실리콘에 대한 이해 확립이 복층유리 품질 좌우

건축물에서 마감재로 적용되고 모든 건물의 핵심 자재인 복층유리는 최근 건축물 에너지절약에 따른 핵심 제품으로 품질에 대한 관심이 높아지고 있다. 일반적으로 복층유리를 구성하는 기본요소로 유리 2장에 중간에 공기층을 형성하고 유리와 유리를 지지해주는 간봉, 간봉과 유리를 붙여주는 1차접착제인 부틸, 2차 접착제인 실리콘, 치오콜등이 적용된다. 건축물의 냉난방 에너지절약의 핵심은 건축물 내부의 에너지가 외부로 빠져나가는 것을 막아줘야 하며, 복층유리는 냉난방비 절감의 가장 중요한 요소로 자리잡고 있다. 

에너지절약형 고기능성 복층유리의 적용은 저방사유리인 로이유리를 적용한 복층유리의 제작과 단열성을 높이기 위하여 공기층에 아르곤가스를 주입한 가스주입단열유리 및 단열성 확대 및 결로방지를 위한 단열간봉 적용에 이르기까지 고기능성의 고품질화가 자리잡아가고 있다.
복층유리의 품질을 높이기 위해서는 복층유리의 적용되는 부자재에 대한 품질기준을 바로 알고 정확한 제품을 적용하는 것이 중요하다. 

복층유리의 품질 기준은 단순히 유리의 성능과 품질로 판단할 수 없다. 복층유리의 제작의 핵심인 부자재가 정확한 적용되고 품질 기준을 지켰을 때, 복층유리의 하자가 발생하지 않고 고품질을 유지할 수 있는 방법이 된다.
복층유리의 품질을 떨어트리는 다양한 하자사례도 부자재의 품질 기준을 지키지 않아 생기는 경우가 많다. 이는 복층유리를 생산하는 현장에서 부자재에 대한 품질 인식이 낮고, 복층유리 자체가 건축의 마감재로 저단가 경쟁에 내몰린 상황에서 부자재도 가격적으로 접근하는데서 원인을 찾을 수 있다. 

복층유리 생산공장에서 품질 담당자는 KS인증 갱신등 품질관련 업무를 처리함에 있어 자재구매업체에 시험성적서를 요구하여 갖추고 있다가 필요할 때 보내주는 것이 일반적인 상황이다. 단순히 제출용으로 가지고 있고 품질을 정확히 이해하고 확인해가며 제품을 선정하는 경우는 드문 것이 현실이다. 제조사에서 제공하는 시험성적서 자재 성분서등에는 롯트별 생산된 자재의 모든 것들이 표기되어 있어 꼼꼼히 확인하고 타업체 제품과 비교하면 제품의 특성을 파악할 수 있고 효율적인 품질관리를 진행할 수 있다. 

많은 복층유리 가공업체들이 부자재 선택 기준으로 품질을 기본으로 공급가격면에서 움직이는 경향이 많다. 경기가 하락하고 저단가 경쟁이 더 심해질수록 부자재에 가격도 낮추려는 현상은 심해진다. 일반적인 시장 원리에서 싸고 좋은 제품은 없다. 과거 유통구조가 복잡할 때는 제조사나 중간 유통업체에서 폭리를 취할 수 있어 싸고 좋은 제품에 대한 인식이 성립될 수 있었지만 현재의 제조 및 유통구조는 산업과 정보의 발달로 원자재의 가격등이 오픈되어 있어 자재공급으로 폭리를 취할 수 있는 구조가 아니다. 고품질을 지키기 위해서는 품질의 가이드라인을 설정하고 그 만큼의 품질을 유지할 수 있는 제품을 선택하여 적용해야 한다. 시장 상황은 복층유리 부자재에 대한 품질 기준이 불명확하기 때문에 기준을 갖추고 비교했을 때, 정확한 수치를 분석하고 품질을 관리할 수 있다. 

