고분자와 아스팔트간의 단순한 물리적 배합과는 달리 첨가제에 의한 아스팔트와 고분자간의 결합과정이 2단계 공정에서 이루어지며, 이들 결합은 적절한 반응조건이 성숙되어진 후에 일종의 가교결합 형태로 이루어진다. 고분자와 아스팔트간의 결합 과정 중에 중요한 핵심기술은 가교결합을 일으키는 시점과 속도이다. 고분자의 2단계 결합단계 과정을 세분화하면 다음과 같다.
아스팔트 바인더 속에서 혼합 또는 뒤섞인 열가소성 고분자는 낮은 전단이나 높은 전단 혼합물을 생산해낸다. 낮은 전단 혼합물의 생산은 혼합탱크의 낮은 회전 혼합기를 사용한다. 작은 알갱이나 단단한 형태의 고분자는 균질한 혼합이 만들어질 때까지 혼합탱크 내에 있는 아스팔트 바인더에 천천히 첨가된다.
높은 전단 혼합물에서 열가소성 고분자는 아스팔트 바인더로 채워진 혼합 탱크에서 높은 전단 회전 고정 혼합기를 사용할수록 물리적인 크기는 감소되어 지면서 아스팔트 바인더 속으로 녹아들어간다.

가교결합을 하는 고분자 개질아스팔트 가운데 SBS의 분자결합고정을 간단히 말하면 다음과 같다. 
반응온도가 높을 경우 SBS의 열화를 유발시켜 물성의 저하를 가져오는 반면 낮으면 SBS가 아스팔트 내에 제대로 용해되지 못하게 되어 물성 개선 효과가 미미하게 된다. 일반적으로 반응온도가 230℃를 초과할 경우 SBS의 열화현상이 급격히 증가하고 150℃ 이하일 경우 SBS의 용해가 극히 어렵기 때문에 적정 반응온도는 150 ~ 230℃ 정도이다. 이러한 반응들은 고온에서 진행되기 때문에 반응시간이 길면 열화 우려가 있고 반응시간이 적으면 SBS의 분산이 불량해지므로 이런 요소들을 감안하여 반응시간을 운영해야 하며 반응시간은 SBS 개질재의 분자형태와 투입량에 따라 다르게 적용해야 한다. 분자량이 큰 SBS는 분산 및 용해가 어렵기 때문에 반응시간이 길어야 하며 분자량이 적은 것은 상대적으로 반응시간을 짧게 하여야 양호한 분자결합형 SBS 고분자 개질 아스팔트를 제조할 수 있으며 배치형태의 생산을 기준으로 할 경우 3 ~ 8시간 정도이다.

주) 화학적인 SBS 제조과정
SBS는 리빙 음이온 중합(living anionic polymerization)에 의해 제조된다. 리빙 중합이란 정지반응이 일어나지 않는 중합으로, 중합이 시작되어 반응기에 단량체가 남아 있는 한 정지 반응이 일어나지 않고 중합이 계속되어 고분자 사슬이 활성인 채로 남아있게 된다. 단량체가 모두 소진된 후 다시 단량체를 반응기에 도입하면 중합은 이내 다시 시작되어 분자량이 더욱 큰 고분자 사슬로 자란다.
스티렌을 리빙 중합하면, 사슬 말단에 음이온 활성점이 살아있는 폴리스티렌 사슬이 형성된다. 이를 위하여 사용하는 개시제는 부틸리튬과 같은 음이온 형 개시제이다.

[그림 2-5] 폴리스티렌 사슬

두 번째 단량체인 부타디엔을 가하면, 폴리스티렌 사슬의 말단에 활성인 채로 남아있는 음이온 활성점에 부타디엔이 이어서 중합된다.

[그림 2-6] 스티렌-부타디엔 블록 공중합체

이런 방법으로 스티렌-부타디엔 블록 공중합체가 제조되어지며, 다음 단계에서 다시 스티렌 단량체를 가하면 이 블록 공중합체 말단에 남아있는 음이온 활성점에 스티렌이 다시 중합되어 스티렌-부타디엔-스티렌 트리블록(triblock) 공중합체가 얻어진다. 사실 부타디엔 단량체는 폴리스티렌 사슬 말단에 있는 음이온 활성점에 쉽게 부가될 수 있으나, 역으로 폴리부타디엔 사슬 말단에 존재하는 음이온에는 스티렌 단량체가 쉽게 부가되지 못한다.

[그림 2-7] 스티렌-부타디엔-스티렌 트리블록 공중합체

음이온 활성점은 실란에 있는 염소의 작용에 의해 사라진다. 결과적으로 염화실란이 말단에 치환된 고분자가 얻어지게 된다. 염화실란으로 치환된 고분자를 이용하여 유용한 반응을 진행시킴으로써 말단에 활성 음이온을 갖는 다른 폴리스티렌 사슬을 이 화합물과 반응시키면 위에서와 같은 스티렌-부타디엔-스티렌 트리블록(triblock) 공중합체가 제조된다.

2.5 설계 및 시공시 주의사항

고분자 개질 아스팔트(polymer modified asphalt - PMA) 포장의 설계방법은 일반아스팔트 설계방법과 동일하다. 아스팔트 바인더 내의 고분자는 아스팔트 혼합물의 용적특성(volumetic property : 공극율, VMA와 같은 아스팔트 혼합물의 내부를 차지하고 있는 공극의 부피와 아스팔트 혼합물의 부피와의 관계를 뜻함)에 영향을 미치지 않는다.
고분자 개질 아스팔트 바인더의 선정설계에는 주로 PG등급이 사용된다. PG(performance grade - PG)등급은 일반아스팔트 바인더에도 사용할 수 있으며 PG 76-22의 등급을 가진 아스팔트 바인더가 대표적인 고분자 개질 아스팔트 바인더의 등급이다. 여기서 앞의 숫자 76은 고온등급을 -22는 저온등급을 뜻하는데 이 아스팔트 바인더의 경우, 고온은 76℃, 저온에서는 -22℃까지 견딜 수 있는 아스팔트 바인더이다. <표 2-5>은 아스팔트 바인더의 PG등급에 대한 분류표이다. 국내 아스팔트 바인더의 경우 일반아스팔트는 고온등급은 58 ~ 64, 저온등급은 -16 ~ -22의 범위를 가지고 있는 것으로 시험결과 나타나고 있다.

<표 2-5> 수퍼페이브의 PG 등급

주) PG76-22 : 76은 1주일간 최고온도를 뜻하며 -22는 최저온도를 뜻함