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KR20070083767A - 폴리머 개질 아스팔트에 있어서 교차결합제와 무기산의용도 - Google Patents

폴리머 개질 아스팔트에 있어서 교차결합제와 무기산의용도 Download PDF

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KR20070083767A
KR20070083767A KR1020077009185A KR20077009185A KR20070083767A KR 20070083767 A KR20070083767 A KR 20070083767A KR 1020077009185 A KR1020077009185 A KR 1020077009185A KR 20077009185 A KR20077009185 A KR 20077009185A KR 20070083767 A KR20070083767 A KR 20070083767A
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KR
South Korea
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asphalt
pma
polymer
mixture
acid
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KR1020077009185A
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폴 제이 뷰래스
윌리엄 디 리
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또딸 프랑스
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Publication date
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Abstract

무기산으로 처리되고 황 및/또는 기타 교차결합제 또는 반응 촉진제로 교차결합된 아스팔트와 폴리머 혼합물은 향상된 고온 특성들을 가지는 폴리머 개질 아스팔트를 제공한다. 산은 교차결합제 이전에 아스팔트에 가해져야 한다.
아스팔트, 엘라스토머성 폴리머, 산, 교차결합제, 개질 아스팔트

Description

폴리머 개질 아스팔트에 있어서 교차결합제와 무기산의 용도{USE OF INORGANIC ACIDS WITH CROSSLINKING AGENTS IN POLYMER MODIFIED ASPHALTS}
본 발명은 엘라스토머에 의해 개질되고, 경화단계를 포함하며 구체적으로는 건설 포장 및 도로 포장 등에 유용한 역청, 아스팔트 및 타르와 같은 탄화수소에 기초한 결합체들의 비-제한적인 실시에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 본 발명은 또다른 비제한적인 실시예에 있어서, 특성을 향상시켜 폴리머 개질 아스팔트를 생산하도록 통합된 산을 가지는 역청 및 스티렌/부타디엔 공중합체의 경화처리된 조성물을 얻기 위한 방법에 관한 것이다.
도로 포장재로 유용한 골재 조성물(역청과 바위를 포함하나, 제한적이지는 않음)을 제조하는데 있어서 역청(아스팔트)의 용도는 각각 인정될 만한 생산품을 제공하는데 심각한 도전을 제공하는 적어도 세 요인에 의해 복잡해진다. 첫째로, 역청 조성물은 도로 포장에 유용한 것으로 고려되기 위해 특정 성능기준 또는 조건을 만족시켜야만 한다. 예를 들면, 인정받을만한 성능을 보장하기 위해 주 및 연방 정부는 도로 포장재로 사용하기 위한 조건을 포함하여 다양한 역청 적용물질에 대한 조건을 제정하였다. 현 연방 도로교통부(Federal Highway administration) 조건들은 역청(아스팔트) 생산물에 대하여 점도, 경도, 투과성, 강도, 점착력 및 연성 과 같은 특성에 관련된 제한된 파라미터들을 만족하도록 요구하고 있다. 이들 파라미터 각각은 역청 조성물의 결정적인 특징을 한정하며, 이러한 파라미터들 하나 이상을 만족하지 못한 조성물은 도로 포장재로서의 용도로 수용될 수 없다.
종래의 역청 조성물은 종종 구체적인 조건의 모든 요구치를 동시에 만족시킬 수 없었으며, 이러한 조건들을 만족시키지 못하면 제한적이지는 않지만, 영구적인 변형, 열에 의한 균열 및 굴곡피로를 포함하는 손상이 결과물 도로에 발생할 수 있다. 이러한 손상은 포장된 도로의 수명을 현저히 단축시킨다.
이 점에 있어서, 종래 역청 조성물의 특성들이 폴리머와 같은 기타 물질들의 첨가에 의해 개질될 수 있다는 것이 오랫동안 고려되어왔다. 넓은 범위의 다양한 폴리머들이 역청 조성물들에 대한 첨가재로서 사용되어왔다. 예를 들면, 스티렌 및 컨주게이트(conjugate)된 디엔으로부터 유도된 공중합체들이 특히 유용한데, 이러한 공중합체들은 역청조성물에 우수한 용해성을 가지며 그 결과 개질된 역청 조성물들은 우수한 유동학적인 특성들을 가진다.
폴리머 역청 조성물들의 안정성이 종종 원소형태인 황과 같은 교차결합제(경화제)의 첨가에 의해 증가될 수 있다는 것도 공지되어있다. 황은 황화물 및/또는 다유화물(polysulfide) 결합을 통해 폴리머와 역청을 화학적으로 결합시킨다고 여겨진다. 역청이 천연적으로 다양한 양의 천연 황을 함유하고 있을지라도 여분의 황을 첨가하는 것은 향상된 안정성을 제공하는데 도움이 될 수 있다.
따라서 266 - 446℉(130 - 230℃)의 온도에서 역청을 평균 분자량이 30,000 내지 300,000인 블럭 또는 불규칙 공중합체 2 내지 20 중량%와 혼합하는 것으로 이 루어진 역청-폴리머 조성물 제조방법이 공지되어 있다. 그 결과 혼합물은 적어도 두시간 동안 교반되어 역청과 관련있는 황 0.1 내지 3 중량%가 가해지고 혼합물은 적어도 20분간 교반된다. 결과물인 역청-폴리머 조성물은 도로포장, 건설포장, 또는 기타 산업적 적용에 이용된다.
이와 유사하게, 아스팔트를 약 0.1 내지 1.5 중량%의 황 원소 및 1 내지 7 중량%의 천연 또는 합성 고무와 열혼합함으로써 얻어지는 직쇄형 부타디엔/스티렌 공중합체가 될 수 있는 아스팔트(역청) 폴리머 조성물도 공지되어있다. 스티렌/부타디엔 고무와 같은 천연 또는 합성 고무를 280 - 400℉(138 - 204℃)의 온도에서 역청에 대해 10 중량%까지 역청과 혼합하고 이후 온도를 257 - 320℉(125 - 160℃)로 조절하고 고무에 대한 비율이 0.01 내지 0.9 사이가 될 만큼의 황을 혼합물에 즉시 섞음으로써 고무-개질 역청을 제조하는 방법이 추가적으로 공지되어있다. 경화-가속제의 촉매량이 경화를 일으키도록 가해진다. 황 대 고무의 결정적인 비율이 가끔 공지되는데, 예를 들면 0.01미만의 황 대 고무의 중량비는 우수한 품질의 개질 역청을 제공한다.
역청 조성물의 사용을 복잡하게 만드는 두번째 요인은 저장조건 하에서 이러한 조성물의 점성 안정도로 고려된다. 이점에 있어서, 역청 조성물들은 종종 사용되기 전에 7일까지 보관되는데 몇몇 경우에는 조성물의 점성이 너무 증가하여 역청 조성물이 의도된 목적으로 사용될 수 없게 된다. 전형적으로 아스팔트와 골재를 포함하는 아스팔트 콘크리트, 아스팔트 콘크리트를 재포장하기 위한 아스팔트 조성물 및 유사한 아스팔트 조성물들은 특히 표면 코팅(도로 포장)을 위한 바인더로서, 아 스팔트 에멀젼으로서, 또는 산업적 적용에 있어서 아스팔트가 사용될 때 다양한 분야의 적용에 사용될 수 있도록 일정 수의 특정 기계적 특성을 나타내야만 한다. (본 명세서 내에 사용된 "아스팔트"라는 용어는 "역청"과 상통한다. 아스팔트 콘크리트는 도로에 전형적으로 사용되는 적절한 골재가 첨가된 바인더로서 사용되는 아스팔트이다.) 표면 보수에 있어서, 표면 도포 또는 매우 얇은 역청 혼합물로서, 또는 아스팔트 콘크리트에 있어서 역청 혼합물의 두꺼운 구조성 층으로서의 아스팔트 또는 아스팔트 에멀젼 바인더의 사용은 이러한 바인더들이 바람직한 수치의 탄성 및 가소성과 같은 필수적인 특성을 가지면 많아진다.
