KR101305064B1 - 유황 폴리머 에멀젼을 포함하는 반강성 포장용 주입재 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유황 폴리머 에멀젼을 포함하는 반강성 포장용 주입재 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 결합재 성분; 수지 성분; 및 혼합수를 포함하되, 상기 수지 성분은 원유의 정유 공정에서 발생된 유황 모노머로부터 중합된 유황 폴리머 에멀젼을 포함하는 반강성 포장용 주입재 조성물을 제공한다. 본 발명에 따르면, 고유동성과 고내구성 등을 가지면서, 폐자원의 재활용에 의해 반강성 포장의 시공비용(포장비용)을 절감할 수 있다.

Description

유황 폴리머 에멀젼을 포함하는 반강성 포장용 주입재 조성물{FILLING COMPOSITION FOR SEMI-RIGID PAVEMENT COMPRISING SULFUR POLYMER EMULSION}

본 발명은 반강성 포장용 주입재 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고유동성과 고내구성 등을 가지면서 폐자원의 재활용을 통해 시공비용을 절감할 수 있는 반강성 포장용 주입재 조성물에 관한 것이다.

국내에서는 매년 막대한 양의 원유를 수입하고 있다. 이러한 원유의 정유 공정에서는 유황(sulfur)이 산업 부산물로 발생한다. 국내 통계자료에 의하면, 연간 국내 부생 유황 생산량이 120만톤에 이르고 있다고 보고되고 있으며, 매년 증가 추세에 있다. 특히, 내수 수요의 한정과 최대 유황 수입 대상국인 중국이 우리나라에서의 수입 의존도를 낮추고 있어 잉여 유황이 증가하고 있다. 따라서, 이와 같은 산업폐기물인 유황을 자원화하여 다양한 용도로의 재활용 방안이 요구되고 있다.

한편, 국내 서해 및 남해의 관광활성화를 위해 2020년까지 36개 이상의 연륙 연도교 개발 계획이 있는 등 대형 교량의 건설이 시행되거나, 추진되고 있다. 이때, 교량의 바닥판은 충격, 우수(雨水) 및 염화물 등으로부터 보호하기기 위해 일반적으로 라텍스 개질 콘크리트(LMC) 교면 포장이 주로 시공되고 있다. 그러나, LMC 공법의 경우, 단위 시멘트량의 15중량% 이상의 라텍스를 사용하기 때문에 재료비가 고가인 단점을 가지고 있다.

이에, 최근에는 LMC 교면 포장공법의 장점인 고강도 및 고내구성 등의 특성을 확보하고, 이와 동시에 경제성 저하 문제를 해결할 수 있는 소재 및 공법에 대한 필요가 증가되고 있다. 이러한 일환으로서, 가요성 포장인 아스팔트 포장과 강성 포장인 콘크리트 포장의 장점을 접목시킨 반강성 포장에 대한 기술적 수요가 증가하고 있다.

반강성 포장은, 공극이 큰 아스팔트 혼합물, 즉 개립도 아스팔트 혼합물인 모체 아스팔트 포장체에 침투용 시멘트 주입재를 충전한 포장을 의미한다. 반강성 포장은 아스팔트 포장의 휨성과 콘크리트 포장의 강성 및 내구성을 복합적으로 확보하는데 목적이 있다. 일반적으로, 반강성 포장은, 공극이 큰 개립도 아스팔트 포장을 시공한 후에, 그 공극에 고유동의 시멘트 주입재 조성물을 침투시키는 공정으로 구성된다.

또한, 반강성 포장은 종래 일반적인 아스팔트 포장의 시공에 사용되는 장비를 활용하여, 아스팔트 혼합물의 포설, 다짐 후, 공극에 시멘트 주입재 조성물을 침투시키는 공정으로 진행되므로 시공이 용이하다는 장점을 가지고 있다. 그리고 표층이 아스팔트 포장체로 시공되므로 평탄성이 우수하고, 일반 콘크리트 포장에 비하여 진동이나 소음이 작다는 장점이 있다. 아울러, 반강성 포장은 표층인 아스팔트 포장 부분에 실시하기 때문에 유지보수와 리싸이클도 가능하다는 장점을 확보하고 있다. 이러한 반강성 포장은 주로 도로의 포장에 적용되고 있다.

