KR20230029794A - 이소시아네이트와 가소제의 혼합물을 성능 첨가제로서 포함하는 아스팔트 조성물 - Google Patents
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Abstract
조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 8 중량%의, 열경화성 반응성 화합물로서의 이소시아네이트; 및 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 8 중량%의 가소제를 포함하는 아스팔트 조성물이 개시되며, 상기 가소제는 오르쏘프탈레이트, 테레프탈레이트, 사이클로헥사노에이트, 아젤레이트, 아세테이트, 부티레이트, 발레리에이트, 알킬설포네이트, 아디페이트, 벤조에이트, 다이벤조에이트, 시트레이트, 말레에이트, 포스페이트, 세바케이트, 설폰아마이드, 에폭시 에스터, 트라이멜리테이트, 글리세롤 에스터, 석시네이트, 광유, 중합체성 가소제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 중합체성 가소제는, 2,2-다이메틸-1,3-프로판다이올 및 1,2-프로판다이올 이소노닐 에스터를 갖는 헥산이산 중합체; 1,2-프로판다이올 옥틸 에스터를 갖는 헥산이산 중합체; 1,2-프로판다이올 아세테이트를 갖는 헥산이산 중합체; 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
Description
본 발명은 본질적으로, 이소시아네이트 및 가소제를 포함하는 아스팔트 조성물에 관한 것이며, 상기 가소제는 오르쏘프탈레이트, 테레프탈레이트, 사이클로헥사노에이트, 아젤레이트, 아세테이트, 부티레이트, 발레리에이트, 알킬설포네이트, 아디페이트, 벤조에이트, 다이벤조에이트, 시트레이트, 말레에이트, 포스페이트, 세바케이트, 설폰아마이드, 에폭시 에스터, 트라이멜리테이트, 글리세롤 에스터, 석시네이트, 광유, 중합체성 가소제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 중합체성 가소제는, 2,2-다이메틸-1,3-프로판다이올 및 1,2-프로판다이올 이소노닐 에스터를 갖는 헥산이산 중합체; 1,2-프로판다이올 옥틸 에스터를 갖는 헥산이산 중합체; 1,2-프로판다이올 아세테이트를 갖는 헥산이산 중합체; 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본 발명은 또한, 아스팔트 조성물의 제조 방법, 및 포장 용도를 위한 아스팔트 믹스 조성물에서의 용도에 관한 것이다. 본 발명의 아스팔트 조성물은, 기능적 온도 범위(예컨대, 아스팔트의 유용한 온도 범위) 증가, 탄성 증가 및 더 낮은 변형 가능성, 고 RAP 함량을 갖는 아스팔트 믹스 조성물의 아스팔트 믹스 작업성/다짐성(compactability) 개선, 탁월한 소성변형 내성(rutting resistance) 및 피로 거동, 및 저온 성능 개선(충분한 탄성을 통한 높은 내균열성)을 나타낸다.
일반적으로, 아스팔트는, 아스팔텐과 말텐으로 분류되는 상이한 분자 화학종을 포함하는 콜로이드성 물질이다. 점탄성 및 열가소성인 아스팔트는 극심한 추위에서 극심한 더위에 이르기까지의 온도 범위에 걸쳐 특성 변화를 겪는다. 아스팔트는 더운 날씨에는 연화되고, 극심한 추위에는 균열이 생기는 경향이 있다. 저온에서, 아스팔트는 취성이 되고 균열이 생기며, 승온에서는 연화되고 물리적 특성을 소실한다.
포장재(pavement)는 이의 성능 수명 동안 지속적으로 산화되고 노화되어, 강성과 취성의 증가 및 더 낮은 스트레스 완화 능력의 결과로서 내구성 문제를 야기한다. 더욱이, 1차 자원을 절약하고 CO2 배출을 줄이기 위해 재생 아스팔트 포장재(RAP) 물질의 사용을 늘리는 것은, 고 비율의 RAP-유래 결합제를 포함하는 아스팔트 결합제 및 대응 아스팔트 믹스 조성물의 유변학적 및 성능적 특성의 회복을 개선하는 것을 필요로 한다.
아스팔트 믹스 조성물 중 고함량의 RAP 재료는 다수의 문제를 발생시킨다. 산화적 노화 공정으로 인해, 노화된 아스팔트 결합제는 높은 연화점을 나타내고 이에 따라 더 점성이 되기 때문에, 아스팔트 믹스 조성물의 가공성은 불량하다. 결과적으로, 이러한 아스팔트 믹스 조성물에 대한 더 높은 가공 온도가 필요하다. 또한, 다량의 취성 및 강성 RAP 재료를 사용하는 경우, 이에 따른 아스팔트 믹스 조성물의 저온 내균열성이 크게 저하된다. 고 비율의 RAP-유래 결합제를 포함하는 아스팔트 결합제 및 대응 아스팔트 믹스 조성물의 언급된 성능적 및 유변학적 특성을 개선하는 것이 고도로 바람직하다. 통상적인 최첨단 개질제(소위 재생제(rejuvenator))는 노화된 RAP 아스팔트를 재생한다(rejuvenate)(즉, 연화점이 감소되고, 높은 RAP 비율을 포함하는 아스팔트 믹스 조성물에 필요한 다짐 온도가 감소되고(더 우수한 작업성/다짐성), 고 RAP 함량을 갖는 아스팔트 믹스 조성물의 저온 내균열성이 증가함). 그러나, 재생 RAP 아스팔트 믹스 조성물의 고온 성능(즉, 소성변형 내성 및 피로 거동)은 개선되지 않거나 심지어 감소된다.
열경화성 반응성 성분(예컨대, 결합제(또는, 더욱 일반적인 용어로 개질제)로서의 이소시아네이트)을 첨가하면, 아스팔트의 물리적 특성이 소정 온도 범위에 걸쳐 더욱 일정하게 유지되고/되거나, 아스팔트가 적용되는 온도 범위에 걸쳐 물리적 특성이 개선될 수 있다.
첨가된 결합제(또는 개질제)에 의해 개질된 이러한 아스팔트는 당분야에서 수년 동안 공지되었다. 그러나, 아스팔트 산업에서는 개선된 아스팔트가 여전히 필요하다. 이는 부분적으로는, 현재 공지된 중합체-개질된 아스팔트가 다수의 결점을 가지고 있기 때문이다. 이는, 예를 들어, 영구 변형(소성변형), 굴곡 피로, 습기, 저온 조작 시 탄성 감소에 대한 감수성(susceptibility)을 포함한다.
국제 특허 출원 공개 제WO 01/30911 A1호는, 조성물의 총 중량을 기준으로 약 1 내지 8 중량%의 중합체성 MDI를 포함하는 아스팔트 조성물을 개시하고 있으며, 이때 상기 중합체성 MDI는 2.5 이상의 작용도를 가진다. 이는 또한, 2시간 미만의 반응 시간을 사용하여, 상기 아스팔트 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이다. 생성물 MDI-아스팔트의 형성은, 생성물의 점도 증가 또는 더욱 바람직하게는 동적 기계적 분석(DMA)에 의해 측정된다.
국제 특허 출원 공개 제WO 01/30912 A1호는, 아스팔트 및 물 외에, 유화가능 폴리이소시아네이트를 포함하는 수성 아스팔트 에멀젼을 개시하고 있다. 이는 또한, 상기 에멀젼을 포함하는 골재(aggregate) 조성물 및 상기 조성물의 제조 방법에 관한 것이다.
국제 특허 출원 공개 제WO 01/30913 A1호는, 조성물의 총 중량을 기준으로 약 1 내지 5 중량%의 중합체성 MDI-기반 예비중합체를 포함하는 아스팔트 조성물을 개시하고 있으며, 이때 상기 중합체성 MDI는 2.5 이상의 작용도를 가진다. 이는 또한, 상기 아스팔트 조성물의 제조 방법에 관한 것이다.
유럽 특허 제0 537 638 B1호는, 100 중량부의 역청에 대해 0.5 내지 10 중량부의 작용화된 폴리옥테나머(polyoctenamer) 및 임의적으로 가교제를 함유하는 중합체-개질된 역청 조성물을 개시하고 있으며, 이때 상기 폴리옥테나머는 주로 트랜스-폴리옥테나머이고, 카복실 기뿐만 아니라 이로부터 유도된 기(예컨대, 말레산)를 함유하는 것을 특징으로 한다.
미국 특허 출원 공개 제2015/0191597 A1호는, 아스팔트 및 중합체 블렌드를 포함하는 아스팔트 결합제 조성물을 개시하고 있으며, 이때 상기 중합체 블렌드는 산화된 고밀도 폴리에틸렌; 및 말레에이트화된 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 단독중합체, 고결정성 폴리에틸렌 및 이들의 조합물로부터 선택된 기타 중합체를 포함한다. 아스팔트 결합제 조성물에 특정 중합체 블렌드를 첨가하면 PG 범위가 넓어지고 아스팔트 결합제 조성물의 UTI가 증가하는 것으로 밝혀졌다.
국제 특허 출원 공개 제WO 2018/228840 A1호는, 열경화성 반응성 화합물로 아스팔트 결합제를 개질하여, 결합제 성분의 가교결합 및 강력한 탄성 중합체성 네트워크의 생성을 야기함으로써, 저온 특성 유지와 함께 개선된 물리적 특성을 나타냄을 개시하고 있다.
결과적으로, 한편으로는, 선행 기술과 관련된 모든 단점(예를 들어, 제한된 탄성 특성, 낮은 소성변형 내성, 제한된 피로 거동, 제한된 유용한 온도 간격, 및 다량의 RAP를 갖는 아스팔트 믹스 조성물의 불량한 작업성)을 피할 수 있는 아스팔트 조성물 및 관련된 제조 방법을 갖는 것이 고도로 바람직할 것이다.
본 발명의 목적 중 하나는, 탁월한 소성변형 내성 및 피로 거동, 개선된 저온 성능, 충분한 탄성을 통한 높은 내균열성, 및 고 RAP 함량을 갖는 아스팔트 믹스 조성물의 개선된 아스팔트 믹스 작업성 면에서 개선된 물리적 특성을 나타내는 아스팔트 조성물 및 아스팔트 믹스 조성물을 제공하는 것이다. 또한, 각각의 아스팔트 조성물 및 아스팔트 믹스 조성물의 제조 방법이 제공될 수 있다.
아스팔트 조성물의 상이한 물리적 특성은 당분야에 공지된 상이한 시험에 의해 측정되며, 하기 실험 부문에 기술된다.
본 발명의 청구범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 제한될 것이기 때문에, 이후에 사용되는 용어는 제한적인 것으로 의도되지 않음을 이해해야 한다. 또한, 용어를 정의할 때 사용되는 하기 예는, 각각의 용어의 정의가 제시된 예(들)에 의해 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다.
아스팔트/역청/아스팔트 결합제/아스팔트 조성물
본 발명에 따르면, 용어 "아스팔트", "역청", "아스팔트 결합제" 및 "아스팔트 조성물"은 등가적으로 사용된다. 일반적으로, 아스팔트는, 아스팔텐과 말텐으로 분류되는 상이한 분자 화학종을 포함하는 콜로이드성 물질이다.
아스팔트/역청/아스팔트 결합제/아스팔트 조성물은 비-개질될 수 있나 개질될 수 있다. 비-개질된 아스팔트/역청/아스팔트 결합제/아스팔트 조성물 또는 소위 포장 등급 역청/포장 등급 아스팔트(결합제)는, 예를 들어 침투력 등급(pen 등급) 50/70 또는 70/100(DIN EN 1426에 따라 결정된 니들 침투력(needle penetration))일 수 있다. 개질된 아스팔트 조성물은, 예를 들어 중합체-개질된 역청(PmB)일 수 있다. 각각의 중합체는, 열가소성 탄성중합체, 라텍스, 열가소성 중합체, 열경화성 중합체 및 이들 중 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 열가소성 탄성중합체는, 예를 들어 스타이렌 부타다이엔 탄성중합체(SBE), 스타이렌 부타다이엔 스타이렌(SBS) 또는 스타이렌 부타다이엔 고무(SBR)일 수 있다. SBS-개질된 역청의 예는 PmB 25/55-55 RC이다.
입상 재료/골재
본 발명에 따르면, 용어 "입상(granular) 재료"는, "골재(들)"로도 기술될 수 있는 성분을 설명하는데 유사하게 사용된다. 또한, 본 발명에 따르면, 입상 재료 또는 골재는 자갈, 모래, 충전제 및 골재 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 추가적인 특정 및/또는 바람직한 실시양태가 본원에 개시된다.
재생 아스팔트 포장
본 발명에 따르면, 용어 "재생(reclaimed) 아스팔트 포장"(RAP로도 약칭됨), "재활용 아스팔트", "재생 아스팔트", "재생 아스팔트 포장재" 및 "재생 아스팔트 믹스"는, "아스팔트 및 골재를 포함하는 재가공된 포장"으로도 기술될 수 있는 물질을 설명하는데 유사하게 사용된다.
