KR20220131291A - 열경화 반응성 화합물을 포함하는 아스팔트 조성물 - Google Patents

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다알리아 이사마 캠벨
버니 루이스 말론슨
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바스프 에스이
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Abstract

본 발명은 열경화 반응성 화합물을 포함하는 아스팔트 조성물에 관한 것이다.

Description

열경화 반응성 화합물을 포함하는 아스팔트 조성물
본 발명은 열경화 반응성 화합물을 포함하는 아스팔트 조성물에 관한 것이다.
일반적으로, 아스팔트는 아스팔텐과 말텐으로 분류되는 상이한 분자종을 함유하는 콜로이드 재료이다. 아스팔트는 점탄성 및 열가소성이므로, 다양한 온도 범위 즉, 극한의 추위에서 극한의 열에 걸쳐 특성 변화를 겪는다. 아스팔트는 더운 날씨에서 연화되고, 극한의 추위에서 갈라지는 경향이 있다. 저온에서, 아스팔트는 부서지기 쉽고 균열이 생기기 쉬우며, 반면 상승된 온도에서는 연화되고 이의 물리적 특성을 잃는다.
바인더로서, 보다 일반적인 용어로 개질제로서 열경화 반응성 구성요소를 추가하는 것은 온도 범위에 걸쳐 아스팔트의 물리적 특성을 더 일정하게 유지 및/또는 아스팔트가 적용되는 온도 범위에 걸쳐 물리적 특성이 개선되도록 한다.
이러한 개질된 아스팔트는 당업계에 공지되어 있다. 그러나, 아스팔트 산업에서는 여전히 아스팔트의 특성을 개선할 필요가 있다. 부분적으로, 이는 현재 공지된 중합체-개질 아스팔트가 몇가지 결함을 가지고 있기 때문이다. 여기에는 영구 변형(소성변형)에 대한 민감성, 굽힘 피로(flexural fatigue), 습기 및 저온에서의 탄성 감소 등이 포함되지만, 이에 제한되지 않는다.
WO 2001/30911 A1는 조성물의 총 중량을 기준으로 중합체성 MDI를 약 1 내지 8% 포함하는 아스팔트 조성물을 개시하고, 여기서 중합체성 MDI는 2.5 이상의 작용가(functionality)를 가진다. 이는 또한 2시간 미만의 반응 시간을 사용하여 상기 아스팔트 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이다. MDI-아스팔트 생성물의 형성은 생성물의 점도 증가 또는 보다 바람직하게는 동적 기계 분석(DMA, dynamic mechanical analysis)에 의해 측정된다.
WO 2001/30912 A1는 아스팔트 및 물 외에, 유화성 폴리이소시아네이트를 포함하는 수성 아스팔트 에멀젼을 개시한다. 이는 또한 상기 에멀젼을 포함하는 골재 조성물 및 상기 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
WO 2001/30913 A1는 조성물의 총 중량을 기준으로 중합체성 MDI계 예비중합체(prepolymer)를 약 1 내지 5%를 포함하는 아스팔트 조성물을 개시하고, 여기서 중합체성 MDI는 2.5 이상의 작용가를 가진다. 이는 또한 상기 아스팔트 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
EP 0 537 638 B1는 역청 100 중량부에 대해 작용화된 폴리옥테나머 0.5 내지 10 중량부를 함유하는 중합체 개질 역청 조성물 및 선택적으로, 폴리옥테나머가 주로 트랜스-폴리옥테나머이고, 카르복실기 뿐만 아니라 이로부터 유도된 기(group), 예를 들어 말레산을 함유하는 것을 특징으로 하는 가교결합제를 개시한다.
기존의 아스팔트 조성물은 대부분 MDI계이고 선택적으로 추가 성분을 함유하고 있다. 이러한 조성물은 예를 들어 제한된 유용온도간격(UTI, useful temperature interval), 제한된 탄성 반응 및 낮은 연화점과 같은 몇 가지 제한이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 점도, 기능적 온도 범위, 탄성 반응, 유용온도간격(UTI), 회복되지 않는 크리프컴플라이언스(creep compliance)(Jnr), 트래픽 수준이 증가하고 속도가 감소되는 동안의 동정격 하중 및 변형, 강성 구성요소 및 소성변형에 대한 저항과 같은 허용가능한 특성을 가지는 아스팔트 조성물을 제공하는 것이다.
놀랍게도, 단량체성 MDI 또는 중합체성 MDI를 제외한 지방족 이소시아네이트 또는 방향족 이소시아네이트를 포함하는 아스팔트 조성물을 제공함으로써 상기-확인된 목적이 충족됨을 발견하였다.
따라서, 일 양태에서, 청구된 본 발명은 지방족 이소시아네이트 또는 방향족 이소시아네이트 중에서 선택되는 열경화 반응성 화합물을 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 10.0 중량%을 포함하는 아스팔트 조성물에 관한 것으로, 여기서 방향족 이소시아테이트는 단량체성 MDI 또는 중합체성 MDI가 아니다.
다른 양태에서, 청구된 본 발명은 상기 아스팔트 조성물의 제조 방법에 관한 것이다.
또 다른 양태에서, 청구된 본 발명은 아스팔트 믹스 조성물(asphalt mix composition)의 제조를 위한 상기 아스팔트 조성물의 용도에 관한 것이다.
본 발명의 조성물 및 제형을 설명하기 전에, 본 발명은 기재된 특정 조성물 및 제형으로 제한되지 않는 것으로 이해되어야 하며, 이는 이러한 조성물 및 제형이, 물론, 다양할 수 있기 때문이다. 또한, 본원에서 사용된 용어는 제한하려는 의도가 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 제한될 것이기 때문이다.
본원에서 사용된 용어 "포함하는(comprising)", "포함하다(comprise)" 및 "포함되는(comprised of)"은 "포함하는(including)", "포함된(includes)" 또는 "함유하는(containing)", "함유하다(contains)"와 동의어이며, 포괄적 또는 개방적이고 부가적, 미언급된 구성원, 요소 또는 방법 단계를 배제하지 않는다. 본원에서 사용된 용어 "포함하는(comprising)", "포함하다(comprises)" 및 "포함되는(comprised of)"은 용어 "이루어지는(consisting of)", "이루어지다(consists)" 및 "이루어지는(consists of)"을 포함한다는 것으로 이해될 것이다.
또한, 명세서 및 청구범위의 용어 "제1", "제2", "제3" 또는 "(a)", "(b)", "(c)", "(d)" 등은 유사한 요소를 구분하기 위해 사용되며, 반드시 순차적이거나 연대적인 순서를 기재하기 위한 것은 아니다. 이와 같이 사용된 용어는 적절한 상황에서 상호 교환 가능하며, 본원에 기재된 본 발명의 구현예는 본원에 기재되거나 예시된 것 이외의 다른 시퀀스로 동작할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 용어 "제1", "제2", "제3" 또는 "(A)", "(B)" 및 "(C)" 또는 "(a)", "(b)", "(c)", "(d)", "i", "ii" 등이 방법 또는 용도 또는 분석의 단계와 관련된 경우, 단계 사이에 시간 또는 시간 간격 일관성이 없을 수 있으며, 즉, 단계는 동시에 수행될 수 있거나, 또는 본원의 상기 또는 하기에 제시된 바와 같이 적용사항이 달리 지시되지 않는 한, 이러한 단계 사이에 초, 분, 시간, 일, 주, 개월 또는 심지어 년의 시간 간격이 있을 수 있다.
다음 구절에서, 본 발명의 상이한 양태가 더욱 상세히 정의된다. 이렇게 정의된 각각의 양태는, 명백히 반대되는 사항이 지시되지 않는 한, 임의의 다른 양태 또는 양태들과 조합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리한 것으로 지시된 임의의 특징은 바람직하거나 유리한 것으로 지시된 임의의 다른 특징 또는 특징들과 조합될 수 있다.
