KR20220098448A - 고성능 아스팔트 조성물, 이를 포함하는 아스팔트 혼합물 및 아스팔트 혼합물의 제조방법 - Google Patents
고성능 아스팔트 조성물, 이를 포함하는 아스팔트 혼합물 및 아스팔트 혼합물의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 아스팔트 조성물, 아스팔트 혼합물 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 침입도 조절제와 박리방지제를 아스팔트 첨가제로 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 아스팔트 조성물은 점도를 유지하면서 침입도 만을 증가시킴으로써 소성변형 저항성을 유지할 수 있으며, 본 발명의 아스팔트 조성물로 아스팔트 혼합물 제조 시, 수분저항 성능과 중온화 성능을 동시에 향상시키는 효과가 있다.
Description
본 발명은 침입도가 향상되면서 동시에 수분저항성 및 다짐성이 개선된 아스팔트 조성물, 이를 포함하는 아스팔트 혼합물 및 아스팔트 혼합물의 제조방법에 관한 것이다.
아스팔트 혼합물(Asphalt Mixture)은 통상 아스콘으로 불리며, 아스팔트 믹싱 플랜트(Asphalt Mixing Plant)에 아스팔트(Asphalt), 골재(Aggregate), 채움재(Filler) 등을 투입하고, 이러한 재료들을 160 내지 180 ℃의 고온으로 가열하여 혼합하는 과정을 통해 제조된 후, 도로 포장 재료로 사용된다.
따라서 아스팔트 혼합물을 제조하는 과정에서 고온 가열로 인해 많은 에너지가 필요할 뿐만 아니라, 시공 중에도 이산화탄소, 황산화물, 질소산화물 등의 유해 가스 배출이 발생함으로써 환경을 오염시키거나 작업자의 건강에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 또한 도로 포장 시 160 내지 180 ℃의 고온에서 생산된 아스팔트 혼합물을 상온으로 냉각하는데 많은 시간이 소요되어 교통 개방 시간 지연 및 작업자의 안전사고 위험 노출 등의 문제가 발생하며, 나아가 고온에서 아스팔트를 생산함에 따라 아스팔트의 산화 노화가 비교적 빨리 진행되어 조기 포장 균열이 발생하므로 포장 수명이 단축되는 단점을 가진다.
한편, 중온 아스팔트(WMA, Warm Mix Asphalt)는 가열 아스팔트 혼합물과 대비하여 생산 및 다짐 온도가 낮아 에너지 소비, 비용 절감, 유해 가스 배출 감소 및 냉각 시간 단축으로 인한 조기 교통 개방 등의 장점을 가진다. 그러나 가열 아스팔트 혼합물보다 낮은 온도에서 골재를 가열하는 특성상 골재 내 존재하는 수분을 모두 제거하는 데에 한계가 있고, 상대적으로 아스팔트 점도가 높아 골재를 코팅하기에도 어려운 점이 있다. 그러므로 중온 아스팔트 혼합물의 경우, 아스팔트 포장에 유입된 물에 의하여 골재와 아스팔트 사이의 점착력 또는 부착력이 약화되어 골재와 아스팔트의 탈리를 유발할 수 있다.
이 때문에 아스팔트 박리방지제, 연화제와 더불어 아스팔트 침입도 조절제로서 석유계 감압증류 공정 부산물, 중질유 유동상 촉매 분해공정 부산물, 탈아스팔텐 공정 부산물, 윤활유계 및 동식물계 유분 등을 함께 사용하는데 이 경우 점도 등 아스팔트의 소성변형 저항성을 대표하는 성능의 저하가 발생하므로 원하는 고품질의 아스팔트를 생산하는 것이 매우 제한적이다.
따라서 아스팔트의 점도는 유지하면서 침입도만을 증가시킴으로써 소성변형 저항성을 유지하여 아스팔트의 도로포장 성능을 향상시킴과 동시에 아스팔트의 수분저항성 및 다짐성을 향상시키는 기술의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 침입도가 향상되면서 동시에 수분저항성 및 다짐성이 개선된 아스팔트 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 아스팔트의 침입도를 향상시키면서도 아스팔트의 점도를 유지하여 소성변형 저항성 저하를 방지하는 고품질의 아스팔트 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 목적 달성을 위하여 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 침입도 조절제; 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물에서 선택되는 어느 하나 이상의 박리방지제; 및 아스팔트;를 포함하는 아스팔트 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
[화학식 2]
[화학식 3]
상기 화학식 1 내지 화학식 3에서,
R은 C1-C30하이드로카빌 또는 C1-C30헤테로하이드로카빌이고,
R1은 C1-C30알킬, C1-C30알케닐 또는 C1-C30알키닐이고,
R2 내지 R4는 서로 독립적으로 수소, C1-C30알킬, C1-C30알케닐 또는 C1-C30알키닐이며,
R5 또는 R6은 독립적으로 수소, C1-C30알킬, C1-C30알케닐 또는 C1-C30알키닐이고, R5 및 R6 중 적어도 하나는 C1-C30알킬, C1-C30알케닐 또는 C1-C30알키닐이고,
m은 1 내지 10의 정수이고,
n은 0 내지 20의 정수이며,
상기 R 의 하이드로카빌 또는 헤테로하이드로카빌 및 R1 내지 R4의 알킬, 알케닐 또는 알키닐은 히드록시, C1-C20알콕시, C1-C20알킬, 카보닐, 할로겐 및 아미노 그룹에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 아스팔트 조성물에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 침입도 조절제는 하기 화학식 4로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 4]
상기 화학식 4에서, R’은 C1-C30알킬, C1-C30알케닐 또는 C1-C30알키닐이며, 상기 R’의 알킬, 알케닐 또는 알키닐은 히드록시기, 카보닐기, 알콕시기 및 카르복시기에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며, q는 0 또는 1이다.
