.
조성물 A 내지 D의 공정은 조성물 A의 제조가 하기와 같이 변형되는 것을 제외하고 실시된다.
조성물 A-1 - 상호연결 치환 부스러기 고무 농축물
부스러기 고무 농축물(성분 #1)
구성 요소 중량(lb) 고체(lb) 코멘트
1) 아스팔트 60.5 60.5 상호연결 치환됨.
#1을 350℉로 상승시킨 다음, #2를 첨가하고 15분 이하동안 혼합함.
2) 부스러기 고무 30.0 30.0
소 계 90.5 90.5
3) 개질제 4.0 4.0 에폭시화된 대두유 또는 다른 작용성 야채유 유도체
#1+#2+#3의 블렌드를 200℉ 이하로 냉각시킨 다음, #4를 철저히 블렌딩하여 무거운 매스틱 버디 컨시스턴시를 성취함.
4) 4819 1.5 1.2
합 계 96 95.7
조성물 A-1은 부스러기 고무 농축물 제조의 한 실시양태를 요약한다. 아스팔트(약 60.5 lb, 약 90-200 펜, 링 및 볼(R&B) 연화온도 = 약 85℉ 내지 100℉)를 350℉로 가열한다. 이어서 상호연결 부스러기 고무(약 30 lb, 가황 분쇄된 스크랩 타이어, 약 650-75㎛ 범위)를 첨가하고 그 조합물을 약 15분동안 혼합하되, 이때 상호연결 치환 부스러기 고무는 아스팔트 매질 중에서 약 900 내지 1500cps의 점도 범위로 팽윤하고 반응한다. 이어서 에폭시화된 대두유를 개질제(약 4 lb)로 첨가하고, 그 혼합물을 약 200℉에서 철저히 블렌딩시킨다. 이어서 지방 아민 계면활성제(Azko Nobel Readicote 4819, 약 1.5 lb)를 무거운 매스틱 버디 컨시스턴시가 성취될 때까지 아스팔트-부스러기 블렌드에 혼합한다.
또다른 변형태에서, 조성물 B(약 45중량%) 및 조성물 C(약 20중량%)를 철저히 블렌딩시킨 다음, 조성물 A(약 35중량%)를 그 혼합물이 충분히 균질해질 때까지 고 전단하에 첨가한다. 최종적으로, 가교제를 첨가한다(생성물 데이터 시트에 기술된 1.0% Polycup(등록상표) 4500 중합체 수지, 공급원: PrimePlex, LLC).
상기 조성물 A 및 A1에서 기술된 바와 같이 부스러기 고무 농축물을 제조할 수 있다. 사용된 상호연결 치환 부스러기 고무는 미세 분쇄된 타이어(80-140 메쉬)이다. 이어서 조성물 A 및 A1에서 기술된 바와 같이 부스러기 고무 농축물을 사용하여 약 2.5 내지 약 4.5의 pH를 갖는 양이온성 에멀젼을 제조한다. 상기 에멀젼을 증류에 의해서 약 50% 내지 약 55% 고체, 약 15% 내지 약 22%의 분쇄된 타이어 및 약 100 세이볼트 유니버설 초(Saybolt universal seconds) 미만의 점도를 갖도록 제형화시킨다. 점도와 관련하여 초의 단위는 60㎤의 오일이 38℃의 조절된 온도에서 보정 튜브(calibrated tube)를 통해서 유동하는데 걸리는 시간으로서 정의된 동점도의 척도인 세이볼트 유니버셜 초를 지칭하는 것으로 당업자에 의해서 이해된다.
이와 같이 제조된 에멀젼은 약 50%로 희석되며 도로 또는 고속도로 아스팔트 포장면에 약 0.10gal/yd2의 스프레드 속도로 스프레이된다.
스키드 계수(ASTM E274-06에 따름) 및 처리된 표면의 습윤 표면 잠금 휠 정지 거리는 평활한 둥근 석재 노화 포장(mooth round stone aged pavement), 각진 노화 포장(angular aged pavement) 및 새로운 포장을 위한 처리되지 않는 도로의 스키드 계수와 비교된다. 모든 경우에, 스키드 계수 및 정지 거리는 처리된 포장이 현저히 우수하다.
일정한 범위의 분쇄된 골재가 위에서 제조된 에멀젼에 첨가될 수 있다. (농축된 결합제의) 5 lb/gal 까지 사용된다. 이것은 추가로 스키드 계수, 정지 거리, 및 기타 도로 성능의 지표들을 개선시킨다.
부스러기 고무 농축물은 조성물 A 또는 A1에서 기술된 대로 제조된다. 사용된 상호연결 치환 부스러기 고무는 미세 분쇄된 타이어(80-140 메쉬)이다. 이어서 조성물 A 또는 A1에서 기술된 부스러기 고무 농축물을 사용하여 약 2.5 내지 약 4.5의 pH를 갖는 양이온성 에멀젼을 제조한다. 상기 에멀젼을 증류에 의해서 약 50% 내지 약 65% 고체, 약 25% 내지 약 40%의 분쇄된 타이어 및 약 100 세이볼트 유니버설 초 미만의 점도를 갖도록 제형화시킨다.
이와 같이 제조된 에멀젼을 약 25% 내지 약 40%로 희석하고 약 0.15 gal/yd2 내지 약 0.30 gal/yd2. 의 스프레드 속도로 주차장 아스팔트 포장면에 스프레드 한다.
아스팔트(약 118 lb, 약 0-10 pen, R&B = 약 155-165℉)를 약 325℉로 별도의 용기에서 가열한다. 물(약 80 lb) 속에 아미도 아민 계면활성제(ER 582 계면활성제, 약 2 lb, 공급원: PrimePlex)를 용해시키거나 분산시킴으로써 별도로 비누를 제조한다. 아스팔트 및 비누를 고 전단 콜로이드 밀의 혼합실에 펌핑한다. 고온 아스팔트 및 냉각 비누의 조합물은 200℉ 아래의 혼합온도를 결과한다. 고 전단 콜로이드 밀에서의 지속 혼합은 유적이 물 속에 현탁되어 있는 에멀젼을 생성한다. 이어서 pH가 약 2로 되도록 염산(약 0.6 lb)을 조성물에 혼합한다.
아스팔트(약 30 lb, 약 90-200 펜, 환 및 볼(R&B) 연화 온도 = 약 85-100℉)를 약 350℉로 가열하고 스테아르산, 올레산 및 팔미트산(10/60/30 w/w/w; 약 20 lb)의 카복시 작용성 블렌드, 및 지방 아민 계면활성제(약 0.6 lbs RediCoat 4819, 공급원: Akzo Chemical)와 혼합한다. 이어서 상기 혼합물(약 25 lb)의 일부를, 써멀 튜보 인테그레이터(Thermal Turbo Integrator, 공급원: PrimePlex, LLC)에 의해서 상호연결 치환 부스러기 고무(약 75 lb)의 표면 위에 스프레드한다.
이어서 베이스 아스팔트 에멀젼 제형(약 4중량부)를 친수성화된 아스팔트-코팅된 고무(약 1중량부)와 블렌딩하여 아스팔트 고무 결합제의 에멀젼을 제공하되, 이때 부스러기 고무는 상기 에벌젼의 비휘발성 성분들의 중량의 약 22%이다.
목재 로진(3.5 lb), 미네랄 스피리트(3.5 lb), 및 계면활성제(1.4 lbs RediCoat E-7000; 공급원: Akzo Chemical)의 혼합물을 약 350℉에서 아스팔트(약 60.9 lb, 약 150-200 펜, 환 및 볼(R&B) 연화 온도 = 약 85-100℉)와 혼합한다. 지방 아민 계면활성제(약 0.7 lbs RediCoat 4819, 공급원: Akzo Chemical) 및 분쇄된 고부(약 30 lb, 80 메쉬)를 고 전단하에 상기 혼합물과 블렌딩하여 87중량%의 비휘발성 성분 및 약 30중량%의 분쇄된 타이어 고무를 갖는 매스틱을 제공한다.
매스틱(25 lb)을 베이스 아스팔트 에멀젼(15 lb) 및 물(2.5 lb)과 고 전단하에서 컴바인하여 에멀젼의 비휘발성 성분들의 중량을 기준으로 하여 약 16%의 분쇄된 타이어 고무를 갖는 아스팔트 고무 결합제의 에멀젼을 제공한다.
고무화된 아스팔트는 통상적으로 재생 타이어로부터 제조된 부스러기 고무와 혼합된 레귤러 아스팔트(regular asphalt)를 포함한다. 고무화된 아스팔트 콘크리트(RAC)는, 낡은 재생 타이어를 아스팔트와 블렌딩하여 결합제를 생성하고, 이것을 통상적인 골재와 혼합하여 제조된 도로 포장 재료이다. 이어서 상기 혼합물을 도포 표면에 위치시키고 압축시킨다. RAC로는 2가지 기본 유형, 즉 아스팔트-고무 및 터미널 블렌드(terminal blend)가 있다. 아스팔트-고무는 미국 시험 및 재료 협회(ASTM) 표준 D6114에 의해서 "포장 공사에서 결합제로 사용하기 위해 필요한, 포장 등급 아스팔트 시멘트, 분쇄된 재생 타이어(즉, 가황) 고무 및 기타 첨가제의 블렌드"로 정의된다. 상기 고무는 사용하기 전에 고무 입자들의 팽윤을 일으키기 충분할 정도로 고온 아스팔트 시멘트에서 블렌딩되고 상호작용한다. 아스팔트-고무 결합제는 현장에서 (고온 혼합 플랜트에서) 블렌딩되고 생산을 위해서 전문화된 이동 혼합 장치를 필요로 한다. 아스팔트-고무에 대한 전형적인 부스러기 고무 변성제(CRM) 함량은 18 내지 22%의 범위이다. 아스팔트-고무에 사용된 부스러기 고무 변성제(modifier)는 10 내지 16 메쉬 범위이다. 아스팔트-고무는 캘리포니아에서 30년 이상 사용된다. 터미널 블렌드는 미세 분쇄된 (30 메쉬 미만) 부스러기 고무 변성제를 사용하는 결합제 물질이며 전형적으로는 아스팔트 정제소에서 블렌딩된다. 터미널 블렌드 결합제는 10% 이하의 부스러기 고무를 함유하거나, 또는 일부 경우에는 15 내지 20%가 사용된다. 터미널 블렌드는 캘리포니아에서 20년동안 사용된다. 종래 RAC는 전통적인 도로 포장 재료에 비해서 비용 효과적이고 환경 친화적인 것으로 홍보되어 왔다. 그러나, 종래 RAC는 버진 고무를 사용하여 제조된 전통적인 도로 포장 재료와 비교할 때, 열등한 내구성 및 장기간에 걸친 성능 특성의 열등한 유지능을 비롯한 특정한 단점을 갖고 있다.
본원에서 논의된 바와 같이, 반응물의 양을 조정함으로써 최소 상호연결 치환(예를 들어 부스러기 고무 공급물에 비해 10% 이하의 황 결합의 감소) 또는 최대 상호연결 치환(예를 들어 부스러기 고무 공급물에 비해 90% 이상의 황 결합의 감소)으로부터 부스러기 고무의 상호연결 치환도를 조정할 수 있다. 대안으로, 반응물의 양 또는 반응 조건을 조정함으로써, 예를 들어 10% 이하, 예를 들어 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 또는 90% 이하, 예를 들어 식별 가능한 미립자 특성이 없는 평활한, 균질한 물질과 같은 입자 크기의 감소 정도를 조정할 수 있다. 따라서, 상호연결 치환의 예비 선택된 정도 및/또는 예비 선택된 입자 크기를 갖는 상호연결 치환된 고무 생성물은 특정 적용 예를 들어 고온 혼합 아스팔트 혼합물, 냉각 패치 아스팔트 혼합물, 시일 코트(포그 시일, 칩 시일, 택 시일, 또는 슬러리 시일)에 맞게 제조될 수 있다.
고무화된 아스팔트 에멀젼의 제조에 적합한 임의의 방법이 사용될 수 있다. 전형적으로 고무화된 생성물은 용액 형태(예를 들어 일부 현탁된 고체를 갖는 부분 용액)로 제공되고 물 속에서 아스팔트의 에멀젼과 컴바인되어 아스팔트-고무 결합제의 에멀젼을 제공한다. 적당한 용매는 아스팔트 자체, 또는 당해 분야 공지의 다른 탄화수소 용매를 포함할 수 있다.
본원에서 기술된 에멀젼의 일부 또다른 용도는 도로 또는 고속도로 시일일 수 있다. 예를 들어 시일은 래블링(raveling) 및 미세 균열(들)을 안정화하고/하거나 수리하고, 점진적 산화적 취화를 방해하고, 표면 마찰을 역으로 감소시키거나, 또는 타이어 소음을 줄일 수 있다.
본원에 기술된 일부 에멀젼은 주차장 시일로서, 주차 구역에서 포장 및, 적당한 골재와 함께, 저속 트래픽 표면의 유지를 위해 사용될 수도 있다. 예를 들어 시일은 포장 표면 프로파일을 복원하고, 점진적 산화적 취화를 방해하며, 연료 저항 장벽을 생성하고, 트래킹을 제거하며, 재포장 사이클을 연장하고, 타이어 소음을 줄이거나, 또는 감소된 표면 마찰을 재확립할 수 있다. 상호연결 치환 고무 물질이 포장 아스팔트 적용에서 사용될 때 최종 블렌드 중의 PG 등급을 조절하기 위해서 커터 스톡(cutter stock)이 사용될 수 있다. 라펙스 200(Raffex 200)은 대략 7.5중량%의 고무에서 99중량% 초과의 용해도를 생성한다. 점도가 낮은 중질 증류물이 커터 스톡용으로 사용될 수 있다. 커터 스톡 중의 상호연결 치환 고무 물질의 40 내지 50중량%의 스톡 용액이 다수의 포장 적용을 위한 아스팔트 변성제로서 사용하기 적합할 수 있다.
예시적 프로세스 오일은 라펙스 120 및 라펜(Raffene) 750을 포함한다. 라펙스 120(제조원: 캘리포니아주 베이커스필드 소재의 San Joaquin Refining Co., Inc.)는 아로마 오일(aromatic oil)이다. 라펜 750L(제조원: 캘리포니아주 베이커스필드 소재의 San Joaquin Refining Co., Inc.)은 나프텐계 오일이다. 라펙스 120 및 라펜 750L의 특성, 및 관련 아로마 및 나프텐계 프로세스 오일이 하기 표들에 제공된다.
Figure pct00003
Figure pct00004
상호연결 치환 고무 재료(Interlinked Substituted Rubber Material)의 적용
본 명세서에서 논의 된 바와 같이, 실시예의 상호연결 치환 고무 재료는 상기 논의된 타이어 및 포장 용도, 또는 버진 고무가 사용될 수 있는 임의의 다른 용도를 포함하는 다양한 용도에 사용하기에 적합하다.　핫멜트(예: 아스팔트, SBR, 폴리이소부틸렌(FIB) 및 폴리에틸렌(PE)) 및 다성분 반응성(예: 지방산 기반 폴리올)과 같은 다양한 반응성 접착 매트릭스를 사용하여 아티팩트가 만들어지고 특성 평가되었다.　이들 특성은 배합된 상호연결 치환 고무 재료가 훨씬 더 비싼 실리콘, 우레탄, 에폭시 및 에틸렌-프로필렌-디엔 삼원 공중합체(EPDM)계 물질과 비용의 일부로 효과적으로 경쟁 할 수 있음을 시사한다.　배합된 상호연결 치환 고무 재료는 방수성, 경량의 구조적 특성, 내마모성, 염분, 일반 화학 물질, 및 탄화수소 기반 연료에 대한 저항력, 우수한 열 및 UV 저항성을 나타낸다.　특정 용도에 적합한 특성을 갖는 상호연결 치환 고무 재료는 상호연결 치환 고무 재료인 얽힌 중합체-나노 입자 복합체와 관련된 공정 역학을 조정함으로써 얻을 수 있다.　예를 들어, 일부 경우에 더 작은 입자 크기가 반드시 바람직한 것은 아니며, 본 명세서에 기술된 바와 같이 버진 고무에 우수한 성능을 제공 할 수 있는 특정 형태적 특징이 있다.　나노 입자는 중합체의 기계적 특성에 중대한 영향을 미치며;　따라서, 모든 시간 규모에서, 호스트 중합체 사슬 운동(제약 및 이완)의 엔트로피-엔탈피 상호 작용 서비스 중에 제어하는 것은 많은 이점을 제공 할 수 있다.
상호연결 치환 고무 재료 성능 특성은 호스트 중합체의 랜덤 코일 반경의 약 5 - 10 배 미만인 치수 아래로 입자 크기 감소와 함께 급격히 떨어질 수 있는 것으로 관찰되었다.　이것은 분쇄된 타이어로부터의 원래 화합물이 일반적으로 1.0: 1.0보다 큰 랜덤 코일 비율 바이어스(bias)(중합체에 유리함), 나노 입자 클러스터:중합체를 갖는 모델에 기초한다.
타이어를 만드는 데 사용되는 2백개 이상의 요소는 개별 GTR 입자 질량의 90%(요소 수) 이상으로 나타날 수 있다. 이는 상호연결 치환 고무 재료의 균일성을 특성화하는 것이 불가능할 수 있음을 시사하나, 그렇지는 않다.　실시양태의 방법에서와 같이 설피딕영향을 제거하기 위한 신뢰할 수 있는 방법은 복합재의 화학적 및 상호 기계적 특성을 파괴할 때 의도적으로 '부드럽고', 균일성을 분류하기 위한 시스템이 개발되고 있다.　아인슈타인-배첼러 점도 법칙(Einstein-Batchelor viscosity law)에 위배되는 복합 점도 관측 퍼즐은 설피딕성분이 영향을 받지 않게 되면 부분적으로 해결될 것이다. 최적의 상관 관계를 통해 결과 공정 수율을 특성화하는 간단한 방법으로서,　공정 강도 및 분절(articulation)이 나타나고, 상호연결 치환 고무 재료는 고성능 응용을 포함하여 다양한 제품에 사용될 수 있을 것으로 예상된다.　고성능 응용 분야의 예로는 현장(in-situ), 모놀리식, 구조, 자가- 절연, 발포 패널이 있다.　건조 및 분쇄된, 토착 탄소질(indigenous carbonaceous), 셀룰로오스 풍부한 식생은 재생된 GTR을 주결합제(고 로딩)로 작고, 영구적인 지진방지 서식지로 형성한 쵸퍼-건(chopper-gun)일 수 있다. 이차 봉쇄 스프레이 적용 막은 탱크와 선박에 설치될 수 있다.　로봇 분사식, 복수 성분, 내화학성 및 압력 안정 라이닝은 굴착 없이 노후화 하수구 및 수도관에 설치될 수 있다.　UBC 준수, 모놀리식 루핑 멤브레인은 공장에서 제조된 막이거나 해당 위치에서 스프레이 된 것일 수 있다. 새로운 토목 인프라 지하 배관은 상호연결 치환 고무 재료에서 파생된 더 내구성 있는 코팅으로 보호될 수 있다.　모든 유형의 해양 구조물은 안티-파울링, PTR 기반, 복합 코팅으로 부식 방지될 수 있다.　현재 대부분의 곤충 및 해충 방지, 연료-방지, 곰팡이 및 세균 방지, 태양 및 염-방지이어야 하는 현재 생산되는 대부분의 임의의 물품은 상호 연결 치환 고무 재료- 기반 쉘을 갖는 우수한 성능을 위해 제조될 수 있다.
