WO2011025116A1 - 중온 아스팔트 혼합물용 저탄소 첨가제, 이를 이용하여 제조된 중온화 아스팔트 및 중온 아스팔트 혼합물 제조방법 - Google Patents

중온 아스팔트 혼합물용 저탄소 첨가제, 이를 이용하여 제조된 중온화 아스팔트 및 중온 아스팔트 혼합물 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2011025116A1
WO2011025116A1 PCT/KR2010/001985 KR2010001985W WO2011025116A1 WO 2011025116 A1 WO2011025116 A1 WO 2011025116A1 KR 2010001985 W KR2010001985 W KR 2010001985W WO 2011025116 A1 WO2011025116 A1 WO 2011025116A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
asphalt
wax
low carbon
carbon additive
palm
Prior art date
Application number
PCT/KR2010/001985
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
정규동
황성도
권수안
양성린
천승한
Original Assignee
한국건설기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020090081136A external-priority patent/KR100949380B1/ko
Priority claimed from KR1020090081138A external-priority patent/KR100949381B1/ko
Application filed by 한국건설기술연구원 filed Critical 한국건설기술연구원
Priority to US13/059,924 priority Critical patent/US9017470B2/en
Priority to JP2011528960A priority patent/JP5307245B2/ja
Priority to CN2010800024468A priority patent/CN102149764B/zh
Priority to EP10808885.7A priority patent/EP2357210B1/en
Publication of WO2011025116A1 publication Critical patent/WO2011025116A1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L95/00—Compositions of bituminous materials, e.g. asphalt, tar, pitch
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L91/00—Compositions of oils, fats or waxes; Compositions of derivatives thereof
    • C08L91/06—Waxes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/01—Hydrocarbons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2205/00—Polymer mixtures characterised by other features
    • C08L2205/02—Polymer mixtures characterised by other features containing two or more polymers of the same C08L -group
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2555/00—Characteristics of bituminous mixtures
    • C08L2555/20—Mixtures of bitumen and aggregate defined by their production temperatures, e.g. production of asphalt for road or pavement applications
    • C08L2555/22—Asphalt produced above 140°C, e.g. hot melt asphalt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2555/00—Characteristics of bituminous mixtures
    • C08L2555/40—Mixtures based upon bitumen or asphalt containing functional additives
    • C08L2555/60—Organic non-macromolecular ingredients, e.g. oil, fat, wax or natural dye
    • C08L2555/62—Organic non-macromolecular ingredients, e.g. oil, fat, wax or natural dye from natural renewable resources
    • C08L2555/64—Oils, fats or waxes based upon fatty acid esters, e.g. fish oil, olive oil, lard, cocoa butter, bees wax or carnauba wax
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2555/00—Characteristics of bituminous mixtures
    • C08L2555/40—Mixtures based upon bitumen or asphalt containing functional additives
    • C08L2555/60—Organic non-macromolecular ingredients, e.g. oil, fat, wax or natural dye
    • C08L2555/70—Organic non-macromolecular ingredients, e.g. oil, fat, wax or natural dye from natural non-renewable resources
    • C08L2555/72—Petrochemical based or extracted waxes, e.g. paraffin, Montan wax or cracked polyethylene wax
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y02A30/30—Adapting or protecting infrastructure or their operation in transportation, e.g. on roads, waterways or railways

Abstract

중온 아스팔트 혼합물(WMA)의 고온화 물성을 증진시킴과 더불어 저온물성의 문제점을 해결할 수 있는 아스팔트 첨가제로서 폴리에틸렌계 왁스에 개질 팜왁스에 의한 식물성 왁스를 혼합한 중온 아스팔트 혼합물용 저탄소 첨가제, 이를 이용하여 제조된 중온화 아스팔트 및 중온 아스팔트 혼합물 제조방법이 제시된다. 이때 상기 저탄소 첨가제는 폴리에틸렌계 왁스와 상기 식물성 왁스가 20:1 내지 1:2의 중량 비율로 함유되도록 제조된 것이 이용된다. 상기 개질 팜왁스는 수산화 나트륨(NaOH) 및 스테아린산(CH3(CH2)16COOH)과 용융 반응시킨 팜 왁스가 이용된다. 이와 같은 저탄소 첨가제에 의하여 효과적인 중온 아스팔트 혼합물(WMA) 제조가 가능하게 되어, 중온 아스팔트 혼합물 제조 시 필요한 가열에너지를 절감할 수 있어 지구 온난화의 주범인 이산화탄소 발생량을 현저하게 감축시킬 수 있게 된다.