아스팔트 믹스 조성물/아스팔트 믹스
본 발명에 따르면, 용어 "아스팔트 믹스 조성물" 및 "아스팔트 믹스"는, 골재/입상 재료, 재생 아스팔트, 임의의 종류의 첨가제(예컨대, 열경화성 반응성 화합물, 섬유, 재생제, 반응성 개질제, 가소제, 왁스, 계면활성제 등), 및 아스팔트/역청/아스팔트 결합제/아스팔트 조성물(개질된 또는 비-개질된)의 혼합물을 설명하는데 사용된다.
회수 아스팔트/회수 역청/회수 아스팔트 결합제
본 발명에 따르면, 용어 "회수 아스팔트" 또는 "회수 역청" 또는 "회수 아스팔트 결합제"는, 아스팔트 믹스 조성물로부터 추출된 아스팔트/역청/아스팔트 결합제를 설명하는데 사용된다. 각각의 회수 절차는 후술된다.
탄성 응답 및 회복-불가능 크리프 컴플라이언스(creep compliance)(Jnr)는 다중 응력 크리프 회복(Multiple Stress Creep Recovery, MSCR) 시험에서 계산되며, 이때 아스팔트는 고정된 시간 동안 일정한 하중을 받는다. 특정 기간 동안의 총 변형은 %로 제시되며, 결합제의 탄성 측정값에 해당한다.
굽힘 빔 유동계(Bending Beam Rheometer, BBR)는, 저온에서 아스팔트의 강성을 결정하는 데 사용되며, 일반적으로 아스팔트의 굴곡 강성을 지칭한다. 이 매개변수는 저온 균열에 저항하는 아스팔트 결합제의 능력을 나타낸다. BBR은 아스팔트 결합제의 저온 등급을 결정하는 데 사용된다.
따라서, 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 8 중량%의, 열경화성 반응성 화합물로서의 이소시아네이트, 및 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 8 중량%의 가소제를 포함하는 아스팔트 조성물이 확인되었으며, 이때 상기 가소제는 오르쏘프탈레이트, 테레프탈레이트, 사이클로헥사노에이트, 아젤레이트, 아세테이트, 부티레이트, 발레리에이트, 알킬설포네이트, 아디페이트, 벤조에이트, 다이벤조에이트, 시트레이트, 말레에이트, 포스페이트, 세바케이트, 설폰아마이드, 에폭시 에스터, 트라이멜리테이트, 글리세롤 에스터, 석시네이트, 미네랄 오일, 중합체성 가소제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 중합체성 가소제는, 2,2-다이메틸-1,3-프로판다이올 및 1,2-프로판다이올 이소노닐 에스터를 갖는 헥산이산 중합체; 1,2-프로판 다이올 옥틸 에스터를 갖는 헥산이산 중합체; 1,2-프로판다이올 아세테이트를 갖는 헥산이산 중합체; 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 아스팔트 조성물의 제조 방법이 제공되며, 상기 방법은,
(a) 출발 아스팔트를 110 내지 190℃의 온도로 가열하는 단계,
(b) 목적하는 양의 이소시아네이트 및 목적하는 양의 각각의 가소제를 첨가하는 단계로서, 이때 상기 목적하는 첨가제의 첨가 순서는 결정적이지 않거나, 또는 각각의 이소시아네이트 및 각각의 가소제가 별도로 혼합되고 혼합물로서 첨가되는, 단계,
(c) 상기 단계 (b) 후에, 반응 혼합물을 110 내지 190℃ 범위의 온도에서 적어도 2시간 동안 교반하거나 2 내지 180초 범위의 기간 동안 균질화하는 단계, 및 임의적으로,
(d) 반응의 종료를 IR 분광법에 의해 결정하는 단계
를 포함하고, 이때 상기 반응은 산소 분위기 하에 수행된다.
상기 방법은 본 발명의 목적을 충족시킨다. 또한, 아스팔트 믹스 조성물의 제조를 위한 상기 아스팔트 조성물의 용도 및 포장 용도에서의 상기 아스팔트 믹스 조성물의 용도가 제공된다.
놀랍게도, 본 발명에 따른 이소시아네이트와 가소제의 조합물을 포함하는 아스팔트 조성물 및 관련 아스팔트 믹스 조성물이, 저온 거동 개선과 조합된, 소성변형 내성 증가, 피로 거동 개선, 및 더 우수한 탄성 특성을 나타낸다는 것이 밝혀졌다. 최신식 재생제와 대조적으로, 본 발명은, (i) RAP로부터의 고 비율의 상당히 노화된 결합제를 포함하는 결합제 블렌드의 연화점이 감소되고, (ii) 고 RAP 함량을 갖는 대응 아스팔트 믹스 조성물의 다짐 온도가 감소될 수 있고, 상기 믹스의 작업성이 개선되고, (iii) 대응 아스팔트 믹스의 저온 내균열성이 개선됨에 더하여, 높은 RAP 비율을 포함하는 아스팔트 믹스 조성물의 더 우수한 소성변형 및 피로 거동을 제공한다.
상기 이론에 얽매이고자 하지 않으면서, 이는, 각각의 아스팔트의 아스팔텐 및 말텐으로 분류되는 상이한 분자 화학종을 갖는 가소제와 열경화성 반응성 화합물로서의 이소시아네이트의 상이한 반응에 기인한 것으로 현재 생각된다. 결과적인 성능을 수득하기 위해서는 콜로이드 구조의 특정 형태가 필요하다. 열경화성 반응성 화합물은 페놀 기, 카복실 기, 티올 기, 무수물 기 및/또는 피롤 기, 또는 아스팔트 성분의 임의의 반응성 기와 반응하고 아스팔텐들을 함께 연결하여, 생성된 아스팔트 조성물에 더 큰 입자를 야기한다. 이에 더하여, 가소제는, 개질된 아스팔트의 개선된 콜로이드 구조의 형성을 지원하는 말텐 상을 개질하여, 특히, 대응 아스팔트 믹스의 개선된 저온 내균열성 및 고 RAP 함량을 갖는 상기 믹스의 개선된 작업성 면에서, 예상치 못한 성능을 제공할 것이다. 개선된 안정성으로 인해, 예를 들어, 전형적으로 다량의 RAP가 사용되는 보조 기층(subbase layer)의 치수를 줄이는 기회를 제공할 수 있다. 이는 비용 및 재료 절감 및 CO2 배출량 감소를 야기한다.
바람직한 실시양태는 첨부된 청구범위 및 명세서에서 설명된다. 바람직한 실시양태의 조합이 본 발명의 범위 이내임이 이해된다.
본 발명에 따르면, 상기 아스팔트 조성물은, 열경화성 반응성 화합물로서의 이소시아네이트, 및 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 8 중량%의 가소제를 포함하고, 상기 가소제는 오르쏘프탈레이트, 테레프탈레이트, 사이클로헥사노에이트, 아젤레이트, 아세테이트, 부티레이트, 발레리에이트, 알킬설포네이트, 아디페이트, 벤조에이트, 다이벤조에이트, 시트레이트, 말레에이트, 포스페이트, 세바케이트, 설폰아마이드, 에폭시 에스터, 트라이멜리테이트, 글리세롤 에스터, 석시네이트, 광유, 중합체성 가소제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 중합체성 가소제는, 2,2-다이메틸-1,3-프로판다이올 및 1,2-프로판다이올 이소노닐 에스터를 갖는 헥산이산 중합체; 1,2-프로판다이올 옥틸 에스터를 갖는 헥산이산 중합체; 1,2-프로판다이올 아세테이트를 갖는 헥산이산 중합체; 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
일반적으로, 본 발명에 사용되는 아스팔트는 공지된 임의의 아스팔트일 수 있고, 일반적으로 임의의 역청질 화합물을 포괄한다. 이는, 역청, 아스팔트 결합제 또는 아스팔트로서 지칭되는 임의의 물질, 예를 들어, 증류, 취입(blown), 고진공 및 컷백(cut-back) 역청, 또한 예를 들면, 아스팔트 콘크리트, 캐스트(cast) 아스팔트, 아스팔트 매스틱(mastic) 및 천연 아스팔트일 수 있다. 예를 들어, 80/100 또는 180/220의 침투력을 갖는 직접 증류 아스팔트가 사용될 수 있다. 예를 들어, 아스팔트에는 비산재가 없을 수 있다.
바람직하게는, 상기 아스팔트는 20-30, 30-45, 35-50, 40-60, 50-70, 70-100, 100-150, 160-220, 250-330의 침투력 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, 76-40의 성능 등급을 가지며, 더욱 바람직하게는 상기 아스팔트 30-45, 35-50, 40-60, 50-70, 70-100, 100-150, 160-220의 침투력 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, 70-16, 70-22, 70-28, 76-16, 76-22의 성능 등급을 갖고, 가장 바람직하게는 상기 아스팔트는 40-60, 50-70, 70-100, 100-150의 침투력 또는 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, 76-22의 성능 등급을 가진다.
일반적으로, 열경화성 반응성 화합물은, 각각의 아스팔트의 아스팔텐 및 말텐으로 분류되는 상이한 분자 화학종과 화학적으로 반응할 수 있고, 콜로이드 구조의 특정 형태를 생성하는 것을 도와 넓은 범위의 온도에 걸쳐 아스팔트의 물리적 특성을 일정하게 유지하고/하거나 심지어 아스팔트가 놓이는 온도 범위에 걸쳐 상기 물리적 특성을 개선하는 화합물이다.
본 발명에 따르면, 상기 아스팔트 조성물 중 열경화성 반응성 화합물로서의 이소시아네이트의 양은 아스팔트 조성물의 총 중량을 기준으로 8.0 중량% 이하, 바람직하게는 아스팔트 조성물의 총 중량을 기준으로 5.0 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 4.0 중량% 이하, 가장 바람직하게는 3.0 중량% 이하이다. 본 발명에 따르면, 상기 아스팔트 조성물 중 열경화성 반응성 화합물로서의 이소시아네이트의 양은 아스팔트 조성물의 총 중량을 기준으로 적어도 0.1 중량%, 바람직하게는 적어도 0.5 중량%, 더욱 바람직하게는 적어도 0.7 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 0.9 중량%이다. 예를 들어, 상기 아스팔트 조성물 중 열경화성 반응성 화합물로서의 이소시아네이트의 양은 0.5 중량% 내지 3.8 중량% 범위, 0.8 중량% 내지 2.7 중량% 범위, 1.0 중량% 내지 3.9 중량% 범위, 1.1 중량% 내지 2.0 중량% 범위, 1.8 중량% 내지 3.2 중량% 범위, 2.1 중량% 내지 3.7 중량% 범위, 또는 0.5 중량% 내지 3.5 중량% 범위일 수 있다.
본 발명에 따른 열경화성 반응성 화합물로서의 이소시아네이트는, 아스팔트와 상용성인 한, 임의의 이소시아네이트일 수 있으며, 이는 바람직하게는 톨루엔 다이이소시아네이트(TDI), 헥사메틸렌 다이이소시아네이트(HDI), 중합체성 MDI, 단량체성 MDI, MDI 예비중합체, 더욱 바람직하게는 TDI, 중합체성 MDI, 단량체성 MDI, 가장 바람직하게는 중합체성 MDI, 단량체성 MDI, 예를 들어 중합체성 MDI이다.
일반적으로, TDI는 당분야에 공지되어 있고, 톨루엔 다이이소시아네이트(TDI)로서 공지되어 있으며, 이는 상이한 이성질체들로 존재하는 유기 화합물이다. 본 발명에 따르면, 상기 아스팔트와 상용성인 한, TDI의 임의의 공지된 이성질체 또는 상이한 이성질체들의 혼합물이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 이는 순수한 2,4-TDI; 또는 2,4-TDI와 2,6-TDI의 혼합물, 더욱 바람직하게는 2,4-TDI 이성질체와 2,6-TDI 이성질체의 혼합물, 예를 들어 2,4-TDI 이성질체와 2,6-TDI 이성질체의 80/20 또는 65/35 혼합물이다.
일반적으로, HDI는 당분야에 공지되어 있고, 지방족 다이이소시아네이트인 헥사메틸렌 다이이소시아네이트(HDI)로서 공지되어 있다. 본 발명에 따르면, 아스팔트와 상용성인 한, 임의의 공지된 HDI가 사용될 수 있다.
