KR20060081052A - 개질 아스팔트의 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분말고무개질제(Crumb Rubber Modifier, CRM), Thermoplastic Elastomer(이하 TPE라 함), 가교제(Cross Linking Agent)의 복합 개질아스팔트에 관한 것으로 기존에 나와있는 Styrene Butadiene Styrene(이하 SBS라 함) 개질아스팔트의 내열성 문제와 Atactic Polypropylene(이하 APP라 함) 개질아스팔트의 내한성 문제를 폐타이어 분말과 가교제를 적용함으로써 모두 해결할 수 있는 고개질 아스팔트로 열공법 방수공사용 아스팔트 컴파운드 또는 이를 적용한 방수시트로 사용되는 개질아스팔트이다. 다시 말하자면, APP 개질 아스팔트의 장점인 UV 및 열노화에 대한 저항성, 고온에서의 흐름저항성이 강하나, 복원력 부족, 저온에서의 크랙이 발생할 우려가 많은 개질 아스팔트이며, SBS 개질 아스팔트의 장점인 저온 특성, 복원력 및 충진성(Sealing capacity)이 우수하나 UV 및 열노화에 대한 저항성, 고온에서의 흐름 저항성이 부족한 개질 아스팔트로, 개발된 복합개질아스팔트는 두 가지 개질 아스팔트의 장점만을 골고루 갖춘 차세대 고개질아스팔트이며 콘크리트 구조물의 상부, 지하바닥, 지하외벽, 지상 비노출바닥에 열공법용 도막 방수자재와 고내구성을 가지는 방수시트 및 도로포장재로 사용이 가능한 개질아스팔트 조성물 및 제조방법에 관한 것이다.

개질아스팔트, 방수Sheet

Description

개질 아스팔트의 제조방법{Manufacturing Method of Modified Asphalt}

본 발명은 콘크리트 구조물의 상부, 지하바닥, 지하외벽, 지상 비노출바닥에 열공법용 도막 방수자재와 고내구성을 가지는 방수시트 및 도로 포장재로 사용이 가능한 복합 개질아스팔트 조성물 및 제조방법에 관한 것이다.

기존에 사용되어온 방수재에는 아스팔트를 개질시켜 만든 시트방수와 고무 아스팔트계, 아크릴 고무계, 아크릴 수지계와 같은 수분의 증발로 인해 도막이 형성되는 에멀젼형, 우레탄 고무계, 에폭시 고무계와 같은 반응경화형이 있다.

고무 아스팔트 방수로는 고무, 수지 등을 이용하여 아스팔트를 개질시킨 시트 방수, 합성고무, 가류제, 충진제 등을 배합하여 용제에 용해 한 후 용제가 증발되면서 피막이 형성되는 용제형 도막 방수재, 아스팔트를 유화 반응 후 합성 고분자 에멀젼을 첨가하여 제조 후 수분의 증발에 의해 건조 도막을 형성하는 수용성 에멀전계로 구별된다.

현재 판매되고 있는 열공법용 개질아스팔트 도막 방수재는 용융 가마에서 고온(200℃이상)으로 장시간 가열시 저온성 및 내열성 등의 물성 변화가 심하며 무기 질 충진제로 들어가는 성분들의 침전이 쉽게 발생하여 기존의 물성을 발휘하기가 힘들어진다. 이로 인하여 교면 방수에서 중요한 전단성능이나 인장접착력 등의 물성이 현저히 떨어질 수 있다.

그리고 만약 도로포장시 도막방수재 또는 이를 이용한 개질아스팔트 시트방수재로 사용한다면 고온의 아스콘 포설시 아래 개질아스팔트 방수재가 상부 포장층으로 배어 올라오는 경우도 발생할 수 있으며 이로 인하여 포장층 상부 오염이 발생할 수 있어 포장시 작업성도 많이 떨어지며 고온 아스콘 포설시 내열 흐름저항성이 열악하여 동일한 도막 두께를 형성하기 어려운 문제점이 있었다.

