KR20240023697A - 열경화 반응성 화합물을 포함하는 아스팔트 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 아스팔트 조성물의 총 중량을 기준으로 중합성 MDI, 에폭시 수지 및 멜라민 포름알데히드로 이루어진 군으로부터 선택되는 열경화 반응성 화합물을 0.1 내지 10.0 중량%로 포함하는 아스팔트 조성물에 관한 것으로서, 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 18% 이상이 화이트 스피릿(white spirit) 용매 중 5000 Sved 초과의 침강 계수를 갖는 입자이다.
Description
본질적으로, 본 발명은 중합성 MDI, 에폭시 및 멜라민 포름알데히드로 이루어진 군으로부터 선택되는 아스팔트 개질제로서 열경화 반응성 화합물을 포함하는 아스팔트 조성물로서, 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 18% 이상이 화이트 스피릿(white spirit) 용매 중 5000 Sved 초과의 침강 계수를 갖는 입자인 상기 조성물에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 아스팔트 조성물의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 아스팔트 조성물은 아스팔트의 기능 온도의 증가 및 향상된 변형 저항 특성, 예를 들어 아스팔트의 유용한 온도 범위, 증가된 탄성 및 변형의 더 낮은 잠재성을 나타낸다.
일반적으로, 아스팔트는 아스팔텐 및 말텐으로 분류되는 상이한 분자 종을 함유하는 콜로이드 물질이다. 점탄성 및 열가소성인 아스팔트는 극저온으로부터 극고온에 이르는 온도 범위에 걸쳐 다양한 특성 변형을 거친다. 아스팔트는 뜨거운 기후에서는 연화되고 극도의 차가움에서는 파열되는 경향이 있다. 저온에서, 아스팔트는 부서짐에 취약하게 되고 파열되게 되고, 고온에서는, 연화되고 물리적 특성을 상실한다.
결합제 또는 보다 일반적인 용어로는 개질제로서 열경화 반응성 성분의 첨가는 아스팔트의 물리적 특성이 온도 범위에 걸쳐 더 일정히 유지되게 하고/거나 아스팔트가 거치게 되는 온도 범위에 걸쳐 물리적 특성을 향상시킨다.
첨가되는 결합제 또는 개질제에 의해 개질된 이러한 아스팔트는 당업계에 수년간 공지되어 왔다. 그러나, 향상된 아스팔트가 아스팔트 산업에 여전히 필요하다. 부분적으로는, 이는 현재까지 공지된 중합체-개질 아스팔트가 다수의 결점을 가짐에 기인한다. 이는, 예를 들어 영구적 변형(러팅(rutting)), 굴곡 피로(flexural fatigue), 습기 및 저온 작동에서 탄성의 감소에 대한 취약성을 포함한다.
WO 01/30911 A1에는 조성물의 총 중량을 기준으로 약 1 내지 8%의 중합성 MDI를 포함하되, 상기 중합성 MDI가 2.5 이상의 작용성을 갖는, 아스팔트 조성물이 개시되어 있다. 또한, 이는 2시간 미만의 반응 시간을 사용하는 상기 아스팔트 조성물의 제조 방법에 관한 것이다. 생성물 MDI 아스팔트의 형성은 상기 생성물의 점도의 증가 또는 보다 바람직하게는 동적 역학 분석(DMA)에 의해 측정된다.
WO 01/30912 A1에는 아스팔트 및 물 이외에도 유화성 폴리이소시아네이트를 포함하는 수성 아스팔트 유화액이 개시되어 있다. 또한, 이는 상기 유화액을 포함하는 응집 조성물, 및 상기 조성물의 제조 방법에 관한 것이다.
WO 01/30913 A1에는 조성물의 총 중량을 기준으로 약 1 내지 5 중량%의 중합성 MDI-기재 예비중합체를 포함하되, 상기 중합성 MDI가 2.5 이상의 작용성을 갖는 조성물이 개시되어 있다. 또한, 이는 상기 아스팔트 조성물의 제조 방법에 관한 것이다.
EP 0 537 638 B1에는 100 중량부의 역청에 대해 0.5 내지 10 중량부의 작용화 폴리옥테나머(polyoctenamer), 및 임의적으로 가교연결제를 함유하는 중합체 개질 역청 조성물이 개시되어 있고, 이는 상기 폴리옥테나머가 주로 트랜스-폴리옥테나머이고, 카복시 기 및 이로부터 유도되는 기, 예를 들어 말레산을 함유함을 특징으로 한다.
결과적으로, 선행기술과 연관된 모든 단점, 예를 들어 유용한 온도 간격의 제한, 탄성 반응의 제한 및 연화점의 저하를 회피할 수 있는 아스팔트 조성물 및 관련 제조 과정을 입수하는 것이 매우 바람직할 것이다.
본 발명의 목적 중 하나는 온도 범위에 걸쳐 더 일정한 향상된 물리적 특성을 나타내는 아스팔트 조성물을 제공하는 것이다. 또한, 아스팔트 조성물의 유용 온도 간격(UTI)을 증가시키고, 비회복성 크리프 컴플라이언스(non-recoverable creep compliance)(Jnr)를 감소시키고, 증가된 탄성 반응을 갖고, 증가된 통행량 또는 감소된 운행 속도의 상황에서 영구적 아스팔트 변형에 감소된 잠재성, 우수한 부착력, 증가된 연화점 및 감소된 니들 침입도(needle penetration)을 추구하는 것이다.
또한, 각각의 아스팔트 조성물의 제조 방법이 제공된다.
아스팔트 조성물의 상이한 물리적 특성은 당업계에 공지되어 있고 실험 부분에 상세히 기재된 상이한 시험에 의해 측정된다.
탄성 반응 및 비반응성 크리프 컴플라이언스(Jnr)은 다중 응력 크리프 회복(MSCR) 시험에서 측정되고, 여기서 아스팔트 조성물은 정해진 시간 동안 일정한 재하(load)에 놓이게 된다. 특정 시간 동안 총 변형은 %로 제시되고, 결합제의 탄성도의 측정에 상응한다. 또한, 상 각도(phase angle)가 측정될 수 있고, 이는 개질된 결합제의 향상된 탄성 응답(감소된 상 각도)을 설명한다. 굽힘 빔 유동계(Bending Beam Rheometer, BBR)는 저온에서 아스팔트의 강직도를 측정하는데 사용되고, 통상적으로 아스팔트의 굴곡 강직도(flexural stiffness)로 지칭된다. 2개의 매개변수가 상기 시험에 사용된다. 크리프 강직도는 일정한 재하에 대한 역청의 내성을 측정하는 것이고, 크리프 속도(또는 m 값)는 재하가 적용되는 경우 아스팔트 강직도가 어떻게 변하는 지를 측정하는 것이다. 크리프 강직도가 지나치게 높은 경우, 아스팔트는 부서지기 쉽게 거동하고, 파열이 더 일어나기 쉽다. 온도 변화 및 열 응력 축적시, 강직도가 비교적 빠르게 변함에 기인하여, 높은 m 값이 바람직하다. 높은 m 값은 아스팔트가 저온 파열이 일어날 수 있는 수준으로 축적될 수 있는 응력을 소산시키는 경향이 있을 것임을 나타낸다.