재설계된 엘라스토머 중합체(Re-engineered Elastomeric Polymer) 합성
이전에 황 화합물과 가교된 재설계된 엘라스토머 중합체(REEP)가 필수구성으로써 표적화된 조성물의 최종 특성을 향상시키려면, REEP 는 황 가교의 파괴 및 대체 화학물질의 삽입이 요구된다. 이러한 중합체는 예를 들어 분쇄된 타이어 고무, 다른 공급원의 고무, 시스-1,4-폴리이소프렌, 트랜스-1,4-폴리이소프렌, 천연 폴리 이소프렌, 합성 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 클로로프렌 고무, 할로겐화 부틸 고무, 비할로겐화 부틸고무, 스티렌-부타디엔 고무, 수소화 니트릴 고무, 비수소화 니트릴 고무, 또는 황 가황에 의해 경화될 수 있거나 또는 중합체의 주쇄에 탄소-황 결합을 가질 수 있는, 예를 들어 -C-Sn-C(여기서 n은 2 이상의 정수)와 같은 다른 불포화 고무를 포함할 수 있다. 재-가교는 내산화성 및 기계적 특성을 향상시켜 응력 완화 및/또는 성능 스펙트럼을 향상시킨다.　REEP의 최종 재-가교 특성은 유리하게는 열경화성(강성) 또는 열향성(thermotropic)(탄성) 특성을 완성된 조성물에 부여 할 수 있다.　REEP의 처리 동안 유리한 리프테이션(reputation)(엘라스토머 중합체 이완)은 또한(예를 들어, 본원에 기술 된 바와 같은 상호 연결된 치환과 함께) 내부-가교 내 조작 단계 동안보다 쉽게 달성된다.
황 가황된 REEP는 주로 약 150kJ/mol의 결합 에너지를 갖는 폴리설피딕 브릿지로 구성된다.　이러한 브릿지를 모노- 또는 디-설피딕상태로 감소시키는 것은 모노- 또는 디-설피딕 브릿지의 결합에너지가 약 270kJ/Mol이기 때문에 호스트 엘라스토머의 내산화성을 실질적으로 개선한다. 황 결합이 혼성화된 1- 단계, '클릭' 복분해를 사용하는 것은 엘라스토머-함유 생성물로 최종 배합하기 위해 REEP를 제조하는데 바람직한 단계이다.
REEP의 단일-패스, 분자 재-조립을 수행하기 위해 병렬, 연속-흐름, 마이크로-합성 반응기(Parallel, Continuous-flow, Micro-synthesis Reactor)(PCMR)을 활용하는 것은 원하는 후-반응기, 동력학적 분석을 생성하기 위해 개발 중인 중합체 모폴로지 내에서 환원-치환 노력의 효과에 대한 실시간 통찰력을 기반으로 할 수 있다.　 얇은 "온더 플라이(on-the-fly)", 루프 지연된 반응기의 단면 내에서 상호 작용하는 중합체 쌍극자 모멘트는 외부로 변조된 전기적 필드로 흐르며, 유전율과 그 필드, 굽힘 기울기 편차(curl gradient deviations)를 모두 포착하여 업스트림 조제 스테이션(dosing stations)의 결과로 발생하는 변화와 같은 정확한 차등 데이터를 제공한다. 또한 중합체가 PCMR 진행을 완료함에 따라 원하는 최종 특성을 달성하기 위해 어떤 추가 전기 화학적 '입력 메뉴'가 필요한지에 대한 필수 개입 지침을 제공한다. 굽힘 기울기 증폭(CGA) 기술의 이용에 의해 PCMR 환경 내에서 유사한 장점을 확인할 수 있다.
도 8a는 굽힙 기울기 증폭에 의해 루프-분자 어셈블리 전파(L-MAP) 프로세스를 이용하는 실시양태들 중 하나의 PCMR을 도시한다.　본 명세서에 기술된 L-MPA 프로세스는 CGA 기술을 새로운 모듈 형 및 재 설계된 중합체를 생성하는 비 균등 한 기능을 갖는 고급 모듈 식 PCMR 플랫폼으로 통합한다.　반응기는 계량된 성분(801)이 투입되는 터보 통합기(turbo integrator)(802)를 포함한다.　이들 성분은 단량체, 단독중합체, 중합체 및/또는 다른 성분을 포함 할 수 있다.　도시된 실시양태에서, 상호연결 치환 고무는 상호연결 치환 고무를 개질시키기 위한 다른 성분, 예를 들어 하나 이상의 단량체, 올리고머, 또는 상호연결 치환 고무 상에 그래프트될 중합체, 또는 상호연결 치환 고무를 기능화시키기 위한 하나 이상의 반응물(예: 중합체 사슬 말단 봉쇄제, 이온 치환 등)과 함께 터보 통합기에 투입될 수 있다.　도시된 실시양태에서, 성분들의 혼합물은 180 ℉로 가열되고 특수 펌프(803)(특수 펌프 #1)로 공급된다.　도시된 펌프는 100psi 이하의 압력 및 360 ℉ 이하의 온도에서 작동하도록 구성된다;　그러나, 처리되는 구성 요소들의 특정 혼합에 대해 더 높은 압력 및/또는 온도가 바람직하다면, 요구되는 압력 및 온도 사양을 충족시키는 다른 펌프가 대체될 수 있다.　이어서, 혼합물은 펌프에 의해 파이프 뱅크(804)로 공급된다. 뱅크의 풋프린트를 최소화하기 위해, 파이프는 구불 구불 한 형태로 형성되며, 총 길이는 800 인치이다.　도시된 실시양태는 직경이 4 인치인 스테인레스강 파이프를 포함하고, 이는 10 개의 루프 파이프 세그먼트의 뱅크로 구성되며, 뱅크는 길이가 120 인치이다.　혼합물이 파이프를 통과함에 따라, 혼합물의 성분은 반응하여 미리 선택된 조성 및 특성을 갖는 재-설계된 엘라스토머 중합체를 생성한다.　파이프의 출력은 제 2 펌프(805)(특수 펌프 #2)로 보내지고, 이는 액체 회수를 위해(예를 들어, 205℉에서) 반응 혼합물을 건조탱크(806)로 펌핑한다.　실시양태에 도시된 구성은 한 세트의 2 개의 뱅크가 사용될 때 783 gal/hr의 슬러리(807)를 출력할 수 있다.　반응기는 임의의 적합한 구성으로 스케일링될 수 있다.　예를 들어, 선택적으로 가열 또는 냉각 능력, 가압, 또는 불활성 분위기 유지와 함께 하나 이상의 터보 통합기 또는 당업계에 공지된 다른 혼합 장치가 사용될 수 있다. 단일 터보 통합기가 하나 이상의 뱅크를 공급하거나 여러 터보 통합자가 단일 뱅크를 공급할 수 있다. 단일 뱅크에 병렬로, 단일 뱅크에 직렬로 하나 이상의 펌프가 사용될 수 있거나, 단일 펌프가 다수의 뱅크에 적절한 배관 또는 밸브를 제공 할 수 있다.　위에서 논의된 바와 같이, 펌프는 펌핑될 혼합물의 원하는 특성(온도, 압력 등)에 기초하여 선택될 수 있다.　특정 실시예에서, 뱅크로부터의 혼합물은 후속 공정(예를 들어, 스페셜티 펌프 #2 및/또는 반응기로부터의 건조 탱크 생략)에서 직접 사용될 수 있다.　4 인치 스테인리스 스틸 파이프가 뱅크에 사용되는 반면, 다른 직경, 예를 들어 직경이 0.25 인치 이하 내지 6 인치 이상이 유리하게 사용될 수 있고, 그리고　혼합물의 성분이 예비 선택된 생성물을 생성하기 위하여 충분한 체류 시간으로 반응하도록, 임의의 적합한 파이프 길이가 사용될 수 있고, 예를 들어 50 인치 이하 내지 2500 인치 이상이다. 일부 실시예들에서, 예를 들어, 더 긴 체류 시간을 허용하거나 감압에서 작동 할 수 있는 펌프의 사용을 허용하기 위해, 선택적으로 뱅크 사이에 위치된 펌프와 함께 직렬 구성으로 다수의 뱅크를 작동시키는 것이 바람직할 수 있다.　파이프(들)에는 반응식 804A(도 8a, 참고 1) 및 통합된 굽힘 기울기(CGA) 포트(804B)(도 8a, 참고 2)를 용이하게 하기 위한 전략적 정적 혼합 및 화학적 주입 지점과 함께 맞춰질 수 있다. 파이프(들)은 또한 제어된 열 공간, 예를 들어 가열 또는 냉각 자킷에 부분적 또는 전체적으로 사용되거나 또는 온도 제어 침지조에 사용될 수 있다.　대안적으로 파이프(들)은 주위 조건에 노출될 수 있다.
도 8b는 공간 절약 튜브 형태(space saving tube configuration)를 도시한다.　이 형태에서, 튜브(811)는 나선형이고, 제어된 열 공간(810)에 있을 수 있다. 이 나선형 튜브 형태는 주입구 단부(811A)로부터 배출구 단부(811B)까지 축을 따라 연장될 수 있거나, 또는 뱅크의 풋 프린트를 더욱 줄이기 위해 나선형 튜브의 구불 구불한 형태로 더 형성될 수 있다.
실시예의 PCMR은 유리하게는 버진 고무가 반응 또는 기능화 되는 방식과 유사한 방식으로 본원에 기술된 바와 같은 상호 연결된 치환 생성물을 기능화 시키거나 반응시키는데 사용될 수 있다.　그래프트 중합, 쇄 말단 기능화 등이 수행될 수 있다.　생성된 제품은 아스팔트 결합제, 타이어 고무, 특수 고무 제품 등에 사용하기에 적합하게 만들 수 있다.
실시예 1 - 벤치 스케일 시험
출발 물질은 30 메쉬 전체 타이어 냉각 분쇄된 타이어 고무(GTR) 100g이었다. 전형적인 타이어 조성에 기초하여 계산함으로써, 출발 물질은 대략 40중량%의 고무 및 대략 2.5중량%의 고무 매스의 원소 황(황 대략 2.5g; 분자량 32.065g/mol)을 포함하는 것으로 평가되었다. 가황 고무의 폴리이소프렌 스트랜드 사이의 황 쇄(chain)의 길이가 평균 8원자인 경우, 황의 25%(0.625 g; 0.0195 mol)가 폴리이소프렌 쇄에 직접 컴바인되는 것으로 가정하고, 이들 각각의 결합된 황 원자들에 대하여, 결합된 황 원자를 대체하기 위해서는 하나의 아세테이트 모이어트(OAc)가 필요하다. 상호연결 치환(아세테이트 이온 0.0550mol에 상응하는 Cu(OAc)2 0.0275mol)에, (가교 황 쇄에서 2개의 다른 황 원자에 결합된 황과 반대인) 폴리이소프렌 쇄에 직접 결합된 황에 대해 과량의 아스테이트인 5.0g의 구리(II) 아세테이트(분자량 181.63 g/mol)가 제공되었다. "검 상태(gum state)로의 반응 시간은 대략 20초였다. 고온 플레이트에 설치된 가열된 모터-페틀 장치 및 150RPM 드릴 프레스 어셈블리로 보정된 압력을 이용하여 열 및 압력을 생성하였다.
275℉ 및 대략 100psi에서 50 사이클 경과 후, 입자 크기가 ASTM D 2042에 따라 측정하여 1.0㎛를 통해 90% 통과로 감소하였다. 생성되는 입자들은 다른 입자들에 부착하는 것으로 관측되었으며, 설피딕 스캐빈징 공정으로부터 생성되는 저장된 측쇄 작용성(상호연결된 치환)의 표시인 필름을 형성하였다. 형성되는 필름은 필름 두께 게이지 0-0.001mm 야스카 모델 128(Yasuda Model 128) 또는 등가물을 사용하여 측정한 두께가 1.0㎛ 미만(＜1.0㎛)이었다. 전체 타이어 냉각 분쇄된 타이어 고무의 증류수 중의 10중량% 용액이 상호연결 치환 생성물의 증류수 중의 10중량% 용액으로서 제조되었다. pH의 비교 변화는 관측되지 않았다.
SHRP/AASHTO 프로토콜에 따라 초기 시험을 수행하였고, 그 결과 상호연결 치환 생성물을 부가하였을 때 PG 67-10 아스팔트 결합제 베이스에 실질적인 가용성이 부여되었음을 나타내었다. PG 67-10 아스팔트 결합제 베이스에 부가하고 고 전단 실버슨 믹서(Silverson Mixer)하에서 블렌딩하였을 때 10%의 상호연결 치환 생성물(＜1.0㎛)이 (동력학적 전단 유동계에 의해서 측정된) 동력학적 전단을 PG-82-22 아스팔트 결합제 베이스의 특성의 것으로 상승시켰다.
실시예 2 - 수평 압축 반응기
출발 물질은 30메쉬 전체 타이어 냉각 분쇄된 타이어 고무였다. 출발 물질은 대략 40중량%의 고무 및 대략 2.5중량%의 고무 매스의 원소 황을 포함하는 것으로 평가되었다. 상호연결 치환에, 분말 형태인 구리(II) 아세테이트가 제공되었다. 상기 분쇄된 타이어 고무 및 구리 아세테이트를 (4중량%의 구리(II) 아세테이트 대 96% 전체 타이어 냉각 분쇄된 타이어 고무로) 서로 혼합한 다음, 도 11a 내지 도 11c에 도시된 바와 같은 수평 압축 반응기에 공급하였다.
275℉ 및 대략 100psi에서 반응기를 통해서 총 10 사이클 경과 후, 입자 크기가 200 메쉬 미만(＜200 메쉬)으로 감소되었고, 275℉ 및 대략 100psi에서 반응기를 통해서 총 50 사이클 경과 후, 입자 크기가 대략 1.0㎛로 감소되었다. 생성되는 입자들은 다른 입자들에 부착하는 것으로 관측되었으며, 설피딕 스캐빈징 공정으로부터 생성되는 저장된 측쇄 작용성의 표시인 필름을 형성하였다.
SHRP/AASHTO 프로토콜에 따라 초기 시험을 수행하였고, 그 결과 상호연결 치환 생성물을 부가하였을 때 PG 67-10 아스팔트 결합제 베이스에 실질적인 가용성이 부여되었음을 나타내었다. PG 67-10 아스팔트 결합제 베이스에 부가하고 고 전단 실버슨 믹서하에서 블렌딩하였을 때 10%의 상호연결 치환 생성물(＜1.0㎛)이 (동력학적 전단 유동계에 의해서 측정된) 동력학적 전단을 PG-82-22 아스팔트 결합제 베이스의 특성의 것으로 상승시켰다.
실시예 3 - 마이크로-컴파운더 - 건조 반응물
30 메쉬 전체 타이어 냉각 분쇄된 타이어 고무였다. 출발 물질은 대략 40중량%의 고무 및 대략 2.5중량%의 고무 매스의 원소 황을 포함하는 것으로 평가되었다. 상호연결 치환에, 분말 형태인 구리(II) 아세테이트가 제공되었다. 상기 분쇄된 타이어 고무 및 구리 아세테이트를 (4중량%의 구리(II) 아세테이트 대 96% 전체 타이어 냉각 분쇄된 타이어 고무로) 서로 혼합한 다음, 도 12a 내지 도 12c에 도시된 바와 같은 수평 압축 반응기에 공급하여 4중량%의 구리(II) 아세테이트와 96% 전체 타이어 냉각 분쇄된 타이어 고무의 혼합물을 생성하였다.
상기 혼합물을 마이크로-컴파운더에서 대략 1시간동안 250℉ 및 대략 80 내지 100psi에서 가공하여 고무질 입자로 이루어진 대략 750g의 생성물을 수득하였다. 입자 매스들 중 하나의 탄성은 그 매스가 신장되는 것에 의해서 입증되었다.
실시예 4 - 마이크로-컴파운더 - 반응물의 수용액
30 메쉬 전체 타이어 냉각 분쇄된 타이어 고무였다. 출발 물질은 대략 40중량%의 고무 및 대략 2.5중량%의 고무 매스의 원소 황을 포함하는 것으로 평가되었다. 상호연결 치환에, 분말 형태인 구리(II) 아세테이트가 제공되었다. 구리(II) 아세테이트를 용해시키는 충분한 양의 물을 구리(II) 아세테이트와 혼합하였다. 5% 용액에서 150℉인 온화한 증류수(H2O) 중에 예비-용해시킴으로써 구리(II) 아세테이트의 가장 효과적인 분포가 성취된다. 이어서 이것을, 블렌드가 부을 수 있거나 펌핑가능한 슬러리가 되도록 건조, 분쇄된 타이어 고무에 블렌딩한다. 96중량부의 전체 타이어 냉각 분쇄된 타이어 고무에 4중량부의 구리(II) 아세테이트를 제공하였다. 분쇄된 타이어 고무 및 구리 아세테이트의 용액을 서로 혼합한 다음, 도 12a 내지 도 12c에 도시된 마이크로-컴파운더에 공급하였다.
상기 슬러리를 마이크로-컴파운더에서 대략 1시간 30분동안 250℉ 및 대략 80 내지 100psi에서 가공하여 고무질 입자로 이루어진 대략 750g의 생성물을 수득하였다. 생성되는 생성물은, 생성되는 입자 크기 및 상호연결된 치환의 견지에서 구리(II) 아세테이트 및 전체 타이어 냉각 분쇄된 타이어 고무의 건조 혼합물로부터 얻어진 것과 유사하였지만, 반응 완성시간이 줄어들었다.
GTR/구리(II) 아세테이트 슬러리의 가공도중, 반응기 용기 헤드 페이스, 온도 및 압력은, 물의 액상이 증기상-액체 곡선을 따라 가는(porpoise) 지점에서 유지된다. 상기 지점은 265℉ 내지 305℉의 온도범위에서 70psi 내지 100psi 사이가 되도록 결정되었다. 이러한 프로세스 기법은 분쇄된 타이어 고무 조각의 내부 범위로의 구리 아세테이트 화학의 침투를 실질적으로 개선시킨다.
실시예 5 - 아스팔트 변성제
실시예 3의 생성물("시험 PTR")을 아스팔트 변성제로서의 사용, 예를 들어 고온 혼합물에서의 결합제 및 포장 적용을 위한 에멀젼 베이스로서의 사용에 대해 시험하였다. 포장 아스팔트의 샘플은 캘리포니아 베이커스필드 소재의 「San Joaquin Refining Co., Inc.」로부터 얻었다. 포장 아스팔트(Paving Asphalt) PG 64-10, 제품 2185("시험 아스팔트")의 상세가 도 13에 제공되어 있다.
라펙스 200(Raffex 200) 프로세스 오일 중에 시험 PTR을 분산시킴으로써 초기 용해도 및 분리 시험을 수행하여 50중량%의 혼합물을 생성하였다. 블렌드는 마이크로-컴파운더를 통해서 실온에서 용이하게 유동가능하였다. 생성되는 시험 PTR 및 시험 아스팔트의 혼합물은 99% 초과(＞99%)의 용해도를 나타내었고 PG 64-10 표준에 대해 최소 또는 그 이상으로 남아 있는 분리가 성취되었다.
시험 프로세스 오일은 40중량%의 모터 오일과 유사한 주위 점도를 가져서 시험 PTR 및 시험 아스팔트의 혼합물이 아스팔트를 상당히 희석하여 고온 성능에 영향을 미칠 것으로 예상된다. 40중량부의 시험 PTR 40과, 10 중량부의 라펜 200과, 50중량부의 시험 아스팔트의 혼합물은 예를 들어 PG76에 대한 고온 성능을 개선시킬 것으로 기대되지만, 허용가능한 냉각 온도 특성을 유지하도록 중합체에 대한 조정을 요구할 수 있다.