또한 방수 시공 후 후속 공정이 우천이나 공사 지연 등으로 인하여 장기간 옥외 노출되어 자외선, 오존, 산성비 및 폭염 등으로 인하여 개질 아스팔트 물성의 변화가 심하여 본 물성을 나타내기 어렵다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 대한민국 공개 특허 10-2004-0031723에서는 TPO 아스팔트 조성물이 개발되어 종래의 APP 개질아스팔트 조성물의 단점인 저온성과 SBS 개질아스팔트의 단점인 내열흐름저항성 가지고 있으며, 특히 방수공사용 개질아스팔트 및 시트방수 용도로 고내구성 개질 아스팔트 조성물이 공개되었으나 상기 공정에 의해 제조되는 개질아스팔트 조성물은 내열흐름에 대한 저항성, 저온성 및 내후성이 약한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로 개질 아스 팔트의 내열흐름 저항성, 저온성 및 내후성을 향상 시킬 수 있도록 함을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 기존의 APP, SBS 개질 아스팔트가 아닌 복합 개질아스팔트로 한국산업규격 KS F 4931, 한국도로공사 콘크리트 교면 방수재의 설계시공 및 품질관리 지침의 교면용 시트방수재 및 개질 아스팔트 실란트, 건축 및 토목 방수공사에 적용할 수 있는 개질아스팔트를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 스트레이트 아스팔트와 TPE, Polypropylene, 분말고무개질제(CRM), 아스팔트 가교제, 충진제, 안정제를 혼합하여 고내구성을 가진 교면, 지하 주차장 상판, 램프구간, 지하실 및 옥상 그 외 누수의 요인이 내포된 모든 토목, 건축물에서 물의 침투를 막는 방수 기능을 가지는 것은 물론 내열 노화 저항성, 저온성능 등이 우수한 열공법 도막 방수재를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 스트레이트 아스팔트 60 ~ 70% (중량비)에 TPE 5 ~ 15% (중량비)와 폴리프로필렌 3 ~ 10% (중량비)를 혼합하는 공정과:

상기 공정에 의해 혼합된 혼합물을 약 170 ~ 190℃를 유지하면서 약 1시간 30분 정도 교반하여 균일하게 분산되도록 교반하는 공정과:

상기 공정에 의해 혼합된 혼합물에 충진제 5 ~ 30% (중량비), 안정제 0.1 ~ 0.4% (중량비)를 약 170 ~ 190℃에서 정량 투입한 후 교반하는 공정과:

상기 공정 후 가교제 0.1 ~ 0.5% (중량비)를 조금씩 균일하게 투입하여 1시간 이상 충분히 교반하고 40mesh 이상의 분말고무개질제(CRM) 2 ~ 10% (중량비)를 정량 투입 후 교반하여 가교제 및 분말고무개질제(CRM)을 균일하게 분산하는 과정 으로 이루어짐을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 열공법용 복합 개질 아스팔트 도막 방수재의 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명하면 하기와 같다.

스트레이트 아스팔트 60 ~ 70% (중량비)에 TPE 5 ~ 15% (중량비)와 폴리프로필렌 3 ~ 10% (중량비)를 혼합하는 공정과:

상기 공정에 의해 혼합된 혼합물을 약 170 ~ 190℃를 유지하면서 약 1시간 30분 정도 교반하여 균일하게 분산되도록 교반하는 공정과:

상기 공정에 의해 혼합된 혼합물에 충진제 5 ~ 30% (중량비), 안정제 0.1 ~ 0.4% (중량비)를 약 170 ~ 190℃에서 정량 투입한 후 교반하는 공정과:

상기 공정 후 가교제 0.1 ~ 0.5% (중량비)를 조금씩 균일하게 투입하여 1시간 이상 충분히 교반하고 40mesh 이상의 분말고무개질제(CRM) 2 ~ 10% (중량비)를 정량 투입 후 교반하여 가교제 및 분말고무개질제(CRM)을 균일하게 분산하는 과정으로 이루어 진다.

상기 혼합과정에서 사용되는 TPE는 부타디엔(Butadiene)과 Stylene 또는 Isoprene과 공중합된 Linear 또는 Radial 구조를 가진 블록 공중합체가 사용되며, 이를 보다 상세히 설명하면 하기와 같다.

우선 190 ~ 220℃의 스트레이트 아스팔트 60 ~ 70% (중량비)에 TPE 5 ~ 15%(중량비)와 Polypropylene 3 ~ 10% (중량비)를 투입하고 약 170 ~ 190℃를 유지하는 상태에서 교반기에서 약 1시간 30분 교반시켜 충분히 혼합되도록 한다.

상기 과정에 의해 충분히 혼합된 혼합물에 충진제 5 ~ 30%, 안정제 0.1 ~ 0.4% (중량비)를 정량 투입한 후 약 170 ~ 190℃를 유지한 상태에서 다시 충분하게 교반시켜 혼합한다.

