KR20200037427A

KR20200037427A - 안정한 아스팔트 에멀젼, 이의 형성 방법, 및 이로부터 형성된 복합 구조체

Info

Publication number: KR20200037427A
Application number: KR1020207008871A
Authority: KR
Inventors: 루이싱 유안; 유에 웬 리우; 웨이 왕; 유안쉥 쉔
Original assignee: 허니웰 인터내셔날 인코포레이티드
Priority date: 2017-09-13
Filing date: 2018-09-07
Publication date: 2020-04-08
Also published as: WO2019055319A1; EP3681850A4; RU2743756C1; CN111212820A; MX2020002599A; US20190077710A1; US11174200B2; JP2020533502A; EP3681850A1; JP6923752B2; KR102416763B1

Abstract

아스팔트 에멀젼, 아스팔트 에멀젼의 형성 방법, 및 아스팔트 에멀젼으로부터 형성된 복합 포장 구조체가 본 명세서에서 제공된다. 일 실시 형태에서, 아스팔트 에멀젼은 베이스 아스팔트 성분, 물, 및 산화된 고밀도 폴리에틸렌을 포함한다. 베이스 아스팔트 성분은 약 15 내지 약 70 중량%의 양으로 존재하고, 물은 약 25 중량% 이상의 양으로 존재하고, 산화된 고밀도 폴리에틸렌은 약 1 내지 약 20 중량%의 양으로 존재하며, 모든 양은 아스팔트 에멀젼의 총 중량을 기준으로 한다. 산화된 고밀도 폴리에틸렌은 산가(acid value)가 약 5 내지 약 50 mgKOH/g이다. 아스팔트 에멀젼에는 골재(aggregate) 및 다른 광물 재료가 없다.

Description

안정한 아스팔트 에멀젼, 이의 형성 방법, 및 이로부터 형성된 복합 구조체

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2017년 9월 13일자로 출원된 미국 가출원 제62/558,191호의 이익을 주장한다.

기술분야

본 기술 분야는 일반적으로 아스팔트 에멀젼, 아스팔트 에멀젼의 형성 방법, 및 아스팔트 에멀젼으로부터 형성된 복합 구조체에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 기술 분야는 탁월한 안정성을 갖는 아스팔트 에멀젼에 관한 것이다.

아스팔트, 또는 역청은 흔히 포장(paving), 루핑(roofing), 밀봉, 및 방수 응용과 같은 응용에서 사용하기 위해 수집 또는 합성되고 정제된다. 종종 "아스팔트 결합제" 또는 "아스팔트 시멘트"로 지칭되는 아스팔트는 종종 골재(aggregate)와 혼합되어 아스팔트 포장에 사용되는 재료를 형성한다. 아스팔트를 골재 재료와 효과적으로 혼합하기 위하여, 아스팔트는 종종 골재가 없는 아스팔트 에멀젼으로 제공된다. 아스팔트 에멀젼은 또한 골재와의 혼합을 수반하지 않는 응용에 이용되며, 즉, 아스팔트 에멀젼 그 자체가 최종 응용을 위해, 예를 들어, 포그 시일(fog seal), 프라이머 층, 칩 시일(chip seal), 슬러리 시일 등과 같은 복합 포장 구조체 내에 점착성 코트 층 또는 다른 골재-무함유 층을 형성하기 위해 이용될 수 있다. 특히, 복합 포장 구조체는 일반적으로 다수의 골재-함유 아스팔트 층을 포함하며, 이때 각각의 후속 층은 점착성 코트 층을 통해 하부의 층에 접합된다. 점착성 코트 층은 골재-함유 아스팔트 층들 사이의 접착성 및/또는 융합을 효과적으로 촉진한다. 점착성 코트 층은 또한 복합 포장 구조체의 마모 및/또는 내후성 특징에 기여할 수 있다.

새로운 골재-함유 아스팔트 층과 기존의 골재-함유 아스팔트 층, 즉 이전에 놓인 포장 층 또는 준비된 포장 표면 사이의 불충분한 접착성은, 복합 포장 구조체의 공사 동안 포장 분리 및 균열뿐만 아니라 복합 포장 구조체 및/또는 표면의 후속 파괴 및 조기 열화를 야기할 수 있다. 그러한 조건은 종종 비용이 많이 드는 보수를 필요로 하고, 표면 상에서 이동하는 차량에 손상을 줄 수 있고, 위험한 교통 상황을 유발하여 재산상의 손해 및 차량 승객의 부상의 우려가 있을 수 있다. 따라서, 점착성 코트 층은 바람직하게는 인접한 골재-함유 아스팔트 층들 사이의 최대화된 접착을 촉진한다. 견인 강도(pull strength) 및 연화점과 같은 점착성 코트 층의 특성은 점착성 코트 층이 인접한 골재-함유 아스팔트 층들을 얼마나 잘 접착시킬 수 있는지의 객관적인 척도를 제공한다.

점착성 코트 층은 기존의 골재-함유 아스팔트 층 상에 형성되기 때문에, 점착성 코트 층 상에 새로운 골재-함유 아스팔트 층이 후속하여 형성되기 전에 공사 차량 또는 다른 차량이 점착성 코트 층 위에서 이동할 수 있다. 종종, 점착성 코트 층은 점착성 코트 층 위에서 이동하는 차량의 트랙 또는 타이어 상의 픽업(pick-up)으로 인해서 그러한 노출에 의해 손상된다. 그러한 손상이 발생하는 경우, 점착성 코트 층으로부터 픽업된 재료는 포장 복합재의 다른 표면 상에 침착되어, 다른 영역에서 부수적인 문제를 야기할 수 있다. 또한, 점착성 코트 층의 손상된 영역은 골재-함유 아스팔트 층들 사이의 증진된 접착성과 비교하여 감소된 효과를 나타내어, 전술한 노출 문제를 야기한다. 따라서, 점착성 코트 층뿐만 아니라, 복합 포장 구조체의 공사 동안 차량 타이어 또는 트랙과 직접 접촉하는, 복합 포장 구조체 내에 형성되는 것과 같은 다른 층은 바람직하게는 탁월한 트랙리스(trackless) 접착 특성을 나타낸다.

