[논문]아스팔트용 반응성 고분자 개질제 합성 및 적용(1)

황기섭; 안원술; 서숭혁; 하기룡

[국내논문] 아스팔트용 반응성 고분자 개질제 합성 및 적용(1)
Synthesis and Applications of Reactive Polymer Modifiers for Asphalt(1) 원문보기

폴리머 = Polymer (Korea), v.31 no.1, 2007년, pp.68 - 73

황기섭 (계명대학교 화학공학과) , 안원술 (계명대학교 화학공학과) , 서숭혁 (계명대학교 화학공학과) , 하기룡 (계명대학교 화학공학과)

초록
AI-Helper

도로 포장용 아스팔트의 성능을 개선하기 위하여 유화중합법으로 반응성 고분자 개질제들을 합성하였다. Styrene, methyl methacrylate (MMA) 및 isoprene과 아스팔트의 아스팔텐 성분의 carboxyl group과 반응시키기 위하여 epoxy ring을 가진 glycidyl methacrylate(GMA)를 단량체로 사용하였다. 단량체의 조성을 다양하게 변화시켜 개질제들을 중합하고, 중합된 개질제와 아스팔트의 상용성을 검토하였다. 혼합이 잘 되는 개질제들에 대하여 시차주사열량계 (DSC)로 $T_g$를 측정하였다. 합성 후 epoxy ring의 존재 여부와 아스팔텐과의 반응성을 알아보기 위해 푸리에 변환 적외선 분광기(FTIR)를 이용하였고, 핵자기공명법(NMR)으로 개질제 분자 구조의 해석을 행하였다. 아스팔트와 혼합이 잘 이루어지는 개질제들은 $T_g$가 $37.5{\sim}56.5^{\circ}C$ 사이이며, isoprene의 비율이 30 wt%이었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study is on the synthesis of reactive polymer modifiers by emulsion polymerization to improve properties of asphalt for paving. Styrene, methyl methacrylate (MMA), isoprene and glycidyl methacrylate (GMA) which has epoxy ring to react with carboxyl group of asphaltene were used to synthesize polymer modifiers. Modifiers with various composition were tested miscibility with asphalt. Modifiers which showed good miscibility with asphalt were investigated by DSC for $T_g$. Existence of epoxy rings and their reaction with asphaltene wore investigated by FTIR. Molecular structures of synthesized modifiers were confirmed by $^1H-NMR$. The synthesized modifiers which showed good miscibility had their $Tg's$ in the range of $37.5{\sim}56.5^{\circ}C$ and had isoprene contents of 30 wt%. They showed good miscibility in the 1 and 2 wt% concentrations, but not in the 3 wt% concentration.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

2 아스팔트의 포장 성능을 향상시키기 위한 고분자 개질 아스팔트(polymer modified asphalt, PMA) 에 대하여 미국을 중심으로 여러 나라에서 오랜 기간 동안 연구되어왔다. 3 PMA의 사용은 영구변형, 피로 균열, 저온균열, 노화 등을 포함하는 기능적 성질을 개선하는 것에 목적이 있다.46 PMA의 성능은 아스팔트와 첨가되는 고분자의 특성과 양에 의존한다J PMA 에 사용되는 고분자는 주로 탄성체나 열가소성 고분자들이다.
본 연구에서 합성된 개질제들과 아스팔트와의 상용성을 확인하고, 상용성이 우수한 개질제들에 대하여 아래의 실험들을 수행하였다. 합성된 개질제들의 점도 측정: 합성된 개질제들의 분자량을 확인하기 위흐}여 용액점도 법을 사용하였다.