이후 상기 혼합물에 가교제 0.1 ~ 0.5%(중량비)를 조금씩 균일하게 투입하여 1시간 이상 충분히 교반하여 골고루 혼합되도록 한 후 40mesh 이상의 분말 고무개질제 2 ~ 10%(중량비)를 투입하여 작업하기 편한 점도를 얻을 수 있도록 한다.

여기서 스트레이트 아스팔트에 TPE, Polypropylene, 분말고무개질제(CRM) 및 가교제를 균일하게 분산시켜야 하며 그렇지 못할 경우 내열 흐름성, 저온성 등이 현저히 떨어질 가능성이 매우 크며 개질 아스팔트 물성을 좌우할 수 있다. 그리고 생산시 냉각 또는 가열하여 작업성이 좋도록 원하는 점도를 얻는다.

이와 같이 제조한 도막 방수재는 바탕의 먼지, 유분 등 이물질을 제거하고 붓, 롤러를 사용하여 프라이머 작업 후 톱니흙손, 고무헤라, 주입장치 등을 사용하여 도포하고 시공 두께에 따라 2차 도포를 할 수 있으며 폴리에스터, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 하이버 글라스 섬유나 직포, 부직포, 필름 등의 보강재를 함께 사용하면 성능이 더욱 우수하다. 그리고 본 열공법용 개질 아스팔트를 이용한 개질 아스팔트 방수시트에도 적용할 수 있다.

* 실시예

1) 복합 개질 아스팔트의 제조

침입도가 80 ~　200인 용융 스트레이트 아스팔트를 190 ~　220℃로 유지하면서 TPE 및 Polypropylene을 첨가하여 혼합 후 170 ~ 200℃에서 약 1시간 30분 정도 교반하여 균일한 분산이 되도록 제조한다. 교반시간은 교반기의 형태에 따라 달라질 수 있다. 그리고 충진제 및 안정제 5 ~ 30%, 0.1 ~ 0.4% (중량비)를 약 170 ~ 190℃에서 정량 투입한 후 또다시 충분하게 교반시키고 가교제를 조금씩 투입하여 약 1시간 동안 교반한 후 분말고무개질제(CRM)를 정량 투입하여 분산시켜 약 170 ~ 190℃에서 작업하기 편한 점도를 얻은 후 제조한다.

표1. 조 성 비

구 분	배 합 비 (wt%)
스트레이트 아스팔트	60 ~ 70
TPE	5 ~ 15
Polypropylene	3 ~ 10
충진제	5 ~ 30
안정제	0.1 ~ 0.4
분말고무개질제(CRM)	2 ~ 10
가교제	0.1 ~ 0.5
합 계	100

본 발명에 분말고무개질제(CRM)로 적용한 폐타이어는 그동안 소각되거나 매립되어 환경오염 및 비용 문제가 야기된 바 재활용 차원에서 친환경적인 자재로서 열공법용 도막 방수재 및 개질아스팔트 시트방수재의 성능을 평가하기 위하여 내열치수안정성은 한국산업규격 KS F4931 및 한국도로공사 콘크리트 교면 방수재의 설계 시공 및 품질관리 지침에 의거하여 시편두께 4mm 제작한 후 가열 항온기 150±3 ℃, 30분 동안 수평 내열치수안정성을 실험 후 표준양생조건에서 4시간 방치한 후 실험을 행하였으며 저온굴곡성은 각 시험방법에 준하여 실험하였다. 그리고 내열노 화시험은 당사기준의 시험방법을 채택하여 동일 시편을 가열 항온기 70±2 ℃, 26주 시험 후 표준양생조건에서 4시간 이상 방치한 후에 저온굴곡성을 비교하였다.

본 발명품과 시중의 타 개질아스팔트 제품을 비교하기 위하여 APP, SBS 개질 아스팔트 시편을 동일하게 제작한 다음 물성을 측정하였으며 그 결과의 비교는 아래의 표와 같다.

표2. 실험 결과표

구분	본 발명(복합 개질아스팔트)				APP 개질아스팔트	SBS 개질아스팔트
	1	2	3	평균
연화점 (R&B, ℃)	148	147	146	147	152	123
침입도 (25℃,100g, 5초,dmm)	32	34	34	33	36	37
내열치수안정성 (150±3℃, 30분, %)	-0.5	-1.0	-0.5	-0.7	-0.5	측정불가 (흘러내림)
저온굴곡성	-20℃ no crack				-0.5℃ no crack	-20℃ no crack
저온굴곡성 (70℃±2, 26주 후)	-10℃ no crack				0℃ no crack	-5℃ no crack

※ 연화점와 침입도는 각각 KS M 2250, KS M 2252에 의거하여 실험을 행하였다.