트랙리스 접착성, 연화점, 및 견인 강도에 관하여 점착성 코트 층의 다양한 물리적 특성을 개선하기 위하여, 다양한 중합체성 첨가제가 이용되어 왔다. 예를 들어, 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 및 스티렌 부타디엔 스티렌(SBS)과 같은 공중합체가 그러한 특성을 개선하는 것으로 알려져 있다. 부가적으로, 복합 포장 구조체의 트랙리스 접착성 및 러팅-방지(anti-rutting) 특성을 개선하기 위하여 다른 중합체성 첨가제, 예를 들어 폴리에틸렌이 아스팔트 조성물에 포함되어 왔다.

점착성 코트 층뿐만 아니라 상기에 언급된 다른 층을 형성하기 위해 이용되는 아스팔트 에멀젼은 액체 유동성 유체를 제공하기 위해 다양한 기술을 통해 제조될 수 있다. 예를 들어, 아스팔트 에멀젼은 아스팔트를 주로 포함하는 조성물을 아스팔트의 용융 온도 초과로 가열함으로써 제조될 수 있다. 그러한 기술은 일반적으로 아스팔트의 용융 온도 미만의 온도에서 액체 형태의 에멀젼을 유지하는 데 필요할 상당한 양의 용매의 사용을 피한다. 또한, 그러한 기술은 중합체성 첨가제가 아스팔트 에멀젼에 포함될 때 일반적으로 발생하는 불안정성 문제를 최소화한다. 대안적으로, 아스팔트는 용매 중에 용해되거나 물 중에 유화되어 아스팔트의 용융 온도 미만인 온도에서 액체 형태인 아스팔트 에멀젼을 형성할 수 있다. 그러나, 물 중의 아스팔트 에멀젼은 특히 중합체성 첨가제가 포함될 때 현저하게 불안정하며, 비교적 짧은 기간에 걸쳐, 예를 들어 유화 후 1일차 또는 5일차에 아스팔트 에멀젼의 상부와 아스팔트 에멀젼의 하부 사이의 고형물 함량에서 상당한 아스팔트 델타(delta)를 나타낸다.

용매로서 물을 사용하고 폴리에틸렌과 같은 중합체성 첨가제를 포함하는 아스팔트 에멀젼의 저장 안정성을 개선하기 위한 상당한 노력이 이루어져 왔다. 그러나, 많은 그러한 노력은 충분한 저장 안정성을 제공하지 못하거나, 허용가능한 안정성을 달성하는 데 추가 성분을 필요로 하거나, 특별한 혼합 장치를 필요로 하거나, 생성되는 아스팔트 층의 다른 물리적 특성의 손상을 초래한다.

따라서, 상당한 양의 물을 포함하고 탁월한 안정성을 나타내는 아스팔트 에멀젼뿐만 아니라, 그러한 안정한 아스팔트 에멀젼의 형성 방법 및 안정한 아스팔트 에멀젼으로부터 형성되는 복합 포장 구조체를 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 탁월한 안정성을 나타내면서, 탁월한 물리적 특성, 예를 들어, 트랙리스 접착성, 견인 접착성, 및 높은 연화점을 갖는 복합 포장 구조체 내의 층을 추가로 제공하는 아스팔트 에멀젼을 제공하는 것이 바람직하다. 더욱이, 첨부 도면 및 이러한 배경 기술과 함께 취해지는 다른 바람직한 특징 및 특성이 후속의 상세한 설명 및 첨부된 청구범위로부터 명백해질 것이다.

아스팔트 에멀젼, 아스팔트 에멀젼의 형성 방법, 및 아스팔트 에멀젼으로부터 형성된 복합 포장 구조체가 본 명세서에서 제공된다. 일 실시 형태에서, 아스팔트 에멀젼은 베이스 아스팔트 성분, 물, 및 산화된 고밀도 폴리에틸렌을 포함한다. 베이스 아스팔트 성분은 약 15 중량% 내지 약 70 중량%의 양으로 존재하고, 물은 약 25 중량% 이상의 양으로 존재하고, 산화된 고밀도 폴리에틸렌은 약 1 내지 약 20 중량%의 양으로 존재하며, 모든 양은 아스팔트 에멀젼의 총 중량을 기준으로 한다. 산화된 고밀도 폴리에틸렌은 산가(acid value)가 약 5 내지 약 50 mgKOH/g이다. 아스팔트 에멀젼에는 골재 및 다른 광물 재료가 없다.

다른 실시 형태에서, 아스팔트 에멀젼의 형성 방법은 베이스 아스팔트 성분 및 물을 포함하는 베이스 아스팔트 에멀젼을 형성하는 단계를 포함한다. 산화된 폴리에틸렌 에멀젼이 베이스 아스팔트 에멀젼과는 별도로 형성된다. 산화된 폴리에틸렌 에멀젼은 산화된 고밀도 폴리에틸렌 및 물을 포함한다. 산화된 고밀도 폴리에틸렌은 산가가 약 5 내지 약 50 mgKOH/g이다. 베이스 아스팔트 에멀젼과 산화된 폴리에틸렌 에멀젼을 조합하여 아스팔트 에멀젼을 형성한다. 아스팔트 에멀젼은 약 15 중량% 내지 약 70 중량%의 양으로 존재하는 베이스 아스팔트 성분, 약 25 중량% 이상의 양으로 존재하는 물, 및 약 1 내지 약 20 중량%의 양으로 존재하는 산화된 고밀도 폴리에틸렌을 포함하고, 모든 양은 아스팔트 에멀젼의 총 중량을 기준으로 한다. 아스팔트 에멀젼에는 골재 및 다른 광물 재료가 없다.

