[논문]석고보드의 첨가제에 따른 오염물질 흡착 및 축열 성능에 대한 고찰

서현정; 정수광; 임재한; 김수민

doi:10.7836/kses.2015.35.1.097

[국내논문] 석고보드의 첨가제에 따른 오염물질 흡착 및 축열 성능에 대한 고찰
Review on the heat storage performance and air pollutant adsorption properties of gypsum board according to the additives 원문보기

한국태양에너지학회 논문집 = Journal of the Korean Solar Energy Society, v.35 no.1, 2015년, pp.97 - 106

서현정 (숭실대학교 대학원 건축학과) , 정수광 (숭실대학교 대학원 건축학과) , 임재한 (이화여자대학교 건축공학과) , 김수민 (숭실대학교 건축학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Gypsum board is easy to manufacture of a variety of forms and has stable mechanical properties and thermal properties. And gypsum boards are widely used to the walls and ceiling of the building as the interior building materials. The studies about technology of applying the various features in the gypsum board with additives are being actively investigated. Development methods for enhancing performance of the gypsum board using additives are largely divided into two categories. The first case is functional gypsum board that is to improve the moisture absorption and moisture-proof properties. Also studies of adsorption and decomposition of indoor air pollutants of the gypsum board using porous materials as an additive are being actively investigated. Another case is applying thermal storage materials which gives the heat storage performance to gypsum board. In this paper, we would like to introduce the various cases of gypsum board applied various additives.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 건축자재로 사용되는 석고보드 제작 시 사용되는 첨가제의 종류에 따라 발현되는 석고보드의 성능에 대한 연구를 고찰하고, 국내 및 국외에서 연구되고 있는 첨가제 및 석고보드의 종류 및 특성에 대하여 확인하였다. 석고보드의 첨가제로 사용 가능한 재료로 오염물질 및 습기 흡착 성능을 가진 규조토, 활성백토, 활성탄 등의 다공성 물질과 축열 성능으로 인하여 건물 에너지 소비량 저감에 기여할 수 있는 상변화 물질이 있음을 확인하였다.
최근 석고보드에 관련되어 진행되고 있는 연구에서는 기능성 및 에너지소비 저감 건축재료와 같은 친환경 건축 재료 개발에 관련된 연구에 초점이 맞춰져있으며, 석고보드 제작 시 첨가제를 혼합하여 제작하는 방법이 주를 이루고 있다. 본 연구에서는 석고보드 제작 시 혼합되는 첨가제의 종류 및 특성을 고찰하고, 해당 첨가제들을 혼합하여 제작한 석고보드의 성능 및 개발에 대한 사례를 확인하고 분석하고자 한다.
본 연구에서는 석고보드 제작시 적용되는 첨가제의 성능을 확인하고, 해당 첨가제를 석고보드에 적용하였을 때 나타날 수 있는 기능에 대하여 고찰하고자 한다.
et al.은 석고보드에 다공성 물질을 첨가한 시험편의 포름알데히드 흡착 및 재방출 농도 측정에 대한 연구를 수행하였다. 실험은 12시간동안 진행되었으며, 활성백토, 규조토, 제올라이트, 벤토나이트를 10% 첨가하여 제작한 시험편을 사용하였으며, 실험결과를 Fig.

제안 방법

J.는 활성백토(Activated clay), 규조토(Diatomite), 벤토나이트(Bentonite) 및 제올라이트(Zeolite)를 각각 5%, 10%의 비율로 첨가하고 소석고, 경화제, 감수제, 지연제 및발포제 등을 혼합하여 석고보드를 제조하였다⁴⁾. Fig.
et al.은 기능성 석고보드의 포름알데히드 저감 성능평가를 위하여 실물시험을 실시하였다. 실험은 기능성 석고보드를 시공한 실험실 1과 일반 석고보드를 시공한 실험실 2의 포름알데히드 농도를 비교하는 것으로 진행되었으며, 결과는 Fig.
et al.은 시차주사 열량계(Differential Scanning Calorimeter; DSC)를 활용하여 캡슐화 된 PCM(micro encapsulated PCM; MPCM)을 적용한 석고보드의 열적 성능을 평가하였다. MPCM이 적용된 석고보드의 열용량 분석 결과는 Fig.

대상 데이터

은 석고보드에 다공성 물질을 첨가한 시험편의 포름알데히드 흡착 및 재방출 농도 측정에 대한 연구를 수행하였다. 실험은 12시간동안 진행되었으며, 활성백토, 규조토, 제올라이트, 벤토나이트를 10% 첨가하여 제작한 시험편을 사용하였으며, 실험결과를 Fig. 6에 나타내었다. 그래프에서 포름알데히드를 흡착한 시험편은 시간이 지날수록 일정량의 포름알데히드를 재방출하였으나, 3시간을 기점으로 하여 재 방출되는 포름알데히드 양이 줄어들었고, 흡착된 양에 비하여 미미한 수준임을 확인하였다⁴⁾.

