앞 선 글의 폴리우레탄(PUR, PIR) 부분에서 수성연질폼을 짧게 다룬 바 있으나,
최근 목조주택에서 수성연질폼을 사용하는 예가 늘어나서 이를 위해 별도의 섹션으로 분리하였다.
기본적인 사항은 앞선 글에 있으므로 이 글에서는 개별적인 특성에 집중한다.
수성연질폼의 특성은 아래의 물성에서 비롯된다.
1. 폴리우레탄의 일종이며,
2. 오픈셀 구조이며,
3. 밀도가 6~9 kg/㎥ 으로 매우 낮다.
4. 발포제로 지구온난화물질을 사용하지 않는다.
5. 생산업체에서는 난연3급이라고 주장하고 있으나, 어떠한 증거도 찾지 못했다.
참고로 연질폼과 경질폼의 차이를 소재의 배합비에서 결정된다.
즉, 배합되는 소재 중에 "폴리올"이라는 소재가 있는데 이 물질이 폴리우레탄폼의
최종 물리적 성질을 결정한다.
연질에 사용되는 폴리올은 불자량이 3,000~8,000 정도되는 상당히 긴 분자를 사용하고,
경질폼은 폴리올의 분자량이 200~1,000 정도되는 분자를 사용한다.
분자길이가 긴 소재를 많이 포함하고 있는 연질폼은 탄성이 있고, 발포비율이 높지만,
경질은 그 반대의 성질을 가진다.
<경질폴리우레탄폼, 출처 KPX Chemical co., LTD>
<연질폴리우레탄폼, 출처 KPX Chemical co., LTD>
그럼 위에서 언급한 다섯가지 내용으로 특성을 살펴 본다.
1. 폴리우레탄폼의 일종
소재의 근본적 구성은 폴리우레탄과 같다. 같은 계열이기 때문이다.
이는 화학적으로 매우 안정되어 있다는 뜻이다.
그러므로 건축용 소재로 사용되는데 무리가 전혀 없다.
또한 스프레이 폼 형식이라 구석 구석 밀실하게 채워진다는 장점이 있다.
그러므로 자연스럽게 건축물의 기밀성능을 올릴 수 있다.
연질(딱딱해 지지 않음)이기 때문에 어느 정도의 탄성은 있으나,
눌린 후에 형태가 복원되지는 않는다.
그러므로 작업시 실수로 눌리지 않도록 주의 해야 한다.
특히 단열 시공시는 문제가 없으나,
석고보드 등 후 공정이 작업할 때 종종 이를 누르는 경우가 발생한다.
2. 오픈셀 구조
오픈셀이라고 하는 것은 Sd 값이 낮다는 의미이다.
이는 앞선 글에도 있는데.. 이를 다시 옮기면 다음과 같다.
"30mm 두께의 수증기투과성이 54.2ng(m*s*Pa) 이므로,
이를 Sd-값으로 변환하면 0.12m 이므로, μ-값은 약 3.65 가 된다.
그러므로 140mm 두께의 2x6 목구조에 이 제품이 전부 채워진다면 Sd-값은 0.51m 이다."
<출처 : http://www.smartenergysprayfoam.com/spray-foam-insulation>;
문제는 이 낮은 Sd-값에 기인한다.
아래 그림과 같이
수증기의 방향이 외부로 향하는 동절기에 투습이 원할한 수성연질폼의 내부 침투해 들어간
습기가 응축되는 현상이 발생하기 때문이다.
심지어 내부에서 동결되기도 한다.
(붉은 색 점선은 온도 구배선이다.)
비록 폴리우레탄 자체가 부패하거나 하지는 않겠고,
곰팡이가 생길 수 있는 환경이 늦게 발현되겠지만,
문제가 사라지는 것은 아니다.
특히 심한 경우 내부에서 결로수가 동결되었을 경우
그 늘어난 수분의 부피로 인해 셀 내부에 공극이 생기며, 이 공극은 다시 복원되지 않는다.
