현재 미국, 프랑스, 영국, 일본 등에서 일반아스팔트 포장성능을 개선하기 위한 SBS 고분자 개질아스팔트가 활발하게 적용되고 있고, 그 예로 미국의 경우 전체 아스팔트포장 수요의 약 15%, 프랑스 약 10%, 일본 약 8% 정도의 시장이 형성되어 있다. 

2. 재료 및 제조방법

2.1 고분자의 종류와 특징

고분자는 열가소성과 열경화성 두 그룹으로 나누어진다. 열가소성 재료는 열을 가하면 연화되어지고 열을 잃을 경우에는 경화되며 이러한 과정을 반복할 수 있다. 반면 열경화성 재료는 열이 가해지면 연화되고 상온에서는 경화되지만, 이러한 과정을 반복할 수 없다. 아스팔트 바인더의 개질에는 열가소성 재료가 사용된다. 포장 재료의 경우, 열가소성 고분자는 엘라스토머(elastomer)와 플라스토머(plastomer)로 나누어진다. 엘라스토머 고분자는 천연고무 또는 라텍스(latex), 합성고무, 스타렌 부타디엔(styren butadiene - SB), SBR, 폴리부타디엔(polybutadiene), 폴리클로로플렌(polychloroprene), 폴리아이소플렌(polyisoprene)을 포함한다. 플라스토머 고분자는 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리플로피렌(polypropylene), 에칠 비닐 아세테이트(ethyl vinyl acetate - EVA), 에틸렌 메틸 아크리라이트(ethylene methyl aklylight- EMA), 에칠렌 프로필렌(ethylene propylene - EPDM), 폴리오레핀(polyolefin) 및 염화폴리비닐(polyvinyl chloride - PVC)을 포함한다. 지금까지 아스팔트 포장에서 가장 많이 사용되고 있는 고분자는 엘라스토머이며 엘라스토머 가운데 SBR과 SBS(styren butadiene styren)가 가장 많이 사용되고 있다.
열가소성 고분자는 분자의 물리적 상호연결로부터 3차원구조를 형성하여 강도와 탄성을 발휘하게 한다. 그 3차원구조의 폴리스틸렌 말단 블록이 고분자의 강도를 제공하고 폴리스틸렌 중간블록이 고분자에 탄성을 제공한다. 온도가 약 100℃ 이상이 되면 이 3차원구조가 해체되어 약화되는데, 이때 폴리스틸렌 고분자가 연화되고 녹기 시작한다. 이러한 연화작용이 고분자를 아스팔트에 혼합하는 것을 가능하게 해준다. 이 폴리스틸렌 고분자가 냉각될 경우 3차원구조가 재결합되고 강도와 탄성을 회복하게 된다.
이미 설명한 것처럼 모든 아스팔트 바인더가 모든 종류의 고분자에 적합한 것은 아니다. 따라서 아스팔트 바인더와 고분자는 혼합 전에 적합성과 성능기준에 맞추어 주의 깊게 선정하여야 한다. 열가소성 고분자가 아스팔트 바인더에 첨가되면 아스팔텐, 레진, 말텐의 평형이 교란되고 아스팔텐과 레진은 말텐상(相)으로 분산된다. 아스팔텐은 말텐의 존재가 필요하다. 만일 말텐이 없을 경우, 아스팔텐은 겔(gell)화되어 작업이 불가능하게 된다(Morgan and Mulder, 1995). 열가소성 고분자가 첨가되었을 때, 고분자와 아스팔텐은 말텐형의 용해력과 겨루게 된다(레진은 일반적으로 아스팔텐에 부착한다). 열가소성 고분자는 아스팔트 바인더의 말텐의 양에 비례적으로 스며들어간다. 아스팔트 바인더 내에 말텐이 충분하지 않을 경우, 상분리가 발생하고, 고분자는 보관 중에 가라앉게 된다. 아스팔트 바인더와 고분자 합성체의 적합성 또는 저장안정성에 영향을 주는 주요 요소들은 다음과 같다.

  ● 아스팔텐의 양과 분자들의 중량
  ● 말텐의 방향성 또는 용해력
  ● 아스팔트 바인더에 첨가된 고분자의 양
  ● 고분자의 분자들의 중량과 구조
  ● 저장온도

상분리가 고분자 개질 아스팔트 바인더에서 발생할 때, 고분자는 일반적으로 표면으로 상승하고 아스팔텐은 바닥으로 가라앉는다. 아스팔트 바인더는 바닥부분이 경화되며 단단해지는 동안 아스팔트 상부는 매우 부드럽고 점성적으로 변화된다. 이러한 현상으로 인하여 아스팔트 바인더의 상부와 하부에 영향을 미치는 가를 확인하기 위한 간단한 시험으로 침입도 시험, 연화점 시험, 혹은 복합계수(동적전단시험)를 측정으로 상 분리 가능성을 확인할 수 있다.
EVA는 열가소성 고분자 중의 하나이다. EVA는 아스팔트 바인더의 점도와 강성을 증대시키지만 일반적으로 점성을 증가시키지는 못한다. EVA는 에틸렌과 비닐 아세테이트의 공중합체에 의해서 임의 구조로 결합된 고분자이다. EVA의 성능 특성은 분자의 무게와 비닐 아세테이트 결합과 관련 있다. EVA의 물리적 특성은 용해흐름지수를 사용하여 측정한다. 용해흐름지수는 분자의 중량과 반비례 관계인 점도시험에 의해 산정된다. 용해흐름지수가 증가하면 분자의 중량과 점도는 낮아진다. 비닐 아세테이트 결합의 주목할 만한 특징은 아스팔트 바인더에 열가소성 특성을 제공하는 것이다. EVA 고분자는 아스팔트 바인더에 쉽게 혼합되며 상 분리가 발생하지 않는 특징을 가지고 있다.

2.2 재료

2.2.1 SBR

드럼(drum)이나 벌크로 공급되는 황색을 띤 백색의 액체이다. 개질에 필요한 첨가량은 아스팔트 바인더에 대한 중량비로 건조 고무의 고형분의 2~3% 범위이다. 라텍스는 혼합장치에서 가열 아스팔트 바인더에 직접 첨가할 수 있으며 수분은 아스팔트 플랜트 혼합과정에서 증발되며 이때 발생하는 증기는 사이클론 분리기를 통하여 제거된다. 라텍스는 아스팔트 플랜트에서도 첨가할 수 있다. 첨가 순서에 따라 원하는 결과가 달라질 수 있기 때문에 주의를 필요로 한다. 주의 사항은 라텍스를 첨가하기 전에 원 아스팔트 바인더로 골재를 완전히 피복해야 한다. 배치식 플랜트에서는 보통 원 아스팔트 바인더를 투입하고 나서 8~10초 후 SBR을 첨가한다. 전체 웨트 믹싱 시간은 일반적인 웨트 믹싱시간 보다 약 10초 길게 한다. 드럼식 플랜트에서는 원 아스팔트 바인더의 투입지점과 드럼의 배출구 사이의 한 지점에서 라텍스를 첨가한다. SBR 라텍스를 사용할 때 혼합물의 포설과 다짐에 별다른 변경은 일반적으로 필요치 않다. 1980년 경부터 2000년 초까지 일본 JSR로부터 수입되어 사용되어 왔으며 이후 국내에서는 금호화학에서 생산을 실시하고 있으나 그 사용량이 매우 미미한 것으로 알려져 있다.