본 발명의 일 양태에 따른 아스팔트 조성물에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 침입도 조절제는 하기 화학식 5로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 5]
상기 화학식 5에서, R”는 C1-C30알킬, C1-C30알케닐 또는 C1-C30알키닐이고, A는 C1-C5알킬렌이며, 상기 R”의 알킬, 알케닐 또는 알키닐과 A의 알킬렌은 히드록시기, 카보닐기, 알콕시기 및 카르복시기에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라 상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 R1이 C1-C30알킬 또는 C1-30알케닐이고, R2 내지 R4가 서로 독립적으로 수소 또는 C1-C3알킬로서 히드록시기로 치환된 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 모노인산 에스테르 및 디인산 에스테르의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라 상기 화학식 1로 표시되는 침입도 조절제는 아스팔트 100 중량부에 대하여 0.05 내지 10 중량부로 포함되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라 상기 화학식 2로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물에서 선택되는 어느 하나 이상의 박리방지제는 아스팔트 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부로 포함되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라 상기 모노인산 에스테르 및 디인산 에스테르는 아스팔트 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부로 포함되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라 상기 아스팔트는 천연 아스팔트, 석유 아스팔트, 석유계 피치, 순환 아스팔트 및 개질 아스팔트로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
본 발명은 상술한 아스팔트 조성물, 골재 및 채움재를 포함하는 아스팔트 혼합물을 제공한다.
또한 본 발명은 아스팔트, 하기 화학식 1로 표시되는 침입도 조절제와 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물에서 선택되는 어느 하나 이상의 박리방지제;를 포함하는 아스팔트 조성물을 제조하는 프리믹싱(Pre-mixing) 단계; 및 상기 아스팔트 조성물, 골재 및 채움재를 혼합하는 단계;를 포함하는 아스팔트 혼합물의 제조방법을 제공한다.
[화학식 1]
[화학식 2]
[화학식 3]
상기 화학식 1 내지 화학식 3에서,
R은 C1-C30하이드로카빌 또는 C1-C30헤테로하이드로카빌이고,
R1는 C1-C30알킬, C1-C30알케닐 또는 C1-C30알키닐이고,
R2 내지 R4는 서로 독립적으로 수소, C1-C30알킬, C1-C30알케닐 또는 C1-C30알키닐이며,
R5 또는 R6은 독립적으로 수소, C1-C30알킬, C1-C30알케닐 또는 C1-C30알키닐이고, R5 및 R6 중 적어도 하나는 C1-C30알킬, C1-C30알케닐 또는 C1-C30알키닐이고,
m은 1 내지 10의 정수이고,
n은 0 내지 20의 정수이며,
상기 R 의 하이드로카빌 또는 헤테로하이드로카빌 및 R1 내지 R4의 알킬, 알케닐 또는 알키닐은 히드록시, C1-C20알콕시, C1-C20알킬, 카보닐, 할로겐 및 아미노 그룹에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라 상기 프리믹싱 단계는 침입도 조절제 및 박리방지제를 혼합하는 첨가제 제조단계; 및 상기 첨가제에 아스팔트를 투입하고 교반하는 아스팔트 조성물 제조단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라 상기 아스팔트 조성물은 아스팔트 100 중량부에 대하여, 침입도 조절제 0.05 내지 10 중량부, 박리방지제는 0.1 내지 10 중량부로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라 상기 혼합하는 단계는 80 내지 180 ℃에서 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 아스팔트 조성물은 아스팔트와 골재의 수분저항성, 다짐성을 동시에 향상시킬 수 있으며 아스팔트 혼합물의 생산성 및 작업성을 개선할 수 있다.
본 발명에 따른 아스팔트 조성물은 아스팔트의 점도를 유지하면서 침입도만을 증가시키는 첨가제를 사용함으로써 도로포장용 아스팔트 규격을 충족하면서도 소성변형 저항성을 유지하여 아스팔트의 도로포장 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 아스팔트 조성물 사용 시, 기존 아스팔트 시공온도 대비 20 내지 50 ℃ 낮은 온도에서도 시공이 가능하여 빠른 작업을 도모하고, 이를 통해 경제적이고 친환경적인 시공을 수행할 수 있다.
이하 본 발명에 따른 아스팔트 조성물, 아스팔트 혼합물 및 이의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 이때, 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 본 발명의 설명에서 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고, 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
또한, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 효과 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 이하 명세서에서 특별한 언급 없이 사용된 단위는 중량을 기준으로 하며, 일 예로 % 또는 비의 단위는 중량% 또는 중량비를 의미한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.
또한 본 발명의 명세서에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도될 수 있다.