실시예 6 - 아스팔트 변성제
시험 아스팔트의 샘플을 275℉ 이하의 온도에서 1시간 미만동안 가온한 다음["시험 베이스" 또는 "SJR PG 64-10 베이스"라 함], 시험 PTR 15중량부 대 시험 아스팔트 85중량부의 중량비로 시험 PTR과 블렌딩하여 혼합물["시험 혼합물","PTR PG 64-10", 또는 "프리즘 PG 64-10"이라 함]을 생성하였다. 시험 베이스 및 시험 혼합물을 시험하여 비중 및 다중 응력 크리프 회복(MSCR)을 비롯한 PG 64-10 아스팔트에 대한 칼트란스(Caltrans) 상세에 부합하는지를 결정하였다. 또한 시험 혼합물에 대해 분리 시험을 실시하였다. 상기 베이스 샘플을 시험하여 AASHTO M320에 규정된 상세 부합여부를 결정하였다. 또한 칼트란스 PG 상세에 의해 요구된 추가 시험을 실시하였다. 실버슨 믹서(Silverson Mixer)를 이용하여 300℉에서 10분동안 시험 혼합물을 교반하여 균질성을 담보하였다. 이어서 시험 혼합물을 AASHTO R29에 따라 등급 결정 시험을 행하였다. 또한 도 14b의 데이터에서 제시된 바대로 칼트란스 PG 상세에 의해 요구된 추가 시험을 실시하였다. 도 14b의 데이터에 제시된 바대로 AASHTO T350에 따라 MSCR 시험을 수행하였다. 상기 샘플을 시가 튜브(cigar tube)에 붓고 그 샘플을 325℉(163℃)에서 저장하는 것에 의해서 분리 시험을 수행하였다. 도 14c의 데이터에 제시된 바대로, 튜브의 상부 및 하부 1/3을 동력학적 전단 유동(SDR)에 대해 시험하였다. 시험 혼합물은 아스팔트로서의 사용에 적합한 것으로 결정되었고, 칼트란스 PC 상세의 기준에 부합하였다.
실시예 7 - PTR의 형태
교반된 압력 용기(stirred pressure vessel)를 사용하는 교대 배치 모드 공정(alternate batch mode process)으로 수행된 방법에 의해 생성된 생성물 스트림은 다수의 가동 후에 관찰되었다.　약 0.002 인치 내지 0.005 인치의 단면적 및 가변 길이를 갖는 작은 금 섬유(golden fibers)가 상호연결 치환 고무 재료 내에 존재하는 것으로 관찰되었다.　섬유는 과도한 열(본 명세서에 기재된 상호연결 치환 공정에 사용된 온도보다 높고, 고온 혼합 공정의 특성보다 높은 온도)에 의해서만 파괴될 것으로 예상되며 트리클로로에틸렌(TCE)에 용해되지 않을 것이다.
섬유의 존재는 서브 미크론의 상호연결 치환 고무 재료의 불용성 성분에 상당한 질량을 추가하지 않을 것으로 예상될 수 있지만, 1 미크론의 필터 기공을 막음으로써 실제의 필터 매체를 덜 다공성으로 만들어서 여액 농도 양자(filtrate concentration quanta)의 잘못된 판독을 초래할 것으로 예상된다.　슬러리 형태의 상호연결 치환 고무 재료의 샘플을 고온-고압 피스톤-격막(diaphragm) 펌프 및 1.0 미크론 오리피스를 통해 최대 50,000 psi까지 처리할 수 있는 고강도 소결 필터를 통과시켰다.　섬유의 전체 길이를 감소시키는 것으로 여겨지는 이러한 추가 처리는 1 미크론 필터 기공을 통과 할 수 있는 매끄러운 혼합물을 제공하였다.　추가 가공은 카본 블랙의 일부 방출과 함께, 고무를 쉽게 분산 가능한 서브 미크론 모이어티로 쉽게 붕괴시켰다.
재생 타이어로부터 유래된 이 섬유 성분은 연결된 치환 고무 재료에 첨가된(예를 들어, 결합제 또는 접착제로서) 아스팔트와 골재 사이의 결합 강도를 크게 개선시켜서 전체 포장 성능 개선에 의해 버진 고무를 함유한 골재 및 아스팔트로부터 제조된 것과 비교할 때, 우수한 포장성을 제공할 수 있다
블랙 마스터 배치에서 PTR
도 2에 도시된 것과 유사한 조건 하에서 도 1에 도시된 장치와 유사한 실험실 규모의 장비를 사용하여 생성된, 상호연결 치환 고무 재료를 버진 고무의 공지된-특성 베이스 블랙 마스터 배치에 10 중량%의 양으로 첨가 하였다(상호연결 치환 고무 재료에서 충전제 물질에 대한 조정 후).　결과로 초래된 10중량% 혼합물은 열 중량 분석 및 다른 테스트를 받았다.　결과로 초래된 10중량% 혼합물은 새로운 타이어의 최종 성능에 영향을 미치지 않도록 버진 고무의 공지된-특성 베이스 마스터 배치와 균질화 가능한 물리적 특성에서 거의 동등한 것으로 관찰되었으며, 또는 전통적으로 작은 입자(200 메쉬), 완전 가황 처리된 분쇄된 타이어 고무에 사용되었던 3 중량%의 상한보다 더 높은 ?량으로 베이스 블랙 마스터 배치에 사용될 수 있다. 다시 말해, 상호연결 치환 고무 재료는 유일한 고무 공급원으로서 타이어를 제조하는데 사용하기에 적합한 것으로 관찰되거나, 3% 초과, 예를 들어 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90 또는 95중량% 이상 함량으로 베이스 블랙 마스터 배치와 조합하여 사용될 수 있다
상호연결 치환 고무 재료는 카본 블랙의 실질적인 엘라스토머 보유와 함께 입자 크기가 50 미크론 이하인 복합 버진 고무와 유사한 형태를 갖는, 원소 황이 거의 없는 것으로 관찰되었다.　이 재료는 새로운 소형 트럭 및 자동차 타이어의 측벽의 적어도 20% 및 최대 50, 60%, 70, 80, 90% 이상(예를 들어, 최대 100%)으로 사용하기에 적합하다.　이러한 상호 치환된 고무 재료는 또한 막 및 산업 고무 제품에 사용하기에 적합하다.
IPREX 고무 중합체
IPREX(InterPenetrating Reenerative Elastomer Xlink) 고무 중합체(IRP)는 미세 적층, 이방성 구조 고무 시트이다.　그것은 각각이 10 - 70 미크론 두께인 다수 개가 진공-열 융합 및 가교된 층으로 구성되어 있다.　상기 재료는 탄소 충진된, 상호침투성 폴리이소프렌-폴리부타디엔 엘라스토머 사슬, 재생적인, 횡 방향 설피딕 브릿지에 의해 재정렬된 가교를 포함한다.　개별 라미나(laminae)는 각각 선행하는 라미나의 이방성 '그레인(grain)'에 30-45도에서 구축 동안에 점진적으로 쌓일 때, 거의 제로 루프 확률 및 바이어스- 방향, 평행-레프테이티드(reptated), 얽힌, 엘라스토머 백본 구조(들)를 나타내며, 유사한 재료와 단면 두께의 등방성 시트에 비해 우수한 비틀림 강도와 레질리언스를 나타내는 완성된 시트를 생성한다.　예비-가교된 공급 원료는 가변 닙 고압 롤 밀을 통해 얇은 라미나로 가공된다.　IPREX 고무는 타이어 또는 기타 엔지니어링 고무 제품을 위해 준비된 예비 가교된, 블랙 마스터 배치 버진 공급 원료 및/또는 이후에 작은 고무 입자(일반적으로 30메쉬, 주변 분쇄된 타이어 고무)로 분할된 후 이어서 본 명세서에 기술된 바와 같이 미리 결정된 PRISM 반응기 공정 파라미터에 따라 재-배합된 EOL 홀 타이어 스크랩으로부터 2단계로 제조될 수 있다.　IPREX 고무는 강화된 내화학 및 내열성을 위하여, 기능화된 SiR과 같은 다른 엘라스토머와 상호침투 및 가교 된 엘라스토머 네트워크를 형성하도록 배합될 수 있다.　IPREX 고무는 타이어 벽 구축, 코드 준수 전기 테이프 및 화분용 배합물, 산업용 벨트 및 호스, 고온 직물 및 개스킷, 지오 라이너, 루핑 및 방수 멤브레인, 산업용 접착제 용 콜로이드 서스펜션, 슈퍼 포장, PG 핫-멜트, 아스팔트 결합제 개질의 용도에 적합하다.
후-반응기 GTRP-함유 차량 타이어 성능
후-반응기 GTRP는 울퉁불퉁하고 불균일한 모양으로 리액터를 빠져 나간다.　건조 및 일반적으로 트윈 암 밴버리(Banbury) 또는 시그마 블레이드 믹서와 같은 고 전단 내부 믹서에서 달성되는 가교제 및 기타 선택적인 하이브리드 엘라스토머의 배합 후, GTRP는 좁은 롤 밀 닙을 통해 통과해 얇은 시트가 된다.　이 얇은 시트는 유사하게 가공된 종래의 버진 블랙 마스터 배치(VBMB) 엘라스토머 복합 배합물과 달리, 최대 인장 강도 대 너비 인장 강도가 약 3 : 1까지 이방성을 나타낼 수 있다.　이방성 정도에 기여할 수 있는 인자는 반응기-제어된 루프 확률 감소, 가교 변위 정도의 조작 및/또는 내부 혼합 시간의 단축을 포함한다.
반응기 제어된 루프 확률 감소
이 인자는 평균적으로 12.5 중량%의 추가적, 유효한 엘라스토머를 결과 매트릭스에 통계적으로 추가할 수 있고, 동일한-골격의 메틸 카보 양이온 전구체-결합된, 설퍼릭 브릿지가 일단 변위되면, 엘라스토머는 압축-이동(롤 밀 닙의 면에 수직임)의 횡 축을 따라서 레프테이션-바이어스로서 동적으로 배향(및 유지)되도록 방출된다.
가교 변위의 정도의 조작
남아있는 EOL 타이어 가교의 복원력은 배합 및 최종 시트 제조 동안 크기 감소에 대한 가변적인 잔류 저항을 유도하며, 여기서 완전히 변위되지 않은 입자 저항은 롤 밀 압력에 의해 평탄화 된다.　이 부속물은 앵커와 같은 역할을 하며, 엘라스토머 매트릭스의 일부를 따라 약물과 유사하게 작용하여 레프테이트(reptate)-유사 역학을 보다 쉽게 달성한다.　그 효과는 롤들 사이의 압축-이동의 횡 방향에서 레프테이트-바이어스이다.
내부 혼합 시간 단축
후-반응기, GTRP 입자, 최종 입자 크기 감소는 입자가 믹서(예를 들어, 트윈 암 믹서) 내에서 지속되는 와이 핑 사이클의 수의 함수이다.　많은 응용 분야에서 시트로 밀링 하기 위해 GTRP를 준비하는데 일반적으로 최소량의 첨가제만 사용되기 때문에, 덩어리를 점진적으로 작은 치수로 가져가는 것이 바람직한 때를 제외하고 과도한 높은 전단이 필요하지 않다.　혼합 시간에서의 이러한 조작은 본 명세서에서 이전에 기술된 것과 유사하지만 약간 덜 뚜렷한 드래깅-앵커-효과(dragging-anchor-effect)를 가질 수 있다.
등방성이 유리한 경우, GTRP는 이들 3 개의 판별기의 역수로 처리될 수 있다.　그러나 VBMB와 달리, 이방성 품질은 지속적인 굴곡을 거쳐야하지만 치수적으로 안정되어야만 하는 구조, 예를 들어 차량 타이어의 사이드 웨일과 같이에서 큰 이점을 가질 수 있다.
타이어 어플리케이션을 위한 처리 고무
업계 평균은　차량 타이어의 롤링 저항을 극복 할 때 차량 작동 연료 소비의 약 15%에 놓여있다. 그 저항의 대부분은 타이어가 각 회전 마다 트레드 섹션이 포장 도로와 접촉 할 때 트레드가 이동 방향에 대해 불규칙적이고 정현파적인 패턴으로 앞뒤로 왔다갔다하는 것에 기인한다. 이 왜곡은 타이어 사이드벽(sidewall)의 레질리언스성, 비틀림 특성에 의해 억제되어 차량의 솔리드 림 및 서스펜션으로 전달된다.　타이어 제조 설계 및 구축은 롤링 타이어 평면 수직에 대해 15 - 90°에 배치된 보강 패브릭을 사용하고, 이는 등방성 VBMB 사이에 적층되어 안전하고 효과적인 롤링 구조를 유지하는 복합 구조를 구현한다. 그러나 다양한 속도로 다양한 표면 조건에서 이동하는 것과 관련된 광범위한 비틀림 역학을 극복하려면 상당한 에너지가 필요하다.
4 개의 마이크로-플라이 어셈블리로 겹쳐진 0.010" 두께 시트 4 개로 구성되며 각 서브-플라이가 후속 라미네이트의 약 45°로 배치된 40 밀(~ 1mm) 두께의 마이크로-적층된 GTRP 시트는 유사하게 제조된 VBMB 마이크로-라미네이트와 비교하여 비틀림 왜곡에 대한 저항이 대략 30% 이상 증가함을 입증한다. 정량화된 풋-파운드 포스, 비틀림 기계 모델을 사용하여, 특히 치수 반경의 응력이 가장 큰 타이어 구조의 가장 바깥 쪽 2 개 라미네이트의 구성 요소로 사용되는 이 이방성 마이크로-라미네이트를 사용한 타이어 구축(construction)은 치수 변형 반경으로부터의 응력이 가장 큰 경우, 타이어 잔해물 중량 단위당 9.5% 내지 16%의 롤링 저항 감소가 예상된다. 타이어 롤링 저항 10% 감소는 연간 60억 갤런(6,000,000,000 갤런)을 넘는 연료를 연간 절약하는 것과 같다.　따라서, 실시예의 처리 고무(treated rubber)는 타이어 용도, 예를 들어 타이어 측벽 용도에 사용하기 위한 마이크로-라미네이트 시트(예를 들어, 함께 적층된 2-100 개 이상의 시트, 예를 들어, 2-20, 2-20 또는 2-5 개의 시트)로서의 용도에 특히 유용하다.
고성능 애플리케이션을 위한 처리 고무
다양한 실시예 의 고무 및 고무 함유 재료는 하기 사양 중 하나 이상을 충족시키도록 제조될 수 있다. 특정 실시예에서, 하기 열거된 MIL-R 사양 중 하나 이상을 만족하는 고무 및 고무 제품이 제공된다.　여기에는 타이어 트레드, 타이어 측벽, 루핑 멤브레인, 고 유전율 전기 테이프, 탱크 라이닝, 저수지 라이닝, 트렌치 라이닝, 다리 밑 깔개, 기초 방수제, 주차장 방수제, 호스, 벨트, 몰딩 또는 성형 고무 또는 고무 시트(예: 개스킷, 튜빙, 충격 흡수 재료, 차량용 바닥 매트 및 침대 라이너, 상업용 및 주거용 건축용 매트 및 바닥 재료, 바닥, 데크 및 콘크리트 바닥재, 방음 등)로 제조된 제품인 기타 고무 제품이 포함되지만 이에 제한되지는 않는다. 기타 제품에는 의류 및 헤어 타이의 탄성 밴드, 식기 세척 장갑, 장난감, 항아리 씰 및 타이어, 웰컴 매트, 정원 호스가 포함된다.　기타 가정용 고무 제품에는 부츠, 비옷, 연못 라이너, 매트리스 및 쿠션, 베개, 정원 도구 그립, 욕조 플러그, 도어 스탑, 귀마개, 온수 병, 수족관 튜브, 수도꼭지 와셔 및 깔개 백업이 포함된다.　실험용 플라스크 및 바이알용 스토퍼, 내화학성 매트 및 패드, 보철 및 기타 특수 제품 및 장비는 고무 식품 및 물 그릇, 씹는 장난감 및 공, 발포 고무 매트리스 패드, 스톨 매트, 탄력성 있는 수의사 랩, 벼룩 고리(flea collars), 헛간 및 고무 빗, 마우스 패드, 키보드, 접착제 및 회전 의자 바퀴, 피로 방지 매트, 카펫 밑 깔개, 헤드폰 패드 및 고무 스탬프,　야영을 위한 팽창식 침대, 운동장 타일, 고무 오리, 운동복, 스쿠버 슈트, 민간 및 군용 차량 구성요소; 비행기, 여객기, 및　전투기 구성요소, 철도 차량 및 기차 엔진 구성요소, 주거 및 상업용 건물 제품, 공장 또는 산업적 또는 제조 구성요소, 의류 및 신발 구성요소와 마찬가지로 실시예의 고무로부터 제조될 수 있다.
실시예의 처리 고무는 하기 ASTM 사양, 군용 사양(MIL), 항공우주 재료 사양(AMS)을 충족시키는 고무제품 및/또는 다양한 산업에서 사용되는 다른 사양 중 하나 이상을 충족 시키거나 초과하는 고무 제품에 사용될 수 있다.