본 명세서 전체에 걸친 “일 구현예” 또는 “구현예”라는 언급은 구현예와 연결되어 기재된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 구현예에 포함됨을 의미한다. 이에 따라, 본 명세서 전체에 걸쳐 여러 곳에서의 "일 구현예에서" 또는 "구현예에서"라는 문구의 출현은 반드시 모두 동일한 구현예를 지칭하는 것은 아니지만, 가능할 수 있다. 추가로 특징, 구조 또는 특성은 하나 이상의 구현예에서, 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있으며, 이는 당업자에게는 본 개시 내용으로부터 명백할 것이다. 추가로, 본원에 기재된 일부 구현예가 다른 구현예에 포함된 다른 특징 외의 일부 특징을 포함하는 한편, 상이한 구현예의 특징의 조합은 본 발명의 범위 내에 속하며, 상이한 구현예를 형성하고자 하는 것이며, 이는 당업자에 의해 이해되는 바와 같을 것이다. 예를 들어, 첨부된 청구범위에서, 청구된 임의의 구현예는 임의의 조합에서 사용될 수 있다.
또한, 명세서 전체에 걸쳐 정의된 범위는 최종값을 포함하는데, 즉 1 내지 10의 범위는 1 및 10 둘 모두가 해당 범위에 포함됨을 의미한다. 의심을 피하기 위해, 출원인은 적용 가능한 법에 따라 이에 상응하는 동등한 자격을 갖는다.
아스팔트 조성물
본 발명의 일 양태는 구현예 1에서, 조성물의 총 중량을 기준으로 지방족 이소시아네이트 또는 방향족 이소시아네이트 중에서 선택되는 열경화 반응성 화합물의 0.1 중량% 내지 10.0 중량%를 포함하는 아스팔트 조성물에 관한 것으로, 여기서 방향족 이소시아네이트는 단량체성 MDI 또는 중합체성 MDI가 아니다.
다른 구현예에서, 청구된 본 발명은, 조성물의 총 중량을 기준으로 지방족 이소시아네이트 또는 방향족 이소시아네이트 중에서 선택되는 열경화 반응성 화합물의 0.1 중량% 내지 10.0 중량%를 포함하는 아스팔트 조성물에 관한 것이고, 여기서 상기 방향족 이소시아네이트는 단량체성 MDI 또는 중합체성 MDI가 아니며; 그리고
출발 아스팔트의 90 중량% 내지 99.9 중량%를 포함하는 아스팔트 조성물에 관한 것이다.
조성물의 총 중량을 기준으로, 지방족 이소시아네이트 또는 방향족 이소시아네이트 중에서 선택되는 열경화 반응성 화합물의 0.1 중량% 내지 10.0 중량%로 이루어진 아스팔트 조성물로서, 여기서 방향족 이소시아네이트는 단량체성 MDI 또는 중합체성 MDI가 아니며; 그리고
출발 아스팔트의 90 중량% 내지 99.9 중량%로 이루어지고; 다른 구현예에서 조성물의 총 중량을 기준으로, 지방족 이소시아네이트 또는 방향족 이소시아네이트 중에서 선택되는 열경화 반응성 화합물의 0.1 중량% 내지 9.0 중량%로 이루어진 아스팔트 조성물로서, 여기서 방향족 이소시아네이트는 단량체성 MDI 또는 중합체성 MDI가 아니며; 그리고
출발 아스팔트의 91 중량% 내지 99.9 중량%로 이루어지고; 반면 다른 바람직한 구현예에서 조성물의 총 중량을 기준으로, 지방족 이소시아네이트 또는 방향족 이소시아네이트 중에서 선택되는 열경화 반응성 화합물의 0.1 중량% 내지 8.0 중량%로 이루어진 아스팔트 조성물로서, 여기서 방향족 이소시아네이트는 단량체성 MDI 또는 중합체성 MDI가 아니며; 그리고
출발 아스팔트의 92 중량% 내지 99.9 중량%로 이루어지고; 또 다른 구현예에서 조성물의 총 중량을 기준으로, 지방족 이소시아네이트 또는 방향족 이소시아네이트 중에서 선택되는 열경화 반응성 화합물의 0.1 중량% 내지 6.0 중량%로 이루어진 아스팔트 조성물로서, 여기서 방향족 이소시아네이트는 단량체성 MDI 또는 중합체성 MDI가 아니며; 그리고
출발 아스팔트의 94 중량% 내지 99.9 중량%로 이루어진다.
이 이론에 얽매이지 않고, 현재 결과적인 성능을 얻기 위해서는 콜로이드 구조의 특정 형태가 필요하다고 여겨지고 있다. 열경화 반응성 화합물은 페놀, 카복실, 티올, 무수물 및/또는 피롤기 또는 출발 아스팔트 구성요소의 임의의 반응기와 반응하여 아스팔텐을 서로 연결하여, 생성된 아스팔트 조성물에 더 큰 입자를 생성하도록 한다.
일 구현예에서, 구현예 1의 출발 아스팔트는 임의의 공지된 아스팔트일 수 있고, 일반적으로 임의의 역청성 화합물을 커버한다. 이는 역청 또는 아스팔트라고 하는 임의의 재료일 수 있다. 예를 들어, 증류, 취입, 고진공 및 컷-백(cut-back) 역청, 및 예를 들어, 아스팔트 콘크리트, 주조 아스팔트, 아스팔트 매스틱 및 천연 아스팔트이다. 다른 구현예에서, 예를 들어 80/100 또는 180/220의 침투도를 가지는 직접 증류된 아스팔트가 사용될 수 있다. 다른 구현예에서, 구현예 1의 출발 아스팔트는 플라이 애쉬(fly ash)가 없을 수 있다.
아스팔트 조성물의 상이한 물리적 특성은 당업계에 공지된 상이한 시험 및/또는 표준에 의해 측정되고, 실시예 부분에서 자세하게 설명된다.
탄성 반응 및 회복되지 않는 크리프컴플라이언스(Jnr)은 아스팔트가 고정된 시간 동안 일정한 하중을 받는 다중 응력 크리프 회복(MSCR) 시험에서 계산된다. 특정 기간의 시간 동안의 전체 변형은 %로 주어지고 바인더의 탄성도 측정에 해당한다. 또한, 위상각이 측정될 수 있고, 이는 개질된 바인더의 개선된 탄성 반응(감소된 위상각)을 나타낸다.
빔 굽힘 유동계(BBR, bending beam rheometer)는 저온에서 아스팔트의 강성을 측정하는데 사용되고, 일반적으로 아스팔트의 굽힘 강성을 나타낸다. 이 시험에서 2개의 파라미터가 결정된다: 일정한 하중에 대한 역청의 저항을 측정한 것인, 크리프 강성, 및 하중이 가해짐에 따라 아스팔트 강성이 어떻게 변하는 지를 측정한 것인, 크리프율(또는 m 값). 크리프 강성이 너무 높은 경우, 아스팔트는 취성 방법으로 거동할 것이고, 균열이 발생하기가 쉽다. 온도 변화 및 열 응력이 축적됨에 따라, 강성이 상대적으로 빠르게 변하므로, 높은 m-값이 바람직하다. 낮은 온도 균열이 발생하는 경우, m-값이 높으면 아스팔트가 낮은 수준으로 축적되는 응력을 분산시키는 경향이 있음을 나타낸다.
용어 "출발 아스팔트"는 본 발명에 따른 열경화 반응성 화합물과 반응하기 전에 상업적으로 이용 가능한 아스팔트를 의미한다.