또한, 본 발명의 명세서에서 사용되는 '알킬', '알케닐' 및 '알키닐'은 직쇄 또는 분지쇄를 모두 포함할 수 있고, '알케닐' 및 '알키닐'은 이중결합 또는 삼중결합의 불포화 결합을 하나 또는 둘 이상 포함하는 것을 의미한다.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 침입도 조절제; 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물에서 선택되는 어느 하나 이상의 박리방지제; 및 아스팔트;를 포함하는 아스팔트 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
[화학식 2]
[화학식 3]
상기 화학식 1 내지 화학식 3에서, R은 C1-C30하이드로카빌 또는 C1-C30헤테로하이드로카빌이고, R1은 C1-C30알킬, C1-C30알케닐 또는 C1-C30알키닐이고, R2 내지 R4는 서로 독립적으로 수소, C1-C30알킬, C1-C30알케닐 또는 C1-C30알키닐이며, R5 또는 R6은 독립적으로 수소, C1-C30알킬, C1-C30알케닐 또는 C1-C30알키닐이고, R5 및 R6 중 적어도 하나는 C1-C30알킬, C1-C30알케닐 또는 C1-C30알키닐이고, m은 1 내지 10의 정수이고, n은 0 내지 20의 정수이며, 상기 R 의 하이드로카빌 또는 헤테로하이드로카빌 및 R1 내지 R4의 알킬, 알케닐 또는 알키닐은 히드록시, C1-C20알콕시, C1-C20알킬, 카보닐, 할로겐 및 아미노 그룹에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다.
바람직하게는 상기 R2 내지 R4는 C1-C7알킬, C1-C7알케닐 또는 C1-C7알키닐이며, 상기 알킬, 알케닐 또는 알키닐은 히드록시, C1-C15알콕시 및 카보닐 그룹에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 침입도 조절제는 하기 화학식 4로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 4]
상기 화학식 4에서, R’은 C1-C30알킬, C1-C30알케닐 또는 C1-C30알키닐이며, 상기 R’의 알킬, 알케닐 또는 알키닐은 히드록시기, 카보닐기, 알콕시기 및 카르복시기에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며, q는 0 또는 1이다.
또는 본 발명의 바람직한 일 구현예는 상기 화학식 1로 표시되는 침입도 조절제가 하기 화학식 5로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 5]
상기 화학식 5에서, R”는 C1-C30알킬, C1-C30알케닐 또는 C1-C30알키닐이고, A는 C1-C5알킬렌이며, 상기 R”의 알킬, 알케닐 또는 알키닐과 A의 알킬렌은 히드록시기, 카보닐기, 알콕시기 및 카르복시기에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다.
본 발명에 따른 아스팔트 조성물은 아스팔트와 골재의 혼합성, 다짐성 및 수분저항성을 획기적으로 개선하여 아스팔트 혼합물의 생산성을 향상시키고 시공시 작업성을 높이는 효과를 발휘한다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 R1이 C1-C20알킬 또는 C1-C20알케닐이고, R2 내지 R4는 서로 독립적으로 수소 또는 C1-C20알킬이고, 상기 알킬 또는 알케닐은 히드록시기, C1-C15알콕시, 카보닐 및 아미노 그룹에서 선택되는 하나 이상으로 더 치환될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 R1이 C1-C30알킬 또는 C1-C30알케닐이고 R2 내지 R4가 서로 독립적으로 수소 또는 C1-C3알킬로서 히드록시기로 치환된 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 유기인산 에스테르 혼합물일 수 있다. 상기 유기인산 에스테르 혼합물은 에스테르 작용기의 산소원자에 결합된, 동일 또는 상이한 알킬, 알케닐 또는 알키닐을 갖는 화합물이 2종 이상 혼합된 혼합물을 의미하며, 인산기를 포함하여 산성을 나타낸다. 구체적으로 예를 들면, 상이한 두 모노인산 에스테르의 혼합물, 상이한 두 디인산 에스테르 혼합물, 하나의 모노인산 에스테르 및 하나의 디인산 에스테르의 혼합물 또는 상이한 셋 이상의 모노인산 에스테르 및/또는 디인산 에스테르의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예는 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물이 동일한 알킬, 알케닐 또는 알키닐을 갖는 모노인산 에스테르 및 디인산 에스테르의 혼합물일 수 있고, 상기 모노인산 에스테르 및 디인산 에스테르의 몰비는 1:1 내지 4:1일 수 있다. 이 경우 아스팔트와 골재의 부착성 및 박리 저감효과가 우수하게 나타난다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 아스팔트 조성물은 아스팔트 100 중량부에 대하여, 침입도 조절제는 0.05 내지 10 중량부, 바람직하게는 0.1 내지 8 중량부, 보다 바람직하게는 0.2 내지 5 중량부로 포함될 수 있다. 박리방지제는 아스팔트 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부, 바람직하게는 0.2 내지 8 중량부, 보다 바람직하게는 0.3 내지 5 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 침입도 조절제 및 박리방지제가 아스팔트 첨가제로 사용될 때 경제적으로 침입도를 높이면서도 우수한 박리방지 효과를 발현할 수 있다.
상기 아스팔트는 천연 아스팔트, 석유 아스팔트, 석유계 피치, 순환 아스팔트 및 개질 아스팔트로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있으나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다.