ASTM C542(ASTM C 1166 절차) - 저연(Low Smoke), 저화염(Low Flame) 저독성 네오프렌
ASTM E662 - 저연, 저화염, 저독성 네오프렌
ASTM D1330 Grade 1 - 프리미엄 SBR -　스타일 22
ASTM D1330 Grade 2 - 적색 고무 SBR - 스타일 20
ASTM D2000 1AA 430 - 천연 고무 - 스타일 28
ASTM D2000 1AA 704 Z1(Z1 = 75 ± 5 듀로미터(Durometer))-적색 고무 SBR - 스타일 20
ASTM D2000 M1AA 407-부틸
ASTM D2000M1AA 417 - 천연 고무, 순수 검(gum) 부유 천연 고무, EZ 컷 비-부유 검 천연 고무, 단백질 프리(합성 폴리이소프렌) 천연 고무
ASTM D2000 M1AA 503 - 상업용 EPDM
ASTM D2000 M1AA 507 - 부틸
ASTM D2000 M1AA 517 - 천연 고무
ASTM D2000 M1AA 606 - 상업용 EPDM
ASTM D2000 M1AA 607 - 부틸
ASTM D2000 M1AA 617 - 천연 고무
ASTM D2000 M1AA 703 Z1(Z1 = 75 ± 5 듀로미터)-사양 등급 SBR(적색)
ASTM D2000 M1AA 706 - 상업용 EPDM
ASTM D2000 M1AA 710 - 부틸
ASTM D2000 M4AA 407 A13 B13 C12 F17
ASTM D2000 M4AA 421 F17 G21 - Tuff-Stuff® 천연 고무
ASTM D2000 M4AA 510 A13 B13 C12 F17 - ASTM D2000 M4AA 사양 등급(EPDM)
ASTM D2000 M4AA 610 A13 B13 C12 F17
ASTM D2000 M4AA 사양 등급(EPDM)
ASTM D2000 M4AA 710 A13 B13 C12 F17
ASTM D2000 M4AA 사양 등급(EPDM)
ASTM D2000 M2BA 407 C12 F17 - 프리미엄 EPDM - 스타일 45
ASTM D2000 3BA 508 C12 - 상업용 EPDM - 스타일 40
ASTM D2000 3BA 515 A14 B13 C12 F17 - 프리미엄 EPDM - 스타일 45
ASTM D2000 3BA 608 C12 - 상업용 EPDM - 스타일 40
ASTM D2000 3BA 615 A14 B13 C12 F17 - 프리미엄 EPDM - 스타일 45
ASTM D2000 3BA 708 C12 - 상업용 EPDM - 스타일 40
ASTM D2000 3BA 715 A14 B13 C12 F17 - 프리미엄 EPDM - 스타일 45
ASTM D2000 3BA 815 A14 B13 C12 F17 - 프리미엄 EPDM - 스타일 45
ASTM D2000 1BC 408 - 상업용 네오프렌 - 스타일 10
ASTM D2000 1BC 508 - 상업용 네오프렌- 스타일 10, 무광택 마감 네오프렌 - 스타일 12
ASTM D2000 1BC 515 - 중간-등급 네오프렌 - 스타일 15
ASTM D2000 1BC 609 - 상업용 네오프렌 - 스타일 10, 무광택 마감 네오프렌 - 스타일 12
ASTM D2000 1BC 615-중간급 네오프렌-스타일 15
ASTM D2000 1BC 710-상업용 네오프렌-스타일 10, 무광택 네오프렌-스타일 12
ASTM D2000 1BC 715 - 중간-등급 네오프렌 - 스타일 15
ASTM D2000 1BC 810 - 상업용 네오프렌 - 스타일 10, 무광택 마감 네오프렌 - 스타일 12
ASTM D2000 MIBC 303 - 중간-등급 네오프렌 - 5100 시리즈, 프리미엄 네오프렌
ASTM D2000 MIBC 403 - 중간-등급 네오프렌 - 5100 시리즈, 네오프렌 성형 슬래브
ASTM D2000 MIBC 407 - 프리미엄 네오프렌
ASTM D2000 MIBC 507 - 중간-등급 네오프렌 - 5100 시리즈, 네오프렌 성형 슬래브
ASTM D2000 MIBC 510 - 프리미엄 네오프렌
ASTM D2000 MIBC 607 - 중간-등급 네오프렌 - 5100 시리즈, 네오프렌 성형 슬래브
ASTM D2000 MIBC 610 - 프리미엄 네오프렌
ASTM D2000 M1BC 707 - 중간-등급 네오프렌 - 5100 시리즈, 네오프렌 성형 슬래브
ASTM D2000 M1BC 710 - 프리미엄 네오프렌
ASTM D2000 M1BC 807 - 중간-등급 네오프렌 - 5100 시리즈, 네오프렌 성형 슬래브
ASTM D2000 M1BC 810 - 프리미엄 네오프렌
ASTM D2000 M1BC 907 - 프리미엄 네오프렌
ASTM D2000 M2BC 407 A14 B14 C12 F17 Z1 -(Z1 = MIL STD 810당 곰팡이 저항, 방법 508), 항균성 네오프렌
ASTM D2000 M2BC 410 A14 B14 C12 EO34 F17
ASTM D2000 M2BC 사양 등급(네오프렌)
ASTM D2000 M2BC 510 A14 B14 C12 F17 Z1 -(Z1 = MIL STD 810당 곰팡이 저항, 방법 508), 항균성 네오프렌
ASTM D2000 M2BC 510 A14 B14 C12 EO34 F17
ASTM D2000 M2BC 사양 등급(네오프렌)
ASTM D2000 M2BC 610 A14 B14 C12 F17 Z1 -(Z1 = MIL STD 810당 곰팡이 저항, 방법 508), 항균성 네오프렌
ASTM D2000 M2BC 610 A14 B14 C12 EO34 F17
ASTM D2000 M2BC 사양 등급(네오프렌)
ASTM D2000 M2BC 710 A14 B14 C12 EO34 F17
ASTM D2000 M2BC 사양 등급(네오프렌)
ASTM D2000 MICA 410 - 과산화물 경화 EPDM
ASTM D2000 MICA 510 - 과산화물 경화 EPDM
ASTM D2000 MICA 610 - 과산화물 경화 EPDM
ASTM D2000 MICA 710 - 과산화물 경화 EPDM
ASTM D2000 MICA 810 - 과산화물 경화 EPDM
ASTM D2000 1BF 408 Z1(Z1 = BF 재료의 기본 요구 사항 충족), 상업용 니트릴(Buna-N) - 스타일 35
ASTM D2000 1BF 508 Z1(Z1 = BF 재료의 기본 요구 사항 충족), 상업용 니트릴(Buna-N) - 스타일 35
ASTM D2000 1BF 609 - 상업용 니트릴(Buna-N) - 스타일 35
ASTM D2000 IBF 710 - 상업용 니트릴(Buna-N) - 스타일 35
ASTM D2000 IBF 810 - 상업용 니트릴(Buna-N) - 스타일 35
ASTM D2000 1BG 610 - FDA 니트릴(Buna-N) - 스타일 37
ASTM D2000 M1BG 407 - 프리미엄 니트릴(Buna-N)
ASTM D2000 M1BG 503 Z1(Z1 = 45 ± 5 듀로미터), WARCO White® FDA 니트릴(Buna-N)
ASTM D2000 M1BG 507-프리미엄 니트릴(Buna-N)
ASTM D2000 M1BG 607 Z1(Z1 = 55 ± 5 듀로미터), WARCO White® FDA 니트릴(Buna-N)
ASTM D2000 M1BG 610 - 프리미엄 니트릴(Buna-N)
ASTM D2000 M1BG 707 Z1(Z1 = 65 ± 5 듀로미터), WARCO White® FDA 니트릴(Buna-N)
ASTM D2000 M1BG 710 - 프리미엄 니트릴(Buna-N)
ASTM D2000 M1BG 803 - WARCO White® FDA 니트릴(Buna-N)
ASTM D2000 M1BG 810 - 프리미엄 니트릴(Buna-N)
ASTM D2000 M1BG 910 - 프리미엄 니트릴(Buna-N)
ASTM D2000 5BG 613 A14 B14 EO14 EO14 F17 - 프리미엄 니트릴(Buna-N) - 스타일 36
ASTM D2000 5BG 620 A14 B14 EO34 - 변성 오일 니트릴(Buna-N)
ASTM D2000 5BG 720 A14 B14 EO34 - 변성 오일 니트릴(Buna-N)
ASTM D2000 M5BG 407 A14 B14 EO14 EO34 F17 - ASTM D2000 M5BG 사양 등급(니트릴/Buna-N)
ASTM D2000 M5BG 507 A14 B14 EO14 EO34 F17 - ASTM D2000 M5BG 사양 등급(니트릴/Buna-N)
ASTM D2000 M5BG 610 A14 B14 EO14 EO34 F17 - ASTM D2000 M5BG 사양 등급(니트릴/Buna-N)
ASTM D2000 M5BG 710 A14 B14 EO14 EO34 F17 - ASTM D2000 M5BG 사양 등급(니트릴/Buna-N)
ASTM D2000 M1HK 607 - 프리미엄 Viton® A: 66% 불소
ASTM D2000 M1HK 707 - 프리미엄 Viton® A: 66% 불소, 프리미엄 Viton® B: 68% 불소
ASTM D2000 M1HK 807 - 프리미엄 Vrton® A: 66% 불소
ASTM D2000 M1HK 807 Z1(Z1 = 75 ± 5 듀로미터), 프리미엄 Viton® B: 68% 불소
MIL-R-900-MIL-R-900 사양 등급
MIL-G-1149-MIL-G-1149 타입 1 클래스 1 등급 50 - MIL-R-1149 사양 등급(네오프렌)
MIL-G-1149 타입 l 클래스 2 등급 50 - MIL-R-1149 사양 등급(SBR)
MIL-G-1149 타입 1 클래스 5 등급 50 - MIL-R-1149 사양 등급(니트릴/Buna-N)
MIL-R-2765 - MIL-R-2765 사양 등급(니트릴/Buna-N)
MIL-R-3065 SB 410 F2 - MIL-R-3065 SB 사양 등급(니트릴/Buna-N)
MIL-R-3065 SB 515 F2 - MIL-R-3065 SB 사양 등급(니트릴/Buna-N)
MIL-R-3065 SB 615 F2 - MIL-R-3065 SB 사양 등급(니트릴/Buna-N)
MIL-R-3065 SB 715 F2 - MIL-R-3065 SB 사양 등급(니트릴/Buna-N)
MIL-R-3065 SB 815 F2 - MIL-R-3065 SB 사양 등급(니트릴/Buna-N)
MIL-R-3065 SC 310 F1 - MIL-R-3065 SC 사양 등급(네오프렌)
MIL-R-3065 SC 408 Z1(Z1 = 최소 신율 350%), 상업용 네오프렌 - 스타일 10
MIL-R-3065 SC 410 F2 - MIL-R-3065 SC 사양 등급(네오프렌)
MIL-R-3065 SC 508 - 상업용 네오프렌 - 스타일 10, 무광택 마감 네오프렌 - 스타일 12
MIL-R-3065 SC 515 F2 - MIL-R-3065 SC 사양 등급(네오프렌)
MIL-R-3065 SC 609 - 상업용 네오프렌 - 스타일 10, 무광택 마감 네오프렌 - 스타일 12
MIL-R-3065 SC 615 F2 - MIL-R-3065 SC 사양 등급(네오프렌)　
MIL-R-3065 SC 710 - 상업용 네오프렌 - 스타일 10, 무광택 마감 네오프렌 - 스타일 12
MIL-R-3065 SC 715 F2 - MIL-R-3065 SC 사양 등급(네오프렌)
MIL-R-3065 SC 810 - 상업용 네오프렌 - 스타일 10, 무광택 마감 네오프렌 - 스타일 12
MIL-R-3065 SC 815 F1 - MIL-R-3065 SC 사양 등급(네오프렌)
MIL-R-3065 RS 508 C1 - 상업용 EPDM - 스타일 40
MIL-R-3065 RS 515 C1 F1 - 프리미엄 EPDM - 스타일 45
MIL-R-3065 RS 608 C1 - 상업용 EPDM - 스타일 40
MIL-R-3065 RS 615 C1 F1 - 프리미엄 EPDM - 스타일 45
MIL-R-3065 RS 708 C1 - 상업용 EPDM - 스타일 40
MIL-R-3065 RS 715 C1 F1 - 프리미엄 EPDM - 스타일 45
MIL-R-3065 RS 815 C1 F1-프리미엄 EPDM - 스타일 45
MIL-R-6855 클래스 1 등급 40 - MIL-R-6855 클래스 1 내연료성 사양 등급(니트릴/Buna-N)
MIL-R-6855 클래스 1 등급 50 - MIL-R-6855 클래스 1 내연료성 사양 등급(니트릴/Buna-N)
MIL-R-6855 클래스 1 등급 60 - MIL-R-6855 클래스 1 내연료성 사양 등급(니트릴/Buna-N)
MIL-R-6855 클래스 1 등급 70 - MIL-R-6855 클래스 1 내연료성 사양 등급(니트릴/Buna-N)
MIL-R-6855 클래스 1 등급 80 - MIL-R-6855 클래스 1 내연료성 사양 등급(니트릴/Buna-N)
MIL-R-6855 클래스 2, 등급 30 - MIL-R-6855 클래스 2 내유성 사양 등급(네오프렌)
MIL-R-6855 클래스 2, 등급 40 - MIL-R-6855 클래스 2 내유성 사양 등급(네오프렌)
MIL-R-6855 클래스 2, 등급 50 - MIL-R-6855 클래스 2 내유성 사양 등급(네오프렌)
MIL-R-6855 클래스 2, 등급 60 - MIL-R-6855 클래스 2 내유성 사양 등급(네오프렌)
MIL-R-6855 클래스 2, 등급 70 - MIL-R-6855 클래스 2 내유성 사양 등급(네오프렌)
MIL-R-6855 클래스 2, 등급 80 - MIL-R-6855 클래스 2 내유성 사양 등급(네오프렌)
MIL-R-21252 - MIL-R-21252 사양 등급(EPDM)
MIL-R-83248C 타입 2 클래스 1 - Fiuorozone® Mil-Spec 성능 FKM, 군용 사양 등급 Viton® A, MIL-R-83285
MIL-R-83285 등급 80-MIL-R-83285 등급 80 사양 등급(EPDM)
AMS 3205 - 항공 우주 재료 사양(AMS) 등급 저온(네오프렌)
AMS 3208 - 항공 우주 재료 사양(AMS) 등급 내후성(네오프렌)
AMS 3215 - 항공 우주 재료 사양(AMS) 등급 내연료성(니트릴/Buna-N)
AMS 3216 - Fiuorozone® Mil-Spec 성능 FKM, 군용 사양 등급 Viton® A
AMS 3301 - INFINISIL™ 스펙-등급 성능 실리콘
AMS 3302 - INFINISIL™ 스펙-등급 성능 실리콘
AMS 3303 - INFINISIL™ 스펙-등급 성능 실리콘
AMS 3304 - INFINISIL™ 스펙-등급 성능 실리콘
21 CFR 177.2600에 따른 FDA 승인 성분 - FDA 네오프렌, WARCO White® FDA 니트릴, 천연 고무 - 스타일 28, 퓨어 검 부유 천연 고무, Fiuorozone® FDA 성능 FKM, FDA Viton® A: 66% 불소, FDA 적색 실리콘, FDA 백색 실리콘, FDA 승인 등급 TPE(검정색), FDA 승인 등급 TPE(뉴트럴)
NSF 51 - NSF 51 & NSF 61 승인 등급 TPE
NSF 61 - NSF 51 & NSF 61 승인 등급 TPE
AA-59588 2A & 2B - INFINISIL™ 스펙-등급 성능 실리콘
SAE J200 1AA 430 - 천연 고무 - 스타일 28
SAE J2003BA 508 C12 - 상업용 EPDM - 스타일 40
SAE J2003BA 515 A14 B13 C12 F17 - 프리미엄 EPDM - 스타일 45
SAE J2003BA 608 C12-상업용 EPDM - 스타일 40
SAE J2003BA 615 A14 B13 C12 F17 - 프리미엄 EPDM - 스타일 45
SAE J2003BA 708 C12 - 상업용 EPDM - 스타일 40
SAE J2003BA 715 A14 Bl 3 C12 F17 - 프리미엄 EPDM - 스타일 45
SAE J2003BA 815 A14 B13 C12 F17 - 프리미엄 EPDM - 스타일 45
SAE J200 1BC 408 - 상업용 네오프렌 - 스타일 10
SAE J200 1BC 508 - 상업용 네오프렌 - 스타일 10, 무광택 마감 네오프렌 - 스타일 12
SAE J200 IBC 609 - 상업용 네오프렌 - 스타일 10, 무광택 마감 네오프렌 - 스타일 12
SAE J200 IBC 710 - 상업용 네오프렌 - 스타일 10, 무광택 마감 네오프렌 - 스타일 12
SAE J200 IBC 810 - 상업용 네오프렌 - 스타일 10, 무광택 마감 네오프렌 - 스타일 12
SAE J200 1BF 608 Z1(Z1 = 40 ± 5 듀로미터)-상업용 니트릴(Buna-N) - 스타일 35
SAE J200 1BF 608 Z1(Z1 = 50 ± 5 듀로미터) - 상업용 니트릴(Buna-N) - 스타일 35
SAE J200 1BF 609 - 상업용 니트릴(Buna-N) - 스타일 35
SAE J200 1BF 710 - 상업용 니트릴(Buna-N) - 스타일 35
SAE J200 1BF 810 - 상업용 니트릴(Buna-N) - 스타일 35
AASHTO Grade 2 - AASHTO 미지원 네오프렌 베어링 패드 - 스타일 71, AASHTO 미지원 캘린더 네오프렌 베어링 패드, AASHTO 미지원 성형 네오프렌 베어링 패드, AASHTO 미지원 네오프렌 베어링 패드 - 스타일 72
AASHTO Grade 3 - AASHTO 미지원 캘린더 네오프렌 베어링 패드, AASHTO 미지원 성형 네오프렌 베어링 패드
Caltrans 51-1.14 방수 - Cal - Trans Strip Water Stops
보잉 BSS 7239 - 저연기, 저화염, 저독성 네오프렌
Bombardier SMP 800-C - 저연기, 저화염, 저독성 네오프렌
GMP.E/P.002 - 범용 등급 TPE(뉴트럴)
GMP.E/P.003 - 범용 등급 TPE(뉴트럴)
GMP.E/P.004 - 범용 등급 TPE(뉴트럴)
GMP.E/P.005 - 범용 등급 TPE(뉴트럴)
GMP.E/P.006 - 범용 등급 TPE(뉴트럴)
GMP.E/P.007 - 범용 등급 TPE(뉴트럴)
MSAR20A - 범용 등급 TPE(검정)
MSAR20B - 범용 등급 TPE(뉴트럴)
MSAR20C - 범용 등급 TPE(뉴트럴)
MSAR20D - 범용 등급 TPE(뉴트럴)
MSAR20E - 범용 등급 TPE(뉴트럴)
MSAR30A - 범용 등급 TPE(뉴트럴)
MSAR30B - 범용 등급 TPE(뉴트럴)
MSAR40A - 난연 등급 TPE
MSAR40B - 난연 등급 TPE
WSD-M2D379-A1 - 범용 등급 TPE(뉴트럴)
WSD-M2D380-A1 - 범용 등급 TPE(뉴트럴)
WSD-M2D381-A1 - 범용 등급 TPE(뉴트럴)
WSD-M2D382-A1 - 범용 등급 TPE(뉴트럴)
WSD-M2D441-A - 범용 등급 TPE(뉴트럴)
WSD-M2D712-A1 - 범용 등급 TPE(뉴트럴)
HHP-151F - HHP-151F 천-삽입(C1), 곰팡이 저항성, 항균성 네오프렌
일반 전기 EA12C11E7 - 변성 오일 니트릴(Buna-N)
ASTM D 178-93 타입 1 클래스 2 - ASTM 스위치 보드 타입 1 고무 매트
ASTM D2000 1AA - 골판지 매트, 무거운 골판지 매트, 경량 KleenRite® 매트, 성형 슬래브
AASHTO Grade 2 - AASHTO 미지원 성형 네오프렌 베어링 패드 AASHTO Grade 3-AASHTO 지원되지 않는 성형 네오프렌 베어링 패드
AASHTO Grade 3 - AASHTO 미지원 성형 네오프렌 베어링 패드 AASHTO Grade 3-AASHTO 지원되지 않는 성형 네오프렌 베어링 패드
PRISM™ 고무 중합체
특정 실시예의 처리된 고무는 PRISM(phase Reticulation Induced Suifidic Metathesis)을 포함하는 폴리 부타디엔-부틸고무 하이브리드 마스터 배치 물질인 PRISM™ 고무 중합체에 사용될 수 있다.　PRISM™ 고무 중합체는 최종 용도에 따라 최대 8 개의 추가 중합체가 혼합되지만, 보다 전형적으로는 3 개 이하의 추가 중합체(예를 들어, SBR, 천연 고무 및/또는 EPDM)를 갖도록 배합될 수 있다.　PRISM™ 고무 중합체는 서로 다른 두 개의 골격 화학이 서로 직조된 다음 다른 것과 떨어져서 가교된 상호침투성, 이중 엘라스토머 네트워크를 포함한다. 이 공정은 모든 응용 분야에서 탁월한 안정성을 위해 기존 마스터 배치 재료와 비교할 때 탁월한 3축 및 비틀림 기계적 특성을 달성한다.　PRISM™ 고무 중합체의 장점에는 비용 대비 고 성능, 개선된 기계적, 화학적 및 전기적 특성, 우수한 내산화성, 상당한 탄소 풋프린트 감소, 지속 가능한 중합체 화학이 포함된다.　PRISM™ 고무 중합체는 타이어 측벽, 루핑 멤브레인, 고 유전율 전기 테이프, 탱크 라이닝, 저수지 라이닝, 트렌치 라이닝, 다리 밑 깔개, 기초 방수제, 주차장 방수제, 고무 호스, 고무 벨트 및 고무 성형에 사용하기에 적합하다.