예를 들어, 대한민국 특허등록 제10-0641842호, 대한민국 특허등록 제10-0577399호, 대한민국 특허등록 제10-0716012호, 및 대한민국 특허등록 제10-1041549호 등에는 위와 같은 반강성 포장용 주입재 조성물이 제시되어 있다.

상기 선행 특허문헌들에서도 제시된 바와 같이, 반강성 포장을 위한 주입재 조성물은 일반적으로 결합재 성분(시멘트, 급결제, 지연제 등), 수지 성분, 및 혼합수(물) 등이 혼합된 밀크(milk) 형태를 갖는다. 이때, 상기 수지 성분은 충전성 개선 및 내구성 향상 등을 위해 첨가되며, 이는 주로 아크릴 공중합체가 사용되고 있다.

그러나 종래 기술에 따른 주입재 조성물은 상기 아크릴 공중합체의 높은 단가로 인하여 일반적인 아스팔트 혼합물에 비하여 가격이 높아 시공비용(포장비용)이 높은 문제점이 있다. 이에 따라, 최근에는 반강성 포장체의 보다 우수한 경제성 확보와 내구성 증진 등을 위한 필요성이 대두되고 있으며, 이를 해결하기 위한 일환으로서 반강성 포장용 주입재 조성물의 제조 시 충전성 개선 및 내구성 향상 등을 위해 사용되는 아크릴 공중합체를 대체할 수 있는 소재에 대한 개발이 요구되고 있다.

대한민국 특허등록 제10-0641842호 대한민국 특허등록 제10-0577399호 대한민국 특허등록 제10-0716012호 대한민국 특허등록 제10-1041549호

이에, 본 발명은 고유동성과 고내구성 등을 가지면서 폐자원의 재활용을 통해 시공비용을 절감할 수 있는 반강성 포장용 주입재 조성물을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 결합재 성분; 수지 성분; 및 혼합수를 포함하고, 상기 수지 성분은 원유의 정유 공정에서 발생된 유황 모노머로부터 중합된 유황 폴리머 에멀젼을 포함하는 반강성 포장용 주입재 조성물을 제공한다.

위와 같은 본 발명에서, 상기 유황 폴리머 에멀젼은 정유 공장에서 발생된 유황 모노머에 1차 개질제를 첨가하여 1차 액상 중합하고, 상기 1차 중합된 유황 모노머 중합체에 2차 개질제를 첨가하여 2차 액상 중합한 다음, 계면활성제를 첨가하여 유화 중합시켜 제조된 것이 바람직하다.

또한, 상기 수지 성분은 아크릴 공중합체를 더 포함할 수 있으며, 이러한 아크릴 공중합체는 330cps ~ 400cps의 점도와, 0.98g/㎤ ~ 1.0g/㎤의 밀도를 가지는 것이 좋다.

바람직한 구현예에 따라서, 본 발명에 따른 반강성 포장용 주입재 조성물은, 결합재 성분 100 중량부에 대하여 수지 성분 10 ~ 30 중량부, 및 혼합수 15 ~ 35 중량부를 포함할 수 있다. 그리고 상기 결합재 성분은, 결합재 성분 전체 중량 기준으로 시멘트 50 ~ 65 중량%, 급결제 12 ~ 20 중량%, 수축 저감제 12 ~ 20 중량%, 지연제 0.1 ~ 0.5 중량%, 및 실리카 파우더 5 ~ 20 중량%를 포함하는 것이 좋다.

본 발명에 따르면, 고유동성과 고내구성 등을 가지면서, 폐자원의 재활용에 의해 경제성이 확보된다. 구체적으로, 본 발명에 따르면, 원유의 정유 공정에서 발생된 유황 부산물(폐기물)로부터 중합된 유황 폴리머 에멀젼이 수지 성분의 일부 또는 전부를 대체하여 주입재 조성물의 저가격화를 도모한다. 이에 따라, 반강성 포장의 시공비용(포장비용)을 절감할 수 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 반강성 포장용 주입재 조성물(이하, '조성물'로 약칭한다)은 결합재 성분, 수지 성분, 및 혼합수(물)를 포함한다. 본 발명에 따른 조성물은 도로나 교량 등의 반강성 포장에 유용하게 사용되며, 보다 구체적으로 공극이 큰 아스팔트 포장체, 즉 개립도 아스팔트 포장체의 공극에 주입 및 충전된다.