성능/효과

10은 PCM의 함유량에 따른 석고보드 시험편의 DSC 곡선을 보여준다. 결과적으로 PCM의 함유량이 증가함에 따라 석고보드의 축열 성능 역시 비례하여 증가하는 것을 확인할 수 있었다⁹⁾. 캡슐화하지 않은 n-octadecane을 혼합한 석고보드의 경우 축열 성능이 크게 향상되지 않았으나, 캡슐화 비율이 높은 PCM일 수록 열적 성능이 향상되는 것을 확인하였다.
시험편의 체적 열용량은 적용되는 PCM의 용융 및 응고사이클과 매우 유사한 형태를 보여주었다¹¹⁾. 결과적으로 본 연구는 체적 열용량과 단위 면적당 엔탈피 그래프 특성을 통해 MPCM을 함침하여 석고보드를 제작했을 때, MPCM의 자체적인 열적 성능이 크게 변하지 않는다는 것과¹¹⁾, MPCM을 적용한 축열 석고보드가 건축물 에너지 성능을 향상시키는데 긍정적인 영향을 미칠 수 있음을 확인하였다.
석고보드의 첨가제로 사용 가능한 재료로 오염물질 및 습기 흡착 성능을 가진 규조토, 활성백토, 활성탄 등의 다공성 물질과 축열 성능으로 인하여 건물 에너지 소비량 저감에 기여할 수 있는 상변화 물질이 있음을 확인하였다. 결과적으로 첨가제의 종류에 따라 제작된 석고보드의 성능 평가 결과를 고찰하였을 때, 첨가제 본연의 성능 발현이 잘 이루어지는 것을 확인하였다. 하지만 첨가제를 적용하여 제작한 석고보드에서 첨가제의 성능과 동시에 건축자재 본연의 성능이 잘 발현될 수 있는 지에 대한 추가적인 연구가 필요하다고 판단된다.
그래프에서 포름알데히드를 흡착한 시험편은 시간이 지날수록 일정량의 포름알데히드를 재방출하였으나, 3시간을 기점으로 하여 재 방출되는 포름알데히드 양이 줄어들었고, 흡착된 양에 비하여 미미한 수준임을 확인하였다⁴⁾. 결론적으로 다공성 물질이 첨가된 석고보드의 포름알데히드 흡착 능력이 향상되었음을 알 수 있었고, 흡착속도 또한 증가함을 알 수 있었다. 이러한 특성은 앞에서 언급하였던 수분의 흡착 특성과도 유사한 결과로, 석고보드 패널의 기공 특성과 비례 관계에 있음을 알 수 있다.
그래프를 보면, 기능성 석고보드의 포름알데히드 방출 농도를 일반 석고보드와 비교하였을때 초기에 약간 더 높은 농도를 보이다가 10일차에 시공 전 농도의 60% 정도인 0.03mg/m3까지 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
본 연구에서는 건축자재로 사용되는 석고보드 제작 시 사용되는 첨가제의 종류에 따라 발현되는 석고보드의 성능에 대한 연구를 고찰하고, 국내 및 국외에서 연구되고 있는 첨가제 및 석고보드의 종류 및 특성에 대하여 확인하였다. 석고보드의 첨가제로 사용 가능한 재료로 오염물질 및 습기 흡착 성능을 가진 규조토, 활성백토, 활성탄 등의 다공성 물질과 축열 성능으로 인하여 건물 에너지 소비량 저감에 기여할 수 있는 상변화 물질이 있음을 확인하였다. 결과적으로 첨가제의 종류에 따라 제작된 석고보드의 성능 평가 결과를 고찰하였을 때, 첨가제 본연의 성능 발현이 잘 이루어지는 것을 확인하였다.
03mg/㎥로 농도가 다시 감소하였다⁷⁾. 실험실에 별도의 환기를 실시하지 않았다는 점을 감안하였을 때, 누기로 인한 포름알데히드의 감소가 아닌, 기능성 석고보드의 포름알데히드 절감효과라고 판단할 수 있다.
6%의 흡수율 및 방습율을 나타내었으며, 특히 활성백토와 제올라이트의 경우에는 흡수율 및 방습율이 모두 30%를 상회하였다. 이러한 다공성 물질의 흡수율 및 방습율은 해당 재료 내부의 미세구조 기공 특성에 따라 비표면적의 부피와 서로 비례관계에 있는 것을 알 수 있었다. 일반 석고보드의 24시간 흡수량은 17.
이러한 엔탈피 온도 단계의 크기는 상태 함수로써 상변화 과정을 나타낼 수 있는데, 엔탈피 곡선의 변화를 통하여 MPCM을 함침한 석고보드의 잠열값이 일정하게 나타나는 것을 확인하였고, 이는 안정적인 잠열값을 가지고 있음을 의미한다. Fig.
5g/㎡이며, 일반석고보드와 비교하였을 때 흡수량이 3배 가까이 증가하는 결과를 보여주었다⁴⁾. 이를 통해, 다공성 물질의 기공 부피에 따른 흡수 및 방습량이 비례하여 증가하는 것을 확인하였고, 다공성 물질을 첨가제로 첨가하여 제작한 석고보드가 실내 건축 재료로 활용될 경우, 고온다습하여 습기 및 곰팡이 발생이 우려되는 실내 환경의 공기질 향상에 긍정적인 영향을 끼칠 수 있을 것으로 판단하였다.
이러한 다공성 물질의 흡수율 및 방습율은 해당 재료 내부의 미세구조 기공 특성에 따라 비표면적의 부피와 서로 비례관계에 있는 것을 알 수 있었다. 일반 석고보드의 24시간 흡수량은 17.45g/㎡, 방습량은 14.15g/㎡인데 반해 다공성 원료를 5% 첨가한 석고보드의 흡수량은 비표면적의 부피와 비례하여 활성백토, 규조토, 제올라이트, 벤토나이트 순으로 우수한 흡수 성능을 보이는 것으로 확인하였다. 첨가제를 5% 첨가한 석고보드 중 흡수성이 가장 우수한 것은 활성백토를 첨가한 석고보드로 흡수량이 51.
4%의 흡수율 및 방습율을 나타내었다. 제올라이트는 33.7%와 32.6%의 흡수율 및 방습율을 나타내었으며, 특히 활성백토와 제올라이트의 경우에는 흡수율 및 방습율이 모두 30%를 상회하였다. 이러한 다공성 물질의 흡수율 및 방습율은 해당 재료 내부의 미세구조 기공 특성에 따라 비표면적의 부피와 서로 비례관계에 있는 것을 알 수 있었다.
결과적으로 PCM의 함유량이 증가함에 따라 석고보드의 축열 성능 역시 비례하여 증가하는 것을 확인할 수 있었다⁹⁾. 캡슐화하지 않은 n-octadecane을 혼합한 석고보드의 경우 축열 성능이 크게 향상되지 않았으나, 캡슐화 비율이 높은 PCM일 수록 열적 성능이 향상되는 것을 확인하였다.

