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불에 강한 불연컬러강판, 건물을 더 안전하고 아름답게!

2010년 10월 부산 해운대구 화재. 4층에서 시작된 불씨가 불과 30분도 안 되는 사이 38층 옥상층까지 번졌다. 인화성이 강한 외부 벽면 판넬을 타고 빠르게 확산된 것. 사고 이후 정부는 유사한 대형 화재를 막기 위해 30층(120m) 이상 건물에 불연·준불연 마감재료 사용을 의무화했으나 2015년 의정부 아파트 및 2017년 제천 스포츠센터 등 낮은 건물에서도 대형 화재가 이어짐에 따라 가연성 마감재에 대한 규제강화 목소리에 힘이 실렸다.

2010년, 부산 해운대 우신골드스위트(38층) 화재, 대책: 30층(120m) 이상 불연/준불연 마감재료 사용 의무화, 2015년, 의정부 아파트(10층) 화재. 대책: 6층(22m) 이상 불연/준불연 마감재료 사용 의무화. 2017, 제천스포츠센터(8층) 화재 2018, 밀양 세종병원 화재. 대책: (입법예고) 3층(9m) 이상 불연/준불연 마감재료 사용 의무화 추진. 결과: 가연성 마감재에 대한 사용 규제 강화

3층(9m) 이상 건물에 불연·준불연 마감재 사용 의무화가 추진되며 사실상 모든 건물 시공 시 불연 재료를 사용하는 것이 의무화 되고 있다. 불에 잘 타지 않는 새로운 소재 연구가 시급해진 것. 포스코강판은 이러한 업계의 요구에 응답하고 있다. 불에 타지 않으면서도 미적인 요소도 함께 갖춘 ‘불연컬러강판’을 개발한 것이다. 불연컬러강판의 등장이 시장과 건축 문화를 어떻게 바꾸어 나갈지 포스코 뉴스룸에서 함께 알아보자.

 

l 타지도 않고 연기도 안 나는 소재?

지난 7월 5일 포스코강판은 포스코센터에서 신제품 설명회를 열고 불연컬러강판을 최초로 공개했다. 컬러강판에 안전성까지 높이는 전문 기술이 집약된 포스코강판의 신제품, 어떻게 만들어졌을까?

화재로 인한 인명 피해는 화재 시 발생하는 연기나 유독가스 흡입에 의한 사망 또는 부상이 대부분이다. 포스코강판은 바로 이 두 가지 점에 착안해 연구 개발에 착수했다. 불에 타지 않고, 타더라도 유해가스를 배출하지 않는 소재 개발에 집중한 것.

1. 타지 않는 건물 소재
포스코강판은 우선 한국건설생활환경시험연구원(KCL)이 주관하는 불연성 시험(KS F ISO)의 요건을 충족하는 강판 개발에 주력했다.

불연성 시험은 재료의 연소 거동을 측정하는 실험으로, 750℃에서 유지된 가열로에 실험체를 넣고 20분간 가열하면서 최고 온도, 평형 온도, 질량감소율을 측정한다. KS F ISO의 요건을 충족하려면 △최고 온도가 평형 온도보다 20℃ 이상 초과 상승하지 않아야 하고 △실험체의 질량감소율이 30% 이하여야 한다.

* 연소 거동: 규정 조건하에서 화재에 접한 재료가 열분해되어 만들어진 분해 생성물이 화재에 미치는 영향

불연성 시험. 섭씨 750도에서 20분간 가열

▲ 포스코강판이 진행한 불연성 시험(KS F ISO). 750℃ 가열로에 시험체를 20분 동안 가열한 후 최고 온도, 평형 온도 및 질량 감소율을 측정한다. (사진 제공: 포스코강판)

실험체에 불이 붙어 타기 시작하면 온도가 20℃ 이상 급상승하게 되는데, 일반적인 건재용 컬러강판의 경우 온도차가 80~100℃나 더 상승한다. 포스코강판이 개발한 불연컬러강판은 실험 결과 최고 온도와 평형 온도의 온도차가 20℃ 이내였는데, 이는 불연성 시험 결과상 ‘제품에 불이 붙지 않았다’는 것을 의미한다.