상기 결합재 성분은 아스팔트 포장체와의 결합력을 위한 것으로서, 이는 통상과 같이 시멘트를 포함한다. 결합재 성분은 시멘트 이외에 급결, 수축 저감, 경화 지연 및/또는 충전 등을 위한 기타 기능성 성분을 더 포함할 수 있다. 결합재 성분은, 구체적으로 적어도 시멘트를 포함하되 급결제, 수축 저감제, 지연제 및 충전제 등으로부터 선택된 하나 이상을 더 포함할 수 있으며, 바람직하게는 이들 모두를 포함하는 것이 좋다.

상기 시멘트는 예를 들어 보통 포틀랜드 시멘트, 조강 시멘트 및 저열 시멘트 중에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 이러한 시멘트는, 결합재 성분 전체를 구성할 수 있으며, 상기한 바와 같이 결합재 성분이 기타 기능성 성분을 더 포함하는 경우, 시멘트는 결합재 성분 전체 중량 기준(100 중량%)으로, 예를 들어 40 ~ 80 중량%로 포함될 수 있다. 이때, 시멘트의 함량이 40 중량% 미만이면 조성물의 결합력이 미미할 수 있다. 그리고 시멘트의 함량이 80 중량%를 초과하면 조성물의 유동성이 미미할 수 있고, 상대적으로 상기 기능성 성분의 함량이 낮아져 기능성 성분의 첨가에 따른 효과가 미미해질 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 시멘트는 결합재 성분 전체 중량 기준(100 중량%)으로 50 ~ 65 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.

상기 급결제는 조성물의 급결을 위한 것으로서, 이는 예를 들어 결정질 칼슘 알루미네이트 분말, 비정질 칼슘 알루미네이트 분말, 칼슘 설퍼 알루미네이트 분말 및 소듐 알루미네이트 분말 중에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 또한, 급결제는 상기 나열된 분말 이외에 무수석고, 이수석고 및 반수석고 중에서 선택된 하나 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 급결제는 결합재 성분 전체 중량 기준(100 중량%)으로, 예를 들어 10 ~ 30 중량%로 포함될 수 있다. 이때, 급결제의 함량이 10 중량% 미만이면, 이의 첨가에 따른 급결 특성이 미미할 수 있다. 그리고 급결제의 함량이 30 중량%를 초과하면 조성물의 유동성이 저하되어 아스팔트 공극에 주입이 어려울 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 급결제는 결합재 성분 전체 중량 기준(100 중량%)으로 12 ~ 20 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.

상기 수축 저감제는 조성물의 경화 시 수축 저감을 위한 것으로서, 이는 통상적으로 사용되는 것을 사용할 수 있다. 수축 저감제는 예를 들어 팽창능을 가지는 무수석고, 알루미늄 분말 및 탄소 분말 등으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 수축 저감제는 결합재 성분 전체 중량 기준(100 중량%)으로, 예를 들어 1.0 ~ 30 중량%로 포함될 수 있다. 이때, 수축 저감제의 함량이 1.0 중량% 미만이면, 이의 첨가에 따른 수축 저감 특성이 미미하여 균열을 초래할 수 있다. 그리고 수축 저감제의 함량이 30 중량%를 초과하면 조성물의 과다 팽창으로 인한 균열이 나타날 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 수축 저감제는 결합재 성분 전체 중량 기준(100 중량%)으로 12 ~ 20 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.

상기 지연제는 조성물의 수화(응결)를 지연시키기 위한 것으로서, 이는 충분한 가사시간의 확보를 위하여 첨가된다. 지연제는 시멘트의 수화를 지연시키기 위한 것으로서, 이는 예를 들어 소듐 글루코네이트, 구연산, 주석산 및 말레인산 등으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 지연제는 결합재 성분 전체 중량 기준(100 중량%)으로, 예를 들어 0.01 ~ 2.0 중량%로 포함될 수 있다. 이때, 지연제의 함량이 0.01 중량% 미만이면, 이의 첨가에 따른 수화 지연 특성이 미미할 수 있다. 그리고 지연제의 함량이 2.0 중량%를 초과하면 과다 지연으로 공기가 길어질 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 지연제는 결합재 성분 전체 중량 기준(100 중량%)으로 0.1 ~ 0.5 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.

