1. 서 론
현대인은 대부분 실내에서 생활하는 시간이 점점 늘고있다. 이에 주거환경에 대한 관심도 증대되고 있다. 실내 공기 오염물의 주요 발생원1)은 복합 화학물질이 포함된 페널 및 보드, 벽지, 바닥재 등의 건축내장용 마감재와 페인트, 접착제 등이다. 공동주택의 주거용 건물에서는 상업용 건물에 비해 건축내장용 마감재가 실내 공기질에 큰 영향을 미친다. 그 중 일부 벽지는 실내 공기 오염물에 해당된다. 최근 대중화되어 있는 비닐벽지(PVC벽지)는 실내 공기질에 영향하는 총휘발성유기화합물(TVOC), 개별휘발성유기화합물(VOCs), 포름알데히드(HCHO)의 오염원이다. PVC는 Non-PVC 벽지에 비해 방출 농도2)가 약 5배 이상 높았고, Non-PVC 벽지는 방출 농도가 낮아 친환경 소재이다. 벽지에서 방출되는 TVOCs와 냄새원인물질 분석3)에서 벽지에서 발생되는 냄새 질은 플라스틱 냄새, 석유냄새 등 원재료에서 기인되고 있으며, 시큼한 냄새는 acetic acid이며 벽지의 주 냄새라 할 수 있다. 이 이외에도 알데하이드류, 에스테르류, 케톤류 등이 검출되었다고 하였다. 이와 같이 대중화되어 있는 비닐벽지는 무공해, 친환경 소재라 할 수 없으며, 친환경성 소재로 제조된 벽지를 선호하고 있는 실정이다. 그러나 시판되고 있는 친환경 벽지는 많지 않다.
친환경 소재를 이용하여 개발된 벽지는 한지벽지,4,5) 색한지 벽지,6) 한지 벽면재,7) TiO2 코팅 벽지8) 등이 있지만 본 연구에서는 이미 개발된 친환경 소재의 백선토 무기 페인트를 이용하여 천연 무공해 벽지를 개발하고자 한다. 본 연구에 사용된 백선토9)는 환경표지인증, ISO 9001:2008, ISO 14001:2004을 인증을 받았고, 미생물에 대한 세균 감소율이 99.0%의 살균력을 갖고 있는 친환경성, 무공해성소재이다. 전보10)에서는 백선토의 형상, 특성 및 코팅층의 현미경 관찰에서 습도막 두께가 가장 작은 바코타 No. 3로 코팅 두께 22.5 μm로서 벽지원지 표면을 완전히 피복되었고, 바코타 No. 12에 의해 두께 48.4 μm까지 코팅되었다. 한편 백선토 코팅 두께가 약 43 μm 이상에서는 코팅층의 균열이 발생된 결과를 얻었다.
본 연구에서는 백선토 벽지 제조 조건을 구명하기 위하여 코팅 두께에 따른 백선토 벽지의 품질에 대하여 검토하였다
2. 재료 및 방법
2.1 공시재료
2.1.1 백선토
백선토는 전보10)에서와 같이 수성 페인트 Eco Terra Alba(ETA) 상품을 사용하였다. ETA 무기 페인트의 조성분은 백선토(60%), 탄산칼슘(13%), 충전제(11%), 바인더(15%), 균열방지제 및 증점제(1%)로 구성되어 있다.
2.1.2 벽지 원지
백선토 벽지 제조에 사용된 벽지 원지는 평량 90, 100 g/m2의 제조회사가 다른 백상지이며 물리적, 광학적, 강도적 특성은 Table 1과 같다.
2.2 실험방법
2.2.1 코팅방법
코팅액은 전보10)의 조건으로 제조하여 하였다. 코팅은 90, 100 g/m2의 벽지 원지에 바코타 No. 3, 6, 9, 12, 14를 사용하여 여러 두께의 벽지를 제조하였다.