본 발명은 상술한 기술적 사상을 포함하는 아스팔트 조성물, 골재 및 채움재를 포함하는 아스팔트 혼합물을 제공한다.
상기 골재는 시공하고자 하는 포장의 종류에 따라 굵은 골재, 잔골재 등을 혼합하여 사용할 수 있다. 여기서 굵은 골재는 2.5 mm 체에 남는 골재를 말하며, 부순돌(쇄석), 슬래그 또는 부순 자갈을 의미한다. 잔골재는 2.5 mm 체를 통과하고 0.08 mm 체에 남는 골재로서, 천연 모래, 부순 모래 또는 이 두 가지를 혼합한 것을 의미한다.
상기 채움재는 석분, 석회석분말, 고로(Blast Furnace) 슬래그 분말, 셀루로즈섬유, 유리섬유, 카본블랙, 플라이애쉬(Fly-ash), 점토분말, 경탄분말, 소석회, 생석회, 시멘트 및 제강분말로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있으나, 이에 특별히 제한되는 것은 아니며, 아스팔트 혼합물의 용도에 따라 이외의 채움재를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 아스팔트 조성물은 본 발명의 효과를 훼손하지 않는 범위에서 본 발명의 침입도 조절제 및 박리방지제를 포함하는 아스팔트 첨가제 외에 추가 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 구체적으로 예를 들면, 아스팔트 개질제, 연화제, 재생첨가제, 침입도 조절제, 산화방지제, 열안정제, 대전방지제, 활제 또는 계면활성제일 수 있다. 필요에 따라 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 추가 첨가제는 통상적으로 당업계에서 사용되는 성분이라면 제한없이 사용될 수 있으며, 아스팔트 100 중량부에 대하여 0.05 내지 20 중량부, 좋게는 0.1 내지 15 중량부, 보다 좋게는 0.3 내지 12 중량부로 사용될 수 있으며, 상기 범위는 목적하는 효과를 달성하기에 충분한 함량인 동시에 경제적인 측면에서 바람직하나, 이에 특별히 한정되는 것은 아니다.
상기 아스팔트 개질제는 고분자계 개질제 및 탄화수소계 개질제로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다.
상기 고분자계 개질제의 구체적인 일례로는 천연고무, 스티렌-부타디엔-러버 공중합체, 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합체, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론, 비닐클로라이드, 에틸렌메타크릴레이트, 에틸렌프로필렌고무, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 부틸고무, 스티렌-부타디엔 고무, 폴리클로로프렌 고무 및 폐타이어 재생고무 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 고분자계 개질제는 제한되는 것은 아니나 중량 평균 분자량이 20,000 ~ 600,000 g/mol인 것일 수 있다.
또한, 상기 탄화수소계 개질제의 예로는 왁스계 아스팔트 첨가제, 천연 아스팔트, 석유계 피치 및 길소나이트 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다
상기 연화제(Softener)는 제품에 유연성을 부여하기 위해 가해지는 액상 또는 고체상 물질을 말한다. 일반적으로 연화제는 지방유계, 송근유계, 톨유, 팍티스(Factice), 석유계, 콜타르계, 합성수지계 등으로 구분될 수 있다. 상기 아스팔트 연화제는 아스팔트의 구성성분 중 아스팔텐의 분산매로서 역할을 하는 아로마틱(Aromatic) 성분을 보강하여 노화된 아스팔트의 취성 및 저온 유연성을 개선하는 역할을 한다.
상기 아스팔트 연화제는 아로마틱 성분이 높고 포화분 함량이 적은 아로마틱 프로세스 오일(Aromatic Process Oil), 원유의 감압 증류잔유(VR, Vacuum Residue) 및 감압 증류잔유의 탈력공정(Deasphaltene Process) 생성물 중 어느 하나 이상을 포함한다.
마찬가지로 상기 재생첨가제 및 추가 첨가되는 침입도 조절제는 석유계 감압증류 공정 부산물, 중질유 유동상 촉매 분해공정 부산물, 탈아스팔텐 공정 부산물, 윤활유계 및 동식물계 유분에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 포함하는 것일 수 있다.
상기 계면활성제는 양이온, 음이온, 양성 계면활성제일 수 있으며, 구체적인 양이온 계면활성제는 리니어 알킬 아민(Linear Alkyl Amine), 리니어 알킬 암모늄(Linear Alkyl Ammonium), 리니어 디아민(Linear Diamine), n-도데실 피리디늄 클로라이드(n-Dodecyl Pyridinium Chloride), 이미다졸(Imidazole), 몰포린 화합물(Morpholine Compound) 등이 있고, 비이온 계면활성제는 에톡시레이티드 알코올(Ethoxylated Alcohol), 알킬페놀(Alkyl Phenol), 지방산 에스테르(Fatty Acid Ester), 질소계 비이온성 계면활성제(Nitrogenated Nonionic Surfactant) 등이 있으며, 음이온 계면활성제는 황산염(Sulfate), 술폰산염(Sulfonate), 유기인산 계열 계면활성제(Organo Phosphorous Surfactant), 사르코사이드(Sarcoside), 알킬 아미노산(Alkyl Amino Acid) 등이 있고, 양성 계면활성제는 아미노 프로피온산(Amino Propionic Acid), 이미도 프로피온산(Imido Propionic Acid), 4기 화합물(Quaternized Compound) 등이 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 계면활성제는 둘 이상의 계면활성제의 혼합물 형태로도 사용이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 아스팔트 혼합물은 아스팔트 콘크리트의 표층, 중간층 및 기층 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상에 사용되는 것일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 아스팔트 혼합물은 밀입도 아스팔트 콘크리트 포장, 내유동성 아스팔트 콘크리트 포장, 조립도 아스팔트 콘크리트 포장, 개립도 아스팔트 콘크리트 포장, 배수성 아스팔트 콘크리트 포장 및 쇄석 매스틱 아스팔트 콘크리트 포장 등에서 선택되는 아스팔트 콘크리트 포장에 사용되는 것일 수 있으며, 용도가 이에 제한되는 것은 아니다.