제안 방법

그러나 우리는 이러한 문제점을 해결하기 위해 아스팔트와 개질제들이 직접반응을 일으키는 반응성 개질 아스팔트의 개발에 관하여 연구하였다 아스팔트에는 포화 탄화수소 방향족 탄화수소수지, 그리고 아스팔텐이 함유되어 있는 것으로 알려져 있다.^8.9 본 연구에서는 차량의 하중을 견디는 성능을 부여하기 위해서 styrene과 MMA, 수축팽창에 유연한 성능을 부여하기 위하여 isoprene, 아스팔텐의 carboxyl 기와 반응을 시키기 위하여 epoxy ring을 가진 GMA를 물을 분산 매로 사용하는 유화중합법으로 반응성 고분자 개질제들을 합성하고 그 연구 결과들을 나타내었다.
확인하기 위하여 아래의 실험을 행하였다. Figure 2에 나타난 바와 같이 500 mL beaker에 아스팔트와 개질제의 총량이 350 g으로 일정하게 하고 전체 질량에 대하여 첨가되는 개질제의양이 1, 2 및 3%가 되도록 각각 첨가하였다. 첨가방법은 180 ℃에서 아스팔트를 완전히 용융시킨 후 3300 rpm으로 교반하면서 개 질 제를 약 5 g/min의 속도로 서서히 첨가흐}고 2시간 동안 계속 교반 시켰다" 혼합이 완료되면 Ar 가스 분위기의 oven에 혼합한 PMA 를 넣어 180 ℃에서 48시간 저장하였다.
c는 농도를 나타낸다. 이 측정은 각각의 개질제 용액에 대하여 3번씩 측정하여 평균값을 구하였다.
개질제의 열 분석 : TA instruments사"(Model No. : 2010)의 differential scanning calorimeter (DSC) 3.각각의 개질제들 약 10 mg을 질소 분위기에서 100 ℃까지 빠르게 온도를 상승시켰다가 3분간 온도를 유지한 후-100℃까지 급랭한 다음 3분간 온도를 유지한 후 200 ℃까지 10 ℃/min의 승온 속도로 T_g를 측정하였다.^11.
개질제와 PMA의 FTIR 분석 : JASCO사의 FTIR-620으로, 중합된 개질제의 epoxy ring 존재 여부와 아스팔트와 혼합 후 반응이 이루어졌는지를 확인하였다. 개질제는 KBr pellet법을 이용하여 측정하였고, 아스팔트 및 PMA는 chloroform에 녹여 19 mm KBr card에 spin coating한 후 chloroform을 휘발시키고 난후 4 cm^-1의 resolution으로 분석하였다.
이루어졌는지를 확인하였다. 개질제는 KBr pellet법을 이용하여 측정하였고, 아스팔트 및 PMA는 chloroform에 녹여 19 mm KBr card에 spin coating한 후 chloroform을 휘발시키고 난후 4 cm^-1의 resolution으로 분석하였다.
개질제와 이스팔트의 혼합 정도 측정. Table 1의 조성으로 유화 중합된 개질제들을 1번부터 11번까지 1, 2, 3%씩을 AP-5 아스팔트에 혼합하여 침전물이 생성되는지를 알아보았다.
개질제와 이스팔트의 혼합 정도 측정. Table 1의 조성으로 유화 중합된 개질제들을 1번부터 11번까지 1, 2, 3%씩을 AP-5 아스팔트에 혼합하여 침전물이 생성되는지를 알아보았다. 그 결과들을 Table 2에 나타내었다.
아스팔트 성능을 개선하기 위한 반응성 고분자 개질제의 합성은 epoxy ring을 가지고 있는 GMA를 사용하였고, 딱딱한 성질을 가지는 styrene과 MMA, 그리고 유연한 성질을 가지는 isoprene을 이용하여 유화중합법으로 합성하였다. 각각의 단량체 조성을 달리하여 합성한 개질제들을 아스팔트와 혼합실험을 행하였을 때 6, 8, 9, 11번 개질제가 혼합이 잘 되었다.
5 ℃ 사이의 범위에서 아스팔트와 혼합이 잘 되는 것을 알 수 있었다. GMA의 epoxy ring이 유화 중합 및 아스팔트와 혼합하였을 때 의 존재 유무를 확인하기 위해 FTIR 분석 및 NMR 분석을 실시하였다. 그 결과 GMA의 epoxy ring이 유화 중합 후에는 존재하지만 아스팔트와 혼합 후에는 아스팔트의 -COOH와 반응하였음을 확인하였다.
우리가 합성한 개질제들에 대하여 상대 점도는 측정 7} 능하지만 Staudinger-Mark-Houwink의 식에서 필요한 K 와 a의 값을 모르기 때문에 분자량을 직접적으로 계산할 수는 없다. 따라서 용액점도 법을 이용하여 대략적인 개질제의 분자량을 추정하고자 한다. 아스팔트와 잘 혼합되는 개질제들을 chloroform에 0.
1H-NMR 분석. Table 1과 같이 단량체의 조성을 변화시키면서 중합한 개질제들의 조성을 확인하기 위하여 NMR로 측정하였다. Styrene, MMA, isoprene과 GMA 단량체들을 모두 사용하여 중합한 개질제 11의 NMR 스펙트럼을 대표적으로 Figure 8에 나타내 었다.