상기 충전제는 조성물의 충전 특성과 내구성 등을 향상시키기 위해 첨가되며, 이는 또한 경화 후, 포장체에 압축 강도를 개선시킬 수 있다. 충전제는 무기물 등으로부터 선택될 수 있으며, 바람직하게는 실리카나 실리카흄 등으로부터 선택될 수 있다. 충전제는, 보다 구체적으로 마이크로 크기의 실리카 파우더(powder)를 유용하게 사용할 수 있다. 충전제는 결합재 성분 전체 중량 기준(100 중량%)으로, 예를 들어 1.0 ~ 30 중량%로 포함될 수 있다. 이때, 충전제의 함량이 1.0 중량% 미만이면, 이의 첨가에 따른 충전, 내구성 및 압축 강도 개선이 미미할 수 있다. 그리고 충전제의 함량이 30 중량%를 초과하면, 상대적으로 시멘트의 함량이 작아져 조성물의 결합력이 낮아질 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 충전제는 결합재 성분 전체 중량 기준(100 중량%)으로 5 ~ 20 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 결합재 성분은 상기와 같은 성분 이외에 혼화제, 증점제 및 유동화제 등으로부터 선택된 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 혼화제는 예를 들어 고로슬래그 분말, 플라이 애쉬 및 공업용 소석회 등으로부터 선택된 하나 이상이 사용될 수 있으며, 상기 증점제는 메틸 셀룰로오스 등으로부터 선택될 수 있다. 그리고 상기 유동화제는 조성물의 유동성을 증가시키기 위한 것으로서, 이는 예를 들어 나프탈렌 설폰산염계, 멜라민 설폰산염계 및 폴리칼본산계 등으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 이러한 혼화제, 증점제 및 유동화제는, 필요에 따라 선택적으로 포함될 수 있다. 이때, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 결합재 성분 전체 중량 기준(100 중량%)으로, 상기 혼화제는 예를 들어 0.1 ~ 20 중량%, 상기 증점제는 예를 들어 0.01 ~ 2.0 중량%, 상기 유동화제는 예를 들어 0.01 ~ 5.0 중량%로 포함될 수 있다.

한편, 상기 수지 성분은 조성물의 고유동성과 고내구성, 그리고 충전성 개선 등을 위한 것으로서, 이는 본 발명에 따라서 유황 폴리머 에멀젼(sulfur polymer emulsion)을 포함한다. 그리고 상기 유황 폴리머 에멀젼은 원유의 정유 공정에서 발생된 유황 모노머(sulfur monomer)로부터 중합(polymerization)된 것이 사용된다.

상기 유황 폴리머 에멀젼은, 구체적으로 원유의 정제 과정에서 발생된 산업 부산물(폐기물)인 유황 모노머를 폴리머로 합성, 개질한 에멀젼으로서, 이는 바람직한 구현예에 따라서 다음과 같이 중합되어 제조된 것이 사용된다.

원유의 정유 공정에서는 다량의 유황 모노머가 산업 부산물로 발생한다. 이러한 유황 모노머를 회수하여, 여기에 1차 개질제(modifier)를 첨가하여 1차 액상 중합한다. 이때, 상기 1차 개질제는 단량체(monomer), 이합체(dimer) 및 올리고머(oligomer) 등으로서, 이는 예를 들어 고리 화합물이나 방향족 화합물 등으로부터 선택될 수 있다. 상기 1차 개질제는, 바람직하게는 사이클로펜타디엔(cyclopentadiene)계로부터 선택되는 것이 좋다. 상기 1차 개질제는, 구체적인 예를 들어 사이클로펜타디엔(cyclopentadiene), 디사이클로펜타디엔(dicyclopentadiene) 및 사이클로펜타디엔 올리고머(cyclopentadiene oligomer) 등으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 그리고 유황 모노머에 위와 같은 1차 개질제를 첨가하여, 예를 들어 130℃ ~ 140℃의 온도에 1차 액상 중합하여 유황 모노머 중합체를 얻는다. 이때, 유황 모노머와 1차 개질제는, 예를 들어 2 ~ 30 : 1의 중량비로 혼합되어 중합될 수 있다.