이상과 같은 결과에서 알 수 있는 것을 요약하여 보면 첫 번째, 본 발명의 열공법용 개질 아스팔트 도막 방수재 또는 이를 적용한 개질아스팔트 방수시트는 다른 시중 제품과 비교하여 볼 때 방수재에서 가장 중요한 방수 성능이 상대적으로 오래 지속할 수 있는 내구성을 나타낼 수 있다는 것을 알 수가 있다.

표 2. 의 내열치수안정성 및 가열 후 저온특성변화율을 보면 APP & SBS 개질 아스팔트의 장점만을 고루 갖추고 있다는 것을 나타내고 있다. 두 번째, 내열치수안정성의 결과를 보면 SBS 개질 아스팔트 제품보다는 월등히 고온에서 견딜 수 있으며 SBS 개질 아스팔트는 약 100℃ 이하정도에서 흐름정도가 나타났으며 고온의 아스콘 포장시 도막 두께, 포장층으로 배어 올라옴 등의 문제점이 많을 것으로 보이나 상대적으로 복합 개질아스팔트는 이런 문제점으로 해결할 수 있을 것으로 보인다. 세 번째, 저온굴곡성과 가열 후 저온굴곡성 실험의 결과를 요약하면 본 발명의 방수재와 APP 개질아스팔트는 1/2배 감소한 것에 반해 SBS 개질 아스팔트는 1/4배 정도로 감소하여 큰 차이를 나타내었다. 이로 인하여 사계절이 뚜렷한 우리나라에서 기후 변화에 대한 방수 효과를 기대할 수 있도록 기존의 제품보다 저온 성능 및 내구성이 개선되었음을 보여주고 있다.

Claims (7)

1. 스트레이트 아스팔트 60 ~ 70% (중량비)에 TPE 5 ~ 15% (중량비)와 폴리프로필렌 3 ~ 10% (중량비)를 혼합하는 공정과:

   상기 공정에 의해 혼합된 혼합물을 약 170 ~ 190℃를 유지하면서 약 1시간 30분 정도 교반하여 균일하게 분산되도록 교반하는 공정과:

   상기 공정에 의해 혼합된 혼합물에 충진제 5 ~ 30% (중량비), 안정제 0.1 ~ 0.4% (중량비)를 약 170 ~ 190℃에서 정량 투입한 후 교반하는 공정과:

   상기 공정 후 가교제 0.1 ~ 0.5% (중량비)를 조금씩 균일하게 투입하여 1시간 이상 충분히 교반하고 40mesh 이상의 분말고무개질제(CRM) 2 ~ 10% (중량비)를 정량 투입 후 교반하여 가교제 및 분말고무개질제(CRM)을 균일하게 분산하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 아스팔트 조성물의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 혼합과정에서 사용되는 TPE는 부타디엔(Butadiene)과 Stylene 또는 Isoprene과 공중합된 선형 또는 비선형의 구조를 가진 블록 공중합체임을 특징으로 하는 개질아스팔트 조성물의 제조방법.
3. 청구항 1에 있어서,

   스트레이트 아스팔트는 침입도가 80 ~ 200인 임을 특징으로 하는 개질아스팔트 조성물의 제조방법.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 폴리프로필렌은 연화점이 150℃ 이상, 중량 평균분자량이 50,000이하임을 특징으로 하는 개질아스팔트 조성물의 제조방법.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 가교제는 황, hydrogen peroxid, methacrylate와 glycidyl, ethylene 또는 terpolymer과 glycidyl이 포함된 monomer, butyl acrylate 과 glycidal methacrylate군에서 선택되는 어느 하나인 것임을 특징으로 하는 개질아스팔트 조성물의 제조방법
6. 청구항 1에 있어서,

   분말고무개질제(CRM)는 40mesh 이상의 폐타이어분말을 사용함을 특징으로 하는 개질아스팔트 조성물의 제조방법
7. 용융 스트레이트 아스팔트 60 ~ 70% (중량비)에 TPE 5 ~ 15%(중량비)와 Polypropylene 3 ~ 10% (중량비)를 배합하고 상기 배합물에 충진제 및 안정제 5 ~ 30% (중량비), 0.1 ~ 0.4% (중량비), 가교제 0.1 ~ 0.5% (중량비), 40mesh 이상의 분말고무개질제(CRM) 2 ~ 10% (중량비)를 배합한 것을 특징으로 한 아스팔트 조성물.