일 구현예에서, 구현예 1의 출발 아스팔트는 20-30, 30-45, 35-50, 40-60, 50-70, 70-100, 100-150, 160-220, 및 250-330 중에서 선택된 침투도 또는 52-16, 52-22, 52-28, 52-34, 52-40, 58-16, 58-22, 58-28, 58-34, 58-40, 64-16, 64-22, 64-28, 64-34, 64-40, 70-16, 70-22, 70-28, 70-34, 70-40, 76-16, 76-22, 76-28, 76-34 및 76-40 중에서 선택된 성능 등급을 가진다. 다른 구현예에서, 침투도는 30-45, 35-50, 40-60, 50-70, 70-100, 100-150, 및 160-220 중에서 선택되거나, 또는 성능 등급은 52-16, 52-22, 52-28, 52-34, 52-40, 58-16, 58-22, 58-28, 58-34, 58-40, 64-16, 64-22, 64-28, 64-34, 70-16, 70-22, 70-28, 76-16, 및 76-22 중에서 선택된다. 또 다른 구현예에서, 침투도는 40-60, 50-70, 70-100, 및 100-150 중에서 선택되거나, 또는 성능 등급은 52-16, 52-22, 52-28, 52-34, 52-40, 58-16, 58-22, 58-28, 58-34, 64-16, 64-22, 64-28, 70-16, 70-22, 76-16, 및 76-22 중에서 선택된다. 추가의 구현예에서, 침투도는 40-60, 50-70, 70-100, 및 100-150 중에서 선택되거나, 또는 성능 등급은 58-28, 58-34, 64-16, 64-22, 64-28, 70-16, 70-22, 76-16, 및 76-22 중에서 선택될 수 있다. 여전히 추가의 구현예에서, 출발 아스팔트는 70-16, 70-22, 64-16, 및 64-22 중에서 선택되는 성능 등급을 가진다. AASHTO - M320는 성능 등급 아스팔트에 대한 표준 시방서를 설명한다.
본 발명에 따르면, 구현예 1의 출발 아스팔트의 양은 아스팔트 조성물의 총 중량을 기준으로 90 중량% 내지 99.9 중량% 범위이다. 다른 구현예에서, 해당 양은 90 중량% 내지 99.8 중량% 또는 91 중량% 내지 99.8 중량%, 또는 91 중량% 내지 99.7 중량%이다. 추가의 다른 구현예에서, 해당 양은 92 중량% 내지 99.7 중량%, 또는 92 중량% 내지 99.6 중량%, 또는 93 중량% 내지 99.6 중량%이다. 추가의 구현예에서, 해당 양은 93 중량% 내지 99.5 중량%, 또는 94 중량% 내지 99.5 중량%, 또는 94 중량% 내지 99.4 중량%이다. 여전히 추가의 구현예에서, 해당 양은 95 중량% 내지 99.4 중량%, 또는 95 중량% 내지 99.3 중량%, 또는 95 중량% 내지 99.2 중량%, 또는 95 중량% 내지 99.1 중량%이다. 다른 구현예에서, 해당 양은 95.1 중량% 내지 99.1 중량%, 또는 99.2 중량% 내지 99.1 중량%, 또는 95.3 중량% 내지 99.1 중량%, 또는 95.4 중량% 내지 99.1 중량%이다.
일반적으로, 상이한 공급업체의 출발 아스팔트는 어느 원유 저장조로부터 왔는지 뿐만 아니라 정제소의 증류 공정에 따라 이들 조성물의 면에서 상이하다. 그러나, 반응성 그룹의 누적 총량은 3.1 내지 4.5 mg KOH/g 범위이다.
열경화 반응성 화합물
일반적으로, 열경화 반응성 화합물은 각각의 출발 아스팔트 등급의 아스팔텐 및 말텐으로 분류되는 상이한 분자종과 화학적으로 반응하고, 콜로이드 구조의 특이적 형태를 생성하여 아스팔트의 물리적 특성이 넓은 범위의 온도에 걸쳐 보다 일정하게 유지 및/또는 심지어 아스팔트가 적용되는 온도 범위에 걸쳐 물리적 특성이 개선되도록 하는데 도움이 된다.
일 구현예에서, 구현예 1의 열경화 반응성 화합물은 지방족 이소시아네이트 또는 방향족 이소시아네이트 중에서 선택될 수 있다. 방향족 이소시아네이트는 단량체성 MDI 또는 중합체성 MDI를 제외한, 2개 이상의 이소시아나토기가 방향족 고리에 직접적으로 및/또는 간접적으로 부착된 것을 포함한다. 또한, 여기서 이소시아네이트는 지방족 또는 방향족 이소시아네이트의 단량체성 및 중합체성 형태 둘 모두를 포함한다는 것이 이해되어야 한다. "중합체성"이라는 용어는, 상이한 올리고머 및 동족체를 포함하는 지방족 또는 방향족 이소시아네이트의 중합체성 등급을 지칭한다.
일 구현예에서, 구현예 1의 열경화 반응성 화합물은 지방족 이소시아네이트이다. 적합한 지방족 이소시아네이트는 사이클로부탄-1,3-디이소시아네이트, 1,2-, 1,3- 및 1,4-사이클로헥산 디이소시아네이트, 2,4- 및 2,6 메틸사이클로헥산 디이소시아네이트, 4,4'- 및 2,4'-디사이클로헥실디이소시아네이트, 1,3,5-사이클로헥산 트리이소시아네이트, 이소시아나토메틸사이클로헥산 이소시아네이트, 이소시아나토에틸사이클로헥산 이소시아네이트, 비스(이소시아나토메틸)사이클로헥산 디이소시아네이트, 4,4'- 및 2,4'-비스(이소시아나토-메틸) 디사이클로헥산, 이소포론 디이소시아네이트 (IPDI), 디이소시아나토디사이클로-헥실메탄 (H12MDI), 테트라메틸렌 1,4-디이소시아네이트, 펜타메틸렌 1,5-디이소시아네이트, 헥사메틸렌 1,6-디이소시아네이트 (HDI), 데카메틸렌 디이소시아네이트, 1,12-도데칸 디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 2,4,4-트리메틸-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 및 2-메틸-1,5-펜타메틸렌 디이소시아네이트로부터 선택될 수 있다.
다른 구현예에서, 구현예 1의 지방족 이소시아네이트는 1,3,5-사이클로헥산 트리이소시아네이트, 이소시아나토메틸사이클로헥산 이소시아네이트, 이소시아나토에틸사이클로헥산 이소시아네이트, 비스(이소시아나토메틸)사이클로헥산 디이소시아네이트, 4,4'- 및 2,4'-비스(이소시아나토-메틸) 디사이클로헥산, 이소포론 디이소시아네이트 (IPDI), 디이소시아나토디사이클로-헥실메탄 (H12MDI), 테트라메틸렌 1,4-디이소시아네이트, 펜타메틸렌 1,5-디이소시아네이트, 헥사메틸렌 1,6-디이소시아네이트 (HDI), 데카메틸렌 디이소시아네이트, 1,12-도데칸 디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 2,4,4-트리메틸-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 및 2-메틸-1,5-펜타메틸렌 디이소시아네이트로부터 선택된다.
또 다른 구현예에서, 구현예 1의 지방족 이소시아네이트는 이소포론 디이소시아네이트 (IPDI), 디이소시아나토디사이클로-헥실메탄 (H12MDI), 테트라메틸렌 1,4-디이소시아네이트, 펜타메틸렌 1,5-디이소시아네이트, 헥사메틸렌 1,6-디이소시아네이트 (HDI), 데카메틸렌 디이소시아네이트, 1,12-도데칸 디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 2,4,4-트리메틸-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 및 2-메틸-1,5-펜타메틸렌 디이소시아네이트로부터 선택된다.
