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기술자료 (정보) 고무칩포장의 황변이란?
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조회 127회
작성일 25-07-29 09:32
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고무칩포장에서의 황변(Yellowing)
우리가 실생활에서 접하는 건축,토목 자재들의 화학적 변화 유형은 다양합니다.
화장실 타일의 백화 현상은 타일 시공시 사용되는 접착제의 성분과 공기중의 이산화탄소가 만나서 반응하는 화학적 변화로 볼 수 있고
철제 구조물에서 물에 지속적으로 닿는 부분에 심하게 녹이 발생하는 현상은 철 이온과 물의 수산화 이온이 반응하여 생기는 화학적 변화로 볼 수
있습니다.
고무칩포장에도 이와 같이 유의해야 할 화학적인 변화가 있는데 바로 '황변 (Yellowing)' 입니다.
사진. 회색 황변 전
사진. 회색 황변 후
5월경에 시공한 현장의 사진입니다. 위,아래 사진은 같은현장이지만 아래 사진은 시공 후 3일정도 후 촬영한 사진입니다.
확연하게 색상이 변한것을 볼 수 있는데, 이렇게 고무칩포장 시공후에 색상이 기존색상과 비교해서 노란톤으로 변색되는 현상을
고무칩포장에서의 '황변' 현상이라고 합니다.
그렇다면 황변현상은 왜 발생하는 것인지? 황변현상이 물성저하와 직접적인 연관이 있는지에 대해서 알아보겠습니다.
고무칩포장에서 가장 흔하게 적용되는 조합인 EPDM고무칩 + 우레탄 바인더 를 예시로 보겠습니다.
EPDM 고무칩은 EPDM합성고무와 탄산칼슘,탈크 등의 충진제 미량의 첨가제가 주성분입니다.
고무칩이 제조된 후에는 모두 화학적으로 안정적인 상태이기 때문에 자외선에 의한 급작스러운 황변과는 무관하다고 볼 수 있습니다.
우레탄 바인더는 이소시아네이트(MDI)와 폴리올을 주원료로하여 제조됩니다.
쉽게 설명해서 고형분(고체)이 90%가 넘는 일시적인 액체상태로 볼 수 있는데, 우레탄 바인더는 공기중의 습기를 만나서 딱딱하게 굳어짐으로써
고무칩을 일체화 된 판상형태로 묶어주는것이(바인딩) 주 역할이라고 할 수 있습니다.
여기에서 포인트는 '일시적인 액체 상태'인데 경화가 완료되기 전의 액체상태는 화학적으로 완전히 반응이 완료되지 않은 상태를 뜻합니다.
즉, 아직 반응이 진행중이기 때문에 강한 자외선의 자극에 의해 화학 구조에 약간의 변형이 생기고 이로인해 황변한다고 볼 수 있습니다.
우레탄 바인더의 화학구조를 그림으로 보자면
그림.우레탄 바인더 분자구조 도식화
위와 같은 복잡한 고분자가 무수하게 얽혀있는 상태입니다.
앞서 말씀드렸다시피 액체 상태의 바인더는 아직 반응이 완료되기 전 이기 때문에 외부의 자극으로 인해 변형이 발생할 수도 있는 조건입니다.
여기서 자외선에 의한 자극으로 인해 분자에 약간의 변형이 생기는데 이를 그림으로 나타내면 아래와 같습니다.
그림.우레탄 바인더 분자가 자외선을 만났을 때
높은 에너지를 가지고 있는(특히 여름철) 태양의 자외선은 우레탄 바인더의 분자에 간섭하여 벤젠고리 사이의 탄소와 수소의 결합을 끊게 됩니다.
화학적으로 수소를 잃은 탄소는 구조가 변하게 되고 공기중에 산소등과 반응하는데 이과정에서 노란색~갈색을 나타내는 가시광선을 흡수하여
누런빛으로 우리눈에 보이게 됩니다.