일반적으로, MDI 예비중합체는 당분야에 공지되어 있고, 중합체성 MDI와 폴리올의 반응 생성물이다. MDI 예비중합체의 하나의 부분으로서의 중합체성 MDI는 당분야에 공지되어 있고, 폴리메틸렌 폴리페닐렌 폴리이소시아네이트로서 공지되어 있으며, 폴리아릴렌 폴리이소시아네이트 또는 폴리페닐메탄 폴리이소시아네이트로도 지칭된다. 이는, 다양한 양의 이성질체, 예를 들어 4,4'-, 2,2'- 및 2,4'-이성질체를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 4,4'-MDI 이성질체의 양은 26% 내지 98% 범위, 더욱 바람직하게는 30% 내지 95% 범위, 가장 바람직하게는 35% 내지 92% 범위이다. 바람직하게는, 중합체성 MDI의 2개의 고리 함량은 20% 내지 62% 범위, 더욱 바람직하게는 26% 내지 48% 범위, 가장 바람직하게는 26% 내지 42% 범위이다. 이는 또한, 카보다이이미드, 우레톤이민, 이소시아누레이트, 우레탄, 알로파네이트, 우레아 또는 뷰렛(biuret) 기를 포함하는 개질된 변이체를 포함할 수 있다. 이들 모두 하기에서 pMDI로 지칭될 것이다. 상기 예비중합체를 제조하는 데 사용되는 폴리올은, 아스팔트와 상용성인 한, 현장에서 사용될 수 있는 임의의 폴리올이다. 본 발명에 사용되는 임의의 고분자량 폴리올은, 50 이상, 바람직하게는 50 내지 10000, 더욱 바람직하게는 500 내지 5000의 평균 하이드록실 당량을 갖는, 폴리우레탄의 제조에 사용되는 임의의 폴리올 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 이들 폴리올은 폴리에터 폴리올, 폴리에스터 폴리올, 폴리에스터아마이드 폴리올, 폴리티오에터 폴리올, 폴리카보네이트 폴리올, 폴리아세탈 폴리올, 폴리올레핀 폴리올 등일 수 있다. 바람직한 폴리올은 폴리에터(특히, 폴리프로필렌 글리콜), 폴리에스터(특히, 방향족 폴리에스터) 및 폴리올레핀(특히, 폴리부타다이엔) 폴리올이다. 폴리올의 작용도는 바람직하게는 2 내지 4, 더욱 바람직하게는 2 내지 3, 가장 바람직하게는 2이다. 특히 바람직한 폴리올 중 하나는 폴리프로필렌 글리콜(PPG), 예를 들어 PPG 2000이다. 당업자에게 공지된 공정을 사용하여 상기 예비중합체를 제조할 수 있다. 상기 예비중합체의 NCO 값은 넓은 범위 내에서 다양할 수 있다. 이는 약 6 내지 30, 바람직하게는 약 9 내지 25일 수 있다. 폴리올/pMDI 비는 실제로 2/98 내지 80/20 중량비로 변할 수 있다.
일반적으로, 중합체성 MDI는 당분야에 공지되어 있고, 폴리메틸렌 폴리페닐렌 폴리이소시아네이트로 공지되어 있으며, 폴리아릴렌 폴리이소시아네이트 또는 폴리페닐메탄 폴리이소시아네이트로도 지칭된다. 이는 다양한 양의 이성질체, 예를 들어 4,4'-, 2,2'- 및 2,4'-이성질체를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 4,4'-MDI 이성질체의 양은 26% 내지 98% 범위, 더욱 바람직하게는 30% 내지 95% 범위, 가장 바람직하게는 35% 내지 92% 범위이다. 바람직하게는, 중합체성 MDI의 2개의 고리 함량은 20% 내지 62% 범위, 더욱 바람직하게는 26% 내지 48% 범위, 가장 바람직하게는 26% 내지 42% 범위이다. 이는 또한, 카보다이이미드, 우레톤이민, 이소시아누레이트, 우레탄, 알로파네이트, 우레아 또는 뷰렛 기를 포함하는 개질된 변이체를 포함할 수 있다. 이들 모두는 하기에서 pMDI로 지칭될 것이다. 바람직하게는, 본 발명에 따라 사용되는 pMDI는 적어도 2.3, 더욱 바람직하게는 적어도 2.5, 가장 바람직하게는 적어도 2.7, 예를 들어 2.8, 2.9 또는 3.0의 평균 이소시아네이트 작용도를 가진다.
일반적으로, 중합체성 MDI의 순도는 임의의 값으로 제한되지 않으며, 바람직하게는 본 발명에 따라 사용되는 pMDI는 1 내지 100 ppm, 더욱 바람직하게는 1 내지 70 ppm, 가장 바람직하게는 1 내지 60 ppm의 철 함량을 가진다.
일반적으로, 단량체성 MDI(mMDI)는 당분야에 공지되어 있고, 메틸렌 다이페닐 다이이소시아네이트로서 공지되어 있다. 이는 상이한 이성질체 형태, 예를 들어, 4,4'-, 2,2'- 및 2,4'-이성질체 형태로 존재할 수 있다. 본 발명에 따르면, 아스팔트와 상용성인 한, mMDI의 임의의 공지된 이성질체 또는 상이한 이성질체들의 혼합물이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 이는 순수한 4,4'-MDI; 2,4'-MDI와 4,4'-MDI의 혼합물; 또는 감소된 2,2'-MDI 함량을 갖는 2,4'-MDI와 4,4'-MDI의 화합물, 더욱 바람직하게는 순수한 4,4'-MDI; 또는 2,4'-MDI와 4,4'-MDI의 혼합물, 가장 바람직하게는 순수한 4,4'-MDI이다. 바람직하게는, 4,4'-MDI 이성질체의 양은 40 내지 99.5% 범위, 더욱 바람직하게는 44% 내지 99% 범위, 가장 바람직하게는 46% 내지 98.5% 범위이다.
이는 또한 카보다이이미드, 우레톤이민, 이소시아누레이트, 우레탄, 알로파네이트, 우레아 또는 뷰렛 기를 포함하는 개질된 변이체를 포함할 수 있다. 이들 모두 하기에서 mMDI로서 지칭될 것이다. 바람직하게는, 본 발명에 따라 사용되는 mMDI는 적어도 2.0, 더욱 바람직하게는 적어도 2.1, 가장 바람직하게는 적어도 2.15, 예를 들어 2.2, 2.3 또는 2.4의 평균 이소시아네이트 작용도를 가진다.
일반적으로, 가소제는, 물질의 가소성을 높이거나 점도를 낮추고 이의 물리적 특성을 변화시키는 첨가제이다. 이는 중합체 쇄들 간의 인력을 감소시켜 이를 더 가요성으로 만든다. 본 발명에 따르면, 아스팔트와 상용성인 한, 임의의 공지된 가소제가 사용될 수 있다.
바람직하게는, 가소제는 오르쏘프탈레이트, 테레프탈레이트, 사이클로헥사노에이트, 아젤레이트, 아세테이트, 부티레이트, 발레리에이트, 알킬설포네이트, 아디페이트, 벤조에이트, 다이벤조에이트, 시트레이트, 말레에이트, 포스페이트, 세바케이트, 설폰아마이드, 에폭시 에스터, 트라이멜리테이트, 글리세롤 에스터, 석시네이트, 미네랄 오일, 중합체성 가소제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고, 상기 중합체성 가소제는, 2,2-다이메틸-1,3-프로판다이올 및 1,2-프로판다이올 이소노닐 에스터를 갖는 헥산이산 중합체; 1,2-프로판다이올 옥틸 에스터를 갖는 헥산이산 중합체; 1,2-프로판다이올 아세테이트를 갖는 헥산이산 중합체; 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
가장 바람직하게는, 가소제는 오르쏘프탈레이트, 테레프탈레이트, 사이클로헥사노에이트, 알킬설포네이트, 아디페이트, 벤조에이트, 시트레이트, 말레에이트, 광유 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
바람직한 오르쏘프탈레이트는 다이이소노닐 프탈레이트(DINP), 다이이소데실 프탈레이트(DIDP), 비스(2-프로필헵틸)프탈레이트(DPHP), 비스(2-에틸헥실)프탈레이트(DEHP), 다이부틸 프탈레이트(DBP), 다이이소부틸 프탈레이트(DIBP), 벤질부틸 프탈레이트(BBP) 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 가장 바람직한 오르쏘프탈레이트는 다이이소노닐 프탈레이트(DINP)일 수 있다.
바람직한 테레프탈레이트는 비스(2-에틸헥실)테레프탈레이트(DEHTP), 다이이소부틸 테레프탈레이트(DBT) 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 가장 바람직한 테레프탈레이트는 비스(2-에틸헥실)테레프탈레이트(DEHTP)일 수 있다.
가장 바람직한 사이클로헥사노에이트는 1,2-사이클로헥산 다이카복실산 다이이소노닐 에스터(DINCH)일 수 있다.
바람직한 아젤레이트는 비스(2-에틸헥실)아젤레이트, 다이이소데실 아젤레이트(DIDA) 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 가장 바람직한 아젤레이트는 다이이소데실 아젤레이트(DIDA)일 수 있다.
바람직한 아세테이트는 2-에톡시에틸아세테이트, 글리세릴 트라이아세테이트 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 가장 바람직한 아세테이트는 글리세릴 트라이아세테이트일 수 있다.
바람직한 부티레이트는 1,2,3-프로판트라이일-트라이부타노에이트(트라이부티린), 2,2,4-트라이메틸-1,3-펜탄다이올 다이이소부티레이트(TXIB) 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 가장 바람직한 부티레이트는 2,2,4-트라이메틸-1,3-펜탄다이올 다이이소부티레이트(TXIB)일 수 있다.
가장 바람직한 발레레이트는 발레르산의 펜타에리트라이톨 에스터(PETV)일 수 있다.
가장 바람직한 알킬설포네이트는 페놀의 (C10-C21)-알킬설폰산 에스터일 수 있다.
바람직한 아디페이트는 다이에틸헥실 아디페이트(DEHA)(비스(2-에틸헥실) 아디페이트), 다이이소노닐 아디페이트(DINA)(비스(7-메틸옥틸) 아디페이트), 다이이소데실 아디페이트(DIDA) 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 가장 바람직한 아디페이트는 다이이소노닐 아디페이트(DINA)(비스(7-메틸옥틸) 아디페이트)일 수 있다.
바람직한 벤조에이트는 이소노닐 벤조에이트(INB), 이소데실 벤조에이트(IDB) 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 가장 바람직한 벤조에이트는 이소노닐 벤조에이트(INB)일 수 있다.
바람직한 다이벤조에이트는 트라이에틸렌 글리콜 다이벤조에이트, 다이프로필렌 글리콜 다이벤조에이트, 네오펜틸 글리콜 다이벤조에이트 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 가장 바람직한 다이벤조에이트는 다이프로필렌 글리콜 다이벤조에이트일 수 있다.
바람직한 시트레이트는 아세틸 트라이부틸 시트레이트(ATBC), 트라이부틸 시트레이트(TBC), 트라이에틸 시트레이트(TEC) 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 가장 바람직한 시트레이트는 아세틸 트라이부틸 시트레이트(ATBC)일 수 있다.
가장 바람직한 말레에이트는 말레산 다이부틸 에스터일 수 있다.
바람직한 포스페이트는 트라이페닐 포스페이트(TPP), 트리스(2-에틸헥실) 포스페이트(TEHP) 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 가장 바람직한 포스페이트는 트리스(2-에틸헥실) 포스페이트(TEHP)일 수 있다.
바람직한 세바케이트는 다이메틸 세바케이트(DMS), 다이(2-에틸헥실) 세바케이트, 다이부틸 세바케이트(DBS) 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 가장 바람직한 세바케이트는 다이메틸 세바케이트(DMS)일 수 있다.
가장 바람직한 설폰아마이드는 N-부틸 벤젠 설폰아마이드(BBSA)일 수 있다.
바람직한 에폭시 에스터는 에폭시화된 대두유(ESBO), 에폭시화된 아마인유(ELO) 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 가장 바람직한 에폭시 에스터는 에폭시화된 아마인유(ELO)일 수 있다.
가장 바람직한 트라이멜리테이트는 트리스-2-에틸헥실 트라이멜리테이트(TOTM)일 수 있다.
가장 바람직한 글리세롤 에스터는 완전 아세틸화된 모노글리세라이드일 수 있다.
바람직한 석시네이트는 다이에틸 석시네이트(DES), 다이메틸 석시네이트(DMS) 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 가장 바람직한 석시네이트는 다이에틸 석시네이트(DES)일 수 있다.
상기 중합체성 가소제는, 2,2-다이메틸-1,3-프로판다이올 및 1,2-프로판다이올 이소노닐 에스터를 갖는 헥산이산 중합체; 1,2-프로판다이올 옥틸 에스터를 갖는 헥산이산 중합체; 및 1,2-프로판다이올 아세테이트를 갖는 헥산이산 중합체; 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 가장 바람직한 중합체성 가소제는, 2,2-다이메틸-1,3-프로판다이올 및 1,2-프로판다이올 이소노닐 에스터를 갖는 헥산이산 중합체일 수 있다.
바람직하게는, 가소제는 다이이소노닐 프탈레이트, 다이이소데실 프탈레이트, 비스(2-프로필헵틸)프탈레이트, 비스(2-에틸헥실)프탈레이트, 비스(2-에틸헥실)테레프탈레이트, 다이부틸 프탈레이트, 다이이소부틸 프탈레이트, 벤질부틸 프탈레이트, 다이이소부틸 테레프탈레이트, 다이이소노닐 1,2-사이클로헥산다이카복실산, 페놀의 (C10-C21)-알킬설폰산 에스터 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
더욱 바람직하게는, 가소제는 비스(2-에틸헥실)테레프탈레이트, 페놀의 (C10-C21)-알킬설폰산 에스터, 다이이소노닐 1,2-사이클로헥산다이카복실산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
가장 바람직하게는, 가소제는 다이이소노닐 1,2-사이클로헥산다이카복실산(DINCH)이다.