다음으로, 상기 1차 중합된 유황 모노머 중합체에 2차 개질제를 첨가하여 2차 액상 중합한다. 이때, 상기 2차 개질제는 쇄연장제로 작용하며, 이는 2중 이상의 결합(2중 또는 3중 결합)을 가지는 탄화수소계로부터 선택될 수 있다. 상기 2차 개질제는, 바람직하게는 올레핀계 탄화수소(olefinic hydrocarbon)로부터 선택되는 것이 좋다. 2차 개질제는, 구체적인 예를 들어 에틸렌계, 프로필렌계 및 이들의 공중합체 등으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 그리고 1차 중합된 유황 모노머 중합체에 위와 같은 2차 개질제를 첨가하여, 예를 들어 130℃ ~ 140℃의 온도에서 2차 액상 중합하여 유황 폴리머를 얻는다. 이때, 1차 중합된 유황 모노머 중합체와 2차 개질제는, 예를 들어 5 ~ 20 : 1의 중량비로 혼합되어 중합될 수 있다.

이후, 상기 얻어진 유황 폴리머에 에멀젼화(유화)를 위한 계면활성제(surfactant)를 첨가하여 최종적으로 유화 중합시킨다. 이때, 에멀젼화는, 예를 들어 70℃ ~ 80℃의 온도에서 진행할 수 있다. 상기 계면활성제는 에멀젼화를 도모할 수 있는 것이면 제한되지 않는다. 계면활성제는 특별히 한정하는 것은 아니지만 솔비탄류, 아미드류, 아민류 및 이들의 유도체 등으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 계면활성제는 솔비탄모노올레이트, 솔비탄모노라우릴레이트, 라우릴 디에틸 아민 옥사이드, 야자유 알킬디메틸아민 옥사이드, 야자유지방산 디에탄올 아미드, 야자유 지방산 모노에탄올 아미드, 글리세릴 스테아레이트, 폴리에틸렌 글리콜 모노이소스테아레이트, 세테아릴 올리베이트, 소르비탄 올리베이트 및 이들의 유도체 등으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 계면활성제는 용매(solvent)에 혼합되어 사용될 수 있으며, 상기 용매는 물, 그리고 알코올류 및 케톤류 등의 유기 용제 등으로부터 선택될 수 있다.

위와 같이 유화 중합된 유황 폴리머 에멀젼은 본 발명에 따른 조성물에 고유동성과 고내구성, 그리고 충전성 등을 개선한다. 그리고 고가의 고분자 수지를 일부 또는 전부 대체하여 경제성을 확보한다. 구체적으로, 본 발명에 따르면, 상기 유황 폴리머 에멀젼은 고유동성과 고내구성 등을 갖게 하면서, 원유의 정유 공정에서 발생된 폐기물(유황 모노머)로부터 유래(합성)되어 조성물의 저가격화를 도모한다. 이에 따라, 본 발명에 따르면, 유효 자원이 재활용되어 반강성 포장의 시공비용을 절감할 수 있다.

또한, 본 발명의 예시적인 형태에 따라서, 상기 수지 성분은 고유동성과 고내구성 등의 물성 개선을 위해 통상의 고분자 수지를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에서 수지 성분은 상기와 같은 유황 폴리머 에멀젼을 적어도 포함하되, 통상적으로 사용되는 고분자 수지를 더 포함할 수 있다. 이러한 고분자 수지는 액상 또는 에멀젼의 제형으로 본 발명의 조성물에 포함될 수 있다.

상기 고분자 수지는 제한되지 않으며, 이는 예를 들어 비닐아세테이트계, 비닐알코올계, 아마이드계 및 아크릴계 공중합체 등으로부터 선택될 수 있다. 고분자 수지는, 상기 여러 종류의 수지 중에서도 접착 강도에 유리한 아크릴계 공중합체를 포함하는 것이 바람직하다. 구체적인 예를 들어, 고분자 수지는 아크릴산, 메틸메타아크릴레이트 및 부틸아크릴레이트 등으로부터 선택된 하나 이상이 중합된 아크릴계 공중합체를 포함하는 것이 좋다. 이때, 상기 아크릴계 공중합체는 330cps(센티 포이즈) ~ 400cps의 점도와, 0.98g/㎤ ~ 1.0g/㎤의 밀도를 가지는 것이 물성 개선에 바람직하다. 그리고 상기 아크릴계 공중합체는 유백색의 액상 또는 에멀젼의 제형으로서, 이는 예를 들어 불휘발분을 40 ~ 48중량%로 포함하고, pH 8.0 ~ 9.0을 가질 수 있다.