추가 구현예에서, 구현예 1의 지방족 이소시아네이트는 이소포론 디이소시아네이트 (IPDI), 디이소시아나토디사이클로-헥실메탄 (H12MDI), 및 헥사메틸렌 1,6-디이소시아네이트 (HDI)로부터 선택된다.
또 다른 구현예에서, 구현예 1의 열경화 반응성 화합물은 방향족 이소시아네이트이다. 적합한 방향족 이소시아네이트는 톨루엔 디이소시아네이트, 중합체성 톨루엔 디이소시아네이트, m-페닐렌 디이소시아네이트; 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트; 1,3-페닐렌 디이소시아네이트; 2,4,6-톨루일렌 트리이소시아네이트, 1,3-디이소프로필페닐렌-2,4-디이소시아네이트; 1-메틸-3,5-디에틸페닐렌-2,4-디이소시아네이트; 1,3,5-트리에틸페닐렌-2,4-디이소시아네이트; 1,3,5-트리이소프로필-페닐렌-2,4-디이소시아네이트; 3,3'-디에틸-비스페닐-4,4'-디이소시아네이트; 3,5,3',5'-테트라에틸-디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트; 3,5,3',5'-테트라이소프로필디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트; 1-에틸-4-에톡시-페닐-2,5-디이소시아네이트; 1,3,5-트리에틸 벤젠-2,4,6-트리이소시아네이트; 1-에틸-3,5-디이소프로필 벤-젠-2,4,6-트리이소시아네이트, 톨리딘 디이소시아네이트, 및 1,3,5-트리이소프로필 벤젠-2,4,6-트리이소시아네이트로부터 선택될 수 있다.
또 다른 구현예에서, 구현예 1의 방향족 이소시아네이트는 톨루엔 디이소시아네이트, 중합체성 톨루엔 디이소시아네이트, m-페닐렌 디이소시아네이트; 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트; 1,3-페닐렌 디이소시아네이트; 2,4,6-톨루일렌 트리이소시아네이트, 1,3-디이소프로필페닐렌-2,4-디이소시아네이트; 1-메틸-3,5-디에틸페닐렌-2,4-디이소시아네이트; 1,3,5-트리에틸페닐렌-2,4-디이소시아네이트; 1,3,5-트리이소프로필-페닐렌-2,4-디이소시아네이트; 3,3'-디에틸-비스페닐-4,4'-디이소시아네이트; 3,5,3',5'-테트라에틸-디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트; 3,5,3',5'-테트라이소프로필디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트; 및 1-에틸-4-에톡시-페닐-2,5-디이소시아네이트로부터 선택된다.
추가의 구현예에서, 구현예의 방향족 이소시아네이트는 톨루엔 디이소시아네이트, 중합체성 톨루엔 디이소시아네이트, m-페닐렌 디이소시아네이트; 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트; 1,3-페닐렌 디이소시아네이트; 2,4,6-톨루일렌 트리이소시아네이트, 1,3-디이소프로필페닐렌-2,4-디이소시아네이트; 1-메틸-3,5-디에틸페닐렌-2,4-디이소시아네이트; 1,3,5-트리에틸페닐렌-2,4-디이소시아네이트; 및 1,3,5-트리이소프로필-페닐렌-2,4-디이소시아네이트로부터 선택된다.
다른 추가의 구현예에서, 구현예 1의 방향족 이소시아네이트는 톨루엔 디이소시아네이트, 중합체성 톨루엔 디이소시아네이트, 및 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트로부터 선택된다.
본 문맥에서, 구현예 1의 방향족 이소시아네이트는 단량체성 MDI 또는 중합체성 MDI를 함유하지 않는다. MDI에서, 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트 및 이의 모든 이성질체를 지칭한다.
본 발명에 따르면, 구현예 1의 열경화 반응성 화합물의 양은 아스팔트 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 중량% 내지 10.0 중량% 범위이다. 다른 구현예에서, 해당 양은 0.2 중량% 내지 10.0 중량%, 또는 0.2 중량% 내지 9.0 중량%, 또는 0.3 중량% 내지 9.0 중량%이다. 또 다른 구현예에서, 해당 양은 0.3 중량% 내지 8.0 중량%, 또는 0.4 중량% 내지 8.0 중량%, 또는 0.4 중량% 내지 7.0 중량%이다. 추가의 구현예에서, 해당 양은 0.5 중량% 내지 7.0 중량%, 또는 0.5 중량% 내지 6.0 중량%, 또는 0.6 중량% 내지 6.0 중량%이다. 여전히 추가의 구현예에서, 해당 양은 0.6 중량% 내지 5.0 중량%, 또는 0.7 중량% 내지 5.0 중량%, 또는 0.8 중량% 내지 5.0 중량%, 또는 0.9 중량% 내지 5.0 중량%이다. 다른 구현예에서, 해당 양은 0.9 중량% 내지 4.9 중량%, 또는 0.9 중량% 내지 4.8 중량%, 또는 0.9 중량% 내지 4.7 중량%, 또는 0.9 중량% 내지 4.6 중량%이다.
일 구현예에서, 구현예 1의 열경화 반응성 화합물의 양은 각각의 출발 아스팔트의 조성물에 의존한다. 니들 침투도가 85 미만인 경질 출발 아스팔트의 경우, 열경화 반응성 화합물이 적게 필요하고, 니들 침투도가 85 초과인 연질 출발 아스팔트의 경우, 더 많은 양의 열경화 반응성 화합물을 필요로 한다. 이 이론에 한정되지 않고, 열경화 반응성 화합물의 양은 상이한 아스팔트에서 n-헵탄 불용성이라고도 하는, (아스팔텐을 포함하는) 극성 구성요소의 농도가 상이하기 때문에, 현재 재조정될 필요가 있다고 여겨진다. 니들 침투도가 85 초과에 해당하는 연질 출발 아스팔트에서, 더 나은 성능을 달성하기 위해 아스팔트 조성물의 제조 공정의 산소 분위기에 의해 공급될 수 있는 더 많은 양의 열경화성 반응성 화합물 및 더 많은 산화를 필요로 하는 더 낮은 농도의 아스팔텐이 희석된다.
다른 구현예에서, 구현예 1의 아스팔트 조성물은 자갈, 재생 아스팔트 포장재, 모래 및 충전재로부터 선택된 임의의 입상 재료를 함유하지 않는다.
또 다른 구현예에서, 구현예 1의 아스팔트 조성물은 스티렌 / 부타디엔 / 스티렌 공중합체(SBS), 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 네오프렌, 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 산화 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 산화 고밀도 폴리프로필렌, 말레화 폴리프로필렌, 에틸렌-부틸-아크릴레이트-글리시딜-메타크릴레이트 삼원중합체, 에틸 비닐 아세테이트(EVA), 및 폴리인산(PPA) 중에서 선택된 중합체를 함유하지 않는다.
다른 구현예에서, 구현예 1의 아스팔트 조성물은 다른 열경화 반응성 화합물, 예컨대, 그러나 이에 제한되지 않는 에폭시 수지 및 멜라민 포름알데하이드 수지를 추가로 포함할 수 있다.
일반적으로, 에폭시 수지는 당업계에 공지되어 있다. 일 구현예에서, 구현예 1의 아스팔트 조성물은 하나 이상의 방향족 에폭시 수지 및/또는 지환족 에폭시 수지를 선택적으로 포함한다. 적합한 에폭시 수지는 비스페놀 A 비스글리시딜 에테르 (DGEBA), 비스페놀 F 비스글리시딜 에테르, 고리-수소화 비스페놀 A 비스글리시딜 에테르, 고리-수소화 비스페놀 F 비스글리시딜 에테르, 비스페놀 S 비스글리시딜 에테르 (DGEBS), 테트라글리시딜메틸렌디아닐린 (TGMDA), 에폭시 노볼락 (에피클로로하이드린 및 페놀 수지의 반응 생성물(노볼락)), 3,4-에폭시사이클로헥실메틸, 3,4-에폭시사이클로헥산카복시레이트 및 디글리시딜 헥사하이드로프탈레이트와 같은 지환족 에폭시 수지 중에서 선택될 수 있다.