본 발명에 따르면, 상기 아스팔트 조성물 중 가소제 또는 가소제 혼합물의 양은, 아스팔트 조성물의 총 중량을 기준으로 8.0 중량% 이하, 바람직하게는 아스팔트 조성물의 총 중량을 기준으로 5.0 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 4.0 중량% 이하, 가장 바람직하게는 3.0 중량% 이하이다. 본 발명에 따르면, 상기 아스팔트 조성물 중 가소제 또는 가소제 혼합물의 양은, 아스팔트 조성물의 총 중량을 기준으로 적어도 0.1 중량%, 바람직하게는 적어도 0.5 중량%, 더욱 바람직하게는 적어도 0.7 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 0.9 중량%이다. 예를 들어, 상기 아스팔트 조성물 중 가소제 또는 가소제 혼합물의 양은 0.5 내지 3.8 중량% 범위, 0.8 내지 2.7 중량% 범위, 1.0 중량% 내지 3.9 중량% 범위, 1.1 중량% 내지 2.0 중량% 범위, 1.8 중량% 내지 3.2 중량% 범위, 2.1 중량% 내지 3.7 중량% 범위, 또는 0.5 중량% 내지 3.5 중량% 범위일 수 있다.
또한, 각각의 용도에 따라 상기 아스팔트 조성물의 특성을 변경하기 위해, 당분야에 공지된 임의적 첨가제가 본 발명에 따른 조성물에 첨가될 수 있다. 상기 첨가제는, 예를 들어 왁스일 수 있다. 상기 왁스는, 상기 아스팔트 결합제 조성물에 추가의 첨가제로서 사용되는 경우, 작용화된 왁스, 합성 왁스, 또는 자연 발생 왁스일 수 있다. 또한, 상기 왁스는 산화될 수 있거나 산화되지 않을 수 있다. 합성 왁스의 비배타적인 예는 에틸렌 비스-스테아르아마이드(EBS), 피셔-트롭쉬 왁스(FT), 산화된 피셔-트롭쉬 왁스(FTO), 폴리올레핀 왁스, 예컨대 폴리에틸렌 왁스(PE), 산화된 폴리에틸렌 왁스(OxPE), 폴리프로필렌 왁스, 폴리프로필렌/폴리에틸렌 왁스, 알코올 왁스, 실리콘 왁스, 석유 왁스, 예컨대 미세결정질 왁스 또는 파라핀, 및 기타 합성 왁스를 포함한다. 작용화된 왁스의 비배타적인 예는 아민 왁스, 아마이드 왁스, 에스터 왁스, 카복실산 왁스 및 미세결정질 왁스를 포함한다. 자연 발생 왁스는 식물, 동물, 광물 또는 기타 공급원으로부터 유래될 수 있다. 천연 왁스의 비배타적인 예는 식물성 왁스, 예컨대 칸델릴라 왁스, 카르나우바 왁스, 쌀겨 왁스, 일본 왁스 및 호호바 오일; 동물성 왁스, 예컨대 밀랍, 라놀린, 고래 왁스; 및 광물성 왁스, 예컨대 몬탄 왁스, 오조케리트(ozokerit) 및 세레신(ceresin)을 포함한다. 전술된 왁스의 혼합물도 적합하며, 예를 들어 상기 왁스는 피셔-트롭쉬(FT) 왁스와 폴리에틸렌 왁스의 블렌드를 포함할 수 있다.
상기 물질에서 강도 및 가요성의 손실을 야기하는 중합체의 산화적 분해를 방지하기 위해, 산화방지제가 상기 아스팔트 결합제 조성물을 위한 추가의 첨가제로서 통상적인 양으로 사용될 수 있다.
임의적 첨가제와 관련하여 통상적인 양은 각각의 아스팔트 조성물의 총량을 기준으로 0.1 내지 5 중량% 범위이다. 예를 들어, 상기 통상적인 양은 0.2 내지 3 중량%, 0.5 내지 2.8 중량% 또는 0.6 내지 2.5 중량%이다.
일반적으로, 열경화성 반응성 화합물로서의 이소시아네이트의 양 및 가소제의 양은 각각의 아스팔트의 조성에 따라 달라질 수 있다. 85 미만의 니들 침투력을 갖는 경질 아스팔트의 경우, 열경화성 반응성 화합물(예컨대, pMDI)이 덜 필요할 수 있고, 85 초과의 니들 침투력을 갖는 연질 아스팔트의 경우, 더 많은 양의 각각의 열경화성 반응성 화합물(예컨대, pMDI)이 필요할 수 있다. 상기 이론에 얽매이고자 하지 않으면서, 상기 열경화성 반응성 화합물의 양은, 상이한 아스팔트에서의 아스팔텐의 상이한 농도로 인해 재조정될 필요가 있다고 현재 생각된다. 85 초과의 니들 침투력에 해당하는 연질 아스팔트에서, 아스팔텐은 희석되고 이에 따라 덜 농축되며, 이는, 더 우수한 성능을 달성하기 위해 더 많은 양의 각각의 열경화성 반응성 화합물(예컨대, pMDI) 및 더 많은 산화(이는 아스팔트 조성물의 제조 공정의 산소 분위기에 의해 공급될 수 있음)를 필요로 한다. 각각의 중합체가 상호작용하는 것으로 생각되는 각각의 아스팔트의 말텐 상에 대해 동일한 사항을 상상할 수 있다.
일반적으로, 64 이상의 고온 한계를 갖는 성능 등급에 해당하는 85 미만의 니들 침투력을 갖는 아스팔트의 경우, 상기 아스팔트 조성물 중 열경화성 반응성 화합물로서의 이소시아네이트(이는, 중합체성 MDI, 에폭시 수지 및 멜라민 폼알데하이드 수지로 이루어진 군으로부터 선택됨)의 양은 0.1 내지 3.0 중량% 범위일 수 있으며, 바람직하게는 상기 열경화성 반응성 화합물의 양은 2.5 중량% 이하, 가장 바람직하게는 2.3 중량% 이하, 특히 2.0 중량% 이하이고, 상기 열경화성 반응물의 양은, 아스팔트 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 중량% 이상, 바람직하게는 0.5 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 0.7 중량% 이상, 가장 바람직하게는 1.0 중량% 이상이다.
일반적으로, 64 이하의 고온 한계를 갖는 성능 등급에 해당하는 85 초과의 니들 침투력를 갖는 아스팔트의 경우, 아스팔트 조성물 중 열경화성 반응성 화합물(이는, 중합체성 MDI, 에폭시 수지 및 멜라민 폼알데하이드 수지로 이루어진 군으로부터 선택됨)의 양은 2.0 중량% 내지 10.0 중량% 범위일 수 있고, 바람직하게는 상기 열경화성 반응성 화합물의 양은 5.0 중량% 이하, 가장 바람직하게는 4.5 중량% 이하, 특히 4.0 중량% 이하이고, 상기 열경화성 반응물의 양은, 아스팔트 조성물의 총 중량을 기준으로 2.0 중량% 이상, 바람직하게는 2.5 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 2.7 중량% 이상, 가장 바람직하게는 3.0 중량% 이상이다.
전술된 것에 더하여, 가소제의 양은 또한, 사용되는 아스팔트의 특성에 대응하여 조정될 수 있다. 열경화성 반응성 화합물로서의 이소시아네이트 대 가소제의 중량% 비는 80:1 내지 1:80, 바람직하게는 10:1 내지 1:10, 더욱 바람직하게는 5: 1 내지 1:5, 가장 바람직하게는 3:1 내지 1:3, 예를 들어 2:1 내지 1:2 또는 1:1이다.
일반적으로, 아스팔트를 개질함으로써, 다양한 물리적 특성 면에서 성능이 개선될 수 있으며. 예를 들어, 증가된 탄성 응답이 달성될 수 있다. 아스팔트 중 첨가제로서의 이소시아네이트와 가소제의 조합물은 상승 효과를 제공하며, 이는, 이소시아네이트와 가소제의 조합물을 포함하는 아스팔트가 놀랍게도 각각의 개별 성분만을 포함하는 아스팔트보다 훨씬 더 우수한 성능을 나타냄을 의미한다.
본 발명의 아스팔트 조성물은 종래 기술의 임의의 고전적인 아스팔트 조성물로서 사용될 수 있다. 본 발명의 아스팔트 조성물은 다음의 생산에 특히 유용할 수 있다 :
- 특히, 방수용 페인트 및 코팅,
- 이음부 및 밀봉 균열을 채우기 위한 매스틱(mastic),
- 도로, 비행장, 경기장 등의 표면 처리를 위한 그라우트(grout) 및 고온-주입(hot-poured) 표면,
- 골재(아스팔트 조성물의 약 5 내지 20% 차지), 예를 들면 아스팔트 믹스를 제공하기 위한 석재와의 혼합물,
- 전술된 표면 처리를 위한 고온 코팅(hot coating),
- 전술된 표면 처리를 위한 표면 코팅,
- 아스팔트 에멀젼,
- 중온(warm) 믹스 아스팔트(WMA),
- 고온(hot) 믹스 아스팔트(HMA).
또한, 본 발명은, 본 발명에 따른 아스팔트 조성물의 제조 방법에 관한 것이며, 상기 방법은,
(a) 출발 아스팔트를 110 내지 190℃의 온도로 가열하는 단계,
(b) 목적하는 양의 이소시아네이트 및 목적하는 양의 각각의 가소제를 첨가하는 단계로서, 이때 상기 목적하는 첨가제의 첨가 순서는 결정적이지 않거나, 또는 각각의 이소시아네이트 및 각각의 가소제가 별도로 혼합되고 혼합물로서 첨가되는, 단계,
(c) 상기 단계 (b) 후에, 반응 혼합물을 110 내지 190℃ 범위의 온도에서 적어도 2시간 동안 교반하거나 2 내지 180초 범위의 기간 동안 균질화하는 단계, 및 임의적으로,
(d) 반응의 종료를 IR 분광법에 의해 결정하는 단계
를 포함하고, 이때 상기 반응은 산소 분위기 하에 수행된다
예를 들어, 본 발명의 방법은, 상기 단계 (a) 및/또는 상기 단계 (c)에서 110 내지 190℃의 온도에서 수행될 수 있다. 바람직하게는, 상기 온도는 110 내지 180℃ 범위, 더욱 바람직하게는 115 내지 170℃ 범위, 가장 바람직하게는 120 내지 165℃ 범위이고, 예를 들어 상기 온도는 121 내지 162℃ 범위이다.
일반적으로, 상기 단계 (a), (b) 및 (c)에서의 온도는 110 내지 190℃ 범위이며, 매 단계마다 다를 수 있다. 바람직하게는, 상기 세 단계 모두의 온도는 동일하고 110 내지 190℃ 범위이며, 더욱 바람직하게는 상기 온도는 동일하고 110℃ 내지 170℃ 범위이고, 가장 바람직하게는 상기 온도는 동일하고 110℃ 내지 165℃ 범위이다.
본 발명에 따르면, 상기 아스팔트 조성물의 제조 방법의 단계 (b)에서, 목적하는 양의 열경화성 반응성 화합물로서의 이소시아네이트 및 목적하는 양의 가소제가 교반 하에 첨가된다. 이소시아네이트를 먼저 첨가하고, 이후 목적하는 양의 가소제를 첨가하거나, 그 반대로 첨가할 수 있다. 이소시아네이트와 가소제는 교반 하에 동시에 첨가될 수 있거나, 혼합물로서 첨가된다. 상기 목적하는 양은, 조성물의 총 중량을 기준으로 이들 성분 둘 다에 대해 0.1 내지 8 중량% 범위 내일 수 있다.
일반적으로, 상기 양은 또한 전위차 적정에 의해 결정될 수 있으며, 아스팔트 내의 반응성 기의 개수는 각각의 열경화성 화합물의 반응성 기의 당량에 대해 결정될 것이고, 이와 상관관계가 있을 것이다. 적정 방법은 당분야에 공지되어 있다.
일반적으로, 상이한 공급업체로부터의 아스팔트는, 원유가 유래하는 저장소에 따라 및 정류소에서의 증류 공정에 따라 조성 면에서 상이하다. 그러나, 상기 열경화성 반응성 화합물로서의 이소시아네이트에 대한 반응성 기의 누적 총량은 3.1 내지 4.5 mg KOH/g 범위일 수 있다.
