우아한 품격의 친환경 실내 마감재 황토 패널 개발

[Wood樂]

우아한 품격의 친환경 실내 마감재 황토 패널 개발

글·사진 / 박문재, 김현중(국립산림과학원 목재성능과, 서울대학교 삼림과학부 교수)

우리 민족은 전통적으로 한옥을 시공할 때 도편수가 몇 년에 걸쳐 집이 들어설 마을에서 가까운 산에 자라는 소나무를 베어와 기둥과 보를 삼았고 서까래를 준비하였다. 기둥과 보를 비롯한 주요 골조부재가 완성되면 그 사이에 심벽을 설치하게 되는데 황토와 볏짚, 생석회 등을 섞어 물에 이긴 후 목재나 대나무로 엮은 데에다 발라 나갔다. 이른바 목재와 황토가 만나는 하이브리드 재료를 사용하여 최적의 성능과 재료의 조화를 이루었던 것이다. 우리 산에 자라는 소나무와 우리 땅에서 파낸 황토를 사용하여 집을 지었으니 이른바 신토불이가 절로 이루어진 셈이다.
그러나 현대 건축의 추세에 적합한 공업화 건축을 지향하기 위한 공사기간의 단축과 친환경적인 건식공법을 적용하는데 적합한 황토 심벽의 개발이 절실히 요구되어 왔다. 황토를 기존의 합판이나 석고보드와 같은 모듈의 패널로 제조하여 쉽게 건축현장에서 시공될 수 있다면 더욱 바람직할 것이다. 이렇게 개발된 황토벽은 목조주택뿐 아니라 일반 아파트에도 고품격 내장재로 공급될 수 있을 것이다. 본 저자는 이러한 연구의 필요성을 느끼기 시작한 지 십 수 년이 흐른 지난 2년 전부터 황토 패널을 개발하기 위하여 국립산림과학원 목구조연구팀, 서울대학교 김현중 교수 연구실과 공동 연구를 추진, 마침내 황토 패널을 개발하기에 이르렀다.
건축 내장마감재로서 황토 패널 개발에 사용한 황토입자는 270㎛ 크기에 약알칼리성이다. 황토 자체가 습도를 흡·탈착하여 주변의 습도를 조절할 수 있고 온도 조력을 가진 재료이다. 황토 마감재는 황토, 접착, 무기질 충진재, 물, 경화제를 적합한 비율로 섞어 제조하였다. 황토 마감재는 마감 후에도 갈라짐이 발생하지 않고 시공성이 좋은 황토 패널로 개발하는 것을 목표로 하였다. 본고에서는 황토 패널 개발 과정과 실험방법을 소개하고 그 특성과 친환경적 장점을 소개하여 황토 패널이 널리 사용되어 웰빙을 추구하는 국민의 삶의 질을 향상하는 데 도움이 되고자 한다.