2.2.2 벽지의 품질
백선토 벽지의 평량은 KS M ISO536, 두께는 KS M ISO534, 백색도는 KS M ISO2470-1, 광택도는 JIS P 8142, 인장강도는 KS M ISO15754, 습인장강도는 KS M ISO3781 파열강도는 KS M ISO 2758, 인열강도는 KS M 7016에 의해 측정되었다. 본 연구에서는 벽지 KS M 7305에 규정된 일부 항목은 측정되지 않았다.
벽지 원지는 초지기에 의해 제조된 종이로서 기계방향(machine direction, MD), 폭방향(cross directionm, CD)의 방향성을 갖고 있기 때문에 인장강도, 인열강도, 습인장강도는 MD, CD별로 측정되었다.
3. 결과 및 고찰
3.1 백선토 벽지의 물리적 특성
3.1.1 코팅 후 무게 변화
벽지 원지 90, 100 g/m2에 바코타 No. 4, 6, 9, 12, 14를 사용하여 코팅하여 얻어진 결과는 Table 2와 같다.
Table 2.
Basis weight and precent increase of weight by coating
| Properties | WP | Wire bar coater No. | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 3 | 6 | 9 | 12 | 14 | ||
| Basis weight (g/m2) | 90 | 90 | 113 | 125 | 137 | 153 | 168 |
| 100 | 100 | 125 | 137 | 145 | 160 | 177 | |
| Precent increase of weight (%) | 90 | 24.2 | 37.4 | 50.5 | 68.1 | 84.6 | |
| 100 | 20.2 | 31.7 | 41.0 | 53.8 | 70.1 | ||
벽지 원지 2종 모두 바코타 No.가 높을수록 평량은 증가되어, 원지 90 g/m2은 168 g까지 증가되었고, 100 g/m2 원지는 177 g까지 증가되었다. 원지에 비해 ETA가 코팅된 백선토 벽지의 무게 증가율은 90 g/m2가 약 24-85%, 100 g/m2은 약 24-70%이다. 원지 90과 100 g/m2의 무게 증가율이 다른 것은 2종의 원지 제조회사가 다른 이유로 물리적 및 종이 표면의 특성이 다르기 때문으로 사료된다.
3.1.2 코팅 후 두께 변화
벽지 원지 2종 모두 바코타 No.가 높을수록 무게가 증가되는데 이것은 두께가 증가된다는 것을 의미하며 그 결과는 Table 3과 같다.
Table 3.
Thickness and precent increase of thickness by coating
| Properties | WP | Wire bar coater No. | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 3 | 6 | 9 | 12 | 14 | ||
| Thickness (μm) | 90 | 110.9 | 139.9 | 145.8 | 153.7 | 170.1 | 176.1 |
| 100 | 157.2 | 179.7 | 182.2 | 159.3 | 200.7 | 205.6 | |
| Precent increase of thickness (%) | 90 | 26.1 | 31.5 | 38.6 | 53.4 | 58.8 | |
| 100 | 14.3 | 15.9 | 24.2 | 27.7 | 30.8 | ||
90 g/m2의 원지는 ETA 코팅에 의해 바코타 No.에 따라 종이의 두께가 증가되었다. 원지의 두께가 110.9 μm인데 140.0 μm에서 172.0 μm까지 증가되었다. 두께의 증가율은 약 26-59%이다.
100 g/m2의 원지도 90 g/m2의 원지와 같은 경향으로 두께가 증가되었다. 원지의 두께가 157.2 μm인데 179.0 μm에서 206.0 μm까지 증가되었다. 두께의 증가율은 약 14-31%이다.
2종의 벽지 원지의 두께 증가율은 큰 차이를 보이고 있다. 이러한 결과는 3.1.1에서 설명한 바와 같이 종이의 종류가 다르기 때문으로 생각된다.
Table 3에서 언급된 두께 증가율은 벽지 원지의 두께가 계산된 것이다. 순수한 ETA 피복층의 두께를 나타낸 것이 Table 4이다.
Table 4.