예를 들어, 침투력 지수가 50-70 또는 70-100인 아스팔트는, pMDI의 화학량론적 양이 0.8 내지 1.2 중량%가 되도록 한다. 추가의 과량의 이소시아네이트는, 아스팔트 조성물의 제조 동안 승온 하에 아스팔트 성분의 산화 민감성으로 인해, 새로 형성된 작용기와 반응하는데 사용될 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 방법의 단계 (c)는 상기 단계 (b) 이후에 수행된다. 이 반응 혼합물은 110 내지 190℃ 범위의 온도에서 적어도 2시간 동안 교반되고, 바람직하게는 상기 혼합 시간은 적어도 2.1시간이고, 더욱 바람직하게는 상기 혼합 시간은 적어도 2.2시간이며, 가장 바람직하게는 상기 혼합 시간은 적어도 2.5시간이다. 110 내지 190℃ 범위의 온도에서 적어도 2시간 교반 후, 상기 열경화성 화합물의 반응성 기와 상기 아스팔트의 반응성 기의 가교결합 반응 및 산화에 의한 가교결합 반응이 완료된다. 가교결합 반응을 완료하기 위해서는, 적어도 2시간, 바람직하게는 적어도 2.1시간, 더욱 바람직하게는 적어도 2.2시간, 가장 바람직하게는 적어도 2.5시간이 필요하다.
대안으로서, 상기 반응 혼합물은 110 내지 190℃ 범위의 온도에서 2 내지 180초 범위의 기간 동안, 바람직하게는 2 내지 60초의 기간 동안, 더욱 바람직하게는 5 내지 40초의 기간 동안, 더욱 바람직하게는 8 내지 30초의 기간 동안, 더욱 바람직하게는 10 내지 25초의 기간 동안, 가장 바람직하게는 12 내지 20초의 기간 동안 균질화될 수 있다. 균질화는 하나 이상의 동적 혼합 요소의 도움으로, 더욱 바람직하게는 하나 이상의 순환 펌프 및/또는 고전단 혼합기 및/또는 하나 이상의 교반기 및/또는 하나 이상의 나사의 도움으로, 더욱 바람직하게는 하나 이상의 교반기의 도움으로 달성된다. 열경화성 반응성 화합물, 가소제 및 각각의 아스팔트의 이러한 균질화 공정 동안, 상기 반응성 기의 가교결합 반응은 유도만 될 뿐 완료되지 않는다.
가교결합 반응의 완료는 아스팔트 믹스 조성물의 제조 공정(2) 동안 일어나며, 이때 각각의 아스팔트와 열경화성 반응성 화합물 및 가소제의 혼합물(1)이, 예를 들어 110 내지 240℃ 범위의 온도에서 입상 재료에 첨가되고, 5 내지 180초 범위의 기간 동안 다시 균질화된다. 상기 공정은 당분야에 공지되어 있고, 예를 들어 유럽 특허 출원 제19198042.4호에 상세히 기술되어 있다. 상기 입상 재료의 고 표면적으로 인해, 가교결합 반응의 완료는 교반 하에 다른 대안보다 더 빠르다.
상기 공정(2)에서의 첨가가, 상기 혼합물(1)의 적어도 일부를 입상 재료의 적어도 일부에 주입함으로써 달성되는 것이 바람직하다. 상기 공정(2)에서의 첨가가, 상기 혼합물(1)의 적어도 일부를 정량 펌프(dosage pump)의 도움으로 입상 재료의 적어도 일부에 주입함으로써 달성되는 것이 특히 바람직하다. 상기 공정(2)에서의 균질화가 하나 이상의 동적 혼합 요소의 도움으로, 더욱 바람직하게는 하나 이상의 교반기 및/또는 하나 이상의 나사의 도움으로, 더욱 바람직하게는 이중 축 강제 혼합기(쌍축 퍼그밀(pugmill))의 도움으로 달성되는 것이 바람직하다.
상기 공정(2)에서의 균질화가 혼합 장치에서 수행되는 것이 바람직하다. 혼합 장치가 아스팔트 혼합 공장의 일부인 것이 특히 바람직하다.
상기 공정(2)에서의 균질화가 혼합 장치에서 수행되는 경우, 아스팔트 혼합물(1)의 첨가 전에 입상 재료가 혼합 장치에 첨가되는 것이 바람직하다.
상기 공정(2)에서, 첨가와 균질화가 동시에 수행되는 것이 바람직하다.
상기 단계 (c) 및/또는 상기 공정(2), 더욱 바람직하게는 상기 단계 (c) 및 상기 공정(2)은 배취식 공정 또는 연속 공정으로서 수행되는 것이 바람직하다. 상기 단계 (c) 및/또는 상기 공정 (2), 더욱 바람직하게는 상기 단계 (c) 및 상기 공정(2)이 연속 공정으로 수행되는 것이 특히 바람직하다.
본 발명에 따르면, 상기 아스팔트 조성물의 제조 공정 및 상기 아스팔트 믹스 조성물의 제조 공정(2)은 산소 분위기 하에 수행되어야 한다. 바람직하게는, 상기 산소 분위기의 산소 농도는 1 내지 21 부피% 범위이고, 더욱 바람직하게는 상기 산소 분위기의 산소 농도는 5 내지 21 부피% 범위이고, 가장 바람직하게는 상기 산소 분위기의 산소 농도는 10 내지 21 부피%이며, 예를 들어, 본 발명의 방법은 공기 하에 또는 포화된 산소 분위기 하에 수행된다.
본 발명의 방법은 출발 물질로서의 특수 아스팔트에 제한되지 않으며, 이는 또한, 본 발명의 방법에 의해, 열경화성 화합물로서의 이소시아네이트 및 중합체를 PmA에 첨가하거나 PmA를 버진 역청(virgin bitumen)으로 희석하고 이를 본 발명에 따른 개질 공정을 위한 출발 물질로서 사용함으로써, 상업적으로 입수가능한 중합체-개질된 아스팔트(PmA)가 개질될 수 있음을 의미한다. 또한, 시판되는 PmA가, 본 발명의 방법에 따라 합성된 개질된 아스팔트와 블렌드되는 것이 가능할 수 있다.
일반적으로, 상기 방법은 하나의 반응 용기(예컨대, 용기) 내에서 수행되는 것으로 제한되지 않는다. 각각의 아스팔트는, 제1 단계에서, 전술된 조건 하에(예컨대, 110℃ 내지 190℃의 온도에서 산소 하에), 열경화성 반응성 화합물로서의 이소시아네이트 및 가소제와 반응할 수 있다. 이어서, 상기 아스팔트는 냉각되고, 다른 반응 용기로 이송되고, 이어서 상기 이송이 가열되어, 산소 하의 총 반응 시간이 충족될 수 있다.
또한, 본 발명은, 아스팔트 믹스 조성물의 제조를 위한 상기 아스팔트 조성물의 용도 및 포장 용도를 위한 이의 용도에 관한 것이다.
본 발명에 따른 아스팔트 조성물을 사용하여 상기 아스팔트 믹스 조성물에 제공되는 입상 재료는, 입상 재료 100 중량%를 기준으로 5 내지 100 중량%의 재생 아스팔트 포장재를 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 입상 재료는, 입상 재료 100 중량%를 기준으로 10 내지 90 중량%, 더욱 바람직하게는 15 내지 80 중량%, 더욱 바람직하게는 20 내지 70 중량%, 더욱 바람직하게는 25 내지 60 중량%, 더욱 바람직하게는 30 내지 50 중량%, 더욱 바람직하게는 35 내지 45 중량%의 재생 아스팔트 포장재를 포함한다.
본 발명에 따른 아스팔트 조성물의 예는 다음과 같다:
Z1: 조성물의 총 중량을 기준으로 1.2 내지 3.5 중량%의, 열경화성 반응성 화합물로서의 pMDI, 및 조성물의 총 중량을 기준으로 1.5 내지 3.2 중량%의 DINCH.
Z2: 조성물의 총 중량을 기준으로 1.2 내지 3.5 중량%의, 열경화성 반응성 화합물로서의 pMDI, 및 조성물의 총 중량을 기준으로 0.5 내지 2.2 중량%의 비스(2-에틸헥실)테레프탈레이트.
Z3: 조성물의 총 중량을 기준으로 1.0 내지 2.0 중량%의, 열경화성 반응성 화합물로서의 pMDI, 및 조성물의 총 중량을 기준으로 2.0 내지 3.2 중량%의, 페놀의 (C10-C21)-알킬설폰산 에스터.
Z4: 조성물의 총 중량을 기준으로 1.0 내지 2.3 중량%의, 열경화성 반응성 화합물로서의 pMDI, 및 조성물의 총 중량을 기준으로 0.5 내지 1.5 중량%의 DINCH.
Z5: 조성물의 총 중량을 기준으로 1.2 내지 3.5 중량%의, 열경화성 반응성 화합물로서의 mMDI, 및 조성물의 총 중량을 기준으로 1.5 내지 3.2 중량%의 비스(2-에틸헥실)테레프탈레이트.
Z6: 조성물의 총 중량을 기준으로 1.2 내지 3.5 중량%의, 열경화성 반응성 화합물로서의 mMDI, 및 조성물의 총 중량을 기준으로 0.5 내지 2.2 중량%의, 페놀의 (C10-C21)-알킬설폰산 에스터.
실시예 및 비교예
특성분석 방법
a) 아스팔트 시험
DIN EN 1427에 따른 연화점("고리 및 볼 방식")
숄더형(shouldered) 황동 고리로 캐스팅된 2개의 수평 아스팔트 디스크를, 각각 강철 볼을 지지하면서, 액체 욕 내에서 제어된 속도로 가열하였다. 연화점은, 아스팔트로 둘러싸인 각각의 볼이 25±0.4 mm의 거리로 떨어지도록 하기에 충분한 정도로 2개의 디스크가 연화되는 온도의 평균으로서 보고된다.
DIN EN 12607-1에 따른 회전 박막 오븐 시험(RTFOT 또는 RTFO 시험)
아스팔트를 오븐 내의 원통형 유리병에서 163℃에서 75분 동안 가열하였다(실행당 8개의 병을 사용할 수 있음). 상기 병을 15 rpm으로 회전시키고, 가열된 공기를 최저 이동 지점에서 4000 mL/분으로 각각의 병에 취입하였다. 열과 공기의 효과를, 오븐 처리 전후에 측정된 물리적 시험 값의 변화로부터 결정하였다. RTFO 시험은 제조(혼합), 믹스 수송 및 배치/부설(laydown) 동안의 노화(= 아스팔트 결합제의 단기 노화)를 모의시험하였다.
DIN EN 14769에 따른 압력 노화 용기(PAV)
RTFO 시험에 의한 단기 노화를 겪은 샘플을 표준 스테인리스강 팬 내부에 놓고, 공기로 2.10 MPa까지 가압된 용기 내에서, 명시된 조건화 온도(90℃, 100℃ 또는 110℃)에서 20시간 동안 노화시켰다. 상기 온도는, 아스팔트 결합제 등급(용도)에 따라 선택된다. 마지막으로, 상기 샘플을 진공 탈기시킨다. 본 시험은 서비스 수명 동안의 노화(장기 노화)를 모의시험하는 것이다.
DIN EN 14770, ASTM D7175에 따른 동적 전단 유동계(DSR)
동적 전단 유동계 시험 시스템은 평행 판, 시험 시편의 온도 제어 수단, 하중 장치, 및 제어 및 데이터 수집 시스템으로 이루어진다. 이는 아스팔트 결합제의 유변학적 특성을 결정하는 데 사용된다. 복소 전단 모듈러스(complex shear modulus)는, 하중 하의 변형에 대한 아스팔트 결합제의 강성 또는 내성의 지표이다. 복소 전단 모듈러스 및 위상각은, 선형 점탄성 영역에서 아스팔트 결합제의 전단 변형에 대한 내성을 정의한다.
"BTSV(Bitumen-Typisierungs-Schnell-Verfahren)" - BTSV 온도 및 BTSV 위상각 결정
25 mm 직경의 아스팔트 결합제 시험 시편을, DSR 장치 내에서, 평행한 금속판들 사이에서, 정의된 주파수로 압착하였다. 이 경우, 상기 평행한 판들 중 하나를 나머지 판에 대해 1.59 Hz 및 각도 편향 진폭에서 진동시켰다. 온도를 1.2℃/min의 일정한 속도로 증가시켰다. 측정은 20℃에서 시작하였다. 15 kPa의 복소 모듈러스에 도달할 때까지 일정한 속도의 가열을 진행하였다. 이 시점에서의 온도 및 위상각은 BTSV 온도(T BTSV, [℃]; 다르게는, T BTSV가 결합제의 경도와 우수한 상관관계에 있기 때문에, 연화점 대신 사용될 수 있음. 즉, 경질 결합제는 높은 T BTSV를 특징으로 하고, 연질 결합제는 낮은 T BTSV를 특징으로 함) 및 BTSV 위상각(δ BTSV, [°];은 결합제의 탄성에 대한 척도임. 즉, 낮은 탄성 특성을 가진 결합제(예컨대, 포장 등급 아스팔트 결합제)는 높은 δ BTSV를 특징으로 하고, 개질된 결합제(예컨대, 중합체-개질된 아스팔트 결합제)는 낮은 δ BTSV를 특징으로 함)로서 정의된다(문헌["Das Bitumen-Typisierungs-Schnell-Verfahren", Alisov et al., Stra sse und Autobahn, August 2018; "Modifzierung bestimmen", M. Sutor-Fiedler, Asphalt & Bitumen 05/2017] 참조).