또한, 상기 수지 성분은 위와 같은 유황 폴리머 에멀젼과 아크릴계 공중합체를 포함하되, 수지 성분 전체 중량 기준(100 중량%)으로 유황 폴리머 에멀젼 5 ~ 60 중량%, 및 아크릴계 공중합체 40 ~ 95 중량%를 포함하는 것이 좋다. 이때, 유황 폴리머 에멀젼의 함량이 5 중량% 미만이면, 이의 사용에 따른 고유동성 및 고내구성 등의 물성과 경제성 개선이 미미할 수 있다. 그리고 유황 폴리머 에멀젼의 함량이 60 중량%를 초과하면, 상대적으로 아크릴계 공중합체의 함량이 낮아져 아크릴 공중합체의 혼합사용에 따른 접착 강도 등의 개선 효과가 미미할 수 있다.

아울러, 상기 수지 성분은 결합재 성분 100 중량부에 대하여, 예를 들어 5 ~ 40 중량부로 포함될 수 있다. 이때, 수지 성분의 함량이 5 중량부 미만이면, 이의 함유에 따른 고유동성 및 고내구성 등의 개선 효과가 미미할 수 있다. 그리고 수지 성분의 함량이 40 중량부를 초과하는 경우, 과잉 함유에 따른 상승효과가 그다지 크지 않고 경제적인 면에서 바람하지 않을 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 수지 성분은 결합재 성분 100 중량부에 대하여 10 ~ 30 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 혼합수는 물로서, 이는 예를 들어 결합재 성분 100 중량부에 대하여, 10 ~ 50 중량부로 포함될 수 있다. 이때, 혼합수의 함량이 10 중량부 미만이면 유동성이 낮고 시멘트 수화가 균일하지 않을 수 있다. 그리고 혼합수의 함량이 50 중량부를 초과하는 경우, 건조 시간이 오래 걸리고 강도가 낮아질 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 혼합수는 결합재 성분 100 중량부에 대하여, 15 ~ 35 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 조성물은 상기 성분 이외에 보강재 성분을 더 포함할 수 있다. 상기 보강재 성분은 포장체의 강도 보강을 위한 것으로서, 이는 바람직하게는 섬유를 포함하면 좋다. 보강재 성분은, 구체적으로 반강성 포장체의 강도를 보강할 수 있는 것이면 제한되지 않으며, 바람직하게는 소정의 굵기와 길이를 가지는 섬유를 포함하면 좋다. 보강재 성분은, 보다 바람직하게는 폴리비닐알코올 섬유, 폴리에틸렌 섬유 및 폴리에스테르 섬유 등으로부터 선택된 하나 이상의 섬유를 포함하면 좋다. 이러한, 보강재 성분은 상기 결합재 성분 100 중량부에 대하여, 예를 들어 0.005 ~ 10 중량부로 포함될 수 있다. 이때, 보강재 성분의 함량이 0.005 중량부 미만이면, 이의 첨가에 따른 강도 보강 특성이 미미할 수 있다. 그리고 보강재 성분이 10 중량부를 초과하면 조성물의 유동성이 낮아져 아스팔트 공극에 주입이 어려워질 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 보강재 성분은 결합재 성분 100 중량부에 대하여, 0.01 ~ 5 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 조성물은 도로나 교량 등의 반강성 포장에 유용하게 적용된다. 구체적으로, 본 발명에 따른 조성물은 도로나 교량 등의 반강성 포장체를 시공하거나, 보수하는 데에 유용하게 적용된다. 예를 들어, 도로나 교량 등의 바닥면에 아스팔트 포장재를 포설, 다짐한 다음, 상기 아스팔트 포장재의 공극에 본 발명에 따른 조성물을 주입, 충전하여 반강성 포장체를 시공하는 방법으로 적용될 수 있다. 이때, 상기 아스팔트 포장재는 통상과 같다. 아스팔트 포장재는, 구체적으로 종래 일반적으로 사용되는 아스팔트 혼합물로서, 이는 예를 들어 아스팔트, 시멘트 및 골재 등을 포함할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 고유동성과 고내구성 등을 가지면서, 폐자원의 재활용에 의해 경제성이 확보된다. 구체적으로, 원유의 정유 공정에서 발생된 유황 부산물(폐기물)로부터 중합된 유황 폴리머 에멀젼이 고유동성과 고내구성 등을 갖게 하면서, 수지 성분의 일부 또는 전부를 대체하여 주입재 조성물의 저가격화를 도모한다. 이에 따라, 폐자원의 재활용에 의해 환경문제를 개선하면서, 반강성 포장의 시공비용(포장비용)을 절감한다.