후속연구

이러한 특성은 앞에서 언급하였던 수분의 흡착 특성과도 유사한 결과로, 석고보드 패널의 기공 특성과 비례 관계에 있음을 알 수 있다. 기능성 석고보드의 개발은 쾌적한 실내 환경을 조성하는데 기여할 수 있으며 향후 시공 방법 및 내구성을 보완한다면 친환경 건축자재로서 다양한 분야 및 건축부위에 적용이 가능할 것으로 판단된다.
결과적으로 첨가제의 종류에 따라 제작된 석고보드의 성능 평가 결과를 고찰하였을 때, 첨가제 본연의 성능 발현이 잘 이루어지는 것을 확인하였다. 하지만 첨가제를 적용하여 제작한 석고보드에서 첨가제의 성능과 동시에 건축자재 본연의 성능이 잘 발현될 수 있는 지에 대한 추가적인 연구가 필요하다고 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	다공성 물질은 무엇인가?	실내 공기질에 영향을 미치는 물질로는 휘발성 유기화합물(Volatile organic compounds: VOCs) 및 중금속 물질 등 여러 가지 화학물질이 있으며, 특히 포름알데히드(HCHO)에 대한 연구가 활발히 진행 중에 있다. 다공성 물질은 물체의 표면에 수많은 공극 구조를 가지며 물리적 및 화학적 흡착 성능, 조습 성능이 뛰어난 물질을 말한다. 대표적으로 활성백토, 규조토, 벤토나이트 및 제올라이트 등이 있으며, 이러한 재료들을 석고보드 등 건축 내장 재료에 혼합하여 오염물질 흡착이 가능한 석고보드로 제조가 가능하다.
	석고보드의 장점은 무엇인가?	석고보드는 기계적, 열적 특성이 안정적이고, 다양한 형태로 제작이 가능하여 건물 벽과 천장 등 실내 건축 재료로써 널리 이용되고 있다1). 또한, 석고보드는 높은 열 저항을 가지고 있으며, 안정적인 결정 상태로 존재하기 때문에 기건 상태에서의 신축률이 매우 낮아 실내의 온도 및 습도에 따른 변형이 거의 없어 시공 후 안정적인 형태를 유지하는 장점을 가지고 있다. 그리고 석고보드를 철골 구조에 적용할 경우에는 철골조에 추가 하중지지 능력과 뛰어난 내화성 및 높은 절연 성능을 부여할 수 있다2).
	상변화 물질의 장점은 무엇인가?	석고보드에 축열재를 첨가제로 혼합하는 경우 상변화 물질(Phase change materials; PCMs)을 적용하게 되는데, PCM은 특정 온도 구간에서 상이 변하면서 주변의 열을 흡수 및 방출하는 특징을 가지고 있다. 이 때, PCM은 열에너지를 현열이 아닌 잠열의 형태로 저장하기 때문에 타 건축재료에 비해 열에너지 저장 효율이 매우 높은 장점을 가지고 있다. 이러한 열에너지 저장 효율이 높은 재료를 건축 마감재로서 적용할 경우, 건축물 내의 열적 평형 및 피크부하 저감을 유도할 수 있다9).

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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