아스팔트 결합제의 점도 결정
25 mm 직경의 아스팔트 결합제 시험 시편을, DSR 장치 내에서, 평행한 금속 판들 사이에서, 정의된 전단 속도로 압착하였다. 150℃에서, 점도를 10 [1/s]의 전단 속도에서 결정하였다.
DIN EN 14770에 따른 온도 스윕
본 시험은, DSR 장치를 사용하여 아스팔트 결합제에 대한 복소 전단 모듈러스 및 위상각을 측정하는 것을 목적으로 한다. 8 mm 또는 25 mm 직경의 아스팔트 결합제 시험 시편을, 평행한 금속 판들 사이에서, 정의된 주파수 및 온도에서 압축하였다. 이 경우, 평행한 판들 중 하나를 나머지 판에 대해 1.59 Hz 및 각도 편향 진폭에서 진동시켰다. 필요한 진폭은, 시험이 선형 거동 영역 내에서 수행되는 방식으로 선택되어야 한다. 이를 30℃, 40℃, 50℃, 60℃, 70℃, 80℃ 및 90℃에서 반복하였다.
DIN EN 16659, ASTM D7405에 따른 다중 응력 크리프 회복 시험(MSCRT 또는 MSRC 시험)
MSCRT를 사용하여, 명시된 온도(60℃)에서, 두 가지 응력 수준(0.1 및 3.2 kPa)에서, 전단 크리프 및 회복 하에 아스팔트 결합제의 탄성 응답의 존재를 결정하였다. 이를 DSR 장치로 수행하였다. 25 mm 아스팔트 결합제 시험 시편을 1초 동안 일정한 응력 하에 설정하고, 이어서 9초 동안 회복시켰다. 10회의 크리프 및 회복 주기를 0.100 kPa 크리프 응력에서 수행하고, 이어서 10회의 주기를 3.200 kPa 크리프 응력에서 수행하였다.
DIN EN 14771, ASTM D6648에 따른 굽힘 빔 유동계(BBR)
중간 지점에 적용되는 일정한 하중을 받는 아스팔트 결합제의 단순 지지된 각기둥형 빔(beam)의 중간 지점 변형(deflection)을 결정하였다. 각기둥형 시험 시편을 온도-제어식 유체 욕에 넣고, 240초 동안 일정한 시험 하중을 가했다. 시험 하중(980±50 mN) 및 시험 시편의 중간 지점 변형을, 컴퓨터화된 데이터 수집 시스템을 사용하여, 시간에 대해 모니터링하였다. 시험 시편의 중간 지점에서의 최대 굽힘 응력을, 시험 시편의 치수, 지지대들 사이의 거리, 및 8.0, 15.0, 30.0, 60.0, 120.0 및 240.0초 동안 시험 시편에 가해지는 하중으로부터 계산하였다. 특정 하중 시간에 대한 시험 시편의 강성을, 최대 굽힘 응력을 최대 굽힘 변형(strain)으로 나누어 계산하였다.
b) 아스팔트 믹스 조성물 시험
TP 아스팔트-StB Teil 25 B1, DIN EN 12697-25:2016에 따른 주기식 압축 시험(CCT)
일축 주기식 압축 시험을 사용하여, 아스팔트 믹스 시편의 변형 거동을 결정하였다. 본 시험에서는, 상기 시편을 50±0.3℃(이는, 시험이 수행되는 온도와 동일함)에서 150±10분 동안 텀퍼링하였다. 템퍼링 기간 후, 상기 시편을 만능 시험기 상에 설정하고, 주기적으로 하중을 가했다. 각각의 주기를 1.7초 동안 지속하였으며, 이때 하중 시간은 0.2초이고, 일시 중지 기간은 1.5초였다. 적용된 상부 하중은 0.35 MPa이고, 하부 하중은 0.025 MPa이었다. 주기 횟수와 변형을 기록하였다. 시험은, 10,000번의 하중 주기가 완료되거나 변형이 40% 초과일 때 종료하였다.
TP 아스팔트-StB Teil 23, DIN EN 12697-23:2003에 따른 간접 인장 강도 시험
간접 인장 강도 시험에 의해, 아스팔트 믹스 시편의 피로 거동을 결정하였다. 이는, 명시된 변형 속도(이 경우, 50±0.2 mm/min) 및 시험 온도(이 경우, 20±2℃)에서, 원통형 시편에 이의 수직 직경 평면을 가로질러 하중을 가함으로써 수행하였다. 파손 시 피크 하중을 기록하고, 상기 시편의 간접 인장 강도를 계산하는 데 사용하였다.
TP 아스팔트-StB Teil 46A(LTT = 저온 시험) 및 DIN EN 12697-46:2012에 따른 일축 인장 응력 시험 및 열적 응력 구속(restrained) 시편 시험
일축 인장 응력 시험 및 열적 응력 구속 시편 시험을 사용하고, 유럽 표준 EN 12697-46:2012에 따라 수행하여, 아스팔트 믹스 시편의 저온 거동을 결정하였다:
i) 열적 응력 구속 시편 시험(TSRST): 시편의 변형이 구속되는 동안, 사전-결정된 냉각 속도만큼 온도를 감소시켰다.
ii) 일축 인장 강도 시험(UTST): 저온 균열의 위험성을 평가하기 위해, 열 수축에 의해 유도된 응력을 각각의 인장 강도와 비교하였다.
아스팔트 믹스 조성물의 저온 균열은, 아스팔트 믹스에 인장 응력을 유도하는 냉각 동안의 열 수축으로부터 기인하였다. 포장 층의 저온 거동은 이들 시험 둘 다에 의해 모방되었다.
TP 아스팔트-StB Teil 22 DIN EN 12697-22:2003에 따른 휠(wheel) 추적 시험
일정하고 제어된 온도 조건 하에 하중이 가해진 고무 휠의 통과 주기를 거친 아스팔트 믹스 조성물의 변형(자국) 깊이를 휠 추적 시험에 의해 결정하였다. 전형적으로, 50℃에서 10,000주기를 수행하였다.
TP 아스팔트- StB Teil 10 DIN EN 12697-10에 따른 다짐성
아스팔트 믹스 조성물의 다짐성을 다음과 같이 결정하였다: EN 12697-30에 따라, 시편의 각각의 면에 대해 100번의 다짐을 사용하여, 아스팔트 믹스 조성물로부터 마샬(Marshall) 시편을 제조하였다. 각각의 타격 후, 두께 변화를 측정하였다. 이후, 실험 결과로부터 수학 공식을 도출하였다. 각각의 공식 매개변수는, 조사된 아스팔트 믹스 조성물의 다짐성의 특성분석을 허용한다.
아스팔트 믹스 조성물로부터 아스팔트 결합제의 회수(회수 아스팔트/회수 아스팔트 결합제)
아스팔트 분석기의 도움으로, 약 3 kg의 아스팔트 믹스 조성물을 트라이클로르에틸렌과 혼합하였다. 골재를, 약 60분이 소요되는 과정에서 아스팔트 결합제로부터 분리하였다. 상기 절차가 끝난 후, 약 600 mL의 트라이클로르에틸렌과 아스팔트의 용액을 수득하였다. 이어서, 상기 용액을 부분 진공 및 공기 유동에 적용하면서, 회전식 증발기의 회전 증발 플라스크를 가열된 오일 욕에 침지함으로써, 상기 용액을 증발시켰다. 이러한 공정은 2개의 단계를 가진다. 1단계는 60분이 소요되며, 90℃에서 40 kPa의 압력 하에 75 rpm의 회전 속도에서 수행된다. 2단계는 160℃에서 2 kPa 하에 75 rpm의 회전 속도에서 수행된다. 아스팔트 결합제의 유형 및 아스팔트 믹스의 아스팔트 결합제 함량에 따라, 100 내지 150 g의 아스팔트 결합제를 회수하고, 이어서 필요에 따라 시험에 적용하였다.
a) 아스팔트 결합제 시험
장기 노화된 50/70 아스팔트 결합제, 및 비-노화된 (순) 결합제 70/100과의 혼합물(75:25 중량비)의 제조
50/70의 침투력 등급을 갖는 2 kg의 장기 노화된 아스팔트 결합제를, 50/70의 침투력 등급을 갖는 순(neat) 아스팔트 결합제를 사용하여 4개의 후속 RTFOT 노화 절차(즉, 163℃에서 4×75분(총 300분) 노화)를 수행함으로써 제조하였다. 1회 실행(163℃에서 300분)으로, 병 당 35 g±0.5 g의 아스팔트 결합제(즉, 8×35 g = 280 g의 장기 노화된 결합제)를 제조할 수 있다. 노화 작업을 완료한 후, 모든 장기 노화된 샘플을 단일 캔에 넣고, 120 내지 140℃로 가열하고, 균질성을 달성하기 위해 잠시 교반하였다.
1 kg의 균질화되고 장기 노화된 아스팔트 결합제를 70/100의 침투력 등급을 갖는 순 아스팔트 결합제와 혼합하였다. 혼합 비는 75:25 중량비(장기 노화:순)였다. 1분 미만 동안 일정하게 교반하면서, 120 내지 140℃에서 혼합을 수행하였다. 이어서, 이 혼합물을 120 g의 분획들로 분할하여, 아스팔트 결합제 개질을 위한 샘플로서 사용하였다.
이소시아네이트와 가소제의 혼합물 제조
아스팔트 결합제 개질을 위해, 2.7의 평균 이소시아네이트 작용도를 갖는 150 g의 중합체성 다이페닐메탄 다이이소시아네이트(하기에서 "As20"으로 지정됨)를 350 g의 가소제(헥사몰(Hexamoll)(등록상표) DINCH로서 구입한 다이이소노닐 1,2-사이클로헥산다이카복실산)와 함께 실온에서 짧은 교반 하에 혼합함으로써, 이소시아네이트와 가소제의 500 g 혼합물을 제조하였다. As20과 헥사몰(등록상표) DINCH의 혼합물은 하기에서 "As20-DINCH 혼합물"로 표시된다.
개질된 아스팔트 결합제 조성물의 제조를 위한 일반 절차
비-노화된 (순) 50/70 결합제(하기 표 1, 샘플 2), 또는 장기 노화된 50/70 결합제와 비-노화된 (순) 70/100 결합제의 75:25 혼합물(중량비)(하기 표 1, 샘플 5 및 6)을 사용하는 아스팔트 결합제 개질을 다음과 같이 수행하였다:
120 g의 각각의 아스팔트 결합제를, 예열된 오븐에 이 샘플을 넣음으로써 공기 하에 150℃로 가열하였다. 이 용융된 아스팔트 결합제에, 1.8 g(아스팔트 결합제의 사용된 양에 대해 1.5 중량%) 또는 6 g(아스팔트 결합제의 사용된 양에 대해 5.0 중량%)의 As20 또는 이소시아네이트-가소제 혼합물(= As20:헥사몰(등록상표) DINCH의 3:7 혼합물(중량비))를 첨가하였다(하기 표 1 참조). 후속적으로, 수득된 혼합물을 몇 초 동안(10초 미만) 교반하여 균질성을 달성하였다. 이 후, 상기 샘플을 35 g±0.5 g 분획으로 분할하여, 단기 노화를 위한 회전 박막 오븐 시험을 수행하였다. 본 시험은, 혼합 공정 동안 아스팔트의 노화, 및 이어서, 아스팔트 믹스의 부설 때까지 아스팔트 믹스 조성물을 건설 현장으로의 수송을 모의시험한다. 노화 후, 개질된 아스팔트를 실온에서 저장하거나, 다음과 같은 추가 시험에 사용한다: 연화점/BTSV 온도(T BTSV(℃); 연화점 대신 대안으로 사용될 수 있음), BTSV 위상각(δ BTSV(°)) 및 점도(@150℃) 결정(하기 표 1 참조).
아스팔트 믹스 조성물의 작업성은 아스팔트 결합제의 점도와 직접적으로 연관되어 있다(즉, 고도의 점성 아스팔트 결합제는 아스팔트 믹스 부설 동안 다짐 문제를 야기함). 아스팔트 결합제의 노화는 결합제 점도 및 연화점/BTSV 온도 둘 다의 증가를 야기한다는 것이 당분야에 공지되어 있다. 이는, 한편으로는, 고 비율의 노화된 결합제(즉, 고 비율의 재생 아스팔트 포장재(RAP))를 함유하는 아스팔트 믹스 조성물을 다짐/가공하기가 더 어려움을 의미한다. 다른 한편으로는, 연화점/BTSV 온도의 증가는, 아스팔트 믹스가 더 경질이 됨(즉, 고온에서의 안정성이 증가함)을 의미한다. 아스팔트 결합제의 BTSV 위상각을 볼 때, 더 낮은 위상각은 아스팔트 믹스의 가요성/탄성/덜 취성 면에서 더 우수한 특성 및 이에 따른 더 우수한 성능을 반영한다. 전형적으로, 75° 미만의 BTSV 위상각은 개질된 아스팔트(예컨대, 중합체-개질된 역청, 문헌["Modifzierung bestimmen", M. Sutor-Fiedler, Asphalt & Bitumen 05/2017] 참조)의 특징이다.
