KR100541406B1 - 폐토너를 개질재로 사용한 아스팔트 바인더 - Google Patents

Abstract

1990년대 이후 국내의 급속한 사무자동화와 정보산업의 발전과 더불어 복사기 분야는 연간 10만대(3천억원), 프린터 분야는 연간 290만대(4천억원)규모까지 폭발적인 신장을 나타내고 있으며 기업활동에 밀접한 관계를 갖고 있는 필수적인 품목이므로 앞으로도 꾸준한 성장이 지속될 전망이다. 그러나 이는 그만큼 환경적 영향도 커지고 있다는 것을 의미한다. 왜냐하면 복사기와 프린터 카트리지 내부의 미소진된 폐토너 발생량이 연간 대략 810톤으로 5톤 트럭으로 160대, 금액으로 약 400억원(5천만원/톤)에 상당하는데 이를 폐카트리지 또는 그 자체로서 대부분 소각하거나 매립하여 대기오염과 토양, 수질 등에 엄청난 오염을 유발시키고 있기 때문이다.

게다가 토너를 국내 굴지의 기업에서도 생산한다고 하나 원자재는 전량 수입에 의존하고 있어 외화낭비 또한 갈수록 심화되고 있다. 본 발명은 이러한 폐토너의 효율적인 재활용방안을 고려하던 중 토너에 아스팔트 혼합물(Asphalt Mixture)의 내마모성 증진, 저온에서의 균열, 고온에서의 소성변형을 개선시켜 준다고 보고되어 있는 카본 블랙(Carbon Black)이 포함되어 있다는 사실에 착안하여 아스팔트 혼합물 보강재로서의 실험을 계획하였다.

본 발명에서는 일반 아스팔트 바인더(AP-3 및 AP-5)에 5∼15%범위의 폐토너를 첨가, 교반하여 골재와 혼합한 아스팔트 혼합물을 제조하고 비교대상으로 동일한 조건에서 폐토너를 첨가하지 않는 아스팔트 혼합물을 제조하여 각각 역학시험을 실시하였다. 그 결과 폐토너의 첨가량을 증가시킬수록 소성변형 저항성과 수분 민감성이 우수하며 온도 변화에 따른 혼합물의 성질은 폐토너 첨가량과 상관없이 비슷한 경향을 나타내는 등 내구성면에서 크게 향상 또는 동등하다는 것을 실험을 통하여 확인하였다. 그러므로 본 발명은 폐토너 활용에 의한 경제적 가치 상승과 동시에 아스팔트 혼합물의 내구성을 향상키는 것이다.

폐토너, 카본 블랙, 아스팔트 혼합물, 개질재, 보강재

Description

폐토너를 개질재로 사용한 아스팔트 바인더 {Asphalt binder used waste Toner as Modifying and Reinforcing Material}

도 1은 일반 아스팔트 바인더에 폐토너를 교반하는 사진도.

도 2는 폐토너 첨가량에 따른 아스팔트 혼합물의 외관을 비교한 사진도.

도 3은 일반 아스팔트 바인더(AP-3)와 이에 폐토너로 개질시킨 바인더의 PG 등급을 비교한 그래프도.

도 4는 일반 아스팔트 바인더(AP-5)와 이에 폐토너로 개질시킨 바인더의 PG 등급을 비교한 그래프도.

도 5는 폐토너 첨가량에 따른 마샬안정도를 비교한 그래프도.

도 6은 폐토너 첨가량에 따른 간접인장강도 시험 결과를 비교한 그래프도.

도 7은 폐토너 첨가량에 따른 크리프 시험 결과를 비교한 그래프도.

도 8은 폐토너 첨가량에 따른 회복탄성계수 시험 결과를 비교한 그래프도.

도 9는 폐토너 첨가량에 따른 수분민감도 시험 결과를 비교한 그래프도.

본 발명은 아스팔트 바인더에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 일반 아스팔트 바인더에 개질재로 폐토너를 첨가, 교반한 아스팔트 바인더에 관한 것이다.

아스팔트 바인더에 개질재(改質材)가 사용된 것은 전 세계적으로는 이미 50년이 넘었지만 최근 10년동안 새롭게 관심을 끌고 있다. 우리 나라에서도 공용수명을 증가시키고, 조기 파손을 감소시키기 위해 1990년대 중반 이후 아스팔트 혼합물에 다양한 개질재가 도입되어 사용되고 있는 실정이다.

그러나, 국내에 도입된 개질 아스팔트는 일반 아스팔트에 비하여 많게는 2배 이상의 비용이 소요되고 있는 것으로 조사되어 초기 공사비를 증가시키는 결점이 있다.

따라서. 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 일반 아스팔트 바인더에 폐토너를 개질재로 사용함으로써, 환경보호, 자원재활용 및 포장의 내구성 증대를 달성하는 아스팔트 바인더를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 85 내지 89 중량퍼센트의 아스팔트 바인더 및 개질재로서 11 내지 15 중량퍼센트의 폐토너를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 아스팔트 바인더는 AP-3와 AP-5인 것이 바람직하다.
(실시예)
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
본 발명에서는 일반 아스팔트 바인더에 폐토너를 5∼15 중량퍼센트 범위의 비율로 첨가 후 60분간에 걸쳐 소량을 점진적으로 첨가하면서 140∼180℃의 온도에서 교반하였다. 그리고, 상기와 같이 혼합된 아스팔트 바인더에 골재를 혼합하여 아스팔트 혼합물을 제조하였는바, 입도는 국내에서 가장 일반적인 13∼25mm 밀입도를 채택하였다. 여기서는 비교례로 폐토너를 첨가하지 않은 아스팔트 바인더 및 아스팔트 혼합물을 제조하였다.