따라서, 아스팔트 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 중합성 MDI, 에폭시 수지 및 멜라민 포름알데히드 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 열경화 반응성 화합물을 0.1 내지 10.0 중량%로 포함하고, 여기서 상기 조성물의 총 중량의 18 중량% 이상은 화이트 스피릿 용매 중 5000 Sved 초과의 침강 계수를 갖는 입자이다.
본 발명의 추가의 양상에 따라, 하기 단계를 포함하는 아스팔트 조성물의 제조 방법이 제공되되, 하기 반응은 산소 대기하에 수행되고, 이는 본 발명의 목적을 충족한다:
(a) 출발 아스팔트를 110 내지 190℃의 온도로 가열하는 단계;
(b) 목적량의 열경화 반응성 화합물을 교반하에 첨가하는 단계; 및
(c) 상기 단계 (b) 이후, 반응 혼합물을 110 내지 190℃의 온도에서 2.5시간 이상 동안 교반하는 단계. 또한, 아스팔트 믹스(mix) 조성물의 제조를 위한 아스팔트 조성물의 용도가 제공된다.
놀랍게도, 본 발명에 따른 아스팔트 조성물이 니들 침입도의 감소와 함께 증가된 연화점을 나타냄으로써, 유용 온도 간격, 증가된 탄성 반응, 우수한 접착성 및 증가된 재하 등급, 및 영구적 아스팔트 변형에 대해 감소된 잠재성을 야기함이 밝혀졌다.
이론에 얽매이려는 것은 아니지만, 이는 조성물의 총 중량을 기준으로 18 중량% 이상의 양의 입자(5000 Sved 초과의 침강 계수를 가짐)에 기인하는 것으로 여겨진다. 콜로이드 구조의 특정 형태가 결과적인 성능을 얻는데 필요하다. 열경화 반응성 화합물은 페놀기, 카복시기, 티올기, 무수물 및/또는 피롤기, 또는 아스팔트 성분으로부터의 임의의 반응기와 반응하고 아스팔텐과 연결됨으로써, 생성되는 아스팔트 조성물에 더 큰 입자를 야기할 것이다.
바람직한 양태가 청구범위 및 본원에 설명된다. 바람직한 양태의 조합이 본 발명의 범주 내에 있음이 이해된다.
본 발명에 따라, 아스팔트 조성물은 중합성 MDI, 에폭시 수지 및 멜라민 포름알데히드 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 열경화 반응성 화합물을 포함한다.
일반적으로, 본 발명에 사용되는 아스팔트는 공지된 임의의 아스팔트일 수 있고, 일반적으로 임의의 역청질 화합물을 포괄한다. 이는 역청 또는 아스팔트로 지칭되는 임의의 물질일 수 있다. 증류, 블로운(blown), 고진공 및 컷백(cut-back) 역청, 아스팔트 콘크리트, 캐스트(cast) 아스팔트, 아스팔트 매스틱(mastic) 및 천연 아스팔트가 이의 예이다. 예를 들어, 80/100 또는 180/200의 침입도를 갖는 직접 증류된 아스팔트가 사용될 수 있다. 예를 들어, 아스팔트는 플라이 애쉬(fly ash)를 미함유할 수 있다.
바람직하게는, 아스팔트는 20-30, 30-45, 35-50, 40-60, 50-70, 70-100, 100-150, 160-220 또는 250-330의 침입도, 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 또는 76-40 성능 등급을 갖고, 보다 바람직하게는 아스팔트는 30-45, 35-50, 40-60, 50-70, 70-100, 100-150 또는 160-220의 침입도, 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 또는 76-22의 성능 등급을 갖고, 가장 바람직하게는 아스팔트는 40-60, 50-70, 70-100 또는 100-150의 침입도, 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 또는 76-22의 성능 등급을 갖는다.
일반적으로, 열경화 반응성 화합물은 각각의 아스팔트의 아스팔텐 및 말텐으로 분류되는 상이한 분자 종과 화학적으로 반응할 수 있는 화합물이고, 광범위한 온도에 걸쳐 아스팔트의 물리적 특성을 더 일정하게 유지함을 야기하는 콜로이드 구조의 일정한 형태를 생성하는데 도움을 주고/거나 아스팔트에 적용되는 온도 범위에 걸쳐 물리적 특성을 심지어 향상시킨다.
본 발명에 따른 열경화 반응성 화합물은 중합성 MDI, 에폭시 수지 및 멜라민 포름알데히드 수지로 이루어진 군으로부터 선택된다.
일반적으로, 중합성 MDI는 당업게에 공지되어 있고, 폴리메틸렌 폴리페닐렌 폴리이소시아네이트로서 공지되어 있고, 폴리아릴렌 폴리이소시아네이트 또는 폴리페닐렌메탄 폴리이소시아네이트로서 지칭된다. 이는 다양한 양의 이성질체, 예컨대 4,4'-, 2,2'- 및 2,4'-이성질체를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 4,4'-MDI 이성질체의 양은 26 내지 98%, 보다 바람직하게는 30 내지 95%, 가장 바람직하게는 35 내지 92%이다. 바람직하게는, 중합성 MDI의 2 고리 함량은 20 내지 62%, 보다 바람직하게는 26 내지 48%, 가장 바람직하게는 26 내지 42%이다. 또한, 이는 카보디이미드, 우레톤이민, 이소시아누레이트, 우레탄, 알로파네이트, 우레아 또는 뷰렛 기를 함유하는 개질된 변형을 포함할 수 있다. 이는 모두 하기 pMDI로서 지칭될 것이다. 바람직하게는, 본 발명에 따라 사용되는 pMDI는 2.3 이상, 보다 바람직하게는 2.5 이상, 가장 바람직하게는 2.7 이상, 예를 들어 2.8, 2.9 또는 3.0의 평균 이소시아네이트 작용성을 갖는다.
일반적으로, 중합성 MDI의 순도는 임의의 값에 한정되지 않되, 바람직하게는 본 발명에 따라 사용되는 pMDI는 1 내지 100 ppm, 보다 바람직하게는 1 내지 70 ppm, 가장 바람직하게는 1 내지 60 ppm의 철 함량을 갖는다.
일반적으로, 에폭시 수지는 당업계에 공지되어 있고, 본 발명에 따라 사용되는 에폭시 수지의 화학적 성질은 특히 한정되지는 않는다. 바람직하게는, 에폭시 수지는 하나 이상의 방향족 에폭시 수지 및/또는 사이클로지방족 에폭시 수지이고, 보다 바람직하게는 에폭시 수지는 비스페놀 A 비스글리시딜 에터(DGEBA), 비스페놀 F 비스글리시틸 에터, 고리-수소화된 비스페놀 A 비스글리시딜 에터, 고리-수소화된 비스페놀 F 비스글리시딜 에터, 비스페놀 S 비스글리시딜 에터(DGEBS), 테트라글리시딜메틸렌다이아닐린(TGMDA), 에폭시 노볼락(에피클로로하이드린과 페놀 수지(노볼락)의 반응 생성물)), 사이클로지방족 에폭시 수지, 예컨대 3,4-에폭시사이클로헥실메틸 3,4-에폭시사이클로헥산카복실레이트 및 다이글리시딜 헥사하이드로프탈레이트이고, 가장 바람직하게는 에폭시 수지는 비스페놀 A 비스글리시딜 에터 및/또는 비스페놀 F 비스글리시딜 에터 및 상기 2개의 에폭시 수지의 혼합물이다.
