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초단열재로 알려진 에어로젤을 친환경건축물에 활용하기 위해서는 고유의 낮은 열전도도 유지뿐만 아니라 기계적 강도, 건축현장에서의 절단 및 적용성 등을 모두 고려해야 한다. 일반적으로, 에어로젤은 열전도도가 0.02 W/(mK)이하로, 상용화된 유기 및 무기단열재에 비해 2~5배 낮은 수준이나, 강도가 약해 부서지기 쉬운 단점이 있다. 따라서 강도를 증가시키기 위해 ...

초단열재로 알려진 에어로젤을 친환경건축물에 활용하기 위해서는 고유의 낮은 열전도도 유지뿐만 아니라 기계적 강도, 건축현장에서의 절단 및 적용성 등을 모두 고려해야 한다. 일반적으로, 에어로젤은 열전도도가 0.02 W/(mK)이하로, 상용화된 유기 및 무기단열재에 비해 2~5배 낮은 수준이나, 강도가 약해 부서지기 쉬운 단점이 있다. 따라서 강도를 증가시키기 위해 폴리머, 카본섬유 등과의 복합화와 같은 연구가 진행되어 왔다. 또한 불투명, 반투명 혹은 투명하게 만들 수 있어 건축물에 광범위하게 응용할 수 있는 가능성이 있다. 이러한 특성을 이용하여 반투명 비드형태의 에어로젤을 건축물 채광창에 활용하거나, 블랑캣 형태의 에어로젤을 화학공장 파이프, 용기 등 단열에 사용하는 등 활용사례가 증가하고 있다. 본 연구에서 단일체형 에어로젤(monolith aerogel)은 TEOS(Tetraethoxysilane)를 실리카의 알콕사이드(alkoxide) 전구체로, 메탄올과 DMF(N,N-Dimethylformamide)를 용매로 사용하였으며, 초임계건조를 통해 제조되었다. 에어로젤 입경에 따른 열전도도 및 투과도를 분석하여 건축물 채광창에 활용 가능성을 평가하였다. 또한, TiO2 첨가제를 사용한 에어로젤 압축성형보드, 폴리우레탄-에어로젤 발포성형보드, 에폭시-에어로젤 혼합보드를 제작, 기계적 강도를 향상시키는 연구를 수행하여 건축물 바닥 및 벽체 단열재의 활용가능성을 평가하였다. 연구결과, 채광창의 경우 에어로젤 입경이 4.76 mm에서 0.5 mm로 작아짐에 따라 열전도도는 0.042 W/(mK)에서 0.037 W/(mK)로 낮아졌으나, 0.5 mm이하에서는 차이를 보이지 않았다. 채광창의 투과도는 입경이 4.76 mm에서 0.5 mm로 작아짐에 따라 파장 1,000~10,000 nm 범위에서 4.6 %에서 0.41 %까지 낮아졌으며 0.5 mm 이하에서는 미미하게 나타났다. 에어로젤을 사용한 채광창은 실리카겔에 비해 5.23배, 상용화된 에어로젤 대비 1.3배 열전도도가 낮은 특성을 보였다. 에어로젤을 활용한 건축물의 채광창 활용가능성을 평가한 결과, 입경 1~2 mm, 0.5~1 mm 에어로젤을 사용한 경우 단열성 및 투과도 측면에서 우수한 특성을 보였다. 타이타니아 분말을 소량 첨가하여 30 kg/cm2로 압축한 에어로젤 압축성형보드의 열전도도는 0.032~0.035 W/(mK), 폴리우레탄-에어로젤 발포성형보드는 0.025 W/(mK)의 낮은 열전도도를 나타내었다. 에폭시-에어로젤 혼합보드의 경우 에어로젤 8 % 혼합 시 0.105 W/(mK)로 높은 수준이나, 단일체형(monolith) 상태로 에폭시 표면에서의 반응을 최소화하여 제작한 혼합보드는 0.04~0.042 W/(mK)로 나타나, 그 활용가능성을 확인하였다. 향후 폴리머를 활용하여 강도를 강화하거나, 형상기억 효과를 강화하여 탄성 회복 및 유연성을 향상시키는 연구가 계속 진행되어야 할 것이다.

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