종합 건축자재 전문기업 벽산(대표 김성식)은 1950년대 건축자재사업을 시작한 이래 70여년간 국내 종합건축자재시장을 선도해왔다.

벽산이 제조하고 있는 그라스울, 미네랄울 단열재는 대표적인 불연·내화재로서 건축뿐만 아니라 다양한 산업에서도 널리 쓰이고 있다. 압출성형 콘크리트 베이스패널과 압출법단열재(XPS)인 아이소핑크는 벽산 브랜드명이 국내에서 제품명으로 통용될 정도로 유명하다. 벽산은 국내 대표 건축자재기업으로써 국내 건축문화 발전과 함께 오랜 업력을 바탕으로 기업이 창출해온 가치와 기술력을 사회에 공유하기 위해 다양한 노력과 시도를 하고 있다.

목구조물의 경우 친환경성이 높이 평가받고 있지만 내화기술 등 보다 전문적인 기술개발 및 기업참여가 부족한 실정이다. 벽산은 국내 유일 유‧무기소재를 제조·생산하는 전문기업으로써 연구에 참여하게 됐다.

이번 국책연구를 통해 벽산은 △내열수지, 무기첨가제 배합비율 데이터베이스 확보 및 내화용 약제개발 △무기재료 습식합성 기술개발 및 무기입자 표면처리기술 적용 △무기재료 분산기반 요변특성 기술개발 △유‧무기 나노복합체 적용 내화용 약제개발 등을 수행함으로써 중고층 목구조물 화재안전 확보를 위한 내화설계‧요소기술 등 개발에 참여하고 있다.

목구조물 화재확산 억제 내화처리기술 연구

벽산은 이번 연구에서 목구조건축 안전성을 한 차원 끌어올리는 핵심적인 역할을 맡았다. 특히 목재가 지닌 태생적 한계인 가연성을 극복하며 화재발생 시 확산을 효과적으로 억제해 구조안정성을 확보하기 위해 필수적인 화학적 내화처리 기술개발에 전념하고 있다.

벽산은 오랜 기간 축적해온 내열수지, 단열재, 무기첨가제 제조기술을 바탕으로 목구조물 화재안전성을 극대화하는 맞춤형 내화처리 기술개발에 매진하고 있다. 구체적으로 다양한 목재종류와 환경조건에 최적화된 내화용 약제개발을 목표로 내열수지 및 무기첨가제 배합비율 데이터베이스를 구축하며 이를 기반으로 최적 배합비율을 찾아내고 있다.

이와 함께 무기재료 습식합성 기술 및 무기입자 표면처리기술을 활용해 내화성능을 극대화할 수 있는 무기재료를 합성하는 한편 내화약제 점도를 정밀하게 조절해 목재내부에 균일하게 침투시켜 내구성을 높이는 표면처리기술을 개발하고 있다.

또한 유‧무기 나노복합화기술을 적용해 내화성능을 더욱 향상시키는 한편 목재물성을 개선해 다양한 목재종류와 환경조건에 적합한 맞춤형 내화기술을 제공하기 위한 기반을 다지고 있다.

벽산은 이러한 첨단기술들을 융합함으로써 화재발생 시 목재연소를 지연시키고 탄화를 촉진하는 최적 배합비율을 개발하며 목재 내화성능을 극대화하는 혁신적인 내화약제 개발에 기여하고 있다.

이번 R&D 프로젝트 최종목표는 중·고층 목구조물의 화재안전성을 확보하기 위한 고기능성 내화약제를 개발하는 것이다. 이를 위해 유·무기복합 내화약제의 배합기술을 개발하는 한편 무기재료의 표면개질 및 분산기술을 적용해 내화성능을 극대화하는 연구를 수행하고 있다. 특히 가압함침기술을 활용해 목재내부에 효과적으로 적용할 수 있는 내화약제를 개발하는 것이 핵심이다.

이번 연구의 핵심기술요소는 고분산 내화약제개발과 목재내부 침투기술이며 이를 위해 단계적인 기술적 접근이 필요할 전망이다.

먼저 무기바인더 및 나노입자기반 내화약제개발을 통해 기존 유·무기바인더와 달리 산화물무기바인더와 다양한 나노입자(티타늄계, 세라믹계, 실리카계, 지르코늄계 등)를 복합적으로 활용함으로써 내화성능을 향상시킬 예정이다. 화재 시 고온에서 견딜 수 있는 치밀한 산화막을 형성해 내화성능을 부여하는 것이 핵심이다.