멜라민 포름알데하이드 수지는 주로 멜라민과 포름알데하이드의 축합 생성물이다. 원하는 용도에 따라, 이들은 예를 들어 다가 알코올과의 반응에 의해, 개질될 수 있다. 일 구현예에서, 멜라민 포름알데하이드 수지는 멜라민 및 포름알데하이드가 1.0:3.0 내지 1.0:1.0 범위의 몰 비율로 수지에 존재하는 수성 멜라민 수지 혼합물을 기준으로 50 중량% 내지 70 중량% 범위의 수지 함량을 갖는 수성 멜라민 수지에 관한 것이다.
다른 구현예에서, 멜라민 포름알데하이드는 예를 들어, 디에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 펜탄 디올 및 헥산 디올인, 다가 알콜의 1 내지 10 중량%를 함유할 수 있다. 추가 첨가제로서, 멜라민 포름알데하이드 수지는 8 중량% 미만의 카프로락탐 및 0.5 내지 10 중량%의 2-(2-페녹시에톡시)-에탄올 및/또는 평균 분자량이 200 내지 1500 g/mol인 폴리에틸렌 글리콜을 함유할 수 있고, 각 중량%는 수성 멜라민 수지 혼합물을 기준으로 한다.
또 다른 구현예에서, 구현예 1의 아스팔트 조성물은 첨가제를 추가로 포함한다. 일반적으로 공지된 아스팔트 조성물의 첨가제는 당업자에게 공지되어 있고, 구현예 1에서 각각의 용도에 따라 아스팔트 조성물의 특성을 조정하기 위해 첨가될 수 있다. 예를 들어 첨가제는 왁스일 수 있다. 이들 왁스는 구현예의 아스팔트 조성물에서 첨가제로 사용되는 경우, 기능화 또는 합성 왁스, 또는 천연 발생 왁스일 수 있다. 더욱이, 왁스는 산화되거나 산화되지 않을 수 있다. 합성 왁스의 비제한적인 예는 에틸렌 비스-스테아르아마이드 왁스 (EBS), 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 왁스 (FT), 산화 피셔-트롭쉬 왁스 (FTO), 폴리에틸렌 왁스(PE), 산화 폴리에틸렌 왁스(OxPE), 폴리프로필렌 왁스, 폴리프로필렌/폴리에틸렌 왁스와 같은 폴리올레핀 왁스, 알코올 왁스, 실리콘 왁스, 미정질 왁스 또는 파라핀과 같은 석유 왁스 및 기타 합성 왁스를 포함한다. 기능화된 왁스의 비제한적인 예는 아민 왁스, 아미드 왁스, 에스테르 왁스, 카르복실산 왁스, 및 미정질 왁스를 포함한다. 천연 발생 왁스는 식물, 동물, 또는 미네랄로부터, 또는 기타 공급원으로부터 유래될 수 있다. 천연 왁스의 비제한적인 예로는 칸데릴라 왁스, 카나우바 왁스, 쌀 왁스, 재팬 왁스 및 호호바 오일과 같은 식물성 왁스; 비즈 왁스, 라놀린 및 고래왁스와 같은 동물성 왁스; 및 몬탄 왁스, 오조케리트 및 세레신과 같은 미네랄 왁스를 포함한다. 상기 왁스의 혼합물, 예컨대, 예를 들어, 왁스는 피셔-트롭쉬 (FT) 왁스 및 폴리에틸렌 왁스의 블렌드를 포함할 수 있는 것 역시 적합하다.
가소제는 또한 구현예 1의 아스팔트 조성물의 가소성 또는 유동성을 증가시키기 위해 통상적인 양으로 첨가제로서 사용될 수 있다. 적합한 가소제는 기타 가소제 중에서 탄화수소 오일 (예를 들어, 파라핀, 방향족 및 나프텐계 오일), 장쇄 탄소 디에스테르 (예를 들어, 디옥틸 프탈레이트 같은 프탈산 에스테르, 및 디옥틸 아디페이트 같은 아디프산 에스테르), 세바식산 에스테르, 글리콜, 지방산, 인산 및 스테아르산 에스테르, 에폭시 가소제 (예를 들어, 에폭시화 대두유), 폴리에테르 및 폴리에스테르 가소제, 알킬 모노에스테르 (예를 들어, 부틸 올레이트), 장쇄 부분 에테르 에스테르 (예를 들어, 부틸 셀로솔브 올레이트)를 포함한다.
일 구현예에서, 구현예 1의 아스팔트 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로, 지방족 이소시아네이트 또는 방향족 이소시아네이트 중에서 선택된 열경화 반응성 화합물의 0.1 중량% 내지 10.0 중량%를 함유하고, 여기서 지방족 이소시아네이트는 단량체성 MDI 또는 중합체성 MDI가 아니다.
본원에서 기재된 바와 같이, 구현예 1의 아스팔트 조성물은, 점도, 기능적 온도 범위, 탄성 반응, 유용온도간격(UTI), 회복되지 않는 크리프컴플라이언스(Jnr), 트래픽 수준이 증가하고 속도가 감소하는 동안의 동정격 하중 및 변형, 강성 구성요소 및 소성변형에 대한 저항성과 같은 허용가능한 특성을 가지고, 예컨대, 이에 제한되는 것이 아니지만, 페인트 및 코팅제, 접합부 충전용 및 균열 밀봉용 매스틱, 그라우트(grout) 및 열-합탕된(hot-poured) 표면, 골재를 제공하기 위한 석재와의 혼합물, 표면처리용 열 코팅, 표면처리용 표면 코팅, 중온형 믹스 아스팔트 및 고온형 믹스 아스팔트와 같은 다양한 적용에 이를 유용하다.
방법
본 발명의 또 다른 양태는 구현예 2이고, 구현예 1의 아스팔트 조성물의 제조방법에 관한 것이며, 상기 방법은 다음 단계를 포함한다:
(A) 출발 아스팔트를 110℃ 내지 190℃ 범위 온도로 가열시키는 단계,
(B) 아스팔트 조성물의 총 중량을 기준으로 단계 (A)의 출발 아스팔트에 열경화 반응성 화합물의 0.1 중량% 내지 10.0 중량%를 첨가하여 반응성 혼합물을 수득하는 단계; 및
(C) 단계 (B)의 반응 혼합물을 산소 분위기하에서 2.5 시간 이상 110℃ 내지 190℃ 범위의 온도에서 교반하는 단계.
일 구현예에서, 구현예 2의 단계 (A) 및/또는 단계 (B)의 온도는 각각 독립적으로, 110℃ 내지 180℃, 또는 110℃ 내지 160℃, 또는 110℃ 내지 150 ℃ 범위이다.
다른 구현예에서, 단계 (B)의 열경화 반응성 화합물은 교반하에 첨가된다. 또한, 구현예 2에서 열경화 반응성 화합물의 적합한 양은 전위차 적정(potentiometric titration)에 의해 결정될 수 있고, 여기서 출발 아스팔트의 반응기의 양이 결정되고 열경화 반응성 화합물의 반응기의 당량과 상관관계가 있다.
일 구현예에서, 단계 (C)는 구현예 2의 단계 (B) 이후에 수행된다. 반응성 혼합물은 2.5 시간 이상 또는 3 시간 이상 또는 심지어 4 시간 이상 동안 110 내지 190℃ 범위의 온도에서 교반된다. 혼합 시간은 최대 20 시간, 또는 15 시간 이하, 또는 심지어 12 시간 미만일 수 있다.