일반적으로, 멜라민 포름알데히드 수지는 당업계에 공지되어 있고, 주로 멜라민과 포름알데히드의 축합 생성물이다. 목적 적용례에 따라, 이는, 예를 들어 다가 알코올과의 반응에 의해 개질될 수 있다. 본 발명에 따라 사용되는 멜라민 포름알데히드 수지의 화학적 성질은 특히 한정되지는 않는다. 바람직하게는, 멜라민 포름알데히드 수지는 수성 멜라민 수지 혼합물을 기준으로 50 내지 70 중량%의 수지 함량을 갖는 수성 멜라민 수지 혼합물과 관련되고, 멜라민 및 포름알데히드는 1:3 내지 1:1, 보다 바람직하게는 1:1.3 내지 1:2.0, 가장 바람직하게는 1:1.5 내지 1:1.7의 몰 비로 상기 수지에 존재한다.
멜라민 포름알데히드 수지는 1 내지 10 중량%, 바람직하게는 3 내지 6 중량%의 다가 알코올, 보다 바람직하게는 3 내지 6 중량%의 C2 내지 C12 다이올, 예를 들어 다이에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 펜탄 다이올 및/또는 헥산 다이올, 특히 다이에틸렌 글리콜을 함유할 수 있다.
추가의 첨가제로서, 멜라민 포름알데히드 수지는 0 내지 8 중량%의 카프로락탐 및 0.5 내지 10 중량%의 2-(2-페녹시에톡시)-에탄올 및/또는 폴리에틸렌 글리콜을 함유할 수 있고, 이의 평균 분자량은 수성 멜라민 수지 혼합물을 기준으로 각각 200 내지 1500이다.
본 발명에 따라, 아스팔트 조성물 중 중합성 MDI, 에폭시 수지 및 멜라민 포름알데히드 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 열경화 반응성 화합물의 양은 상기 아스팔트 조성물의 총 중량을 기준으로 10.0 중량% 이하이다. 이는 아스팔트 조성물의 총 중량을 기준으로 바람직하게는 5.0 중량% 이하, 보다 바람직하게는 4.0 중량% 이하, 가장 바람직하게는 3.0 중량% 이하이다. 본 발명에 따라, 아스팔트 조성물 중 중합성 MDI, 에폭시 수지 및 멜라민 포름알데히드 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 열경화 반응성 화합물의 양은 상기 아스팔트 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 중량% 이상, 바람직하게는 0.5 중량% 이상, 보다 바람직하게는 0.7 중량% 이상, 가장 바람직하게는 0.9 중량% 이상이다. 예를 들어, 아스팔트 조성물 중 중합성 MDI, 에폭시 수지 및 멜라민 포름알데히드 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 열경화 반응성 화합물의 양은 0.5 내지 1.8 중량%, 0.8 내지 1.7 중량%, 0.1 내지 1.9 중량%, 1.1 내지 2.0 중량%, 1.8 내지 3.2 중량%, 2.1 내지 3.7 중량%, 또는 0.5 내지 2.5 중량%이다.
일반적으로, 열경화 반응성 화합물의 양은 각각의 아스팔트 조성물에 따라 달라질 수 있다. 85 미만의 니들 침입도를 갖는 경질 아스팔트를 위해, 더 적은 양의 열경화 반응성 화합물, 예를 들어 pMDI가 필요할 수 있고, 85 초과의 니들 침입도를 갖는 연질 아스팔트를 위해, 더 많은 양의 각각의 열경화 반응성 화합물, 예를 들어 pMDI가 필요할 수 있다. 이론에 얽매이려는 것은 아니지만, 열경화 반응성 화합물의 양은 상이한 아스팔트 중 아스팔텐의 상이한 농도에 기인하여 재조정될 필요가 있다. 85 초과의 니들 침입도에 상응하는 연질 아스팔트에서, 아스팔텐은 희석됨으로써 덜 농축되게 되는데, 이는 더 우수한 성능 성취를 위해선 더 많은 양의 각각의 열경화 반응성 화합물, 예를 들어 pMDI 및 더 많은 산화를 요하고, 이는 아스팔트 조성물의 제조의 산소 대기에 의해 공급될 수 있다.
일반적으로, 64 이상의 고온 한계치를 갖는 성능 등급에 상응하는 85 미만의 니들 침입도를 갖는 아스팔트를 위해, 아스팔트 조성물 중 중합성 MDI, 에폭시 수지 및 멜라민 포름알데히드 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 열경화 반응성 화합물의 양은 상기 아스팔트 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 3.0 중량%, 바람직하게는 2.5 중량% 이하, 가장 바람직하게는 2.3 중량% 이하, 특히 2.0 중량% 이하이되, 0.1 중량% 이상, 바람직하게는 0.5 중량% 이상, 보다 바람직하게는 0.7 중량% 이상, 가장 바람직하게는 1.0 중량% 이상이다.
일반적으로, 64 이하의 고온 한계치를 갖는 성능 등급에 상응하는 85 초과의 니들 침입도를 갖는 아스팔트를 위해, 아스팔트 조성물 중 중합성 MDI, 에폭시 수지 및 멜라민 포름알데히드 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 열경화 반응성 화합물의 양은 상기 아스팔트 조성물의 총 중량을 기준으로 2.0 내지 10.0 중량%, 바람직하게는 5.0 중량% 이하, 가장 바람직하게는 4.5 중량% 이하, 특히 4.0 중량% 이하이되, 2.0 중량% 이상, 바람직하게는 2.5 중량% 이상, 보다 바람직하게는 2.7 중량% 이상, 가장 바람직하게는 3.0 중량% 이상이다.
일반적으로, 아스팔트를 개질함으로써, 상이한 물리적 특성과 관련된 성능이, 예를 들어 증가된 탄성이 성취됨으로써 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 아스팔트 조성물을 사용함으로써, 하나의 등급으로부터 또 다른 등급으로의 이동이 성취될 수 있다. 예를 들어, 아스팔트 펜(pen) 50/70의 개질은 2 중량%의 열경화 반응성 화합물을 사용하여 중합체 개질된 아스팔트 25/55-55A, 또는 각각의 열경화 반응성 화합물의 각각의 양에 따라 보다 단단한 등급, 예컨대 펜 20/30 또는 30/45를 생성한다. 이는, 예를 들어 2 중량%의 열경화 반응성 화합물에 의해 펜 50-70, 또는 3 중량%의 열경화 반응성 화합물에 의해 PmB 25/55-55A로 전환되는 펜 70-100에도 동일하게 적용된다. 또한, 예를 들어 2 중량%의 각각의 열경화 반응성 화합물에 의한 개질 후, PG 64-22가 PG70-22를 생성하는 더 높은 성능 등급에서의 이동이 성취가능하다.
