오피니언

Home > 오피니언 > 박태순

고분자 개질아스팔트의 특성과 기술현황 (Ⅴ)

작성일 : 2023.09.04 09:36 수정일 : 2023.09.04 10:07

    ­

주) 방향족: 벤젠을 포함하고 있는 성분, 아스팔텐: 노말헵탄에 용해되지 않고 벤젠에 용해되는 성분

주) 공중합체의 종류
고분자는 하나의 작은 분자(단량체)를 반복하여 공유결합 시켜 얻은 것이다. 두 가지 다른 단량체를 같은 사슬에 함께 결합시켜 얻은 고분자를 공중합체라 한다. A와 B라는 서로 다른 고분자를 이용하여 얻을 수 있는 공중합체의 종류는 다양하며 대표적인 공중합체의 종류는 다음과 같다.

• 교호 공중합체(alternating copolymer) 
- 두 개의 단량체가 교차되어 결합되어 있는 경우

• 랜덤 공중합체(random copolymer) 
- 무질서하게 연결된 경우


 

• 블록 공중합체(block copolymer)
- 한가지 단량체가 중합되어 블록을 형성하고 이어서 다른 단량체가 중합되어 블록을 형성하는 식으로 반복되어 얻어진 공중합체

 

• 그라프트 공중합체(graft copolymer)
- A 단량체로 형성된 고분자 주사슬에 B 단량체로 된 고분자가 가지로 결합된 구조


2.4 제조방법

2.4.1 원아스팔트에 요구되는 성질

고분자 개질아스팔트는 개질제와 아스팔트를 정유 공장에서 사전에 미리 배합·제조하여 아스팔트 플랜트로 공급하는 방식인 사전 혼합(pre-mix)을 사용하고 있다. 이러한 사전 혼합 방식은 SBS 고분자 개질 아스팔트가 본격적으로 사용됨에 따라 시작되었다. 사전 혼합 방식은 고분자 개질 아스팔트는 공장에서 일괄 제작되기 때문에 현장 투입 방식에 비하여 성능개선 효과뿐만 아니라 안정된 아스팔트 혼합물을 제조할 수 있다. 
사전 혼합 방식은 개질제와 아스팔트의 분리현상이 발생하지 않아야 하며 아스팔트 플랜트에서 장기간 저장이 가능하여야 한다. 이를 위해서는 개질제와 아스팔트가 단순히 물리적으로 섞여있는 상태가 아니라 화학적으로 결합(분자결합)을 이루고 있어야 한다. 
성능이 우수한 SBS 고분자 개질 아스팔트를 제조하기 위해서는 아스팔트의 화학적 성분이 일정하게 유지되어야 한다. 특히 방향족(아로마틱)과 아스팔텐의 양이 영향을 미친다. 아스팔트 내에 방향분 함량이 적고 아스팔텐 함량이 많으면 SBS와의 친화성이 저하하여 불안정해 지기 때문에 분리가 발생한다. 반면 방향분량이 많으면 SBS응집력이 저하하고 터프니스(toughness), 테나서티(tenacity)가 작아지는 결점 발생하게 된다. SBS의 첨가량이 지나치면 반응에 필요한 방향분이 부족하기 때문에 성능 저하의 원인이 된다.
아스팔트의 화학적 성분은 원유와 생산과정에 따라 크게 변하게 되는데 휘발유, 등유 성분이 많은 경질원유를 사용할 경우에는 아스팔텐 함량이 매우 적어 아스팔트 제조가 어렵다는 단점이 있다. 
고분자 개질 아스팔트제조에 적합한 아스팔트의 생산을 위해서는 왁스(wax) 함량이 적은 중질원유의 확보가 중요하다. 일반적으로 아스팔트는 [사진 2-1]과 같은 감압증류 공정장비를 이용하거나 공기에 의한 산화공정을 이용하여 생산하는데 침입도가 동일하더라도 공정이 다르면 성분상 큰 차이를 보인다. 
산화공정은 생산과정 중 공기 중의 산소와 반응하여 아스팔텐 성분이 증가하게 된다. 산화 공정으로 생산된 아스팔트는 감압 공정에 의하여 생산된 아스팔트에 비하여 아스팔텐 성분을 많이 함유하고 있다. 
따라서 양질의 고분자 개질 아스팔트를 제조하기 위해서는 산화공정보다는 감압공정으로 생산된 아스팔트를 사용하는 것이 바람직하다.

    [사진 2-1] 감압증류장비    


아스팔텐은 아스팔트를 구성하고 있는 성분 가운데 분자량(평균 분자량 약 3,000g/㏖)이 가장 큰 고체상태의 성분으로 액상인 다른 성분들과 평형상태를 유지하고 있다.