그 방법에 대한 기준은 한국산업표준(KS)에서 규정한 것을 기준으로 ISO, ITF등과의 비교를 통해 품질의 기본을 파악할 수 있다.
복층유리 부자재의 첫 번째로 복층유리에서 핵심 부자재로 적용되는 2차 접착제인 실리콘 실란트의 기준에 대한 품질 비교가 실리콘 제품의 품질을 확인하고 올바른 선택을 하는데 도움이 될 수 있을 것이다

복층유리용 실리콘에 대한 이해 및 특성 파악 중요

‘돌에서 뽑아 낸 석유’로 불리는 실리콘은 석영(자연상태의 모래등에 있는)에서 추출한 규소(Si)를 염화메탄과 반응시켜 만든다. 이렇게 추출한 실리콘(정확하게는 실리콘오일)은 특이한 물성을 가지고 있다. 내열, 내산화성이 우수하고, 점도온도계수가 작고, 양호한 저온특성, 전단저항성, 낮은 증기압, 낮은 표면장력, 뛰어난 전기특성, 발수성, 소포성, 이형성등 천연의 광물유, 동식물유 및 각종의 합성유와 다른 성질이 있다. 이는 실리콘이 가지고 있는 특이한 계면쩍 성질 때문인데, 이런 물성으로 전기전자기기용, 윤활용, 내열, 내한용, 발수용, 도료, 플라스틱첨가용, 섬유유제용등 산업전반에 걸쳐 광범위하게 응용되는 첨단소재다. 

폴리머는 제품의 기초성능을 부여한다. 실온에서 가황에 형성된 실리콘 고무(유리 접착제)는 우수한 단열성, 아크저항, 코로나, 내수 및 항노화 작용을 하며 -60 °C ~ 250 °C의 범위에서 사용할 수 있고 방수, 방진, 방한 등 용도로 쓴다. 칼슘(나노칼슘)은 제품의 작업성과 기본 강도를 제공한다. 집을 지을 때 모래, 자갈이 필요한 것과 같은 이치이다. 온,습도에 최적화하여 농도를 조절하는 방법으로 실리콘의 표면 건조 속도를 조절하기 위해 polymethytriethoxy (가교제) 및 오가노틴(촉의 양을 조정함으로써, 포면 건조속도를 조정하며, 접착제의 경화를 제어하는 용도)이 사용된다. 현지 날씨에 시뮬레이션한 실험실에서 제품 테스트 하며 고객이 일년 내내 뚜렷한 변화를 느끼지 않고 비율을 조정할 필요가 없다.

실리콘의 생산 공정은 업체마다 다를 수 있지만 기본적인 맥락을 살펴보면, 기본공정은 각 단계에서 재료의 배합비를 정확하게 맞추고, 완전하게 혼합하여 교반하며, 교반시설의 벽면 부착물을 정기적으로 청소하는 것이다. 혼합 시간, 온도 및 진공 값이 표준에 도달해야 비로서 포장할 수 있다. 저온, 다습 환경에서 보관시에는 수명과 경화에 영향을 준다. 진공 값이 미달 시에는 기공의 영향으로 제품의 균일성과 광택에 영향을 준다.

포장공정은 제조사 마다 다를 수 있다. 다만 내부 및 외부에 이중 여과장치를 써서 균일하지 않은 덩어리 등을 걸러낼 수 있다. 내부의 필터는 교체시 번거롭고 비효율적이기는 하지만지만 제품에 불순물이 들어 가지 않게 할 수 있다. 외부 필터은 편리하고 빠르지만 떨어지기 쉽고, 불순물이 들어갈 수 도 있는 위험 요소가 있다.

실란트 선택의 기준은 성분과 원리를 정확하게 파악해야 하며, 싸고 좋은 것은 없다. 유리 접착제의 경우 107 실리콘 오일을 재생재에서 추출하면 안된다(예, 모든 실리카겔, 유리 접착제, 전자 접착제, 몰드 접착제, 휴대폰 실리콘 커버, 콘돔 등). 이런 재생품을 사용하면 가격이 저렴해질 수 있으나 제품 강도 저하, 심한 냄새, 불안정성 및 내후성이 약해진다. 고품질 107 및 실리콘 오일은 금속 실리콘 제조업체에서 제조하며, 그래서 고가이다. 107 실리콘 오일의 양이 제품의 기본 품질과 제조원가을 결정한다.