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본 발명에 의한 아스팔트 바인더의 성능 향상은 아스팔트의 고온과 저온특성을 분명하게 측정할 수 있는 수퍼페이브 제1단계 바인더시험을 사용하여 확인하였다. 또한 아스팔트 혼합물의 공학적 성능 향상은 마샬안정도, 간접인장강도, 수분민감도 시험, 크리프 시험 및 회복탄성계수 시험을 실시하여 확인하였다.

도 3은 일반 아스팔트 바인더(AP-3)와 이에 폐토너로 개질시킨 바인더의 PG(Performance Grade)시험 결과가 도시되어 있다.
PG 58-22인 일반 아스팔트 바인더(AP-3)는 58℃의 고온에서 견딜 수 있는 물리적 특성과 -22℃의 저온에서 견딜 수 있는 물리적 특성을 갖고 있다는 의미인데, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이 폐토너 첨가율이 증가할수록 PC 고온등급이 상승하는 효과가 있는 것으로 나타났으며, 폐토너의 함량이 15 중량퍼센트 일 때 가장 높은 것을 알 수 있다.

도 4는 일반 아스팔트 바인더(AP-5)와 이에 폐토너로 개질시킨 바인더의 PG(Performance Grade)시험 결과를 도시한 그래프이다.
PG 64-22인 일반 아스팔트 바인더(AP-5)도 마찬가지로 폐토너 첨가율이 증가할수록 PG 고온등급이 상승하였는데, 특히 폐토너 첨가율이 15 중량퍼센트인 경우 PG 76은 SHRP(Strategic Highway Research Program - 1994년 미국에서 연구 완료된 신도로연구) 바인더 시방서에서 저속하중, 정지하중 또는 초과 트럭 하중을 감당하기 위해 사용된다고 명기되어 있다.

도 5는 마샬안정도 시험 결과를 도시한 그래프이다.
마샬안정도는 아스팔트 혼합물의 강도를 측정하기 위한 것으로 폐토너를 첨가하지 않은 아스팔트 혼합물과 폐토너의 첨가율이 5 중량퍼센트인 아스팔트 혼합물은 대등한 수준을 보이고 있으나, 폐토너의 첨가율이 15 중량퍼센트인 아스팔트 혼합물에서 600kg정도 더 높은 수준을 보이고 있어서 폐토너 첨가량이 증가할수록 안정도가 크게 증가하는 것으로 나타났다.

도 6은 간접인장강도 시험 결과를 도시한 그래프이다.
간접인장강도는 아스팔트 혼합물의 강성과 균열발생 가능성을 나타내는 시험으로 폐토너로 보강된 아스팔트 혼합물이 폐토너를 첨가하지 않은 혼합물에 비하여 강도가 증가하고 있어서 균열발생에 대한 저항성이 우수한 것으로 나타났으며 또한 폐토너 첨가량이 증가할 수록 강성은 증가하는 효과가 있는 것으로 나타났다.

도 7은 크리프 시험 결과를 도시한 그래프이다.
크리프 시험은 아스팔트 포장의 소성변형 저항성을 나타내는 시험으로서 변형율이 작게 나타날수록 소성변형 저항성이 우수한 아스팔트 혼합물이다. 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이 폐토너로 보강된 아스팔트 혼합물이 변형량이 적게 나타나고 있어서 소성변형에도 우수한 혼합물이라고 할 수 있다.

도 8은 회복탄성계수 시험 결과를 도시한 그래프이다.
회복 탄성 계수는 5℃, 25℃, 40℃에서 측정하였으며 온도의 변화에 따라 회복탄성계수의 변화가 작은 혼합물이 아스팔트 포장 재료로서 우수한 혼합물이라고 할 수 있다. 폐토너 첨가량에 관계없이 온도민감성에 거의 비슷한 결과를 나타냈다. 그러나 이 중에서도 온도변화에 따라 폐토너의 첨가율이 15 중량퍼센트일 때 회복탄성계수가 높아 온도민감성에 우수한 포장체라고 볼 수 있다.

도 9는 수분민감도 시험 결과를 도시한 그래프이다.
수분민감도 시험은 아스팔트 혼합물의 수분민감도를 평가하는 시험으로서 동결융해시킨 조절시료의 간접인장강도를 관리시료의 간접인장강도로 나눈 비로서 표시하며 시방규정은 0.7이상이다. 도 7에서 보는 바와 같이 일반 아스팔트 혼합물은 시방규정이하이나 폐토너의 첨가율이 5∼15 중량퍼센트인 아스팔트 혼합물은 폐토너를 첨가하지 않은 일반 아스팔트 혼합물에 비하여 수분에 대한 저항성이 약 2배 정도 높은 것으로 나타나서 폐토너의 첨가가 아스팔트 혼합물의 내구성 향상에 크게 공헌하고 있다는 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 아스팔트 개질재로서 폐토너를 활용하여, 일반 아스팔트에 비하여 성능이 현저하게 개량된 아스팔트 바인더를 제공함으로써 아스팔트 혼합물의 공용수명을 연장시킬 수 있다. 또한 본 발명은 국내에서 발생하는 폐토너를 재활용함으로써 폐토너의 소각 및 매립비용 삭감과 이에 따른 대기 및 토양오염도 방지할 수 있는 효과를 가져온다.

Claims (5)

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3. 85 내지 89 중량퍼센트의 아스팔트 바인더 및 개질재로 11 내지 15 중량퍼센트의 폐토너를 포함하는 아스팔트 바인더에 있어서, 상기 아스팔트 바인더는 AP-3와 AP-5인 것을 특징으로 하는 아스팔트 바인더.
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