KR20210103288A - 라텍스를 포함하는 개질 아스팔트 바인더 조성물 및 그를 포함하는 개질 아스팔트 혼합물 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면은 평균 입도가 200~300㎚인 개질 라텍스 4~8중량%; 및 아스팔트 바인더92~96중량%;를 포함하고, 상기 개질 라텍스는 평균 입도가 50~150㎚인 시드 공중합체를 포함하여 중합된, 개질 아스팔트 바인더 조성물을 제공한다.

Description

라텍스를 포함하는 개질 아스팔트 바인더 조성물 및 그를 포함하는 개질 아스팔트 혼합물{A MODIFIED ASPALT BINDER COMPOSITION COMPRISING A LATEX AND MODIFIED ASPALT MIXTURE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 라텍스를 포함하는 개질 아스팔트 바인더 조성물, 및 그를 포함하는 개질 아스팔트 혼합물에 관한 것이다.
아스팔트는 석유의 성분 중 휘발성 유분이 대부분 증발하고 난 후의 잔류물로서, 고온에서는 점성이 높은 액체 또는 반고체 상태를 유지하지만, 상온 이하의 온도에서는 딱딱하게 굳어지는 물성을 가지고 있다.
또한, 아스팔트는 가소성이 풍부하고 방수성, 전기절연성, 접착성이 크며, 화학적으로 안정한 특징을 가지고 있기 때문에 도로포장재나 방수재 등의 건축 재료에 널리 적용되고 있다. 그러나 아스팔트는 사용 중 고온에 장기간 노출되는 경우 소성 변형이 발생하고, 저온에서는 외부 충격에 의해 균열이 생기는 문제가 있다. 이런 문제점을 개선하기 위해 다양한 고분자를 첨가하여 아스팔트 조성물의 물성을 개선하려는 연구가 진행되어 왔다.
특히, 가열 아스팔트 혼합물을 이용하여 160~170℃의 고온에서 포장하는 가열 아스팔트 포장법이 널리 알려져 있으나, 포장 시 온실가스 및 유해가스가 과량 발생하여 환경오염이 심한 문제점이 나타나고 있다.
이러한 종래의 아스팔트 포장 공법의 문제점을 해결하기 위해 종래 대비 포설 온도를 20~30℃ 낮추는 중온 또는 준중온 포장공법이 제안되었다. 그러나, 단순히 종래의 아스팔트의 포설온도만 낮추는 경우 점도가 과도하게 높아 실질적인 포장이 어려운 문제가 있다. 점도 문제의 해결을 위해 왁스를 첨가하는 방법이 제안되었으나, 왁스의 첨가 시 아스팔트의 PG등급, 압축강도 등의 공용 물성이 현저히 저하되는 문제가 있다.
이에 따라, 환경문제를 최소화하면서도, 공용 물성을 종래 수준으로 유지할 수 있는 중온 또는 준중온 아스팔트 포장방법의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 신규한 라텍스를 포함하는 개질 아스팔트 바인더 조성물을 제공하여 중온 또는 준중온 포장시에도 일반적인 고온 아스팔트의 물성을 유지하여 환경문제를 해결할 수 있고, 작업이 용이한 개질 아스팔트 바인더 조성물, 그를 포함하는 개질 아스팔트 혼합물을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은, 평균 입도가 200~300㎚인 개질 라텍스 4~8중량%; 및 아스팔트 바인더92~96중량%;를 포함하고, 상기 개질 라텍스는 평균 입도가 50~150㎚인 시드 공중합체를 포함하여 중합된, 개질 아스팔트 바인더 조성물을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 개질 라텍스는 25℃에서 점도가 300~800cps일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 개질 라텍스는 양이온 유화제를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 양이온 유화제는 스테아릴아민 또는 알킬에테르계일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 개질 라텍스는 스티렌 및 부타디엔이 시드 유화중합되어 제조될 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면은, 상기 개질 아스팔트 바인더 조성물; 및 혼합골재;를 포함하고, 상기 혼합골재 중 순환골재의 함량은 상기 혼합골재 100중량부 기준으로 30~70중량부를 포함하는, 아스팔트 혼합물을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 개질 아스팔트 혼합물은 다짐온도 90~140℃로 포설 가능할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 개질 아스팔트 혼합물을 90~140℃에서 포설 하였을 때의 공극율이 3~8%일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 개질 아스팔트 혼합물을 90~140℃에서 포설 하였을 때의 간접인장강도가 0.8N/㎜2이상일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 개질 아스팔트 혼합물을 90~140℃에서 포설 하였을 때의 PG(Performance Grade) 등급이 70-22 또는 76-22일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 측면은, 상기 개질 아스팔트 혼합물을 90~140℃에서 포설하는 중온 또는 준중온 아스팔트 포장방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 신규한 라텍스를 포함하여, 일반적인 아스팔트의 물성을 유지하면서도 환경문제를 해결할 수 있는 개질 아스팔트 바인더 조성물 및 그를 포함하는 아스팔트 혼합물을 제공할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 " 간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서, “아스팔트”란 아스팔트콘크리트를 지칭하는 말이며, 아스콘과 동일한 의미로 사용될 수 있다.