이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 예시한다. 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕도록 하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다.

[실시예 및 비교예]

< 유황 폴리머 에멀젼의 합성 >

원유의 정유 공정에서 발생된 유황 모노머를 입수하여, 여기에 1차 개질제(modifier)로서 사이클로펜타디엔 올리고머(cyclopentadiene oligomer)와 디사이클로펜타디엔(dicyclopentadiene)을 첨가한 다음, 약 135℃에서 1차 액상 중합하였다. 이후, 2차 개질제(modifier)로서 폴리에틸렌을 첨가한 다음, 약 135℃에서 2차 액상 중합하였다. 다음으로, 계면활성제(솔비탄모노올레이트) 용액을 첨가한 다음, 약 75℃에서 유화 중합하여 최종 생성물 유황 폴리머 에멀젼을 얻었다.

< 주입재 조성물의 제조 >

각 실시예 및 비교예에 따라, 하기 [표 1] 및 [표 2]에 보인 바와 같은 조성(성분 및 함량)으로 주입재 조성물을 제조하였다. 이때, 수지 성분(유황 폴리머 에멀젼과 아크릴 공중합체)과 물을 먼저 믹서에 투입하여 혼합한 다음, 결합재를 투입하여 750rpm의 속도로 3분간 혼합하여 제조하였다. 그리고 아크릴계 공중합체는 아크릴레이트로서, 이는 하기 [표 3]에 보인 물성을 가진 것을 사용하였다.

　　　　<　주입재 조성물의 성분 및 함량(중량%) >

구분	결합재 성분 혼합비율 (결합제 성분 전체 중량 기준, 중량%)					수지 성분 혼합비율 (수지 성분 전체 중량 기준, 중량%)
	시멘트	급결제	지연제	수축 저감제	충전제	유황 폴리머 에멀젼	아크릴계 공중합체
비교예 1	60	15.7	0.3	15.0	9.0	-	100
실시예 1	60	15.7	0.3	15.0	9.0	5	95
실시예 2	60	15.7	0.3	15.0	9.0	10	90
실시예 3	60	15.7	0.3	15.0	9.0	30	70
실시예 4	60	15.7	0.3	15.0	9.0	50	50

　　　　　　　　　　　　　<　주입재 조성물의 성분 및 함량(kg/㎥) >

구 분	결합재 성분(kg/㎥)					수지 성분(kg/㎥)		물 (kg/㎥)
	시멘트	급결제	지연제	수축 저감제	충전제	유황 폴리머 에멀젼	아크릴계 공중합체
비교예 1	1,150	301.0	5.75	287.5	172.5	-	255.5	319.5
실시예 1	1,150	301.0	5.75	287.5	172.5	12.8	242.7	319.5
실시예 2	1,150	301.0	5.75	287.5	172.5	25.6	229.9	319.5
실시예 3	1,150	301.0	5.75	287.5	172.5	76.7	178.8	319.5
실시예 4	1,150	301.0	5.75	287.5	172.5	127.8	127.7	319.5
- 시멘트 : 1종 보통 포틀랜드 - 급결제 : 칼슘 설퍼 알루미네이트 분말 - 지연제 : 주석산 - 수축 저감제 : 무수석고 - 충전제 : 실리카 파우더(평균 입도 15 ㎛)

　　　<　아크릴계 공중합체의 물성 >

항목	내용
주성분	아크릴공중합체
겉모양	유백색액체
불휘발분(wt%)	45.3%
점도(cps)	360
pH	8.5
이온성	Anionic
비중(밀도)	1

상기 각 실시예 및 비교예에 따라 제조된 주입재 조성물에 대하여, 다음과 같이 성능확인 실험을 수행하였으며, 그 결과를 하기 [표 4]에 나타내었다.