다른 실시 형태에서, 복합 포장 구조체는 하부의 골재-함유 아스팔트 층, 및 하부의 골재-함유 아스팔트 층 바로 위에 그리고 그 전반에 걸쳐 배치된 에멀젼-유래 아스팔트 층을 포함한다. 에멀젼-유래 아스팔트 층은 베이스 아스팔트 성분, 물 및 산화된 고밀도 폴리에틸렌을 포함하는 아스팔트 에멀젼으로부터 형성된다. 베이스 아스팔트 에멀젼은 약 15 중량% 내지 약 70 중량%의 양으로 존재하고, 물은 약 25 중량% 이상의 양으로 존재하고, 산화된 고밀도 폴리에틸렌은 약 1 내지 약 20 중량%의 양으로 존재하며, 모든 양은 아스팔트 에멀젼의 총 중량을 기준으로 한다. 산화된 고밀도 폴리에틸렌은 산가가 약 5 내지 약 50 mgKOH/g이다. 침착된 그대로의 에멀젼-유래 아스팔트 층에는 골재 및 다른 광물 재료가 없다.

다양한 실시 형태가 이하에서 하기의 도면과 함께 설명될 것이며, 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 요소를 지시한다.
도 1은 일 실시 형태에 따른 복합 포장 구조체의 측단면도이다.

하기의 상세한 설명은 사실상 단지 예시적인 것이며, 아스팔트 에멀젼, 이의 형성 방법, 또는 이로부터 형성되는 복합 포장 구조체를 제한하고자 하는 것은 아니다. 또한, 상기의 배경 기술 또는 하기의 상세한 설명에서 제시된 임의의 이론에 의해 구애되고자 하는 의도는 없다.

본 발명에서 고려되는 다양한 실시 형태는 아스팔트 에멀젼, 아스팔트 에멀젼의 형성 방법, 및 아스팔트 에멀젼으로부터 형성되는 복합 포장 구조체에 관한 것이다. 아스팔트 에멀젼은 아스팔트 에멀젼 내의 중합체성 첨가제 및 상당한 양의 물의 존재에도 불구하고 탁월한 안정성을 갖는다. 특히, 본 명세서에서 고려되는 바와 같은 아스팔트 에멀젼은 약 25 중량% 이상의 양의 물 및 약 65 중량% 이하의 양으로 존재하는 베이스 아스팔트 성분을 포함하며, 이들 둘 모두의 양은 아스팔트 에멀젼의 총 중량을 기준으로 한다. 본 명세서에서 고려되는 바와 같은 아스팔트 에멀젼에는 골재 또는 다른 광물 재료가 없으며, 즉, 에멀젼의 제조 동안 또는 베이스 기재 상에 아스팔트 에멀젼을 침착시키기 전에 골재 및 다른 광물 재료, 예를 들어 암석, 모래, 점토 등이 아스팔트 에멀젼 내에 의도적으로 혼합되지 않으며, 그러한 재료가 (예를 들어, 현장 조건으로 인해) 아스팔트 에멀젼에 포함될 수 있는 한, 그러한 재료는 아스팔트 에멀젼의 총 중량을 기준으로 단지 약 1 중량% 미만의 미량으로만 존재한다. 탁월한 안정성을 제공하기 위하여, 본 발명에서 고려되는 바와 같은 아스팔트 에멀젼은 약 5 내지 약 50 mgKOH/gm의 산가를 갖는 산화된 고밀도 폴리에틸렌(OxHDPE)을 포함하며, OxHDPE의 산가는 아스팔트 에멀젼의 안정성에 직접적인 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다. 언급된 산가를 갖는 OxHDPE를 사용하여 아스팔트 에멀젼의 탁월한 안정성을 달성할 수 있는 한편, 트랙리스 접착성, 견인 접착성, 및 높은 연화점과 같은, 산화된 폴리에틸렌의 존재에 기인하는 물리적 특성이 탁월한 다양한 구조체의 형성이 또한 가능하다. 예를 들어, 아스팔트 에멀젼은 점착성 코트 층, 포그 시일, 프라이머 층, 칩 시일, 마이크로 표면 층, 슬러리 시일 등과 같은 층을 형성하는 데 이용될 수 있다. 에멀젼으로부터 형성된 생성된 층의 물리적 특성과 에멀젼 안정성의 조합은 심지어 아스팔트 에멀젼에 존재하는 OxHDPE 이외에 추가의 중합체성 성분을 사용하여 달성될 수 있다.

상기에 언급된 바와 같이, 아스팔트 에멀젼은 베이스 아스팔트 성분, 물, 및 OxHDPE를 포함한다. 상기에 또한 언급된 바와 같이, 아스팔트 에멀젼에는 골재 및 다른 광물 재료가 없다. 본 명세서에 언급된 바와 같이, "골재"는 예를 들어 모래, 자갈 또는 쇄석과 같은 광물 재료에 대한 집합적인 용어이다. 또한, 아스팔트 에멀젼은 약 21℃의 주위 온도에서 액체, 즉 유동성이다. 이와 같이, 점착성 코트 층, 포그 시일, 프라이머 층, 칩 시일, 슬러리 시일 등과 같은 다수의 실시 형태에서, 본 명세서에 기재된 바와 같은 아스팔트 에멀젼은 골재-함유 아스팔트 조성물을 위한 결합제로서 제형화되지 않는다. 그러나, 마이크로 표면 층의 경우와 같은 일부 실시 형태에서, 아스팔트 에멀젼은 골재와 혼합되도록 제형화될 수 있지만, 주위 온도에서 여전히 유동성임이 이해될 것이다.