개질 아스팔트 바인더 조성물
본 발명의 일 측면은, 평균 입도가 200~300㎚인 개질 라텍스 4~8중량%; 및 아스팔트 바인더92~96중량%;를 포함하고, 상기 개질 라텍스는 평균 입도가 50~150㎚인 시드 공중합체를 포함하여 중합된, 개질 아스팔트 바인더 조성물을 제공한다.
상기 개질 라텍스의 평균 입도는 200~300㎚, 바람직하게는 230~300㎚일 수 있다. 상기 개질 라텍스의 평균 입도가 상기 범위에 포함되면 중온 또는 준중온에서 콘크리트의 시공이 용이할 수 있다. 또한, 상기 개질 라텍스의 평균 입도가 200㎚ 미만이면, 점도가 현저히 상승하여 상용성이 저하될 수 있으며, 300㎚ 초과이면, 유동성이 과도하게 높아져 아스팔트 포설 시 시공이 불편할 수 있다.
상기 개질 라텍스는 4~8중량%, 바람직하게는 5~7중량%일 수 있으며, 상기 개질 라텍스는 평균 입도가 50~150㎚인 시드 공중합체를 포함하여 중합된 개질 라텍스일 수 있다. 상기 시드 공중합체의 평균 입도가 50~150㎚, 바람직하게는 70~130㎚, 더 바람직하게는 90~110㎚일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 개질 라텍스는 시드 중합되므로 특성이 균일하여 콘크리트의 점도를 개선하면서 공용 물성 저하를 최소화할 수 있다. 또한, 상기 시드 공중합체를 포함하여 중합된 개질 라텍스의 중합 전환율이 90%일 수 있으며, 바람직하게는 95%이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 중합 전환율이 90% 미만이면, 수득할 수 있는 개질 라텍스가 감소하여 개질 아스팔트 혼합물의 생산성을 저해하거나, 라텍스에 올리고머 등 불순물이 증가하여 공용 물성이 저하될 수 있다.
상기 아스팔트 바인더는 92~96중량%, 바람직하게는 93~95중량%일 수 있으며, 상기 아스팔트 바인더는 AP-5 또는 AP-3일 수 있고, 바람직하게는 AP-5일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 시드 공중합체는 방향족 비닐계 단량체 및 공액 디엔계 단량체로 중합 제조된 공중합체일 수 있으며, 상기 방향족 비닐계 단량체 및 공액 디엔계 단량체 100중량부 기준으로 상기 방향족 비닐계 단량체 및 공액 디엔계 단량체는 각각 10~50중량부 및 50~90중량부일 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 중합은 유화중합 방법에 의해 제조될 수 있다.
또한, 상기 개질 라텍스는 상기 시드 공중합체, 방향족 비닐계 단량체 및 공액 디엔계 단량체로 중합 제조된 공중합체일 수 있으며, 상기 방향족 비닐계 단량체 및 공액 디엔계 단량체 100중량부 기준으로 상기 방향족 비닐계 단량체 및 공액 디엔계 단량체는 각각 10~50중량부 및 50~90중량부일 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 중합은 유화중합 방법에 의해 제조될 수 있다.
상기 방향족 비닐계 단량체는 스티렌, α-메틸스티렌, α-에틸스티렌, 파라메틸스티렌, 비닐톨루엔 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있고, 바람직하게는 스티렌일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 공액 디엔계 단량체는 1,3-부타디엔, 2,3-디메틸-1,3-부타디엔, 피페릴렌, 3-부틸-1,3-옥타디엔, 이소프렌, 2-페닐-1,3-부타디엔 및 이들 중 2 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있고, 바람직하게는 1,3-부타디엔일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 개질 라텍스는 스티렌 및 부타디엔이 시드 유화중합되어 제조된 것일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 개질 라텍스는 25℃에서 점도가 300~800cps, 바람직하게는 400~600cps일 수 있으며, 상기 개질 라텍스의 점도가 상기 범위에 해당하면 상기 개질 라텍스를 포함하는 아스팔트 혼합물 제조 후, 90~140℃에서 포설하였을 때 유동성과 부착강도를 균형적으로 향상시킬 수 있다.
상기 개질 라텍스는 유화제를 포함할 수 있으며, 상기 유화제를 포함하는 경우, 골재와의 결합력이 향상되며, 고온에서의 발포(foaming) 현상을 통해 상기 혼합골재와의 결합력을 개선할 수 있다. 바람직하게는, 상기 유화제는 양이온 유화제일 수 있으며, 상기 양이온 유화제는 스테아릴아민 또는 알킬에테르계일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 발포현상은 100℃ 이상에서 이루어지는 효과이며, 상기 발포현상을 통해 제조된 개질 아스팔트 혼합물을 90~140℃에서 포설하였을 때의 점도가 낮게 조절되는 효과가 나타날 수 있다.
또한, 통상 한국에서 사용하고 있는 골재가 화강암 기반을 한 골재, 즉 음이온성 골재로 이루어져 있으므로, 상기 양이온 유화제를 포함하는 개질 라텍스를 포함하여 제조된 개질 아스팔트 혼합물을 90~140℃에서 포설하였을 때의 인장강도, 공극율을 개선하는 효과가 있다.