Coating thickness
| Properties | WP | Wire bar coater No. | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 3 | 6 | 9 | 12 | 14 | ||
| Coating thickness (μm) | 90 | 29.0 | 34.9 | 42.8 | 59.2 | 65.2 | |
| 100 | 22.5 | 25.0 | 38.1 | 43.5 | 48.8 | ||
90 g/m2의 원지에 피복되어 있는 두께는 바코타 No.가 높을수록 두꺼워 지고 No. 3으로 코팅된 부분의 두께가 29 μm에서 65 μm까지 두꺼워 졌다.
100 g/m2의 원지에 피복된 두께는 90 g/m2와 같은 경향을 보이지만 No. 3으로 코팅된 부분의 두께가 22.5 μm에서 49 μm까지 두꺼워 졌다. 즉, 100 g/m2의 원지에 피복된 두께는 90 g/m2의 원지에 피복된 두께보다 낮았다.
이상의 결과로부터 전 항에서는 코팅 두께에 따른 무게 증가율이 비슷한 결과였는데 코팅 두께는 2종의 벽지원지에서 약간 다른 경향이 나타났다. 그것은 종이의 특성이 다르기 때문으로 생각된다.
3.2 백선토 벽지의 광학적 특성
3.2.1 백색도
벽지 원지 90 g/m2의 백색도는 82.0% ISO, 100 g/m2의 백색도는 86.6% ISO이다. 코팅 두께에 따른 백색도는 Fig. 1과 같다.
Fig. 1.
Changes of brightness according to coating thickness
(WP-90: base wallpaper of 90 g/m2, WP-100: base wallpaper of 100 g/m2).
두께가 두꺼워짐으로서 90 g/m2의 원지는 백색도가 83.0% ISO까지 증가되었다. 이에 비해 100 g/m2의 원지는 83.0% ISO까지 저하되었다. 이것은 백선토의 백색도가 83.0% ISO이기 때문이다. 벽지 원지의 표면이 백선토로 완전히 피복되었기 때문에 백선토의 백색도로 변화10)된 것이다.
Fig. 1의 코팅 두께별 백색도의 변화에서는 90 g/m2 벽지 원지의 백색도가 83.0% ISO에서 두께는 약 40 μm이다. 100 g/m2 벽지 원지의 두께는 약 50 μm에서 백색도가 83.0% ISO가 되었다. 이렇게 백색도 변화의 경향이 다른 것은 벽지 원지의 백색도가 다르기 때문이다.
3.2.2 광택도
90 g/m2 원지의 광택도는 8.6%, 100 g/m2 원지는 5.6%이다. 코팅 두께에 따른 광택도는 Fig. 2와 같다.
Fig. 2.
Changes of gloss according to coating thickness
(WP-90: base wallpaper of 90 g/m2, WP-100: base wallpaper of 100 g/m2).
코팅 두께에 따른 광택도는 벽지 원지 2종 모두 두께가 약 30 μm에서 광택도 약 3%로 저하되었다. 이것은 벽지 원지의 표면10)의 평활정도와 백선토 벽지의 표면10)의 평활정도는 차이를 보이고 있다. 백선토가 피복된 벽지는 표면이 매우 거칠어 매우 낮은 광택도를 나타내고 있다. 정경모 등11)은 유기안료 배합이 도공층의 광학적 특성에 대한 연구에서 코팅 무게가 많아지면 광택도가 높아지며, 이 광택도를 향상시키기 위해서는 캐린더링 압력 170 kg/cm, 120°C으로 80%까지 향상시킬 수 있다고 보고하였다. 광택도가 매우 낮은 백선토 벽지는 캐린더링에 의해 광택도를 개선시킬 수 있지만 벽지는 표면이 매끄러운 것 보다 거친 것이 미적효과는 클 것으로 생각된다.
3.3. 백선토 벽지의 강도적 특성
3.3.1 인장강도 및 습인장강도
90, 100 g/m2의 백선토 벽지의 코팅 두께에 따른 습인장강도는 Fig. 3과 같다.
