[그림2-3]에 나타낸 바와 같이 소성변형 저항성은 아스팔텐 성분을 많이 함유할수록 유리하나 아스팔텐 함량이 많을 경우 분산반응성(혼합성)이 나빠져 혼합 시 재료분리 현상을 발생케 하며, 방향족 성분은 혼합성은 양호하게 하지만 역학적 강도가 좋지 않기 때문에 성능개선 효과가 적게 되므로 이러한 성분들이 적절하게 분포되어야 한다. 따라서 양질의 고분자 개질 아스팔트를 제조하기 위해서는 [그림 2-3]에서 공통부분에 해당하는 성분을 가진 아스팔트를 선정하여야 한다. 

[그림 2-3] 아스팔트 성분 및 함량에 따른 고분자 개질 아스팔트의 성능

국내에서는 아스팔트 등급 및 성능분류에 침입도 규격을 적용하고 있기 때문에 개질 아스팔트를 제조하는데 원 아스팔트의 성능, 화학적 성분에 대하여 크게 신경을 쓰지 않고 있는 실정이다. 현재 도로포장용 아스팔트의 경우 개질 정도는 PG(performance grade) 등급을 사용하여 확인하고 있다. PG 등급이 높은 아스팔트인 경우 낮은 아스팔트에 비하여 개질제의 혼합량이나 개질 정도가 우수하게 나타난다. 예를 들어 소성변형 저항성을 개선할 목적으로 고분자 개질 아스팔트를 제조할 경우 PG58-16을 가진 원아스팔트 보다는 PG64-22를 가진 원아스팔트를 사용하여 고분자 개질 아스팔트를 제조하는 것이 유리하다. 향후 고품질의 고분자 개질 아스팔트를 제조하기 위해서는 화학적 성분을 반드시 고려하여야 한다.

2.4.2 개질재 및 첨가제 선정기술

아스팔트의 주원료인 원유를 구성하는 화학적 성분은 수만 가지 이상으로 이러한 원유로부터 생산된 아스팔트의 화학적 성분 역시 수만 가지 이상이 된다. 그러나 아스팔트와 고분자만을 혼합할 경우 반응에 첨가하는 아스팔트의 성분은 극히 제한되어 있다. 따라서 경우에 따라서는 고분자를 혼합하여도 연화점 상승이 적고 아스팔트와 고분자간의 안정한 결합을 이루지 못하는 상황이 발생하기도 한다. 이러한 경우에는 아스팔트와 고분자가 단지 섞여 있는 상태로 존재하게 되어 성능개선이 적을 뿐만 아니라 현장 적용에 가장 중요한 요소인 저장안정성이 극히 불량하게 되어 양질의 고분자 개질아스팔트를 생산할 수 없게 된다. 성능과 저장안정성 개선효과의 극대화를 위해서는 고분자와 아스팔트간의 안정적인 결합을 유지할 수 있도록 중간역할을 하는 매개체가 필요하다. 즉 첨가제가 필수적인 요소이며 개선시키려는 물성 및 아스팔트의 종류 등에 따라 적합한 첨가제를 사용하여야 한다.

2.4.3 고분자와 아스팔트 혼합 

열가소성 고분자를 아스팔트 바인더와 혼합하기 위해서 저전단 또는 고전단 혼합방법을 사용한다. 저전단 혼합은 혼합탱크와 저속패들(padle) 형태의 믹서를 사용한다. 알갱이(pellet) 또는 분말형태의 고분자가 혼합탱크 내에서 균질한 혼합이 될 때까지 천천히 아스팔트 바인더에 가해진다. 고전단 혼합에서는 열가소성 고분자 입자들이 혼합탱크 내에서 아스팔트 바인더와 함께 고전단 로터 스테이터(rotor-stator)믹서에 의해 작은 입자로 분쇄된다. 분쇄와 동시에 고분자가 아스팔트 바인더 내로 분산된다. 아스팔트 바인더로 고분자가 분산되기 위해서는 170~190℃의 가열이 필요하며 고분자의 혼합량은 아스팔트량의 6~9%가 일반적으로 사용된다.
고분자는 아스팔트 바인더의 말텐(maltene)에 흡수되어 고분자의 팽창을 발생시킨다. 고전단 혼합장비는 고분자의 분산을 가속시키며 고분자 개질 아스팔트의 종류에 따라 혼합장비를 선정한다. 아스팔트 바인더의 고분자 혼합과정은 다음의 세단계를 거치게 된다.

● 사전분산단계(pre dispersion stage)
● 분해단계(disintegration stage)
● 팽창단계(swelling stage)

사전분산단계에서는 혼합탱크 내에서 아스팔트 바인더를 약 180℃로 가열한다. 이때 열가소성 고분자를 덩어리지지 않도록 가능한 신속하게 아스팔트 바인더에 첨가한다. 혼합에 소요되는 시간은 혼합탱크의 크기와 효율에 의해 좌우된다. 10ton 가량의 아스팔트 바인더는 혼합에 약 30분이 소요된다.
분해단계에서는 사전혼합된 아스팔트 바인더가 열가소성 고분자 입자를 분해하기 위하여 고전단 믹서를 통해 통과된다. 밀링(milling) 단계는 고전단 믹서를 통하여 재혼합되어 종결된다.
마지막 단계인 팽창단계에서는 180℃를 유지하면서 저전단 혼합방법을 사용하여 고분자 입자가 보이지 않을 때까지 혼합한다. 이러한 과정을 거쳐 생산된 고분자 개질 아스팔트는 시방서의 규정과 일치하는지 검사를 실시한다(Morgen & Mulder, 1995).

2.4.4 고분자 개질 아스팔트 제조공정 

고분자 개질아스팔트 제조공정 개략도를 [그림 2-4]에 나타내었다. 본 공정은 연속식 또는 배차식을 적용할 수 있는 방식으로 제조공정은 3단계로 분류할 수 있으며 각 단계별 주요 내용은 다음과 같다.

1단계   일반아스팔트가 고분자 개질 아스팔트 제조에 적합한 것인지를 점검하는 단계로서 침입도, 연화점 등의 물성과 방향족 및 아스팔텐 함량들을 분석하여 적합성 여부를 판단한다.
2단계   여러 종류의 고분자(분자량 및 분자결합 형태에 따라 수많은 종류로 구분됨) 가운데 제조하려는 PMA의 물성을 고려하여 고분자의 종류를 선정하고 배합량과 반응온도를 결정하여 생산하는 공정이다. 고분자 및 첨가제의 배합량이 적으면 성능 개선 효과가 감소하고 너무 많이 혼합되면 겔(Gelling, 유동성이 거의 없는 상태)현상이 발생하여 이송 및 골재와의 혼합이 불가능해져 사용할 수 없게 되기 때문에 아스팔트의 특성에 맞는 적정량을 배합하여야 하며 일반적으로 포장지역의 특성 및 여건에 따라 약 1~10% 정도를 배합하여 사용한다.
3단계   제조된 고분자 개질 아스팔트의 품질시험을 실시하여 현장에서의 사용 적합성을 점검하는 단계로서 국내 통용규격인 침입도 시험 외에도 공용성 등급 규격으로도 평가·분석하고 있다. 또한 저장안정성도 반드시 평가하여 현장에서의 적용성을 최종 점검하게 된다.

[그림 2-4] 고분자 개질 아스팔트 제조공정