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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 이러한 문제점을 개선하고 건축물의 장기적 내구성 향상을 위해 건축물의 표면마감법 중에서 발수제를 직접 혼입한 수성페인트의 기초적인 물성과 성능을 분석하여 새로운 수성페인트 마감 공법을 개발하고 적용하고자 한다.
- 본 연구에서는 일반적으로 건축물 외부 도장공사에 적용되는 수성페인트에 발수제의 종류에 따라 다양한 혼합 비율을 적용하였을 때의 열전도성, 흡수성, 통기성, 및 부착강도 등의 물리적 성능을 파악하였다. 따라서 일반 수성페인트의 색상에 따라 혼입되는 발수제의 종류 및 혼입율을 다양하게 적용하였다.
- 현재 국내에서는 수성페인트와 발수제가 혼합된 발수페인트 기성제품이 시판되어 일부 사용되고는 있으나, 제품의 종류가 많지 않고 고가이며, 현장에서 요구되는 다양한 색상을 표현할 수 없어 실제 활용도가 낮은 문제점을 가지고 있다. 이에 본 연구에서는 실제 현장에서 요구하는 페인트의 색상이나 소요량에 따라 조절하여 제조 가능하며, 현장의 다양한 특성에 따라 발수제를 적절하게 혼합하여 사용할 수 있는 마감공법을 개발하기 위한 기초자료를 제시하고자 한다.
제안 방법
- 다음으로 단열챔버의 캡을 덮고 전류를 통해 열을 발생시켜 발수제가 혼입된 수성페인트 마감면과 반대측면과의 시간차(Δt)에 따른 온도편차(ΔT)를 통해 열전도율을 확인하였다.
- 본 연구에서는 일반적으로 건축물 외부 도장공사에 적용되는 수성페인트에 발수제의 종류에 따라 다양한 혼합 비율을 적용하였을 때의 열전도성, 흡수성, 통기성, 및 부착강도 등의 물리적 성능을 파악하였다. 따라서 일반 수성페인트의 색상에 따라 혼입되는 발수제의 종류 및 혼입율을 다양하게 적용하였다.
- 발수제의 종류와 혼입율을 달리한 발수제가 혼입된 수성페인트는 유리판 시험체와 시멘트 모르터 시험체에 도포하여 각각의 성능을 비교하였다. 시험체의 물리적 특성은 열전도율, 흡수율, 통기성, 부착강도를 측정하여 평가하였다.
- 통기성 분석에 있어 그 적합성은 실험 시작 후, 경과시간 7일(168hr)을 기준으로 마감면의 통기성이 50% 이상 이면 적합한 것으로 판단된다. 본 실험에서는 Plain 모르터의 통기성도 비교용으로 함께 측정하였으며, A, B, C type 발수제 3종류와 2, 5, 8% 혼입율에 대한 통기성을 측정하였다.
- 유리판 시험체의 바탕재료는 100mm×100mm×2mm 규격의 불투명유리로 제작하였으며, 거친 표면을 아세톤으로 세척한 후 20분간 상온에서 자연 건조시킨 면에 붓으로 수성페인트를 3회 칠하였다. 수성페인트 칠의 두께에 대한 조절은 바탕재료에 일정 중량의 수성페인트를 칠하는 방법으로 가능한 동일한 두께를 칠하도록 하였다. 또한 시험체의 단면부분은 오염을 방지하고 수성페인트 손실을 최소화하기 위해 Figure 1과 같이 절연테이프로 보양처리 하였다.
- 발수제는 국내 A사 제품, 독일 B사 제품, 자체 개발한 C 제품을 사용하였다. 수성페인트에 대한 발수제의 혼입율은 일반적으로 적용되는 2~8% 수준에 추가적 성능을 검토하기 위해 일부 10, 15%를 추가하여 설정하였다. 수성페인트에 발수제를 혼입시에는 1,500rev/min의 회전력을 갖는 교반기로 15분간 혼합하여 실험하였다.
- 수성페인트에 대한 발수제의 혼입율은 일반적으로 적용되는 2~8% 수준에 추가적 성능을 검토하기 위해 일부 10, 15%를 추가하여 설정하였다. 수성페인트에 발수제를 혼입시에는 1,500rev/min의 회전력을 갖는 교반기로 15분간 혼합하여 실험하였다.