일반적으로 재료가 연소되면 부피와 질량이 감소하게 되는데, 질량의 감소 정도는 재료가 얼마나 탔는지를 말해준다. 컬러강판은 대부분의 질량을 강판이 차지하는데 실험 전후 무게 차이가 1% 미만으로 거의 변화가 없었다. 이는 컬러강판이 화재 발생 시에도 구조재의 기능을 유지한다는 의미다. 즉 불에도 잘 타지 않고, 강한 열 속에서도 기능을 유지하는 강판이라는 점이 실험을 통해 증명된 것이다.

<불연재료 시험방법 및 성능 기준> 불연성 시험 (KS F ISO 1182) 실험 내용 750℃에서 20분간 가열하면서 최고온도, 평형온도, 질량감소율 측정 성능 기준 최고온도 – 평형온도 = 20℃ 이내 실험체 질량감소율 30%이하 가스유해성시험 (KS F 2271) 실험 내용 실험용 쥐 8마리를 회전바구니에 넣고 쳇바퀴 굴리는 시간을 측정 성능 기준 실험용 쥐의 평균 행동정지시간이 9분 이상일 것

2. 유해가스를 배출하지 않는 소재
타더라도 유해가스를 배출하지 않는 소재를 개발하기 위해 포스코강판은 가스유해성시험(KS F 2271) 검사에도 주력했다.

가스유해성시험에서는 실험용 쥐 8마리를 각각 회전 바구니에 넣고 쳇바퀴 굴리는 시간을 측정한다. 실험용 쥐의 행동이 완전히 멈추는 데까지 소요되는 시간, 즉 ‘행동정지시간’을 측정하기 위해서인데 가스유해성시험은 실험용 쥐의 평균 행동정지시간이 9분 이상일 것을 요구하고 있다.

실제 화재 시 발생하는 유독가스의 유해성을 간접적으로 평가함으로써 피난 시간을 예측하는 이 실험에서 불연컬러강판은 행동정지시간 9분 이상의 요구 조건을 충족시켰다. 화재 시 연기 발생을 최소화하여 대피 시간을 확보할 수 있는 강판으로 인정받은 것이다.

 

l 불연컬러강판, 일반 컬러강판과 뭐가 다를까?

<일반 건재 vs 불연 컬러강판> PGS (일반건재): 도막두께 20㎛, 연필경도 F, 내식성 500 HRS, 내습성 1,000 HRS<br /> 불연 컬러강판: 도막두께 15㎛, 연필경도 H, 내식성 500 HRS, 내습성 1,000 HRS

일반 건재 PGS(폴리에스테르 수지 컬러강판)와 비교했을 때 우선 내식성과 내습성 면에서는 PGS제품과 동등한 수준이다. 연필경도(단단함)의 경우 불연컬러강판의 경도가 H로 PGS 제품의 H보다 한 단계 더 높았다. 내스크래치성이 더 우수하다는 의미다.

도막두께의 경우 사정이 조금 더 복잡해진다. 포스코강판 기술연구소 박태열 그룹장은 “단지 불연의 특성에만 집중한다면 도막두께가 얇은 것이 좋지만, 컬러강판의 기존 품질을 유지하면서 다양한 색상까지 구현하려면 도막두께가 두꺼운 것이 더 좋다”고 말했다.

결국 핵심은 기존의 컬러강판의 품질에 최대한 상응하는 컬러강판을 제작하되, 불연성을 최대 수치로 이끌어내는 것이 포인트. 그러한 면에서 현재 포스코강판이 개발한 불연컬러강판은 기존 PGS와 비슷한 품질을 충분히 갖췄을 뿐만 아니라, 여기에 불연이라는 중요한 기술을 성공적으로 구현해낸 혁신적인 솔루션이라 할 수 있다.

<가스토치 가열시험: 일반 강판 vs 불연컬러강판 > 일반 건재용 컬러강판, 불연컬러강판

포스코강판은 불연성 시험(KS F ISO) 및 가스유해성시험(KS F 2271) 이외에도 내부적으로 토치 가열 시험을 진행했다. PGS의 경우 선명한 무늬가 발생한 반면, 불연 컬러강판의 경우 무늬가 비교적 흐릿했다. 박태열 그룹장은 “무늬가 선명하다는 건 그만큼 많이 탔다는 의미”이며, PGS는 가열 시 불연강판보다 많은 연기가 발생했다고 덧붙였다.