다른 구현예에서, 산소 분위기는 구현예 2에서 유지된다. 일 구현예에서, 산소 농도는 1 부피% 내지 21 부피%, 또는 5 부피% 내지 21 부피%, 또는 10 부피% 내지 21 부피% 범위이다.
또 다른 구현예에서, 구현예 2에서의 아스팔트 조성물의 제조는 출발 아스팔트와 열경화 반응성 화합물이 집중적으로 혼합되도록 하고, 산소와의 접촉을 최대화하기 위해 교반 하에 수행된다. 일 구현예에서, 교반 에너지는 1 W/l 내지 14 W/l의 범위, 또는 2 W/l 내지 12 W/l의 범위, 또는 심지어 4 W/l 내지 10 W/l의 범위이다.
일반적으로 구현예 2의 제조는 1개의 반응 용기(reaction vessel), 예를 들어 용기에서 수행되는 것으로 제한되지 않는다. 각각의 출발 아스팔트는 상기 기재된 조건하에서 제1 단계에서 열경화 반응성 화합물과 반응할 수 있다. 그 다음 아스팔트 조성물은 냉각될 수 있고, 다른 반응 용기로 옮겨진 후 가열됨으로써 산소 하에서의 총 반응 시간은 적어도 2.5 시간이다. 구현예 2의 단계 (A) 및 (B) (제1 단계)는 반응성 혼합물이 균질화하고, 출발 아스팔트의 반응기와 열경화 반응성 화합물의 반응기 사이의 반응을 유도한다. 열경화 반응성 화합물은 아스팔텐 표면 상에 하중될 수 있다. 단계 (C)로서 지칭되는 제2 또는 추가의 가열 단계는 산화에 의한 가교결합 반응을 돕는다.
본 발명의 다른 양태는 구현예 3으로, 아스팔트 믹스 조성물의 제조를 위한 구현예 1의 아스팔트 조성물 또는 구현예 2로부터 수득된 아스팔트 조성물의 용도에 관한 것이다.
일 구현예에서, 구현예 3의 아스팔트 믹스 조성물은 다음으로부터 선택된다:
- 페인트 및 코팅제, 특히 방수처리용,
- 접합부 충전용 및 균열 밀봉용 매스틱,
- 도로, 비행장, 운동장 등의 표면 처리용 그라우트 및 열-합탕된 표면,
- 골재를 제공하기 위한 석재와의 혼합물 (약 5-20%의 아스팔트 조성물을 포함함), 예를 들어, 아스팔트 믹스,
- 아스팔트 에멀젼,
- 상기 표면처리용 열 코팅,
- 표면처리용 표면 코팅,
- 중온형 믹스 아스팔트, 및
- 고온형 믹스 아스팔트.
본 발명의 예시적인 구현예가 하기 나열되지만, 본 발명을 제한하는 것은 아니다. 특히, 본 발명은 또한 종속성의 참조 및 이에 따라 하기에 명시된 조합으로부터 발생하는 이들 구현예를 포함한다. 보다 구체적으로, 하기 구현예의 범위가 언급되는 경우, 예를 들어 표현 "구현예 1 내지 4 중 어느 하나에 따른 방법"은 이러한 범위내의 구현예의 임의의 조합이 당업자에게 명시적으로 개시되도록 이해되어야 하고, 이의 표현은 "구현예 1, 2, 3 및 4 중 어느 하나에 따른 방법"과 동의어로 간주되어야 함을 의미한다:
I. 조성물의 총 중량을 기준으로 지방족 이소시아네이트 또는 방향족 이소시아네이트으로부터 선택되는 열경화 반응성 화합물의 0.1 중량% 내지 10.0 중량%를 포함하는 아스팔트 조성물로서, 여기서 방향족 이소시아네이트는 단량체성 MDI 또는 중합체성 MDI가 아니다.
II. 구현예 I에 따른 아스팔트 조성물로서, 여기서 열경화 반응성 화합물은 조성물의 총 중량을 기준으로 1.0 중량% 내지 5.0 중량%의 양으로 존재한다.
III. 구현예 I 또는 II에 따른 아스팔트 조성물로서, 여기서 출발 아스팔트는 AASHTO - M320에 따라 결정된 52-16, 52-22, 52-28, 52-34, 52-40, 58-16, 58-22, 58-28, 58-34, 58-40, 64-16, 64-22, 64-28, 64-34, 64-40, 70-16, 70-22, 70-28, 70-34, 70-40, 76-16, 76-22, 76-28, 76-34, 및 76-40로부터 선택되는 성능 등급을 가진다.
IV. 구현예 I 내지 III 중 하나 이상에 따른 아스팔트 조성물로서, 여기서 출발 아스팔트는 AASHTO - M320에 따라 결정된 58-28, 58-34, 64-16, 64-22, 64-28, 70-16, 70-22, 76-16 및 76-22로부터 선택되는 성능 등급을 가진다.
V. 구현예 I 내지 IV 중 하나 이상에 따른 아스팔트 조성물로서, 여기서 지방족 이소시아네이트는 사이클로부탄-1,3-디이소시아네이트, 1,2-, 1,3- 및 1,4-사이클로헥산 디이소시아네이트, 2,4- 및 2,6 메틸사이클로헥산 디이소시아네이트, 4,4'- 및 2,4'-디사이클로헥실디이소시아네이트, 1,3,5-사이클로헥산 트리이소시아네이트, 이소시아나토메틸사이클로헥산 이소시아네이트, 이소시아나토에틸사이클로헥산 이소시아네이트, 비스(이소시아나토메틸)사이클로헥산 디이소시아네이트, 4,4'- 및 2,4'-비스(이소시아나토-메틸) 디사이클로헥산, 이소포론 디이소시아네이트 (IPDI), 디이소시아나토디사이클로-헥실메탄 (H12MDI), 테트라메틸렌 1,4-디이소시아네이트, 펜타메틸렌 1,5-디이소시아네이트, 헥사메틸렌 1,6-디이소시아네이트 (HDI), 데카메틸렌 디이소시아네이트, 1,12-도데칸 디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 2,4,4-트리메틸-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 및 2-메틸-1,5-펜타메틸렌 디이소시아네이트로부터 선택된다.
VI. 구현예 I 내지 V 중 하나 이상에 따른 아스팔트 조성물로서, 여기서 지방족 이소시아네이트는 이소포론 디이소시아네이트 (IPDI), 디이소시아나토디사이클로-헥실메탄 (H12MDI), 및 헥사메틸렌 1,6-디이소시아네이트 (HDI)로부터 선택된다.
VII. 구현예 I 내지 VI 중 하나 이상에 따른 아스팔트 조성물로서, 여기서 방향족 이소시아네이트는 톨루엔 디이소시아네이트, 중합체성 톨루엔 디이소시아네이트, m-페닐렌 디이소시아네이트; 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트; 1,3-페닐렌 디이소시아네이트; 2,4,6-톨루일렌 트리이소시아네이트, 1,3-디이소프로필페닐렌-2,4-디이소시아네이트; 1-메틸-3,5-디에틸페닐렌-2,4-디이소시아네이트; 1,3,5-트리에틸페닐렌-2,4-디이소시아네이트; 1,3,5-트리이소프로필-페닐렌-2,4-디이소시아네이트; 3,3'-디에틸-비스페닐-4,4'-디이소시아네이트; 3,5,3',5'-테트라에틸-디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트; 3,5,3',5'-테트라이소프로필디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트; 1-에틸-4-에톡시-페닐-2,5-디이소시아네이트; 1,3,5-트리에틸 벤젠-2,4,6-트리이소시아네이트; 1-에틸-3,5-디이소프로필 벤-젠-2,4,6-트리이소시아네이트, 톨리딘 디이소시아네이트, 및 1,3,5-트리이소프로필 벤젠-2,4,6-트리이소시아네이트로부터 선택된다.