(이 점이 글라스울과 가장 큰 차이이다.)
복원되지 않는 공극의 수는 지속적으로 늘어나며 상황은 점점 더 악화된다.
즉,
시간이 갈 수록 내부의 하자가 커진다는 것이며,
이는 "집이 해가 갈 수록 추워질 수 있다"는 의미이다.
또한 수성연질폼은 그 구조상 "모세관현상"이 없다.
모세관현상이 없다는 뜻은 스스로 물을 빨아드리지 않는다는 의미이며,
이는 내부에 만약 결로수가 생겼다면 내부에서 퍼지면서 증발하는 것이 아니라
지속적으로 흘러 나온다는 뜻이기도 하다.
그러므로 수성연질폼을 내단열재로 사용할 경우는 글라스울과 마찬가지로
"실내측에 방습층"을 형성해야 한다.
물론 "가변형방습층"을 형성하면 더 좋다.
이는 선택사항이 아니다.
특히 목조 주택에서는 지속적 결로현상으로 인해 구조체에 손상이 갈 수 있기 때문에
방습층없이 사용될 수는 없다.
"셀룰로우즈"단열재에서도 다루기는 할테지만,
셀룰로우즈 단열재와 수성연질폼이 가장 크게 다른 특성은 "모세관현상"의 유무에 있다.
셀룰로우즈 단열재의 경우 단열재 내부에서 응축수가 발생할 경우
모세관현상으로 인해 그 수분이 단열재 내부에서 넓게 퍼지면서 서서히 증발하게 된다.
즉, 하자 발생 확율이 낮아지게 되는 것이다.
물론 포화수분까지 올라가지 않는 환경 하에서만 그렇다.
3. 밀도 8 kg/㎥ 내외
폴리우레탄이 밀도가 낮다는 의미는 그 만큼 접착력이 낮다는 의미이다.
그러므로 비록 시각적으로는 완전히 접착되는 것 처럼 보일지라도
경질폴리우레탄의 접착력에는 한참 모자르다.
그러므로 천장에 내단열로 사용될 경우 너무 두꺼우면 자중에 의해 탈락될 수 있다.
이 탈락이 되지 않는 최대 두께는 각 제조사에서 정보를 얻을 수 있다.
또한 낮은 밀도로 인해 열전도율이 높다.
인터넷의 어떤 글에서는 수성연질폼이 0.034 W/mK 라고 주장한 글을 보았는데..
아마도 둘 중의 하나일 것이다.
첫번 째는
의도적이든 실수든 단위를 잘못 기재한 경우이다.
즉, 0.034 kcal/·h·℃ (≒ 0.040 W/m·K) 인데, 이를 W/m·K 로 오기한 경우이다.
오픈셀 구조의 단열재가 EPS와 열전도율이 같다면 EPS 는 모두 사업을 접어야 한다.
두번 째는
내부에 CO2가 남아 있을 때 시험을 한 경우가 있을 수 있다.
이 경우 열전도율이 낮아 질 수 있다.
두 가지 경우를 제외한다면
오픈셀 구조의 수성연질폼은 0.039~0.040 W/m·K 의 성능을 가진다고 보아야 한다.
하지만, 역시 낮은 밀도 때문에 흡음성능이 뛰어나다는 반대 급부도 있다.
4. 발포제로 지구온난화물질을 사용하지 않는다.
물을 기반으로 CO2 만 생성된다. 하지만 이는 수성연질폼만의 특성은 아니다.
모든 폴리우레탄 계열이 물을 발포제로 사용할 수 있기 때문이다.
즉 PIR 도 물을 발포제로 사용할 수 있다.
다만 열전도율이 올라갈 뿐이다.
주의해야 할 사항은 CO2 만 나온다는 점이다.
이는 다른 발포제를 사용하는 단열재에 비해 지구온난화 예방에는 도움이 될지 모르나,
작업자에게는 매우 좋지 않다.
