In order to prevent decay, distortion, bending, twist on wood products such as wooden furnitures, variety of coating materials were developed and used so far. The coating materials for wood finishing can be synthesized by natural resource or petroleum. However, these coating materials can cause cont...
In order to prevent decay, distortion, bending, twist on wood products such as wooden furnitures, variety of coating materials were developed and used so far. The coating materials for wood finishing can be synthesized by natural resource or petroleum. However, these coating materials can cause contamination of indoor air quality due to emission of volatile organic compounds (VOCs). In this study, commercialized coating materials for wood finishing such as varnish, coat, and stain were evaluated on emission characteristics of VOCs. Among the varnish, eco-friendly products had about 15~46% lower TVOC emission ($1,042{\mu}g/m^2h{\sim}3,257{\mu}g/m^2h$, respectively, than typical product ($7,100{\mu}g/m^2h$). Natural resource based coating material showed lowest TVOC emission level. However, one of natural resource based waterborne stain showed higher TVOC emission level because waterborne stain already contained higher amount of natural VOC. Oil-based stain might not be suitable for indoor use on interior wall and furniture due to exceed amount of TVOC. Based on results, natural resource based coat or waterborne stain are recommenced to use on wood products.
In order to prevent decay, distortion, bending, twist on wood products such as wooden furnitures, variety of coating materials were developed and used so far. The coating materials for wood finishing can be synthesized by natural resource or petroleum. However, these coating materials can cause contamination of indoor air quality due to emission of volatile organic compounds (VOCs). In this study, commercialized coating materials for wood finishing such as varnish, coat, and stain were evaluated on emission characteristics of VOCs. Among the varnish, eco-friendly products had about 15~46% lower TVOC emission ($1,042{\mu}g/m^2h{\sim}3,257{\mu}g/m^2h$, respectively, than typical product ($7,100{\mu}g/m^2h$). Natural resource based coating material showed lowest TVOC emission level. However, one of natural resource based waterborne stain showed higher TVOC emission level because waterborne stain already contained higher amount of natural VOC. Oil-based stain might not be suitable for indoor use on interior wall and furniture due to exceed amount of TVOC. Based on results, natural resource based coat or waterborne stain are recommenced to use on wood products.
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문제 정의
현재 목재용 마감도료는 목가구 제품을 마감하는데 반드시 필요한 과정이며, 제작자와 사용자 모두 제한된 제조원료의 정보에 의존하여 선택을 하고 있다. 그래서 본 연구에서는 국내에 시판되어 사용하고 있는 다양한 목재용 도료를 수집하여 그로부터 방출되는 VOC의 방출 특성을 조사하여 Data Base를 구축하고자 하였다.
제안 방법
FLEC를 이용하여 시중에서 판매되는 친환경 도료로부터 방출되는 TVOC를 측정하였으며 GC/MS를 통해 방출되는 TVOC를 개별 분리 동정하여 그 특성을 살펴보았다. 대조군으로 분석된 일반 varnish 제품의 TVOC 방출량은 7,100 μg/m2h로 높게 나타났으며, 이에 비해 수거된 친환경 제품의 TVOC는 1,042∼3,257 μg/m2h로 일반 제품의 15%∼46%의 방출량을 갖는 것으로 확인되어 친환경제품이 일반제품보다 현저히 낮은 TVOC 방출량을 갖는 것으로 나타났다.
목재용 도료는 용도에 따라 혹은 원료에 따라 다양하게 분류될 수 있다. 본 연구에서는 크게 목재의 표면에 도막을 형성하는 도료로 varnish (바니쉬)와 래커(lacquer)를 하나로 분류하고, 코트(coat)와 스테인(stain)으로 각각 분류 하였다. Varnish 분류에는 목재의 표면에 투명한 도막을 형성하는 도료로 varnish와 lacquer가 모두 포함되었다.
대상 데이터
주로 착색제가 사용되어 다양한 색을 가진 제품이 많지만, 본 연구에서는 투명한 제품만을 대상으로 하였다. Coat로 분류된 제품들은 총 9가지로서 A사의 P제품(독일), O사의 P와 O제품(미국), L사의 B와 H제품(독일), R사의 N과 P제품(일본), A사의 W제품(일본), 그리고 D사의 S제품(한국)이었다. Stain은 목재의 내부로 스며들어 착색하는 착색제를 말한다.
Waterborne Stain의 TVOC 방출량 분석 결과 천연 도료인 W10과 가장 낮은 TVOC 방출량을 나타낸 W1을 2차 챔버 실험의 대상 시료로 선정하였고, 방출 경향 분석결과 W1이 pattern A의 형태로 나타났기 때문에 pattern B의 형태를 갖는 제품 중 낮은 TVOC 방출량을 나타내는 W7을 2차 챔버 실험의 대상 시료로 선정하였다.