Description

중온 아스팔트 혼합물용 저탄소 첨가제, 이를 이용하여 제조된 중온화 아스팔트 및 중온 아스팔트 혼합물 제조방법
본 발명은 중온 아스팔트 혼합물용 저탄소 첨가제, 이를 이용하여 제조된 중온화 아스팔트 및 중온 아스팔트 혼합물 제조방법에 대한 것이다. 더욱 구체적으로는 폴리에틸렌계 왁스와 개질 팜 왁스에 의한 식물성 왁스를 사용함으로써 아스팔트 포장용 중온 아스팔트 혼합물의 혼합 및 다짐 온도를 낮추면서도 고온 소성변형 저항성을 향상시키고, 폴리에틸렌계 왁스를 사용함에 따른 저온물성 저하현상을 억제할 수 있는 저탄소 첨가제, 이를 이용한 중온 화 아스팔트 및 이를 이용한 중온 아스팔트 혼합물 제조방법에 관한 것이다.
최근 녹색성장을 추구하면서 환경에 대한 관심이 높아짐에 따라 지구 온난화 방지를 위한 이산화탄소 방출 감소가 국제적인 관심 사항이 되고 있다. 이러한 이산화탄소 방출 감소는 지구 온난화 방지 외에도 탄소 배출권이란 상업적 가치를 창출할 수 있어서 관심을 끌고 있다.
세계에서 가장 규모가 큰 네덜란드 암스텔담에 있는 '유럽기후거래소'에서 2006년 한 해 동안 탄소 배출권이 4억 톤 이상 거래되었으며, 매년 50% 이상 탄소 배출권 거래규모가 증가하고 있어 탄소 배출권에 대한 관심이 증대되고 있다.
아스팔트 콘크리트(아스팔트 혼합물, 아스콘) 포장기술 분야에서도 이러한 분위기에 맞추어 이산화탄소 방출 감소에 대한 기술이 활발히 검토되고 있다.
그 중 실용화 가능성 및 규모 면에서 가장 주목받고 있는 것이 아스팔트 콘크리트 포장 시공시의 혼합 및 다짐 온도를 낮출 수 있는 저탄소형 아스팔트 혼합물을 이용한 포장기술 분야이다.
통상 상기 아스팔트 혼합물(Asphalt Mixture)은 아스팔트 믹싱플랜트(Asphalt Mixing Plant)에 아스팔트(Asphalt), 골재(Aggregate), 채움재(Mineral Filler) 등을 투입한 후 이러한 재료들을 가열 및 혼합하여 제조된다.
이에 아스팔트 혼합물은 160~180℃의 고온으로 가열되는 과정을 통해 제조되는데, 포장에 포설 및 다짐 되는 과정에서 상온으로 냉각되는 과정을 거치게 된다.
이때 아스팔트 혼합물 제조에 고온의 가열 과정이 필요한 이유는 아스팔트가 골재의 결합재로서 작용하도록 아스팔트(Asphalt)를 액상 화 시킬 필요가 있기 때문이다.
즉, 아스팔트 포장에 주로 사용되는 아스팔트(Asphalt)는 석유계 아스팔트인데 이러한 석유계 아스팔트(주로 스트레이트 아스팔트(Straight Asphalt)가 이용되며 이러한 스트레이트 아스팔트를 통상 아스팔트 바인더라고도 지칭한다)는 상온에서 흑색의 고체로 존재한다.
이에 아스팔트(Asphalt)를 가열하여 액상 화 시키고 이러한 액상 화된 아스팔트의 접착력을 골재의 결합을 위해 사용하는 것이다.
따라서 아스팔트 포장에 사용되는 아스팔트 혼합물은 가열 아스팔트 혼합물(Hot-Mix Asphalt Mixture, 간단하게 'HMA'라 지칭한다.)로 제조된다.
따라서 아스팔트 혼합물 제조를 위하여 아스팔트 혼합물을 고온으로 가열하기 위해 많은 에너지가 필요하게 되며, 아스팔트 혼합물의 시공 중에도 이산화탄소(CO2)등 유해가스 배출량이 많아지는 문제가 발생하게 된다.
또한, 아스팔트 포장 시 포설 및 다짐 된 고온의 아스팔트 혼합물은 상온 가까이 냉각하는데 소요되는 시간만큼 교통개방시간이 지연되는 문제와 함께 작업자들이 안전사고의 위험에 노출된다는 문제가 있었다.
최근에는 이러한 문제들을 해결하고자 기존 가열 아스팔트 혼합물(HMA)보다 낮은 온도에서도 혼합, 다짐할 수 있는 중온 아스팔트 혼합물(Warm-Mix Asphalt Mixture, 간단하게 'WMA'라 지칭한다.)에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
즉, 아스팔트와 골재의 혼합 및 다짐 온도를 낮추어서 아스팔트 혼합물 포장에 따른 이산화탄소 배출을 절감시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이러한 중온 아스팔트 혼합물(WMA)을 사용하는 포장기술은 가열 아스팔트 혼합물(HMA)에 의한 종래 포장기술에 대비하여 아스팔트 혼합물을 제조하기 위하여 필요한 온도보다 30~40℃ 낮은 110~140℃ 정도의 온도에서 아스팔트 혼합물을 제조할 수 있기 때문에,
(1)아스팔트 혼합물의 생산 및 시공과정에서 각종 유해가스 발생을 억제할 수 있고,
(2)아스팔트 혼합물 생산과정 중 온실가스 주범인 석유계 연료를 약 30% 저감할 수 있고,
(3)아스팔트 혼합물의 시공 후 양생 시간 단축에 따라 빠른 교통 개방이 가능하고,
(4)시공 현장에서 유해 증기나 냄새가 발생하지 않아 작업자의 안전을 확보할 수 있는 등 많은 장점을 가진다.
이러한 중온 아스팔트 혼합물(WMA) 포장 기술의 핵심 기저(Core Mechanism)는 아스팔트의 유동성 개선 즉, 골재의 결합제인 아스팔트의 최적 점도가 가열 아스팔트 혼합물(HMA) 보다 낮은 온도에서 발현되고, 또한 최적 다짐도(Compaction Rate)가 보다 낮은 온도에서 발현되도록 점도를 하강시키는 기술이다.
이 같은 점도 하강 기술은 1956년 최초로 미국 아이오와 주립대학교의 Ladis H. Csanyl 박사가 아스팔트에 스팀을 강제 주입하면서 아스팔트 내에 수분과 공기에 의한 발포 아스팔트를 형성시켜 아스팔트 내부의 응력을 낮춤으로써 점도를 하강시키는 기술을 소개한 바 있다.
최근에는 유럽을 중심으로 2000년부터 스팀 대신에 물을 주입하여 아스팔트를 강제 유화시켜 아스팔트의 점도를 하강시키는 기술과 이러한 물 대신에 제올라이트를 투입하여 제올라이트가 일정 온도에 도달하면(약 110℃ 이상) 함습 되어 있는 물이 배출되면서 아스팔트를 유화시키는 폼-중온 아스팔트 혼합물(Foam-WMA)를 제조하는 기술로 발전 되었다.
한편, 2005년부터는 NCAT(National Center for Asphalt Technology)에서 왁스류 즉, 피셔트로프슈(Fischer Tropsch Synthesis) 공법으로 제조된 폴리에틸렌계 왁스인 사소비트(Sasobit)를 이용한 중온 아스팔트 혼합물(WMA)이 보고되어 있다.
사소비트(Sasobit)는 상온에서는 고체 상태이면서 온도를 높이면 유체로 변하는 분자량 수백 정도의 화합물인데 이러한 왁스는 아스팔트에 첨가되어 왁스의 용융온도 이상에서 아스팔트의 점도를 급격하게 떨어뜨리고, 용용온도 이하에서는 고화되는 특성이 있어 중온 아스팔트 혼합물의 효능을 증진시키기 위한 첨가제로서 사용된다.
통상 폴리에틸렌계 왁스(Polyethylene Wax)는 여러 가지 제조 방법에 따라 생산될 수 있다. 우선, 폴리에틸렌의 제조 또는 처리 과정의 부산물을 정제하여 생산하는 방식이 있고, 폴리에틸렌을 열분해하여 생산하는 방식이 있다. 또한, 단분자 물질을 중합하여 왁스 분자를 생성시키는 방법이 있는데 상기 사소비트(Sasobit)와 같이 피셔트로프슈법(Fischer Tropsch Synthesis) 공법을 이용한 것이 대표적인 예이다.
이러한 폴리에틸렌계 왁스를 제조하는 방법을 3가지로 정리하면 다음과 같다.
(1) 폴리에틸렌 수지를 만드는 과정에서 나오는 저분자량의 부산물로부터 폴리에틸렌계 왁스를 얻거나
(2) 폴리에틸렌 수지를 열 분해시켜 분자량을 감소시키는 방법으로 폴리에틸렌계 왁스를 제조하거나
(3) 피셔트로프슈(Fischer Tropsch synthesis) 공법 등으로 단분자의 물질의 분자량을 증가시켜 왁스 분자를 제조한다.
일반적으로 폴리에틸렌계 왁스의 물성은 그 화학구조에 있어서 주 사슬의 선형성과 분자량에 의해 결정되는 것으로 알려져 있다.