따라서 제품의 품질 및 안정성을 보장하려면 원료 선택 및 첨가량을 정확히 해야한다. 고품질 실리콘의 원가는 저렴하지 않다. 특정 제품에 대한 시장 변화에 적응하는 것도 어렵고 엔지니어는 더 많은 제품과 더 높은 서비스 및 운영 비용을 책임지고 있기때문에 가격은 저렴할 수 없다. 간단하게 말해, 종은 실리콘 제품은 좋은 재료로 안정적이고 늘 일정하게 배합하는 것이 전부다. 1107 실리콘 오일은 안정적이고 정확한 점도와 고품질을 보장해야한다. 대부분의 업체은 실리콘만 제조한다. 직접 107 실리콘 오일을 추출 할 수있는 능력을 갖춰야만 경쟁력을 가질 수 있다. 

복층유리용 실란트의 역할과 품질 기준 및 관리 중요(원료가 품질을 좌우한다)
   
복층유리용에 사용하는 실리콘은 실리콘오일에 폴리머와 구조(필라)역할을 하는 탄산칼슘을 적당 비율로 혼합·교반하여 만든다. 실리콘은 유리 및 알루미늄과의 접착성이 좋고, 탄성과 옥외에서의 내후성이 우수하다. 또한 유효수명이 우레탄계열의 실란트보다 긴 장점이 있다. 적당 비율의 경화제와 반응해서 경화되고, 동하절기 온도변화가 많은 작업환경에서도 별도의 온습도 조절장치 없이도 용이하게 작업 할 수 있다. 그래서 많은 제조업체에서 2차실링용으로 실리콘을 보편적으로 사용한다. 

복층유리용 실리콘의 공통적인 특성은, 반응경화형의 2액형 실란트, 유리와 알루미늄에 접착력이 우수, 복층유리 2차 실란트로 적합하게 설계, 경화속도 조절이 용이, 경화된 후 저온(-50℃) 및 고온(150℃)에서도 유연성을 유지, 내오존성 및 내자외선성이 우수 즉, 2차 실링재로서의 실리콘은 이런 특성들을 모두 충족해야 하며, 각 항목에 대한 테스트 결과를 시험성적서에 표시한다. 

국내에서는 ‘KS F 4910’을 기준으로 공인기관인 한국건설생활환경시험연구원(KCL), 한국화학융합시험연구원(KTR) 그리고 한국표준협회(KSA) 이상 3곳에 의뢰하여 실험하고 그 결과치를 시험성적서에 표시한다. 요즘 국내 수요가 늘고 있는 중국산의 경우는 중국국가표준화관리위원회에서 제정한 규격인 '복층유리용탄성실리콘'(GB/T297552013)에 의해 National Research Center of Testing Techniques for Building Materials등에서 시험성적서를 발급 관리한다.

국내에서 실리콘에 대한 KS규정과 실험에 대해 개략적으로 언급한 후, 중국에서의 시험방법과 실리콘성능을 어떻게 인증해 주는지를 살펴보고, 국내와의 차이에 대해서도 비교해보려고 한다. 우선 국내는 ‘KS F 2621’(건축용 실링재 시험방법 Testing methods of sealants  for sealing and glazing in buildings)에 의해 다음의 10개 항목에 대한 검사방법이 기술되어있다. ①슬럼프 ②탄성복원성 ③인장특성 ④정신 장하에서의 접착성 ⑤압축가열 ⑥인장냉각후 의 접착성 ⑦확대축소 반복 후의 접착성 ⑧인공광 노출후의 접착성 ⑨수중침적후의 정신장 하에서의 접착성 ⑩수중침적 후의 접착파괴시의 신장율 및 부피손실 부분을 검사한다. 실험결과 결함항목이 있을시 중대결함(serious defect)으로 표기하며 불합격 처리가 된다.

KS F 4910에는 복층유리용 실리콘에대한 기준이 없이 등급(보통 복층유리용 실링재는 G-25HM 또는 G-20HM)만을 시험성적서에 표기한다. 중국의 복층유리용 실리콘에 대한 규격(GB/T 29755-2013)은 밀도, 표면경화시간, 가사시간등 KS F 4910'보다는 좀더 구체적인 항목에 대해 규정하고 있다. 통상 국내인증기관을 통해서 실리콘 실험을 의뢰하면 결과가 나오기까지 접수후 2개월 정도 소요된다. 수입 제품을 사용하는 경우는 국내 타제품의 시험성적서와 비교해보면, 제품의 물리적 특성등에 대한 비교를 할 수 있다.