특히, 종래의 라텍스는 음이온 라텍스를 주로 사용하였으며, 일 예로, 상기 음이온 라텍스는 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체를 포함하여 제조하였다. 다만, 상기 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체를 사용하는 경우 상기 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체를 180~200℃의 고온에서 용융시켜야 하므로, 제조 시 과도한 에너지가 소모되고, 중온 또는 준중온 공정에 적용될 수 없는 문제가 있다.
반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 개질 아스팔트 바인더 조성물을 포함하여 제조된 아스팔트 혼합물을 이용하여 아스팔트 포설하는 경우, 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체를 포함하지 않아 온도를 높여 녹이는 공정이 필요하지 않으며, 아스팔트 혼합물을 90~140℃에서 포설하였을 때 종래기술의 물성은 구현하면서도 간단한 공정으로 제조된 개질 라텍스 바인더 조성물을 제조할 수 있다.
또한, 상기 개질 아스팔트 바인더 조성물의 분산력을 개선하기 위해 분산제를 추가로 포함할 수 있으며, 바람직하게는 타몰엔일 수 있으나, 그 종류가 이에 한정되는 것은 아니다.
개질 아스팔트 혼합물
본 발명의 다른 일 측면은, 상기 개질 아스팔트 바인더 조성물; 및 혼합골재;를 포함하고, 상기 혼합골재 중 순환골재의 함량은 상기 혼합골재 100중량부 기준으로 30~70중량부를 포함하는, 아스팔트 혼합물을 제공한다.
상기 개질 아스팔트 혼합물은 다짐온도90~100℃, 100~110℃, 110~120℃, 120~130℃ 또는 130~140℃로 포설할 수 있으며, 이는 가열, 중온, 준중온 아스팔트 포장방법 중 중온 또는 준중온 아스팔트 포장방법일 수 있고, 바람직하게는 준중온 아스팔트 포장방법은 다짐온도 90~110℃에서 포설할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 가열 아스팔트 포장방법은 아스팔트 혼합물을 다짐온도 150~170℃로 포장하는 방법을 뜻하며, 고온으로 포설하는 경우, 발생하는 환경 오염물질이 많이 발생되고, 특히 이산화탄소가 많이 생산되는 문제점이 있다.
반면, 상기 중온 또는 준중온 아스팔트 포장방법으로 포장하는 경우, 가열 아스팔트 포장방법에 비해 최소 시공온도가 30℃ 이상 낮춤으로써 생산 및 시공과정 중 대기로 방출되는 이산화탄소 가스 등의 배출가스를 감소시킬 수 있고, 아스팔트 혼합물 생산 중 석유계 연료를 약 30% 이상 저감할 수 있으며, 시공 후 양생시간 감소에 따른 빠른 교통 개방을 할 수 있고, 시공 현장에서 유해 증기나 냄새가 거의 발생하지 않으므로 작업자나 인근 주민의 불쾌감 줄일 수 있으며, 공용온도에서 가열 아스팔트 포장과 유사하거나 높은 강도 특성 확보할 수 있는 효과가 있다.
다만, 가열 포장방법에 비해 상대적으로 저온에서 포장하는 경우, 종래 평균 입도가 100~200㎚인 라텍스를 사용한 아스팔트 혼합물의 경우 점성이 높은 문제가 있을 수 있다.
이를 해결하기 위해 종래에는 왁스를 추가로 첨가하여 점도조절을 하는 방법을 사용했으나, 상기 왁스를 포함하는 경우 아스팔트의 PG 등급이 저하되는 문제가 있으며, 제조 단가가 높아져 가격 경쟁력이 없고, 최종 생성물인 아스팔트 혼합물을 90~140℃에서 포설하였을 때, 물성평가 시 간접인장강도가 현저히 저하되어 실제로 상용화하는데 한계가 있을 수 있다.
이에, 평균 입도가 50~150㎚인 시드 공중합체를 포함하여 제조된 평균 입도가 200~300㎚인 개질 라텍스를 사용하는 개질 아스팔트 혼합물을 90~140℃에서 포설하였을 때, 종래 물성을 유지하면서도 별도의 왁스 첨가 없이 점도문제를 해결할 수 있다.
상기 혼합골재는 환경문제를 고려할 때, 바람직하게는 신골재 및 순환골재로 이루어진 혼합골재일 수 있고, 상기 순환골재는 건설폐기물 중 폐아스팔트 콘크리트의 파쇄 처리에 의하여 생산된 것을 의미하며, 상기 순환골재의 함량이 상기 혼합골재 100중량부 기준으로 30~70중량부, 바람직하게는 40~60중량부를 포함할 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 순환골재의 함량이 상기 혼합골재 100중량부 기준으로 상기 순환골재가 30중량부 미만이면, 경제적 및 환경적인 측면에서 효과가 미미할 수 있고, 상기 순환골재가 70중량부 초과이면, 최종 개질 아스팔트 혼합물을 90~140℃에서 포설하였을 때, 물성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 혼합골재 및 개질 아스팔트 바인더의 혼합을 110~130℃에서 수행할 수 있고, 바람직하게는 115~125℃일 수 있으며, 개질 라텍스 및 아스팔트 바인더 혼합하는 단계보다 5~15℃ 낮게 수행될 수 있으며, 상기 혼합골재 및 개질 아스팔트 바인더의 혼합을 통해 적절하게 발포(foaming) 현상이 발생하여 유동성이 좋아지고, 상기 개질 아스팔트 혼합물을 90~140℃에서 포설하였을 때의 공극율을 개선할 수 있다.