즉 폴리에틸렌계 왁스의 주 사슬의 선형성이 클수록 분자 규칙성이 증가하여 결정화도가 향상되어 용융점, 경도 등의 물성이 높게 되며, 폴리에틸렌계 왁스의 분자량이 크면 용융점도 및 물리적 물성이 높은 폴리에틸렌계 왁스를 제조할 수 있음이 알려져 있다.
이에 폴리에틸렌 수지를 만드는 과정에서 나오는 부산물이나 폴리에틸렌 수지를 열분해를 통해 얻은 폴리에틸렌 왁스는 피셔트로프슈 공법에 의해 제조된 폴리에틸렌 왁스에 비해 그 주 사슬의 선형성이 떨어져 물리적 물성을 향상시키 위해 서는 분자량을 증가시켜야 하는데 이럴 경우 용융점도가 높아져 중온 아스팔트 혼합물(WMA)의 첨가제로 사용 할 수 없고 저온에서의 강성 증가로 바인더의 저온 균열저항성을 감소시킨다.
반면, 피셔트로프슈(Fischer Tropsch Synthesis)공법으로 제조된 사소비트(Sasobit) 왁스는 그 분자 구조가 노르말 알칸(n-alkane) 구조가 90% 이상을 차지하므로 다른 방법으로 제조된 왁스들과 비교하여 가지가 적은 긴 선형 구조(Long Chin Aliphatic Hydrocarbon)를 가지고 있다.
따라서 사소비트(Sasobit) 왁스는 낮은 점도와 더불어 높은 고온 물성을 가지게 되어 다른 폴리에틸렌계 왁스보다 저탄소 첨가제로서 적합한 물성을 보이게 된다.
이에, 피셔트로프슈(Fischer Tropsch Synthesis) 공법으로 제조된 사소비트(Sasobit) 왁스는 낮은 점도로 인해 중온 아스팔트 혼합물에 있어 매우 효과적인 저탄소 첨가제로서 사용되어 왔다.
하지만 이러한 사소비트(Sasobit) 왁스와 같은 폴리에틸렌계 왁스는 소성변형(Rutting,Permanent Deformation) 저항성과 같은 고온 특성은 매우 우수한 반면, 장기간의 노화 후 아스팔트의 경우 강성(stiffness)이 증가하고 강성의 변화율(m-value)이 감소하는 것으로 나타나 아스팔트의 신축성이 저하됨에 따라 전반적으로 아스팔트의 저온 물성이 저하됨을 알 수 있었다.
이에 종래의 사소비트(Sasobit) 왁스을 포함한 폴리에틸렌계 왁스는 아스팔트 혼합물의 저온균열(Low Temperature Crack, 주로 겨울철에 발생하는 것으로서 아스팔트 혼합물에 의한 포장층의 온도 분포의 불균형 현상에 의하여 포장층의 상부로부터 발생하여 하부로 진전되는 균열로서 포장의 횡방향으로 발생하는 특징이 있다)을 일으키는 요인으로 작용할 우려가 크다는 문제점이 있다.
이에, 사소비트(Sasobit) 왁스를 첨가제로 사용하는 중온 아스팔트 혼합물(WMA)에 있어 저온물성 저하문제를 개선할 필요성이 있었다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 사소비트(Sasobit) 왁스와 같이 피셔트로프슈 공법으로 제조된 폴리에틸렌계 왁스뿐만 아니라 다른 방법으로 제조된 폴리에틸렌계 왁스를 이용하는 중온 아스팔트 혼합물의 저온물성 저하현상을 방지할 수 있으며, 점도가 높아 저탄소 첨가제로 사용이 어려운 일반 폴리에틸렌 왁스를 사용한 새로운 중온 아스팔트 혼합물용 저탄소 첨가제 및 이러한 저탄소 첨가제를 아스팔트에 첨가함으로써 플랜트믹스뿐만 아니라 프리믹스타입에 적용가능한 중온화 아스팔트 및 이를 이용한 중온 아스팔트 혼합물을 제안한다.
이로서, 중온 아스팔트 혼합물(WMA)의 혼합 및 다짐온도를 효과적으로 낮출 수 있도록 하여 아스팔트 혼합물을 이용한 포장 시공시 요구되는 가열에너지를 절감하여 이산화탄소 배출량의 절감 및 이로 인한 녹색성장의 토대를 마련할 수 있도록 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 먼저 이산화탄소 배출량을 절감할 수 있도록 제조된 중온 아스팔트 혼합물용 저탄소 첨가제를 제시하며 이러한 저탄소 첨가제는 중온 아스팔트 혼합물(WMA)에 첨가되는 폴리에틸렌계 왁스에 식물성 왁스를 소정 중량부 혼합하여 제조하게 된다.
또한 본 발명은 상기 저탄소 첨가제와 아스팔트를 혼합하되 그 혼합되는 중량비를 제시하며, 이와 같이 제조된 중온화 아스팔트는 최종적으로 골재등과 믹싱되어 중온 아스팔트 혼합물을 제조할 수 있도록 하게 된다.
이에 바람직하게는 본 발명에 따른 중온화 아스팔트는, 아스팔트와 저탄소 첨가제를 100:0.5 내지 100:15의 중량부로 혼합하여 제조되도록 하고,
상기 저탄소 첨가제는 상기 폴리에틸렌계 왁스와 식물성 왁스를 20:1 내지 1:2의 중량 비율로 함유되어 제조되도록 한다.
또한, 바람직하게는 상기 식물성 왁스는 개질 팜 왁스를 사용한 것이다.
또한, 바람직하게는 상기 개질 팜 왁스는 야자열매에서 추출한 팜 오일로부터 제조한 팜 왁스를 수산화 나트륨(NaOH) 및 스테아린산(CH3(CH2)16COOH)과 용융반응 시킨 개질 팜왁스이다.
또한, 바람직하게는, 상기 개질 팜 왁스에 있어서 사용되는 팜 왁스와 상기 수산화 나트륨(NaOH)의 중량 비율은 100:3.5 내지 100:4.0이고, 상기 팜 왁스와 상기 스테아린산의 중량 비율은 100:16.0 내지 100:27.5이다.
또한 바람직하게는 상기 개질 팜 왁스에 야자열매에서 추출한 팜 오일로부터 제조한 팜 왁스가 더 혼합되도록 한다.
또한, 바람직하게는 개질 팜 왁스에 더 혼합되는 상기 팜 왁스는 융점이 55℃ 내지 65℃이고, 상기 개질 팜 왁스는 융점이 80℃ 내지 110℃이다.
또한 바람직하게는 상기 폴리에틸렌계 왁스와 개질 팜 왁스와 혼합되는 상기 팜 왁스의 중량 비율은 50:1 내지 1:1 이 되도록 하였다.
또한 바람직하게는, 상기 저탄소 첨가제는 오일을 더 함유하며, 상기 폴리에틸렌계 왁스와 상기 오일의 중량 비율은 20:1 내지 2:1이 되도록 하였다.
또한, 바람직하게는 상기 오일은 40℃ 동점도(Kinematic Viscosity)가 20 내지 300cSt(센티스토크스, ㎟/s)이다.
또한, 바람직하게는, 상기 폴리에틸렌계 왁스는 융점이 95℃ 내지 125℃이고, 140℃ 용융점도가 80~400cPs(Centipoise)인 폴리에틸렌 수지를 만드는 과정에서 나오는 저분자량의 부산물로부터 얻거나 폴리에틸렌 수지를 열 분해시켜 제조한 폴리에틸렌계 왁스 이다. 점도가 80cPs 이하인 경우는 왁스의 물성이 낮게 되어 아스팔트 고온 물성을 약화시켜 아스팔트 포장용 아스팔트로서 부적합하며, 400cPs 이상인 경우는 점도가 높아 아스팔트 중온화가 어렵게 되기 때문이다.
본 발명에 따르면, 높은 점도로 인해 아스팔트 중온화 첨가제로 사용이 어려웠던 폴리에틸렌계 왁스에 개질 팜 왁스에 의한 식물성 왁스를 혼합하여 저탄소 첨가제를 제조하였고 이를 이용하여 중온화 아스팔트를 제조하면, 용융시간이 길지 않아 프리믹스타입은 물론 플랜트믹스타입으로 빠른 시간 내에 110~140℃에서 중온화 아스팔트를 생산할 수 있어 중온 아스팔트 혼합물 제조 시 필요한 가열에너지를 절감할 수 있어 지구 온난화의 주범인 이산화탄소 발생량을 현저하게 감축시킬 수 있다.
나아가 110~140℃에서 중온 아스팔트 혼합물 혼합 및 다짐에 의한 시공시 발생하는 각종 유해가스 발생을 억제할 수 있으며, 가열 아스팔트 혼합물 온도로 생산 및 시공할 경우 시공가능 시간이 증가하기 때문에 특히 대기 온도가 낮아 운반 및 시공시 온도 저하가 빠른 동절기 시공 시 다짐밀도 및 성능 확보에 유리한 아스팔트 콘크리트 포장공사를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 기술로 제조된 저탄소 첨가제는 종래 피셔트로프슈법으로 제조된 폴리에틸렌계 왁스를 사용하였을 때의 아스팔트 중온화 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 피셔트로프슈법으로 제조된 폴리에틸렌계 왁스를 사용했을 때의 문제점인 저온물성 저하현상을 방지할 수 있다.