대상 데이터

실험 재료 계면활성제는 sodium dioctyl sulfosuccinate(SDS, 동남합성), 개시제로 ammonium persulfate (APS, 98+%, Aldrich) 단량체로는 styrene (reagentplus 99%, Aldrich), methyl meth acrylate (MMA, Acros organics), isoprene (Acros organics) 및 glycidyl methacrylate (GMA, Aldrich) 를 사용하였다. 탈이온수는 Puris water purification system으로 제조하여 사용하였다.
탈이온수는 Puris water purification system으로 제조하여 사용하였다. 그리고 유화 중합법으로 합성된 개질제들의 응결을 위해 sodium chloride (Duksan) 의 포화수용액을 사용하였으며 아스팔트는 SK 주식회사의 AP-5등급(연화점 51 ℃을 사용하였다.
합성된 개질제들의 점도 측정: 합성된 개질제들의 분자량을 확인하기 위흐}여 용액점도 법을 사용하였다. Cannon instrument company 의 Cannon-Fenske Routine type 75 size의 점도 계로 25 ℃의 항온 조에서 chloroform (Aldrich)을 용매로 하여 점도를 측정하였다. 개질제의 농도는 0.

이론/모형

수행하였다. 합성된 개질제들의 점도 측정: 합성된 개질제들의 분자량을 확인하기 위흐}여 용액점도 법을 사용하였다. Cannon instrument company 의 Cannon-Fenske Routine type 75 size의 점도 계로 25 ℃의 항온 조에서 chloroform (Aldrich)을 용매로 하여 점도를 측정하였다.
FTIR 분석. 개질제들을 유화 중합 후 아스팔트 내의 아스팔텐과 결합할 수 있는 개질제의 epoxy ring 존재를 확인하기 위하여 FTIR 분석법을 사용하였으며, 그 결과들을 Figure 4에 나타내었다. Poly (glycidyl methacrylate) (PGMA)의 epoxy ring의 피크는 약 910 cmT에서 나타나는 것으로 알려져 있다.

성능/효과

Table 2에서 보면 6, 8, 9, 10 및 11번을 제외한 다른 개 질 제들은 1%에서도 침전이 발생하여 혼합이 잘 이루어지지 않음을 확인하였다. 10번 개질제의 경우에는 1%에서만 혼합이 이루어졌고, 6, 8, 9 및 11번은 1% 및 2%에서는 혼합이 잘 되지만 3%에서는 침전물이 발생하였다.
피크들을 발견할 수 있었다. 따라서 사용된 단량체들이 모두 중합에 사용되었음을 확인할 수 있었다
이와 같이 나타난 NMR 스펙트럼의 피크는 Figure 10을 chemdraw로 계산한 값과 일치한다. 따라서 이러한 결과들을 종합하여 볼 때 아스팔텐의 -COOH와개질제의 epoxy ring이 반응하여 에스터기와 2차-OH기가 생성됨을 확인할 수 있었다.
GMA의 epoxy ring이 유화 중합 및 아스팔트와 혼합하였을 때 의 존재 유무를 확인하기 위해 FTIR 분석 및 NMR 분석을 실시하였다. 그 결과 GMA의 epoxy ring이 유화 중합 후에는 존재하지만 아스팔트와 혼합 후에는 아스팔트의 -COOH와 반응하였음을 확인하였다. 합성된 개질제와 아스팔트의 혼합 후 성능증진은 다음 편에 투고할 예정이다.

참고문헌 (20)

A. H. Fawceet and T. McNally, Polymer, 41, 5315 (2000)
J. Stastana, L. Zanzotto, and O. J. Vacin, J. Collid Interf. Sci., 259, 200 (2003)

상세보기
N. P. Khosla and S. Z. Zahran, Proc. Assoc. Asphalt Paving Technologists, 58, 274 (1989)
C. P. Valkering, W .C. Vonk, and C. D. Whiteoak, Shell. Bitumen. Rev., 66, 9 (1992)
J. P. Harlin, J. L. Jariel, and J. C. Blondel, Proc. 4th Eurobitumen Symp. Msdrid., 1, 125 (1989)
X. Lu and U. Isacsson, Polym. Testing, 20, 77 (2001)

상세보기
A. H. Fawcett and T. McNallv, Macromol. Mater. Eng., 286, 126 (2001)

상세보기
J. F. Masson, L. Pelletier, and P. Collins, J. Appl. Polym. Sci., 79, 1034 (2001)

상세보기
G. Polacco, J. Stastana, Z. Valchovicova, D. Biondi, and L. Zanzotto, Polym. Eng. Sci., 44, 2185 (2004)

상세보기
J. S. Yoon and H. J. Kim, Polym. Sci. Tech., 7, 412 (1996)
G. Polacco, S. Berlincioni, D. Biondi, J. Stastna, and L. Zanzotto, Eur. Polym. J., 41, 2831 (2005)

상세보기
A. H. Fawceet, T. McNally, G. M. McNally, F. Andrews, and J. Clake, Polymer, 40, 6337 (1999)
J. R. Fried, 'Polymer Science and Technology', 2nd Edition, Prentice Hall Professional Technical Reference (2003)
M. H.Espinosa, P. J .O. del Toro, and D. Z. Silva, Polymer, 42, 3393 (2001)

상세보기
M. H. Kunita, A. W. Rinaldi, E. M. Girotto, E. Radovanovic, E. C. Muniz, and A. F. Rubira, Eur. Polym. J., 41, 2176 (2005)

상세보기
C. Ouyang, S. Wang, Y. Zhang, and Y. Zhang, Fuel, 85, 1060 (2006)

상세보기
M. R. Cuilherme, A. V. Reis, S. H. Takahashi, A. F. Rubira, J. P. A. Feitosa, and E. Muniz, Carbohydrate Polym., 61, 464 (2005)

상세보기
O. H. Lin, R. N. Kumar, H. D. Rozma, M. Azemi, and M. Noor, Carbohydrate Polym.. 59, 57 (2005)

상세보기
F. Ates, A. E. Putun, and E. Putun, Fuel, 85,1851 (2006)

상세보기
S. Ahmad and S. Zulfiqar, Polym. Degra. Stabil., 76, 173 (2002)

저자의 다른 논문 :

LOADING...

활용도 분석정보

상세보기

다운로드

내보내기

활용도 Top5 논문

해당 논문의 주제분야에서 활용도가 높은 상위 5개 콘텐츠를 보여줍니다.
더보기 버튼을 클릭하시면 더 많은 관련자료를 살펴볼 수 있습니다.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증