본 명세서에서 언급되는 바와 같은, 베이스 아스팔트 성분은 중합체가 없는 순수 아스팔트(neat asphalt)이다. 순수 아스팔트는 종종 석유 정제 또는 정제 후(post refining) 작업의 부산물이며, 공기-취입된 아스팔트, 블렌딩된 아스팔트, 분해된(cracked) 또는 잔류 아스팔트, 석유 아스팔트, 프로판 아스팔트, 직류(straight-run) 아스팔트, 열적 아스팔트 등을 포함한다. 적합한 베이스 아스팔트 성분의 예에는, T0604-2011에 따라 측정할 때, 약 60 내지 약 100 dmm의 침투값(penetration value) 또는 "PEN"을 갖는 것들이 포함된다. 실시 형태들에서, 베이스 아스팔트 성분은 아스팔트 에멀젼의 총 중량을 기준으로 약 15 내지 약 70 중량%, 예를 들어 약 45 내지 약 65 중량%의 양으로 아스팔트 에멀젼에 존재한다.

물은 아스팔트 에멀젼의 총 중량을 기준으로 약 25 중량% 이상, 예를 들어, 약 30 내지 약 65 중량%, 또는 예를 들어 약 40 내지 약 65 중량%의 양으로 아스팔트 에멀젼에 존재한다. 그러한 양의 물은 아스팔트 에멀젼이 약 21℃의 주위 온도에서 액체가 되게 하기에 또는 유동성이 되게 하기에 충분히 높다. 그러한 양의 물은 또한 폴리에틸렌을 포함하는 아스팔트 에멀젼에서 전통적으로 다루기 어려웠던 안정성 문제를 나타내며, 그러한 문제는 문헌에 기록되어 있다.

아스팔트 에멀젼에 포함되는 OxHDPE는 하나 이상의 상이한 유형의 산화된 고밀도 폴리에틸렌을 포함할 수 있다. 본 명세서에 언급되는 바와 같이, "고밀도" 폴리에틸렌은 밀도가 0.95 g/㎤ 초과인 폴리에틸렌, 예컨대 밀도가 약 0.97 내지 약 1.01 g/㎤인 폴리에틸렌을 포함한다. OxHDPE는 복합 포장 구조체의 다양한 층에 사용될 때 아스팔트 조성물에 유익한 특성을 제공하는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, OxHDPE는 러팅-방지 성능을 도울 수 있다는 것이 제안되었다. 하기에 추가로 상세하게 기재되는 바와 같이, OxHDPE를 포함하는 본 명세서에서 고려되는 바와 같은 아스팔트 에멀젼으로부터 형성된 층은 OxHDPE의 존재로 인해 탁월한 견인 강도를 나타낸다.

본 명세서에서 고려되는 바와 같이, 적합한 OxHDPE는 산가가 약 5 내지 약 50 mgKOH/g, 예를 들어, 약 15 내지 약 40 mgKOH/g, 또는 예를 들어 약 26 내지 약 35 mgKOH/g이다. 산가는 OxHDPE의 산화도, 예를 들어 카르복실 기 함량을 나타낸다. 산가는 통상적인 기술에 따라 지시약으로서 페놀프탈레인을 사용하여 시각적인 "분홍색" 종말점까지 0.1 N 수산화칼륨(KOH) 알코올 용액으로 OxHDPE의 용액을 적정함으로써 결정될 수 있다. 하기 실시예에 나타나 있는 바와 같이, OxHDPE의 산가는 아스팔트 에멀젼의 저장 안정성에 직접적인 영향을 미치며, 전술한 범위 내의 산가를 갖는 OxHDPE는 OxHDPE를 포함하는 아스팔트 에멀젼의 바람직한 물리적 특성이 실현될 수 있게 하는 한편, 지금까지 많은 양의 물 및 폴리에틸렌을 포함하는 아스팔트 에멀젼에서 관찰되었던 저장 안정성 문제를 또한 개선하는 것으로 밝혀졌다.

실시 형태들에서, OxHDPE는 수 평균 분자량(M_n)이 약 1,000 내지 약 30,000 달톤, 예컨대 약 1,000 내지 약 10,000 달톤이다. 실시 형태들에서, OxHDPE는 ASTM D4402에 따라 측정할 때 점도가 150℃에서 약 100 내지 약 20,000 cP이다. 적합한 OxHDPE의 예에는 미국 뉴저지주 모리스타운에 본사가 있는 허니웰 인터내셔널 인크.(Honeywell International Inc.)에 의해 제조된 허니웰 티탄(Honeywell Titan)(등록상표) 7686, 허니웰 티탄(등록상표) 7608, 및 허니웰 티탄(등록상표) 7183 산화된 고밀도 폴리에틸렌 단일중합체가 포함되지만 이로 한정되지 않는다.

실시 형태들에서, OxHDPE는 아스팔트 에멀젼의 총 중량을 기준으로 약 1 내지 약 20 중량%, 예를 들어 약 1 내지 약 5 중량%, 예를 들어 약 1 내지 약 3 중량%, 또는 예를 들어 약 1.5 내지 약 3 중량%의 양으로 존재한다. 아스팔트 에멀젼 내의 OxHDPE의 양의 대안적인 척도로서, OxHDPE는 아스팔트 에멀젼 내의 산화된 고밀도 폴리에틸렌 및 베이스 아스팔트 성분의 합계 중량을 기준으로 약 0.5 내지 약 10 중량%, 예를 들어, 약 0.5 내지 약 2.5 중량%, 또는 예를 들어, 약 0.5 내지 약 1.5 중량%의 양으로 존재할 수 있다.