본 발명에 따른 아스팔트 조성물의 각각의 특성, 예컨대 니들 침입도와 조합된 증가된 연화점, 증가된 유용 온도 간격, 증가된 탄성 반응, 우수한 접착력, 증가된 재하 등급, 및 영구적 아스팔트 변형에 대해 감소된 잠재성은 상응하는 조성물의 입자 크기에 직결되는 특정 침강 계수를 갖는 입자 농도에 따라 달라질 수 있다.
본 발명에 따라, 아스팔트 조성물은 화이트 스피릿 용매 중 5000 Sved 초과의 침강 계수를 갖는 입자를 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 18 중량% 이상 갖는다. 화이트 스피릿 용매 중 5000 Sved 초과의 침강 계수를 가는 입자를 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 보다 바람직하게는 20 중량%, 가장 바람직하게는 23 중량% 이상 갖고, 화이트 스피릿 용매 중 5000 Sved 초과의 침강 계수를 갖는 입자의 양은 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 100 중량% 이하, 바람직하게는 95 중량% 이하, 보다 바람직하게는 90 중량% 이하, 가장 바람직하게는 80 중량% 이하일 수 있다. 예를 들어, 조성물의 총 중량을 기준으로 18 내지 75 중량%의 입자가 화이트 스피릿 용매 중 15000 내지 170000 Sved의 침강 계수를 갖고, 예를 들어 조성물의 총 중량을 기준으로 23 내지 65 중량%의 입자가 화이트 스피릿 용매 중 25000 내지 140000 Sved의 침강 계수를 갖거나, 예를 들어 조성물의 총 중량을 기준으로 30 내지 52 중량%의 입자가 화이트 스피릿 용매 중 22000 내지 95000 Sved의 침강 계수를 갖는다.
본 발명의 맥락에서, 화이트 스피릿 용매는 CAS 번호 64742-82-1을 갖는 화이트 스피릿 고비점 석유(18%의 방향족 성분 및 180 내지 220℃의 비점을 가짐)를 의미한다.
침강 계수는 흡광 광학 장치와 조합된 초원심분리에 의해 검출되었다. 각각의 성분의 침강 및 농도를 350 nm의 파장에 의해 측정하였다. 상기 방법은 당업계에 공지되어 있고 실험 부분에 상세히 기재된다.
본 발명의 아스팔트 조성물은 당업계의 임의의 고전적인 아스팔트 조성물로서 사용될 수 있다. 본 발명의 아스팔트 조성물은 하기의 제조에 현저히 유용할 수 있다:
- 페인트 및 코팅(특히 방수처리를 위한 것);
- 접합부 충전 및 파열 밀봉을 위한 매스틱;
- 도로, 비행장 및 스포츠 경기장 등의 표면을 위한 그라우트(grout) 및 열-합탕된(hot-poured) 표면;
- 응집물을 제공하기 위한 석재와의 혼합물(약 5 내지 20%의 아스팔트 조성물을 포함함), 예를 들어 아스팔트 믹스;
- 상기 표면처리를 위한 열 코팅;
- 상기 표면처리를 위한 표면 코팅;
- 온(warm) 믹스 아스팔트(WHA); 및
- 열 믹스 아스팔트(HMA).
또한, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 본 발명에 따른 아스팔트 조성물의 제조 방법에 관한 것이되, 하기 반응은 산소 대기하에 수행된다:
(a) 출발 아스팔트를 110 내지 190℃의 온도로 가열하는 단계;
(b) 목적량의 열경화 반응성 화합물을 교반하에 첨가하는 단계; 및
(c) 상기 단계 (b) 이후, 반응 혼합물을 110 내지 190℃의 온도에서 2.5시간 이상 동안 교반하는 단계.
예를 들어, 본 발명의 방법은 단계 (a) 및/또는 단계 (c)에서 110 내지 190℃에서 수행될 수 있다. 바람직하게는, 상기 온도는 110 내지 180℃, 보다 바람직하게는 115 내지 170℃, 가장 바람직하게는 120 내지 155℃, 예를 들어 121 내지 152℃이다.
일반적으로, 단계 (a), (b) 및 (c)에서의 온도는 110 내지 190℃이고, 매 단계마다 상이할 수 있다. 바람직하게는, 온도는 상기 3개의 단계 모두에서 동일하고, 110 내지 190℃, 보다 바람직하게는 110 내지 170℃, 가장 바람직하게는 110 내지 160℃이다.
본 발명에 따라, 아스팔트 조성물의 제조 방법의 단계 (b)에서, 목적량의 열경화 반응성 화합물이 교반하에 첨가된다. 상기 목적량은 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 10 중량%일 수 있다.
일반적으로, 상기 양은 전위차 적정에 의해서도 측정될 수 있고, 여기서 아스팔트 중 반응성 기의 양이 측정되고 각각의 열경화성 화합물의 반응기의 등가 중량에 상응할 것이다. 상기 적정법은 당업계에 공지되어 있고 실험 부분에 상세히 기재된다.
일반적으로, 상이한 공급처로부터의 아스팔트는 미정제 오일이 기인하는 저유지, 및 정제소에서의 증류 과정에 따라 상이하다. 그러나, 반응기의 축적된 총량은 3.1 내지 4.5 mg KOH/g이다.
예를 들어, 50-70 또는 70-100의 침입도 지수를 갖는 아스팔트는 pMDI에 대한 화학량론적 양이 0.8 내지 1.2 중량%가 됨을 야기한다. 추가의 과량의 이소시아네이트는 아스팔트 조성물 제조 중 고온하에 아스팔트 성분의 산화 민감성에 기인하여 새롭게 형성되는 작용기들과 반응하는데 사용될 것이다.
본 발명에 따라, 단계 (c)가 단계 (b) 이후 수행된다. 반응 혼합물은 110 내지 190℃에서 2.5시간 이상 동안 교반되고, 바람직하게는 혼합 시간은 적어도 3시간, 보다 바람직하게는 적어도 3.5시간, 가장 바람직하게는 적어도 4시간 동안 교반된다. 혼합 시간은 20시간 이하, 바람직하게는 15시간 이하, 보다 바람직하게는 12시간 이하, 가장 바람직하게는 9시간 이하일 수 있다. 예를 들어, 1 내지 1.5 중량%의 각각의 열경화성 화합물이 첨가된 후, 혼합 시간은 2.5 내지 4시간, 예를 들어 3시간 또는 3.5시간일 수 있다. 예를 들어, 1.5 내지 5.0 중량%의 각각의 열경화성 화합물의 첨가 후, 혼합 시간은 4 내지 6시간, 예를 들어 4.5시간, 5시간 또는 5.5시간일 수 있다. 예를 들어, 5 내지 10.0 중량%의 각각의 열경화성 화합물의 첨가 후, 혼합 시간은 6 내지 15시간, 예를 들어 7시간, 7.5시간, 8시간, 8.5시간, 9시간, 9.5시간, 10시간, 10.5시간, 11시간, 11.5시간, 12시간, 12.5시간, 13시간, 13.5시간, 14시간 또는 14.5시간일 수 있다.