관찰된 바와 같이, 물리적 및 기계적 수행 특성을 향상시키기 위해 아스팔트에 다양한 폴리머들이 첨가되어왔다. 폴리머-개질 아스팔트(PMAs)들은 도로 건설/보수 및 지붕건축에 일반적으로 사용된다. 종래의 아스팔트는 종종 용도에 있어서 충분한 연성을 보유하지 못하며, 또한 도로 건설과 같은 현대의 많은 용도의 적용에 있어 너무 좁은 범위의 가소성을 보인다. 도로 아스팔트 및 이와 유사한 것은 부틸, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌 또는 폴리이소부텐 고무, 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리클로로프렌, 폴리노르보넨, 에틸렌/프로필렌/디엔(EPDM) 삼중합체 및 유리하게는 스티렌 및 컨주게이트된 디엔의 불규칙 또는 블럭 공중합체와 같은 것이 될 수 있는 엘라스토머형 폴리머를 이들 내에 도입함으로써 현저히 향상될 수 있다는 것이 공지되어있다. 이렇게 얻어진 개질된 아스팔트들은 보통 역청/폴리머 바인더 또는 아스팔트/폴리머 혼합물로 다양하게 불린다. 개질된 아스팔트 및 아스팔트 에멀젼은 전형적으로 스티렌/부타 디엔에 기초한 중합체를 활용해 생산되고, 비-개질된 아스팔트 및 아스팔트 에멀젼에 비해 전형적으로 상승된 연화점(softening point), 증가된 점탄성(viscoelasticity), 압력하에서 향상된 세기, 향상된 긴장 회복, 및 향상된 저온 긴장 특성들을 가진다.
현재 도로 시설물에 채용되는 역청 바인더들은 역청/폴리머 타입에서조차 종종 도로 구조물 및 이들의 건설에 부과되는 구성적 및 작업성 요구치의 증가를 일관되게 만족시키기 위해 충분히 낮은 폴리머 농도에서 최적의 특성을 가지지 않는다. 개질 아스팔트 성능의 주어진 수치를 달성하기 위해 다양한 폴리머들이 일부 규정된 농도에 추가된다.
최근에는 바람직한 아스팔트 특성들이 만족될 때까지 단일 폴리머가 때때로는 폴리머 분자들의 교차결합을 촉진시키는 반응물과 함께 첨가되는 것이 시행된다. 이러한 반응물은 전형적으로는 반응에 적절한 형태의 황이다.
하지만, 폴리머의 비용은 결과물인 아스팔트/폴리머 혼합물 전체의 비용을 현저히 증가시킨다. 따라서, 다양한 아스팔트 혼합물에 대하여 상기 기준을 만족시키는 능력에 비용 요인이 부과된다. 또한, 폴리머 농도의 수위증가에 있어서 아스팔트 혼합물의 작업 점성이 과도하게 커지고 아스팔트와 폴리머의 분리가 발생한다.
교차결합 반응을 더욱 빠르게 진행시키기 위해 활성화제 및 반응 촉진제를 포함하는 것이 폴리머-개질 아스팔트의 제조에 있어서 통상적이다. 통상적인 활성화제는 아연 산화물(ZnO)이고, 통상적인 반응 촉진제는 메르캅토벤조티아졸(MBT)이 다. ZnO는 또한 때때로 폴리머가 겔화되는 경향을 조절하는데 사용된다. 메르캅토벤조티아졸의 아연염(ZMBT)은 이러한 종래의 첨가제 두가지의 태양을 조합한다.
전술한 내용으로부터 알 수 있듯이, 아스팔트와 폴리머 조성물의 혼합을 향상시키는 방법이 공지되어있다. 이러한 방법들의 상업적 성공을 위해 필요로하는 요소는 가능한 한 단순한 방법, 첨가물의 비용절감, 및 더욱 가치가 있는 조각으로 혼합할 필요 없이 정제기구로부터 유용한 아스팔트 조각들의 활용을 포함한다. 또한, 결과물인 아스팔트 조성물은 전술한 정부의 물리적 특성 및 환경에 대한 고려도 만족시켜야한다. 따라서, 다른 어떠한 성분도 희생시키지 않고 아스팔트에 첨가되는 폴리머 및 교차결합제의 비용 절감 또는 유지 및 아스팔트와 폴리머 조성물의 특성을 가능한 한 향상시키는 것이 본 산업의 목적이다.
비제한적인 형태로, 아스팔트를 가열하는 단계, 혼합물을 형성하기 위해 적절한 순서로 엘라스토머성 폴리머 및 무기산을 첨가하는 단계를 포함하는 아스팔트 및 폴리머 조성물을 제조하는 방법이 제공된다. 이때, 무기산의 비율은 혼합물 전체에 대하여 약 0.05 내지 2 중량%의 범위이다. 산 첨가 후에 교차결합제가 혼합물에 가해진다. 교차결합제는 폴리머 전 또는 후에 가해질 수 있다. 혼합물은 이후 경화되어 폴리머 개질 아스팔트(PMA)를 얻게된다. 비제한적인 일 실시예에서 PMA는 무기산이 없는 동일한 PMA에 비해 향상된 고온특성, ODSR 및/또는 RTFO 상실온도를 가진다. 비제한적인 일 실시예에서, PMA는 상업적 규모의 양으로 생산되는데, 이는 지붕을 덮는데 충분한 양 또는 도로 및 유사한 것을 포장하는데 충분한 양을 포함한다.
다른 비제한적인 실시예에서는, 아스팔트를 가열하고 혼합물을 형성하도록 엘라스토머성 폴리머 및 무기산을 아스팔트에 적절한 순서로 가하여 제조한 폴리머 개질 아스팔트(PMA)가 제공된다. 무기산의 비율은 혼합물 전체에 대하여 약 0.05 내지 약 2 중량%의 범위이다. 산 첨가 후 혼합물에 교차결합제가 가해진다. 혼합물은 경화되어 폴리머 개질 아스팔트(PMA)가 얻어진다. 이러한 PMA로 만들어진 도로뿐만 아니라 이러한 PMA들로 지붕을 덮는 방법에 따라 이러한 PMA들로 도로 및 지붕을 건설하는 방법이 본 명세서의 혁신에 포함된다. 본 명세서의 PMA를 통합하는 재활용 아스팔트들이 사용될 수 있고, 이러한 PMA로 덮인 집합체도 역시 고려된다.
고무/아스팔트 공존체의 향상이 교차결합제의 첨가에 앞서 아스팔트를 산으로 처리함으로써 얻어질 수 있다는 것이 발견되었는데, 폴리머는 어느때라도 첨가될 수 있다. 아스팔트의 산처리는 공지된 반면, 첨가 순서가 생산된 아스팔트의 특성 또는 질에 차이가 생기는 것은 알려져있지 않다. 교차결합제 또는 실질적으로 유효량의 교차결합제에 앞서 산을 첨가하는 것은 향상된 고온 특성을 가지는 폴리머 개질 아스팔트를 제공한다. 이러한 향상된 특성들은 ODSR 상실온도(본래의 DSR) 및 RTFO 상실온도를 포함하나, 제한적인 것은 아니다. "실질적으로 유효량의 교차결합제"는 감지할 만한 양을 교차결합시키기에 충분한 것을 의미한다.