GTR 중합체/보완 중합체 매트릭스
개별, 복합, 혼성, 가교된 모이어티가 실질적으로 오리지널 GTR 및 중합체("중합체 매트릭스")로 구성되는 재차 얽힌(re-entangled), 모놀리식 구조가 구축되고 상기 오리지널 GTR로부터 유도된 탄소 성분을 엔캡슐화 하는("엔캡슐화된 탄소") 방식으로 GTR 입자(들)의 중합체("GTR 중합체") 및 또다른 중합체("보완 중합체")를 제조하고, 증대시킨 다음, 재컴바인시키는 목적을 달성하는 것을 허용하는 방법이 제공된다.
본원에 기술된 방법은, 1) 조밀한 GTR 복합 구조물을 언패킹(unpacking)하고, 2) 엘라스토머 분자 또는 황 브릿지를 네가티브하게 변화시키지 않으면서 GTR 중합체의 횡단 가교의 최소 안정 부착점을 변위(dislocating)시키고, 3) 보완 중합체 수용체를 변위 부위에 설치한 다음, 4) 서브입자 기계적으로 유도된 리핑(subparticle mechanically induced leafing)을 수행한 후, 원래 달려 있는(hinged), 황 브릿지를 엘라스토머 골격에 따라 민감한(susceptible) 변위 부위에 재-가교시켜서 가교된 GTR 유도된 중합체 및 보완 중합체 및 엔캡슐화된 탄소를 포함하는 중합체 매트릭스를 생성하는 것을 포함한다.
이웃하는 중합체 쇄 사이에서 가교가 일어나는 경우 중합체 매트릭스("프리 루핑"이라 함)에 탄성 및 전단 모듈러스를 제공한다. 그러나 동일한 중합체 쇄에서 가교가 형성될 때마다 루프(loof)를 형성하고 그것은 탄성적으로 효과가 없으며 고무 매트릭스의 구조("폐쇄된 루핑")에서 결함 또는 약점으로서 특징지워진다. 루핑 확률을 상세하게 분석해 보면, 원하지 않는 조건이 주어진 상업적 가황 고무에서 가교 총수의 5 내지 15%의 범위내에서 일어난다. 원하지 않는 가교 위치에 따라 루핑된 중합체 분자쇄는 고무 중합체의 5 내지 20%를 비효과적 사이클릭 탄화수소로 만들 수 있다. 실시양태들의 방법에 의해서 가공된 GTRP의 반복된 엘라스토머 모르폴로지는 상기 현상에 대한 경향성을 감소시킨다.
분쇄된 타이어 고무 입자들로부터 상호침투 엘라스토머 네트워크의 재생
한 실시양태에서, 다양한 구성요소들을 사용하여 분쇄된 타이어 고무 입자들로부터 모놀리식, 매크로-구조의 상호침투 엘라스토머 네트워크 모폴로지, 예를 들어 중합체 매트릭스를 재생시킨다.
1018.04.20.자로 출원된 PCT 국제출원 제PCT/US2018/028656호에 기술된 수 기반 가공방법이 중합체 매트릭스 제조에 사용될 수 있으며, 상기 국제출원의 내용은 그 전체가 본원에서 인용된다. 그러나, 건조 가공방법 또한 유리하게 사용될 수 있다. 건조 가공방법은 부스러기 고무 입자들, 오가노금속 화합물, 및 보완 중합체를 컴바인시키고, 이들 성분들의 혼합물을 예를 들어 롤러 밀, 압출기의 스터핑 박스(stuffing box) 등에서 가압하는 것을 포함한다. 상기 방법에서, 부스러기 고무를 오가노 화합물 및, 반응성 부위를 갖는 보완 중합체와 컴바인시킨다. 적당한 보완 중합체는 하이드록실기, 하이드록실기 공급원(예를 들어 예를 들어 클리세롤 또는 다른 폴리올의 에스테르 가령 지방산 에스테르), 또는 가교가능하거나 또는 그렇지 않으면 스스로 또는 GTR 중합체와 결합을 형성할 수 있는 다른 작용기를 갖는 것을 포함할 수 있다. 고 와핑력(wiping force)하에서 컴바인하는 경우, GTR 중합체의 황 연결 쇄는 보완 중합체의 하이드록실기 또는 다른 기들과 상호작용하여, 부스러기 고무로부터 유도된 탄소를 엔캡슐화하는 보완 중합체 쇄 및 GTR 중합체 쇄의 상호침투 네트워크를 형성할 수 있는 반응성 부위를 생성하는, 카보 양이온 부위에서 언플로깅(unplugged)된다. 중합체 매트릭스는 펠렛화되거나, 시트로 형성되거나, 그렇지 않으면 생성되는 형태(예를 들어 성형된 고무 제품으로, 또는 예를 들어 아스팔트에 대한 첨가제로서)로 사용하도록 성형되거나, 또는 추가로 가공될 수 있다(예를 들어 기판에 적용되거나, 또는 다른 물질들 예를 들어 희석된 형태 또는 도핑된 형태 또는 복합체 형태로 컴바인됨). 생성되는 물질은, 엘라스토머 특성 및, 중합체 매트릭스 내에 카본 블랙을 홀딩하는 능력을 유지하면서 추가로 후 가공될 수 있다는 점에서 이점을 제공한다.
부스러기 고무 입자
재생 EOL 타이어로부터 통상적으로 얻어지는 부스러기 고무 입자들이 실시양태의 방법에서 유리하게 사용될 수 있다. 이러한 입자들은 전형적으로 30 메쉬의 크기이다. 부스러기 고무 입자는 생성되는 중합체 매트릭스로서 카본 블랙 및/또는 그래핀에 기여한다.
생성되는 중합체 매트릭스는 60중량% 이상의 타이어 고무-유도된 중합체를 포함하지만, 특정 실시양태에서는 그 미만의 타이어 고무-유도된 중합체가 사용될 수 있다. 90% 타이어 고무가 사용되는 경우, 종래 블랙 마스터배치에 비해 우수한 시스템이 수득된다. 80 내지 90중량%의 타이어 고무와 잔여량의 버진 중합체를 함유하는 혼합물은 블랙 마스터배치에 대한 적당한 대체물로 고려될 수 있다.
오가노금속 화합물
오가노금속 화합물이 부스러기 고무 중합체에서 부착점을 변위시키는 반응성 성분으로서 사용된다. 오가노금속 화합물은 팔면체 분자 기하구조를 갖는 금속을 포함한다. 그 예로서, 오가노금속 화합물은 115℃ 내지 150℃에서 고체로부터 액체로의 상 변화를 수행하는 금속 염, 예를 들어 구리 아세테이트의 형태로 제공될 수 있다. 반응물은 전형적으로 가황 고무 100부당(중량 기준) 반응물 0.1 내지 5.0부의 양으로 사용되지만, 특정 실시양태에서는 그 보다 많거나 적은 양이 사용될 수도 있다. 이론에 근거하지는 않지만, 반응에서, 금속 아세테이트 이온 해리적 치환이 메틸 카보 양이온에서 일어나는 것으로 여겨진다. 이것은 가황 전구체를 방해하며, 그의 삽입은 후속 설피딕 브릿지 재배열을 위한 엘라스토머 펜던트 구조에서 새로운 작용 부위를 형성한다. 공정에서, O2-는 상 공간 입자 하전된 탄소 응집체(phase space particle charged carbon aggregate)와 함께 CO2로 전환된다. M2+와 S2- 사이의 강력한 상호작용은 강성 설피딕 브릿지(rigid sulfidic bridge)을, 오리지널 알릴 카보 양이온에서만 결합된, '테더 상태(tether state)'로 리버레이트(liberate)시키는 침전물을 형성한다. 제한되지는 않지만 다양한 금속 이온이 사용하기 적합하며, 예를 들어 Co2+(3*106의 H2O 금속 배위 매트릭스에 대한 리간드 교환율), Cu2+(5*109의 H2O 금속 배위 매트릭스에 대한 리간드 교환율), Ni2+(3*104의 H2O 금속 배위 매트릭스에 대한 리간드 교환율), Zn2+(2*107의 H2O 금속 배위 매트릭스에 대한 리간드 교환율), 및 Mn2+(2*107의 H2O 금속 배위 매트릭스에 대한 리간드 교환율)을 포함한다. 구리계 오가노금속 분자가 가열된, 수 환경에서 10의 배위수까지 나타낼 수 있다는 문헌에 실질적인 데이터가 존재한다. 이러한 배위 용량은 메틸 카보 양이온 반응 부위 근처의 억제 이성질체 '조각'으로부터 리간드를 포획함으로써 그 공정을 조력하는 슈퍼-플로피 매트릭스의 중간 형성을 제공한다. 리간드 포획 및 방출 속도는 다른 금속 보다 몇배 더 빠르다. 이러한 인상적인 능력은 다양한 구리계 반응 이성질체가 GTR 업팩킹-복분해 순서동안 존재하는 분자들의 혼성종(heterogeneous maw)으로부터 생성될 수 있다. 원소 황의 그것과 근접한 온도에서 상 변화를 나타내는 오가노금속 화합물을 선택함으로써 복분해 반응을 촉진시킬 수 있으나, 상이한 상 변화 온도를 갖는 오가노금속 화합물이 사용될 수도 있다. 유기 음이온 예를 들어 아세테이트를 갖는 이온 형태로 제공될 수 있다. 구리 아세테이트가 실시양태의 방법들에서 오가노금속 화합물로서 사용하기 적합할 수 있다.
보완 중합체
보완 중합체는 하이드록실-함유 중합체 또는 오가노금속 화합물과 제한된 반응성을 갖는 다른 중합체일 수 있다. 상기 중합체는, 제한되지는 않지만, 트리글리세라이드, 폴리하이드록실화된 중합체(폴리올, 분지된 및/또는 선형), 폴리사카라이드(크산탄 검, 구아 검, 카복시메틸레이트된 폴라사카라이드, 카복시프로필 폴리사카라이드, 셀룰로오스, 아라비아 검, 구아 검, 로커스트 빈 검(locust bean gum), 타라 검(tara gum), 카시아 검(cassia gum), 한천, 알기네이트, 카라기닌(carrageenan), 키토산, 스클로글루칸(scleroglucan), 디우탄(diutan), 또는 변성된 전분 예를 들어 n-옥테닐 석시네이티드된 전분, 다공성 전분, 및 하이드록시프로필- 및/또는 카복시메틸-유도체), 카보하이드레이트, 부분 가수분해된 폴리비닐 알콜, 및 폴리아미노산 예를 들어 폴리세린을 포함한다. 다른 적당한 보완 중합체는 비닐 알콜 또는 하이드록실-치환된 측쇄를 함유하는 다른 단량체를 함유하는 공중합체, 또는 하이드록실-함유 버젼의 중합체 예를 들어 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리카프롤락톤, 폴리에테르, 폴리티오에테르, 폴리에스테르아미드, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리비닐 알콜, 폴리우레탄, 폴리아세탈, 폴리비닐페놀, 폴리비닐 알콜, 또는 그들의 공중합체를 포함한다. 사용하기 적합한 중합체는 20mg KOH/g 이하 내지 500mg KOH/g 이상의 OH 수(DIN 53240-2에 따라 결정됨), 및 250g/mol 이하 내지 10000g/mol 이상의 평균분자량을 가질 수 있다.
에스테르, 예를 들어 지방산 에스테르, 예를 들어 야채유가 보완 중합체로 사용하기 특히 적합하다. 야채유는 식물로부터 유도된 지질 (에스테르), 전형적으로는 트리글리세라이드의 형태이다. 적합한 야채유는, 제한되지는 않지만, 코코넛유, 옥수수유, 면화씨유, 올리브유, 팜유, 땅콩유, 유채씨유(rapeseed oil), 홍화유, 대두유, 해바라기유, 아몬드유, 피마자유, 캐슈유(cashew oil), 헤이즐넛유(hazelnut oil), 마카다미아유(macadamia oil), 몬곤고 너트 유(mongongo nut oil), 피칸유(pecan oil), 파인 너트 유(pine nut oil), 수박씨유, 아카이유(acai oil), 블랙커런트씨유(blackcurrant seed oil), 보리지씨유(borage seed oil), 달맞이꽃씨유(evening primrose oil), 아마란트유(amaranth oil), 살구유, 사과씨유, 아르간유(argan oil), 아티초케유(artichoke oil), 아보카도유(avocado oil), 바바수유(babassu oil), 벤유(ben oil), 보네오 탈루우 너트 유(borneo tallow nut oil), 치자나무 열매유, 카로브 포드 유(carob pod oil), 카시아유, 코코아 버터유, 코클레버유(cocklebur oil), 코휸유(cohune oil), 고수씨유(coriander seed oil), 디카유(dika oil), 팰스 아마유(false flax oil), 아마씨유, 포도씨유, 햄프유(hemp oil), 케이폭씨유(kapok seed oil), 케나프씨유(kenaf seed oil), 랄레만티아유(lallemantia oil), 아마인유(linseed oil), 마룰라유(marula oil), 메도우폼씨유(meadowfoam seed oil), 이아도우폼씨유(eadowfoam seed oil), 겨자유, 육두구 버터(nutmeg butter), 오크라씨유(okra seed oil), 파파야씨유(papaya seed oil), 페릴라씨유(perilla seed oil), 페키유(pequi oil), 잣유(pine nut oil), 양귀비씨유(poppyseed oil), 푸룬 커널유(prune kernel oil), 퀴노아유(quinoa oil), 람틸유(ramtil oil), 쌀겨유, 우피소유(royle oil), 사차 인치유(sacha inchi oil), 차씨유(tea seed oil), 엉겅퀴유(thistle oil), 기름골유(tigernut oil), 토마토씨유, 맥아유, 해조유(algae oil), 코파이바(copaiba), 홍유(honge oil), 자트로파유(jatropha oil), 호호바유(jojoba oil), 밀크 부쉬(milk bush) 및 페트롤륨 너트(petroleum nut)를 포함한다. 상기 야채유는 그들 원래의 상태로 사용되거나, 또는 다른 과정, 예를 들어 수소화에 적용시킬 수 있다. 또한 동물-유도 오일, 예를 들어 라드(lard)로부터 유도된 오일이 고려된다. 식물 또는 동물 공급원으로부터 유도된 천연산 야채유가 유리하게 사용되지만, 상기 오일들의 합성 버젼이 고려되기도 한다.
하이드록실-함유 보완 중합체들이 유리하게 사용될 수 있지만, 다른 중합체들 또한 사용될 수 있다. 이들 중합체는 중합체 매트릭스로 가교를 형성할 수 있으며, 오가노금속 화합물에 대한 최소 반응성을 나타낸다. 카본 블랙을 함유하지 않는 중합체 물질 예를 들어 버진 고무와 같은 특정 프로세스 오일이 사용에 적합할 수 있다. 이들 물질은 제한되지는 않지만 스티렌-부타디엔 고무, 스티렌-부타디엔-스티렌, 예를 들어 방사상 분지된 SBS, 실리콘 중합체, 및 부타디엔 단독중합체를 포함한다. 그의 예는 폴리알킬실록산, 폴리아릴실록산, 폴리알콕시실란, 및 폴리아릴록시실록산 오일 및 실리콘 오일을 포함한다. 폴리실록사의 특정 예는 메틸 페닐 실리콘, 메틸 톨릴 실리콘, 메틸 에틸페닐 실리콘, 에틸 페닐 실리콘, 프로필 페닐 실리콘, 부틸 페닐 실리콘, 및 헥실 프로필페닐 실리콘, 또는 알킬 페닐 실리콘과 같은 실리콘들을 포함한다. 알킬 페닐 실리콘에 대한 알릴기는 지방족 기, 예를 들어 메틸, 프로필, 펜틸, 헥실, 데실 등; 지환족 기, 예를 들어 사이클로헥실, 사이클로펜티라 등; 아릴기, 예를 들어 페닐, 나프틸 등; 아르알킬기; 알크아릴기, 예를 들어 톨릴, 크실릴 등; 및 할로겐화된, 산소-함유, 및 질소-함유 오가닐기 예를 들어 할로겐화된 아릴기, 알킬 및 아릴 에테르기, 지방족 에스테르기, 유기산 기, 시아노알킬기 등을 포함한다. 알킬기는 1 내지 약 30개 또는 그 보다 많은 탄소원자를 함유할 수 있다.
임의의 적당한 양의 보완 중합체가 전형적으로는 보완 중합체 1중량부 대 부스러기 고무 1 내지 99중량부의 비율, 또는 보완 중합체 1중량부 대 부스러기 고무 2 내지 20중량부의 비율, 또는 보완 중합체 1중량부 대 부스러기 고무 4 내지 9중량부의 비율, 또는 그들 사이의 임의의 비율로 사용될 수 있다. 그러나, 특정 실시양태들에서 상기 언급된 범위를 벗어나는 비율이 사용될 수도 있다. 용어 "보완 중합체"가 본원에서 사용되는 경우 순수한 중합체 물질 또는 단일 중합체를 포함하는 중합체 물질, 또는 상이한 화학 및/또는 크기 분포의 중합체들의 조합물을 가리키는 것으로 사용된다. 예를 들어 하나의 예시적 보완 중합체는 150kDal 내지 200kDal 범위의 피크 분자량을 갖는 성분들을 포함할 수 있다.
예시적 건조 반응 공정
원통형 롤러를 핀칭(pinching)하는 롤러 밀에서 부스러기 고무에 Cu(Ac)2 및 피마자유를 부가하였다. 혼합물을 주변 조건하에서 상기 밀을 통해서 순환시켰다. 30 사이클 후, 물질이 자체 부착되었다. 생성되는 물질은 고도로 탄성인 것(예를 들어 그의 안정기 길이(resting length)를 파열시키거나 변화시키지 않고 2배 이상 신장될 수 있음)이고 신장될 때 반투명한(translucent) 것으로 관측되었다.
특정 실시양태에서 부스러기 고무와 오가노금속 반응물의 혼합물이 사용되되, 상기 혼합물은 1.5중량% 내지 2.5중량%의 오가노금속 반응물을 포함하지만, 그 보다 많거나 적은 양의 오가노금속 반응밀이 특정 실시양태에서 사용될 수도 있다. 이러한 혼합물은 보완 중합체에 부가될 수 있거나, 그 반대도 가능하다.
중합체 매트릭스의 모폴로지
위에서 기술된 방법에 의해서 제조된 중합체 매트릭스는 부스러기 고무로부터 유도된 카본 블랙을 엔캡슐화하여 카본 블랙을 중합체 매트릭스에 유지시키는 기능을 한다. 모폴로지는 중합체 매트릭스 내부에 분포된 유기화된, 엔캡슐화된 탄소 성분들(예를 들어 EOL 타이어로부터 유도된 카본 블랙 및/또는 그래핀)로서 기술될 수 있다. 엔캡슐화는 중합체 매트릭스로부터 방출되는 것을 방지하는 카본 블랙용 엔터릭 엔벨로프(enteric envelope)로 볼 수 있다.