- 시멘트 모르터 시험체 Φ100mm×10mm 규격의 원반형으로 시멘트와 잔골재의 비율은 1:3으로, W/C는 50%로 배합하였다.
- 발수제의 종류와 혼입율을 달리한 발수제가 혼입된 수성페인트는 유리판 시험체와 시멘트 모르터 시험체에 도포하여 각각의 성능을 비교하였다. 시험체의 물리적 특성은 열전도율, 흡수율, 통기성, 부착강도를 측정하여 평가하였다.
- 시험체의 열전도성을 측정하기 위해 백색 수성페인트에 발수제 A, B, C type을 각각 2, 5, 8, 10, 15% 혼입하여 시험체를 제작하였으며, 시험체의 열전도성을 측정하여 Table 5와 같은 결과를 확인하였다. Figure 4는 백색 수성페인트에 발수제 A type을 2% 혼입한 발수페인트의 열전도율을 측정한 결과로, 대부분 유사한 패턴으로 온도편차가 발생하는 것으로 나타났다.
- 통기성(air permeability)은 시험체 자체가 함수율의 변화에 차이가 발생하여야 수분의 변화를 측정할 수 있으므로 시멘트 모르터 시험체를 사용하여 측정하였다. 시험체의 함수상태에 따른 각각의 무게를 측정하여 흡수량을 구한 후, 자연상태(온도 25℃, 습도 50%)에 시험체 마감 면을 노출하여 시간에 따른 무게 변화를 주기적으로 측정 (감도 0.01g의 정밀 로드셀을 이용, 1회/1sec 데이터로그로 측정, 측정시간 367hr)하였다. 이 때 시험체는 수준별로 마감처리된 표면부분을 제외한 모든 부분은 에폭시코팅 처리하였다.
- 열전도율의 측정은 단열챔버 내부에 유리판 시험체를 고정 설치하여 측정하였다. 이 때 유리판 시험체의 마감면이 발열면과 접속되게 설치한 후, 절연재료로 가장자리를 밀봉하여 열손실을 최소화하였다.
- 유리판 시험체의 바탕재료는 100mm×100mm×2mm 규격의 불투명유리로 제작하였으며, 거친 표면을 아세톤으로 세척한 후 20분간 상온에서 자연 건조시킨 면에 붓으로 수성페인트를 3회 칠하였다.
- 배합은 발수제를 혼입한 수성페인트의 일반적인 성능을 실험하기 위해 Table 2에서 설정한 실험인자에 따라 진행하였다. 이 때 시험체는 마감면에 대한 바탕체의 영향과 반응성을 최소화하기 위하여 바탕재료를 불투명유리와 시멘트 모르터로 구분하여 제작하였다.
- 이 때 시험체의 마감 면적당 도료의 무게를 기준으로 한 표건상태와 절건상태의 무게편차(Δg)를 통해 흡수율을 측정하였다.
- 흡수율은 시험체로 인한 영향을 낮추고 마감처리된 부분의 함수상태에 따른 변화를 측정할 수 있도록 유리판 시험체를 사용하여 측정하였다. 제작된 시험체를 100-110℃ 건조용 오븐에 넣어 중량변화가 없을 때 까지 건조한 절건상태와 공기중에서의 기건상태, 24시간 이상 수중에 보관한 뒤 습윤상태 및 표면수를 제거한 표건 상태의 무게(g)를 측정하였다. 이 때 시험체의 마감 면적당 도료의 무게를 기준으로 한 표건상태와 절건상태의 무게편차(Δg)를 통해 흡수율을 측정하였다.
- 통기성(air permeability)은 시험체 자체가 함수율의 변화에 차이가 발생하여야 수분의 변화를 측정할 수 있으므로 시멘트 모르터 시험체를 사용하여 측정하였다. 시험체의 함수상태에 따른 각각의 무게를 측정하여 흡수량을 구한 후, 자연상태(온도 25℃, 습도 50%)에 시험체 마감 면을 노출하여 시간에 따른 무게 변화를 주기적으로 측정 (감도 0.