본 명세서에서, "역청"(때때로 "아스팔트")이라는 용어는 역청의 모든 타입을 가리키며, 천연적으로 발생하는 것들 및 석유화학공정에서 얻어지는 것들을 포함한다. 역청의 선택은 결과물인 역청 조성물을 위해 의도되는 구체적인 적용에 기본적으로 의존한다. 사용될 수 있는 역청들은 원하는 아스팔트의 등급에 의존하며 140℉(60℃)에서 초기점도 60 내지 300푸아즈(poise)(60 내지 300 Pa-s)를 가질 수 있다. 기초 역청의 초기 투과범위(ASTM D5)는 77℉(25℃)에서 20 내지 320dmm인데, 공중합체-역청 조성물의 의도된 요도가 도로포장일 경우에는 50 내지 150dmm이 될 수 있다. 어떠한 공중합체, 황 등을 함유하지 않는 역청들은 때때로 본 명세서에서 "기초 역청"으로 언급된다.
"엘라스토머성 폴리머들"은 천연 또는 합성 고무들인데, 부틸, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌 또는 폴리이소부텐 고무, 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리클로로프렌, 폴리노르보넨, 에틸렌/프로필렌/디엔(EPDM) 삼중합체 및 유리하게는 예를 들면 스티렌과 같은 비닐 방향족 화합물 및 컨주게이트된 디엔의 불규칙 또는 블럭 공중합체와 같은 것을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 비제한적인 일 실시예에서, 직쇄형, 방사형, 또는 다중-가지달린형 스티렌/컨쥬게이트된 디엔의 블럭 공중합체들이 사용될 수 있다. 30,000 내지 300,000 사이의 평균분자량을 가지는 스티렌/부타디엔 및 스티렌/이소프렌 공중합체들이 특히 유용하다는 것이 밝혀졌다.
"컨쥬게이트된 디엔"은 둘 이상의 불포화결합을 가지며 두번째 불포화 영역이 첫번째 불포화 영역에 컨쥬게이트된, 즉, 두번째 불포화영역의 첫번째 탄소가 첫번째 불포화 영역의 첫번째 탄소에 대해 감마자리(3번 탄소)인 알켄 화합물을 가리킨다. 컨쥬게이트된 디엔들은 부타디엔, 이소프렌, 1,3-펜타디엔 및 이와 유사한 것들을 포함하나, 이러한 예들에 제한되지 않는다.
"스티렌 및 컨쥬게이트된 디엔류의 블럭 공중합체들"은 직쇄형 또는 방사형, 공중합체들이 다음 식으로 표현되는 스티렌-컨쥬게이트된 디엔-스티렌 블럭 유닛으로 구성된 3-블럭 구조물을 가지는 스티렌 및 컨쥬게이트된 디엔류의 공중합체를 가리킨다:
Sx─Dy─Sz .
여기서 D는 컨쥬게이트된 디엔, S는 스티렌, 그리고 x,y 및 z는 공중합체의 수평균분자량(number average molecular weight)이 약 30,000 내지 300,000이 되도록 하는 정수이다. 이러한 공중합체들은 당 분야의 기술자들에게 잘 알려져있고, 상업적으로 활용가능하거나, 업계에 공지된 방법을 통해 제조될 수 있다. 이러한 3-블럭 공중합체들은 스티렌 및 컨쥬게이트된 디엔으로부터 유도될 수 있는데, 컨쥬게이트된 디엔은 부타디엔 또는 이소프렌이다. 이러한 공중합체들은 스티렌에서 유도된 공중합체 유닛을 15 내지 50 중량% 함유할 수 있으며, 선택적으로는 스티렌 유도체 20 내지 35%를 함유할 수 있고, 이후 다시 스티렌 유도체 28 내지 31%를 함유할 수 있다. 나머지는 컨쥬게이트된 디엔에서 유도된 것이다. 이러한 공중합체들은 약 50,000 내지 약 200,000 사이 범위의 수평균분자량을 가질 수 있으며, 선택적으로는 약 80,000 내지 약 180,000 사이 범위의 수평균분자량을 가질 수 있다. 공중합체는 취급을 용이하게 하기 위해 소량의 탄화수소 오일을 필요로 할 수 있다. 적절한 용매의 예에는 비휘발성 방향족 오일인 가소제용매가 포함된다. 그러나, 탄화수소 오일이 휘발성 용매인 경우(앞에서 한정된 바와 같이), 최종 역청 조성물에 함유된 용매의 양이 약 3.5 중량% 미만이 되도록 보장하는 주의가 요구된다.
비제한적인 일실시예에서, 엘라스토머성 폴리머는 아스팔트/폴리머 혼합물에 대해 약 1 내지 약 20 중량%의 비율로 존재한다. 다른 비제한적인 실시예에서는, 혼합물의 약 1 내지 약 6 중량%의 폴리머가 존재한다.
"황"은 본 명세서에서 어떠한 물리적 형태로든 황 원소를 한정하는데, "황 함유 유도체"는 황을 제공하는 어떠한 화합물을 의미하며, 황 원소는 아니다. 황을 제공하는 화합물은 업계에 공지된 것으로서 혼합 또는 제조 조건 하에서 황을 생성하는 다양한 유기 조성물 또는 화합물들을 포함한다. 비제한적인 일 실시예에서, 황 원소는 황화(黃華)로 알려진 분말형태이다. 이외에 본 명세서에서 사용될 수 있는 황 함유 유도체 또는 종은 메르캅토벤조티아졸, 티우람류(thiurams), 디티오카바메이트류, 황 함유 옥사졸류, 티아졸 유도체류 및 유사한 것, 및 이들의 조합을 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. "티아졸 유도체류"는 옥사졸을 포함하며, -N=C(R)-S-와 같은 황주개(donor)로 작용하는 필수적 작용기를 가지는 화합물을 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 비제한적인 실시예에서는 황 및/또는 기타 교차결합제가 아스팔트에 대해 약 0.01 내지 약 0.75 중량%, 선택적으로는 약 0.06 내지 약 0.3 중량%의 범위의 양만큼 존재하며, 또 다른 비제한적인 실시예에서는 약 0.08 내지 약 0.2 중량%의 양만큼 존재한다. 앞서 언급한 대로, 메르캅토벤조티아졸의 아연염(ZMBT)은 종래의 첨가제들의 태양을 조합한다. 기타 MBT의 금속염들 또한 유용하다.
비제한적인 일 실시예에서, 수용가능한 교차결합제들은 티우람 폴리설파이드들이다. 다른 비제한적인 실시예에서, 티우람 폴리설파이드는 다음 식을 가진다:
Figure 112007030538853-PCT00001
여기서, R1 및 R2는 탄소원자수가 1 내지 4개인 동일하거나 상이한 알킬 치환체이며, M은 아연, 바륨 또는 구리로부터 선택된 금속이고, n은 0 또는 1이다. 다른 비제한적인 실시에에서, 식(I)의 티우람 폴리설파이드의 교차결합 온도범위는 180℃(356℉)이상, 선택적으로는 교차결합 온도범위는 약 130 내지 약 205℃(280-400℉) 사이가 될 수 있다. 본 명세서내의 티우람 폴리설파이드는 디메틸디티오카바메이트와 같은 아연 디알킬디티오카바메이트류를 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다.