이것은 동일한 공정, 즉 보완 중합체 없이 처리된 유일한 중합체 물질로서 GTR 중합체와 대조적이다. GTR이 중합체 매트릭스 중의 유일한 중합체인 경우, 효과적 입자 크기가 5 미크론에 근접할 때 그 매트릭스로부터 카본 블랙을 잃는 것으로 관측된다. 따라서, 매트릭스 중에 카본 블랙을 유지하기 위해서, 유효 입자 크기를 높은 수준(5 미크론 초과, 예를 들어 6, 7, 8, 9, 또는 10 미크론 이상)으로 유지하는 것이 필요하다. 물질들은 두께 10 미크론 미만의 오픈 가교된 매트릭스를 갖는 다중 라미네이트(multiple laminates)를 포함하는 순수한 GTR 중합체로부터 제조될 수 있다. 보다 작은 두께에서, "스미어블(smearable)" 구조가 생성되며, 이것은 카본 블랙의 상응하는 방출로 상호침투 구조의 파괴를 의미한다. 이론에 근거하려는 것은 아니지만, 순수한 GTR 중합체-함유 매트릭스가 엘라스토머 특성을 나타내기 위해서는 일정 정도의 프리 루핑(free looping)이 필요하다. 5 미크론의 유효 입자 크기 미만에서 순수한 GTR 중합체-함유 매트릭스의 프리 루프 반경은 카본 블랙이 상기 매트릭스에서 가교된 PTR의 루프로부터 유리될 수 있도록 영향을 받는다.
카본 블랙이 중합체 매트릭스로부터 방출되기 시작하는 시점에서 GTR 중합체의 박막을 보완 중합체에 일체화시킴으로써 보강 효과가 관측된다. 이론에 근거하려는 것은 아니지만, 보완 중합체는 우월한 탄성 특성을 제공하는 GTR 중합체의 부위들을 개방하도록 연결하는 것으로 여겨진다. 본원에서 기술된 바와 같은 보완 중합체를 부가함으로써, 더욱 작은 유효 입자 크기에서 카본 블랙의 유지가 관측될 수 있다(즉, 5 미크론 미만, 예를 들어 4, 3, 2, 또는 1 미크론 이하). 유효 입자 크기를 5 미크론 이하로 감소시킴으로써 중합체 매트릭스는 외부 밀링 없이 얻어진 반응 부위의 표면적 및 수가 만족스러운 물질을 생성하게 되도록 그래프트될 수 있다. 따라서, 부스러기 고무와 함께 보완 중합체를 사용하는 것은, 종래 블랙 마스터배치와 비교하여 개선된 엘라스토머 특성을 가지면서 5 미크론 미만의 유효 입자 크기를 갖는 중합체 매트릭스의 생산을 가능하게 한다.
실시양태의 중합체 매트릭스의 훨씬 작은 등가의 입자크기는 특히 아스팔트와 균질한 혼합물을 형성할 때 다수의 이점을 제공한다. 타이어 고무는 대략 1.1의 비중을 나타내는 반면, 아스팔트는 대략 1.02의 비중을 나타낸다. 따라서 타이어 부스러기 고무는 아스팔트와 현탁액으로 침전될 수 있다. 아스팔트 중의 타이어 부스러기 고무의 종래 혼합물과 대조적으로, 실시양태의 중합체 매트릭스는 아스팔트 중에서 현탁액을 유지하게 된다. 이론에 근거하려는 것은 아니지만, 이러한 현탁액을 유지하는 능력은, 종래 타이어 부스러기 고무 또는 보완 중합체 부재하에서 본원에서 기술된 바와 같이 처리한 순수한 GTR 중합체와 비교하여 중합체 매트릭스에 대해 얻어질 수 있는 보다 작은 유효 입자 크기(5 미크론 미만)에 관한 것이다. 상기 공정은 1 미크론 필터를 통과할 수 있고 탄성 회복을 나타낸다는 점에서 아스팔트에 혼합하기 적합한 물질을 생성한다.
전술한 바와 같이, 부가된 보완 중합체는 당해 분야에 공지된 프로세스 오일을 포함할 수 있다. 적당한 양, 예를 들어 혼합물의 1 내지 20중량%에서 생성된 물질은 보다 큰 강도를 나타내고 연화하지 않으며, 예를 들어 개선된 인장강도 및 연신율을 나타낸다. 이론에 근거하려는 것은 아니지만, 프로세스 오일은 PTR에서 팽윤을 유발하여, 가교할 수 있는 표면 상의 반응성 부위를 개방하는 것으로 여겨진다. 생성되는 높은 인장강도 물질은 버진 고무의 그것과 유사하거나 또는 그 보다 우월한 강도 특성을 나타낸다. 예를 들어 우월한 엘라스토머 특성을 나타내는 예시적 박막은 90% PTR 및 10% 중합체의 혼합물로부터 제조될 수 있다. 이러한 물질은 카본 블랙의 존재에 기인하여 블랙 칼러를 제외하고는 버진 고무의 그것과 유사한 특성을 나타낸다.
PTR에 속하는 공중합체를 선택함으로써, 생성되는 가교 중합체 매트릭스의 특성들이 선택될 수 있다. 예를 들어, 분자당 2.7개의 반응성 단위를 갖는 톨루엔 디이소시아네이트 가교제를 갖는 보완 중합체로서 폴리우레탄을 사용하는 경우 하나는 열가소성 물질을 얻을 수 있다. 분자당 2.4개의 반응성 단위가 존재하는 경우, 생성되는 물질은 열경화 특성을 나타낸다. 상기 보완 중합체에 존재하는 NCO 기의 양을 감소시킴으로써 가소제로서 사용하기 적합한 물질이 얻어진다. 폴리올을 가교제(예를 들어 톨루엔 디이소시아네이트)와 반응시킴으로써, GTR 중합체와의 가교가 촉진될 수 있다. 예를 들어 스티렌-부타디엔 고무와 같은 다른 중합체 물질 또한 혼입되어 예비 결정된 특성들을 갖는 엔지리어링 고무 제품을 수득할 수 있다.
실시양태의 중합체 매트릭스는 방사선 차폐 물질로 제조될 수 있다. 유기화된, 엔캡슐화 탄소 성분(예를 들어 카본 블랙 및/또는 그래핀)은 방사선 차폐를 제공한다. 유기화된, 엔캡슐화 탄소 성분은, 카본 블랙 및/또는 그래핀 이외에 예를 들어 중정석(barite), 붕산염, 탄화붕소, 바륨, 금속 예를 들어 전이금속, 텅스텐, 구리, 바나듐, 금, 납, 도핑된 폴리피롤, 이산화티탄, 방사선 차폐 유리 입자, 예를 들어 CeO2, PbO, Tm3+와 같은 도판트 또는 방사선 차폐[예를 들어 고주파 방사선(radiofrequency radiation) 및/또는 열 방사선 차폐)에 사용하기 위한 당해 분야에서 공지된 다른 도판트를 함유하는 유리 미세구(glass microsphere)를 포함할 수 있다.
중합체 매트릭스의 방사선 차폐 특성은 예를 들어 포장 및 루핑에서 문제시되는 노화가 존재하는 적용에서 유리하다. 시간 경과에 따라, 버진 중합체, 또는 카본 블랙을 함유하지 않는 다른 중합체를 함유하는 종래 포장 또는 루핑 물질은 열 또는 고주파 방사선를 비롯한 요소들에 노출시 노화를 진행하게 된다. 포장의 예에서, 실시양태의 중합체 매트릭스에서 출발물질로서 부스러기 고무 5중량%의 존재는 카본 블랙의 존재로 인하여 포장 재료의 노화 저항을 현저히 증가시킨다. 10중량%의 부스러기 고무가 출발물질로서 사용되는 경우 포장 수명이 실질적으로 늘어난다(즉, 40년 이상). 20중량%의 부스러기 고무가 예를 들어 아스팔트에서 출발물질로서 사용되는 경우 방사선 차폐에 적합한 물질이 수득된다. 상기 물질은 스프레이에 의해서 표면에 유리하게 도포될 수 있거나 또는 시트 형태 단독으로 또는 다른 물질과의 복합재 형태로 오버레이(overlay)될 수 있다.
방사선 차폐를 위한 한 실시양태는 지지 물질, 절연 물질, 또는 다른 백킹 물질(예를 들어 멤브레인 또는 패브릭(직물 또는 부직물))에 적용된 중합체 매트릭스의 층을 사용하되, 상기 중합체 매트릭스 층은 스프레이, 침지, 라미네이션 또는 다른 기법에 의해서 적용된다. 예를 들어 0.25 내지 1mm의 두께를 갖는 지지 물질에 적용된 중합체 매트릭스의 층은 예를 들어 전자공업에서 방사선 차폐 물질로서 사용하기 적합할 수 있다. 상기 층은 사용중 신체에 대한 근접성으로 인한 사용자의 방사선 노출을 최소화하는데 바람직할 수 있는 휴대폰 차폐용으로 특히 유용하다. 방사선 차폐가 바람직할 수 있는 다른 용도는 예를 들어 고주파 방사선의 진출(entry or exit)을 방지하거나, 또는 민감한 전자장치의 프라이버시, 보안 또는 보호를 위한, 패러데이 상자(faraday cage)로서 기능하는 구조물을 포함한다. 상기 물질의 추가의 이점은 충격 흡수능 및 내수성을 포함한다. 이러한 실시양태에서, 방사선 차폐 물질 중에 실리콘 성분, 에를 들어 실리콘계 프로세스 오일을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
도 15는 버진 중합체, 터미널 블렌드(terminal blend)/버진 중합체, GTR/버진 중합체, 및 PTR에 대한 완화된 응력 단위(W/g/sec)로서 피로 저항을 도시한다. 데이터가 나타내는 바와 같이, PTR은, 종래 물질과 비교할 때, 보다 긴 서비스 수명(서비스 년수)를 부여하는 우월한 피로 저항을 나타낸다.
포장도로 취성의 완화
가요성 도로는 전형적으로 대략 8중량부의 역청질 결합제와 95중량부의 골재(예를 들어 석재) 매트릭스를 함유하는 아스팔트 콘크리트(AC)로 구성된다. 안전성 문제 및 과잉 균열 및 석재 손실-결합제 취화로 인한 손실-과 관련된 유지 비용 상승 때문에 AC 포장도로는 전형적으로 15-20년 간격으로 덧씌워지거나 그라운드 다운(ground down)된다. AASHTO PG 압력 노화 용기 표준(AASHTO PG Pressure Aging Vessel Standards; PAV R28 Test)은 20시간에서 60시간의 간격으로 상승된 대기압 및 온도에서 신선한 역청 혼합물을 인공적으로 노화시키도록 설계되고, 그 후 신도(ductility)를 측정하여 유용한 예상 수명을 결정한다.
약 1,800nm 내지 3,000nm의 피크 파장을 포함하는, 대략 235℉에서 가열된 용기를 이용하는 상기 PAV 환경은 아스팔트 결합제가 AC 포장재의 성분으로서 기능하는 유해 전기화학 환경을 충분히 시뮬레이션하지 못한다. 이러한 분석 방법에 따라 역청의 잠재적 장기 성능에 관해 불가피하게 차선책을 유도한다.
PAV R28에서 시뮬레이션된 것들 또는 종래의 촉진된 노화 방법을 사용하는 유사 시험 보다 작업시 훨씬 강력한 전기화학적 힘이 존재한다. 포장 재료 중의 아스팔트 노화에서 작업시 메카니즘의 보다 원활한 이해를 제공하는 새로운 정보 및 그 정보로부터 유도된 결론을 얻었다. 이들 메카니즘 및 그것들이 어떻게 포장 종료 수명을 알리는 화학적 변화를 전파하는지를 보다 잘 이해하면 가요성 도로의 유용한 서비스 수명을 실질적으로 연장하는 아스팔트 노화에 대한 표적 해결책을 제공할 수 있다.
골재 분량
아스팔트 콘크리트에 사용된 분쇄된 골재는 포장 산업에 사용되는 "0.45 파워 그래데이션 차트(0.45 Power Gradation Chart)"(PGC)에 따라 등급화된다. 승인된 골재는 경질이고 견실하며(sound), PGC에 따라 균일하게 혼합되고 압축될 때 최소한의 공극으로 포개진다. 분쇄된 표면들 사이에서 슬라이딩을 촉진하는 아스팔트로 코팅된 다음, 진동 압축에 의해서 조밀화시킬 때 5 내지 6부피%의 공기 공극 밀도가 성취될 수 있다.
조밀한 등급의 포장 혼합물에서 골재의 표면적은 변할 수 있지만 아스팔트 인스티튜트 MS-2 모델(Asphalt Institute MS-2 Model)에 따라 계산하는 경우 PGC에 따라 등급화된 아스팔트 콘크리트 2 in 상승이 수평의 완성된 포장 운점면 1 yd2 당 대략 1100000 in2의 표면적을 갖게 될 것이다. 분쇄된 골재의 표면은 깊은 천공(profound asperity)을 나타내기 때문에, 진실한 응력 전달 표면(true stress transfer surface; TSTS)이 훨씬 적다. 조심스럽게 측정하면 압축-중첩된 조밀한 등급의 골재 표면들 사이의 접촉 면적은 이론 면적의 약 1/10000이거나, 또는 맞물림 골재 돌기들(interlocking aggregate asperities) 사이에 샌드위치된 얇은 흡수성 아스팔트 접착제 결합 멤브레인을 통해서 모든 롤링 하중 응력을 이동시키는 200 in2의 하중 전달 영역과 동등한 석재-대-석재인 석재 당 운전면 1 yd2 당 약 100 in2이다.
롤링 하중 응력 전달 매크로-동력학
AC 포장 디자인은 도로의 서비스 수명동안 예상된 교통 부하(ESAL) 및 차량 이동을 중심으로 구축된다. 동등한 단일 차축 하중(Equivalent Single Axle Loading; ESAL)은 18000 lb이거나, 또는 대략 4개의 타이어를 갖는 단일 트럭 차축과 동등하다. 포장도로를 접촉하는 4개의 (로딩된) 트럭 타이어의 대략적인 표면적은 대략 90 in2 또는 포장면 위에서 대략 200 psi 하중이다. 주행 속도에 따라, 하중 풋프린트(load footprint)는 평균 45°로 확산될 수 있으며, 이것은 그 면적을 1 in의 포장 깊이에서, 타이어와 포장면 사이의 접촉 지점에서 경험한 것의 약 2배로, 또는 약 180 in의 벌크 전달 면적으로 증가시킨다.
1.0 psi는 195J의 에너지에 상응한다. 따라서 60mph의 속도로 주행하는 단일 1800 lb 롤링 트럭 차축 하중(1 ESAL)은 구동면의 상부 2 in에 및 그를 통해서 연속적으로 전송된다(39000 J의 에너지)
60mph의 표면속도에서 0.005"의 TSTS를 상정했을때, 각각의 에너지 전송점에 대한 체류 시간은 약 13 밀리초이다. 39000 J의 에너지를 TSTS 몫(quotient)(1/10000)으로 변환하면, 전송된 에너지는 390000000 J(390 MJ)이다. 1.0J/sec = 1.0W이므로, 소실된 에너지(포텐셜)은 30W 전구에 의해서 사용된 에너지와 동등하다-모두 인간의 머리카락 직경보다 크지 않은 아스팔트 중합체 멤브레인 접촉점을 통해서 이루어진다. 이러한 단일 트럭 차축이 3 피트의 휠 트랙을 가로질러 이동할 때 다른 방식으로 표현하면, 670개의 전구를 비추기 위해서 하도 포장 접착제를 통해서 충분한 에너지를 소비한다. 공지의 도체 예를 들어 구리를 통해서 전송되고 소비된 많은 에너지가 신뢰할 수 있는 금속 구조물을 심하게 과열시켜서 신속한 충돌을 유발할 것으로 예상될 수 있다. 다년에 걸쳐서 이러한 에너지 분량은 아스팔트의 유기 구조를 즉시 녹이고, 차잉(charing)하고 파괴시킬 것으로 예상된다. 그것은 분자 수준에서 행해지지만, 분해의 출현과 실패 메카니즘은 만성적이고 점진적인 파괴이며, 이것은 이해하기 위해 검사가 필요하고 그에 의해서 실패 메카니즘을 줄이는 혁신을 차트화하는 것이 필요하다.
롤링 하중 응력 전달 원자 규모 동력학
대부분의 표면은 자동으로 평탄해지지는 않으며, 상기 두 표면들이 접촉할 때, 그들 사이의 접촉은 그들의 맞물림 돌기들에서만 일어난다. 결과적으로, 에너지 전달은 뚜렷한 (육안으로 보이는) 접촉 면적에 독립적이지만, 실제 접촉 영역에 사실상 비례한다. 소산 에너지가 평가될 수 있는 많은 수준의 기하학적 복잡성이 존재하지만, 석재-상-결합제-상-석재(stone-on-binder-on-stone)가 도 16에 도시되어 있다.
이웃하는 하중 베어링 점점들 사이의 접촉점에서 포스트-하중 지오그래피를 통한 예비-하중은 미세한 기계적 편향을 경험하지만, 상기 접촉점들 사이에 있고 밖으로 퍼지는(emanating) 가요성 필름은 불규칙한 토폴로지(topologies)로 구성된 불균형 계면(incommensurate interface)의 개방 간극으로 롤링하거나 이동하는 입자들처럼 거동한다. 분자들은 항상 국부 에너지 최소점을 찾는다. 따라서 포장면 상의 롤링 하중의 통과와 연관된 에너지의 고강도 분출은 접촉 브릿지에서의 통과를 시작하지만, 훨씬 많은 부분의 서라운딩 갭(surrounding gap)이 그 '작업'을 확산시키고 소산시키도록 활성화된다. 여기서 아스팔트 취성과 연관된 실패 메카니즘이 가장 잘 이해되고 있으며 상기 메카니즘을 경감시킬 수 있는 기회가 최적의 효과를 얻을 수 있는 최상의 기회를 가진다는 것이 여기에 있다.
ESAL 롤링 하중은 음파를 동작시 셋팅하는 석재 결정질 구조의 진동으로 기계적으로 변환시킨다. 이러한 진동 에너지는 TSTS를 통해서 조밀하게 압축된 골재 구조에서 이웃하는 석재로 전달한다. 상기 TSTS는 막히기 시작하는 축적된 음파에 대한 신속한 전달이 이루어지고, 이어서 밀도가 카운터-웨이브가 형성되는 석재에 영향을 주고 그것이 그 석재 내부의 저장된 에너지로 전환시키거나 혹은 음향파(acoustic wave) 형태로 접착제 결합선을 따라 타워 웨이브 강도(tower wave intensity)에서 이웃하는 석재로 통과시킨다. 도로 표면 및 하도 기재는 증가된 일광 및 교통 하중을 겪게 되므로, 시스템 내부의 에너지는 균형을 찾는 것을 지속하게 된다.
아스팔트는 하기 4가지 카테고리로 특징지워질 수 있다: 포화물(Saturates), 방향족, 수지 및 아스팔텐(Asphaltenes; SARA). 도로용 아스팔트는 일반적으로 하기 범위의 상기 분자 요소들로 구성된다: 포화물 1 내지 4%, 방향족 18 내지 30%, 수지 18 내지 30% 및 아스팔텐 8 내지 35%. 상기 SARA 조성은 일반적으로, SAR이 연속상 또는 말텐 상(Maltene Phase)으로서 지칭되고 아스팔텐이 현탁된 상인 2상 물질로서 논의된다. TSTS의 매우 높은 에너지 전달 영역에서 음파는 플라즈몬(plasmon) 형태의 폴라리톤-전구체를 형성하게 된다. 극성 방향족인 수지 및, 주로 나프텐계 구조이고 실제로 비극성인 방향족은 아스팔텐 코어 주위에서 벽난로(mantel) 형태로 슈퍼 응집을 형성하는 것으로 알려져 있다. 아스팔텐이 극성인 경우, 맨틀(mantle) 두께를 유도하고 유지하기 위한 그들의 영향은 그의 서브-응집체 치수를 약 2 내지 3배로 감쇠시킨다. TSTS 내부에 생성된 매우 높은 압력이 플라즈먼 씨켓(plasmon thicket)으로부터 450nm 내지 550nm 범위에 속하는 '강제 파장(forced wavelength)'을 전송할 때, 수지 및 방향족 구조(들)의 최근접 분자 영역으로의 상기 파장의 전송은 포토일루미네이트(photoilluminate)하여 포논-폴라리톤 케스케이드(phonon-polariton cascade)를 유도한다.