실리콘 실란트에 대하여 국내보다 엄격한 기준을 갖추고 있는 중국 국가표준인 GB(GB/T 29755-2013)의 복층유리용 탄성 실란트에 대한 내용을 살펴보면, 탄성실리콘의 분류와 표기, 요구 실험방법, 검사규칙, 표지, 포장, 운수와 저장에 대해 규정하고 있다. 분류는 실란트 폴리머 유형에 따라 폴리썰파이드, 실리콘, 우레탄등으로 분류된다. 실란트의 물리적 성능은 밀도, 슬펌프, 표면건조시간, 가사시간, 경도, 탄성회복도, 인장접착성, 일정신장하에서의 접착성, 물-자외선처리 후의 접착성등, 열풍 노화후에 인장접착성, 열손실, 수증기투과율등 세심한 검사항목을 갖추고 있다. 

내후성 테스트로 제품의 각 배치는 다양한 기후 조건에서 제품이 시간 테스트를 견딜 수 있도록 해당 노화방지 실험을 거친다. 자외선 조사는 중공 유리 샘플에 168시간 동안 300W UV램프를 연속적으로 조사한 후, 1 주일 동안 23 ± 2℃에서 저장 했다. 중공 유리의 내부 표면은 미스트, 오일 또는 다른 오염 물질로 나타났다. 밀봉 및 인장 시험이 테스트는 절연 유리 실란트의 부드러움과 경도 및 누수가 있는지 테스트하는데 사용된다.
 
주변 공기 압력보다 10 ± 0.5KPa의 조건에서 샘플을 2.5시간 동안 유지하고, 두께 성장 편차 <15 %를 검증 하였다. I형 샘플의 경우, 인장 기계를 연신한 후 응집 파괴가 검증된다. 탄성 응답 속도는 요구 사항을 충족해야한다. 접착력 테스트는 주로 실란트의 접착력, 수증기 투과율 및 분 자체의 유효 흡착 용량이 표준  요구 사항을 충족하는지 테스트한다. 고온 및 고습 시험 조건 (습도> 95 %, 및 온도는 25-55℃°에서 정기적으로 변화됨)하에서 샘플을 224회 사이클링 한다. 중공 유리에서 가스의 각 사이클은 팽창 및 수축을 겪으므로, 실란트의 접착력은 더 높은 요구 사항을 갖는다. 

기후 사이클 테스트는 단열 유리의 포괄적인 성능을 조사한다. 연중 사계절 (감기, 열기, 바람, 비)을 시뮬레이션하며 각주기는 총320 주기 동안 3단계의 가열, 자연냉각 및 강제 냉각을 거쳐야한다. 검사 중 발생하기 쉬운 문제는 절연 유리의 폭발, 접착제의 개방 및 최종 이슬점이다.

실리콘에 대한 국내 기준과 더불어 국제 기준인 ISO11600, 중국기준인 GB등을 비교하여, 품질에 대한 명확한 기준을 갖추고 제품을 선택하여 품질을 관리할 필요가 있다. 제품마다 제조사의 시험성적서 및 인증의 유무등을 반드시 확인하고 새부내용을 꼼꼼히 체크하여 데이터화 함으로써 실리콘을 사용하는 공장에서 체계적으로 품질을 관리할 수 있어야 한다. 무엇보다 실리콘에 대해 잘 이해하고 있어야 그 품질에 대한 기준이나 테스트 방법을 쉽게 이해할 수 있으며 정확한 품질 기준을 갖춘 제품을 고를 수 있는 안목이 생긴다. 

가장 중요한 부분은 복층유리용 실리콘 제품의 선택에 있어 가격적으로 접근하면 안된다는 점이다. 정확한 품질의 원료를 통해 제대로 만들어진 고품질의 제품은 그 만큼의 원가가 높을 수 밖에 없기 때문이다. 결과적으로 실리콘은 원료가 품질을 좌우한다는 점이 중요하다. 재생원료의 사용은 품질을 떨어트릴 수 있는 큰 요인이 되며, 저급 원료를 사용한 제품은 정상적인 고품질을 유지할 수 없다. 품질에 대한 가이드라인을 정해 놨다면 실리콘을 선택하여 적용하는데 큰 도움이 될 수 있다.  

                                                       인용 : 중국 GB/T297552013
                                                       번역 : 에스피아이지 신경혜 대리

기사출처 : 유리신문