수성스테인에는 D사의 W제품(한국), U사의 E제품(한국), H사의 N제품(한국), G사의 G제품(한국), I사의 X와 C제품(독일), A사의 A제품(독일), R사의 W제품(독일), D사의 B제품(독일), 그리고 A사의 S제품(독일)들이 사용되었다. 사용된 6가지 오일스테인은 D사의 B제품(덴마크), I사의 X제품(독일), F사의 F제품(미국), 그리고 한국의 S사에서 제조된 W제품, A사의 C제품, U사의 E제품들이었다.
Lacquer는 니트로셀룰로오스를 도막형성요소로 하고 자연건조에 의해 도막을 형성한다. 사용된 varnish의 종류는 K사의 Y제품(한국), A사의 C제품(독일), O사의 V와 P제품(미국), S사의 S제품(미국), Y사의 X제품(프랑스), L사의 W제품(독일), K사의 O제품(한국), H사의 U제품(한국), 그리고 B사의 F제품(독일)으로 총 9가지를 시험하였다. Coat의 경우 수지에 다양한 특성을 가진 안료가 첨가되어 있는 도료를 말하며 수성도료 및 유성도료 모두를 포함하였다.
수용성 수지를 사용하는 수성스테인(waterborne stain)과 유성 수지를 사용하는 오일스테인(oil-based stain)으로 구분하였다. 수성스테인에는 D사의 W제품(한국), U사의 E제품(한국), H사의 N제품(한국), G사의 G제품(한국), I사의 X와 C제품(독일), A사의 A제품(독일), R사의 W제품(독일), D사의 B제품(독일), 그리고 A사의 S제품(독일)들이 사용되었다. 사용된 6가지 오일스테인은 D사의 B제품(덴마크), I사의 X제품(독일), F사의 F제품(미국), 그리고 한국의 S사에서 제조된 W제품, A사의 C제품, U사의 E제품들이었다.
연구에 이용된 목재용 도료는 국내 시중에서 유통되고 있는 목재용 도료 중 실내에서 사용 가능한 친환경 제품으로 선정하였다(Table 1). 목재용 도료는 용도에 따라 혹은 원료에 따라 다양하게 분류될 수 있다.
Coat의 경우 수지에 다양한 특성을 가진 안료가 첨가되어 있는 도료를 말하며 수성도료 및 유성도료 모두를 포함하였다. 주로 착색제가 사용되어 다양한 색을 가진 제품이 많지만, 본 연구에서는 투명한 제품만을 대상으로 하였다. Coat로 분류된 제품들은 총 9가지로서 A사의 P제품(독일), O사의 P와 O제품(미국), L사의 B와 H제품(독일), R사의 N과 P제품(일본), A사의 W제품(일본), 그리고 D사의 S제품(한국)이었다.
이론/모형
건축자재, 페인트, 목재, 인쇄물 등의 표면으로부터 방출되는 VOC 및 Semi-VOC 측정을 위한 이동식 소형기기를 이용한 Field & Laboratory Emission Cell System (FLEC)법으로 목재용 도료의 TVOC 방출특성이 조사되었다. 유리판 위의 50 mm × 50 mm 면적에 일정량(100 g/m2)의 도료를 도포 후, 24시간 동안 상온 건조하였다.
고체 흡착관에 흡착된 휘발성유기화합물은 ASTM-D5116:10에 의거하여 열탈착 장치(STD 1000, DANI, Italy)에서 1차로 280°C에서 15분간 열탈착시켜 -10°C로 유지된 저온 농축관(cold trap)으로 농축한 다음, 2차로 300°C에서 15분간 열탈착하여 GC/MS로 주입하였다(Table 3). 휘발성유기화합물 분석에는 GCMS-QP2010 (Shimadzu, Japan)을 이용하였으며, VB-1 capillary column(60 m length × 0.32 mm i.d. × 1.
성능/효과
친환경제품 중에서도 천연도료의 경우 매우 낮은 TVOC 방출량을 갖는 것으로 확인되었다. W10이 천연도료임에도 불구하고 W1보다 많은 TVOC 방출량을 나타낸 것은 W1이 도료자체에서 방출되는 VOCs가 거의 없는 반면 W10은 천연도료로써 도료자체에서 방출되는 NVOC인 α-Terpenol (약 56%)이 많이 방출되었기 때문인 것으로 판단된다.
FLEC를 이용하여 시중에서 판매되는 친환경 도료로부터 방출되는 TVOC를 측정하였으며 GC/MS를 통해 방출되는 TVOC를 개별 분리 동정하여 그 특성을 살펴보았다. 대조군으로 분석된 일반 varnish 제품의 TVOC 방출량은 7,100 μg/m2h로 높게 나타났으며, 이에 비해 수거된 친환경 제품의 TVOC는 1,042∼3,257 μg/m2h로 일반 제품의 15%∼46%의 방출량을 갖는 것으로 확인되어 친환경제품이 일반제품보다 현저히 낮은 TVOC 방출량을 갖는 것으로 나타났다.