또한, 플랜트믹스타입으로 중온 아스콘을 생산할 수 있기 때문에, 아스콘 플랜트의 설비특성과 관계없이 모든 아스팔트 혼합물 플랜트에 적용할 수 있다.
또한, 아스팔트 혼합물 플랜트 운영 시 가열에너지를 절감함과 동시에 각종 유해가스 발생을 억제하고 더불어 작업자의 안전을 확보하면서 아스팔트 혼합물 포장공사를 수행할 수 있으며, 나아가 아스팔트 혼합물 포장공사 수행 후에 조속히 교통 개방을 할 수 있다. 또한 프리믹스타입의 적용이 어려운 짧은 구간이나 접근성이 용이하지 않은 구간 등에도 용이하게 포장공사를 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 저탄소 첨가제에 따른 점도변화를 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 저탄소 첨가제 함량별 G*/sinδ값 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 저탄소 첨가제 함량에 따른 아스팔트 BPR값에 대한 그래프이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 폴리에틸렌계 왁스와 개질 팜 왁스에 의한 식물성 왁스를 포함하는 중온 아스팔트 혼합물용 저탄소 첨가제를 아스팔트에 첨가하여 제조된 중온화 아스팔트 및 이를 이용한 중온 아스팔트 혼합물(WMA)에 관련된 것이다.
이에 먼저, 본 발명의 아스팔트에 혼합되는 중온 아스팔트 혼합물용 저탄소 첨가제에 대하여 설명한다.
본 발명에 있어 아스팔트에 첨가되는 상기 저탄소 첨가제는 가열 아스팔트 혼합물(HMA)의 혼합 및 다짐온도를 30~40℃ 낮출 수 있도록 아스팔트, 첨가제, 골재 등을 혼합하여 제조되는 중온 아스팔트 혼합물(WMA)에 사용되는 것이다.
이러한 저탄소 첨가제를 사용하여 중온 아스팔트 혼합물(WMA)을 제조하면 골재와 아스팔트를 혼합하거나 중온 아스팔트 혼합물의 다짐시 필요한 유동성을 확보할 수 있어 아스팔트 작업온도를 낮출 수 있을 뿐만 아니라 고온물성을 향상시킬 수 있게 된다.
이때 본 발명에 의한 상기 폴리에틸렌계 왁스는 융점이 95℃ 내지 125℃이고, 140℃에서의 용융점도가 80~400cPs(Centipoise) 이어야 한다.
만약, 상기 폴리에틸렌계 왁스의 융점이 95℃보다 낮으면 아스팔트와 혼합시 아스팔트의 강성이 약해질 수 있고, 용융온도가 125℃보다 높으면 중온 아스팔트 혼합물 제조단계에서 충분한 용해가 일어나지 않아 문제가 될 수 있으며, 140℃에서의 용융점도가 80cPs 이하인 경우는 아스팔트 중온화에는 효과적이나 고온 물성이 약화되어 아스팔트 포장용 아스팔트로서 부적합하며, 400cPs보다 높으면 아스팔트의 점도가 너무 높아 아스팔트 혼합물의 중온화를 달성할 수 없게 되기 때문이다.
한편, 앞서 살펴본 것과 같이 중온 아스팔트 혼합물에 의한 성능 개선을 얻기 위해 피셔트로프슈법에 의해 제조된 긴 선형 구조(Long Chin Aliphatic Hydrocarbon)를 갖는 폴리에틸렌계 왁스만을 사용해야 한다면, 왁스 선택에 있어 제한을 받을 뿐만 아니라 저온균열이 발생되는 저온물성 저하를 초래한다.
따라서, 폴리에틸렌계 왁스의 선택 제한을 해소하고 고온특성을 유지하면서 상기 저온물성 저하를 방지하기 위하여 다른 물질을 추가할 필요가 있다.
이에 본 발명은 중온 아스팔트 혼합물용 첨가제의 구성물질로 개질 팜 왁스에 의한 식물성 왁스를 첨가한다.
즉, 폴리에틸렌계 왁스와 상기 식물성 왁스를 포함하는 저탄소 첨가제를 이용하여 중온 아스팔트 혼합물(아스팔트 콘크리트)를 제조하여 저온물성 저하를 방지할 수 있도록 한 것이다.
이때, 상기 중온 아스팔트 혼합물용 저탄소 첨가제를 구성하는 개질 팜 왁스에 의한 식물성 왁스는 폴리에틸렌계와 상기 식물성 왁스가 20:1 내지 1:2의 중량 비율로 함유되도록 하되 바람직하게는 5:1 내지 1:2인 것이 좋다.
예컨대, 상기 식물성 왁스는 상기 폴리에틸렌계 왁스 100 중량부에 대하여 5 내지 200중량부, 바람직하게는 20 내지 200 중량부인 것이 바람직하다.
그 이유는 상기 식물성 왁스의 중량이 5 중량부 미만이면 점도 저하에 의한 중온화 효과 기대 및 중온 아스팔트 혼합물(WMA)의 저온물성 개선이 어렵고, 200 중량부를 초과하면 중온 아스팔트 혼합물(WMA)의 고온물성이 나빠지기 때문이다.
상기 개질 팜 왁스는 중온 아스팔트 혼합물(WMA)의 저온물성 개선 등을 위하여 식물성 왁스를 개질시켜 사용하면 무방하나, 야자열매에서 추출한 식물성 야자유에서 얻은 팜 오일을 수첨 공정을 통해 얻은 개질 팜 왁스를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 개질 팜 왁스에는 추가로 팜 왁스가 혼합되어 사용되는데 이렇게 혼합되는 팜 왁스의 용융온도는 55~65℃ 이다. 이때 혼합되는 팜 왁스는 야자열매에서 추출한 식물성 야자유에서 얻은 팜 오일부터 제조된 것으로써 폴리에틸렌계 왁스 100 중량부에 대하여 2 내지 50 중량부로 추가되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 개질 팜 왁스에 사용되는 팜 왁스는 용융점이 낮아 아스팔트와 혼합 시 물성향상 효과가 제한적이므로, 팜 왁스의 용융점을 높이기 위하여 수산화 나트륨(NaOH)과 스테아린산(CH3(CH2)16COOH)으로 개질한 개질 팜 왁스를 사용하게 된다.
상기 팜 왁스를 개질하는 방법에 대하여 보다 상세히 설명하면, 먼저 200℃를 유지하는 교반기가 부착된 반응기에 팜 왁스를 투입하여 용융 시킨다.
팜 왁스를 용융시킨 후, 수산화나트륨(NaOH)을 팜 왁스 100 중량부 대비 3.5~4.0 중량부 추가로 투입하여 30분간 교반하면 아래와 같은 화학반응이 진행되어 지방산(RCOOH)이 생성된다.
Figure PCTKR2010001985-appb-I000001
여기서, R1, R2, R3는 탄소가 12~16개인 알킬기이다.
생성된 상기 지방산은 수산화나트륨과 아래와 같은 2차 화학반응을 하여 용융점이 높은 나트륨염(sodium salt)을 형성하게 된다.
Figure PCTKR2010001985-appb-I000002
여기서, R1, R2, R3는 탄소가 12~16개인 알킬기이다.
개질 팜 왁스의 용융점을 더 높이기 위하여 팜왁스 100 중량부 대비 16.0~27.5 중량부의 스테아린산을 투입한 다음 2시간 정도 교반하면 아래 화학반응식과 같이 스테아린산은 수산화 나트륨과 반응하여 나트륨 스테아린산이 생성된다.
Figure PCTKR2010001985-appb-I000003
여기서, R4는 스테아린이다.
개질 결과, 아래와 같이 나트륨염 및 미반응 팜왁스가 혼합된 용융점 80~110℃의 개질 팜 왁스가 최종적으로 생성된다.
Figure PCTKR2010001985-appb-I000004
여기서, R1, R2, R3는 탄소가 12~16개인 알킬기이고, R4는 스테아린이다.
한편, 아스팔트 혼합물의 점도를 더욱 낮추어 중온화를 용이하게 달성하기 위하여 상기 저탄소 첨가제에 오일을 더 추가하는 것이 바람직하다.
추가되는 오일은 40℃에서의 동점도(Kinematic Viscosity)가 20 내지 300cSt인 파라핀 및 나프탄계 오일로서, 폴리에틸렌계 왁스 100 중량부에 대하여 5 내지 50 중량부로 추가되는 것이 바람직하다.
오일 함량이 50 중량부를 초과하면 아스팔트 혼합물의 점도는 낮아지지만 아스팔트 혼합물의 고온 물성이 나빠지고, 오일 함량이 5 중량부를 미만이면 아스팔트 혼합물의 점도 저하 효과 크지 않기 때문이다.
다음으로 위에서 살펴본 저탄소 첨가제는 아스팔트에 혼합되도록 제조된다.이때 이러한 혼합방법을 살펴보면 다음과 같다.