또한 본 발명은 아스팔트, 하기 화학식 1로 표시되는 침입도 조절제와 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물에서 선택되는 어느 하나 이상의 박리방지제;를 포함하는 아스팔트 조성물을 제조하는 프리믹싱(Pre-mixing) 단계; 및 상기 아스팔트 조성물, 골재 및 채움재를 혼합하는 단계;를 포함하는 아스팔트 혼합물의 제조방법을 제공한다.
[화학식 1]
[화학식 2]
[화학식 3]
상기 화학식 1 내지 화학식 3에서,
R은 C1-C30하이드로카빌 또는 C1-C30헤테로하이드로카빌이고,
R1은 C1-C30알킬, C1-C30알케닐 또는 C1-C30알키닐이고,
R2 내지 R4는 서로 독립적으로 수소, C1-C30알킬, C1-C30알케닐 또는 C1-C30알키닐이며,
R5 또는 R6은 독립적으로 수소, C1-C30알킬, C1-C30알케닐 또는 C1-C30알키닐이고, R5 및 R6 중 적어도 하나는 C1-C30알킬, C1-C30알케닐 또는 C1-C30알키닐이고,
m은 1 내지 10의 정수이고,
n은 0 내지 20의 정수이며,
상기 R 의 하이드로카빌 또는 헤테로하이드로카빌 및 R1 내지 R4의 알킬, 알케닐 또는 알키닐은 히드록시, C1-C20알콕시, C1-C20알킬, 카보닐, 할로겐 및 아미노 그룹에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다.
상기 프리믹싱 단계는 침입도 조절제 및 박리방지제를 혼합하는 첨가제 제조단계; 및 상기 첨가제에 아스팔트를 투입하고 교반하는 아스팔트 조성물 제조단계;를 포함할 수 있다.
상기 아스팔트 조성물은 아스팔트 100 중량부에 대하여, 침입도 조절제 0.05 내지 10 중량부, 박리방지제는 0.1 내지 10 중량부로 포함될 수 있다.
상기 아스팔트 조성물, 골재 및 채움재를 혼합하는 단계는 80 내지 180 ℃에서 수행될 수 있다.
일반적인 가열 아스콘의 경우 골재를 160 내지 180 ℃로 가열하고, 160 내지 180 ℃로 가열된 아스팔트를 바인더로서 혼합하여 생산하며, 중온 아스콘은 골재와 아스팔트의 온도를 110 내지 150 ℃로 낮추어 생산한다. 본 발명에 따른 아스팔트 조성물은 상기 아스팔트 첨가제를 포함함에 따라 아스팔트 혼합물 생산 온도를 기존 온도 대비 30 내지 50 ℃ 낮출 수 있어, 구체적으로 110 내지 150 ℃에서 시공이 가능한 중온 아스팔트 혼합물을 제공할 수 있다. 뿐만 아니라 포트홀 저감용 아스팔트 및 폐아스콘 재활용 용도의 아스팔트에도 적용가능하다.
본 발명에 따른 아스팔트 혼합물의 경우 생산 온도의 저감으로 CO2 배출량을 현저히 줄일 수 있어 친환경적이며, 시공 후 포장체의 냉각 시간 단축으로 인한 조기 교통 개방의 이점이 있다.
본 발명에 따른 아스팔트 혼합물의 제조 시, 상기 아스팔트 조성물은 아스팔트 100 중량부에 대하여, 침입도 조절제는 0.05 내지 10 중량부, 바람직하게는 0.1 내지 8 중량부, 보다 바람직하게는 0.2 내지 5 중량부로 포함될 수 있다. 박리방지제는 아스팔트 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부, 바람직하게는 0.2 내지 8 중량부, 보다 바람직하게는 0.3 내지 5 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 침입도 조절제 및 박리방지제가 아스팔트 첨가제로 사용될 때 경제적으로 침입도를 높이면서도 우수한 박리방지 효과를 발현할 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
[제조예 1] 박리방지제 1의 제조
Ethylenediamine 1.30 g(21.63 mmol)과 Glycidyl Lauryl Ether 10.50 g(43.32 mmol)을 둥근바닥 플라스크에 넣은 뒤 내부 온도 100 ℃에서 16시간 동안 반응시켜 제조하였다.