상기 개질 아스팔트 혼합물을 90~140℃에서 포설하였을 때의 공극율(Air Void)이 3~8%일 수 있으며, 바람직하게는 4~7%일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 공극율은 다져진 개질 아스팔트 혼합물의 전체 체적 중에 아스팔트로 피막된 골재입자 사이의 공극 체적의 백분율을 의미하며, 상기 공극율이 상기 범위를 벗어나는 경우, 상기 개질 아스팔트 혼합물을 90~140℃에서 포설하였을 때, 소성변형이 형성되기 쉽고, 물고임 현상이 있을 수 있으며, 별도의 보수공사가 필요할 수 있다.
상기 개질 아스팔트 혼합물을 90~140℃에서 포설하였을 때의 간접인장강도가 0.8N/㎜2이상, 바람직하게는 1N/㎜2이상, 더 바람직하게는 1.5N/㎜2이상일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 간접인장강도(Indirect Tensile Strength)는 간접인장강도 시험에 의하여 얻어지는 아스팔트 혼합물의 특성을 의미하며, 공시체가 파괴되기까지의 최대하중(P)과 공시체의 두께(T) 및 지름(D)으로 구하는 강도이다. 상기 간접인장강도가 0.8N/㎜2 미만이면, 교통 및 환경 하중에 의해 포설된 아스팔트에 균열이 발생할 수 있다.
상기 개질 아스팔트 혼합물을 90~140℃에서 포설하였을 때의 PG(Performance Grade) 등급이 70-22 또는 76-22일 수 있으며, 바람직하게는 76-22일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서, “등급”이란 기존 도로의 문제점 개선 및 공용성 향상을 목적으로 도로 전반에 관하여 연구한 SHRP(Strategic Highway Research Program, 미국) 프로젝트에서 제시된 새로운 규격으로서 종래에 알려진 규격과는 전혀 다른 개념의 아스팔트 규격에 해당한다. 기존의 침입도 및 점도 규격과는 달리 아스팔트가 갖추어야 하는 기본 5가지 성능, 즉 노화, 소성변형, 피로균열, 저온균열에 대한 저항성 및 작업용이성을 포괄적이고 과학적인 방법으로 평가하며, 포장 지역의 기후 및 교통조건에 따라 아스팔트 등급을 결정하는 규격이다.
일 예로, PG 76-22등급의 경우 첫 번째 숫자인 "76"은 고온에서의 등급을 나타내는 바, 상기 숫자의 의미는 적어도 76℃까지는 아스팔트로서의 내구성 및 지지력을 유지할 수 있는 물리적 성상을 가지고 있음을 의미한다. 한편, 2번째 숫자인 "-22"는 저온에서의 등급을 표시하며, 이 숫자 역시 -22℃까지는 도로 포장시 바인더로서 저온에 대한 내구성을 가지고 있음을 나타낸다.
상기와 같은 PG개념 하에 AP-3의 PG등급인 PG 58-22, AP-5는PG등급이 PG 64-22인 반면, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 평균입도가 200~300㎚인 개질 라텍스를 포함하여 제조된 개질 아스팔트 바인더를 사용하는 경우, PG 등급이 70-22 또는 76-22으로 개질되지 않은 아스팔트 바인더에 비해 PG 등급의 고온공용등급(예를들면, PG 70)의 수치가 향상되어 아스팔트의 내구성 및 지지력을 유지할 수 있는 효과가 있을 수 있다.
상기 개질 아스팔트 혼합물을 90~140℃에서 포설하였을 때의 침입도 및 연화점이 각각 40~70dm 및 60~90℃일 수 있으며, 바람직하게는 40~60dm및 65~85℃일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 침입도 및 연화점은 서로 반비례하여, 상기 침입도가 높은 경우, 상기 연화점이 낮고, 상기 침입도가 낮은 경우, 상기 연화점이 높기 때문에, 아스팔트 침입도 및 연화점이 동시에 우수한 물성을 얻기가 어려울 수 있다. 다만, 평균 입도가 200~300㎚인 개질 라텍스를 포함하여 제조된 아스팔트 혼합물을 90~140℃에서 포설하였을 때의 상기 침입도 및 연화점을 각각 적절한 범위로 균형적인 물성을 얻을 수 있다.
상기 개질 아스팔트 혼합물을 90~140℃에서 포설하였을 때의 탄성회복율(Elastic recovery, %)은 60% 이상, 바람직하게는 70%이상일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 탄성회복율이 상기 범위에 해당하는 경우, 주변환경 및 온도변화에 의한 체적변이를 수용하기 용이하고, 차량의 진동 및 충격 하중을 흡수할 수 있다.