단순한 비교 실험이지만 연기 발생이 적다는 것은 그만큼 유해가스 발생이 적다는 것을 의미하고, 나아가 화재 시 대피, 피난을 위한 가시거리 및 대피 시간 확보에 도움이 될 것으로 예상된다.

 

l 안전한 불연컬러강판, 앞으로의 목표는?

컬러강판은 건물 외장재로 쓰인다. 그만큼 안전은 기본이며 미적인 요소도 중요하다. 현재 불연컬러강판은 베이지, 그레이, 화이트 이 세 가지 색상을 기준으로 여러 톤의 컬러를 제공하고 있다.

베이지, 그레이, 화이트 세 계열이다 (사진 제공: 포스코강판)


▲ 현재 불연컬러강판은 베이지, 그레이, 화이트 이렇게 세 계열로 제공되고 있으며 보다 다양한 톤의 색상을 제공하기 위한 R&D가 계속 진행되고 있다. (사진 제공: 포스코강판)

현재 색상이 이 세 가지 톤으로 제한된 이유는 불연성 확보를 위해서다. 불연성을 확보하기 위해서는 도료에 사용되는 유기물질의 함량이 제한된다. 따라서 포스코강판은 착색력이 우수한 유기안료 대신에 불연성 무기계안료 중심으로 설계했고, 현재의 세 가지 색상을 기본으로 하게 됐다. 포스코강판은 이 세 가지 색상 이외에도 좀 더 짙은 색깔 그리고 메탈릭 색상 등 더 다양한 색상을 구현하기 위해 지속적으로 연구개발을 진행 중이다.

*유기안료: 무기안료에 비해서 빛깔이 선명하고 착색력도 크며, 임의의 색조를 얻을 수 있으나 내광성·내열성이 떨어지고, 색이 번지는 경우가 많다.

 

l 포스코강판, 안전과 친환경을 향해 제품 개발 주력할 것

불연컬러강판은 벽, 지붕재, 내장재 등 건축 자재로 컬러강판을 사용하는 곳이라면 용도와 상관없이, 심지어 구조재로도 적용이 가능하다. 하지만 불연컬러강판의 특성을 고려했을 때 천장재, 내장재로 사용했을 때 더욱 효과적으로 쓰일 수 있다는 게 포스코강판 측의 설명이다 .

포스코강판 김인규 책임연구원에 따르면 포스코강판은 최고온도가 평형 온도의 20℃ 이상 초과 상승하지 않을 것을 요구하는 불연성시험 성능 기준을 충족하는 데 많은 노력을 기울였다고 한다.

불연컬러강판의 핵심 포인트는 유기물질 함량을 줄이면서 건자재 수준의 가공성과 물성을 확보하는 데 있다. 이 조건을 충족하기 위해서는 유기물질이 꼭 필요하지만, 너무 많이 사용하게 되면 불연성 시험을 통과하지 못하는 문제가 있다. 공인시험기관에서 진행되는 불연재료 성능평가에 약 2개월의 시간과 큰 비용이 소요되기 때문에 단기간에 제품의 개발 속도를 끌어올리는 것은 결코 쉬운 일이 아니었다.

그 난관을 극복하고 포스코강판은 결국 불에 타지 않는 컬러 강판을 개발하는 데 성공했다. 아직까지는 국내 건축 시장에서 저렴한 가격 때문에 질 낮은 중국산 저가 컬러강판이 수입되어 상용되고 있다. 우수한 품질의 불연 강판이 널리 적용되면, 화재로 인한 인명‧재산 피해를 줄이며 사회적 안전에 기여할 수 있을 것이라고 김인규 연구원은 덧붙인다.

구조재로서의 역할도 훌륭히 수행할 것이라 기대되는 포스코강판의 불연컬러강판. 포스코강판은 불연강판 개발 이외에도 친환경적인 강건재 적용 확대를 위해 우수한 제품 개발에 힘쓰고 있다. 새롭게 개발된 불연컬러강판이 국내외에서 더 안전하고 친환경적인 건설 현장 및 건물 문화를 구축해 나가길 기대해본다.