즉, 본 발명에 의한 저탄소 첨가제는 아스팔트 및 골재와 함께 아스팔트 믹싱플랜트에 투입하여 110~140℃에서 혼합함으로써 플랜트 믹스타입(Plant-mix-type)으로 중온 아스콘을 생산하는데 이용될 수 있다.
또한, 상기 저탄소 첨가제를 아스팔트와 용융 혼합한 후, 이 용융혼합물을 골재와 함께 아스팔트 믹싱플랜트에 투입하여 110~140℃에서 혼합하는 방식의 프리 믹스타입(Pre-mix-type)으로 중온 아스콘을 생산할 수도 있다.
이에 중온 아스팔트 혼합물을 생산하기 위해서 3.5~8.0중량부의 아스팔트와 92.0~96.5중량부의 골재로 조성하도록 하되 본 발명의 저탄소 첨가제를 아스팔트와 상기 저탄소 첨가제를 100:0.5 내지 100:15의 중량부로 혼합하는 것이 바람직하다.
이는 상기 저탄소 첨가제를 15 중량부 이상 사용할 경우 상온에서 골재 탈리와 내구성을 평가하는 칸타브로 손실률 등이 좋지 않고, 0.5중량부 미만 사용할 경우 중온화 효과가 거의 없기 때문이다.
또한 본 발명의 저탄소 첨가제와 혼합하는 상기 아스팔트는 아스팔트 포장용으로 사용되는 아스팔트이면 무방하나, 현재 아스팔트 포장용 아스팔트로서 침입도 등급 80~100인 아스팔트와 침입도 등급 60~80인 아스팔트를 사용하는 것을 감안하면 위와 같은 등급의 아스팔트를 사용하는 것이 바람직할 것이다.
이하 본 발명을 실험예에 의거하여 더욱 상세하게 설명한다. 다만, 하기 실험에는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실험예에 한정되는 것은 아니다.
[실험예]
(1) 실험재료
AP: 침입도 등급 60~80인 아스팔트로 침입도 70인 아스팔트
PE-M : 용융점 114℃이고 140℃점도가 200cps이고 비중이 0.93인 폴리에틸렌왁스
PE-H : 용융점 115℃이고 140℃점도가 800cps이고 비중이 0.93인 폴리에틸렌왁스
Sasobit : 용융점 112℃이고 140℃점도가 40cps인 Sasol에서 나오는 폴리에틸렌 왁스(상표명 sasobit)
Palm : 용융점 60℃이고 140℃점도가 6cps인 야자열매로부터 추출한 팜 왁스
M-palm : 팜 왁스 80.8%, 수산화나트륨 3.1%, 스테아린산 16.1% 으로 반응시켜 얻은 용융점 100℃이고 140℃점도가 15cps인 개질 팜 왁스
Oil : 40℃ 동점도가 100 cSt인 파라핀계 오일
(2) 중온 아스팔트 혼합물용 저탄소 첨가제 제조
상기 저탄소 첨가제는 1L 반응기에 폴리에틸렌 왁스, 개질 팜왁스, 팜왁스 및 오일 등을 300g 정도 넣고 180℃에서 가열하여 용융시킨 다음 교반기로 20분 용융 혼합하여 제조하였다. 용융 혼합된 첨가제를 3L의 냉각수에 떨어뜨려 냉각시켜 1~2mm 정도 크기의 첨가제를 얻었다.
이렇게 제조된 실시예 및 비교예 저탄소 첨가제의 조성비를 [표 1]과 [표 2]에 나타내었다. 하기 표들은 PHR(PER HUNDRED RESIN)를 기준으로 나타낸 것이다.
표 1
단위(phr) 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6
PE-M 100 100 100 100 100 100
M-Palm 20 60 200 60 30 5
palm - - - - 30 -
oil - - - 30 - -
표 2
단위(phr) 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5 비교예 6
PE-M 100 100 - - - -
PE-H - - 100 100 100 -
Sasobit - - - - - 100
M-Palm - 250 - 250 60 -
palm - - - - - -
oil - - - - 70 -
(3) 중온화 아스팔트(본발명의 저탄소 첨가제가 혼합된 아스팔트) 제조
130℃로 가열된 AP(아스팔트)의 100 중량부에 중온 아스팔트 혼합물용 첨가제를 3 중량부 투입한 다음 2,000rpm의 고속 전단 믹서를 사용하여 20분간 교반하여 첨가제를 완전히 용융시켰다.
(4)중온화 아스팔트 물성 평가
본 발명에 따른 첨가제를 첨가하여 제조된 중온화 아스팔트를 포함한 각 아스팔트(AP)의 물성 평가는 PG 시험을 기준으로 평가 하였으며, 점도 측정은 회전 점도계를 측정하여 측정하였다. 각 실시예 및 비교예의 중온화 아스팔트의 물성은 [표 3]과 같다. 여기서, 사용한 저탄소 첨가제의 함량은 AP(아스팔트)의 100 중량부에 대하여 3 중량부이다.
표 3
저탄소 첨가제 노화 전 아스팔트(Original) RFTO 후 아스팔트 PAV 후 아스팔트
점도(120℃, cps) 점도(140℃, cps) G*/sinδ(70℃, kPa) G*/sinδ(70℃, kPa) Stiffness(-12℃, MPa) m-value(-12℃)
AP 1150 412 0.624 1.201 189 0.33
실시예1 950 330 3.254 4.112 200 0.32
실시예2 900 310 3.013 3.805 180 0.33
실시예3 790 290 1.251 2.101 166 0.35
실시예4 810 300 1.651 2.631 163 0.35
실시예5 895 305 3.002 3.705 175 0.34
실시예6 955 335 3.501 4.212 205 0.32
비교예1 1,067 385 4.276 4.423 245 0.28
비교예2 720 265 0.341 0.651 120 0.37
비교예3 1,250 450 4.783 5.023 275 0.27
비교예4 980 320 0.362 0.721 150 0.36
비교예5 730 290 0.461 0.891 140 0.37
비교예6 880 316 3.792 5.299 250 0.28
RTFO(Rolling Thin Film Oven, 박막가열시험): 아스팔트 혼합물의 생산과정 중 초기 플랜트에서 고온으로 골재와 혼합되고 현장으로 이동, 포설되는 과정의 노화를 모사 PAV(Pressure AgingVessel, 압력노화시험) : 장기간에 걸친 아스팔트 혼합물의 노화 평가(실시예 및 비교예에서 AP 100 중량부에 저탄소 첨가제 3 중량부 사용) G*/sinδ : 아스팔트의 소성변형 저항성 관련 인자 Stiffness: 휨크리프 강성으로 저온에서의 아스팔트 강성(300MPa 이하) m-value: 휨 크리프 기울기로 급격한 취성파괴 여부(0.3 이상)
상기 [표 3]에서와 같이 본 발명에 따른 저탄소 첨가제가 전반적으로 우수한 고온 및 저온 물성을 나타내고 있음을 알 수 있으며, 이를 구체적으로 살펴본다.
AP 보다 점도(120℃ 또는 140℃)가 높거나 Original과 RTFO에서 G*/sinδ가 낮으면 소성변형 저항성이 낮아 저탄소 첨가제로 사용하기 어렵다.
또한, PAV 후 m-value 값이 0.3 이상이거나 AP 보다 높으면 저온 물성이 우수하다고 판단할 수 있다.
일반 폴리에틸렌계 왁스를 사용한 비교예 1과 3의 경우 Original과 RTFO에서 G*/sinδ가 높게 나왔으나, 점도가 침입도 70인 아스팔트(PG 64-22,KS F 2389;아스팔트의 공용성 등급 기준)보다 비슷하거나 높아 저탄소 첨가제로 사용하기에는 부적합함을 알 수 있다.
또한, 이 경우 PAV 후 m-value 값이 0.3 이하이며 침입도 70인 아스팔트 보다 낮아 저온 물성이 좋지 않아 피로 및 균열에 취약하여 저온 지역에서의 사용이 제한될 수 있다.
저탄소 첨가제로 사용되는 비교예 6의 사소비트(Sasobit) 왁스는 낮은 점도와 우수한 소성 변형 저항성을 보여 더운 지역에서 우수한 저탄소 첨가제로 사용할 수 있으나, 일반 폴리에틸렌 왁스와 마찬가지로 PAV 후 m-value 값이 0.3 이하이므로 물성이 좋지 않음을 알 수 있다.
반면, 본 발명에 의한 실시예 1~6의 저탄소 첨가제의 경우 120~140℃ 점도가 침입도 70인 아스팔트보다 낮아 저탄소 첨가제로 사용가능하고, Original과 RTFO에서 G*/sinδ가 침입도 70인 아스팔트 보다 높아 우수한 소성변형 저항성을 가짐을 알 수 있다.