1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ 3.89-3.81 (m, 2H), 3.44-3.36 (m, 8H), 2.81-2.54 (m, 8H), 1.56-1.55 (m, 4H), 1.28-1.25 (m, 36H), 0.87 (t, J = 7.0 Hz, 6H).
[제조예 2] 박리방지제 2의 제조
박리방지제 2인 N,N-Bis(2-hydroxyethyl)oleylamine은 Zhangjiagang Halberdo Chemical Co., Ltd로부터 구매하여 사용하였다.
[제조예 3] 박리방지제 3의 제조
질소 분위기 하에서 Phosphoryl Chloride 16.45 g(107.28 mmol)을 둥근바닥 플라스크에 넣은 뒤 내부 온도 10 ℃ 이하에서 1-Dodecanol 10.00 g(53.67 mmol)을 넣고 내부 온도 50 ℃에서 3시간 동안 반응시켰다. 상온으로 식힌 후 반응물을 얼음물에 투입하고 Diethyl Ether를 추가로 넣은 뒤 충분히 교반하였다. 층분리하여 수층을 제거하고 남은 유기층을 농축하였다.
1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ 10.63 (br, 2H), 4.07-4.05 (m, 2H), 1.70-1.65 (m, 2H), 1.36-1.26 (m, 18H), 0.88 (t, J = 6.8 Hz, 3H).
[실시예 1] 아스팔트 조성물 1 및 아스팔트 혼합물 1의 제조
1-1. 아스팔트 조성물 1의 제조
25 ℃ 침입도가 72인 석유계 아스팔트 100 중량부에 대하여, Oleyl Alcohol을 0.3 중량부, 제조예 1에서 제조한 박리방지제 1을 0.5 중량부 투입하고 140 내지 150 ℃에서 20분간 500 rpm 속도로 교반하여 아스팔트 조성물 1을 제조하였다. 상기 아스팔트 조성물에 대한 침입도와 점도를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다. Oleyl Alcohol은 Sigma-Aldrich Corporation으로부터 구매하여 사용하였다.
1-2. 아스팔트 혼합물 1 및 시편의 제조
상기 제조된 아스팔트 조성물 5.0 중량%와 화강편마암 골재(WC-2입도) 95.0 중량%를 130 ℃에서 혼합하여 아스팔트 혼합물 1을 제조하였다. 상기 아스팔트 혼합물을 115 ℃에서 다짐하여 시편을 제조하였으며, 다짐도를 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
[실시예 2] 아스팔트 조성물 2 및 아스팔트 혼합물 2의 제조
2-1. 아스팔트 조성물 2의 제조
상기 실시예 1-1에서 제조예 1의 박리방지제 1 대신에 제조예 2의 박리방지제 2를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1-1과 동일하게 제조하였다.
2-2. 아스팔트 혼합물 2 및 시편의 제조
상기 실시예 1-2에서 아스팔트 조성물 1 대신에 실시예 2-1의 아스팔트 조성물 2를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1-2와 동일하게 제조하였다.
[실시예 3] 아스팔트 조성물 3 및 아스팔트 혼합물 3의 제조
3-1. 아스팔트 조성물 3의 제조
상기 실시예 1-1에서 Oleyl Alcohol과 제조예 1의 박리방지제 1 대신에 Oleic Acid와 제조예 3의 박리방지제 3을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1-1과 동일하게 제조하였다. Oleic Acid는 Sigma-Aldrich Corporation으로부터 구매하여 사용하였다.
3-2. 아스팔트 혼합물 3 및 시편의 제조
상기 실시예 1-2에서 아스팔트 조성물 1 대신에 실시예 3-1의 아스팔트 조성물 3을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1-2와 동일하게 제조하였다.
[비교예 1] 일반 아스팔트 혼합물 4(첨가제 없이)의 제조
상기 실시예 1 내지 3에서, 아스팔트 조성물 1 내지 3 대신에 침입도 조절제인 Oleyl Alcohol 및 Oleic Acid, 박리방지제 1 내지 3을 투입하지 않은 일반 아스팔트와 골재를 160 ℃에서 혼합하여 아스팔트 혼합물 4를 제조하고 상기 아스팔트 혼합물을 145 ℃에서 다짐한 것을 제외하고는 실시예 1-2 내지 3-2와 동일하게 제조하였다.
[비교예 2 및 3] 침입도 조절제 없이 아스팔트 조성물 5, 6 및 아스팔트 혼합물 5, 6의 제조
상기 실시예 1 및 2에서, 아스팔트 조성물 제조 시, Oleyl Alcohol을 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1 및 2와 동일하게 제조하였다.
[비교예 4] 침입도 조절제 없이 아스팔트 조성물 7 및 아스팔트 혼합물 7의 제조
상기 실시예 3에서, 아스팔트 조성물 제조 시, Oleic Acid를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 제조하였다.
[비교예 5] 박리방지제 없이 아스팔트 조성물 8 및 아스팔트 혼합물 8의 제조
상기 실시예 1에서, 아스팔트 조성물 제조 시, 박리방지제 1을 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
[비교예 6] 박리방지제 없이 아스팔트 조성물 9 및 아스팔트 혼합물 9의 제조
상기 실시예 3에서, 아스팔트 조성물 제조 시, 박리방지제 3을 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 제조하였다.