아스팔트 에멀젼의 잔부는 아스팔트 에멀젼으로부터 형성된 층의 물리적 특성을 향상시키거나 아스팔트 에멀젼 자체의 물리적 특성을 향상시키기 위해 포함되는 통상적인 첨가제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시 형태에서, 아스팔트 에멀젼은 아스팔트 에멀젼으로부터 형성된 층의 연화점 및/또는 접착 특성을 변경하기 위해 스티렌 알카디엔 공중합체를 추가로 포함한다. 스티렌 알카디엔 공중합체는, 예를 들어, 중합체-개질된 아스팔트 성분에서, 베이스 아스팔트 성분과 함께 아스팔트 에멀젼 내로 도입될 수 있다. 대안적으로, 스티렌 알카디엔 공중합체는 베이스 아스팔트 성분과는 별도로 아스팔트 에멀젼 내로 도입될 수 있다. 예시적인 실시 형태에서, 스티렌 알카디엔 공중합체는 스티렌 부타디엔 스티렌(SBS), 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 또는 이들의 조합으로부터 선택된다. 스티렌 알카디엔 공중합체의 대안으로서 또는 그에 더하여, 스티렌 에틸렌 부틸렌 스티렌(SEBS), 스티렌 아이소프렌 스티렌(SIS), 폴리클로로프렌, 또는 이들의 조합이 이용될 수 있다. 실시 형태들에서, 스티렌 알카디엔 공중합체의 농도는 베이스 아스팔트 성분의 총 중량을 기준으로 약 0.5 중량% 내지 약 4.0 중량%의 범위이다. 아스팔트 에멀젼에 포함될 수 있는 추가의 선택적인 첨가제에는 유화제, 산, 안정제 등이 포함되지만 이로 한정되지 않으며, 이때 추가의 선택적인 첨가제는 존재하는 경우 아스팔트 에멀젼의 총 중량을 기준으로 대체로 약 1 중량% 미만의 양으로 존재한다.

상기에 언급된 바와 같이, 본 발명에서 고려되는 바와 같은 아스팔트 에멀젼은 탁월한 저장 안정성을 나타낸다. 예를 들어, 실시 형태들에서, 아스팔트 에멀젼은, 중국의 산업 표준 JTG E20-2011 규격 및 도로공학용 역청 및 역청 혼합물의 시험 방법(Test Methods of Bitumen and Bituminous Mixture for High Engineering)에서 T0719 2011에 대하여 T0665-1993에 따라 측정할 때, 약 21℃의 온도에서의 24시간 저장 안정성이 아스팔트 에멀젼의 총 중량을 기준으로 약 1 중량% 미만, 예를 들어 약 0.1 내지 약 1 중량%, 또는 예를 들어, 약 0.1 내지 약 0.8 중량%이다. 추가적으로, 실시 형태들에서, 본 명세서에서 고려되는 바와 같은 아스팔트 에멀젼은, 중국의 산업 표준 JTG E20-2011 규격 및 도로공학용 역청 및 역청 혼합물의 시험 방법에서 T0719 2011에 대하여 T0665-1993에 따라 측정할 때, 약 21℃의 온도에서의 5일 저장 안정성이 아스팔트 에멀젼의 총 중량을 기준으로 약 5.0 중량% 미만, 예를 들어 약 0.1 내지 약 4.5 중량%, 또는 예를 들어, 약 0.1 내지 약 4.2 중량%이다.

본 명세서에서 고려되는 바와 같은 아스팔트 에멀젼을 형성하는 예시적인 방법을 이제 설명할 것이다. 실시 형태들에 따르면, 베이스 아스팔트 에멀젼 및 산화된 폴리에틸렌 에멀젼은 각각의 에멀젼들을 혼합하여 아스팔트 에멀젼을 형성하기 전에 별도로 제조된다. 특히, 베이스 아스팔트 성분 및 물을 포함하는 베이스 아스팔트 에멀젼이 형성된다. 실시 형태들에서, 베이스 아스팔트 에멀젼은 약 20 내지 약 70 중량%의 양의 베이스 아스팔트 성분 및 약 29 내지 약 77 중량%의 양의 물을 포함하며, 상기 양은 베이스 아스팔트 에멀젼의 총 중량을 기준으로 한다. 분명히 하자면, 베이스 아스팔트 에멀젼에는 산화된 고밀도 폴리에틸렌이 없다. 베이스 아스팔트 에멀젼은 그 안의 성분들의 적절한 분산 및 혼합을 달성하기 위해 승온에서 형성될 수 있다. 예를 들어, 실시 형태들에서, 베이스 아스팔트 에멀젼을 형성하기 위하여, 베이스 아스팔트 성분은 130℃ 이상의 승온으로 가열된다. 베이스 아스팔트 에멀젼을 형성한 후에, 베이스 아스팔트 에멀젼은 산화된 폴리에틸렌 에멀젼과의 혼합 전에 약 40℃ 이하, 예를 들어, 약 30℃ 이하의 온도로 냉각된다.

베이스 아스팔트 에멀젼과는 별도로, 산화된 폴리에틸렌 에멀젼이 형성된다. 산화된 폴리에틸렌 에멀젼은 OxHDPE 및 물을 포함하며, OxHDPE는 약 0.1 내지 약 40 중량%의 양으로 존재하고 물은 약 50 내지 약 90 중량%의 양으로 존재하고, 상기 양은 산화된 폴리에틸렌 에멀젼의 총 중량을 기준으로 한다. 분명히 하자면, 산화된 폴리에틸렌 에멀젼에는 베이스 아스팔트 성분이 없다. 산화된 폴리에틸렌 에멀젼은, 예를 들어 물과 OxHDPE의 혼합물을 100℃ 이상의 승온으로 가열함으로써, 승온에서 형성될 수 있다. 산화된 폴리에틸렌 에멀젼을 형성한 후에, 산화된 폴리에틸렌 에멀젼은, 베이스 아스팔트 에멀젼과 산화된 폴리에틸렌 에멀젼의 혼합 전에, 약 40℃ 이하, 예를 들어 약 30℃ 이하의 온도로 냉각된다.