- 흡수율은 시험체로 인한 영향을 낮추고 마감처리된 부분의 함수상태에 따른 변화를 측정할 수 있도록 유리판 시험체를 사용하여 측정하였다. 제작된 시험체를 100-110℃ 건조용 오븐에 넣어 중량변화가 없을 때 까지 건조한 절건상태와 공기중에서의 기건상태, 24시간 이상 수중에 보관한 뒤 습윤상태 및 표면수를 제거한 표건 상태의 무게(g)를 측정하였다.
대상 데이터
- 발수제는 콘크리트 표면의 공극에 침투하여 일정한 깊이만큼 흡수되고, 외부 표면에 얇은 피막을 형성하여 외부 마감 재료로서의 성능 발현을 검토하기 위해 발수성능이 우수한 실리콘계 중에서 국내에서 제조한 A type, 독일산 B type, 새롭게 개발한 C type을 사용하였다. A와 B type 발수제는 국내에서 사용되는 대표적인 발수제로 시장성이 높은 장점이 있으므로 비교대상으로 하여 실험에 적용하였다. Table 4는 실험에 사용된 발수제의 성질을 나타낸 것이다.
- 실험요인은 Table 2와 같이 계획하였으며, 수성페인트의 색상은 현장에서 일반적으로 사용되는 백색을 사용하였다. 발수제는 국내 A사 제품, 독일 B사 제품, 자체 개발한 C 제품을 사용하였다. 수성페인트에 대한 발수제의 혼입율은 일반적으로 적용되는 2~8% 수준에 추가적 성능을 검토하기 위해 일부 10, 15%를 추가하여 설정하였다.
- 발수제는 콘크리트 표면의 공극에 침투하여 일정한 깊이만큼 흡수되고, 외부 표면에 얇은 피막을 형성하여 외부 마감 재료로서의 성능 발현을 검토하기 위해 발수성능이 우수한 실리콘계 중에서 국내에서 제조한 A type, 독일산 B type, 새롭게 개발한 C type을 사용하였다. A와 B type 발수제는 국내에서 사용되는 대표적인 발수제로 시장성이 높은 장점이 있으므로 비교대상으로 하여 실험에 적용하였다.
- 본 연구에서 사용된 재료는 각 재료의 표준 규격에 적합한 재료를 사용하였으며, 세부 사항은 다음과 같다.
- 수성페인트는 건축현장에서 보편적으로 활용되고 있는 국내 K사에서 제조한 것을 사용하였으며, 색상은 백색으로 한정하였다. 수성페인트는 아크릴 에멀젼 수지를 주성분으로 한 것이며 고형분 용적비는 41%, 밀도는 1.
- 시멘트는 국내에서 제조된 S사의 KS L 5201 기준에 준하는 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 시멘트 모르터 시료를 제작하기 위한 잔골재는 KS L ISO 679 기준에 준하는 밀도 2.68g/cm3, 조립률(F.M) 1.99, 단위용적 중량 1,537kg/m3 의 주문진산 표준사를 사용하였다.
- 실험요인은 Table 2와 같이 계획하였으며, 수성페인트의 색상은 현장에서 일반적으로 사용되는 백색을 사용하였다. 발수제는 국내 A사 제품, 독일 B사 제품, 자체 개발한 C 제품을 사용하였다.
성능/효과
- 2) 흡수율의 경우 발수제를 혼합할 경우 일정한 규칙성 없이 다소 증가하는 것으로 측정되어 일시적인 수분과의 접촉이 아닌 장기적으로 수분에 노출되어 있는 부위에 수성페인트에 발수제를 혼입하여 사용하는 것은 다소 미흡할 것으로 사료된다.
- 3) 통기성을 분석한 결과, 수성페인트에 발수제를 혼입하여 사용하는데 있어 일부 발수제에 따라 적정 혼입비가 존재하는 것으로 나타났으며, 발수제 2% 혼입에는 A type, 5% B type, 8% C type 발수제가 적절할 것으로 파악되었다. 또한 부착강도 측면에서는 A type 2%를 제외하고 모든 시험체가 기준을 만족하는 것으로 측정되었다.
- A type에서는 15% 혼입하였을 때 흡수율이 개선되어 24.94%로 측정되었으며, B와 C type에서는 10% 혼입하였을 때 흡수율이 각각 39.03%, 32.55%로 개선되어 나타났다. 전체적으로 일반 백색 수성페인트에 비해 발수제를 혼합한 경우 흡수율이 다소 높게 측정되었으며 규칙성은 찾아볼 수 없는 것으로 나타났다.