< 압축 강도 평가>

압축강도는 KS F 2405 시험방법에 준하여 평가하고, 하기 수학식 1에 따라 계산하였다. 이때, 각 주입재 조성물을 이용하여 500×500×500mm의 공시체(시험 시편)를 제작한 다음, 재령별(3시간, 1일, 7일, 28일)로 평가하였으며, 하기 [표 3]에는 재령별로 각각 3개씩 측정한 평균값을 나타내었다.

< 유하 시간 평가 >

유하 시간은 『주입모르타르의 컨시스턴시 시험방법』KS F 2432에 준하여 평가하였다. 이때, 시험용 용기에 주입재 조성물을 일정높이까지 채운 후 유출하고, 유출시 주입재가 처음 끊어질 때까지의 시간을 P-con으로 측정하였으며, 하기 [표 3]에는 그 평균값을 나타내었다.

< 주입재 조성물의 성능 평가 결과 >

구분	유하 시간 (sec)	압축 강도(MPa)
		3시간	1일	7일	28일
비교예 1	10.41	25.2	33.2	45.6	50.8
실시예 1	10.45	26.4	35.4	48.2	55.6
실시예 2	10.65	29.4	40.2	52.4	58.2
실시예 3	10.52	26.5	34.2	45.8	51.9
실시예 4	11.24	22.2	29.6	42.1	48.9

상기 [표 4]에 나타난 바와 같이, 수지 성분으로서 본 발명에 따라 유황 폴리머 에멀젼을 혼입한 경우(실시예 1 ~ 4), 아크릴계 중합체만을 사용한 비교예 1과 거의 동일한 성능을 나타내었다. 이는 폐자원을 이용한 유황 폴리머 에멀젼이 고가의 아크릴계 중합체(아크릴레이트)를 대체할 수 있음을 의미한다. 이때, 상기 실시예들에서는 50중량%까지 대체 가능함을 알 수 있었으며, 특히 유황 폴리머 에멀젼의 혼입 비율 30중량%(실시예 1 ~ 3)까지는 혼입하지 않은 비교예 1보다 우수한 성능을 가짐을 알 수 있었다. 아울러, 국내외 반강성 포장용 주입재의 요구 성능인 14초 및 7일강도 10 ~ 30MPa을 모두 만족하여 정유 산업 부산물인 유황의 대량 재활용이 가능함을 알 수 있었다.

Claims (10)

1. 결합재 성분;
   수지 성분; 및
   혼합수를 포함하고,
   상기 수지 성분은, 원유의 정유 공정에서 발생된 유황 모노머로부터 중합된 유황 폴리머 에멀젼 10 ~ 45 중량%, 및 330cps ~ 400cps의 점도와 0.98g/㎤ ~ 1.0g/㎤의 밀도를 가지는 아크릴계 공중합체 55 ~ 90중량%를 포함하여 구성되며;
   상기 유황 폴리머 에멀젼은 정유 공장에서 발생된 유황 모노머에 1차 개질제를 첨가하여 1차 액상 중합하고, 상기 1차 중합된 유황 모노머 중합체에 2차 개질제를 첨가하여 2차 액상 중합한 다음, 계면활성제를 첨가하여 유화 중합시켜 제조된 것이고;
   상기 1차 개질제는 사이클로펜타디엔계로부터 선택되고, 상기 2차 개질제는 올레핀계 탄화수소로부터 선택되며;
   상기 결합재 성분은, 결합재 성분 전체 중량 기준으로 시멘트 50 ~ 65 중량%, 급결제 12 ~ 20 중량%, 수축 저감제 12 ~ 20 중량%, 지연제 0.1 ~ 0.5 중량%, 및 실리카 파우더 5 ~ 20 중량%를 포함하고;
   폴리비닐알코올 섬유, 폴리에틸렌 섬유 및 폴리에스테르 섬유로부터 선택된 하나 이상을 가지는 보강재 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 반강성 포장용 주입재 조성물.
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