바로 주변의 석재 아스팔트 계면으로 돌아가고, 또한 예비-강화된-플라즈몬 환경(pre-potentiated-plasmon environment)을 갖는 상기 초기 포토-일루미네이션은 다중 폴라리통-방전을 일으키는 연쇄 반응을 일으키며; 상기 폴라리톤의 온도는 지속 시간은 짧지만 1600℉ 내지 2000℉ 이상의 범위일 것으로 예측되기 때문에 다중의 동시 조명(lighting)과 유사한 무언가가 충돌하게 된다. 폴라리톤 피크-파장은 현재의 AASHTO 가속된 산화적 노화 프로토콜에 의해서 생성된 PAV 와트 밀도 보다 기하급수적으로 높은 와트 밀도를 갖는 700nm 내지 900nm의 범위이다.
폴라이톤-방출은 한번에 수개의 분자인 경우에만 수지 및 방향족 구조들의 연성의 저 분자량 탄화수소쇄를 신속하게 탈수소화하기에 충분한 에너지를 갖는다. 궁극적으로 하루에 수천대의 차량 이동으로 포장도로에서 벌크 특성의 지속적인 손실을 초래하게 된다. 포장 단면의 상부에서 하부로의 비대칭적 에너지 소실로 인하여 예상될 수 있는 바와 같이 (그리고 실제 경우에서와 같이) 포장도로의 취화가 노면의 최상부 영역에서 시작된다.
대부분의 아스팔트의 접착제 및 가요성 특성들은 수지 및 방향족 분자 구조에 의해서 제공된다. 아스팔텐은 슈퍼코일되고(supercoil), 고 분자량(>50,000 Dal)이고, 폴라리톤-방출 에너지에 의해서 영향 받지 않는 고도의 탄소질 구조이다. 이러한 탈수소는 이들 영향 받기 쉬운 수지 및 방향족 분자들을 축소시키고, 그에 의해서 포장도로 가요성의 점진적인 손실을 유도한다. 탈수소 단계는 석재-대-석재 틈새 영역에 포집된 공기와의 조합으로 해리된 수소원자의 부산물로서 H2O의 형성을 포함한다. 아스팔트-석재 경계층 깊은 곳에 물이 존재하면 골재의 금속 산화물 화학으로 -OH 기를 형성함으로써 아스팔트-대-석재 접착제 일체성(integrity)을 점진적으로 분해시킨다. 카복실레이트 및 설폭사이드 이온은 상기 공정도중에도 생성되는 유해 부산물이다. 상기 공정은 산화적 취화로서 특징지워진다.
중합체 변성제
장기간 포장 프로그램(Long Term Paving Program; LTPP)은 25년간의 연구를, "가요성 포장도로는 산화적 취화로 감퇴한다. 버진 중합체 예를 들어 SBS, EVA 등은 아스팔트의 2상의 이동 및 분리를 안정화시키는데 도움을 주지만, 일반적으로는 상기 산화적 취화 공정에 충분한 전기화학적 이동을 추가하지 않는다"라는 발표로 요약한다.
충분한 밀도의 나노-카본 클러스터를 함유하는 아스팔트 변성제의 도입으로 산화적 취화 공정을 실질적으로 경감시킬 수 있다. 그에 의해서 AC 포장 도로의 가요성 및 피로 저항을, 종래 중합체 개질된 아스팔트 디자인 혼합물에 비해서 다년간 연장시킨다.
나노-카본 클러스터
블랙 마스터배치(BMB-1) 타이어 고무는 특히 200nm 내지 20000 범위의 적외선 에너지의 유효한 고 에너지 감쇠 효과가 입증된 대표적인 물질이다. BMB-1은 전형적으로는 카본 블랙과 고무의 30:70 조성물이다. 카본 블랙은 고 전단력 내부 믹서 예를 들어 시그마 블레이드 또는 밴버리 디자인을 사용하여 종종 천연 고무와 스티렌 부타디엔 엘라스토머의 블렌드인 고무로 밀링된다. 표적 클러스터 구성은 상호침투 엘라스토머 네트워크에서 충분히 엠베딩된 10nm 내지 50nm 패킷(packet)까지 분산되는 충분한 분포이다. 기본적인 카본 블랙 처리가 완성된 후, BMA-2를얻기 위해 가교제가 부가된다.
그렇게 형성된 카본 블랙 클러스터의 거동은 나노-카본 클러스터(NCC) 물리학에 관한 이해의 체계가 성장하는 것에 부합한다. 가장 주목할만한 점으로는 NCC는 내부 통로에 극도로 높은 원자 표면적을 나타내고, 원 적외선(IR)에서 마이크로파 대역에서 훨씬 작은 에너지 파장으로 재방출되면서 타임-오브-플라이트(time-of-flight)가 펨토초(femtosecond)의 규모에서 차단되므로 특히 IR 영역에서 클러스터에 전송된 전자기 에너지에 의해서 상기 통로가 파열된다는 것이다.
이것은 엄밀하게는 수지와 방향족 탈수소로 전자기 드라이버를 완화시키는데 필요한 이유이다. 그러나 원자 수준에서 아스팔트 매질과 BMB 사이의 분산 친밀도가 최적의 아스팔트 응력 차폐 및 안정화(S3)을 달성하는데 필요하다.
나노-카본 클러스터가 고려되지만, 다른 나노클러스터 예를 들어 실리콘 클러스터 또는 나노미터 치수(예를 들어 1-10nm)의 다른 고체 클러스터 또한 사용될 수 있다.
가공 방법
BMB-1 구조는 연화하고 가열된 아스팔트 내부에서 현탁된 상으로 분산한다. 고정자와 회전자 메카니즘 사이의 매우 높거나 극히 높은 전단은 상기 매질들을 일체화하는 상업적으로 구입가능한 수단이지만, 레질리언트, BMB-1 물질은 약 100 미크론의 크기에서 입자 평형에 도달하게 되며, 그 결과 가장 친밀한 것은 표면 흡착이다. 이것은 유효한 결과를 달성하는데 불충분한 친밀감이다. BMB-1 유형의 물질을 저점도 물질 예를 들어 가열된 아스팔트에 컴바인하는 신규한 방법이 고안되었다.
장치는 인터퓨젼 반응기(lnterfusion Reactor; IFR)이다. 그것은 예기치 않은 하기 2가지 기능을 갖도록 설계되었다: 1) 개방 블레이드 믹서의 고속 혼합 작용, 및 2) 혼합 압출기의 충돌하는 쐐기 작용. 단일 단계 장치가 도 17a 및 도 17b에 도시된다.
NCC 및 IFR은 S3 아스팔트를 생성한다.
20:80 BMB(PTR):아스팔트의 분자 인터퓨젼은 수지-방향족-아스팔텐을 제거하고 나노-클러스터를 마이크로-리프(micro-leaf)하여, BMB를 상호-침추하고 블렌드를 균일한 역청-충전된 엘라스터모로 균질화/분산시키며, 이것은 석재-대-석재 사이 계면을 가로질러 에너지 소산을 균일하게 분포시킨다. 포토-루미네센스 활성은 유해 폴라리톤-방출 및 다른 높은 에너지 농축이 역청 성분을 공격할 수 없도록 차단된다. 산화적 취화 공정은, 1) AC 포장 피로 저항, 2) 연장된 유지 사이클, 3) 유용한 수명 및 4) 수명-사이클-비용을 실질적으로 개선시킨다.
예시적인 방법, 장치 및 조성물
방법 1: 개질된 고무를 제조하는 방법으로서, 설피딕 결합을 방해하는 것과 함께 가황 고무 입자 내의 고무 매트릭스의 층간 분리를 유도하기 위하여, 캐비테이션을 갖는 상 공간 환경을 생성하도록 구성된 전기 기계식 반응기에 가황 고무 입자 및 오가노금속 화합물을 포함하는 수성 슬러리를 도입하는 단계를 포함한다.
방법 2: 방법 1에 있어서, 변위된 설피딕 결합을 재형성(reestablishing)하여 매트릭스 내부에 황 브릿지 가교되고, 재정렬된, 라미네이트를 형성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
방법 3: 방법 1에 있어서, 상기 층간 분리는 가황 고무 입자의 강성 설피딕 브릿지의 일부가 원래의 알릴 카보 양이온(allylic carbocation)에 테더된 상태로 남아 있으면서 원래의 메틸 카보 양이온에서 결합이 풀려나게 되는 것과 회합되는 것인, 방법.
방법 4: 방법 1에 있어서, 상기 오가노금속 화합물이 분자 기하구조를 갖는 금속을 포함하는, 방법.
방법 5: 방법 1에 있어서, 오가노금속 화합물이 Co2+, Cu2+, Ni2+, Zn2+, 및 Mn2+으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 이온을 포함, 방법.
방법 6: 방법 1에 있어서, 상기 오가노금속 화합물이 금속 이온에 대한 리간드로서 유기 음이온을 포함하는, 방법.
방법 7: 방법 6의 방법에 있어서, 상기 유기 음이온이 아세테이트 이온을 포함하는, 방법.
방법 8: 방법 1에 있어서, 상기 오가노금속 화합물은 구리 아세테이트인, 방법.
방법 9: 방법 1에 있어서, 상기 오가노금속 화합물은 115 내지 150
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범위에서 고체에서 액체로 상 변화되는, 방법.
방법 10: 방법 1에 있어서, 상기 전기기계식 반응기에서 온도는 냉각 재킷 또는 냉각 코일을 사용하여 주위온도로 유지되는, 방법.
방법 11: 방법 1에 있어서, 상기 가황 고무 부스러기는 200 메쉬 보다 큰 입자 크기를 갖는, 방법.
반응기 12: 복수의 슬롯을 갖는 회전자; 및 고정자;를 포함하는 전기 기계식 반응기로서, 상기 전기 기계식 반응기는 캐비테이션 되는 액체에 혼입된 공기, 오가노금속 화합물 및 분쇄된 타이어 고무 입자의 혼합물을 생성함으로써 상 공간 환경(phase space environment)을 생성하도록 구성된다.
매트릭스 13: 2 종 이상의 엘라스토머의 상호침투 네트워크를 포함하는 고무계 혼성 매트릭스로서, 상기 네트워크는 10 nm 내지 5 미크론인 평균 간격을 갖는, 황 브릿지 가교되고 재정렬된 혼합된 라미네이트를 포함하고, 여기서 각각의 라미네이트는 2종 이상의 엘라스토머 중 하나를 포함한다.
매트릭스 14: 매트릭스 13에 있어서, 라미네이트 사이에 분산된 카본 블랙 입자를 더 포함하는, 매트릭스
매트릭스 15: 매트릭스 13에 있어서, 상기 2종 이상의 엘라스토머는 버진 천연고무와 분쇄된 타이어 고무로부터 유도된 엘라스토머를 포함하는, 매트릭스.
매트릭스 16: 매트릭스 13에 있어서, 상기 2종 이상의 엘라스토머는 버진 스타이렌 부타디엔/부타디엔 고무와 분쇄된 타이어 고무로부터 유도된 엘라스토머를 포함하는, 매트릭스.
매트릭스 17: 매트릭스 13에 있어서, 상기 2종 이상의 엘라스토머 중 2종은 서로 다른 골격 화학을 갖는, 매트릭스.
매트릭스 18: 매트릭스 13에 있어서, 상이한 골격 화학을 갖는 상기 2종 이상의 엘라스토머 중 2 종은 함께 직조된 뒤 다른 하나로부터 분리되게 가교된, 매트릭스.
시트 19: 매트릭스 13에 따른 고무계 혼성 매트릭스인 시트.
시트 20: 시트 19에 있어서, 길이 인장 강도 대 너비 인장 강도에서 이방성을 나타내며, 길이 인장 강도 대 너비 인장 강도의 이방성이 1.1: 1 내지 3: 1인, 시트.
라미네이트 21: 시트 19에 따른 시트를 다수 개 포함하는 라미네이트.
라미네이트 22: 라미네이트 21에 있어서, 상기 시트 각각은 10 내지 70 미크론 범위의 두께를 갖는, 라미네이트.
라미네이트 23: 라미네이트 21에 있어서, 상기 시트 각각은 진공 열 융착되고 인접한 시트 간에 가교된, 라미네이트.
라미네이트 24: 라미네이트 21에 있어서, 상기 시트 각각은 인접한 시트의 이방성 그레인에 대해 30 내지 45°로 배향된 것인, 라미네이트.
구조체 25: 해결합되고(unbound), 레프테이트된(reptated) 내부 형태를 갖는 분쇄된 타이어 고무 복합 구조체로서, 여기서 그 내부의 강성 설피딕 결합의 일부는 원래의 알릴 카보 양이온과 메틸 카보 양이온에 각각 테더되고, 원래의 메틸 카보 양이온에서 해결합된다.
가황 고무 26: 가황 고무로서, 여기서 그 내부에 있는 강성 황화 결합의 부분은 원래의 알릴 카보 양이온에서 각각 테더되고 원래의 메틸 카보 양이온에서 해결합되며, 여기서 상기 가황고무 내 중합체 골결의 일부는 아세테이트 모이어티에 의해 치환된다.
상호연결 치환 고무 27: 실질적으로 본원에 기재된 바와 같은 상호 치환 고무.
물품 28: 본원에 기재된 바와 같은 상호연결 치환 고무 제품을 포함하는 타이어 트레드, 타이어 측벽, 루핑 멤브레인, 고유전율 테이프, 탱크 라이닝, 저수지 라이닝, 트렌치 라이닝, 다리 밑 깔개, 와이어 하니스 랩, 자가-결합 와이어 하니스 랩, 신발 밑창, 고무 부츠, 전기 테이프, 기초 방수제, 주차장 방수제, 호스, 벨트 또는 몰딩.
고무 타이어 29: 타이어 내의 고무의 3 중량% 내지 15 중량%가 본원에 실질적으로 기재된 방법에 의해 제조되는 고무 타이어.
고무 타이어 30: 타이어 내의 고무의 15 중량% 내지 100 중량%가 본원에 실질적으로 기재된 방법에 의해 제조되는 고무 타이어.
타이어 트레드 31: 실질적으로 본원에 기재된 상호연결 치환 고무를 10 중량% 내지 50 중량%로 포함하는 타이어 트레드.
타이어 측벽 32: 실질적으로 본원에 기재된 상호연결 치환 고무를 5중량% 내지 100 중량%로 포함하는 타이어 측벽.
아스팔트-고무 결합제 33: 실질적으로 본원에 기재된 상호연결 치환 고무를 5중량% 내지 95 중량%로 포함하는 아스팔트-고무 결합제.
아스팔트 에멀젼 34: 실질적으로 본원에 기재된 상호연결 치환 고무를 5중량% 내지 95 중량%로 포함하는 아스팔트 에멀젼.
아스팔트 루핑 재료 35: 실질적으로 본원에 기재된 상호연결 치환 고무를 5중량% 내지 95 중량%로 포함하는 아스팔트 루핑 재료.
방법 36: 설피딕 결합을 방해하면서 배위되는 가황 고무 입자들 내부에 고무 매트릭스의 해적층(delamination)을 유도하고 상기 중합체 매트릭스로의 보완 중합체의 가교를 유도하여 상기 중합체 매트릭스가 카본 블랙 입자들을 엔캡슐화(encapsulate)하도록, 가황 고무 입자들, 보완 중합체, 및 오가노금속 화합물을 혼합물로 컴바인(combine)하는 것을 포함하는 중합체 매트릭스의 제조방법.
방법 37: 방법 36에 있어서, 컴바인이 혼합물에 압력을 적용하는 것을 포함하는 방법.
방법 38: 방법 36에 있어서, 컴바인이 롤러 밀에서 컴바인하는 것을 포함하는 방법.
방법 39: 방법 36에 있어서, 컴바인이 캐리어 유체로서 물의 부재하에서 수행하는 것을 포함하는 방법.
방법 40: 방법 36에 있어서, 변위된 설피딕 결합을 재형성하여 매트릭스 내부에 황 브릿지 가교된, 재배열된, 라미네이트를 형성하는 것을 추가로 포함하는 방법.
방법 41: 방법 36에 있어서, 해적층이 오리지널 알릴 카보 양이온에 테더된상태(tethered)를 유지하면서 오리지널 메틸 카보 양이온에 해결합된(unbound) 가황 고무 입자들의 강성(rigid) 황 브릿지의 일부와 회합되는(associated) 것인, 방법.
방법 42: 방법 36에 있어서, 오가노금속 화합물이 팔면체 분자 기하구조를 갖는 금속을 포함하는 것인, 방법.
방법 43: 방법 36에 있어서, 오가노금속이 Co2+, Cu2+, Ni2+, Zn2+, 및 Mn2+로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 이온을 포함하는 것인, 방법.
방법 44: 방법 36에 있어서, 오가노금속 화합물이 금속 이온에 대한 리간드로서 유기 음이온을 포함하고, 선택적으로는 상기 유기 음이온이 아세테이트 이온을 포함하는 것인, 방법.
방법 45: 방법 36에 있어서, 오가노금속 화합물이 구리 아세테이트인 방법.
방법 46: 방법 36에 있어서, 오가노금속 화합물이 115℃ 내지 150℃의 범위에서 고체에서 액체로의 상 변화를 수행하는 금속 염인 방법.
방법 47: 방법 36에 있어서, 전기기계 반응기에서 온도가 냉각 자켓(cooling jacket) 또는 냉각 코일(cooling coil)을 사용하여 주위 온도로 유지되는 것인, 방법.
방법 48: 방법 36에 있어서, 가황 고무 부스러기가 200 메쉬 보다 큰 입자 크기를 갖는 것인, 방법.
중합체 매트릭스 49: 가교된 네트워크의 수명 종료 타이어-유도된 고무 및 하나 이상의 보완 중합체를 포함하는 중합체 매트릭스로서, 상기 중합체 매트릭스가 카본 블랙 및/또는 그래핀 입자들을 엔캡슐화하는 것인, 중합체 매트릭스.
중합체 매트릭스 50: 중합체 매트릭스 49에 있어서, 보완 중합체가 버진 천연 고무를 포함하는 것인, 중합체 매트릭스.
중합체 매트릭스 51: 중합체 매트릭스 49에 있어서, 보완 중합체가 스티렌 부타디엔/부타디엔 고무를 포함하는 것인, 중합체 매트릭스.
중합체 매트릭스 52: 중합체 매트릭스 49에 있어서, 수명 종료 타이어-유도된 고무 및 보완 중합체가 상이한 골격 화학구조를 갖는 것인, 중합체 매트릭스.
중합체 매트릭스 53: 중합체 매트릭스 49에 있어서, 5 미크론 미만의 유효 입자 크기를 갖는 것인, 중합체 매트릭스.
중합체 매트릭스 54: 중합체 매트릭스 49에 있어서, 하나 이상의 보완 중합체가 하이드록실-함유 중합체를 포함하는 것인, 중합체 매트릭스.
중합체 매트릭스 55: 중합체 매트릭스 49에 있어서, 하나 이상의 보완 중합체가 야채유를 포함하는 것인, 중합체 매트릭스.
중합체 매트릭스 56: 중합체 매트릭스 49에 있어서, 하나 이상의 보완 중합체가 대두유, 피마자유, 아마인유(linseed oil), 해바라기유(sunflower oil), 또는 수소화된 두유(hydrogenated soy oil)를 포함하는 것인, 중합체 매트릭스.
중합체 매트릭스 57: 중합체 매트릭스 49에 있어서, 하나 이상의 보완 중합체가 버진 스티렌-부타디엔-스티렌 또는 버진 부타디엔 고무를 포함하는 것인, 중합체 매트릭스.