상기 개질 아스팔트 혼합물은 필요에 따라 기타 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 상기 개질 아스팔트 혼합물의 조성비는 아스팔트가 포설되는 날씨, 장소, 계절 등에 맞추어 선택될 수 있다.
이하 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
제조예 1
교반기, 온도계, 냉각기, 질소가스의 인입구가 구비된 5L 고압 반응기를 준비하였다. 상기 반응기를 질소로 치환한 후, 이온교환수 100중량부, 1,3-부타디엔 70중량부, 스티렌 30중량부, 올레인산 1.8중량부, 소듐포름알데하이드설폭시레이트 0.5중량부, 황산철(Ⅱ) 0.1중량부, t-도데실머캅탄 0.02중량부를 일괄투입하였다. 상기 반응기를 30℃까지 승온한 후, 다이이소프로필벤젠하이드록사이드 1.0중량부를 투입하여 중합을 개시하였다.
중합전환율이 약 95% 이상일 때, 총 중합 시간이 10시간 이내가 되도록 중합을 종료하여 평균 입도가 100㎚인 시드 공중합체를 수득하였다.
제조예 2
교반기, 온도계, 냉각기, 질소가스의 인입구가 구비된 5L 고압 반응기를 준비하였다. 상기 반응기를 질소로 치환한 후, 상기 제조예 1에 의해 제조된 시드 공중합체 10중량부, 이온교환수 100중량부, 1,3-부타디엔 70중량부, 스티렌 30중량부, 올레인산 1.8중량부, 소듐포름알데하이드설폭시레이트0.5중량부, 황산철(Ⅱ) 0.1중량부, t-도데실머캅탄 0.02중량부를 일괄투입하였다. 상기 반응기를 40℃까지 승온한 후, 다이이소프로필벤젠하이드록사이드 1.0중량부를 투입하여 중합을 개시하였다.
1,3-부타디엔, 스티렌, 올레인산, 소듐포름알데하이드설폭시레이트, 황산철(Ⅱ), t-도데실머캅탄을 12시간 동안 연속으로 투입하여 추가로 중합하였다.
총 중합시간 20시간 이후, pH조절을 위해 인산 3중량부를 추가하여 평균 입도가 280㎚이고, pH가 4.9인 개질 라텍스를 수득하였다.
제조예 3
교반기, 온도계, 냉각기, 질소가스의 인입구가 구비된 5L 고압 반응기를 준비하였다. 상기 반응기를 질소로 치환한 후, 상기 제조예 1에 의해 제조된 시드 공중합체 10중량부, 이온교환수 100중량부, 1,3-부타디엔 70중량부, 스티렌 30중량부, 올레인산 1.8중량부, 소듐포름알데하이드설폭시레이트0.5중량부, 황산철(Ⅱ) 0.1중량부, t-도데실머캅탄 0.02중량부를 일괄투입하였다. 상기 반응기를 40℃까지 승온한 후, 다이이소프로필벤젠하이드록사이드 1.0중량부를 투입하여 중합을 개시하였다.
1,3-부타디엔, 스티렌, 올레인산, 소듐포름알데하이드설폭시레이트, 황산철(Ⅱ), t-도데실머캅탄을 12시간 동안 연속으로 투입하여 추가로 중합하였다.
중합전환율이 약 95%이상일 때, 유화제인 스테아릴아민 4중량부 및 분산제인 타몰엔 1중량부를 투입하였다.
총 중합시간 20시간 이후, pH조절을 위해 인산 3중량부를 추가하여 평균 입도가 276㎚이고, pH가 5.0인 개질 라텍스를 수득하였다.
제조예 4
교반기, 온도계, 냉각기, 질소가스의 인입구가 구비된 5L 고압 반응기를 준비하였다. 상기 반응기를 질소로 치환한 후, 상기 제조예 1에 의해 제조된 시드 공중합체 10중량부, 이온교환수 100중량부, 1,3-부타디엔 70중량부, 스티렌 30중량부, 올레인산 1.8중량부, 소듐포름알데하이드설폭시레이트0.5중량부, 황산철(Ⅱ) 0.1중량부, t-도데실머캅탄 0.02중량부를 일괄투입하였다. 상기 반응기를 40℃까지 승온한 후, 다이이소프로필벤젠하이드록사이드 1.0중량부를 투입하여 중합을 개시하였다.
1,3-부타디엔, 스티렌, 올레인산, 소듐포름알데하이드설폭시레이트, 황산철(Ⅱ), t-도데실머캅탄을 12시간 동안 연속으로 투입하여 추가로 중합하였다.
중합전환율이 약 95%이상일 때, 유화제인 알킬에테르 6중량부 및 분산제인 타몰엔 1중량부를 투입하였다.
총 중합시간 20시간 이후, pH 조절을 위해 인산 3중량부를 추가하여 평균 입도가 278㎚이고, pH가 5.0인 개질 라텍스를 수득하였다.