베이스 아스팔트 에멀젼 및 산화된 폴리에틸렌 에멀젼을 냉각한 후에, 베이스 아스팔트 에멀젼 및 산화된 폴리에틸렌 에멀젼을 조합하여 아스팔트 에멀젼을 형성한다. 실시 형태들에서, 베이스 아스팔트 에멀젼 및 산화된 폴리에틸렌 에멀젼은 비교적 낮은 온도에서, 예를 들어, 약 15 내지 약 25℃의 조성물 온도에서 조합된다. 아스팔트 에멀젼에는 골재 및 다른 광물 재료가 없으며, 아스팔트 에멀젼은 저장될 수 있거나 또는 즉시 사용되어 복합 포장 구조체 내에 적절한 층을 형성할 수 있다.

도 1을 참조하면, 예시적인 복합 포장 구조체는 10으로 도시되어 있으며, 복합 포장 구조체(10)는 본 명세서에 기재된 바와 같은 아스팔트 에멀젼으로부터 형성된 에멀젼-유래 아스팔트 층(12)을 포함한다. 복합 포장 구조체(10)는 하부의 골재-함유 아스팔트 층(14), 예를 들어, 골재 및 아스팔트를 포함하는 통상적인 베이스 코스(base course)를 포함한다. 도 1에 나타낸 실시 형태에서, 에멀젼-유래 아스팔트 층(12)은 하부의 골재-함유 아스팔트 층(14)과, 에멀젼-유래 아스팔트 층(12) 상에 직접 배치된 상부의 층(16) 사이에 배치된다. 침착된 그대로의 에멀젼-유래된 아스팔트 층(12)에는 골재가 없다. 도시된 바와 같은 실시 형태에서, 상부의 층(16)은 골재-함유 아스팔트 층이며, 하부의 골재-함유 아스팔트 층으로부터 에멀젼-유래 아스팔트 층(12)의 반대편에 배치된다. 그러나, 상부의 층(16)은 골재가 없을 수 있거나, 통상적인 복합 포장 구조체에 따른 초박형 코스일 수 있음이 이해될 것이다. 이러한 실시 형태에서, 에멀젼-유래 아스팔트 층(12)은 하부의 층(14) 및 상부의 층(16)을 함께 결합하는 역할을 하는 점착성 코트 층일 수 있거나, 또는 프라이머 층일 수 있다. 실시 형태들에서, 에멀젼-유래 아스팔트 층(12)은 침착된 그대로의 두께가 약 1.0 내지 약 4.0 cm 이다. 그러나, 다른 실시 형태에서, 에멀젼-유래 아스팔트 층(12)은 복합 포장 구조체(10) 상에서 이동하는 차량 및/또는 보행자에 의한 직접 접촉을 위해 의도된 노출된 표면을 가질 수 있음이 이해되어야 한다.

에멀젼-유래 아스팔트 층(12)은 높은 연화점, 견인 저항 강도, 및 트랙리스 접착성과 같은 탁월한 물리적 특성을 나타내며, 따라서 탁월한 물리적 특성을 갖는 복합 포장 구조체(10)를 제공한다. 예를 들어, 실시 형태들에서, 에멀젼-유래 아스팔트 층(12)은, 중국의 산업 표준 JTG E20-2011 규격 및 도로공학용 역청 및 역청 혼합물의 시험 방법에서 T0719 2011에 대하여 T0606에 따라 측정할 때, 연화점이 60℃ 이상, 예를 들어 70℃ 이상이다. 더 높은 연화점은 일반적으로 증가된 견인 저항 강도와 상관관계가 있는 것으로 이해된다. 또한, 에멀젼-유래 아스팔트 층(12)은, 아스팔트성 펠트에 아스팔트 에멀젼을 살짝 바르고 60℃에서 30 분 동안 가열하는 정성적 시험을 통해 결정할 때, 탁월한 트랙리스 성능을 나타낸다. 본 명세서에서 고려되는 바와 같은 해유화된(demulsified) 아스팔트 에멀젼은 일반적으로 60℃에서의 가열 기간 후에 손의 터치에 대해 끈적끈적한 채로 남아 있지 않다. 또한, 에멀젼-유래 아스팔트 층(12)은 통상적인 점착성 코트 층과 비교하여 탁월한 견인 강도를 나타내는 한편, 또한 탁월한 연화점을 나타내며 아스팔트 에멀젼이 또한 탁월한 저장 안정성을 나타낸다.

다른 등가의 실시 형태가 본 개시 내용을 고려하여 명백할 것이기 때문에 하기 실시예는 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

실시예

베이스 아스팔트 에멀젼의 제조

모든 양이 베이스 아스팔트 에멀젼의 총 중량을 기준으로 한 중량%로 나타나 있는 하기 표 I에 나타나 있는 바와 같이, 베이스 아스팔트 성분, 물, 및 다른 성분들을 포함하는 베이스 아스팔트 에멀젼을 먼저 제조한다. 표 I에 기술된 바와 같은 베이스 아스팔트 성분 및 중합체성 성분을 포함하는 중합체-개질된 아스팔트를 제조하고, 생성된 혼합물을 160℃의 온도로 가열하고, 별도로 나머지 성분들을 조합하고 55℃의 온도로 가열하고, 이어서 각각의 혼합물을 조합하고 조성물을 콜로이드성 밀에서 1 내지 2분의 기간 동안 혼합함으로써 베이스 아스팔트 에멀젼을 제조한다. 이어서, 에멀젼을 약 21℃의 실온으로 냉각한다.