상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 비-노화된 아스팔트 결합제 50/70을 As20으로 개질하면 점도 및 연화점/BTSV 온도 둘 다의 증가를 야기한다. 또한, 위상각이 감소된다. 따라서, 이러한 결합제를 함유하는 각각의 아스팔트 믹스 조성물의 더 우수한 성능을 기대할 수 있다.
비-개질된 아스팔트 결합제 50/70(샘플 3)의 장기 노화는 점도 및 특히 연화점/BTSV 온도의 상당한 증가를 야기한다. 이에 대응하기 위해, 비-개질된 더 연성의 아스팔트 결합제(예를 들어, pen 70/100)를 첨가할 수 있으며, 이는 샘플 4로 표시된다. 75:25 중량비는, 75% RAP를 함유하는 아스팔트 믹스 조성물의 전형이다. 이러한 혼합물은, 예를 들어 보조 기층에 사용된다.
장기 노화된 50/70 결합제와 비-노화된 (순) 70/100 결합제의 75:25 혼합물(중량비)(샘플 5)을 개질할 때, 점도 및 연화점/BTSV 온도는 예상대로 증가하고 BTSV 위상각은 감소된다. 이에 따라, 개질된 결합제의 점도는 중합체-개질된 역청 범위 이내이다. 점도가 높기 때문에, 이러한 아스팔트 결합제를 포함하는 아스팔트 믹스의 다짐 문제가 예상될 수 있다. 놀랍게도, 열경화성 반응성 화합물(As20)과 가소제(헥사몰(등록상표) DINCH)의 조합물을 사용함으로써, 아스팔트 결합제의 점도 및 연화점/BTSV 온도가 상당히 감소될 수 있음(즉, 대응 아스팔트 믹스(샘플 6)의 작업성이 개선됨)이 밝혀졌다. 추가적으로, 위상각은 부정적인 영향을 받지 않는다(즉, 위상각은 샘플 5에 비해 약간만 증가함). 흥미롭게도, 달성된 BTSV 성능 특성은 중합체-개질된 역청(예컨대, PmB 25/55-55)의 전형이다. 결과적으로, 본 실시예에 따른 결합제를 포함하는 아스팔트 믹스 조성물의 성능이 강력하게 향상되고, 상기 아스팔트 믹스의 우수한 작업성이 동시에 수득되면서, 포장을 위한 재생 아스팔트 포장재의 고 비율이 실현될 수 있다.
추가의 이점은, 예를 들면 다음과 같다: 낮아진 점도로 인한 부설 온도 감소 및 이에 따른 더 적은 역청 배출물(역청 증기 및 에어로졸), RAP 사용이 제한되는 용도(예를 들어, 중합체-개질된 역청과의 조합으로 50 중량%의 RAP만 허용됨)에서의 포장 층의 RAP 함량 증가, 결합제의 연화점이 매우 높은 경우에 RAP 재료 사용(즉, RAP 재료의 수명 면에서 제한이 적음), 안정성 증가로 인해 보조 기층의 치수 감소 및 이에 따른 비용 및 원자재 절감, 및 CO2 배출량 감소.
b) 아스팔트 믹스 조성물 시험
비-노화된 아스팔트 결합제와 노화된 아스팔트 결합제의 이상적인 혼합물을 사용한 전술된 아스팔트 결합제 시험은 As20-DINCH 혼합물(본 발명에 따른 첨가제)의 이점을 이미 입증하였다. 그러나, 이러한 이상적인 결합제 블렌드는 아스팔트 믹스 조성물에 존재하는 실제 조건을 나타내지 않는다. 여기서, RAP 재료에 포함된 노화된 아스팔트는 골재에 달라붙고, 혼합 과정 동안 추가되는 비-노화된 (순) 아스팔트 결합제와 완전히 균일하게 혼합되지 않는다. 더욱이, 아스팔트 성능 데이터가 항상 아스팔트 믹스 성능을 반영하는 것은 아니다. 따라서, 기준 첨가제의 존재/부재(w/o)/존재 하의 아스팔트 믹스 조성물 시험을 수행하였다. 기준 첨가제는, RAP 재료의 연화점을 낮추고 재료 특성을 회복하여 더 많은 양의 RAP의 사용을 가능하게 하는데 사용되는 최첨단 재생제이다.
아스팔트 믹스 조성물의 제조 절차
하기 표 2에 열거되는 4개의 샘플 각각의 경우, 배취 당 40 kg의 총 질량(= 골재 + RAP 재료; 아스팔트 결합제 및 첨가제가 맨 위에 있음, 하기 표 2 참조)을 갖는 2개의 배취를 제조하였다. 실시예 1 및 비교예 1의 경우, 아스팔트 결합제 70/100을 As20-DINCH 혼합물(본 발명에 따른 첨가제) 및 기준 첨가제와 각각 예비 혼합하였다. 각각의 예비-믹스의 배취 크기는 1200 g이었고, 다음과 같이 제조하였다: (i) 아스팔트 결합제 70/100을 130 내지 150℃로 가열함으로써 용융시키고, (ii) 972 g의 용융된 아스팔트 결합제를 별도의 캔으로 계량 도입하고, (iii) 상기 용융된 아스팔트 결합제에, 228 g의 본 발명에 따른 첨가제(As20:헥사몰(등록상표) DINCH의 3:7 혼합물) 또는 기준 첨가제를 교반 하에 130 내지 150℃에서 첨가하고, (iv) 1분 미만 동안 교반을 수행하여 균질성을 달성하고, (v) 이후, 이렇게 제조된 예비-믹스를 대응 아스팔트 믹스 조성물의 제조에 즉시 사용하였다. 사용된 기준 첨가제는 통상적으로 사용되고 상업적으로 입수가능한 재생제이며, 이는, RAP-함유 아스팔트 믹스 조성물에서의 아스팔트 결합제의 연화점 및 각각의 아스팔트 믹스 조성물의 점도를 감소시켜, 부설 동안 상기 믹스의 우수한 작업성을 제공한다.
골재, RAP, 아스팔트 결합제/아스팔트 결합제 첨가제 예비-믹스를, 하기 표 2에 제시되는 바와 같이, 각각의 아스팔트 믹스 조성물에 대해 칭량하고, 후속적으로, 실험실 혼합기(70 kg의 최대 배취 크기 허용) 내에서 170℃에서 10분 동안 교반하였다. 골재 체 분획, 총 아스팔트 결합제 및 RAP 함량은 AC 22 TS 포장 층에 해당한다. RAP 재료의 아스팔트 함량은 3.8 중량%였다. 5 중량%의 첨가제 양은, 비-개질된 변형(기준 2 참조: 1140 g의, RAP로부터의 결합제 + 404 g의 순 결합제 70/100)의 총 아스팔트 함량(RAP로부터의 아스팔트 + 비-노화된 (순) 아스팔트)을 지칭한다. 개질된 결합제의 부피를 거의 일정하게 유지하기 위해(실시예 1 및 비교예 1), 순 결합제의 양을 첨가제의 양만큼 감소시켰다(즉, 기준 2이 비해 76 g 적음).
혼합 후, 제조된 아스팔트 믹스 조성물의 20 kg 분획을 양동이에 채우고, 오븐(샘플을 내부에 넣기 전에 150℃로 예열됨)에서 150℃에서 1시간 동안 저장하였다. 저장 후, 다짐성 시험을 위해 마샬 시편을 제조하였다. 또한, 주기식 압축 시험(CCT) 및 저온 시험(LTT)를 위해 2개의 아스팔트 믹스 플레이트를 제조하였다. 아스팔트 결합제 특성(T BTSV, δ BTSV, BBR)을 대응 아스팔트 믹스 조성물의 회수된 아스팔트 결합제로부터 결정하였다(상기 회수 공정에 대한 설명 참조). 아스팔트 결합제 및 아스팔트 믹스 시험 결과를 하기 표 3에 정리한다.
아스팔트 결합제 성능
상기 표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 아스팔트 믹스 조성물에 대한 아스팔트 결합제의 연화점/BTSV 온도는, RAP의 비율이 증가하는 경우, 증가한다(기준 1a 및 1b 비교). 또한, 저온 거동은 예상대로 악화된다(더 고온에서, 300 MPa의 강성 또는 0.3의 m-값에 도달함).
75 중량%의 RAP를 함유하는 아스팔트 믹스 조성물에 As20-DINCH 혼합물(5 중량%)을 사용하는 경우(실시예 1), 연화점/BTSV 온도는 69.3℃에서 67.8℃로 감소될 수 있다. 또한, BTSV 위상각은 72.0°에서 68.0°로 크게 감소하고, 저온 거동은 현저하게 개선되었다(기준 1b에 비해 더 낮은 온도에서 300 MPa의 강성 또는 0.3의 m-값에 도달함). 더 낮은 BTSV 위상각으로 인해, 상기 아스팔트 믹스의 가요성/탄성/덜 취성 면에서 훨씬 더 우수한 특성 및 이에 따른 더 우수한 성능이 예상된다.
기준 첨가제(비교예 1)는, 아스팔트 결합제의 연화점/BTSV 온도를 69.3℃에서 60.2℃로 상당히 감소시킨다. BTSV 위상각은 약간 증가한다(즉, 대응 아스팔트 믹스 조성물의 성능은, 심지어 비-개질된 변형(기준 1b)과 동일하지도 않고 더 악화될 것으로 예상됨).
아스팔트 믹스 성능
아스팔트 믹스 조성물 시험은 아스팔트 결합제 시험 결과와 일치한다. 다음과 같은 결론을 내릴 수 있다:
· 본 발명에 따른 첨가제(As20-DINCH 혼합물)는 각각의 아스팔트 믹스 조성물의 변형 거동(CCT에 의해 결정됨) 면에서 기준 첨가제를 능가한다. 기준 첨가제를 함유하는 아스팔트 믹스 조성물의 변형 거동은 첨가제가 없는 기준 실시예보다 훨씬 악화된다. 이는 결합제 조사 결과와 일치한다.
· 실시예 1 및 비교예 1의 저온 거동은 거의 동일한 수준이며, 이들 둘 다, 첨가제가 없는 기준 실시예를 능가한다.
· 아스팔트 결합제의 점도 감소로 인해(아스팔트 결합제 시험 결과 참조), 본 발명에 따른 첨가제(As20-DINCH 혼합물)는, 기준 1b 및 비교예 1이 비해, 저온에서 더 우수한 다짐성을 가능하게 한다(상기 표 3, 115℃ 및 100℃ 참조; 더 낮은 값은 아스팔트 믹스 조성물의 더 우수한 다짐성과 관련됨). 따라서, 상기 믹스의 작업성은 본 발명에 따른 첨가제(As20-DINCH 혼합물)에 의해 개선된다. 또한, 아스팔트 믹스 생산 및 부설 시 온도 감소가 가능하다.
c) (배취) 아스팔트 혼합 공장에서의 실험
실험실 조사 결과는, 하기에 기술되는 바와 같이, (배취) 아스팔트 혼합 공장에서 실험을 수행함으로써 실제 규모로 전환되었다.
(배취) 아스팔트 혼합 공장에서의 50 중량%의 RAP를 함유하는 아스팔트 믹스 조성물의 제조 - 첨가제 사용 안함(비교예 2)
배취 크기는 3500 kg이었다. 아스팔트 믹스 조성물의 입도-분석(granulometric) 곡선은 AC 22 BS였다. 상기 아스팔트 믹스는 50 중량%의 재생 아스팔트(골재 + 아스팔트)와 50 중량% 버진 재료를 포함한다. 아스팔트와 골재 혼합물의 총 아스팔트 함량은 4.5 중량%이었다(즉, 3500 kg의 배취 당 157.5 kg의 아스팔트). 157.5 kg의 아스팔트 중 84 kg는 재생 아스팔트(4.8 중량%)로부터 기인하고, 나머지 73.5 kg은 비-개질된 (포장 등급) 아스팔트 pen 70/100(DIN EN 1426에 따라 7 내지 10 mm의 니들 침투력)의 첨가로부터 기인하였다. 입자 크기 분포는 하기 표 4에 제시되는 바와 같이 조정되었으며, 이때 바이패스는, AC 22 BS 포장 층에 부합하고 공장 운영자가 수동으로 조정하는 (충전제가 없는) 버진 입상 재료의 혼합물을 기술하는 것이다. 아스팔트 믹스 생산 후 체 분획 및 결합제 함량 분석은 하기 표 5에 제시된다.