그림.자외선에 의해 변형된 우레탄 바인더 분자의 변화 양상
요약하자면
1.무더운 여름철의 태양의 자외선 에너지가 높을 경우
2.고무칩과 같이 혼합된 바인더가 태양에 노출되면
3.태양의 자외선이 바인더의 분자결합을 변형 시키게 되고
4.이러 분자결합의 변형이 사람의 눈에는 노란색으로 비춰진다.
이렇게 4가지로 요약할 수 있습니다.
다음은 제가 그동안 답변드렸던 질문들을 요약해봤습니다.
Q1. 황변은 여름철에만 발생하나요?
A. 여름으로 단정짓기 보다는 일정 에너지 이상의 자외선이 발생하면 황변 현상은 발생합니다. 지구온난화와 직접적인 연관은 없지만 아시다시피 요새는 봄에도 자외선을 유의해야 될정도로 햇빛이 강합니다. 이는 봄,가을의 자외선이 과거에 비해 강해졌다는 의미인데, 고무칩포장도 마찬가지로 봄,가을의 자외선이 강한 조건에서는 황변이 발생할 수 있습니다.
Q2. 황변을 제거할 수 있나요?
A. 불가능합니다. 황변은 물리적인 변화가 아닌 화학적인 변화로 분자 단위에서 발생하는 변화이기 때문에 반응이 완료되면 다시 분자를 원래대로 되돌리는것은 불가능합니다.
다만, 자외선에 노출되는 부위만 황변이 발생하기 때문에 사실 황변은 표면에 매우 얇은 피막형태로만 발생합니다. 그 말은 고무칩이 포장된 시설(놀이터,체육시설) 이용자들의 이용에 의해 표면의 황변 피막이 벗겨지면 색은 다시 원래대로 돌아옵니다.
Q3. 황변 발생과 물성 저하와 관련이 있나요?
A.제가 작성해놓은 그림을 보시면 사실 분자 구조 자체의 변화보다는 분자내에서의 원소이동에 가깝기 때문에 화학적으로 봤을때 이 정도의
변화로 물성에 변화가 생기는건 사실 불가능합니다. 실제로 저희 공장에서 황변 여부에 따른 물성테스트 (인장강도,신장률)를 진행했을때도
실제 수치에 차이가 없었음을 수차례 확인했습니다.
사진. 황변 발생 전,후 샘플 제작 및 물성테스트
Q4. 황변이 발생하지 않게 할 수는 없나요?
A.화학구조가 완전히 다른 (벤전고리가 없는) 원료를 사용한다면 황변 방지가 가능합니다. 실제로 외국에서는 무황변 바인더(알리파틱 바인더)를 생산하고 납품 하고 있습니다. 우리가 흔히 사용하는 바인더를 아로마틱 (벤젠고리) 바인더 라고 하고, 벤젠 고리가 없는 원료를 사용한 무황변 바인더를 알리파틱 바인더라고 합니다. 우리나라에도 강남화성,노루페인트 등 큰 기업에서 생산 기술은 가지고 있지만 원가가 굉장히 높다는 이유로 수요가 없기 때문에 시판되는 제품은 없는 상황입니다.
바꿔 말하면 일반 바인더를 사용하는 한 황변이 발생하지 않게 하는법은 천막,지붕등의 물리적인 자외선 차단방법 말고는 없다고 할 수 있습니다.
Q5. 그럼 황변에 대한 대처는 어떻게 해야 하나요?
A.먼저 시공사에서 발주처에게 황변에 대한 내용을 충분히 고지하고 색상에 대한 논의를 확실하게 진행해야 합니다. 저희 한길알엠비 제품 기준으로 16가지 색상 중 '아이보리, 회색, 청색, 하늘색,보라색' 은 황변 취약 색상으로 구분하여 사전에 안내를 해드리고 있습니다. 황변 취약색상 외 다른색상도 물론 황변은 발생하지만 경관을 해칠정도는 아니기에 보통 황변 취약색상을 제외한 나머지 색상으로 패턴을 작성하여 컨펌을받는 방식으로 황변에 의한 분쟁 자체를 회피하는 방법이 가장 바람직하다고 할 수 있습니다.
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