[표 I]

베이스 아스팔트 성분은 25℃에서의 침투값이 60 내지 80(0.1 mm)인 AH70#, 현지 중국 베이스 아스팔트이다.

유화제1은 4차 암모늄 염이다.

중합체는 경질 아스팔트이다.

중합체성 개질제 1은 스티렌 부타디엔 고무이다.

중합체성 개질제 2는 스티렌 부타디엔 스티렌이다.

안정제 1은 1:1 중량비의 염화칼슘 및 카르복시메틸 셀룰로오스 에테르의 용액이다.

pH 조절제는 염산이다.

산화된 폴리에틸렌 에멀젼의 제조

모든 양이 산화된 폴리에틸렌 에멀젼의 총 중량을 기준으로 한 중량%로 나타나 있는 하기 표 II에 나타나 있는 바와 같이, 산화된 고밀도 폴리에틸렌 및 다른 성분들을 포함하는 산화된 폴리에틸렌 에멀젼을 별도로 제조한다. 압력 용기 내에서 모든 성분들을 순차적으로 조합한 후에, 압력 용기를 밀봉하고, 혼합하면서 20분의 기간 동안 145℃의 온도로 가열함으로써 산화된 폴리에틸렌 에멀젼을 제조한다. 이어서, 연속 교반하면서 에멀젼을 약 21℃의 실온으로 냉각한다.

[표 II]

OxHDPE 1은 밀도가 0.99 g/㎤이고 산가가 25 mgKOH/g인 허니웰 티탄(등록상표) 7686이다.

OxHDPE 2는 밀도가 0.99 g/㎤이고 산가가 28 내지 32 mgKOH/g인 허니웰 티탄(등록상표) 7608이다.

OxHDPE 3은 밀도가 0.93 g/㎤이고 산가가 14 내지 17 mgKOH/g인 허니웰 티탄(등록상표) 7183이다.

유화제 2는 2개의 에틸렌옥시 기로 치환된 탤로우 아민이다.

산은 빙초산이다.

안정제 2는 메타중아황산나트륨이다.

아스팔트 에멀젼의 제조

제조된 베이스 아스팔트 에멀젼 및 산화된 폴리에틸렌 에멀젼을 사용하여 아스팔트 에멀젼의 다양한 실시예 및 비교예를 제조한다. 저속 혼합기를 사용하여 600 rpm 속도로 60분 동안 베이스 아스팔트 에멀젼과 산화된 폴리에틸렌 에멀젼을 혼합함으로써 아스팔트 에멀젼을 제조한다. 표 III은 아스팔트 에멀젼에 포함된 성분들의 목록을 제공하며, 모든 양은 아스팔트 에멀젼의 총 중량을 기준으로 한 중량% 단위이다. 표 III은 아스팔트 에멀젼의 선택된 물리적 특성을 추가로 제공한다.

[표 III]

중국의 산업 표준 JTG E20-2011 규격 및 도로공학용 역청 및 역청 혼합물의 시험 방법에서 T0719 2011에 대하여 T0665-1993에 따라 24시간 및 5일에서의 저장 안정성을 측정하였다.

중국의 산업 표준 JTG E20-2011 규격 및 도로공학용 역청 및 역청 혼합물의 시험 방법의 T0606에 따라 연화점을 측정하였다.

트랙리스 성능에 대한 산화된 폴리에틸렌 에멀젼의 양의 영향을 예시하기 위해 아스팔트 에멀젼의 추가 샘플을 제조한다. 특히, 트랙리스 성능을 정성적으로 시험하여, 아스팔트성 펠트에 아스팔트 에멀젼을 살짝 바르고 오븐 내에서 60℃에서 30분 동안 가열한다. 이어서, 해유화된 아스팔트 에멀젼을 손가락과 접촉시키고, 해유화된 아스팔트 에멀젼이 60℃에서의 가열 기간 후에 터치에 대해 끈적끈적하게 남아 있는지 아닌지 관찰함으로써, 생성된 해유화된 아스팔트 에멀젼을 점착성에 대해 시험한다. 표 IV는 그러한 시험의 결과를 제공한다.

[표 IV]

중국의 산업 표준 JTG E20-2011 규격 및 도로공학용 역청 및 역청 혼합물의 시험 방법의 T0605에 따라 연성을 측정하였다.

적어도 하나의 예시적인 실시 형태가 전술한 상세한 설명에서 제시되었지만, 방대한 수의 변형이 존재함이 이해되어야 한다. 예시적인 실시 형태 또는 예시적인 실시 형태들은 단지 예일 뿐이며, 범주, 적용가능성, 또는 구성을 어떠한 방식으로든 제한하고자 하는 것이 아님이 또한 이해되어야 한다. 오히려, 전술한 상세한 설명은 당업자에게 예시적인 실시 형태를 구현하기 위한 편리한 지침(road map)을 제공할 것이다. 첨부된 청구범위에 기재된 바와 같은 범주로부터 벗어남이 없이 예시적인 실시 형태에 기재된 요소들의 기능 및 배열의 다양한 변경이 이루어질 수 있음이 이해될 것이다.