본 연구를 통해 목조주택의 건강한 실내공기질 확보를 위해서는 목재의 사용자체보다 도장재료 즉, 도료의 선택이 무엇보다 중요하다는 것을 확인하였다. 실내에서 사용되는 목재용 도료로써 가장 이상적인 형태는 목재가 가지는 결함을 보완하면서 도료자체에서 방출되는 유해 물질이 없어야 하고, 목재가 숨쉬는 재료로 남아 있을 수 있도록 해야 한다.
천연도료인 C2와 W10은 118.3 μg/m2h와 271.3 μg/m2h의 TVOC 방출량을 나타내었다. C2는 시험 대상 Coat 제품 중 가장 낮은 TVOC 방출량을 나타내었으며, W10도 대상 Waterborne Stain 제품 10종 중 W1을 제외하고 가장 낮은 TVOC 방출량을 갖는 것으로 나타났다.
C2는 시험 대상 Coat 제품 중 가장 낮은 TVOC 방출량을 나타내었으며, W10도 대상 Waterborne Stain 제품 10종 중 W1을 제외하고 가장 낮은 TVOC 방출량을 갖는 것으로 나타났다. 친환경제품 중에서도 천연도료의 경우 매우 낮은 TVOC 방출량을 갖는 것으로 확인되었다. W10이 천연도료임에도 불구하고 W1보다 많은 TVOC 방출량을 나타낸 것은 W1이 도료자체에서 방출되는 VOCs가 거의 없는 반면 W10은 천연도료로써 도료자체에서 방출되는 NVOC인 α-Terpenol (약 56%)이 많이 방출되었기 때문인 것으로 판단된다.
후속연구
실내에서 사용되는 목재용 도료로써 가장 이상적인 형태는 목재가 가지는 결함을 보완하면서 도료자체에서 방출되는 유해 물질이 없어야 하고, 목재가 숨쉬는 재료로 남아 있을 수 있도록 해야 한다. 이러한 측면에서 천연도료의 경우 현재로써는 실내 목재 도장에 가장 적합한 도료로 판단되며, 목조주택의 쾌적하고 안전한 실내공기질 확보를 위해 천연도료의 보다 활발한 개발과 보급이 이루어져야 할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
목조주택의 실내공기 중 유해 VOC가 높게 검출되는 이유는?
하지만 선행연구에서 신축목조주택의 실내 공기질을 측정한 연구 결과, 나무로부터 방출되는 천연 VOC만 검출될 것이라는 기대와는 달리 목조주택의 실내공기에서 많은 양의 유해 VOC가 검출되는 것으로 확인되었다(이 외 2007). 이는 목조주택의 실내공기 중 유해 VOC가 높게 검출되는 이유는 목재를 도장할 때 사용하는 도료에 그 원인이 있다고 판단된다. 기존 천연페인트와 화학페인트에 대한 VOC 방출량과 방출특성이 조사된 바 있지만, 목재용 마감도료에 대한 자료는 미비한 실정이다(김 외 2004).
목조주택의 장점은?
목조주택은 주요 구조 부재가 목재로 이루어진 주택으로 생태건축의 하나로 볼 수 있다. 목조주택은 시공의 간편성이나 경제성, 안전성뿐만 아니라 실내공기질의 측면에서도 장점을 찾을 수 있다. 보다 원활한 자연환기성과 목재의 수분조절 능력으로 인한 쾌적한 실내환경을 유지할 수 있고, 나무로부터 방출되는 천연VOC(NVOCs, Natural Volatile Organic Compounds)는 긴장완화, 스트레스 해소, 면역성 증가, 살균작용 등으로 인체에 유익한 영향을 끼친다(장 2003; 이 외 2014).
실내공기질 문제가 중요한 이유는?
2001). 하루의 80% 이상을 실내나 인공 환경 속에서 생활하는 현대인에게 외부의 환경보다 실내의 주거환경이 더 큰 영향을 미치고 있어 건강과 쾌적한 실내환경을 위한 노력이 절실히 요구되고 있다(WHO 2010). 또한, 세계보건기구에 따르면 실내 오염물질을 통한 인체의 위험성이 실외오염물질에 비해 5배 이상 높다고 보고하였다. 실내공기오염은 주로 음식 조리과정, 가전제품 또는 복합화학물질로 제조된 건축자재의 사용 등에서 비롯되며 에너지 절약을 위한 건물의 밀폐화, 적절한 환기부족 등이 오염을 심화시키고 있다(환경부 2006; 공성용 외 2004; 심과 김 2006; 장성기 외 2006-1, 2).
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