본 발명에 따라, 본 발명에 따른 아스팔트 조성물의 제조 방법은 산소 대기하에 수행되어야 한다. 바람직하게는, 산소 대기 중 산소 농도는 1 내지 21 부피%, 보다 바람직하게는 5 내지 21 부피%, 가장 바람직하게는 10 내지 21 부피%이고, 예를 들어 본 발명의 제조 방법은 공기 또는 포화된 산소 대기하에 수행된다.
일반적으로, 제조 방법은 하나의 반응 용기, 예를 들어 컨테이너에서 수행된다. 각각의 아스팔트는 제1 단계에서, 예를 들어 110 내지 190℃의 온도에서 산소하에, 예를 들어 1시간 동안 상기 기재된 조건하에 열경화 반응성 화합물과 반응할 수 있다. 이어서, 상기 아스팔트는 냉각되고 다른 반응 용기로 옮겨진 후 가열됨으로써 산소하에 총 반응 시간은 2.5시간이다. 이론에 얽매이려는 것은 아니지만, 단계 (a) 및 (b)(제1 단계)가 혼합물을 균질화하고 아스팔트의 반응기와 각각의 열경화 반응성 화합물의 반응기의 반응을 유도하는 것으로 여겨진다. 열경화 반응성 화합물은 아스팔텐 표면 상에 재하될 수 있다. 단계 (c)로서 요약되는 제2 또는 추가의 가열 단계는 산화에 의해 가교결합 반응을 돕는다. 반응의 종결을 적외선 스펙트럼 분석에 의해 측정할 수 있다.
본 발명에 따른 아스팔트 조성물의 예는 다음과 같다:
Z1: 조성물의 총 중량을 기준으로 1.0 내지 1.8 중량%의 중합성 MDI(여기서 조성물의 총 중량을 기준으로 18 내지 65 중량%는 화이트 스피릿 용매 중 8000 내지 200000 Sved의 침강 계수를 갖는 입자임);
Z2: 조성물의 총 중량을 기준으로 1.8 내지 3.2 중량%의 중합성 MDI(여기서 조성물의 총 중량을 기준으로 22 내지 70 중량%는 화이트 스피릿 용매 중 20000 내지 140000 Sved의 침강 계수를 갖는 입자임);
Z3: 조성물의 총 중량을 기준으로 1.2 내지 2.2 중량%의 중합성 MDI(여기서 조성물의 총 중량을 기준으로 33 내지 68 중량%는 화이트 스피릿 용매 중 28000 내지 1000000 Sved의 침강 계수를 갖는 입자임);
Z4: 조성물의 총 중량을 기준으로 1.2 내지 1.6 중량%의 중합성 MDI(여기서 조성물의 총 중량을 기준으로 33 내지 85 중량%는 화이트 스피릿 용매 중 25000 내지 150000 Sved의 침강 계수를 갖는 입자임);
Z5: 조성물의 총 중량을 기준으로 1.5 내지 2.0 중량%의 중합성 MDI(여기서 조성물의 총 중량을 기준으로 22 내지 58 중량%는 화이트 스피릿 용매 중 20000 내지 250000 Sved의 침강 계수를 갖는 입자임);
Z6: 조성물의 총 중량을 기준으로 2.3 내지 2.9 중량%의 중합성 MDI(여기서 조성물의 총 중량을 기준으로 27 내지 82 중량%는 화이트 스피릿 용매 중 12000 내지 370000 Sved의 침강 계수를 갖는 입자임);
Z7: 조성물의 총 중량을 기준으로 3.0 내지 3.6 중량%의 중합성 MDI(여기서 조성물의 총 중량을 기준으로 19 내지 62 중량%는 화이트 스피릿 용매 중 15000 내지 135000 Sved의 침강 계수를 갖는 입자임); 및
Z8: 조성물의 총 중량을 기준으로 1.6 내지 3.5 중량%의 중합성 MDI(여기서 조성물의 총 중량을 기준으로 21 내지 50 중량%는 화이트 스피릿 용매 중 17000 내지 500000 Sved의 침강 계수를 갖는 입자임).
실시예 및 비교 실시예
아스팔트 조성물의 제조를 위한 일반적 절차
하기 표 3 내지 6에 따른 각각의 등급의 아스팔트 2.5 kg을 산소 대기하에 오일 욕(온도가 150℃로 설정됨)에서 400 rpm하에 140℃로 가열하였다. 내부 온도가 100℃에 도달할 때, 표 3 내지 6에 따른 각각의 열경화성 반응성 화합물 50 g을 용융된 아스팔트에 첨가하였다. 반응을 140℃에서 420분 동안 추가로 진행한 후, 실온에서 냉각하였다. 샘플을 추가의 시험을 위해 캔(can)으로 옮기고 실온에서 보관하였다.
비교 실시예 Comp1, Comp2 및 Comp3을 위해, 표 3 내지 5에 따른 각각의 등급을 갖는 2.5 kg의 아스팔트를 산소 대기하에 오일 욕(온도가 150℃로 설정됨)에서 400 rpm하에 420분 동안 140℃로 가열한 후, 실온에서 냉각하였다. 샘플을 추가의 시험을 위해 캔으로 ?ケ璲? 실온에서 보관하였다.
실시예 3(Ex3)을 위해, 3000 g의 아스팔트 62-22를 오븐내 폐쇄된 컨테이너에서 150℃에서 2시간 동안 가열하였다. 예비가열된 샘플은 150℃였고, 이어서, 덮개를 제거하고 산소 대기하에 가열용 맨틀에 달아놓았다. 전자 가열 맨틀에서 20%의 혼합기 속도하에 아스팔트내의 온도 조절기를 사용하여 온도를 150℃의 2℃의 증분(delta) 이내로 유지시켰다. 내부 온도가 150℃에 도달할 때, 2.7의 작용성을 갖는 60 g의 pMDI(As20)를 용융된 아스팔트에 첨가하였다. 반응을 150℃에서 150분 동안 추가로 진행하였다. 샘플을 캔으로 옮긴 후, 이를 150℃로 가열함으로써 시험을 시작하고 18.9 L 컨테이너로부터 이를 분리하였다.
실시예 4(Ex4)를 위해, 3000 g의 아스팔트 64-22를 오븐내 150℃에서 2시간 동안 가열하였다. 예비가열된 샘플은 150℃였고, 이어서, 덮개를 제거하고 산소 대기하에 가열용 맨틀에 달아놓았다. 전자 가열 맨틀에서 20%의 혼합기 속도하에 아스팔트내의 온도 조절기를 사용하여 온도를 150℃ 중 2℃의 증분 이내로 유지시켰다. 내부 온도가 150℃에 도달할 때, 2.9의 작용성을 갖는 60 g의 pMDI(As70)를 용융된 아스팔트에 첨가하였다. 반응을 150℃에서 150분 동안 추가로 진행하였다. 샘플을 캔으로 옮긴 후, 이를 150℃로 가열함으로써 시험을 시작하고 18.9 L 컨테이너로부터 이를 분리하였다.