"소정의 유동학적 특성"은 다음에 기재되는 것과 같이 AASHTO에 의해 MP1으로 지정된 수퍼페이브(SUPERPAVE) 아스팔트 바인더 조건을 기본적으로 가리킨다. 추가적인 아스팔트 조건들은 140℉(60℃)에서 1600 내지 4000푸아즈(160-400 Pa-s)의 노화(aging)전 점도; 적어도 75인치-파운드(86.6cm-kg)의 노화전 점착력; 및 39.2℉(4℃), 5cm/min에서 적어도 25cm의 노화전 연성을 포함할 수 있다.
점도 측정은 ASTM 테스트법 D2171을 이용하여 행해진다. 연성 측정은 ASTM 테스트법 D113을 이용하여 행해진다. 경도 및 점착력 측정은 경도 및 점착력의 벤슨법(Benson Method)에 의해 1/8인치(2.22cm) 직경의 볼을 인장률 20인치/min(50.8cm/min)으로 행해진다.
"저장 안정 점도"는 스키닝(skinning), 침전, 겔화, 또는 알갱이의 증거를 보이지 않는 역청 조성물 및 7일 동안 325±0.5℉(163±2.8℃)에 보관할 동안 네가지 이상의 요인에 의해 증가하지 않는 조성물의 점도를 의미한다. 비제한적인 태양에서, 7일 동안 325℉(163℃)에 보관할 동안 네가지 이상의 요인에 의해 점도가 증가하지 않았다. 다른 비제한적인 실시예에서, 7일 동안 325℉(163℃)에 보관할점도가 50% 미만 증가하였다. 저장중 역청 조성물의 점도에 있어서 실질적인 증가는 그 결과 조성물의 취급 및 판매 및 사용 시점에 제품 조건들을 만족시키기가 어려워 바람직하지 않다.
"골재"라는 용어는 도로를 포장하는데 적절한 골재 조성물을 제공하기 위해 역청 조성물에 첨가되는 바위 및 유사한 물질을 가리킨다. 전형적으로, 사용되는 골재는 역청 조성물이 생산되는 지역의 고유한 바위이다. 적절한 골재는 화강암, 현무암, 석회석 및 이와 유사한 것이 포함된다.
본 명세서 내에서, "아스팔트 시멘트"는 가열하면 점차 액화되는 실온에서 실질적으로 고체 또는 반고체인 다양한 물질들을 가리킨다. 주요 성분으로는 정제과정의 잔여물로서 또는 천연적으로 발생할 수 있는 역청이다. 언급한 바와 같이, 아스팔트 시멘트들은 일반적으로 25℃에서 400 미만의 투과(PEN, 밀리미터의 10분의 1 단위로 측정, dmm), 및 40 내지 300(ASTM 표준, 방법 D-5) 사이의 전형적인 투과로 특징지어진다. 60℃에서의 아스팔트 시멘트의 점도는 약 65푸아즈 이상이다. 아스팔트 시멘트들은 선택적으로는 AASHTO(미국 도로교통 공무원협회) AR 점도 시스템에 의해 특화된 용어로 정의된다.
본 명세서의 아스팔트 용어들은 당 업계의 기술자들에게 잘 알려져있다. 이러한 용어들의 해설을 위해, 참조문헌으로 본 명세서에 MP1으로 인용된 아스팔트협회(Research Park Drive, P.O.Box 14052, 렉싱턴, KY 40512-4052) 발간, 수퍼페이브(SUPERPAVE) 시리즈 No.1(SP-1), 1997판이 소책자로 만들어졌다(Standard Specification for Performance Graded Asphalt Binder). 예를 들면, 제2장은 실험장비, 용어들 및 목적의 해설을 제공한다. 회전박막오븐(RTFO) 및 압력노화용기(PAV)는 바인더 노화(경화) 특성을 실험하는데 사용된다. 동적전단유량계(DSR: Dynamic Shear Rheometer)는 고온 또는 중간 온도에서의 바인더 특성을 측정하기 위해 사용된다. 이들은 영구적 변형 또는 소성변형 및 피로균열을 예측하기 위해 사용된다. 휨측정기(BBR: Bending Beam Rheometer)는 저온에서의 바인더의 특성을 측정하기 위해 사용된다. 이들 수치는 열적 또는 저온 균열을 예측한다. 이러한 실험들의 공정들은 전술한 수퍼페이브 소책자에 기재되어있다.
아스팔트 등급은 전술한 아스팔트 협회 소책자에 논의된 대로 업게에서 인정된 표준에 따라 주어진다. 예를 들면, 상기 소책자의 62-65페이지에는 아스팔트 바인더의 성능등급 조건표(Performance Graded Asphalt Binder Specification)가 게시되어있다. 예를 들면 아스팔트 조성물들에는 성능등급 PG64-22가 주어진다. 앞숫자 64는 7일간의 포장설계의 최대 섭씨온도 ℃의 평균을 나타낸다. 두번째 숫자 -22는 포장설계의 최소 섭씨온도를 나타낸다. 각 등급의 다른 요구치들이 표에 나타나있다. 예를 들면, PG64-22의 PAV-DSR 실험을 위한 최대값(℃)은 25℃이다.
고무와 아스팔트의 공존 정도 또는 측정을 표준화하기 위해 업계에서 일반적으로 활용되는 방법 중 하나는 공존성 실험으로 일컬어진다. 공존성 실험은 아스팔트를 포함하는 물질들의 분리정도의 측정을 제공한다. 예를 들면, 고무와 PMA의 기타 성분 사이의 장기간 공존은 도로 재료를 준비할때 중요한 고려사항이다. 만일 고무가 PMA의 기타 성분과 양립할 수 없다면 PMA를 함유하는 도로 재료의 성능이 저하된다. 공존성은 열적으로 유발된 노화 기간 이후 아스팔트의 연화점을 측정함으로써 평가된다(예를 들면, 폴리머의 루이지애나 DOTD 아스팔트 분리 실험법 TR 326). 실험은 고무 및 아스팔트와 교차결합제 같은 가능한 모든 첨가제들이 포함된 폴리머 개질 아스팔트 혼합물에 대해 수행된다. 혼합물은 시가튜브(cigar tube) 또는 치약튜브로 일컬어지는 일반적으로 알루미늄 또는 유사한 물질로 제작된 튜브들 내에 놓여진다. 이 튜브들은 직경이 약 1인치(2.54cm), 깊이가 약 15cm이다. 혼합물은 약 162℃(320℉)까지 가열되는 오븐에 놓여진다. 이 온도는 가장 일반적으로 사용되는 아스팔트 보관온도로서 대표적이다. 소정의 기간 가장 일반적으로는 24시간 후, 튜브들은 오븐에서 냉동기로 이동되어 식혀져 응고된다. 튜브들은 수직위치에 보관된다. 냉각 후, 이 튜브들은 3조각: 3개의 동일한 조각들로 절단된다. 상부 3분의 1조각의 링앤볼(Ring and Ball) 연화점이 바닥 조각의 연화점과 비교된다. 이 실험은 아스팔트 내에서 고무의 분리 또는 공존성의 지표를 제공한다. 고무는 위쪽으로 분리되는 경향을 가진다. 상부 및 바닥 조각들 사이의 연화점의 차이가 적을수록 고무와 아스팔트의 공존성이 높다. 오늘날 환경에서, 많은 주들이 아스팔트/고무 조성물의 공존에 대해 4℉(2℃) 이하의 차이를 요구한다. 더 높은 차이를 허용하는 표준은 별로 없다. 24시간 실험이 일반적인 비교점으로서 사용된다. 비제한적인 일 실시에에서, 이 공존성 실험값이 20℃ 이하이다.