그러므로 다시 한번 당부컨데,
수성연질폼 생산사는 작업자의 복장과 착용 장비에 주의를 기울이고,
항상 교육을 해야 한다.
재료만 팔면 다가 아니다.
아래 동영상을 링크한다.
별 내용은 아니나, 5분 30초 경에 착용 장비에 대한 이야기가 나오는데,
우리나라 수성연질폼 회사는 이를 주의깊게 볼 필요가 있다.
5. 가연성 물질이다.
가장 어려운 문제인데, 업계에서는 난연3급이라고 "주장"하고 있으나,
시험성적성 등 관련된 공식문서가 확인된 적은 없다.
그러므로, 공식적으로 확인되기 전까지는 당연하겠지만, "가연물질"로 분류된다.
여기에서 수성연질폼을 내단열재로 사용하는 것이 맞는가 맞지 않는가를
다 따질 수는 없을 듯 하며,
어떻게 하면 사용할 수 있는가? 에 집중해야 할 듯 하다.
The International Building Code (IBC) 와 the International Residential Code(IRC) 에 의하면
Spray Polyurethane Foam (SPF) 이 사용될 경우
실내 마감재는 12.5mm 이상의 석고보드로 마감되어야 한다고 되어 있다.
그러나, 이러한 허용 한계를 떠나서 동영상 하나를 연결한다.
SPF 를 사용한 주택의 화재 모습이다.
이를 링크하는 이유는 수성연질폼을 사용하지 말자는 것이 아니라
충분히 주의를 기울어야 한다는 것을 강조하기 위함이다.
이 모든 것이 다 해결된다고 하더라도
목구조에 경질이든 수성연질이든 우레탄폼을 사용하는 것은
"목구조가 원래 가지고 있던 가치"에 부합하는지에 대한 고민을 해야 한다.
목구조는 가구(조립)식 건식구조이다. 이는 해체가 가능하다는 의미이며,
목재는 해제 후에 다시 자연으로 돌아가는데 어려움이 전혀 없다.
그러나 우레탄이 붙어 있는 목재는 이야기가 다르다.
이는 소각하기도, 매립하기에도 과정이 필요하다.
그러므로 건식구조체 특히 목구조에 우레탄을 사용하는 것은 여러가지 고민을 낳게 한다.
참고자료 및 사이트
http://www.greenmaltese.com/2013/09/17/spray-foam-basics-for-the-fire-service-2/
http://inspectapedia.com/interiors/Foam_Insulation_Identification.htm
http://www.greenbuildingadvisor.com/blogs/dept/green-building-blog/open-cell-foam-beats-closed-cell-foam
http://www.pu-europe.eu/fileadmin/documents/Factsheets_public/Factsheet_22_Differences_between_closed-cell_and_open-cell_spray_polyurethane__PU__foam.pdf
*ps.
이 기회에 불연, 준불연, 난연이라는 용어를 짚고 넘어 간다.
난연 3급은 단어의 어감상은 "불이 잘 붙지 않는 재료 중 3급" 이라는 뜻으로 들린다.
우리나라 법제가 조금 어렵게 되어져 있는데,,
화재와 관련된 소재의 등급에 대해... 건축법에서는 "불연, 준불연, 난연" 으로 구분하고 있으나,
KS 시험규정에서는 "난연1급, 난연2급, 난연3급"으로 구분되고 있다.
즉, 이를 같은 등급으로 구분하면 난연1급 = 불연, 난연2급 = 준불연, 난연3급 = 난연 이다.
여기서 난연3급 (건축법상 난연재료)은 "6분동안 가열(235℃) 후 잔류 불꽃이 없고(30초 미만),
그 재료의 연소가스 속에 방치된 쥐가 9분 이상 활동하는 재료" 이다.
출처
4-04. 단열재의 종류 및 특징 - 바. 수성연질폼 (phiko.kr)