연구 사례 개요
체코 대학 (CZU) 목재 가공 및 생체 재료학부는 건설 산업 분야의 파트너로써 시판되는 목재 코팅 및 스테인에 대한 평가 서비스를 제공하고 있습니다.
건설 분야에 사용되는 목재 코팅 및 스테인 제조업자들과 건축 분야에서 이러한 목재 코팅 및 스테인을 사용하는 회사들이 이와 같은 서비스를 이용하고 있습니다. 이 서비스를 이용하는 또 다른 분야는 자동차 산업 입니다. 자동차 산업에서는 내장제의 보호를 위해 스테인 및 코팅 처리된 목재 라미네이트를 사용합니다.
이러한 코팅 및 스테인 제품의 성능 평가요소에는 두 가지 중요한 항목이 있습니다.
1)
심미적 - 목재의 외관과 색깔
2)
보호 성능 - 코팅은 코팅 또는 스테인의 변색, 균열 및 박리를 방지하면서 목재의 자연스러운 외관을 유지해야 합니다. 클리어 코팅의 경우 광택 손실도 방지해야 합니다.
코팅 또는 스테인 처리된 목재는 건설업에서 다양한 방향으로 활용할 수 있습니다. 수직 및 수평이 가장 일반적이지만, 건축 설계에 따라 모든 방향으로 사용 가능합니다. 기본적인 기후는 유럽입니다. 하지만 이는 매우 광범위한 기후를 포함하기 때문에 - 예를 들어 스웨덴은 스페인 남부와 매우 다릅니다. - 극단적인 노출 환경을 고려해야 합니다. 체코대학(CZU)의 과제는 이러한 기후에서 목재 코팅의 심미적 및 보호 성능을 결정 하는 것 입니다. 이것을 달성하기 위해 체코대학(CZU)은 실험실에서 진행하는 가속 실험 및 옥외폭로 시험을 포함한 내후성 시험 서비스를 제공합니다. 이러한 테스트를 수행함으로써 코팅 제품의 성능을 재현할 수 있고 제품 수명을 예측할 수 있는 수준까지 도달할 수 있습니다.
체코대학의 목표는 Q-Lab과의 협력을 통해 목재 가공 및 생체 적합 물질 분야의 선도적인 학술 단체로 명성을 높일 뿐 아니라, 내후성 시험 서비스 사업을 강화하는 것 입니다. 옥외폭로시험과 더불어 QUV 내후성 시험기를 이용한 시험 결과를 바탕으로 체코 내 목재 코팅 및 스테인에 대한 대표 시험기관으로 자리 매김 했습니다. 테스트 사업규모가 전반적으로 두 배 이상 증가했으며 고객은 150 % 증가했고 QUV의 경제적 운영 비용으로 이익이 증가했습니다. 또한, 내후성 시험을 바탕으로 한 기술 분야 작업물은 목재 코팅의 풍화 시험 및 분석에 대한 전문 지식을 갖춘 학술 단체로서의 CZU의 위상을 향상 시켰습니다.
테스트 설명 및 결과
옥외폭로 실험
아래 사진과 같이 남향45도 및 90도로 옥외 폭로 시험을 실시하였습니다.
90도 노출은 실제 사용 환경을 재현한 것입니다. 남향 45도 노출법은 ISO 877-1, ASTM G24 및 EN 927-3과 같은 옥외 폭로시험에 관한 국제 시험 규격에 명시된 방법입니다.
사진 왼쪽 체코대학(CZU)의 Miloš Pánek, 사진 오른쪽 Q-Lab 사의 Jim Regan
이 시험을 통해 노출 된 시편은 상당한 품질 저하가 나타납니다. 다음은 12 개월 동안 CZU 건물 옥상에 노출되기 전후의 목재 코팅 시편의 사진입니다.