실시예 5(Ex5)를 위해, 2.5 kg의 아스팔트 70-100을 산소 대기하에 오일 욕(온도가 150℃로 설정됨)에서 400 rpm하에 140℃로 가열하였다. 내부 온도가 100℃에 도달할 때, 45 g의 pMDI As20(1.8 중량%)을 용융된 아스팔트에 첨가하였다. 반응을 140℃에서 420분 동안 추가로 진행한 후, 실온에서 냉각하였다. 이어서, 상기 샘플을 사용하여 분석용 초원심분리를 사용함으로써 아스팔트 조성물의 중량부를 측정하였다(표 2 참고).
비교 실시예 4(Comp4)를 위해, 2.5 kg의 아스팔트 70-100을 산소 대기하에 오일 욕(온도가 150℃로 설정됨)에서 400 rpm하에 140℃로 가열하였다. 내부 온도가 100℃에 도달할 때, 45 g의 pMDI As20을 용융된 아스팔트에 첨가하였다. 반응을 140℃에서 30분 동안 추가로 진행한 후, 실온에서 냉각하였다. 이어서, 상기 샘플을 사용하여 분석용 초원심분리를 사용함으로써 아스팔트 조성물의 중량부를 측정하였다(표 2 참고).
비교 실시예 5(Comp5)를 위해, 2.5 kg의 아스팔트 70-100을 산소 대기하에 오일 욕(온도가 150℃로 설정됨)에서 400 rpm하에 140℃로 30분 동안 가열한 후 실온으로 냉각하였다. 이어서, 상기 샘플을 사용하여 분석용 초원심분리를 사용함으로써 아스팔트 조성물의 중량부를 측정하였다(표 2 참고).
실시예에 사용된 열경화 반응성 화합물
2.7의 작용성을 갖는 pMDI(하기 As20으로 명명됨) 또는 2.9의 작용성을 갖는 pMDI(하기 As70으로 명명됨)을 사용하였다.
각각의 작용성을 갖는 pMDI는, 예를 들어 베이어(Bayer), 바스프 에스이(BASF SE) 및 헌츠만(Huntsmann) 등의 회사에서 시판된다.
아스팔트 또는 아스팔트 조성물 또는 아스팔트 믹스에서의 물리적 특성의 검출 방법
실시예의 값을 각각의 DIN 규정에 따라 검출하였다.
사용된 방법의 상세한 설명
아스팔트 시험
니들 침입도 DIN EN 1426
본 시험에서, 역청 시험 샘플에서 표준화된 니들의 침입도를 측정한다. 330*0.1 mm 미만인 침입도를 위한 시험 온도는 25℃이고, 재하량은 100 g이고, 재하 시간은 5초이다. 침입도가 330*0.1 mm 초과일 것으로 예상되는 경우, 시험 온도를 15℃로 낮추는 한편, 재하량 및 재하 시간은 불변이어야 한다.
연화점 DIN EN 1427
2개의 역청 수평형 디스크(disk)(견착 놋쇠 고리(shouldered brass ring)로 주조함)를 액체 욕에서 제어된 속도로 가열하는 한편, 이들 각각으로 강철 볼(steel ball)을 지지시켰다. 연화점은 상기 2개의 디스크가 역청에 싸여진 각각의 볼이 25±0.4 mm의 거리로 멀어지기에 충분히 연화되는 온도를 통해 보고된다.
가력 연성(force ductility) DIN EN 13589
역청을 양쪽 말단에 고리를 갖는 주형으로 주조한다. 시편을 물 욕(water bath)에서 담금질한 후, 이를 연성계의 클립의 고리에 의해 부착한다. 상기 시편을 물 욕에서 사전 정의된 온도에서(이 경우 20℃에서) 50 mm/분으로 끊어질 때까지 또는 적어도 400 mm에 달할 때까지 당긴다. 가한 힘 및 변형을 전체 시험에 걸쳐 측정한다.
압연 박막 오븐 시험 DIN EN 12607-1
역청을 오븐내 병에서 163℃에서 85분 동안 가열한다. 상기 병을 15 rpm으로 회전시키고, 가열된 공기를 이의 이동 최저점에서 4000 mL/분으로 각각의 병에 취입한다. 가열 및 공기의 효과를 상기 오븐 처리 전후에 측정된 물리적 시험 값의 변화로부터 측정한다.
가압 시효(pressure aging) 용기 DIN EN 14769
RTFOT로부터의 잔사를 표준 스테인리스 강 팬에 위치시키고 공기에 의해 2.10 MPa로 가압된 용기에서 특정된 조건화 온도(90℃, 100℃ 또는 110℃)에서 20시간 동안 시효시킨다. 상기 온도를 아스팔트 결합제의 등급(적용례)에 따라 선택한다. 최종적으로, 상기 잔사를 진공으로 탈기시킨다.
동적 전단 유동계(DSR) DIN EN 14770 - ASTM D7175
동적 전단 유동계 시험 시스템은 평행 판, 시편의 온도를 제어하기 위한 수단, 재하 장치, 및 제어 및 데이터 획득 시스템으로 이루어진다.
온도 스위프(sweep) DIN EN 14770
본 시험은 아스팔트 결합제의 복합 전단 탄성률(complex shear modulus) 및 상 각도를 측정하기 위한 것이다. 본 시험은 정의된 주파수 및 온도에서 평행 금속 판들 사이에서 8 또는 25 mm 직경의 시편을 가압하는 것으로 이루어진다. 상기 평행 판들 중 하나는 다른 하나에 대해, 이 경우에는 1.59 Hz 및 각 편향 진폭(angular deflection amplitude)으로 진동한다. 요구되는 진폭은 본 시험이 선형 거동의 영역 내에 있도록 선택되어야 한다. 이를 30, 40, 50, 60, 70, 80 및 90℃에서 반복한다.
다중 응력 크리프 회복 시험 DIN EN 16659 - ASTM D7405
본 시험을 사용하여 2개의 응력 수준(0.1 kPa 및 3.2 kPa) 및 특정된 온도(50℃)에서 전단 크리프 및 회복하에 아스팔트에서의 탄성 반응의 존재를 측정한다. 본 시험은 DSR을 사용하여 일정 응력으로 1초 동안 25 mm를 재하한 후, 9초 동안 회복되게 한다. 10개의 크리프 및 회복의 반복을 0.100 kPa 크리프 응력에서 수행한 후, 10개의 반복을 3.200 kPa 크리프 응력에서 수행하였다.
굽힘 빔 유동계 DIN EN 14771 - ASTM D6648
본 시험을 사용하여 아스팔트 결합제의 단순 지지된 프리즘 빔(prismatic beam)(일정한 재하량이 이의 중간점에 적용됨)의 중간점 편향을 측정한다. 프리즘 시편을 제어된 온도의 유체 욕에 위치시키고 일정한 시험 재하량으로 240초 동안 재하한다. 시험 재하량(980±50 mN) 및 시편의 중간점 편향을 전산화된 데이터 획득 시스템을 사용하여 모니터링한다. 시편의 중간점에서의 최대 굽힙 응력을 상기 시편의 치수, 지지점 사이의 거리, 및 상기 시편에 적용된 재하량(재하 시간 8.0초, 15.0초, 30.0초, 60.0초, 120.0초 및 240.0초)으로부터 계산한다. 특정 재하 시간에 다른 시편의 강직도를, 최대 굽힘 응력을 최대 굽힘 변형으로 나눔으로써 계산한다.