[실험예 1] 아스팔트 조성물의 침입도 평가
KS M 2252 역청 재료의 침입도 시험방법에 따라 실시예 1-1 내지 실시예 3-1 및 비교예 1 내지 비교예 4의 아스팔트 조성물의 침입도 평가를 수행하였다. 평가 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
표 1에 따르면 실시예 1-1 내지 3-1에 따른 아스팔트 조성물의 경우 비교예 1 내지 비교예 4에 따른 아스팔트 조성물과 대비하여 모두 침입도가 10 % 가량 향상된 것을 확인할 수 있다.
[실험예 2] 아스팔트 조성물의 점도 평가
KS M 2247 아스팔트의 절대 점도 시험방법에 따라 실시예 1-1 내지 실시예 3-1 및 비교예 1 내지 비교예 4의 아스팔트 조성물의 점도 평가를 수행하였다. 평가 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
표 1에 따라, 실시예 1-1 내지 3-1에 따른 아스팔트 조성물과 비교예 1 내지 비교예 4에 따른 아스팔트 조성물의 점도 차이는 거의 나지 않는 것을 통해, 본 발명에 따른 아스팔트 조성물의 경우 점도는 유지하면서 침입도만을 증가시킴으로써 소성변형 저항성 유지 효과를 제공 가능함을 확인할 수 있다.
[실험예 3] 아스팔트 혼합물의 수분저항 성능 평가
EN-12697-11 Determination of the Affinity between Aggregate and Bitumen 실험 방법을 기준으로 동적수침 후 피복률(%) 평가를 수행하였다. 8 내지 11.2 mm 사이의 골재 510 g 및 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1 내지 비교예 6에 따른 아스팔트 조성물 16 g을 실시예 및 비교예에 기재된 혼합 온도에서 2분간 혼합하여 상온에서 냉각시켰다. 이 중 150 g의 시료를 취하여 물이 들어 있는 시험용 유리병에 넣고 분당 60회의 속도로 24시간 회전시킨 후, 아스팔트가 골재에 피복된 량을 육안으로 평가하였다. 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
표 2에 따라 실시예 1-2 내지 실시예 3-2의 경우, 본 발명에 따른 침입도 조절제 및 박리방지제를 전혀 사용하지 않은 비교예 1과 대비하여 5배 가량 높은 동적수침 후 피복률을 나타냈고, 박리방지제를 사용하지 않은 비교예 5 및 비교예 6과 대비하여도 5배 이상 높은 동적수침 후 피복률을 보였다. 이를 통해 본 발명에 따른 침입도 조절제 및 박리방지제를 모두 포함한 아스팔트 혼합물의 경우 수분저항성능이 현저히 향상된 결과를 나타낸다는 것을 확인할 수 있다.
[실험예 4] 아스팔트 혼합물의 중온화 성능 평가 (다짐도)
아스팔트 혼합물의 공시체 제조는 ASTM D6925 Standard Test Method for Preparation and Determination of the Relative Density of Asphalt Mix Specimens by Means of the Superpave Gyratory Compactor 시험법을 기준으로 하였고, 혼합물의 다짐은 KS F 2377 선회다짐 시험기를 이용한 아스팔트 혼합물의 다짐 방법 및 밀도 산출 방법에 의거하여 수행하여 혼합물의 공극률을 산출하였다. 첨가제가 없는 일반 아스팔트를 활용하여 160 ℃에서 혼합, 145 ℃에서 다짐을 실시한 가열 아스팔트 혼합물의 공극률과 첨가제를 활용한 아스팔트를 사용하여 130 ℃에서 혼합, 115 ℃에서 다짐을 실시한 중온 아스팔트 혼합물의 공극률의 비를 다짐도로 산출하였다.
상기 다짐도는 대한민국 국토교통부에서 제시한 중온화 아스팔트의 다짐 효과 평가를 위한 규격으로 중온화 아스팔트 혼합물 W64 규격을 충족하기 위해 다짐도는 반드시 1 이하여야 한다. 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
[실험예 5] 아스팔트 혼합물의 소성변형 저항성 평가
KS F 2374 아스팔트 혼합물의 휠 트래킹 시험방법을 기준으로 하였다. 구체적으로, 아스팔트와 골재를 125 ℃에서 2분간 혼합 후 가로 x 세로 x 높이가 300 x 300 x 50 mm 인 몰드에 넣고 115 ℃에서 공극 4±1 %가 되도록 다짐하여 시편을 제조한 후 60 ℃의 온도에서 45분 이후 1 mm 변형되는데 소요되는 휠의 통과 횟수를 평가하였다. 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
본 발명에 따른 실시예 1-2 내지 실시예 3-2의 경우 점도를 유지하면서, 침입도 개선과 더불어 소성변형 저항성을 향상시킨 결과를 확인할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위와 발명의 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
Claims (14)
- 하기 화학식 1로 표시되는 침입도 조절제; 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물에서 선택되는 어느 하나 이상의 박리방지제; 및 아스팔트;를 포함하는 아스팔트 조성물.