또한, PAV 후 후 m-value 값이 0.3 이상이므로, 양호한 고온 소성변형 저항성과 우수한 저온 물성을 가짐을 알 수 있다.
또한, 과량의 개질 팜 왁스를 사용한 비교예 2, 4를 보면 점도가 낮아 저탄소 첨가제로 사용 가능할 것으로 보일 수 있으나, Original과 RTFO에서 G*/sinδ값이 AP 보다 낮으므로 아스팔트 포장용 아스팔트 첨가제로 사용하기 어려움을 알 수 있다.
실시예 2를 사용하여 AP의 100 중량부에 대하여 저탄소 첨가제 0~10 중량부별 아스팔트 물성을 측정하여 [표 4]에 나타내었다.
[표 4]를 통해, 실시예 2의 저탄소 첨가제의 함량을 변화시킨 중온화 아스팔트는 저탄소 첨가제의 함량이 증가할수록 고온 및 저온 물성이 향상됨을 알수있다.
도 1은 아래 [표 4]의 내용중 첨가제 함량에 따른 점도변화를 그래프로 나타낸 것이다. 이러한 점도 저하로 인해 일반 HMA 보다 낮은 온도에서 아스콘 생산과 시공이 가능한 중온 아스팔트 효과가 나타난다고 볼 수 있다.
도 2는 첨가제 함량별 G*/sinδ값 변화를 나타낸 그래프이다. 함량별로 값의 변화가 급격히 일어나며 아스팔트 개질효과가 극명하게 보여지는 자료이다.
도 3은 노화후 아스팔트 바인더의 균열 저항성을 알아볼 수 있는 BBR을 이용한 시험 자료이다. Stiffness는 낮을수록, m-value는 높을수록 아스팔트 바인더의 균열저항성에 유리한 것으로 알려져 있는데 실시예2의 첨가제 함량이 많아질수록 바인더의 물성에 유리한 거동을 보이는 것을 알 수 있다. 이러한 거동은 기존의 Sasobit과 같은 재료에서 볼 수 없는 본 특허의 재료가 가지는 장점이다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 저탄소 첨가제는 점도 저하 효과와 더불어 중온 아스팔트 혼합물의 소성변형 저항성 향상 및 그 저온물성 저하현상을 보완하는 역할을 하므로, 중온 아스팔트 혼합물용 아스팔트의 첨가제로서 바람직함을 알 수 있다.
표 4
저탄소 첨가제함량(phr) 노화 전 아스팔트(Original) RFTO 후 아스팔트 PAV 후 아스팔트
점도(120℃, cps) 점도(140℃, cps) G*/sinδ(70℃, kPa) G*/sinδ(70℃, kPa) Stiffness(-12℃, MPa) m-value(-12℃)
0 1150 412 0.624 1.201 189 0.33
1 950 380 1.955 2.450 185 0.33
3 900 310 3.013 3.805 180 0.33
5 850 290 4.813 5.912 176 0.34
10 810 275 6.812 7.813 173 0.35
RTFO(Rolling Thin Film Oven, 박막가열시험): 아스팔트 혼합물의 생산과정 중 초기 플랜트에서 고온으로 골재와 혼합되고 현장으로 이동, 포설되는 과정의 노화를 모사PAV(Pressure AgingVessel, 압력노화시험) : 장기간에 걸친 아스팔트 혼합물의 노화 평가(실시예 및 비교예에서 AP-5 100 중량부에 저탄소 첨가제 3 중량부 사용)G*/sinδ : 아스팔트의 소성변형 저항성 관련 인자Stiffness: 휨크리프 강성으로 저온에서의 아스팔트 강성(300MPa 이하)m-value: 휨 크리프 기울기로 급격한 취성파괴 여부(0.3 이상) 사용한 첨가제는 실시예 2번임
(5)중온 아스팔트 혼합물 성능 평가
아스팔트와 골재를 아스팔트 5.3중량부와 골재 94.7중량부로 조성 설계하고, 실시예 2의 저탄소 첨가제를 아스팔트 함량에 대하여 3.0중량부로 첨가하여 중온 아스팔트 혼합물을 생산하였다.
저탄소 첨가제를 사용하여 130℃의 온도로 생산한 중온 아스팔트 혼합물(실시예 7)과 저탄소 첨가제를 사용하지 않고 160℃의 온도로 생산한 가열 아스팔트 혼합물(비교예 7)을 다짐하여 성능을 비교 평가하였다. 아스팔트 포장 현장에서의 다짐 작업성을 평가하기 위해 공극률 시험을 하였다.
표 5
구분 생산온도(℃) 다짐온도(℃) AP 함량(중량부) 저탄소 첨가제(AP 중량부) 공극률(%)
비교예1 160 150 5.3 0 4.0
실시예1 130 120 5.2 3 4.1
실시예 7 및 비교예 7은, [표 5]와 같이 공시체 제작시 생산 및 다짐온도에 있어 약 30℃ 차이가 있었으나, 공극률 차이는 거의 없으므로, 실시예 7이 시공현장에서 포장의 다짐 작업성이 우수한 것을 알 수 있다.
다음으로, 중온 아스팔트 혼합물로 공시체를 제작하여 회복탄성계수 시험을 통해 온도가 저하됨에 따른 수분민감성의 차이를 검토하기 위해 TSR 시험을 하였다. 결과는 아래의 [표 6]과 같다.
표 6
구분 생산온도(℃) 다짐온도(℃) 회복탄성계수(20℃, Mpa) 동적안정도(회/㎜) TSR(%)
비교예1 160 150 1.08 500 62
실시예1 130 120 3.18 2485 87
[표 6]에서 알 수 있는 것과 같이, 본 발명의 실시예 7에 따르면 상온에서의 내구성을 나타내는 회복탄성계수는 약 3배 향상되었으며, 고온에서의 소성변형 저항성을 나타내는 동적 안정도는 약 5배, 동결융해와 수분에 대한 저항성을 나타내는 TSR은 1.4배 향상되었다.
즉, 본 발명의 실시예 7에 따른 중온 아스팔트 혼합물은 기존의 아스팔트 혼합물과 비교해 볼 때, 생산 및 다짐 온도가 훨씬 낮으므로 에너지를 본 발명에 따라 아스콘 제조시 에너지를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 소성변형 저항 특성 등의 내구성이 우수함을 알 수 있어 저탄소 중온 아스팔트 혼합물로서 적합함을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 저탄소 첨가제 및 이를 이용하여 제조된 아스팔트 및 중온 아스팔트 혼합물의 우수성은 상기의 실시예를 통해 상세히 설명하였지만 본 발명은 상기의 구성에 의해서만 반드시 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 치환, 변형 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 폴리에틸렌계 왁스와 식물성 왁스를 포함하는 중온 아스팔트 혼합물용 저탄소 첨가제에 있어서,
    상기 저탄소 첨가제는 상기 폴리에틸렌계 왁스와 식물성 왁스를 20:1 내지 1:2의 중량 비율로 함유하며,
    상기 식물성 왁스는 야자열매에서 추출한 팜 오일(Palm oil)을 수첨하여 제조한 팜 왁스에 수산화 나트륨(NaOH) 및 스테아린산(CH3(CH2)16COOH)을 용융반응시켜 생성된 개질 팜왁스인 것을 특징으로 하는 중온 아스팔트 혼합물용 저탄소 첨가제.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 폴리에틸렌계 왁스는 융점이 95℃~125℃이고, 140℃에서의 용융점도가 80~400cPs 인 것을 특징으로 하는 중온 아스팔트 혼합물용 저탄소 첨가제.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 식물성 왁스는 개질 팜 왁스에 야자열매에서 추출한 팜 오일로부터 제조된 팜 왁스를 더 혼합 시킨 것으로써, 상기 팜 왁스는 융점이 55℃~65℃인 것을 특징으로 하는 중온 아스팔트 혼합물용 저탄소 첨가제.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 개질 팜 왁스에 사용되는 팜 왁스와 상기 수산화 나트륨(NaOH)의 중량 비율은 100:3.5 내지 100:4.0이고, 상기 팜 왁스와 상기 스테아린산의 중량 비율은 100:16.0 내지 100:27.5인 것을 특징으로 하는 중온 아스팔트 혼합물용 저탄소 첨가제.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 개질 팜왁스의 융점은 80℃~110℃인 것을 특징으로 하는 중온 아스팔트 혼합물용 저탄소 첨가제.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 개질 팜 왁스에 더 혼합되는 팜 왁스는 상기 폴리에틸렌계 왁스와 상기 팜 왁스의 중량 비율이 50:1 내지 1:1인 것을 특징으로 하는 중온 아스팔트 혼합물용 저탄소 첨가제.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 저탄소 첨가제는 오일을 더 함유하며, 상기 폴리에틸렌계 왁스와 상기 오일의 중량 비율은 20:1 내지 2:1인 것을 특징으로 하는 중온 아스팔트 혼합물용 저탄소 첨가제.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 오일은 40℃ 동점도(Kinematic Viscosity)가 20~300cSt인 것을 특징으로 하는 중온 아스팔트 혼합물용 저탄소 첨가제.