아스팔트 믹스 시험
반복 압축 시험 - TP 아스팔트-StB 테일(Teil) 25 B1
1축 반복 압축 시험을 사용하여 아스팔트 시편의 변형 거동을 측정한다. 본 시험에서, 시편은 150±10분 동안 50±0.3℃에서 담금질되고, 시험도 동일한 온도에서 수행된다. 담금질 후, 시편을 만능 시험기에 세팅하고 반복으로 재하하였다. 각각의 반복을 1.7초 동안 지속시키되, 재하 시간은 0.2초이고, 정지 상은 1.5초 동안 지속시켰다. 적용되는 상위(upper) 재하는 0.35 MPa이고 하위 재하는 0.025 MPa이다. 반복의 횟수 및 변형을 기록한다. 시험은 10.000 재하 반복이 완료되거나 변형이 40% 초과일 때 종료한다.
간접 인장 강도 시험 - TP 아스팔트-StB 테일 23
역청질 혼합물의 간접 인장 강도 시험을 원기둥형 시편을 이의 수직 직경 평면을 가로질러 변형의 특정된 속도(이 경우에는 50±0.2 mm/분) 및 시험 온도(이 경우에는 15±2℃)에서 재하함으로써 수행한다. 실패시 최상위 재하를 기록하고 사용하여 시편의 간접 인장 강도를 계산한다.
아스팔트의 반응성 기를 측정하기 위한 전위차 적정법
산가
약 0.5 내지 1 g의 샘플을 50 mL의 톨루엔 중에 용해시키고 0.1 mol/L의 테트라부틸암모늄 하이드록사이드 용액으로 전위차 적정한다. 몇 액적의 물을 상기 적정 용액에 첨가함으로써 충분한 전도도가 확보될 수 있다. 미처리 값도 마찬가지로 측정한다.
염기가
약 0.5 내지 1 g의 샘플을 50 mL의 톨루엔 중에 용해시키고 0.1 mol/L의 트라이플루오로메탄 설폰산 용액으로 전위차 적정한다. 몇 액적의 물을 상기 적정 용액에 첨가함으로써 충분한 전도도가 확보될 수 있다. 미처리 값도 마찬가지로 측정한다.
분석적 초원심분리(AUC)를 사용한 아스팔트 조성물의 입자 부(part)의 측정
아스팔트 조성물의 입자 부의 측정을 위해, 분석적 초원심분리를 사용하는 분별화 실험을 수행한다. 벡맨 옵티마(Beckman Optima) XL-1(미국 캘리포니아주 팔로 알토 소재의 벡맨 인스트루먼츠(Beckman Instruments))을 사용하여 침강 속행(velocity run)을 수행한다. 집적 스캐닝 자외선/가시광선 흡광 광학 시스템을 사용한다. 350 nm의 파장을 선택한다. 샘플을 화이트 스피릿 용매(CAS 번호 64742-82-1) 중에 희석한 후, 0.2 g/L의 농도에서 측정한다. 가용성 및 불용성 부를 검출하기 위해, 원심분리 속도를 1000 내지 55000 rpm으로 변화시킨다.
s와 s + ds 사이의 침강 계수에 의해 종의 중량부로서 정의되는 침강 계수의 분포를 표준 분석 소프트웨어(SEDFIT)를 사용하여 측정한다. 시간에 따른 전체 라디칼 농도 프로파일의 변화를 기록하고 침강 계수 g의 분포로 전환한다. 침강 계수는 Sved(1Sved = 10 내지 13초) 단위이다. 아스팔트 조성물의 입자 부는 사용되는 파장에서 빠르고 느린 침강 분획의 흡광도를 정량분석함으로써 측정된다.
[표 1]
분석적 초원심분리를 사용한 실시예 1(Ex1) 및 비교 실시예 1(Comp1)의 아스팔트 조성물의 입자 부 측정 결과(농도는 각각의 조성물의 총 중량을 기준으로 한 입자의 중량%임)
[표 2]
분석적 초원심분리를 사용한 실시예 5(Ex5), 및 비교 실시예 Comp2, Comp4 및 Comp5의 아스팔트 조성물의 입자 부 측정 결과(농도는 각각의 조성물의 총 중량을 기준으로 한 입자의 중량%임)
[표 3]
실시예 Ex1 및 Ex2, 및 비교 실시예 Comp1 및 Comp2의 아스팔트 조성물, 상기 아스팔트 조성물의 제조 후 물리적 특성, 강직도 및 m 값(시효 없음)
[표 4]
실시예 Ex1 및 Ex2, 및 비교 실시예 Comp1 및 Comp2의 아스팔트 조성물, 제조 후 신선한 상기 아스팔트 조성물의 연화점, 및 압연 박막 오븐 시험(RTFOT)을 사용한 단시간의 시효 후 강직도 및 m 값
[표 5]
실시예 Ex3 및 Ex4, 및 비교 실시예 Comp3의 아스팔트 조성물, 제조 후 상기 아스팔트 조성물의 물리적 특성, AASHTO M320에 따라 검출된 유용 온도 간격 및 각각 생성된 아스팔트 등급
[표 6]
실시예 Ex6 및 Ex7, 및 비교 실시예 Comp3의 아스팔트 조성물, 제조 후 상기 아스팔트 조성물의 물리적 특성, AASHTO M320에 따라 검출된 유용 온도 간격 및 각각 생성된 아스팔트 등급
본 발명에 따른 아스팔트 개질은 연화점의 증가 및 니들 침입도의 감소로 향상된 성능을 야기한다. 경질 등급 아스팔트에 대해, 이러한 개질은 더 연질의 등급에서보다 현저하다. 출발 아스팔트를 더 경질로 제조할수록, MSCR 결과 및 상 각도 이동에서 볼 수 있듯이 탄성 거동이 향상된다. 일반적으로, 상기 물질은 크리프 강직도의 약간의 증가에 의해 검출되는 바, 비개질된 아스팔트보다 저온에서 더 큰 강직도를 갖는 동시에, m 값이 감소한다. 개질된 아스팔트가 더 조기에 파열되는지 여부를 측정하기 위해, 단시간의 시효를 수행하고, 크리프 강직도 및 크리프 속도를 측정한다. RTFOT(단시간 시효) 후, -10℃ 및 -25℃에서 개질된 아스팔트의 크리프 강직도는 비개질된 아스팔트만큼 증가하지 않는다. 개질된 펜 70-100에 대해 -25℃에서의 m 값은 증가한다.
아스팔트 믹스에 대한 결과
아스팔트 믹스 시편의 제조
선택된 과립측정(granulometric) 곡선은 SMA 8 S이다.
[표 7]
상이한 응집 크기(mm)에 따른 질량%
시편 제조를 위해 선택된 암석 응집의 물질 유형은 하기 표 8과 같다.