[화학식 1]
[화학식 2]
[화학식 3]
상기 화학식 1 내지 화학식 3에서,
R은 C1-C30하이드로카빌 또는 C1-C30헤테로하이드로카빌이고,
R1는 C1-C30알킬, C1-C30알케닐 또는 C1-C30알키닐이고,
R2 내지 R4는 서로 독립적으로 수소, C1-C30알킬, C1-C30알케닐 또는 C1-C30알키닐이며,
R5 또는 R6은 독립적으로 수소, C1-C30알킬, C1-C30알케닐 또는 C1-C30알키닐이고, R5 및 R6 중 적어도 하나는 C1-C30알킬, C1-C30알케닐 또는 C1-C30알키닐이고,
m은 1 내지 10의 정수이고,
n은 0 내지 20의 정수이며,
상기 R의 하이드로카빌 또는 헤테로하이드로카빌 및 R1 내지 R4의 알킬, 알케닐 또는 알키닐은 히드록시, C1-C20알콕시, C1-C20알킬, 카보닐, 할로겐 및 아미노 그룹에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다. - 제 1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 침입도 조절제는 하기 화학식 4로 표시되는 것인, 아스팔트 조성물.
[화학식 4]
상기 화학식 4에서, R’은 C1-C30알킬, C1-C30알케닐 또는 C1-C30알키닐이며, 상기 R’의 알킬, 알케닐 또는 알키닐은 히드록시기, 카보닐기, 알콕시기 및 카르복시기에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있으며, q는 0 또는 1이다. - 제 1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 침입도 조절제는 하기 화학식 5로 표시되는, 아스팔트 조성물.
[화학식 5]
상기 화학식 5에서, R”는 C1-C30알킬, C1-C30알케닐 또는 C1-C30알키닐이고, A는 C1-C5알킬렌이며, 상기 R”의 알킬, 알케닐 또는 알키닐과 A의 알킬렌은 히드록시기, 카보닐기, 알콕시기 및 카르복시기에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다. - 제 1항에 있어서,
상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 R1이 C1-C30알킬 또는 C1-C30알케닐이고, R2 내지 R4가 서로 독립적으로 수소 또는 C1-C3알킬로서 히드록시기로 치환된, 아스팔트 조성물. - 제 1항에 있어서,
상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 모노인산 에스테르 및 디인산 에스테르의 혼합물인, 아스팔트 조성물. - 제 1항에 있어서,
상기 침입도 조절제는 아스팔트 100 중량부에 대하여 0.05 내지 10 중량부로 포함되는, 아스팔트 조성물. - 제 1항에 있어서,
상기 박리방지제는 아스팔트 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부로 포함되는, 아스팔트 조성물. - 제 5항에 있어서,
상기 모노인산 에스테르 및 디인산 에스테르는 아스팔트 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부로 포함되는, 아스팔트 조성물. - 제 1항에 있어서,
상기 아스팔트는 천연 아스팔트, 석유 아스팔트, 석유계 피치, 순환 아스팔트 및 개질 아스팔트로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상인, 아스팔트 조성물. - 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 따른 아스팔트 조성물, 골재 및 채움재를 포함하는 아스팔트 혼합물.
- 아스팔트, 하기 화학식 1로 표시되는 침입도 조절제와 하기 화학식 2로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물에서 선택되는 어느 하나 이상의 박리방지제;를 포함하는 아스팔트 조성물을 제조하는 프리믹싱(Pre-mixing)단계; 및
상기 아스팔트 조성물, 골재 및 채움재를 혼합하는 단계;를 포함하는 아스팔트 혼합물의 제조방법.
[화학식 1]
[화학식 2]
[화학식 3]
상기 화학식 1 내지 화학식 3에서,
R은 C1-C30하이드로카빌 또는 C1-C30헤테로하이드로카빌이고,
R1는 C1-C30알킬, C1-C30알케닐 또는 C1-C30알키닐이고,
R2 내지 R4는 서로 독립적으로 수소, C1-C30알킬, C1-C30알케닐 또는 C1-C30알키닐이며,
R5 또는 R6은 독립적으로 수소, C1-C30알킬, C1-C30알케닐 또는 C1-C30알키닐이고, R5 및 R6 중 적어도 하나는 C1-C30알킬, C1-C30알케닐 또는 C1-C30알키닐이고,
m은 1 내지 10의 정수이고,
n은 0 내지 20의 정수이며,
상기 R 의 하이드로카빌 또는 헤테로하이드로카빌 및 R1 내지 R4의 알킬, 알케닐 또는 알키닐은 히드록시, C1-C20알콕시, C1-C20알킬, 카보닐, 할로겐 및 아미노 그룹에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다. - 제 11항에 있어서,
상기 프리믹싱 단계는 침입도 조절제 및 박리방지제를 혼합하는 첨가제 제조단계; 및 상기 첨가제에 아스팔트를 투입하고 교반하는 아스팔트 조성물 제조단계;를 포함하는 것인, 아스팔트 혼합물의 제조방법. - 제 11항에 있어서,
상기 아스팔트 조성물은 아스팔트 100 중량부에 대하여, 침입도 조절제 0.05 내지 10 중량부, 박리방지제는 0.1 내지 10 중량부로 포함되는, 아스팔트 혼합물의 제조방법. - 제 11항에 있어서,
상기 혼합하는 단계는 80 내지 180 ℃에서 수행되는, 아스팔트 혼합물의 제조방법.
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