실험예 1: 개질 라텍스의 물리적 특성 비교
상기 제조예 2 내지 4에 따라 제조된 개질 라텍스의 특성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
-점도: 점도는 Brookfield DV-II+ Pro Model을 사용하여 스핀들 27의 조건으로 ASTM D4402에 따라 25 ℃에서 측정하였다
-평균 입도: Microtrac 社의 입도분석기(nanotrack 150)를 이용하여 라텍스 중에 존재하는 입자의 평균 입도를 측정하였다.
구분 고형분(중량%) pH(@25℃) 점도(cps@25℃) 평균 입도(Å)
제조예 2 60 4.9 520 2,800
제조예 3 60 5.0 450 2,760
제조예 4 60 5.0 410 2,780
상기 표 1을 참고하면, 양이온 유화제를 포함하는 제조예 3 및 4가 제조예 2에 비해 점도가 다소 낮게 조절되었고, 그 외 pH 및 평균 입도는 매우 유사한 물성을 나타내었다.
실시예 및 비교예
실시예 1
아스팔트 교반기에 제조예 2에 의해 제조되어진 개질 라텍스 6중량% 및 아스팔트 바인더(AP-5) 94중량%를 130℃에서 혼합하여 개질 아스팔트 바인더 조성물을 제조하였다.
신골재 및 순환골재가 1 : 1로 혼합되어 제조된 골재 혼합물 95중량% 및 상기 개질 아스팔트 바인더 조성물 5중량%를 120℃에서 혼합하여 개질 아스팔트 혼합물을 제조하였다.
실시예 2
아스팔트 교반기에 제조예 3에 의해 제조되어진 개질 라텍스 6중량% 및 아스팔트 바인더(AP-5) 94중량%를 130℃에서 혼합하여 개질 아스팔트 바인더 조성물을 제조하였다.
신골재 및 순환골재가 1 : 1로 혼합되어 제조된 골재 혼합물 95중량% 및 상기 개질 아스팔트 바인더 조성물 5중량%를 120℃에서 혼합하여 개질 아스팔트 혼합물을 제조하였다.
실시예 3
아스팔트 교반기에 제조예 4에 의해 제조되어진 개질 라텍스 6중량% 및 아스팔트 바인더(AP-5) 94중량%를 130℃에서 혼합하여 개질 아스팔트 바인더 조성물을 제조하였다.
신골재 및 순환골재가 1 : 1로 혼합되어 제조된 골재 혼합물 95중량% 및 상기 개질 아스팔트 바인더 조성물 5중량%를 120℃에서 혼합하여 개질 아스팔트 혼합물을 제조하였다.
비교예 1
신골재 및 순환골재가 1 : 1로 혼합되어 제조된 골재 혼합물 95중량% 및 아스팔트 바인더(AP-5) 5중량%를 120℃에서 혼합하여 아스팔트 혼합물을 제조하였다.
비교예 2
신골재 95중량% 및 아스팔트 바인더(AP-5) 5중량%를 혼합하여 아스팔트 혼합물을 제조하였다.
비교예 3
아스팔트 교반기에 평균 입도가 100~200㎚인 스티렌-부타디엔 고무 라텍스 6중량% 및 아스팔트 바인더(AP-5) 94중량%를 130℃에서 혼합하여 개질 아스팔트 바인더 조성물을 제조하였다.
신골재 및 순환골재가 1 : 1로 혼합되어 제조된 골재 혼합물 95중량% 및 상기 개질 아스팔트 바인더 조성물 5중량%를 120℃에서 혼합하여 개질 아스팔트 혼합물을 제조하였다.
비교예 4
아스팔트 교반기에 평균 입도가 100~200㎚인 스티렌-부타디엔 고무 라텍스 6중량%, 아스팔트 바인더(AP-5) 91중량% 및 폴리에틸렌계 왁스 3중량%를 130℃에서 혼합하여 개질 아스팔트 바인더 조성물을 제조하였다.
신골재 및 순환골재가 1 : 1로 혼합되어 제조된 골재 혼합물 95중량% 및 상기 개질 아스팔트 바인더 조성물 5중량%를 120℃에서 혼합하여 개질 아스팔트 혼합물을 제조하였다.
비교예 5
아스팔트 교반기에 평균 입도가 100~200㎚인 스티렌-부타디엔 고무 라텍스 6중량%, 아스팔트 바인더(AP-5) 88중량% 및 폴리에틸렌계 왁스 6중량%를 130℃에서 혼합하여 개질 아스팔트 바인더 조성물을 제조하였다.
신골재 및 순환골재가 1 : 1로 혼합되어 제조된 골재 혼합물 95중량% 및 상기 개질 아스팔트 바인더 조성물 5중량%를 120℃에서 혼합하여 개질 아스팔트 혼합물을 제조하였다.
비교예6
아스팔트 교반기에 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체 : 스티렌-부타디엔 고무 : 폴리에틸렌계 왁스의 함량비가 4 : 1.5 : 0.5로 이루어진 개질 라텍스 6중량% 및 아스팔트 바인더(AP-5) 94중량%를 180~200℃에서 혼합하여 개질 아스팔트 바인더 조성물을 제조하였다.