이어 나노입자의 균질한 분산기술은 나노입자가 가지고 있는 강한 반데르발스(Van der Waals)결합으로 인해 단분산이 어렵기 때문에 표면개질 및 물리·화학적 분산기술을 적용해 균질한 분산성을 확보한 후 이를 활용해 목재내부에 깊이 침투할 수 있는 고분산 내화약제를 개발하고 있다.

끝으로 가압함침을 통한 내화약제 적용기술을 통해 기존 코팅방식이 갖는 내화약제 흡수에 한계가 있어 가압함침 처리에 적합하며 내화성능을 극대화할 수 있는 약재를 개발함으로써 내화약제를 목재내부 깊숙이 균일하게 침투시킬 수 있어 보다 효과적인 내화 처리가 가능하다.

현재까지 연구를 통해 내화약제 기초기술을 확립했으며 향후 Pilot Scale실험을 통해 실용화 여부를 검증할 예정이다. 가압함침 기술적용에 최적화된 내화약제 개발로 목재내부 침투율을 극대화하며 실험결과를 바탕으로 현장 적용가능성을 평가 및 검증해 실용화단계로 발전시키는 것이 최종목표다.

벽산의 관계자는 "벽산이 참여하고 있는 이번 R&D사업은 기존연구들과 차별화된 여러 강점을 지니고 있다"라며 "산‧학‧연 협력을 통해 다양한 분야 전문가들이 참여해 시너지를 창출하며 실용적인 기술개발을 추진한다는 점에서 차별성을 갖는다"고 설명했다.

이어 "중고층 목구조물 화재안전 확보를 위한 목재의 물리적, 화학적 특성을 고려한 맞춤형 내화기술 개발을 목표로 하고 있는 부분도 강점"이라며 "기존 공정은 통상적으로 수지 및 유기계 난연제가 주를 이뤄 단순히 목재표면을 코팅하는 수준이었지만 벽산은 졸-겔프로세서를 적용한 유-무기복합화를 통해 목재의 세포구조 깊숙이 침투해 화재확산을 억제하며 구조안정성을 확보하는 혁신적인 내화약제를 개발하고자 한다"고 밝혔다.

또한 벽산의 관계자는 "목재자체의 내화성능을 근본적으로 향상시켜 화재확산을 억제하며 목재의 구조안정성을 확보하는 혁신적인 내화약제를 개발하는 것이 목표이며 약제 제조과정에서 인체에 무해하고 환경친화적인 재료를 사용한 내화약제를 개발하는 한편 에너지효율적인 생산공정을 구축함으로써 탄소배출량을 최소화하고자 한다"라며 "산‧학‧연 협력을 통해 다양한 분야 전문가들이 참여해 시너지를 창출하며 실용적인 기술개발을 추진할 것이며 협력을 통해 이론연구와 실제적용을 연계함으로써 기술완성도를 높이고 있다"고 강조했다.

벽산은 단순한 기술개발을 넘어 개발된 기술의 상용화 및 산업생태계 구축까지 고려하고 있다. 개발된 내화약제 생산 및 시공기술을 표준화하며 관련산업과 협력을 통해 목재건축 시장을 활성화한다는 방침이다. 기술적 우수성, 환경친화성, 연구협력, 산업생태계 구축 등 다양한 측면에서 차별화된 가치를 창출하기 위해 R&D사업을 지속하고 있다.

벽산의 관계자는 "시대적 요구에 대한 적극적인 대응의지로 이번 R&D 프로젝트에 참여하게 됐으며 최근 전 세계적으로 기후변화에 대한 우려가 커지면서 탄소중립이 선택이 아닌 필수가 된 상황에서 목재는 탄소저감 효과가 뛰어난 친환경 건축자재로 주목받고 있지만 목재는 화재에 취약하다는 근본적인 한계를 가지고 있다"라며 "이러한 문제점을 해결하고 목재건축 안전성을 확보하는 것이 지속가능한 건축환경을 조성하는 데 필수적이라는 판단에 따라 오랜 기간 건축자재분야에서 쌓아온 전문성과 기술력을 바탕으로 목재의 화재안전성을 획기적으로 향상시키고자 한다"고 강조했다.

벽산은 내열수지, 단열재 및 무기첨가제 제조기술분야에서 독보적인 기술력을 보유하고 있으며 이를 바탕으로 목재 내화성능을 극대화하는 혁신적인 내화약제 개발에 나서고 있으며 이번 R&D 프로젝트 참여를 통해 국내 목재산업 활성화에 필요한 목재건축 안전성을 확보하고 친환경 건축자재 시장을 선도하며 지속가능한 건축환경조성에 기여할 방침이다.