[표 8]
응집의 물질 유형 및 등급
아스팔트 믹스의 제조를 위해, TP 아스팔트-StB 파트(Part) 35 표준을 사용한다. 하기 절차를 수행한다.
성분의 담금질
표 8에 나열된 각각의 응집을 8시간 동안 150±5℃에서 담금질한다. 실시예 Ex10을 위해, 아스팔트 펜 50-70을 산소 대기하에 150℃로 교반하에 가열한다. 150℃의 내부 온도 도달시, 2 중량%의 pMDI As20을 용융된 아스팔트에 첨가한다. 반응을 150℃에서 5시간 동안 추가로 진행시킨 후, 개질된 아스팔트를 150±5℃에서 밀봉한다. 비교 실시예 Comp6을 위해, 아스팔트 펜 50-70을 산소 대기하에 150℃로 교반하에 가열한다. 반응을 150℃에서 5시간 동안 추가로 진행시킨 후, 아스팔트를 150±5℃에서 밀봉한다.
성분 혼합
150±5℃의 온도에서, 암석 매스틱 아스팔트를 (1) 굵은 응집물, (2) 부순 모래를 갖는 충전재, (3) 섬유, (4) 2분 동안의 건성 혼합, (5) 먼저, 각각의 아스팔트 또는 개질된 아스팔트를 교반한 후 혼합물에 첨가, 및 (6) 30 rpm으로 3분 동안 혼합의 순서로 혼합한다.
보관
혼합 후, 혼합물을 3시간 동안 다짐(compaction) 온도보다 10℃ 높은 온도에서 보관한다.
시편의 제조 및 다짐
시편의 제조 및 다짐을 위해, TP 아스팔트-StB 파트 33 표준을 사용한다. 사익 표준은 압연 다짐기(발체크토르-베르디흐퉁스게렛(Walzsektor-Verdichtungsgerat))에 의해 실험실에서 시편을 제조하는데 사용하는 절차를 설명한다.
시편의 제조를 위해, 열 혼합된 아스팔트 혼합물을 플레이트에 붓고 압연 다짐기에 의해 다진다. 상기 플레이트는 320 mm 길이, 260 mm 폭 및 40 mm 높이의 것이다. 상기 플레이트의 높이는 특정 시험에 요구되는 시편 치수에 따라 다르다.
플레이트를 다지기 위해, 장치(기계, 주형 및 프레스)를 80℃에서 담금질해야 하고, 다짐 동안 혼합물 온도는 하기 표 9를 따른다.
[표 9]
혼합물의 다짐 온도 및 보관 온도의 개관
시편의 톱질(sawing)
플레이트 제조 후, 이를 요구되는 치수로 톱질 해야한다. 상기 치수는 시험에 따라 다르다. 상이한 시험에 요구되는 시편 치수는 하기 표 10에 제시된다.
[표 10]
아스팔트 시험에 따른 시편의 크기 및 개수
실시예 1에 따른 pMDI 개질된 아스팔트 펜 50-70을 기반으로 하는 아스팔트 믹스의 물리적 특성
1축 반복 압축 시험(T = 50℃, σ = 0.35 MPa)
본 시험은 반복 압축 재하에 기인하는 아스팔트 믹스의 변형 거동을 측정한다. 관심이 되는 값은 변형이 일정한 변형 속도에서 진행성 변형으로 변하는 변곡점이다.
[표 11]
실시예 10(Ex10) 및 비교 실시에 6(Comp6)의 아스팔트 믹스 조성물, 변곡점에서의 재하 반복(nw) 및 변곡점에서의 변형(εw)에 대한 결과
pMDI에 의한 아스팔트의 개질은 nw가 1.002인 Comp6의 비개질된 아스팔트 믹스에 비해 nw가 3.307로 우측 이동한 아스팔트 믹스(Ex10)를 야기한다. 재하 반복의 개수는 개질 후 현저히 증가한다.
반복 간접 인장 강도 시험
본 시험을 사용하여 아스팔트 믹스의 피로 거동을 연구한다. 원기둥형 시편을 수직 직경 평면에 수직으로 재하한다. 시편을 사전 측정된 상이한 재하량으로 재하한다.
[표 12]
실시예 10(Ex10) 및 비교 실시예 6(Comp6)의 아스팔트 혼합물의 반복 간접 인장 강도 시험 결과
더 높은 재하 반복수가 입증하듯이, 개질된 아스팔트 믹스 Ex10은 비개질된 아스팔트 믹스에 비해 더 큰 재하를 버틸 수 있다. 본 시험은 본 발명에 따른 개질된 조성물 및 생성된 개질된 아스팔트 믹스 조성물의 우월성 및 탄성 거동을 입증한다.
Claims (12)
- 중합성 MDI로부터 선택되는 열경화 반응성 화합물을 포함하는 아스팔트 조성물로서, 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 25 중량% 내지 75 중량%는 화이트 스피릿(white spirit) 용매 중 15,000 내지 170,000 Sved의 침강 계수를 갖는 입자이고, 중합성 MDI의 양은 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 0.5 중량% 내지 5.0 중량%인, 아스팔트 조성물.
- 제1항에 있어서,
열경화 반응성 화합물이 2.5 이상의 작용성을 갖는 중합성 MDI인, 아스팔트 조성물. - 제1항에 있어서,
중합성 MDI의 양이 조성물의 총 중량을 기준으로 0.5 내지 2.0 중량%인, 아스팔트 조성물. - 제1항에 있어서,
중합성 MDI의 양이 조성물의 총 중량을 기준으로 2.0 내지 5.0 중량%인, 아스팔트 조성물. - 제1항에 있어서,
중합성 MDI가 2.7 이상의 작용성을 갖는, 아스팔트 조성물. - 제1항에 있어서,
중합성 MDI가 1 내지 80 ppm의 철 함량을 갖는, 아스팔트 조성물. - (a) 출발 아스팔트를 110 내지 190℃의 온도로 가열하는 단계;
(b) 열경화 반응성 화합물을 교반하에 첨가하는 단계; 및
(c) 상기 단계 (b) 이후, 반응 혼합물을 110 내지 190℃의 온도에서 2.5시간 이상 동안 교반하는 단계
를 포함하는 제1항 및 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 아스팔트 조성물의 제조 방법으로서, 단계 (a) 내지 (c)가 산소 대기하에 수행되는, 제조 방법. - 제7항에 있어서,
단계 (a)에서의 온도가 110 내지 150℃인, 제조 방법. - 제7항에 있어서,
단계 (a) 및 (c)에서의 온도가 110 내지 150℃로 동일한, 제조 방법. - 제7항에 있어서,
단계 (a) 및 (c)에서의 온도가 110 내지 150℃이고, 첨가 단계 (b) 이후, 반응 혼합물을 4시간 이상 동안 교반하는 제조 방법. - 제7항에 있어서,
단계 (a) 내지 (c)에서의 반응의 종결을 적외선 스펙트럼 분석에 의해 측정하는, 제조 방법. - 제1항에 있어서,
아스팔트 믹스(mix) 조성물의 제조를 위해 사용되는, 아스팔트 조성물.
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