제품 58: 중합체 매트릭스 49의 중합체 매트릭스의 시트.
제품 59: 제품 58의 시트에 있어서, 길이 인장 강도 대 너비 인장 강도에서 이방성을 나타내되, 상기 길이 인장 강도 대 너비 인장 강도에서 이방성은 적어도 1.1:1,, 선택적으로는 1.1:1 내지 3:1인 것인, 시트.
제품 60: 복수의 제품 58의 시트를 포함하는 라미네이트.
제품 61: 제품 60의 라미네이트에 있어서, 각각의 시트가 10 내지 70 미크론의 두께를 갖는 것인, 라미네이트.
제품 62: 제품 60의 라미네이트에 있어서, 각각의 시트가 이웃하는 시트에 진공-열 융합되고 가교된 것인, 라미네이트.
제품 63: 제품 60의 라미네이트에 있어서, 각각의 시트가 이웃하는 시트의 이방성 과립에 대해 30 내지 45°로 배향되는 것인, 라미네이트.
제품 64: 중합체 매트릭스 49의 중합체 매트릭스를 포함하는, 타이어 트레드, 타이어 측벽, 루핑 멤브레인(roofing membrane), 고유전율 전기 테이프, 탱크 라이닝, 저수지 라이닝(reservoir lining), 트렌치 라이닝(trench lining), 다리 밑 깔개(bridge underlayment), 와이어 하니스 랩(wire harness wrap), 자가-결합 와이어 하니스 랩(self-bonding wire harness wrap), 신발 밑창, 고무 장화, 전기 테이프, 기초 방수제(foundation waterproofing), 주차장 방수제(parking garage waterproofing), 호스(hose), 벨트 또는 몰딩.
제품 65: 중합체 매트릭스 49의 중합체 매트릭스를 포함하는, 방사선 차폐 물질.
제품 66: 중합체 매트릭스 49의 중합체 매트릭스를 포함하는, 포장 재료.
제품 67: 아스팔트 중의 중합체 매트릭스 49의 중합체 매트릭스의 현탁액.
제품 68: 결정질 구조를 갖는 조밀한 등급의 골재; 및 조밀한 등급의 골재의 충돌점(impingement point)과 연관된 에너지 전달 영역에서 상호융합된(interfused) 아스팔트 분자들 및 나노-카본 클러스터의 필름을 포함하는 포장 재료로서, 상기 나노-카본 클러스트가 포장 재료 상의 롤링 하중에 의해서 상기 에너지 전달 영역에서 발생된 폴라리톤 방전(polariton discharge)의 에너지로부터 상기 아스팔트 분자들을 차폐하고/하거나 안정화시키도록 구성되는 것인 포장 재료.
제품 69: 제품 68의 포장 재료에 있어서, 상기 조밀한 등급의 골재의 충돌점들과 연관된 에너지 전달 영역에서 상호융합된 아스팔트 분자들 및 나노-카본 클러스터의 필름에서, 상기 나노-카본 클러스터가 수명 종료 타이어 부스러기 고무로부터 유도되고, 선택적으로는 상기 필름이 제품 67을 포함하는 것인, 포장 재료.
제품 70: 중합체 매트릭스 49의 중합체 매트릭스를 포함하는 블랙 마스터배치(black masterbatch).
본 개시가 도면 및 전술한 설명에서 상세하게 도시되고 설명되었지만, 이러한 도시 및 설명은 좋은 실례이거나 본 보기이며 제한적이지 않은 것으로 간주되어야 한다.　본 개시는 개시된 실시예들로 제한되지 않는다.　개시된 실시예들에 대한 변형은 도면, 본 개시 및 첨부된 청구범위의 연구로부터 청구된 개시를 실시함에 있어서 당업자에 의해 이해되고 달성될 수 있다.
본원에 인용된 모든 참고 문헌은 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.　참고 문헌으로 포함된 공보 및 특허 또는 특허 출원이 명세서에 포함된 개시 내용과 모순되는 한, 명세서는 임의의 이러한 모순적 자료를 대체하고 /하거나 우선하도록 의도된다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 평범하고 관례적인 의미를 부여해야 하며, 본 명세서에서 명시적으로 정의되어 있지 않는 한 특별하거나 맞춤화된 의미로 제한되지 않아야 한다.　본 개시의 특정 특징 또는 양태를 기술할 때 특정 용어의 사용은 그 용어와 관련된 본 개시의 특징 또는 양태의 임의의 특정 특성을 포함하는 것으로 용어가 본 명세서에서 재정의되고 있음을 암시해서는 안된다는 것을 주목해야 한다.　달리 명시되지 않는 한, 본 출원에 사용된 용어 및 문구, 및 특히 첨부된 청구의 범위에서의 변형은 제한이 아니라 개방 된 것으로 해석되어야 한다.　전술한 예로서, "포함하는(including)"이라는 용어는 "제한 없이 포함", "포함하지만 이에 제한되지 않는" 등을 의미하는 것으로 이해되어야 하고;　본원에 사용 된 용어 "포함하는(comprising)"은 " 포함하는(including)", "함유하는(containing)" 또는 "특성화 되는(characterized by)"과 동의어이며, 포괄적이거나 개방형이며 추가의 언급되지 않은 요소 또는 방법 단계를 배제하지 않는다;　'갖는 것(having)'이라는 용어는 '적어도 가지고 있는 것'으로 해석되어야 한다;　'포함(includes)'이라는 용어는 '포함하지만 이에 제한되지 않는'으로 해석되어야 한다.　'예'라는 용어는 논의 중인 항목의 예시적인 예를 제공하는 데 사용되며, 그 전체 목록 또는 제한 목록이 아니며;　'알려진', '정상적인', '표준적인'과 같은 형용사 및 유사한 의미의 용어는 주어진 기간 또는 주어진 시간에 이용 가능한 아이템으로 기술된 아이템을 제한하는 것으로 해석되어서는 안되며, 대신에 현재 또는 미래에 언제든지 이용 가능하거나 알려진 보통 또는 표준 기술을 포괄하도록 읽혀져야 한다;　'바람직하게', '바람직하다', '소망되다'또는 '소망하는'과 같은 용어의 사용과 유사한 의미의 단어는 특정 특징이 그 구조나 기능에 중대하거나 필수적이거나 심지어 중요하다는 것을 암시해서는 안되고, 대신에 본 발명의 특정 실시예에서 이용되거나 이용되지 않을 수 있는 대안 또는 추가 특징을 강조하기 위한 것일 뿐이다.　마찬가지로 '및' 연결과 연결된 항목 그룹　이러한 항목들 각각이 그룹화에 존재할 것을 요구하는 것으로 읽지 말고, 달리 명시 적으로 언급되지 않는 한 '및/또는'으로 읽혀져야 한다.　마찬가지로, 연결 '또는'과 연결된 항목 그룹은 해당 그룹간에 상호 독점 성을 요구하는 것으로 읽지 말고 달리 명시 적으로 언급되지 않는 한 '및/또는'으로 읽어야 한다.
값의 범위가 제공되는 경우, 상한 및 하한, 및 범위의 상한 및 하한 사이의 각각의 개재 값은 실시양태 내에 포함되는 것으로 이해된다.
본 명세서에서 실질적으로 임의의 복수 및/또는 단수 용어의 사용과 관련하여, 당업자는 문맥 및/또는 적용에 적절한 바와 같이 복수에서 단수로 및/또는 단수에서 복수로 이해할 수 있다.　명확성을 위해 다양한 단수/복수 순열이 여기에 명시 적으로 제시될 수 있다.　부정 관사 "a"또는 "an"은 복수를 배제하지 않는다.　단일 프로세서 또는 다른 유닛은 청구 범위에 인용된 여러 항목의 기능을 수행 할 수 있다.　특정 조치들이 서로 다른 종속항들에서 인용된다는 사실은 이러한 조치들의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지 않는다.　청구 범위의 임의의 참조 부호는 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
당업자는, 특정 수의 청구항 열거(claim recitation)가 의도된다면, 그러한 의도는 청구항에서 명백하게 열거될 것이고, 그리고 그러한 열거가 없다면 그러한 의도는 존재하지 않는다는 것을 명확하게 이해할 것이다. 예를 들어, 이해를 돕기 위한 것으로서, 이하의 첨부된 청구항들은 청구항 열거(claim recitation)를 도입하기 위해서 "하나 이상" 및 "하나 또는 그 초과"라는 서두 문구의 이용을 포함할 수 있을 것이다. 그러나, 그러한 문구의 이용은, 동일한 청구항이 "하나 또는 그 초과" 또는 "하나 이상"이라는 서두 문구 및 부정 관사("a" 또는 "an"과 같음)를 포함하는 경우에도, 부정 관사("a" 또는 "an")에 의한 청구항 열거의 도입이 그러한 도입된 청구항 열거를 포함하는 임의의 특별한 청구항이 단지 하나의 그러한 열거를 포함하는 청구항들로 제한된다는 것을 의미하는 것으로 해석되지 않아야 할 것이며; 청구항 열거를 도입하기 위해서 부정관사를 이용하는 경우에도 동일한 것이 적용된다. 또한, 특정 수의 도입된 청구항 열거가 명백하게 기재되어 있다 하더라도, 당업자는 그러한 열거가 통상적으로 적어도 기재된 수를 의미하는 것으로 해석되어야 한다는 것을 이해할 수 있을 것이다(예를 들어, "2개의 열거"의 순수한 열거는, 다른 변형이 없이, 통상적으로 둘 이상의 열거, 또는 둘 또는 셋 초과의 열거를 의미한다). 또한, "A, B, 및 C, 등 중 하나 이상"과 유사한 집합(convention)이 사용되는 경우에, 당업자가 집합으로 이해할 수 있다는 측면에서 일반적으로 그러한 구성이 의도된 것이다(예를 들어, "A, B, 및 C 중 하나 이상을 가지는 시스템"은 A 단독, B 단독, C 단독, A 및 B를 함께, A 및 C를 함께, B 및 C를 함께, 및/또는 A, B, 및 C 를 함께, 등을 가지는 시스템을 포함할 것이나 그러한 시스템으로 제한되는 것은 아니다). "A, B, 또는 C, 등등 중 하나 이상"과 유사한 집합이 사용되는 경우에, 당업자가 집합으로 이해할 수 있다는 측면에서 일반적으로 그러한 구성이 의도된 것이다(예를 들어, "A, B, 또는 C 중 하나 이상을 가지는 시스템"은 A 단독, B 단독, C 단독, A 및 B를 함께, A 및 C를 함께, B 및 C를 함께, 및/또는 A, B, 및 C를 함께, 등을 가지는 시스템을 포함할 것이나 그러한 시스템으로 제한되는 것은 아니다). 내용에서 다르게 기재되어 있지 않다면, 통상적으로 분리적인 단어 및/또는 둘 또는 그 초과의 다른 용어들을 나타내는 문구는, 상세한 설명, 특허청구범위, 또는 도면의 어디에 기재 되었는지에 관계없이, 용어들 중 하나, 용어들 중 어느 쪽도, 또는 양 용어들 모두를 포함할 수 있는 가능성을 고려하기 위한 것임을 당업자는 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, ""A 또는 B"는 통상적으로 "A" 또는 "B" 또는 "A 및 B"의 가능성을 포함한다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
예를 들어, 본 명세서에서 사용된 성분의 양, 반응 조건 등을 나타내는 모든 수치는 모든 경우에 '약'이라는 용어로 변형된 것으로 이해되어야한다.　따라서, 반대로 지시되지 않는 한, 본원에 제시된 수치 파라미터는 획득하고자하는 원하는 특성에 따라 변할 수 있는 근사치이다.　적어도, 본 출원의 우선권을 주장하는 임의의 출원의 청구범위의 범위로 등가의 교리의 적용을 제한하려는 시도는 아니고, 각각의 수치 파라미터는 유효 숫자의 수 및 일반적인 반올림 접근법에 비추어 해석되어야 한다.
또한, 전술한 내용은 명확성 및 이해를 위해 예시 및 예를 통해 일부 상세하게 설명되었지만, 특정 변경 및 수정이 실시될 수 있음은 당업자에게 명백하다.　그러므로, 상세한 설명 및 실시예는 본 발명의 범위를 본 명세서에 기술된 특정 실시예 및 예로 제한하는 것으로 해석되어서는 안되며, 본 발명의 진정한 범위 및 사상에 따른 모든 변형 및 대안을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (35)

  1. 결정질 구조를 갖는 조밀한 등급의 골재; 및 조밀한 등급의 골재의 충돌점(impingement point)과 연관된 에너지 전달 영역에서 상호융합된(interfused) 아스팔트 분자들 및 나노-카본 클러스터의 필름을 포함하는 포장 재료(paving material)로서,
    상기 나노-카본 클러스트는, 포장 재료 상의 롤링 하중에 의해서 상기 에너지 전달 영역에서 발생된 폴라리톤 방전(polariton discharge)의 에너지로부터 상기 아스팔트 분자들을 차폐하고/하거나 안정화시키도록 구성되는 것인, 포장 재료.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노-카본 클러스터는 수명 종료 타이어 부스러기 고무(end-of-life tire crumb rubber)로부터 유도되는 것인, 포장 재료.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 필름은, 가교된 네트워크의 수명 종료 타이어-유도된 고무 및 하나 이상의 보완 중합체(complementary polymer)를 포함하는 중합체 매트릭스를 포함하고, 상기 중합체 매트릭스는 카본 블랙 및/또는 그래핀 입자들을 엔캡슐화(encapsulate)하는 것인, 포장 재료.
  4. 가교된 네트워크의 수명 종료 타이어-유도된 고무 및 하나 이상의 보완 중합체를 포함하는 중합체 매트릭스로서, 상기 중합체 매트릭스는 카본 블랙 및/또는 그래핀 입자들을 엔캡슐화하는 것인, 중합체 매트릭스.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 보완 중합체는 버진 천연 고무(virgin natural rubber)를 포함하는 것인, 중합체 매트릭스.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 보완 중합체는 스티렌 부타디엔/부타디엔 고무를 포함하는 것인, 중합체 매트릭스.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 수명 종료 타이어-유도된 고무와 상기 보완 중합체는 상이한 골격 화학구조(backbone chemistry)을 갖는 것인, 중합체 매트릭스.
  8. 제 4 항에 있어서,
    5 미크론 미만의 유효 입자 크기를 갖는 것인, 중합체 매트릭스.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 보완 중합체는 하이드록실-함유 중합체를 포함하는 것인, 중합체 매트릭스.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 보완 중합체는 야채유를 포함하는 것인, 중합체 매트릭스.
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 보완 중합체는 대두유, 피마자유, 아마인유(linseed oil), 해바라기유(sunflower oil), 또는 수소화된 두유(hydrogenated soy oil)를 포함하는 것인, 중합체 매트릭스.
  12. 제 4 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 보완 중합체는 버진 스티렌-부타디엔-스티렌 또는 버진 부타디엔 고무를 포함하는 것인, 중합체 매트릭스.
  13. 제 4 항의 중합체 매트릭스의 시트.
  14. 제 13 항에 있어서,
    길이 인장 강도(length tensile strength) 대 너비 인장 강도(width tensile strength)에서 이방성을 나타내되, 상기 길이 인장 강도 대 너비 인장 강도에서 이방성은 적어도 1.1:1,, 선택적으로는 1.1:1 내지 3:1인 것인, 시트.
  15. 제 13 항의 시트를 복수개 포함하는 라미네이트(laminate).
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 시트는 각각 10 미크론 내지 70 미크론의 두께를 갖는 것인, 라미네이트.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 시트는 각각 이방성 과립의 이웃하는 시트에 진공-열 융합되고 가교된 것인, 라미네이트.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 시트는 각각 이웃하는 시트의 이방성 과립에 대해 30° 내지 45°로 배향되는 것인, 라미네이트.
  19. 제 4 항의 중합체 매트릭스를 포함하는, 타이어 트레드, 타이어 측벽, 루핑 멤브레인(roofing membrane), 고유전율 전기 테이프, 탱크 라이닝, 저수지 라이닝(reservoir lining), 트렌치 라이닝(trench lining), 다리 밑 깔개(bridge underlayment), 와이어 하니스 랩(wire harness wrap), 자가-결합 와이어 하니스 랩(self-bonding wire harness wrap), 신발 밑창, 고무 장화, 전기 테이프, 기초 방수제(foundation waterproofing), 주차장 방수제(parking garage waterproofing), 호스(hose), 벨트 또는 몰딩.
  20. 제 4 항의 중합체 매트릭스를 포함하는 방사선 차폐 물질.
  21. 제 4 항의 중합체 매트릭스를 포함하는 포장 재료.
  22. 아스팔트 중의 제 4 항의 중합체 매트릭스 현탁액.
  23. 설피딕 결합(sulfidic linkage)을 방해하면서 배위되는 가황 고무 입자들 내부에 고무 매트릭스의 해적층(delamination)을 유도하고 상기 중합체 매트릭스로의 보완 중합체의 가교를 유도하여 상기 중합체 매트릭스가 카본 블랙 입자들을 엔캡슐화(encapsulate)하도록, 가황 고무 입자들, 보완 중합체, 및 오가노금속 화합물을 혼합물로 컵바인(combining)하는 것을 포함하는, 중합체 매트릭스의 제조방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 컴바인은 상기 혼합물에 압력을 적용하는 것을 포함하는, 중합체 매트릭스의 제조방법.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 컴바인은 롤러 밀(roller mill)에서 컴바인하는 것을 포함하는, 중합체 매트릭스의 제조방법.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 컴바인은 캐리어 유체(carrier fluid)로서 물의 부재하에 수행되는 것인, 중합체 매트릭스의 제조방법.
  27. 제 23 항에 있어서,
    변위된 설피딕 결합을 재형성하여 매트릭스 내부에 설피딕 브릿지 가교된, 재배열된, 라미네이트를 형성하는 것을 추가로 포함하는, 중합체 매트릭스의 제조방법.
  28. 제 23 항에 있어서,
    상기 해적층은 오리지널 알릴 카보 양이온에 테더된 상태(tethered)를 유지하면서 오리지널 메틸 카보 양이온에 해결합된(unbound) 가황 고무 입자들의 강성(rigid) 설피딕 브릿지의 일부와 회합되는(associated) 것인, 중합체 매트릭스의 제조방법.
  29. 제 23 항에 있어서,
    상기 오가노금속 화합물은 팔면체 분자 기하구조를 갖는 금속을 포함하는 것인, 중합체 매트릭스의 제조방법.
  30. 제 23 항에 있어서,
    상기 오가노금속은 Co2+, Cu2+, Ni2+, Zn2+, 및 Mn2+로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 이온을 포함하는 것인, 중합체 매트릭스의 제조방법.
  31. 제 23 항에 있어서,
    상기 오가노금속 화합물은 금속 이온에 대한 리간드로서 유기 음이온을 포함하는 것인, 중합체 매트릭스의 제조방법.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 유기 음이온은 아세테이트 이온을 포함하는 것인, 중합체 매트릭스의 제조방법.
  33. 제 23 항에 있어서,
    상기 오가노금속 화합물은 구리 아세테이트인, 중합체 매트릭스의 제조방법.
  34. 제 23 항에 있어서,
    상기 오가노금속 화합물은 115℃ 내지 150℃의 범위에서 고체에서 액체로의 상 변화를 수행하는 금속 염인, 중합체 매트릭스의 제조방법.
  35. 제 23 항에 있어서,
    상기 가황 고무 부스러기는 200 메쉬 보다 큰 입자 크기를 갖는 것인, 중합체 매트릭스의 제조방법.
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