황토 마감재의 물리적·기계적 성질

황토 마감재 제조에 사용된 샘플의 점도를 측정하기 위하여, 샘플의 배합비에 따라 Brookfield DV-II+ Viscometer를 사용하였다. 황토 마감재의 부착강도는 KS F 4715의 시험방법에 따라 산출하였다. 모르타르판에 황토 마감재를 바르고 윗면을 평탄하게 마무리하여 완전히 경화된 후에 만능강도시험기로 부착강도를 측정하였다.
내잔갈림성은 KS F 4001의 규정에 적합한 제품으로 표면에 붙은 더러움과 부착물 등을 와이어 브러시와 천 등으로 제거하고, 7일 동안 양생한 밑판에 황토 마감재를 흙손으로 바르고 공기 흐름에 평행이 되도록 배치하여 6시간 동안 둔 후 표면 잔갈림의 발생 여부를 육안으로 판정하였다.
내세척성은 KS L 5114에 규정하는 방법에 따라 플렉시블판에 황토 마감재를 바르고 경화시킨 후 세척 시험기로 측정하였다. 내충격성은 KS F 4001의 방법에 따라 황토 마감재를 경화시킨 후, KS F 2221의 모래 위 전면 지지 방법에 따라 수평을 유지한 시편 표면에 둥근 모양의 추를 떨어뜨려 잔갈림, 변형, 밑판과의 벗겨짐 유무를 육안으로 관찰한 후 시험을 행하여 측정하였다.
황토 마감재는 점도가 낮을수록 시공 시 작업성이 좋아지기 때문에, 물의 비율을 조절하여 점도를 적절하게 유지하는 것이 필수적이었다. 황토 마감재의 점도가 너무 높은 경우, 황토 마감재가 피착재에 충분하게 펴지지 않아 점도가 낮을 때에 비해 접착력이 낮은 것으로 평가되었다. 반면 물의 비율이 높아 황토 마감재의 점도가 낮은 경우, 피착재에 황토 마감재의 펴짐성이 우수하여 황토 마감재의 피착재 표면에 대한 접착성도 우수하였다.
황토 마감재의 점도가 너무 높은 경우, KS F 4715에서 제시하는 외장 얇은 바름재, 내장 얇은 바름재의 부착강도 기준인 0.6 N/㎟, 0.4 N/㎟를 만족시키지 못하여 외·내장 바름재로 부적절한 것으로 나타났다. 황토 마감재의 점도가 낮은 경우, 외·내장 부착강도를 만족시킬 수 있었다. 점도가 낮아질수록 황토 마감재의 피착재에 대한 펴짐성이 좋아지고, 부착강도도 초기에 증가하는 경향을 나타냈다.
황토 마감재의 점도가 너무 높은 경우, 황토 마감재를 일정하게 발라 공기 흐름통 속에 넣었을 때 큰 갈라짐이 많이 발생한 것으로 나타나 내잔갈림성이 낮은 것으로 평가되었다. 황토 마감재의 점도가 낮은 경우, 일부 적절한 배합비로 제조한 황토 마감재는 갈라짐이 전혀 발생하지 않아 황토 마감재 개발의 가능성이 보이기 시작한 것이다.
점도가 너무 높고 갈라짐도 많이 발생한 황토 마감재는 피착재에 대한 펴짐성이 좋지 않아 황토 마감재와 피착재 간에 충분한 접착이 일어나지 않아 경화가 진행되면서 피착재에 제대로 발라지지 않은 부분에서 갈라짐이 발생하는 것으로 나타났다. 반면 점도가 낮고 펴짐성이 좋은 황토 마감재는 피착재 전체에 균일하게 펴져 매끈한 표면을 나타냈다.
황토 마감재의 내세척성과 내충격성은 점도의 높고 낮음에 상관없이 모든 샘플에서 좋은 성능을 나타내었다. 내세척성 시험 결과에 의하면, 주택 거주자가 황토 마감재 중에 세척하더라도 아무런 문제점이 없을 것으로 생각된다. 황토 마감재의 내충격성을 알아보기 위하여 구슬로 충격을 가한 후에도 아무 손상이 발생하지 않아 내장 마감재에 필수적인 내충격성을 충분히 보유하고 있는 것으로 나타났다.

황토 마감재의 원적외선 특성

황토 마감재는 인체에 유익한 원적외선을 방출하는 것으로 알려져 있어 황토 마감재의 원적외선 방산 특성을 조사하였다. 황토 마감재의 원적외선 방산 특성은 방사율이 0.921~0.922로 나타나 한국건자재시험연구원의 원적외선 방산 기준 최우수등급을 나타내었다. 황토 마감재의 원적외선 방사에너지도 3.72×102 W/㎡로 나타나 높은 값을 보였다.

황토 마감재 접착제의 휘발성 유기화합물(VOCs)과 포름알데히드 방산

건축 실내마감재는 아파트 등 신축 건물에서 흔히 나타나는 새집증후군을 예방하기 위해 친환경 내장재로 개발하는 것이 필요하다. 황토 패널은 휘발성 유기화합물 방산이 적고 실내 습도 조절기능을 보유하고 있기 때문에, 새집증후군을 예방할 수 있음은 물론, 아토피 등 피부질환도 예방할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.
이를 과학적으로 입증하기 위한 실험을 수행한 결과, 황토 마감재 제조에 사용된 접착제의 포름알데히드 방산은 0.0013~0.0024mg/㎡h로 나타났다. 접착제의 전체 휘발성 유기화합물(TVOC)은 0.0294~0.0548mg/㎡h의 범위에서 방산되었다. 황토 마감재 제조에 사용한 접착제를 친환경 건축자재 단체 품질인증 기준에 따라 평가한 결과, 포름알데히드와 TVOC값이 최우수등급에 해당하는 것으로 나타났다. 개별 VOCs는 주로 톨루엔과 에틸벤젠, 자일렌, 스타일렌 등이 방산되었고, 이 중 톨루엔의 방산이 가장 많았다. 밝혀진 VOCs보다는 밝혀지지 않은 VOCs가 대량으로 방산되었다.