신골재 및 순환골재가 1 : 1로 혼합되어 제조된 골재 혼합물 95중량% 및 상기 개질 아스팔트 바인더 조성물 5중량%를 170-190℃에서 혼합하여 개질 아스팔트 혼합물을 제조하였다.
비교예 7
아스팔트 교반기에 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체 : 스티렌-부타디엔 고무 : 폴리에틸렌계 왁스의 함량비가 4 : 1.5 : 0.5로 이루어진 라텍스 6중량% 및 아스팔트 바인더(AP-5) 94중량%를 130℃로 혼합하였으나, 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체가 용융되지 않아 아스팔트 바인더 조성물을 제조할 수 없었다.
실험예 2: 아스팔트의 특성 비교 1
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 아스팔트 혼합물을 다짐온도 110℃에서 포설하였고, 상기 포설된 아스팔트의 특성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
-침입도(Penetration Index, dm): 표준조건 하에서 25℃, 하중 100g의 추를 5초동안 바늘로 누를때의 침이 1/10㎜관입을 침입도 1로 측정하였다.
-연화점(Softening Point, ℃): KS M 2250에 따라 측정하였다.
-PG 등급(Performance Grade): ASTM D 6373에 따라 측정된 개질 아스팔트의 PG등급은 PG XX-YY 등급으로 표기하며, XX는 7일간 지속적인 XX온도에서 견딜 수 있는, 소위 아스팔트의 내열 온도이며 YY는 영하 YY온도에서 견딜 수 있는 내저온 온도를 의미한다.
-탄성회복율(Elastic Recovery, E/R(%)): 10℃에서 시편을 1시간 동안 방치 후 ASTM D 6083-97에 따라 측정하였다.
구분 침입도(dm) 연화점(℃) PG 등급 탄성회복율(%)
비교예 1 49.5 55.3 58-22 1
실시예 1 45.5 75.1 70-22 70
실시예 2 44.8 77.5 76-22 76
실시예 3 44.1 78.2 76-22 79
상기 표 2를 참고하면, 아스팔트 바인더 (AP-5)만 포함하는 비교예 1의 경우, 특히 탄성회복율이 현저히 낮아 제조된 아스팔트 혼합물을 포설하는 경우, PG 등급이 현저히 낮아 환경적인 문제가 있고, 탄성회복율이 낮아 개질 아스팔트 바인더 조성물로 사용하기 적절하지 않았다.반면, 개질 라텍스를 포함하는 실시예1~3의 경우, 연화점, 탄성회복율 및 PG등급이 향상됨을 확인할 수 있고, 특히, 양이온성 유화제를 추가로 더 포함하는 실시예 2, 3의 경우, 침입도 외 전체적으로 물성이 다소 향상되었으며, 특히 PG 등급이 76-22로 나타났다.
실험예 3: 아스팔트의 특성 비교 2
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 아스팔트 혼합물을 다짐온도 110℃에서 포설하고, 포설된 아스팔트의 특성을 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.
-점도(Viscosity, cps): 점도는 Brookfield DV-II+ Pro Model을 사용하여 스핀들 27의 조건으로 ASTM D4402에 따라 110 ℃ 및 135 ℃에서 측정하였다
-공극율(Voids in Total Mix, %): 다져진 시료 내에 존재하고 있는 공기의 체적으로 혼합물의 전체 체적에 대한 백분율로서 표시하였다. 또한, 품질기준 수치는 3~8이다.
VTM = VV/VT * 100 = 100(1-Gmb/Gmm)
여기서, VV : 공극의 체적, VT : 다져진 공시체의 전체 체적
-간접인장강도(Indirect Tensile Strength, N/㎜2): 금속막대의 폭은 공시체의 직경이 101.6mm일 때 12.7mm±0.3mm, 150mm일 때 19mm±0.3mm이고, 하중 속도는 50mm/min, 시험온도는 상온 (25℃)에서 KS F 2382에 의해 측정하였다. 또한 품질기준 수치는 0.8이상이다.
구분 점도
(cps@110℃)		 점도
(cps@135℃)		 PG 등급 탄성회복율(%) 공극율(%) 간접인장강도
(N/㎜2)
비교예 3 11,200 5,320 70-22 68 11.2 0.65
비교예 4 8,500 - 64-22 64 9.5 0.88
비교예 5 6,800 - 28-22 58 8.2 0.75
실시예 1 6,725 2,400 70-22 70 7.7 1.1
실시예 3 4,750 1,350 76-22 79 4.7 1.82
상기 표 3을 참고하면, 개질되어 평균 입도가 250㎚ 이상인 개질 라텍스를 사용하는 개질 아스팔트 혼합물인 실시예 1, 3의 경우, 평균 입도가 200㎚ 미만인 라텍스를 포함하는 아스팔트 혼합물인 비교예 3에 비해 점도가 낮게 조절되었다.다만, 비교예 3의 점도 개선을 위해 왁스를 추가로 더 포함한 비교예 4, 5의 경우 점도가 낮게 조절되었으나, 상기 왁스를 포함하여 PG 등급이 저하되는 문제가 나타났으며, 공극율 및 간접인장강도 또한 기준치를 벗어나는 것을 확인할 수 있다.
