(제9호) 폐타이어 및 폐윤활유 열분해 잔류물의 아스팔트 보강재로의 활용기술

■기술개발자 : 한국에너지기술연구소
■ 주 소 : 대전시 유성구 장동 71-2 (℡ 042-860-3632)
■ 보호 기간 : 5년 만료(1994. 7. 19)

1. 신기술의 내용
1-1. 신기술의 요약
폐타이어/폐윤활유 열분해 잔류물을 아스팔트 보강재로 활용하는 기술로
이를 입증하기 위하 여 잔류물의 조성, 잔류물의 대부분을 차지하는 카본블랙에 의한 아스팔트
보강효과에 관하여 문헌에 발표된 내용과 잔류물이 아스팔트 콘크리트에 미치는 보강효과에
관하여 발표된 문헌 및 실험결과, 그리고 잔류물을 아스팔트에 사용하였을때 환경에 미치는 영향에
대하여 기술하였다.
1-2. 원리 및 시공방법
1) 폐타이어/폐윤활유 열분해 잔류물의 조성
폐타이어와 폐윤활유를 반응기에 넣고 환원성 분위기 하에서 열분해 하면 폴리머 및 오일 분 자간의 결합이 끊어지면서 대부분이 가스화하고 남는 부분은 카본블랙을 주성분으로 하는 잔류 물과 철제 타이어코드이다. 타이어에는 천연고무, 합성고무, 합성고무의 내마모성을 보강하기 위한 카본블랙, 충진제, 산화방지제, 연화제, 가류제, 가황촉진제, 점착제, 착색제 등이 포함되어 있다. 열분해 잔류물은 대부분이 카본블랙이며 나머지는 활성제, 충진제, 가류제 등으로 이들의 조성은 아래 표와 같다.

≪폐타이어/폐윤활유 열분해 잔류물 조성≫
2) 카본블랙에 의한 아스팔트 보강 효과
카본블랙으로 보강된 아스팔트를 결합재로 사용하여 골재와 교반시켜 아스팔트 콘크리트를 제작하였을때 카본블랙은 내마모성의 증진, 저온에서의 균열, 고온에서의 동적 안정도의 개선을 가져오는 역할을 한다고 보고되었다.
카본블랙은 기화된 탄화수소의 분해에 의하여 기체상으로부터 형성되는 유일한 물질이다.
이 런 기체상 열분해된 연기는 카본블랙을 97%이상 함유하는데 카본블랙은 크기가 매우작고
(직경 =약 30㎜) 높은 비표면적 (약 90㎡/ｇ)을 가진다. 카본블랙은 표면적 성질이 소수성으로 역청질 재료인 아스팔트와의 친화력이 좋아 아스팔트에 분산시키면 아스팔트의 일부처럼 거동한다.
따 라서 타이어 고무의 상당부분을 차지하는 합성고무의 마모성을 증진시켜 강인한 타이어를
제조 할 목적으로 많이 사용되어 왔다.
카본블랙에 의한 아스팔트 보강효과의 내용을 정리하면 다음 과 같다.
① 아주 미세한 카본블랙 입자를 다루기에 편리하고, 아스팔트에의 분산효과를 증진시키며,
카본블랙을 아스팔트에 첨가하였을 때 아스팔트가 뻣뻣해지는 경향을 방지하기 위하여 아스팔트와
혼화 가능한 Petroleum Oil로 카본블랙을 조립하여 사용한다.
② 오일과 카본블랙을 조립하여 제조한 펠렛(Pellets)의 첨가량은 아스팔트 무게의 약 10-25% 가 적절하며 오일은 사용하고자 하는 아스팔트 종류에 따라 다르지만 펠렛 무게의 약 8-25% 정도이다.
③ 카본블랙, 오일 첨가에 의하여 온도-점도 감응성이 향상된다.
④ 카본블랙에 의한 아스팔트 내구성이 증가된다.
⑤ 카본블랙에 의한 내마모성이 증진된다.
⑥ 실제 도로포장시 종래의 교반, 포설, 전압 장비를 사용하는데 문제점이 발견되지 않았다.