A – 코팅처리 되지 않은 열처리 가문비 나무
B – 코팅처리 된 열처리 가문비 나무
C – 투명 오일 코팅된 낙엽송
D - 투명 오일 코팅된 가문비 나무
E- 투명 오일 코팅된 참나무
F – 착색 오일 코팅된 낙엽송
G- 착색 오일 코팅된 가문비 나무
H - 착색 오일 코팅된 참나무
단지 1 년 안에 품질저하가 명확하게 관찰 될 수 있었지만, 시편을 최대 3 년까지 노출시켜 체코에서의 실제 코팅 성능을 측정 할 수 있습니다. 이 데이터는 실험실 가속 테스트 결과와 비교할 때 사용됩니다.
체코의 기온은 여름에는 35 ° C에서 겨울에는 -25 ° C까지 변하기에 코팅은 유럽 전역에서 관찰되지 않는 넓은 온도 범위를 견딜 수 있어야 합니다. 이와 같은 이유로 CZU의 옥외 폭로시험의 극단적인 환경요소는 건축 업계와 스테인 및 바니시 제작자에게 중요합니다.
촉진 내후성 시험
QUV / Spray 촉진 내후성 시험기는 실험실 테스트에 사용됩니다. EN 927-6 사이클은 6 주 또는 12 주 동안 진행 됩니다. 시편은 시편 크기를 제외하고 촉진 내후성 시험과 옥외 폭로 실험을 위해 동일한 방법으로 제작됩니다. 추가로 환경 챔버에서 온도 사이클이 (80°C 및 -25°C) 매주 수행됩니다. 옥외폭로 및 가속 테스트의 시험 결과는 아래와 같습니다.
1
A- 자연산 홍화유(safflower oil);
B- 얇은 층의 상용 투명한 유성 코팅
NW- 옥외폭로 (달);
AW –촉진 내후성 시험 (시간)
2
테스트의 결과에 따르면 서로 다른 촉진 시험 장비에서 서로 다른 품질저하를 보다 효과적으로 재현 할 수 있었습니다. QUV 가속 테스터는 3 년간의 실제 옥외(프라하의 옥상)에서 발생한 품질저하를 예측하고 광택 손실을 파악하는데 유용했습니다. QUV에서 노출한 결과 일부 색상의 변화를 다른 시험 기기에서 노출한 것보다 정확하게 관찰할 수 있었습니다. 이는 나무 종 자체의 반응과 코팅 의 품질저하가 상호 작용하여 거시적인 효과가 발생 될 수 있기 때문입니다. 목재 표면의 거친 정도와 나무의 종 또한 시험 결과를 가속시킬 수 있습니다.
테스트의 이점
CZU는 QUV를 구입 한 이래로 체코 내에서 목재 코팅 및 스테인 관련 대표 시험 기관이 되었으며, 테스트 관련 비즈니스는 두 배 이상 증가했습니다. 이는 옥외에서 몇 년이 걸리는 테스트를 실험실에서 수행하는 가속 시험을 통해 수천 시간 내에 재현 할 수 있었기 때문입니다. 결과적으로 고객 수는 150 % 나 증가하였고, 경제적인 QUV의 운영 비용으로 이익이 증가했습니다
밀로스 파네크 (Milos Panek)는 이와 같은 연구를 바탕으로 여러 과학 기사를 발표했으며, 이를 바탕으로 CZU는 학술 단체로써 인정받고 명성을 쌓을 수 있었습니다. 이것은 CZU의 목표 중 하나였습니다. 상업 시험 기관으로서 CZU는 체코 내에 우위를 점하게 되었으며, 이로 인해서 새로운 고객을 끌어 들이고 있습니다.
1 MATRIX와 협력하여 얻은 테스트 결과로 (체코 공화국) 교부금을 지원 받음 “외장 적용 분야에서 선택된 목재 종류의 코팅 내구성 향상” No. TH02020873 TAČR의 재정 지원을 다음과 같습니다
2Oberhofnerová, E., Pánek, M., Böhm, M. (2018): 가문비 나무의 내후성에 영향을 미치는 천연 정유의 표면 전처리 효과. BioResources 13(3). 7053-7070. ISSN 1930-2126