  9. 아스팔트에 중온화 아스팔트용 저탄소 첨가제를 첨가하여 제조된 중온화 아스팔트에 있어서,
    상기 중온화 아스팔트는 상기 아스팔트와 상기 저탄소 첨가제를 100:0.5 내지 100:15의 중량부로 혼합하여 제조되고,
    상기 저탄소 첨가제는 폴리에틸렌계 왁스와 식물성 왁스를 20:1 내지 1:2의 중량 비율로 함유하며,
    상기 식물성 왁스는 야자열매에서 추출한 팜 오일(Palm oil)을 수첨하여 제조한 팜 왁스에 수산화 나트륨(NaOH) 및 스테아린산(CH3(CH2)16COOH)을 용융반응시켜 생성된 개질 팜 왁스인 것을 특징으로 하는 저탄소 첨가제를 이용하여 제조된 중온화 아스팔트.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 폴리에틸렌계 왁스는 융점이 95℃~125℃이고, 140℃에서의 용융점도가 80~400cPs 인 것을 특징으로 하는 저탄소 첨가제를 이용하여 제조된 중온화 아스팔트.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 상기 식물성 왁스는 개질 팜 왁스에 야자열매에서 추출한 팜 오일로부터 제조된 팜 왁스를 더 혼합 시킨 것으로써, 상기 팜 왁스는 융점이 55℃~65℃인 것을 특징으로 하는 저탄소 첨가제를 이용하여 제조된 중온화 아스팔트.
  12. 제 9항에 있어서,상기 개질 팜 왁스에 사용되는 팜 왁스와 상기 수산화 나트륨(NaOH)의 중량 비율은 100:3.5 내지 100:4.0이고, 상기 팜왁스와 상기 스테아린산의 중량 비율은 100:16.0 내지 100:27.5인 것을 특징으로 하는 저탄소 첨가제를 이용하여 제조된 중온화 아스팔트.
  13. 제 9항에 있어서, 상기 개질 팜왁스의 융점은 80℃~110℃인 것을 특징으로 하는 저탄소 첨가제를 이용하여 제조된 중온화 아스팔트.
  14. 제 9항에 있어서, 상기 개질 팜 왁스에 더 혼합되는 팜 왁스는 상기 폴리에틸렌계 왁스와 상기 팜 왁스의 중량 비율이 50:1 내지 1:1인 것을 특징으로 하는 저탄소 첨가제를 이용하여 제조된 중온화 아스팔트.
  15. 제 9항에 있어서, 상기 저탄소 첨가제는 오일을 더 함유하며, 상기 폴리에틸렌계 왁스와 상기 오일의 중량 비율은 20:1 내지 2:1인것을 특징으로 하는 저탄소 첨가제를 이용하여 제조된 중온화 아스팔트.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 오일은 40℃ 동점도(Kinematic Viscosity)가 20~300cSt인 것을 특징으로 하는 저탄소 첨가제를 이용하여 제조된 중온화 아스팔트.
  17. 아스팔트, 골재 및 중온 아스팔트 혼합물용 저탄소 첨가제를 혼합하여 중온 아스팔트 혼합물을 제조하는 방법으로서,
    상기 아스팔트, 상기 골재 및 상기 저탄소 첨가제를 아스팔트 믹싱플랜트에 투입하는 단계; 및
    상기 믹싱플랜트에 투입된 상기 아스팔트, 상기 골재 및 상기 저탄소 첨가제를 110℃ 내지 140℃에서 혼합하는 단계를 포함하며,
    상기 아스팔트와 상기 저탄소 첨가제의 중량 비율은 100:0.5 내지 100:15이고,
    상기 저탄소 첨가제는 폴리에틸렌계 왁스와 식물성 왁스를 20:1 내지 1:2의 중량 비율로 함유하며,
    상기 식물성 왁스는, 야자열매에서 추출한 팜 오일(Palm oil)을 수첨하여 제조한 팜 왁스에 수산화 나트륨(NaOH) 및 스테아린산(CH3(CH2)16COOH)을 용융반응시켜 생성된 개질 팜 왁스를 함유하도록 제조되는 것을 특징으로 하는 중온화 아스팔트를 이용하여 제조된 중온 아스팔트 혼합물 제조방법.
  18. 아스팔트, 골재 및 중온 아스팔트 혼합물용 저탄소 첨가제를 혼합하여 중온 아스팔트 혼합물을 제조하는 방법으로서,
    상기 아스팔트와 상기 저탄소 첨가제를 100:0.5 내지 100:15의 중량부로 용융 혼합하여 용융 혼합물을 제조하는 단계;
    상기 용융 혼합물과 골재를 아스팔트 믹싱플랜트에 투입하여 110℃ 내지 140℃에서 혼합하는 단계를 포함하며,
    상기 저탄소 첨가제는 폴리에틸렌계 왁스와 식물성 왁스를 20:1 내지 1:2의 중량 비율로 함유하며,
    상기 식물성 왁스는, 야자열매에서 추출한 팜 오일(Palm oil)을 수첨하여 제조한 팜 왁스에 수산화 나트륨(NaOH) 및 스테아린산(CH3(CH2)16COOH)을 용융반응시켜 생성된 개질 팜 왁스를 함유하도록 제조되는 것을 특징으로 하는 중온화 아스팔트를 이용하여 제조된 중온 아스팔트 혼합물 제조방법.
  19. 제 17항 또는 제 18항에 있어서, 상기 아스팔트와 골재는 3.5~8.0중량부의 아스팔트와 92.0~96.5중량부의 골재로 혼합되도록 하는 것을 특징으로 하는 중온화 아스팔트를 이용하여 제조된 중온 아스팔트 혼합물 제조방법.
  20. 제 17항 또는 제 18항에 있어서, 상기 식물성 왁스는 개질 팜 왁스에 야자열매에서 추출한 팜 오일로부터 제조된 팜 왁스를 더 혼합 시킨 것으로써, 상기 팜 왁스는 융점이 55℃~65℃인 것을 특징으로 하는 중온화 아스팔트를 이용하여 제조된 중온 아스팔트 혼합물 제조방법.
PCT/KR2010/001985 2009-08-31 2010-03-31 중온 아스팔트 혼합물용 저탄소 첨가제, 이를 이용하여 제조된 중온화 아스팔트 및 중온 아스팔트 혼합물 제조방법 WO2011025116A1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/059,924 US9017470B2 (en) 2009-08-31 2010-03-31 Low carbon-dioxide additive compositions and warm-mix asphalt binder and mixture production method using the additive
JP2011528960A JP5307245B2 (ja) 2009-08-31 2010-03-31 中温化アスファルト混合物用低炭素添加剤及びこれを利用して製造された中温化アスファルト並びに中温化アスファルト混合物の製造方法
CN2010800024468A CN102149764B (zh) 2009-08-31 2010-03-31 低碳添加剂、温拌沥青与温拌沥青混合料的制备方法
EP10808885.7A EP2357210B1 (en) 2009-08-31 2010-03-31 Low carbon additive for warm mix asphalt mixture, warm mixed asphalt prepared by using same, and preparation method of warm mix asphalt mixture