VIII. 구현예 I 내지 VII 중 하나 이상에 따른 아스팔트 조성물로서, 여기서 방향족 이소시아네이트는 톨루엔 디이소시아네이트, 중합체성 톨루엔 디이소시아네이트, 및 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트로부터 선택된다.
IX. 구현예 I 내지 VIII 중 하나 이상에 따른 아스팔트 조성물로서, 여기서 출발 아스팔트는 AASHTO - M320에 따라 결정된 64-22의 성능 등급을 가진다.
X. 구현예 I 내지 IX 중 하나 이상에 따른 아스팔트 조성물로서, 여기서 아스팔트 조성물은 자갈, 재생 아스팔트 포장재, 모래 및 충전재로부터 선택된 임의의 입상 재료를 함유하지 않는다.
XI. 구현예 I 내지 X 중 하나 이상에 따른 아스팔트 조성물의 제조방법으로서, 상기 방법은 다음 단계를 포함한다:
(A) 출발 아스팔트를 110℃ 내지 190℃ 범위의 온도로 가열하는 단계,
(B) 아스팔트 조성물의 총 중량을 기준으로 단계 (A)의 출발 아스팔트에 열경화 반응성 화합물의 0.1 중량% 내지 10.0 중량%를 첨가하여 반응성 혼합물을 수득하는 단계; 및
(C) 단계 (B)의 반응성 혼합물을 산소 분위기하에서 2.5 시간 이상 110℃ 내지 190℃ 범위의 온도에서 교반하는 단계.
XII. 구현예 XI에 따른 방법으로서, 여기서 단계 (A) 및 (B)의 온도는 각각 독립적으로 110℃ 내지 150℃ 범위이다.
XIII. 구현예 XI 또는 XII에 따른 방법으로서, 여기서 단계 (C)의 교반은 4 시간 이상 수행된다.
XIV. 아스팔트 믹스 조성물의 제조를 위한 구현예 I 내지 X 중 하나 이상에 따른 조성물 또는 구현예 XI 내지 XIII 중 하나 이상에 따라 수득되는 조성물의 용도이다.
실시예
청구된 본 발명은 다음과 같은 비제한적 실시예에 의해 예시된다:
표 1: 본 발명에 따른 아스팔트 조성물의 실시예
Figure pct00001
아스팔트 시험
연화점 DIN EN1427
견착 놋쇠 고리(shouldered brass ring)로 주조된 2개의 역청 수평형 디스크(disk)를 액체 욕(bath)에서 제어된 속도로 가열하는 한편, 이들 각각을 강철 볼(steel ball)로 지지시켰다. 연화점은 상기 2개 디스크가 역청에 싸여진 각각의 볼이 (25 ± 0,4) [mm]의 거리로 멀어지기에 충분하도록 연화되는 온도를 통해 보고된다.
압연 박막 오븐(Rolling Thin Film Oven)(RTFO) 시험 DIN EN 12607-1
역청을 오븐 내의 병에서 163℃에서 85분 동안 가열시켰다. 상기 병을 15 rpm으로 회전시키고 가열된 공기를 이의 이동 최저점에서 4000 [ml/분]으로 각각의 병에 취입한다. 가열 및 공기의 효과를 상기 오븐 처리 전후에 측정된 물리적 시험 값의 변화로부터 결정한다.
동적 전단 유동계 (DSR) DIN EN 14770 - ASTM D7175
동적 전단 유동계 시험 시스템은 평행 판, 시편의 온도를 제어하기 위한 수단, 하중 장치 및 제어 및 데이터 획득 시스템으로 구성된다.
다중 응력 크리프 회복 시험 DIN EN 16659 - ASTM D7405
본 시험을 사용하여 2개의 응력 수준 (0.1 및 3.3 [kPa]) 및 특정 온도 (50 [℃])에서 전단 크리프 및 회복 하에 아스팔트 바인더에서의 탄성 반응의 존재를 측정한다. 본 시험은 DSR을 사용하여 일정 응력으로 1[초] 동안 25 [mm]를 하중시킨 후, 9[초] 동안 회복하게 한다. 10회의 크리프 및 회복 사이클을 0.100 [kPa] 크리프 응력에서 수행한 후, 10회의 사이클을 3,200 [kPa] 크리프 응력에서 수행하였다.
아스팔트에서 반응기를 결정하기 위한 전위차 적정 방법:
산가
약 0.5-1 g의 샘플을 50 ml 톨루엔에 용해시키고 0.1 mol/l의 테트라부틸암모늄 하이드록사이드 용액으로 전위차 적정하였다. 몇 액적의 물을 적정 용액에 첨가함으로써 충분한 전도도가 확보될 수 있다. 공백 값도 마찬가지로 결정하였다.
염기가
약 0.5-1 g의 샘플을 50 ml의 톨루엔에 용해시키고 0.1 mol/l 트리플루오로메탄 설폰산 용액으로 전위차 적정하였다. 몇 액적의 물을 적정 용액에 첨가함으로써 충분한 전도도가 확보될 수 있다. 공백 값도 마찬가지로 결정히였다.
실시예 및 비교 실시예
아스팔트 조성물의 제조 과정
발명 실시예 1(A1)의 경우, 성능 등급 64-22를 가지는 아스팔트 2.5kg을 산소 분위기하에서 150℃까지 가열하고, 가열 맨틀(온도가 최대 150℃로 설정됨)에서 600 rpm으로 교반하였다. 이어서, 95.75 g의 TDI(3.83 중량%)를 용융된 아스팔트에 첨가하였다. 반응물을 실온으로 냉각시키기 전에 2 시간 동안 150℃에서 추가로 교반하였다.
발명 실시예 2(A2)의 경우, 성능 등급 64-22를 가지는 아스팔트 2.5kg을 산소 분위기하에서 150℃까지 가열하고, 가열 맨틀(온도가 최대 150℃로 설정됨)에서 600 rpm으로 교반하였다. 이어서, 96 g의 NDI(3.84 중량%)를 용융된 아스팔트에 첨가하였다. 반응물을 실온으로 냉각시키기 전에 2 시간 동안 150℃에서 추가로 교반하였다.
발명 실시예 3(A3)의 경우, 성능 등급 64-22를 가지는 아스팔트 2.5kg을 산소 분위기하에서 150℃까지 가열하고, 가열 맨틀(온도가 최대 150℃로 설정됨)에서 600 rpm으로 교반하였다. 이어서, 98.50 g의 HDI(3.94 중량%)를 용융된 아스팔트에 첨가하였다. 반응물을 실온으로 냉각시키기 전에 2 시간 동안 150℃에서 추가로 교반하였다.
발명 실시예 4(A4)의 경우, 성능 등급 64-22를 가지는 아스팔트 2.5kg을 산소 분위기하에서 150℃까지 가열하고, 가열 맨틀(온도가 최대 150℃로 설정됨)에서 600 rpm으로 교반하였다. 이어서, 100 g의 IPDI(4.0 중량%)를 용융된 아스팔트에 첨가하였다. 반응물을 실온으로 냉각시키기 전에 2 시간 동안 150℃에서 추가로 교반하였다.
발명 실시예 5(A5)의 경우, 성능 등급 64-22를 가지는 아스팔트 2.5kg을 산소 분위기하에서 150℃까지 가열하고, 가열 맨틀(온도가 최대 150℃로 설정됨)에서 600 rpm으로 교반하였다. 이어서, 95 g의 H12MDI(3.8 중량%)를 용융된 아스팔트에 첨가하였다. 반응물을 실온으로 냉각시키기 전에 2 시간 동안 150℃에서 추가로 교반하였다.