Fig. 3.
Changes of wet tensile strength according to coating thickness
(MD machine direction, CD: cross direction, WP-90: base wallpaper of 90 g/m2, WP-100: base wallpaper of 100 g/m2).
습인장강도(MD)는 코팅 두께에 따라 100 g/m2의 백선토 벽지는 약간 증가되었다가 낮아지는 경향을 보이는데 비해 90 g/m2의 백선토 벽지는 처음부터 낮아지는 경향으로 보이고 있다. CD 방향에서의 습인장강도는 100 g/m2의 백선토 벽지가 두께 22 μm 부근에서 약간 높아졌다가 낮아졌다. CD 방향은 백선토 코팅에 따라 두께와 관계없이 저하되었다. 백선토의 습인장강도는 원지의 강도보다 낮은 경향으로 보이고 있다. 그것은 제조공정 중 백선토 벽지는 2차례의 수분 처리에 의해 섬유간 결합력이 약해졌기 때문으로 예측된다. 원지의 습인장강도가 낮다고 하지만 2종의 백선토 벽지는 MD 방향에서 약 12 N/15 mm, CD 방향에서는 7 N/15 mm으로서 KS M 7305에서 1.96 N/15 mm보다 높았다.
백선토 벽지의 습인장강도는 원지의 습인장강도보다 낮은 결과를 얻었다. 즉, 백선토의 코팅 두께에 따른 습인장강도의 변화는 다른 양상을 보이고 있다.
3.3.2 인장지수
Fig. 4의 코팅 두께에 따른 90 g/m2 백선토 벽지의 인장지수(MD)는 두께 약 30 μm에서 약간 높아졌다가 그 후 감소되어 원지의 인장지수와 동일해졌다. 100 g/m2 백선토 벽지는 두께 약 45 μm까지 증가되다가 그 후 저하되어 원지의 인장지수와 동일하였다. CD 방향의 인장지수는 2종의 백선토 벽지 모두 두께와 관계없이 벽지원지의 인장지수와 동일하였다.
Fig. 4.
Changes of tensile index according to coating thickness
(MD: machine direction, CD: cross direction, WP-90: base wallpaper of 90 g/m2, WP-100: base wallpaper of 100 g/m2).
백선토의 두께 및 코팅량에 따른 인장지수는 뚜렷이 증가되지 않고 원지의 강도 보다 낮아지지 않았다. 그러나 두께는 약 30-45 μm, 코팅량은 46 g/m2에서 약간 인장지수가 높은 경향을 보이고 있다.
인쇄용 도공지에서 도공층의 표면강도를 향상12)시키기 위해서는 바인더의 역할이 매우 크다고 보고하였다. 도공층의 강도가 향상되면 도공지의 강도적 성질도 향상된다고 생각된다. 백선토 벽지의 인장강도를 향상시키기 위해서는 다른 바인더를 사용하면 가능할 것으로 예측된다.
이상의 결과로부터 벽지 전용 종이에 백선토를 코팅하여도 코팅 전·후의 인장지수는 큰 변화가 없었다. 이것은 백선토 코팅액이 벽지 원지의 인장강도에 큰 영향을 끼치지 않는 것을 의미한다.
3.3.3 파열지수
90, 100 g/m2의 벽지 원지의 코팅 두께에 따른 백선토 벽지의 파열지수는 Fig. 5와 같다. 코팅 두께에 따른 90 g/m2 백선토 벽지의 파열지수는 두께 약 60 μm에서 약간 높아졌다가 그 후 감소되어 원지의 파열지수와 같아졌다. 100 g/m2 백선토 벽지는 두께 약 45 μm까지 증가되다가 그 후 감소되어 원지의 파열지수와 동일하였다.
Fig. 5.
Changes of bust index according to coating thickness
(WP-90: base wallpaper of 90 g/m2, WP-100: base wallpaper of 100 g/m2).