비제한적인 일 실시예에 따라 교반기를 가지는 혼합기에 아스팔트 또는 역청을 가함으로써 아스팔트 조성물이 제조되었다. 아스팔트는 상승하는 온도에서 가해지고 교반되었다. 교반온도는 아스팔트의 점도에 의존적이며, 500℉(260℃)까지 될 수 있다. 정제 공정으로부터의 아스팔트 생성물은 업계에 잘 공지되어있다. 예를 들면, 이러한 공정에 통상 사용되는 아스팔트들은 소정의 점도의 바닥 생성물을 얻기 위한 천연 오일의 딥(deep) 감압증류 또는 탈금속처리된 오일, 수지 조각 및 아스팔트화된 조각을 생성하는 용매 탈아스팔트화공정을 통해 얻어진다. 일부 정제 유닛들은 수지 조각을 갖지 않는다. 이러한 물질들 또는 인화점이 450℉(232℃)를 넘는 기타 공존가능한 오일들은 소정의 점도의 아스팔트를 얻기위해 혼합된다.
이러한 적용에 적합한 고무류, 엘라스토머성 폴리머류, 또는 열가소성 엘라스토머류는 전술한 바와 같이 업계에 공지되어있다. 예를 들면, 아토피나 엘라스토머 사의 FINAPRENE® SBS 고무 제품들이 본 명세서의 적용에 적합하다. 이러한 예는 특히 스티렌 및 부타디엔으로부터 생산되는 어떠한 유사한 엘라스토머성 제품에 적용될 수 있는 혁신적인 기술을 제한하지않는다.
아스팔트에 무기산을 첨가하는 것이 이들의 특성을 향상시킨다는 것이 발견되었고, 교차결합제에 앞서 무기산을 첨가하는 것이 특히 더 나은 결과를 제공한다는 것이 놀랍게도 발견되었다. 이러한 현상이 어떠한 메커니즘으로 발생되는지, 산화 또는 교차결합에 의한 것인지 알려지지 않았으며, 본 발명은 아스팔드가 그러한 방법에 의해 경화되는 것처럼 보일지라도 어떠한 구체적인 메커니즘 또는 설명에 제한되지 않는다.
본 명세서의 방법에 사용하기 적합한 무기산들은 인산, 다가인산, 황산, 염산, 질산, 및 이들의 혼합물을 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. 여기서, 인산은 다가인산을 포함한다. 비제한적인 일 실시예에서, 무기산의 비율은 아스팔트, 산 및 폴리머의 총 혼합물에 대해 약 0.05 내지 약 2 중량%의 범위이다. 다른 비제한적인 실시예에서는 무기산의 비율은 총 혼합물에 대해 약 0.05 내지 약 1 중량%의 범위이다.
또 다른 비제한적인 실시예에서는, 금속산화물 활성화제도 본 명세서의 아스팔트/폴리머 혼합물 내에 존재한다. 언급한대로, 아연 산화물은 공지된 통상적인 활성화제이며, 황화수소의 발생을 억제하는데 사용될 수도 있다. 기타 유용한 금속 산화물들에는 본 명세서에 참증으로서 인용된 미국 특허출원 제2004/0030008 A1에 기재된 CaO, MgO 및 CuO가 포함되나 이에 제한되는 것은 아니다. 비제한적인 태양에서, 산은 존재하는 ZnO와 동일한 양의 몰수로 존재한다.
본 명세서의 목적에 적합한 다양한 기타 첨가제들은 공지된 추가의 촉진제, 활성화제, 2가의 금속 산화물들(예를 들면 아연 산화물) 및 이와 유사한 것들을 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. 본 명세서에서는 다양한 촉진제들이 동시에 사용될 수 있는데, 디티오카바메이트류 및 벤조티아졸류를 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. 많은 교차결합제 및 기타 첨가제들이 보통 분말 또는 얇은 조각의 형태로 판매되고 있다.
기재된 방법들 및 조성물들은 조성물들 및 방법들을 제한하지 않고 더욱 충분히 묘사할 의도의 구체적인 실시예들로 설명되어질 것이다.
실시예 1-6
저농도의 인산은 순수한 및 폴리머 개질 아스팔트의 고온 MP1 특성들을 향상기켰다. 0.1 내지 0.3 중량%의 산 농도는 순수한 아스팔트의 ODSR 상실 온도를 2℃에서 2.5℃로 향상시켰다. 순수 아스팔트의 RTFO DSR 상실온도는 0.1 내지 0.3 중량%의 산에서 약 4℃ 향상되었다. 0.1 내지 0.3 중량%의 인산으로 PMA의 RTFO DSR 상실온도의 한계는 3℃에서 4℃로 상승되었다. 저온특성은 현저히 영향받지 않았다.
실시예 1-6에 사용된 물질들은 기초 아스팔트, FINAPRENE 502 SBS 폴리머, ZnO, MBT, 황, 및 인산을 포함한다. 실험 조성물 및 초기 공정들이 표 1에 기재되었다.
실시예 1-6의 제제
실시예 제제 및 초기 공정
1 기초 아스팔트를 MP1에 따라 등급을 매긴다.
2 99.9중량%의 기초아스팔트와 0.1중량%의 인산으로 구성된 혼합물을 조제한다; MP1 등급을 매긴다.
3 99.7중량%의 기초아스팔트와 0.3중량%의 인산으로 구성된 혼합물을 조제한다; MP1 등급을 매긴다.
4 96중량%의 기초아스팔트 및 4중량%의 FP502로 구성된 PMA혼합물(대조군)을 조제한다; 0.06중량%의 ZnO/0.06중량%의 MBT/0.12중량%의 황으로 교차결합한다; 공존성을 조사하고, MP1 등급을 매기고, 135℃ 점도를 측정한다.
5 96중량%의 기초아스팔트, 4중량%의 FP502 및 0.1중량%의 인산으로 구성된 PMA혼합물을 조제한다; 0.6중량%의 ZnO/0.06중량%의 MBT/0.12중량%의 황으로 교차결합한다; 공존성을 조사하고, MP1 등급을 매기고, 135℃ 점도를 측정한다.
6 96중량%의 기초아스팔트, 4중량%의 FP502 및 0.3중량%의 인산으로 구성된 PMA혼합물을 조제한다; 0.6중량%의 ZnO/0.06중량%의 MBT/0.12중량%의 황으로 교차결합한다; 공존성을 조사하고, MP1 등급을 매기고, 135℃ 점도를 측정한다.
실험방법
아스팔트 샘플은 저속전단(low shear)혼합기로 350℉(177℃)까지 가열되었다. 지정된 산이 가해지고 10분간 샘플의 교반을 지속하였다. PMA 조성물이 다음 공정에 따라 산 첨가 후에 (적용 가능한 곳에) 혼합되었다:
아스팔트 샘플은 저속전단혼합기로 350℉(177℃)까지 가열되었다. 혼합을 고속전단으로 전환하고 폴리머를 가하였다. 혼합은 350℉(177℃)에서 1시간 동안 고속전단에서 계속되었다. 혼합은 저속전단으로 낮추어졌다. 교차결합제가 가해지고 혼합은 350℉(177℃)에서 1시간 동안 저속전단에서 계속되었다. PMA 혼합물은 325℉(163℃)오븐에서 24시간 동안 노화되었다. 경화된 아스팔트는 24/48시간 공존성, MP1 등급, 및 135℃ 회전점착성이 실험되었다. 관찰한 바를 기록하였다(예를 들면, 겔화, 막 형성, 덩어리, 연기 등).