황토 마감재의 실용화를 위한 모듈화

황토 마감재는 백토와의 혼합비 조절 및 천연 광물질 등을 사용하여 아름다운 천연의 색상을 연출하고 다양하고 아름다운 무늬로 표현할 수 있는 장점을 지닌다. 황토 마감재를 모듈화하기 위한 방안으로 석고보드 등 기존 패널의 치수와 동일하게 제조하는 것이 바람직하다. 황토 마감재 제조기술은 특허출원하여 업체에 기술이전하여 상업화 단계에 이르고 있다.
황토 마감재는 황토 패널의 형태로서 제품 생산단계에 진입하고 있으며, 국립산림과학원 산림생산기술연구소(포천시 소재) 구내에 2008년 12월 준공한 목조주택 그린의 실내 마감재로 사용한 바 있다. 또한 인력을 이용하여 페인트칠을 하거나 벽지를 도배하는 기존의 방법과는 달리 주택의 규격에 맞도록 미리 준비된 석고보드나 발포콘크리트, 경우에 따라 합판 등 피착재에 일액형 황토 접착제를 직접 도포하여 제조할 수 있기 때문에, 건식의 조립공법이 가능하여 공사기간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라, 원가절감과 품질향상에 높은 효과가 있을 것으로 보인다.

결론 및 향후 전망

포름알데히드 방산 측면에서 유리한 일액형 접착제를 사용하여 적절한 조건과 방법으로 제조한 황토 마감재는 내잔갈림성 시험에서 갈라짐이 발생하지 않았고, 부착강도 시험 결과 내외장 바름재의 기준을 초과하였으며, 점도가 낮아 작업성이 우수하였다. 황토 마감재의 원적외선 방산 특성이 한국건자재시험연구원 기준 최우수등급으로 평가되었으며, 방사에너지도 3.72×102W/㎡이었다. 황토 마감재는 KS에서 제시하는 품질 기준을 만족할 뿐 아니라 친환경적인 측면에서 유해 물질이 거의 없는 수준이면서도, 우리 몸에 이로운 원적외선 방산과 방사에너지 면에서도 우수한 것으로 입증되었다. 황토 마감재를 제조하는데 사용한 접착제의 VOCs와 포름알데히드 방산은 매우 적어 친환경 건축자재 단체 품질인증 기준으로 보아 최우수 등급에 해당하였다.
건축 마감재로서의 친환경 황토 마감재를 목조주택뿐 아니라 아파트 등의 실내 인테리어 재료로 사용함으로써 VOCs 등 인체 유해물질의 방산을 줄여 아토피 등을 유발하는 새집증후군의 예방에도 탁월한 효과가 있을 것으로 기대된다. 황토 마감재가 가지는 장점인 축열 효과와 제습, 단열, 방음 효과도 발휘할 수 있을 것으로 보인다. 또한 원적외선 방산 특성이 우수하여, 인체에 열을 발생시켜 혈액순환과 신진대사를 원활하게 하는 동시에 체내의 노폐물을 제거하는 장점을 가져 주택의 품격을 높이고 실내 환경의 품질도 높일 수 있는 내장 인테리어 재료로서의 시장을 확보할 수 있을 것으로 기대된다.

 목조주택 한그린에 적용한 일액형 황토 마감재

 황토 마감재 디자인의 다양성

[고만도]

그냥흙으로 바르는게나을것 같군요.

[좋은등대]

시공의 용이성으로 볼 땐 어떤가요?
황토를 사서 직접 하는 것과
황토패널을 시용하는 것과의 전반적인 경제성와 유익함은요?
인테리어를 준비 중이라서요^^

[대천명]

작업성은좋으나 친환경 ,건강적인면은 조금부족하지안을까요?

[청출목수]

정보자료 감사합니다..