백선토 처리에 의한 벽지 원지의 파열지수의 두께 및 코팅량과 관계없이 원지의 파열강도를 유지하였다. 즉, 백선토 코팅액 처리에 의한 벽지의 파열강도는 큰 영향을 받지 않았다.
3.3.4 인열지수
백선토 벽지의 인열지수는 백선토의 코팅 두께에 따라 측정한 결과는 Fig. 6과 같다.
Fig. 6.
Changes of tear index according to coating thickness
(MD: machine direction, CD: cross direction, WP-90: base wallpaper of 90 g/m2, WP-100: base wallpaper of 100 g/m2).
코팅 두께에 따른 90 g/m2 백선토 벽지의 인장지수(MD)는 두께 약 60 μm까지 증가된 후 감소되었지만 원지의 인열지수보다 높았다. 100 g/m2 백선토 벽지는 두께 약 35 μm까지 약간 증가되다가 그 후 저하되어 원지의 인장지수와 동일하였다. CD 방향의 90 g/m2 백선토 벽지의 인열지수는 MD 방향의 강도와 동일한 경향을 보이는데 비해 100 g/m2 백선토 벽지는 두께 약 22 μm까지 약간 증가되다가 그 후 저하되어 원지의 인열지수와 동일하였다.
백선토의 코팅 두께에 따른 인열지수의 변화는 뚜렷한 경향을 나타내고 있지 않지만 약 25 μm의 두께에서 약간 높은 경향을 보이고 있다.
이상의 결과로부터 벽지 전용 종이에 백선토를 코팅하여도 벽지 원지의 인열지수의 감소에 백선토 코팅액이 큰 영향을 끼치지 않는 것을 의미한다.
무기 페인트 Eco terra alba는 무기질의 백선토, 탄산칼슘과 충전제, 바인더, 균열방지제, 증점제가 혼합된 것이다. 이것을 도포하여 제조된 백선토 벽지의 강도적 특성에 대하여 종합적으로 평가하면 도포 전, 후의 벽지원지의 강도적 성질이 저하되지 않고, 약간 증가되는 경향을 보이고 있다. 특히 벽지에서는 습인장강도가 매우 중요한데 KS 규정 강도보다 매우 높았다. 벽지로서의 픔질은 매우 우수하다고 판단된다.
강도적 성질이 개선되는 코팅 두께는 30-45 μm(코팅량 35-50 g/m2)으로 이 조건이 백선토 벽지의 제조 공정에서 최적 조건이라 할 수 있다.
본 연구에서는 백선토 벽지 제조 조건을 구명하기 위해 물리, 강도적 성질에 대하여 검토되었고, KS M 7305에 규정된 벽지품질에 대해서는 검토되지 않았다. 그 것은 공장에서 실연 생산된 벽지로 검토할 계획이다.
4. 결 론
백선토 벽지 제조 조건을 구명하기 위하여 코팅 두께에 따른 백선토 벽지의 품질에 대하여 검토한 결과는 다음과 같다.
1. 벽지 원지 90 g/m2의 코팅 두께는 29-65 μm, 100 g/m2은 22-49 μm로서 벽지 원지의 종류에 따라 코팅 두께는 차이를 나타냈지만 m2당 코팅량은 큰 차이가 없었다.
2. 백선토 벽지의 백색도는 백선토의 백색도로 변하였고, 원지보다 거칠어 광택도는 낮았다.
3. 백선토 벽지의 강도적 성질은 코팅 두께에 따라 큰 변화는 없지만 두께가 30-50 μm, 코팅량은 50-60 g/m2에서 약간 높았다. 습인장강도는 매우 높았다.
4. 2종의 벽지 원지로 제조된 백선토 벽지의 특성은 동일한 경향을 나타나기 때문에 90.0, 100.0 g/m2의 원지 모두 백선토 벽지 원지로 사용이 가능하다.
5. 종합적으로 평가하면 백선토 벽지 제조의 최적 조건은 코팅 두께 30-45 μm, 코팅량 35-50 g/m2이라고 할 수 있다.