버진 입상 재료 및 재생 아스팔트를 서로 별도로 예열하고, 후속적으로 6초 동안 함께 혼합하였다(예비-믹스). 최종 아스팔트 믹스 조성물의 140 내지 155℃의 온도가 달성되도록, 가열 전력 및 혼합 시간을 조정하였다. 165 내지 175℃의 온도로 예열될 73.5 kg의 비-개질된 (포장 등급) 아스팔트 pen 70/100을 아스팔트 저울로 칭량하였다. 상기 아스팔트를 예비-혼합된 재료(170℃ 이하의 온도를 갖는, 재생 아스팔트와 버진 골재의 혼합물)와 함께 혼합 장치(이중 축 강제 혼합기)에 첨가하고, 생성된 혼합물을 추가로 혼합하였으며, 추가 혼합의 총 기간은 30초였다. 상기 공정의 이 단계에서 생성된 최종 아스팔트 믹스 조성물의 온도는 145 내지 150℃인 것으로 결정되었다. 후속적으로, 상기 아스팔트 믹스 조성물을 사일로(silo)에 방출하고, 이어서 휠 적하기에 바로 방출하였다(즉, 저장 시간 없음). 후속적으로, 아스팔트 결합제 시험(전술된 바와 같이 아스팔트 결합제 회수 후 수행됨) 및 아스팔트 믹스 조성물 시험을 위해 샘플을 취하였다(하기 표 6).
(배취) 아스팔트 혼합 공장에서의 50 중량%의 RAP를 함유하는 아스팔트 믹스 조성물의 제조 - 5 중량% As20-DINCH 혼합물(본 발명에 따른 첨가제) 사용(실시예 2)
상기 아스팔트 혼합 공장은, 본 발명에 따른 첨가제(As20:헥사몰(등록상표) DINCH의 3:7 혼합물)를 아스팔트 혼합 공장의 아스팔트 저울(교반 용기)에 투여할 수 있는 맞춤형 투여 시스템(가열가능한 투여 라인, 투여 펌프)을 장착하였다. 또한, 상기 아스팔트 저울은, (i) As20-DINCH 혼합물이 투여되고, (ii) 20 kg의 아스팔트의 최소 충전 수준에 도달하는 경우와 관련되는 교반기를 장착하였다. 첨가제 투여의 양과 속도뿐만 아니라 혼합은 상기 아스팔트 혼합 공장의 공정 제어 시스템을 통해 제어된다.
배취 크기는 3500 kg이었다. 아스팔트 믹스 조성물의 입상-분석 곡선은 AC 22 BS였다. 상기 아스팔트 믹스는 50 중량%의 재생 아스팔트(골재 + 아스팔트) 및 50 중량%의 버진 재료를 포함한다. 아스팔트와 골재의 혼합물 중 총 아스팔트 함량(이는 결합제를 개질하기 때문에, 첨가제를 포함함)은 4.5 중량%였다(즉, 3500 kg 배취 당 157.5 kg의 (개질된) 아스팔트). 157.5 kg 아스팔트 중 84 kg은 재생 아스팔트(4.8 중량%)로부터 기인하고, 65.5 kg은 비-개질된 (포장 등급) 아스팔트 pen 70/100(DIN EN 1426에 따른 7 내지 10 mm의 니들 침투력)의 첨가로부터 기인하였으며, 8.0 kg의 As2O-DINCH 혼합물이 첨가되었다. 첨가제의 양은, 비교예 2에 제시된 비-개질된 변형을 기준으로 계산하였다(즉, 총 (비-개질된) 결합제(= 재생 아스팔트로부터 기인한 아스팔트 + 첨가된 비-개질된 (포장 등급) 아스팔트 pen 70/100 = 157.5 kg). 실시예 2의 개질된 결합제의 부피를 거의 일정하게 유지하기 위해, 순 결합제의 양은 As2O-DINCH 혼합물의 양만큼 감소된다(즉, 비교예 2에 비해 8.0 kg 더 적음).
입자 크기 분포를 하기 표 4에 제시되는 바와 같이 조정하였으며, 이때 바이패스는, AC 22 BS 포장 층에 부합하고 공장 운영자에 의해 수동으로 조정되는 (충전제가 없는) 버진 입상 재료의 혼합물을 기술하는 것이다. 아스팔트 믹스 생산 후 체 분획 및 결합제 함량 분석은 하기 표 5에 제시된다.
버진 입상 재료와 재생 아스팔트를 서로 별도로 예열하고, 후속적으로 6초 동안 함께 혼합하였다(예비-혼합). 최종 아스팔트 믹스 조성물의 140 내지 155℃의 온도가 달성될 수 있도록 가열 전력 및 혼합 시간을 조정하였다. 165 내지 175℃의 온도로 예열된 65.5 kg의 비-개질된 (포장 등급) 아스팔트 pen 70/100을 교반 용기(= 아스팔트 저울)로 칭량하였다. 상기 아스팔트에, 8.0 kg의 As2O-DINCH 혼합물을 교반(1500 rpm) 하에 첨가하고, 이어서 생성된 혼합물을 추가로 교반하였으며, 이때 투여 속도는 0.1 L/s 내지 2.0 L/s로 설정하고, 추가 교반은 10초로 설정하였다. 생성된 개질 아스팔트를, 예비-혼합된 재료(170℃ 이하의 온도를 갖는, 버진 골재와 재생 아스팔트의 혼합물)와 함께 혼합 장치(이중 축 강제 혼합기)에 첨가하고, 생성된 혼합물을 추가로 혼합하였으며, 이때 추가 혼합의 총 기간은 30초였다. 상기 공정의 이 단계에서 생성된 최종 아스팔트 믹스 조성물의 온도는 145 내지 150℃인 것으로 결정되었다. 후속적으로, 상기 아스팔트 믹스 조성물을 사일로에 방출하고, 이어서 휠 적하기에 바로 방출하였다(즉, 저장 시간 없음). 후속적으로, 아스팔트 결합제 시험(전술된 바와 같이 아스팔트 결합제 회수 후 수행됨) 및 아스팔트 믹스 조성물 시험을 위해 샘플을 취하였다(하기 표 6).
아스팔트 결합제 성능
아스팔트 혼합 공장에서 50 중량%의 RAP를 함유하는 아스팔트 믹스 조성물(실시예 2)에 본 발명에 따른 첨가제(As20-DINCH 혼합물)를 사용하는 경우, BTSV 온도는 54.6℃에서 61.7℃로 증가된다(표 6 참조). 따라서, 비교적 낮은 연화점이 증가하여, 고온에서 더 우수한 아스팔트 믹스 안정성(실시예 2)을 야기하며, 상당히 높은 연화점(실시예 1 및 기준 1b 참조)이 감소하여, 더 연성 물질을 야기한다. 추가적으로, BTSV 위상각은 75.9°에서 66.5°로 크게 감소하고, 저온 거동은 유사한 수준으로 유지된다(기준 2 참조). 더 낮은 BTSV 위상각으로 인해, 아스팔트 믹스의 가요성/탄성/더 적은 취성 면에서 더 우수한 특성 및 이에 따른 더 우수한 성능이 예상된다. 또한, J nr 값(MSCR 시험을 통해)은 1.55 [1/kPa]로부터 0.26 [1/kPa]로 감소하였다(즉, 결합제는, 비교예 2에 적용되는 것과 같이, 단지 무거운 하중(10 내지 30백만 ESAL, 또는 2 미만의 J nr에 대한 서행 교통) 대신에, 극심한 교통 부하(3천만 초과의 ESAL, 및 0.5 미만의 J nr에 대한 교통 체증; 1 ESAL(등가 단축 하중) = 80 kN)에 대해 명시됨).
아스팔트 믹스 성능
아스팔트 믹스 성능 시험(함부르크 휠 추적(Hamburg wheel tracking) 시험, 다짐성, CCT, LTT)에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 결합제(As20-DINCH 혼합물)는 비교예를 현저히 능가한다(표 6): 상기 믹스의 더 우수한 다짐성/가공성, 더 우수한 소성변형 및 피로 거동, 및 더 우수한 저온 성능. 이는, 전술된 아스팔트 결합제 시험 결과와 일치한다. 흥미롭게도, 아스팔트 결합제 시험과 달리, 파단 온도가 -26.4℃에서 -31.2℃로 감소했기 때문에, 아스팔트 믹스 저온 시험(LTT)에서 결정된 바와 같이 저온 거동이 개선될 수 있다.
결론적으로, 아스팔트 결합제 시험 및 아스팔트 믹스 조성물 시험 둘 다, 산업적 규모에 대한 실험실 조사 결과를 확인시키고, 본 발명에 따른 첨가제(As20-DINCH 혼합물)의 성능 및 이점을 입증한다.
Claims (16)
- 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 8 중량%의, 열경화성 반응성 화합물로서의 이소시아네이트; 및
조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 8 중량%의 가소제
를 포함하는 아스팔트 조성물로서,
상기 가소제는 오르쏘프탈레이트, 테레프탈레이트, 사이클로헥사노에이트, 아젤레이트, 아세테이트, 부티레이트, 발레리에이트, 알킬설포네이트, 아디페이트, 벤조에이트, 다이벤조에이트, 시트레이트, 말레에이트, 포스페이트, 세바케이트, 설폰아마이드, 에폭시 에스터, 트라이멜리테이트, 글리세롤 에스터, 석시네이트, 광유, 중합체성 가소제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되고,
상기 중합체성 가소제는, 2,2-다이메틸-1,3-프로판다이올 및 1,2-프로판다이올 이소노닐 에스터를 갖는 헥산이산(hexanedioic acid) 중합체; 1,2-프로판다이올 옥틸 에스터를 갖는 헥산이산 중합체; 1,2-프로판다이올 아세테이트를 갖는 헥산이산 중합체; 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 아스팔트 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 이소시아네이트가 2.0 이상의 작용도(functionality)를 갖는, 아스팔트 조성물. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 이소시아네이트가 단량체성 메틸렌 다이페닐 다이이소시아네이트(MDI), 중합체성 MDI, MDI 예비중합체(prepolymer), 톨루엔 다이이소시아네이트(TDI) 및 헥사메틸렌 다이이소시아네이트(HDI)로 이루어진 군으로부터 선택되는, 아스팔트 조성물. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이소시아네이트가 중합체성 MDI인, 아스팔트 조성물. - 제4항에 있어서,
상기 중합체성 MDI가 25℃에서 10 내지 5000 cps/mpas 범위의 점도를 갖는, 아스팔트 조성물. - 제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 중합체성 MDI의 양이 조성물의 총 중량을 기준으로 0.5 내지 5.0 중량%인, 아스팔트 조성물. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가소제가 오르쏘프탈레이트, 테레프탈레이트, 사이클로헥사노에이트, 알킬설포네이트, 아디페이트, 벤조에이트, 시트레이트, 말레에이트, 광유 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 아스팔트 조성물. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가소제가 다이이소노닐 프탈레이트, 다이이소데실 프탈레이트, 비스(2-프로필헵틸)프탈레이트, 비스(2-에틸헥실)프탈레이트, 비스(2-에틸헥실)테레프탈레이트, 다이부틸 프탈레이트, 다이이소부틸 프탈레이트, 벤질부틸 프탈레이트, 다이이소부틸 테레프탈레이트, 다이이소노닐 1,2-사이클로헥산 다이카복실산, 페놀의 (C10-C21)-알킬설폰산 에스터 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 아스팔트 조성물. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가소제가 비스(2-에틸헥실)테레프탈레이트, 페놀의 (C10-C21)-알킬설폰산 에스터, 다이이소노닐 1,2-사이클로헥산다이카복실산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는, 아스팔트 조성물. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가소제의 양이 조성물의 총 중량을 기준으로 0.5 내지 5.0 중량%인, 아스팔트 조성물. - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
열경화성 반응성 화합물로서의 이소시아네이트 대 가소제의 비가 80:1 내지 1:80 범위인, 아스팔트 조성물. - (a) 출발 아스팔트를 110 내지 190℃의 온도로 가열하는 단계,
(b) 목적하는 양의 이소시아네이트 및 목적하는 양의 각각의 가소제를 첨가하는 단계로서, 이때 상기 목적하는 첨가제의 첨가 순서는 결정적이지 않거나, 또는 각각의 이소시아네이트 및 각각의 가소제가 별도로 혼합되고 혼합물로서 첨가되는, 단계,
(c) 상기 단계 (b) 후에, 반응 혼합물을 110 내지 190℃ 범위의 온도에서 적어도 2시간 동안 교반하거나 2 내지 180초 범위의 기간 동안 균질화하는 단계, 및 임의적으로,
(d) 반응의 종료를 IR 분광법에 의해 결정하는 단계
를 포함하고, 이때 상기 반응은 산소 분위기 하에 수행되는,
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 아스팔트 조성물의 제조 방법 - 제11항에 있어서,
상기 단계 (a) 및 상기 단계 (c)의 온도가 동일하고, 110 내지 165℃ 범위인, 방법. - 아스팔트 믹스 조성물의 제조를 위한 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 아스팔트 조성물의 용도.
- 제14항에 있어서,
상기 아스팔트 믹스 조성물을 위한 입상(granular) 재료가 5 내지 100 중량%의 재생 아스팔트 포장재(reclaimed asphalt pavement)를 포함하는, 아스팔트 조성물의 용도. - 제14항 또는 제15항에 있어서,
포장 용도를 위한 아스팔트 조성물의 용도.
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