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2009-0081136 2009-08-31
KR1020090081136A KR100949380B1 (ko) 2009-08-31 2009-08-31 중온 아스팔트 혼합물용 저탄소 첨가제
KR1020090081138A KR100949381B1 (ko) 2009-08-31 2009-08-31 저탄소 첨가제로 제조한 중온화 아스팔트 및 이를 이용한 중온 아스팔트 혼합물 제조방법
KR10-2009-0081138 2009-08-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011025116A1 true WO2011025116A1 (ko) 2011-03-03

Family

ID=43628181

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2010/001985 WO2011025116A1 (ko) 2009-08-31 2010-03-31 중온 아스팔트 혼합물용 저탄소 첨가제, 이를 이용하여 제조된 중온화 아스팔트 및 중온 아스팔트 혼합물 제조방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9017470B2 (ko)
EP (1) EP2357210B1 (ko)
JP (1) JP5307245B2 (ko)
CN (1) CN102149764B (ko)
WO (1) WO2011025116A1 (ko)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5900797B2 (ja) * 2012-03-30 2016-04-06 大日本印刷株式会社 熱転写受像シートおよびその製造方法
US9068129B2 (en) 2012-09-20 2015-06-30 Exxonmobil Research And Engineering Company Upgrading properties of asphalts with wax
CN102942794B (zh) * 2012-11-21 2014-09-17 江苏苏博特新材料股份有限公司 一种橡胶沥青高温降粘剂、其制备方法及其应用
JP6224316B2 (ja) * 2012-11-28 2017-11-01 花王株式会社 口唇化粧料
US9546275B2 (en) 2013-04-09 2017-01-17 Saudi Arabian Oil Company Enhancing properties of sulfur extended asphalt using polyethylene wax
JP6309329B2 (ja) * 2014-04-08 2018-04-11 昭和シェル石油株式会社 改質アスファルト組成物
CN106977963A (zh) * 2017-04-21 2017-07-25 无锡市城市道桥科技有限公司 节能型温拌改性沥青及其生产装置和生产方法
CN109929256A (zh) * 2019-03-15 2019-06-25 青岛中塑高新材料有限公司 一种高强度改性沥青熔点调节剂及其制备方法
JPWO2020255670A1 (ko) * 2019-06-19 2020-12-24
CN111019362A (zh) * 2019-11-21 2020-04-17 中国水利水电第七工程局有限公司 一种沥青混合料温拌剂、制备方法和应用
CN114772969B (zh) * 2022-05-10 2023-01-17 西南交通大学 一种低碳耐久的纤维裹蜡沥青增强材料及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003055559A (ja) * 2001-08-10 2003-02-26 Kao Corp 道路舗装用改質アスファルト組成物
US20060230981A1 (en) * 2003-05-28 2006-10-19 Smac Acieroid Hot melt binder for asphalt product with reduced production temperature and applications of said binder
KR100770785B1 (ko) * 2006-07-27 2007-10-26 중앙대학교 산학협력단 포장용 개질 아스팔트 바인더 및 그 제조방법
US20090068348A1 (en) * 2007-09-07 2009-03-12 Reinke Gerald H Warm asphalt binder compositions containing lubricating agents

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4028436A (en) * 1975-04-01 1977-06-07 Eastman Kodak Company Melt phase process for the preparation of emulsifiable polyethylene waxes
US6214103B1 (en) * 1998-04-28 2001-04-10 Hikarigiken Co., Ltd. Asphalt paving mix for paving at ambient temperatures and a process for making the same
US7842746B2 (en) * 2002-05-02 2010-11-30 Archer-Daniels-Midland Company Hydrogenated and partially hydrogenated heat-bodied oils and uses thereof
US6890982B2 (en) * 2002-06-11 2005-05-10 Marcus Oil And Chemical-Corp. Wax for hot melt adhesive applications
BRPI0411025A (pt) * 2003-06-05 2006-07-25 Hexion Specialty Chemicals Inc emulsões para produtos de lignocelulose, métodos de sua fabricação, produtos de lignocelulose melhorados e métodos para sua fabricação
MX314208B (es) * 2007-07-26 2013-10-14 Akzo Nobel Nv Modificadores de adherencia y cohesion para asfalto.
US8026380B2 (en) * 2007-07-30 2011-09-27 H R D Corporation System and process for production of fatty acids and wax alternatives from triglycerides
EP2062943A1 (en) * 2007-11-14 2009-05-27 Akzo Nobel N.V. Asphalt modifiers for "warm mix" applications including adhesion promoter
FR2923836B1 (fr) * 2007-11-20 2010-03-26 Eurovia Liant thermofusible a base d'asphalte ou de bitume a temperature de fabrication abaissee comprenant un triglyceride d'acides gras satures.
US8034172B2 (en) * 2008-12-17 2011-10-11 Foris Technologies, L.L.C. Asphalt compositions and products comprising tall oil derived materials, and methods for making and using same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003055559A (ja) * 2001-08-10 2003-02-26 Kao Corp 道路舗装用改質アスファルト組成物
US20060230981A1 (en) * 2003-05-28 2006-10-19 Smac Acieroid Hot melt binder for asphalt product with reduced production temperature and applications of said binder
KR100770785B1 (ko) * 2006-07-27 2007-10-26 중앙대학교 산학협력단 포장용 개질 아스팔트 바인더 및 그 제조방법
US20090068348A1 (en) * 2007-09-07 2009-03-12 Reinke Gerald H Warm asphalt binder compositions containing lubricating agents

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JEONG, KYU-DONG ET AL.: "Low-Carbon Foamed Warm Mix Asphalt Pavement.", HARMONY OF NATURE AND CIVILIZATION, vol. 57, February 2009 (2009-02-01), pages 24 - 27, XP008170843 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP5307245B2 (ja) 2013-10-02
CN102149764A (zh) 2011-08-10
US20110203484A1 (en) 2011-08-25
EP2357210A1 (en) 2011-08-17
JP2012500329A (ja) 2012-01-05
EP2357210A4 (en) 2015-08-19
US9017470B2 (en) 2015-04-28
EP2357210B1 (en) 2020-01-08
CN102149764B (zh) 2013-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2011025116A1 (ko) 중온 아스팔트 혼합물용 저탄소 첨가제, 이를 이용하여 제조된 중온화 아스팔트 및 중온 아스팔트 혼합물 제조방법
KR100949381B1 (ko) 저탄소 첨가제로 제조한 중온화 아스팔트 및 이를 이용한 중온 아스팔트 혼합물 제조방법
WO2014092418A1 (ko) 유지 찌꺼기를 포함하는 중온 재생 아스팔트 첨가제 및 이를 포함하는 중온 재생 아스팔트 혼합물
US7902277B2 (en) Processing bituminous mixtures for paving at reduced temperatures
WO2011078481A2 (ko) 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물 및 그 시공방법
KR101123783B1 (ko) 셀룰로스 파이버를 혼입한 고분자 개질 중온화 첨가제 및 이를 사용한 아스팔트와 아스팔트 혼합물의 제조방법
KR101100416B1 (ko) 박리방지 특성을 가지고 있는 중온 아스팔트 혼합물용 중온화 첨가제 및 그 제조방법
KR102115296B1 (ko) 건식형 개질 순환 중온 아스팔트 혼합물용 개질 첨가제 및 이를 이용한 아스팔트 혼합물 및 그 제조방법
KR100949380B1 (ko) 중온 아스팔트 혼합물용 저탄소 첨가제
KR101100415B1 (ko) 박리방지 특성을 가지고 있는 중온화 첨가제를 사용한 중온 아스팔트 및 이를 이용한 중온 아스팔트 혼합물의 제조방법
EP2723818B1 (en) Additives for bitumen containing compositions
US7037961B2 (en) Method for preparation of asphalt composition
KR101282173B1 (ko) 폴리에틸렌 부직포가 분산되어 있는 중온형 건식 아스팔트 개질제 및 그 제조방법
CN109096778B (zh) 一种用于隧道路面沥青及其制备方法
CN112375395A (zh) 一种环保型smc温拌改性沥青及其制备方法
KR101651526B1 (ko) 철도 노반용 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체를 함유한 아스팔트 개질제 및 상기 아스팔트 개질제의 제조방법
CN108298897A (zh) 一种水泥及纳米粘土改性的稀释沥青冷补料
KR101281622B1 (ko) 톨루엔디아민계 폴리올을 포함하는 중온 재생 아스팔트 첨가제 및 그 제조방법
CN115044099B (zh) 一种适于热拌沥青混合料超低温施工的二维沥青温拌剂和温拌沥青及其制备方法
KR102313593B1 (ko) 재생기능제, 이를 포함하는 아스팔트 조성물 및 이를 포함하는 재생 아스팔트 혼합물
KR101275595B1 (ko) 톨루엔디아민계 폴리올을 함유하는 중온 재생 첨가제를 포함하는 중온 재생 아스팔트 혼합물 및 그 제조방법
CN108752947A (zh) 一种新型阻燃抑烟沥青及其制备方法
CN117050549B (zh) 一种沥青温拌再生剂及其制备方法和应用
CN111499252B (zh) 一种冷拌冷铺沥青添加剂及沥青混合料的制备方法
WO2023120769A1 (ko) 아미도폴리아민 또는 이미다졸린 형태의 아스팔트 첨가제의 제조방법 및 이에 따라 제조된 아스팔트 첨가제

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201080002446.8

Country of ref document: CN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 309/MUMNP/2011

Country of ref document: IN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010808885

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011528960

Country of ref document: JP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13059924

Country of ref document: US

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10808885

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE