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고분자를 이용한 자가치유 아스팔트에 관한 연구
Study on Polymer-Modified Self-Healing Asphalt 원문보기

Elastomers and composites = 엘라스토머 및 콤포지트, v.49 no.2, 2014년, pp.134 - 143  

양동근 (수원대학교 신소재공학과) ,  유평준 (한국건설기술연구원 도로연구실) ,  홍영근 (수원대학교 신소재공학과)

초록
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자가치유형 아스팔트를 구현하기 위하여 분자간결합력이 큰 고분자를 아스팔트에 투입시켰다. 사용된 고분자는 셜린, 나일론 및 폴리에스터이다. 이 고분자들은 가공온도가 $200^{\circ}C$를 넘어 고체상태로는 투입이 어려워 용액상태로 첨가하였다. 고분자가 첨가된 아스팔트들은 우수한 개질효과와 치유효과를 나타내었다. 인장강도에서 고분자개질아스팔트들은 고분자가 5% 투입되었으나 강도는 18%이상 증가하였다. 고분자와 아스팔트분자 간에 상호작용이 있는 것으로 보인다. 특히 셜린과의 분자간결합력이 가장 큰 것으로 보인다. 셜린은 아스팔트와 수소결합 및 아스팔트내에 존재하는 금속들과 이온결합을 할 것이다. 치유성에 있어서는 인장강도 면에서 셜린이 가장 높은 138%의 치유능을 나타내었으며 복합모듈러스 면에서는 폴리에스터가 141%의 치유능을, 충격강도 면에서는 나일론이 131%의 치유능을 보였다. 이는 치유능 해석에서 고분자의 분자간결합력도 중요 사항이지만 고분자와 아스팔트간의 상호작용 또한 중요한 고려 사항이 되어야함을 의미한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Polymers are introduced to neat asphalt to prepare self-healing asphalt. The polymers are Surlyn, Nylon and polyethyleneterephtalate(PET). Since they are known as having high intermolecular force, they have high processing temperature. Therefore they are hardly introduced into the asphalt as bulk st...

주제어

#self-healing   #crack repairing   #asphalt   #Surlyn   #Nylon   #PET   #healing efficiency  

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

문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 아스팔트 내부에 분자간결합력이 큰 고분자를 혼입시켜 고분자사슬이 미세균열 계면에서 상대면으로의 이동ᆞ확산을 원활하게 하여 계면이 빠른 시간 내에서로 달라붙게 함으로써 균열부분이 봉합되어 더 이상의 미세균열 성장을 막아 더 큰 균열(포트홀)을 방지할 수 있는, 균열 방지 목적으로 고분자를 사용하여 자가치유형 아스팔트를 제조하고, 그 자가치유성을 분석하였다.
  • 본 연구에서는 분자간결합력이 다른 물질들을 사용하여 개질된 아스팔트의 개질효과와 자기치유성을 알아보았다. 개질효과(기본물성) 면에서는 셜린이 가장 우수하게 나타났다.
  • 이에 본 연구에서는 자가치유력을 높여 아스팔트의 수명을 늘리는 방법을 제안한다. 이는 재생산까지 드는 에너지 및 시간을 절감하고, 무엇보다 경제적인 이점을 취할 수 있는 장점을 가지고 있다.

가설 설정

  • 도로의 사용을 극대화 하고 도로보수에 따른 차량의 운행 불편을 최소화하기 위하여 도로의 장수명이 요구된다. 자가치유 능력을 가진 아스팔트 포장이 이 목표에 유용할 것이다. 물론 아스팔트의 자가치유 현상은 오래 전부터 알려졌다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
자가치유 시스템이란 무엇인가? 이와 같은 문제점 등을 해결하기 위하여 많은 연구자들은 자연에서 흔히 볼 수 있는 스스로 치유되는 능력에 초점을 두어 연구하고 소재에 그 개념을 부여하기 시작하였다. 자가치유 시스템이란 인위적인 조작 없이 열, 전기, 광 등과 같은 특수한 환경에 따라 스스로 이러한 결함들을 감지하여 복구할 수 있는 특성을 가지도록 설계한 시스템을 지칭한다.2
물성회복제의 단점은 무엇인가? 지금까지 드러난 균열의 보수 목적으로 아스팔트 표면에 환경적 물성저하와 습기 침투로부터 아스팔트 표면을 보호하는 실란트를 처리하거나, 아니면 원래의 아스팔텐과 말텐의 비율을 회복하여 노화된 아스팔트의 물성을 원래의 아스팔트 물성으로 바꾸어주도록 만들어진 물성회복제(rejuvenator)를 아스팔트 표면에 처리하기도 한다. 그러나 이 약품들은 아스팔트 표면에서만 작동하고 또한 도로가 쉽게 미끄러지는 단점을 갖고 있다. 또 하나의 문제는 이들은 균열보수 목적이지 균열방지 목적이 아니다.
자가치유란 무엇인가? 자가치유란, 일반적으로 자연계에서 생물 또는 물질이 피부나 표피에 상처를 입으면 시간이 지남에 따라 스스로 상처가 아무는 현상을 말한다. 즉, 기계적 충격에 의해 손상된 부분의 물성을 스스로 원래 물성에 다시 도달하게 만드는 것을 말한다. 이러한 현상에 착안해 화학적으로 접근하여, 손상을 입은 재료를 시간의 경과에 의해 마모·손상된 부분이 다시 원래 물성을 발휘하도록 화학적·구조적으로 개질시켜 원하는 재료의 수명을 더 연장하고 그 물성을 계속해서 이용하려는 노력이 많은 곳에서 진행되고 있다.
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참고문헌 (14)

  1. Self-healing Material, Wikipedia. 

  2. Self healing materials concept and application, Second edition-version, NL Agency, 2013. 

  3. P. Wang, S. Lee, and J. P. Harmon, "Ethanol-induced crack healing in poly(methyl methacrylate)", J. polym. Sci. B, 32, 1217 (1994). 

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  4. C. B. Lin, S. Lee, and K. S. Liu, "Methanol-induced crack healing in poly(methyl methacrylate)", Polym. Eng. & Sci., 30, 1399 (1990). 

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  5. J. S. Shen, J. P. Harmon, and S. Lee, "Thermally-induced crack healing in poly(methyl methacrylate)", J. Mater. Res., 17, 1335 (2002). 

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  9. S. H. Cho, H. M. Anderson, S.R. White, N. R. Sottos, and P. V. Braun, "Polydimethylsiloxane-based self-healing materials", Adv. Mater., 18, 997 (2006). 

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  13. R. P. Wool and K. M. O'Connor, "A theory of crack healing in polymers", J. Appl. Phys., 52, 5953 (1981). 

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  14. Y. H. Kim and R. P. Wool, "A theory of healing at a polymer-polymer interface", Macromolecules, 16, 1115 (1983). 

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