인산으로 개질된 순수한 아스팔트의 혼합물에 대한 실험결과가 표 2에 주어졌다.
인산으로 개질된 기초 아스팔트
단위 실시예
1(대조) 2(본발명) 3(본발명)
기초 아스팔트 중량% 100 99.9 99.7
인산 중량% 0.1 0.3
바인더 DSR ℃ 66.3 68.2 68.8
RTFO DSR ℃ 67.8 71.7 72.3
PAV DSR ℃ 23.0 24.0 25.1
m-값 ℃ -14.8 -14.1 -14.0
S-값 ℃ -15.8 -16.2 -16.4
실시예 2에 보인 바와 같이, 0.1 중량%의 인산을 첨가하면 단지 ODSR(본래의 DSR 또는 바인더 DSR) 상실온도를 1.9℃ 증가시킨다. 그러나, RTFO DSR 상실온도는 3.9℃까지 향상되었다. 인산의 농도를 0.3 중량%까지 증가(실시예 3)시키면 0.1 중량%의 인산 첨가에 비해 고온특성을 가까스로 향상시킨다. 산 첨가에 따라 PAV DSR 상실온도에 약간의 증가가 있었다. PAV DSR 상실온도의 증가는 PAV DSR 상실온도가 최대조건인 25℃에 근접한 아스팔트에 있어서 고려사항이 될 수 있다. PMA 혼합에 따른 실험결과가 표 3에 주어졌다.
인산처리된 기초 아스팔트로부터 조제된 PMA
단위 실시예
1(대조) 4(대조) 5(본발명) 6(본발명)
기초아스팔트 질량% 100 96 96 96
FP502 질량% 4 4 4
ZnO 질량% 0.06 0.06 0.06
MBT 질량% 0.06 0.06 0.06
황 질량% 0.12 0.12 0.12
인산 0.1 0.3
바인더 DSR ℃ 66.3 83.4 85.3 86.7
RTFO DSR ℃ 67.8 81.2 84.6 85.0
PAV DSR ℃ 23.0 -18.8 21.1 20.7
m-값 ℃ -14.8 -17.5 -16.5 -16.4
S-값 ℃ -15.8 -20.4 -20.7 -20.2
48시간-공존성 ℉(℃) 4.7(2.6) 1.4(0.78) 6.6(3.7)
48시간-공존성 ℉(℃) N/A 0.7 18.3
135℃점도 Pa*s 1.92 2.35 2.85
0.1 중량%의 인산을 PMA에 첨가하면 PMA의 ODSR 상실온도는 1.9℃ 상승하였다. 더욱 중요하게는 MP1-한정-RTFO DSR 상실온도가 3.4℃ 증가하였는데, 이는 고온 MP1 특성의 향상을 보여주는 것이다. PMA의 PAV DSR 상실온도에 약간의 상승이 있었으나, 최종 PAV DSR 상실온도는 최대 기준 28℃보다 한참 낮았다. 저온특성들은 효과적으로 변화하지 않았다. 0.1 중량%로 처리된 기초로부터 조성된 PMA는 48시간 후 0.7℉(0.39℃) 분리의 고무 공존성이었다. 0.3 중량%로 처리된 기초로부터 조성된 PMA는 48시간 후 18.37℉(10.2℃)의 분리로 공존하지 않았다. 0.3 중량%의 산-처리 PMA의 MP1 특성들은 0.1 중량% 처리된 기초로부터의 PMA에 비해 현저히 향상되지 않았다.
실시예 7-14
실시예 1-6에서, 순수한 아스팔트 및 PMA의 고온 특성에 대해 유리한 영향을 가지도록 산 첨가가 있었다. 고무로 개질되었을때 좋지않은 고온 MP1 특성을 가지는 제2 기초 아스팔트가 인산 또는 황산으로 처리되고 MP1 특성들이 실시예 7-14에서 실험되었다. PMA는 산 처리된 기초 무리로부터 조제되거나 또는 PMA는 교차결합 후에 산으로 처리된다.
실시예 7-14에 사용된 물질들은 제2 기초 아스팔트, FINAPRENE 502 SBS 폴리머(FP502), ZnO, MBT, 황, 인산 및 황산을 포함한다. 실험 조성물 및 초기 공정들이 표 4에 기재되었다. 0.2 중량%의 아연 산화물이 MP1 등급결정 도는 PMA 조성 전에 원료유에 가해진다.
실시예 7-14의 제제
실시예 제제 및 초기 공정
7 두번째 기초 아스팔트의 MP1 등급결정
8 98%의 제2 기초 아스팔트 내에 2.0% FP502, 0.06 중량%의MBT/12 중량%의 황으로 교차결합
9 0.1 중량%의 황산으로 아스팔트 처리
10 0.1 중량% 황산처리 후 98%의 제2 기초아스팔트 내에 2.0% FP502로 폴리머 개질, 0.06MBT/12황으로 교차결합
11 98%의 제2 기초아스팔트 내에 2.0% FP502로 폴리머 개질, 0.06MBT/12황으로 교차결합; 교차결합제 첨가 1시간 후 0.1 중량% 황산으로 처리
12 0.1 중량%의 인산으로 아스팔트 처리
13 0.1 중량% 인산처리 후 98%의 제2 기초아스팔트 내에 2.0% FP502로 폴리머 개질, 0.06MBT/12황으로 교차결합
14 98%의 제2 기초아스팔트 내에 2.0% FP502로 폴리머 개질, 0.06MBT/12황으로 교차결합; 교차결합제 첨가 1시간 후 0.1 중량% 인산으로 처리
실험방법
산-개질 아스팔트 및 PMA 혼합물을 위해 다음 혼합공정이 사용되었다:
아스팔트는 저속전단혼합으로 350℉(177℃)까지 가열되었다. 특정 산이 가해지고 10분간 혼합물의 교반을 지속하였다. 더이상의 폴리머 변형 없이 혼합하기 위해 가열이 350℉(177℃)에서 1시간 동안 지속되었다. 혼합물은 325℉(163℃)에서 24시간 동안 노화되었다.
PMA 혼합에 대해서는 산첨가의 경우를 참조할 수 있다. 혼합은 고속전단에 세팅되고 FP502 폴리머가 가해졌다. 혼합은 350℉(177℃)에서 1시간 동안 고속전단에서 계속되었다. 혼합은 저속전단으로 낮추어졌다. 교차결합제가 가해지고 혼합은 350℉(177℃)에서 1시간 동안 저속전단에서 계속되었다. PMA 혼합물은 325℉(163℃)오븐에서 24시간 동안 노화되었다. 경화된 아스팔트는 48시간 공존성이 실험되었고, MP1 등급이 결정되었다. 135℃ 브룩필드(Brookfield) 점착성이 측정되었다. 관찰한 바를 기록하였다(예를 들면, 겔화, 막 형성, 덩어리, 연기 등).
순수한 아스팔트를 0.1 중량% 황산으로 처리하면(비교예 9), RTFO DSR 상실온도의 한계에 경미한 향상 및 ODSR 상실 온도에는 향상이 나타나지 않는다. PAV DSR 상실온도는 최대 기준 25℃의 바깥에서 증가하였다. 저온특성에는 변화가 없었다. 황산 처리된 기초로부터 생성된 PMA는 대조 혼합물(비교예 9)에 비해 ODSR 상실 온도에 있어서 효과적인 변화를 보이지 않았는데(본 발명 실시예 10), RTFO DSR 상실온도에서는 3℃의 향상을 보였다. 이 결과는 교차결합 후 산이 가해지는 PMA에 대해 중간적이었다(비교예 11). 황산으로 처리된 혼합물의 실험결과가 표 5에 주어졌다.
단위 7(비교예) 8(비교예) 9(비교예) 10(본발명) 11(비교예)
제2 기초아스팔트 질량% 100 99.9 98 98 98
황산 질량% 0.1 0.1* 0.1**
FP502 질량% 2 2 2
MBT 질량% 0.06 0.06 0.06
황 질량% 0.12 0.12 0.12
바인더 DSR ℃ 65.9 66.9 71.4 71.0 71.5
RTFO DSR ℃ 64.9 67.5 68.1 71.1 70.1
PAV DSR ℃ 20.5 28.7 23.1 24.9 26.2
m-값 ℃ -11.6 -11.6 -13.1 -12.0 -11.6
S-값 ℃ -12.8 -13.0 -13.4 -13.0 -13.1
24시간-공존성 ℉(℃) 5.9(3.3) 4.5(2.5) 4.6(2.5)
135℃점도 kPa 0.783 0.833 0.855
반응 인자 ℃/% 1.60 3.05 2.60
* 교차결합제 첨가 10분전에 산 첨가
** 교차결합제 첨가 1시간 후에 산 첨가
24시간 후 황산 처리된 PMA 모두가 공존성이 아니었다. 그러나, 실시예 10 및 11은 대조 혼합물(실시예 9, 표 5)에 비해 공존성의 향상이 있었다. 그럼에도 불구하고 이 아스팔트는 48시간 후에 교차결합된 FP502 변형물과 공존하였다.
순수한 아스팔트를 0.1 중량% 인산으로 처리하면 RTFO DSR 상실온도 한계에는 단지 경미한 향상, 및 ODSR 상실온도에는 향상이 없다(실시예 12). PAV DSR 상실온도는 최대 기준 25℃의 바깥에서 증가하였다. 저온특성에는 변화가 없었다. 인산 처리된 기초로부터 생성된 PMA는 대조 혼합물(실시예 9, 표 5)에 비해 ODSR 상실 온도에 있어서 효과적인 변화를 보이지 않았는데(실시예 13), RTFO DSR 상실온도에서는 2.4℃의 향상을 보였다. 이 결과는 교차결합 후 산이 가해지는 PMA에 대해 중간적이었다(실시예 14). 인산으로 처리된 혼합물의 실험결과가 표 6에 주어졌다.
단위 실시예
7(비교예) 8(비교예) 9(비교예) 13(본발명) 14(비교예)
제2 기초아스팔트 질량% 100 99.9 98 98 98
인산 질량% 0.1 0.1* 0.1**
FP502 질량% 2 2 2
MBT 질량% 0.06 0.06 0.06
황 질량% 0.12 0.12 0.12
바인더 DSR ℃ 65.9 66.3 71.4 71.2 72.1
RTFO DSR ℃ 64.9 66.2 68.1 70.5 69.6
PAV DSR ℃ 20.5 27.4 23.1 25.6 25.7
m-값 ℃ -11.6 -11.4 -13.1 -12.1 -12.1
S-값 ℃ -12.8 -11.9 -13.4 -12.9 -13.0
24시간-공존성 ℉(℃) 59(3.3) 1.2(0.6) 1.3(0.7)
135℃점도 kPa 0.783 0.800 0.807
반응 인자 ℃/% 1.60 2.80 2.35
* 교차결합제 첨가 10분전에 산 첨가
** 교차결합제 첨가 1시간 후에 산 첨가
인산처리된 아스팔트와 PMA의 혼합은 24시간 후 공존 가능한 고무였다. 고온 MP1 특성에 있어서의 향상은 교차결합에 앞서 산이 첨가된 PMA 혼합물에서 최고였다.
약 0.1 중량%의 인산 또는 황산을 첨가하면 RTFO DSR 상실온도의 고온한계가 약 3℃ 증가하였다. 저온 SHRP 특성에는 감지할 만한 변화가 없었다. 교차결합 전에 산 참가는 고온 특성에 가장 현저한 상승을 일으켰다. 중간 MP1 특성들은 산 첨가에 의해 부정적인 영향을 받았다.
앞선 명세서에서, 방법들 및 조성물들이 참조된 구체적인 그들의 실시예와 함께 기재되었고, 향상된 고온 특성을 가진 아스팔트 및 폴리머 조성물들을 제조하는 방법을 제공하는 데 효과적이라는 것이 확인되었다. 그러나, 첨부되는 청구항대로 본 발명의 개념 또는 범위를 벗어남없이 다양한 변형 및 변화가 방법에 가해질 수 있다는 것이 명백하다. 이에 따라 본 명세서는 제한적이기보다는 해설적인 것이다. 예를 들면, 아스팔트, 폴리머, 교차결합제, 산, 활성화제, 촉진제, 및 기타 성분들의 특정 조합 또는 양들은 구체적인 PMA 시스템에 특이적으로 확인되거나 시도되는 것이 아니라 본 명세서에 언급된 혁신의 범위 내라는 것이 예상되고 기대된다. 구체적으로는, 방법 및 조성물의 발견은 본 명세서에 예시된 것들 이외의 산 및 교차결합제와 작용할 것으로 기대된다.
본 명세서 내에 포함되어 있음.

Claims (47)

  1. 아스팔트를 가열하는 단계;
    혼합물을 형성하기 위하여 엘라스토머성 폴리머, 및 혼합물 전체에 대하여 약 0.05 내지 약 2 중량%의 범위의 비율의 무기산을 적절한 순서로 아스팔트에 가하는 단계;
    산 첨가 후 혼합물에 교차결합제를 가하는 단계; 및
    폴리머 개질 아스팔트(PMA)를 얻기 위해 혼합물을 경화하는 단계를 포함하는 아스팔트 및 폴리머 조성물을 제조하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    엘라스토머성 폴리머가 비닐 방향족/컨쥬게이트된 디엔 엘라스토머인 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    엘라스토머성 폴리머가 스티렌-부타디엔 공중합체인 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    무기산이 인산, 다가인산, 황산, 염산, 질산, 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    무기산의 비율이 혼합물 전체에 대하여 약 0.05 내지 약 1 중량%의 범위인 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    교차결합제가 황, 메르캅토벤조티아졸 및 이의 금속염류, 티우람류, 디티오카바메이트류, 황-함유 옥사졸류, 티아졸 유도체류, 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    PMA가 무기산이 없는 고유의 PMA에 비해 향상된 고온 특성을 가지며, 특성이 ODSR 및 RTFO 상실 온도 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    엘라스토머성 폴리머가 약 1 내지 약 20 중량%의 아스팔트/폴리머 혼합물을 포함하는 방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    교차결합제가 아스팔트/폴리머 혼합물의 중량에 대해 약 0.01 내지 약 0.75 중량%의 범위의 양으로 존재하는 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    아스팔트에 금속 산화물 활성화제를 가하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    금속 산화물이 아연 산화물인 방법.
  12. 아스팔트를 가열하는 단계;
    혼합물을 형성하기 위하여 엘라스토머성 스티렌-부타디엔 공중합체, 및 혼합물 전체에 대하여 약 0.05 내지 약 1 중량%의 범위의 비율의 무기산을 적절한 순서로 아스팔트에 가하는 단계;
    산 첨가 후 혼합물에 교차결합제를 가하는 단계; 및
    폴리머 개질 아스팔트(PMA)를 얻기 위해 혼합물을 경화하는 단계를 포함하는 아스팔트 및 폴리머 조성물을 제조하는 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    무기산이 인산, 다가인산, 황산, 염산, 질산, 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 방법.
  14. 제 1항에 있어서,
    교차결합제가 황, 메르캅토벤조티아졸류 및 이의 금속염류, 티우람류, 디티오카바메이트류, 황-함유 옥사졸류, 티아졸 유도체류, 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법.
  15. 제 12항에 있어서,
    PMA가 무기산이 없는 고유의 PMA에 비해 향상된 고온 특성을 가지며, 특성이 ODSR 및 RTFO 상실 온도 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법.
  16. 제 1항에 있어서,
    엘라스토머성 폴리머가 약 1 내지 약 20 중량%의 아스팔트/폴리머 혼합물을 포함하는 방법.
  17. 제 1항에 있어서,
    교차결합제가 아스팔트/폴리머 혼합물의 중량에 대해 약 0.01 내지 약 0.75 중량%의 범위의 양으로 존재하는 방법.
  18. 제 12항에 있어서,
    PMA가 상업적 규모의 양으로 제조되는 방법.
  19. 제 12항에 있어서,
    아스팔트에 금속 산화물 활성화제를 가하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    금속 산화물이 아연 산화물인 방법.
  21. 아스팔트를 가열하는 단계;
    혼합물을 형성하기 위하여 엘라스토머성 폴리머, 및 혼합물 전체에 대하여 약 0.05 내지 약 2 중량%의 범위의 비율의 무기산을 적절한 순서로 아스팔트에 가하는 단계;
    산 첨가 후 혼합물에 교차결합제를 가하는 단계; 및
    폴리머 개질 아스팔트(PMA)를 얻기 위해 혼합물을 경화하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조되는 폴리머 개질 아스팔트(PMA) 조성물.
  22. 제 21항에 있어서,
    엘라스토머성 폴리머가 비닐 방향족/컨쥬게이트된 디엔 엘라스토머인 폴리머 개질 아스팔트(PMA).
  23. 제 22항에 있어서,
    엘라스토머성 폴리머가 스티렌-부타디엔 공중합체인 폴리머 개질 아스팔트(PMA).
  24. 제 21항에 있어서,
    무기산이 인산, 다가인산, 황산, 염산, 질산, 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 폴리머 개질 아스팔트(PMA).
  25. 제 21항에 있어서,
    무기산의 비율이 혼합물 전체에 대하여 약 0.05 내지 약 2 중량%의 범위인 폴리머 개질 아스팔트(PMA).
  26. 제 21항에 있어서,
    교차결합제가 황, 메르캅토벤조티아졸류 및 이의 금속염류, 티우람류, 디티오카바메이트류, 황-함유 옥사졸류, 티아졸 유도체류, 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 폴리머 개질 아스팔트(PMA).
  27. 제 21항에 있어서,
    PMA가 무기산이 없는 고유의 PMA에 비해 향상된 고온 특성을 가지며, 특성이 ODSR 및 RTFO 상실 온도 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 폴리머 개질 아스팔트(PMA).
  28. 제 21항에 있어서,
    엘라스토머성 폴리머가 약 1 내지 약 20 중량%의 아스팔트/폴리머 혼합물을 포함하는 폴리머 개질 아스팔트(PMA).
  29. 제 21항에 있어서,
    교차결합제가 아스팔트/폴리머 혼합물의 중량에 대해 약 0.01 내지 약 0.75 중량%의 범위의 양으로 존재하는 폴리머 개질 아스팔트(PMA).
  30. 제 21항에 있어서,
    아스팔트에 금속 산화물 활성화제를 가하는 단계를 더욱 포함하는 폴리머 개질 아스팔트(PMA).
  31. 제 30항에 있어서,
    금속 산화물이 아연 산화물인 폴리머 개질 아스팔트(PMA).
  32. 제 21항의 PMA 및 골재로 제작되는 도로.
  33. 제 21항의 PMA로 밀폐된 지붕.
  34. 제 21항의 PMA를 가열하는 단계 및 지붕 표면의 적어도 일부 상에 이를 분배하는 단계를 포함하는 지붕 밀폐 방법.
  35. 도로 포장 물질을 형성하기 위해 제 21항의 PMA와 골재를 조합하는 단계 및 도로 포장을 형성하기 위해 상기 물질을 이용하는 단계를 포함하는 도로 건설 방법.
  36. 아스팔트를 가열하는 단계;
    혼합물을 형성하기 위하여 엘라스토머성 스티렌-부타디엔 공중합체, 및 혼합물 전체에 대하여 약 0.05 내지 약 1 중량%의 범위의 비율의 무기산을 적절한 순서로 아스팔트에 가하는 단계;
    산 첨가 후 혼합물에 교차결합제를 가하는 단계; 및
    폴리머 개질 아스팔트(PMA)를 얻기 위해 혼합물을 경화하는 단계를 포함하는 방법에 의해 제조되는 폴리머 개질 아스팔트(PMA) 조성물.
  37. 제 36항에 있어서,
    무기산이 인산, 다가인산, 황산, 염산, 질산, 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 폴리머 개질 아스팔트(PMA).
  38. 제 36항에 있어서,
    교차결합제가 황, 메르캅토벤조티아졸류 및 이의 금속염류, 티우람류, 디티오카바메이트류, 황-함유 옥사졸류, 티아졸 유도체류, 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 폴리머 개질 아스팔트(PMA).
  39. 제 36항에 있어서,
    PMA가 무기산이 없는 고유의 PMA에 비해 향상된 고온 특성을 가지며, 특성이 ODSR 및 RTFO 상실 온도 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 폴리머 개질 아스팔트(PMA).
  40. 제 36항에 있어서,
    엘라스토머성 폴리머가 약 1 내지 약 20 중량%의 아스팔트/폴리머 혼합물을 포함하는 폴리머 개질 아스팔트(PMA).
  41. 제 36항에 있어서,
    교차결합제가 아스팔트/폴리머 혼합물의 중량에 대해 약 0.01 내지 약 0.75 중량%의 범위의 양으로 존재하는 폴리머 개질 아스팔트(PMA).
  42. 제 36항에 있어서,
    아스팔트에 금속 산화물 활성화제를 가하는 단계를 더욱 포함하는 폴리머 개질 아스팔트(PMA).
  43. 제 42항에 있어서,
    금속 산화물이 아연 산화물인 폴리머 개질 아스팔트(PMA).
  44. 아스팔트를 위치로부터 물리적으로 제거하는 단계 및 제거된 아스팔트의 크기를 감소시키는 단계, 제거된 아스팔트를 가열하는 단계, 혼합물을 형성하기 위해 무기산을 아스팔트에 가하는 단계, 산 첨가 우 혼합물에 교차결합제를 가하는 단계를 포함하는 아스팔트 재활용 방법.
  45. 제 44항에 있어서,
    아스팔트에 대하여 엘라스토머성 폴리머를 더욱 포함하는 방법.
  46. 제 44항의 방법에 의해 제작된 재활용 아스팔트.
  47. 아스팔트, 엘라스토머성 폴리머, 무기산, 및 무기산 이후에 아스팔트에 첨가되는 교차결합제를 포함하며 골재를 적어도 일부 코팅하는 PMA를 포함하는 골재.
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