발명 실시예 6(A6)의 경우, 성능 등급 64-22를 가지는 아스팔트 2.5kg을 산소 분위기하에서 150℃까지 가열하고, 가열 맨틀(온도가 최대 150℃로 설정됨)에서 600 rpm으로 교반하였다. 이어서, 25 g의 TDI(1.0 중량%)를 용융된 아스팔트에 첨가하였다. 반응물을 실온으로 냉각시키기 전에 2 시간 동안 150℃에서 추가로 교반하였다.
발명 실시예 7(A7)의 경우, 성능 등급 64-22를 가지는 아스팔트 2.5kg을 산소 분위기하에서 150℃까지 가열하고, 가열 맨틀(온도가 최대 150℃로 설정됨)에서 600 rpm으로 교반하였다. 이어서, 25 g의 IPDI(1.0 중량%)를 용융된 아스팔트에 첨가하였다. 반응물을 실온으로 냉각시키기 전에 2 시간 동안 150℃에서 추가로 교반하였다.
비교 실시예 1(CE 1)은 성능 등급 64-22를 가지는 개질되지 않는 아스팔트이다.
표 2: 발명 및 비교 아스팔트 조성물의 특성
Figure pct00002
CE 1과 비교하였을 때, 본 발명의 아스팔트 조성물 (A1 내지 A7)은 유변학적 특성(브룩필드 점도 참조) 증가, 탄성 반응 증가(3.2 kPa에서의 %회복 감소 참조), 강성 증가(3.2 kPa에서의 Jnr 값 증가 참조), 균열 저항 증가(크리프 강성 값 증가 참조) 및 허용가능한 UTI를 나타낸다.

Claims (14)

  1. 조성물의 총 중량을 기준으로 지방족 이소시아네이트 또는 방향족 이소시아네이트 중에서 선택되는 열경화 반응성 화합물의 0.1 중량% 내지 10.0 중량%를 포함하는 아스팔트 조성물로서, 상기 방향족 이소시아네이트는 단량체성 MDI 또는 중합체성 MDI가 아닌, 아스팔트 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열경화 반응성 화합물은 조성물의 총 중량을 기준으로 1.0 중량% 내지 5.0 중량%의 양으로 존재하는, 아스팔트 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 출발 아스팔트는 AASHTO - M320에 따라 결정된 52-16, 52-22, 52-28, 52-34, 52-40, 58-16, 58-22, 58-28, 58-34, 58-40, 64-16, 64-22, 64-28, 64-34, 64-40, 70-16, 70-22, 70-28, 70-34, 70-40, 76-16, 76-22, 76-28, 76-34, 및 76-40로부터 선택되는 성능 등급을 가지는, 아스팔트 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 하나 이상의 항에 있어서, 상기 출발 아스팔트는 AASHTO - M320에 따라 결정된 58-28, 58-34, 64-16, 64-22, 64-28, 70-16, 70-22, 76-16 및 76-22로부터 선택되는 성능 등급을 가지는, 아스팔트 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 하나 이상의 항에 있어서, 상기 지방족 이소시아네이트는 사이클로부탄-1,3-디이소시아네이트, 1,2-, 1,3- 및 1,4-사이클로헥산 디이소시아네이트, 2,4- 및 2,6 메틸사이클로헥산 디이소시아네이트, 4,4'- 및 2,4'-디사이클로헥실디이소시아네이트, 1,3,5-사이클로헥산 트리이소시아네이트, 이소시아나토메틸사이클로헥산 이소시아네이트, 이소시아나토에틸사이클로헥산 이소시아네이트, 비스(이소시아나토메틸)사이클로헥산 디이소시아네이트, 4,4'- 및 2,4'-비스(이소시아나토-메틸) 디사이클로헥산, 이소포론 디이소시아네이트 (IPDI), 디이소시아나토디사이클로-헥실메탄 (H12MDI), 테트라메틸렌 1,4-디이소시아네이트, 펜타메틸렌 1,5-디이소시아네이트, 헥사메틸렌 1,6-디이소시아네이트 (HDI), 데카메틸렌 디이소시아네이트, 1,12-도데칸 디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 2,4,4-트리메틸-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 및 2-메틸-1,5-펜타메틸렌 디이소시아네이트로부터 선택되는, 아스팔트 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 하나 이상의 항에 있어서, 상기 지방족 이소시아네이트는 이소포론 디이소시아네이트 (IPDI), 디이소시아나토디사이클로-헥실메탄 (H12MDI), 및 헥사메틸렌 1,6-디이소시아네이트 (HDI)로부터 선택되는, 아스팔트 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 하나 이상의 항에 있어서, 상기 방향족 이소시아네이트는 톨루엔 디이소시아네이트, 중합체성 톨루엔 디이소시아네이트, m-페닐렌 디이소시아네이트; 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트; 1,3-페닐렌 디이소시아네이트; 2,4,6-톨루일렌 트리이소시아네이트, 1,3-디이소프로필페닐렌-2,4-디이소시아네이트; 1-메틸-3,5-디에틸페닐렌-2,4-디이소시아네이트; 1,3,5-트리에틸페닐렌-2,4-디이소시아네이트; 1,3,5-트리이소프로필-페닐렌-2,4-디이소시아네이트; 3,3'-디에틸-비스페닐-4,4'-디이소시아네이트; 3,5,3',5'-테트라에틸-디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트; 3,5,3',5'-테트라이소프로필디페닐메탄-4,4'-디이소시아네이트; 1-에틸-4-에톡시-페닐-2,5-디이소시아네이트; 1,3,5-트리에틸 벤젠-2,4,6-트리이소시아네이트; 1-에틸-3,5-디이소프로필 벤-젠-2,4,6-트리이소시아네이트, 톨리딘 디이소시아네이트, 및 1,3,5-트리이소프로필 벤젠-2,4,6-트리이소시아네이트로부터 선택되는, 아스팔트 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 하나 이상의 항에 있어서, 상기 방향족 이소시아네이트는 톨루엔 디이소시아네이트, 중합체성 톨루엔 디이소시아네이트, 및 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트로부터 선택되는, 아스팔트 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 하나 이상의 항에 있어서, 상기 출발 아스팔트는 AASHTO - M320에 따라 결정된 70-16, 70-22, 64-16, 및 64-22로부터 선택되는 성능 등급을 가지는, 아스팔트 조성물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 하나 이상의 항에 있어서, 상기 아스팔트 조성물은 자갈, 재생 아스팔트 포장재(reclaimed asphalt pavement), 모래 및 충전재로부터 선택되는 임의의 입상 재료를 함유하지 않는, 아스팔트 조성물.
  11. 제1항 내지 제10항 중 하나 이상의 항에 따른 아스팔트 조성물의 제조방법으로서, 상기 방법은 다음 단계를 포함하는, 방법:
    (A) 출발 아스팔트를 110℃ 내지 190℃ 범위의 온도로 가열하는 단계,
    (B) 아스팔트 조성물의 총 중량을 기준으로 단계 (A)의 출발 아스팔트에 열경화 반응성 화합물의 0.1 중량% 내지 10.0 중량%를 첨가하여 반응성 혼합물을 수득하는 단계; 및
    (C) 단계 (B)의 반응 혼합물을 산소 분위기하에서 2.5 시간 이상 110℃ 내지 190℃ 범위의 온도에서 교반하는 단계.
  12. 제11항에 있어서, 단계 (A) 및 (B)의 상기 온도는 각각 독립적으로 110℃ 내지 150℃ 범위인, 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 단계 (C)의 상기 교반은 4 시간 이상 수행되는, 방법.
  14. 아스팔트 혼합 조성물의 제조를 위한 제1항 내지 제10항 중 하나 이상의 항에 따른 조성물 또는 제11항 내지 제13항 중 하나 이상의 항에 따라 수득되는 조성물의 용도.
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