Claims

아스팔트 에멀젼으로서,
상기 아스팔트 에멀젼의 총 중량을 기준으로 약 15 내지 약 70 중량%의 양으로 존재하는 베이스 아스팔트 성분;
상기 아스팔트 에멀젼의 총 중량을 기준으로 약 25 중량% 이상의 양으로 존재하는 물; 및
상기 아스팔트 에멀젼의 총 중량을 기준으로 약 1 내지 약 20 중량%의 양으로 존재하는 산화된 고밀도 폴리에틸렌
을 포함하며;
상기 산화된 고밀도 폴리에틸렌은 산가(acid value)가 약 5 내지 약 50 mgKOH/g이고;
상기 아스팔트 에멀젼에는 골재(aggregate) 및 다른 광물 재료가 없는, 아스팔트 에멀젼.
제1항에 있어서, 상기 산화된 고밀도 폴리에틸렌은 산가가 약 15 내지 약 40 mgKOH/g, 더욱 바람직하게는 약 26 내지 약 35 mgKOH/g인, 아스팔트 에멀젼.
제1항에 있어서, 상기 산화된 고밀도 폴리에틸렌은 상기 아스팔트 에멀젼 내의 상기 산화된 고밀도 폴리에틸렌 및 베이스 아스팔트 성분의 합계 중량을 기준으로 약 0.5 내지 약 10 중량%의 양으로 존재하는, 아스팔트 에멀젼.
제1항에 있어서, 상기 산화된 고밀도 폴리에틸렌은 밀도가 약 0.97 내지 약 1.01 g/㎤인, 아스팔트 에멀젼.
제1항에 있어서, 상기 베이스 아스팔트 성분은 상기 아스팔트 에멀젼의 총 중량을 기준으로 약 45 내지 약 65 중량%의 양으로 존재하는, 아스팔트 에멀젼.
제1항에 있어서, 상기 베이스 아스팔트 성분은 PEN이 약 60 내지 약 100 dmm인, 아스팔트 에멀젼.
아스팔트 에멀젼의 형성 방법으로서,
베이스 아스팔트 성분 및 물을 포함하는 베이스 아스팔트 에멀젼을 형성하는 단계;
산화된 폴리에틸렌 에멀젼을 상기 베이스 아스팔트 에멀젼과는 별도로 형성하는 단계로서, 상기 산화된 폴리에틸렌 에멀젼은 산화된 고밀도 폴리에틸렌 및 물을 포함하고, 상기 산화된 고밀도 폴리에틸렌은 산가가 약 5 내지 약 50 mgKOH/g인, 상기 단계; 및
상기 아스팔트 에멀젼을 형성하도록 상기 베이스 아스팔트 에멀젼과 상기 산화된 폴리에틸렌 에멀젼을 조합하는 단계
를 포함하며, 상기 아스팔트 에멀젼은 약 15 내지 약 70 중량%, 바람직하게는 약 20 내지 약 70 중량%의 양으로 존재하는 상기 베이스 아스팔트 성분, 약 25 중량% 이상, 바람직하게는 약 29 내지 약 77 중량%의 양으로 존재하는 물, 및 약 1 내지 약 20 중량%의 양으로 존재하는 상기 산화된 고밀도 폴리에틸렌을 포함하며, 모든 양은 상기 아스팔트 에멀젼의 총 중량을 기준으로 하고, 상기 아스팔트 에멀젼에는 골재 및 다른 광물 재료가 없는, 방법.
제7항에 있어서,
상기 베이스 아스팔트 에멀젼과 상기 산화된 폴리에틸렌 에멀젼을 조합하는 단계는 약 15 내지 약 25℃의 조성물 온도에서 상기 베이스 아스팔트 에멀젼과 상기 산화된 폴리에틸렌 에멀젼을 조합하는 단계를 포함하고;
상기 베이스 아스팔트 에멀젼을 형성하는 단계는 상기 베이스 아스팔트 성분을 130℃ 이상의 승온으로 가열하는 단계를 포함하고;
상기 산화된 폴리에틸렌 에멀젼을 형성하는 단계는 상기 물과 상기 산화된 고밀도 폴리에틸렌의 혼합물을 100℃ 이상의 승온으로 가열하는 단계를 포함하고;
상기 방법은 상기 베이스 아스팔트 에멀젼과 상기 산화된 폴리에틸렌 에멀젼을 혼합하기 전에 상기 베이스 아스팔트 에멀젼 및 상기 산화된 폴리에틸렌 에멀젼을 약 40℃ 이하의 온도로 냉각하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
복합 포장(pavement) 구조체로서,
하부의 골재-함유 아스팔트 층; 및
상기 하부의 골재-함유 아스팔트 층 바로 위에 그리고 그 전반에 걸쳐 배치된 에멀젼-유래 아스팔트 층으로서, 상기 에멀젼-유래 아스팔트 층은 아스팔트 에멀젼으로부터 형성되고, 상기 아스팔트 에멀젼은
상기 아스팔트 에멀젼의 총 중량을 기준으로 약 15 내지 약 70 중량%의 양으로 존재하는 베이스 아스팔트 성분;
상기 아스팔트 에멀젼의 총 중량을 기준으로 약 25 중량% 이상의 양으로 존재하는 물; 및
상기 아스팔트 에멀젼의 총 중량을 기준으로 약 1 내지 약 20 중량%의 양으로 존재하는 산화된 고밀도 폴리에틸렌
을 포함하며;
상기 산화된 고밀도 폴리에틸렌은 산가가 약 5 내지 약 50 mgKOH/g이고;
침착된 그대로의 상기 에멀젼-유래 아스팔트 층에는 골재 및 다른 광물 재료가 없는, 상기 에멀젼-유래 아스팔트 층; 및
선택적으로, 상기 에멀젼-유래 아스팔트 층 바로 위에 배치된 상부의 골재-함유 아스팔트 층으로서, 상기 상부의 골재-함유 아스팔트 층은 존재하는 경우 상기 하부의 골재-함유 아스팔트 층으로부터 상기 에멀젼-유래 아스팔트 층의 반대편에 배치되는, 상기 상부의 골재-함유 아스팔트 층
을 포함하는, 복합 포장 구조체.
제9항에 있어서, 상기 에멀젼-유래 아스팔트 층은 침착된 그대로의 두께가 약 1.0 내지 약 4.0 cm인, 복합 포장 구조체.