2. 국내외 건설공사 활용현황 및 전망
국내에서 발생되고 있는 폐타이어, 자동차용 폐윤활유는 1992년 기준으로 9,700천개 및 305,600㎗에 달하고 있으며 발생량은 매년 증가 추세에 있어 심각한 환경공해 문제가 야기되고 있다. 폐타이어가 발열량이 높고, 열분해 잔류물이 아스팔트 콘크리트 품질 향상에 기여한다는 외국 문헌을 기초로 하여 한국에너지기술연구소에서는 폐타이어/폐윤활유 열분해 파이롯트 플랜 트를 G-7 국책과제로 지원을 받아 건설하였다.
폐타이어를 열분해시 오일로의 변환량이 중량 비로 50%이며, 잔류물로 배출되는 양은 약 30%이기
때문에 1992년을 기준으로 하여 국내에서 발생되는 모든 폐타이어를 처리하였을 경우 잔류물
배출량은 약 43,000톤에 달한다. 이를 아스 팔트 포장재로의 활용을 위하여 아파트 단지내 포장,
국도 일부 구간의 포장 등의 과정을 거쳐 아스팔트 포장재료로의 사용을 확대해 나갈 계획이다.
이상의 여건을 고려할 때 잔류물을 국내 건설공사에의 활용에 미치는 경제적, 기술적, 환경적
영향은 다음과 같다.
① 열분해 잔류물은 플랜트에서 부산물로 배출되고 가공공정이 건조, 분쇄 등으로 간단하기 때문에
여타의 아스팔트 개질재에 비하여 가격 경쟁력이 있다.
② 잔류물을 첨가하여 제조한 아스팔트 콘크리트는 신기술 내용에서 기술한 바와같이 여름철
고온에서 반복차륜하중에 대한 동적안정도의 개선 등 기존의 아스팔트 콘크리트에 비하여 여러
장점을 가지고 있다.
③ 국내에서 필요로 하는 아스팔트의 양이 연간 100만톤에 달하고 있으며, 폐타이어 전량을 열
분해하여도 생산될 잔류물량이 43,000톤에 불과하기 때문에(92년 기준) 열분해 잔류물을 국내에서
소비할 수 있는 충분한 시장여건이 형성되어 있다.
④ 열분해 잔류물을 도로포장 재료로 활용시
전술한 환경영향 및 평가 실험 결과에서 보는 바와 같이 빗물에 의하여 주변 토양을 오염시킬
위험성이 없어 환경적인 측면에서 안전하 다.

3. 관련 분야에 대한 기술적, 경제적 파급 효과
3-1. 기술적 파급 효과
폐타이어/폐윤활유 열분해 잔류물을 아스팔트 콘크리트 보강재로 활용시
관련된 기술적 사항 으로는 기초기술로써 아스팔트 흔합물의 화학적 조성에 따른 물리적인
특성변화, 그리고 응용기 술로써 이로부터 파생되는 물성변화가 아스팔트 포장재료 수명에 미치는
영향평가 (균열, Rutting, Shoving, Ravelling, Stripping등)가 있다.
잔류물을 포장재로 활용하면 상기 기술한 분 야에 관련된 업체 및 대학 등 연구기관에서
아스팔트 포장도로 품질향상에 관한 연구가 활성화 되리라 사료된다.
3-2. 경제적 파급 효과 건설
교통부, 각 지방자치 및 한국도로공사에서 매년 막대한 예산을 들여 신규도로를 포설하고 수명이
다된 기존도로에 덛씌움공사를 하고 있다. 여기에서 특히 문제가 되는 점은 중량이 무거운
화물차 및 대형버스에 의한 도로의 보수에 막대한 예산이 지출되고 있다는 것이다.
열분해 잔류물은 폐타이어 플랜트에서 부산물로 생산되며 포설방법도 기존의 방법과 동일하기
때문에 현재의 아스팔트 포장비 수준으로 공사가 가능한 반면 상기 기술한 바와 같이 도로수명을
연장 시켜 주기 때문에 도로의 유지보수 관리비를 크게 절약할 수 있다.