반면, 개질되어 평균 입도가 250㎚ 이상인 개질 라텍스를 사용하는 실시예 1, 3의 경우, 점도가 적당한 유동성을 가지는 것으로 나타나며, 그 외 PG 등급도 우수하고, 탄성회복율 및 간접인장강도가 현저히 높아지는 것을 확인할 수 있다.
실험예 4: 아스팔트의 특성 비교 3
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 아스팔트 혼합물을 포설하였고, 포설 시 실시예 3은 다짐온도 110℃에서 포설하였고, 비교예 6의 혼합물은 다짐온도 110℃에서 용융되지 않아 다짐온도 160~170℃에서 포설하였으며, 포설된 아스팔트의 특성을 측정하여 하기 표 4에 나타내었다.
구분 PG 등급 공극율(%) 간접인장강도(N/㎜2)
실시예 3 76-22 4.7 1.82
비교예 6 76-22 4.6 1.80
상기 표 4를 참고하면, 개질 라텍스 제조 시 양이온 유화제를 포함하여 제조된 라텍스를 사용하는 개질 아스팔트 혼합물인 실시예 3은 준중온인 다짐온도 110℃에서 포설하였음에도 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체, 스티렌-부타디엔 고무 및 폴리에틸렌계 왁스를 포함하여 제조된 아스팔트 혼합물을 종래의 고온 포설방법에 따라 포설한 비교예 6과 비교하여 PG 등급, 공극율, 간접인장강도와 같은 공용 물성 값이 유사한 수준을 나타내었다.상기 비교예 6의 경우, 라텍스 제조공정이 복잡하고, 왁스를 추가로 포함하여 첨가제 비용이 추가되고, 상기 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체를 180~200℃인 높은 온도에서 용융하는 공정이 필요한 반면, 실시예 3의 경우, PG 등급, 공극율 및 간접인장강도를 종래 기술 수준으로 구현하면서도, 별도의 용융공정이 필요하지 않고, 별도의 첨가제 비용이 추가되지 않아 경제적인 이점이 있다.
실험예 5: 아스팔트의 특성 비교 4
상기 실시예에 따라 제조된 아스팔트 혼합물을 다짐온도 110℃에서 포설하고, 상기 비교예에 따라 제조된 아슬팔트 혼합물은 110℃에서 포설이 불가하여 다짐온도 160~170℃에서 포설하였다. 포설된 아스팔트의 특성을 측정하여 하기 표 5에 나타내었다.
구분 PG 등급 침입도(dm) 연화점(℃) 공극율(%) 간접인장강도
(N/㎜2)
비교예 2 76-22 75.0 77.0 4.5 1.81
실시예 3 76-22 44.1 78.2 4.7 1.82
상기 표 5을 참고하면, 라텍스를 포함하여 제조된 개질 아스팔트 바인더 및 신골재와 순환골재가 1 : 1의 배합비로 혼합된 골재 혼합물을 포함하는 개질 아스팔트 혼합물인 실시예 3은 라텍스를 포함하지 않은 아스팔트 바인더 및 신골재를 포함하는 비교예 2를 종래의 가열 아스팔트 공법에 따라 포설한 것과 비교하여 PG 등급, 침입도, 연화점, 공극율 및 간접인장강도의 공용 물성값이 유사하게 구현되었다.전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (11)

  1. 평균 입도가 200~300㎚인 개질 라텍스 4~8중량%; 및
    아스팔트 바인더92~96중량%;를 포함하고,
    상기 개질 라텍스는 평균 입도가 50~150㎚인 시드 공중합체를 포함하여 중합된, 개질 아스팔트 바인더 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 개질 라텍스는 25℃에서 점도가 300~800cps인, 개질 아스팔트 바인더 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 개질 라텍스는 양이온 유화제를 포함하는, 개질 아스팔트 바인더 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 양이온 유화제는 스테아릴아민 또는 알킬에테르계인, 개질 아스팔트 바인더 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 개질 라텍스는 스티렌 및 부타디엔이 시드 유화중합되어 제조된, 개질 아스팔트 바인더 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 개질 아스팔트 바인더 조성물; 및
    혼합골재;를 포함하고,
    상기 혼합골재 중 순환골재의 함량은 상기 혼합골재 100중량부 기준으로 30~70중량부를 포함하는, 개질 아스팔트 혼합물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 개질 아스팔트 혼합물은 다짐온도 90~140℃로 포설 가능한, 개질 아스팔트 바인더 조성물.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 개질 아스팔트 혼합물을 90~140℃에서 포설하였을 때의 공극율이 3~8%인, 개질 아스팔트 혼합물.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 개질 아스팔트 혼합물을 90~140℃에서 포설하였을 때의 간접인장강도가 0.8 N/㎜2이상인, 개질 아스팔트 혼합물.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 개질 아스팔트 혼합물을90~140℃에서 포설하였을 때의 PG(Performance Grade) 등급이 70-22 또는 76-22인, 개질 아스팔트 혼합물.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 개질 아스팔트 혼합물을 다짐온도 90~140℃에서 포설하는 중온 또는 준중온 아스팔트 포장방법.
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