- 그러나 수성페인트에 발수제를 2, 5, 8% 혼입한 경우, 발수제의 종류와 관계없이 열전도율에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 따라서 일반 백색 수성페인트에 발수제를 2, 5, 8% 범위 내에서 혼입하여 사용하는 것은 외부 열을 차단하고 내부열 손실을 최소화 하는데 있어 크게 영향을 미치지 않을 것으로 사료된다.
- 3) 통기성을 분석한 결과, 수성페인트에 발수제를 혼입하여 사용하는데 있어 일부 발수제에 따라 적정 혼입비가 존재하는 것으로 나타났으며, 발수제 2% 혼입에는 A type, 5% B type, 8% C type 발수제가 적절할 것으로 파악되었다. 또한 부착강도 측면에서는 A type 2%를 제외하고 모든 시험체가 기준을 만족하는 것으로 측정되었다.
- Figure 5는 수준별로 제작된 시험체의 발수제의 종류 및 혼입율에 따른 흡수율을 측정한 결과를 나타낸 것이다. 발수제를 첨가하지 않은 경우의 흡수율이 42.24%로 측정되었으며, 이는 발수제를 첨가한 대부분의 시험체와 비교 하였을 때 상대적으로 낮은 흡수율을 가지는 것으로 확인되었다.
- 반면 B type은 175hr, C type은 192hr이 되어서야 기준치에 도달하는 것으로 나타났다. 이를 통해 백색 수성페인트에 발수제를 2% 혼입시 A type의 적용이 바람직할 것으로 사료된다.
- 이를 통해 종합적으로 고려해 볼 때 수성페인트에 발수제를 직접 혼입하여 물리적인 성능을 실험한 결과, 일반 수성페인트와 차이가 미미하고 표준 기준도 만족하므로 수성페인트에 발수제를 혼입하여 외부 마감재료로서 사용 가능 할 것으로 판단된다. 이에 따라 개선된 마감재료의 공법 적용으로 향상된 작업성능과 공기단축 등의 경제적 효과를 기대할 수 있을 것으로 사료된다.
- 일반 도료(페인트)의 부착강도 기준값은 2MPa로, A type 발수제를 2% 혼입한 경우를 제외하고 모든 시험체의 부탁강도는 기준치 보다 높은 것으로 측정되었다. 특히 B type의 경우 전체적으로 약 2.
- 55%로 개선되어 나타났다. 전체적으로 일반 백색 수성페인트에 비해 발수제를 혼합한 경우 흡수율이 다소 높게 측정되었으며 규칙성은 찾아볼 수 없는 것으로 나타났다. 이를 통해 일시적인 수분과의 접촉이 아닌 장기적으로 수분에 노출되어 있는 부위에 사용하는 것은 다소 미흡할 것으로 사료된다.
- 통기성 분석에 있어 그 적합성은 실험 시작 후, 경과시간 7일(168hr)을 기준으로 마감면의 통기성이 50% 이상 이면 적합한 것으로 판단된다. 본 실험에서는 Plain 모르터의 통기성도 비교용으로 함께 측정하였으며, A, B, C type 발수제 3종류와 2, 5, 8% 혼입율에 대한 통기성을 측정하였다.
후속연구
- 1) 열전도성 실험을 통해 수성페인트에 3종류의 발수제를 2, 5, 8% 범위 내에서 혼입하여 사용하는 것은 다소 열전도성을 낮춰 내외부 열교환반응을 일부 억제하므로 마감재료로 활용이 가능할 것으로 사료된다.
- 이를 통해 종합적으로 고려해 볼 때 수성페인트에 발수제를 직접 혼입하여 물리적인 성능을 실험한 결과, 일반 수성페인트와 차이가 미미하고 표준 기준도 만족하므로 수성페인트에 발수제를 혼입하여 외부 마감재료로서 사용 가능 할 것으로 판단된다. 이에 따라 개선된 마감재료의 공법 적용으로 향상된 작업성능과 공기단축 등의 경제적 효과를 기대할 수 있을 것으로 사료된다.
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