암면
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1. 개요
암면은 광물울, 광물 섬유, 인공 광물 섬유 등으로 불리며, 용광로 슬래그나 암석을 고온에서 용융하여 섬유 형태로 만든 단열 및 흡음재이다. 1800년대부터 상업적으로 생산되었으며, 건축, 산업, 농업 등 다양한 분야에서 사용된다. 암면은 고온 광물울, 알칼리 토금속 규산염 울, 알루미노 규산염 울 등 여러 종류가 있으며, 석면과는 다른 물질이지만 외관이 유사하여 혼동될 수 있다. 안전성 문제와 관련하여, 국제 암 연구소는 2002년 이후 생산된 암면에 대해 발암성 분류를 보류했지만, 유럽 연합 등 일부 국가에서는 발암 가능성을 언급하고 있다. 폐기 시에는 산업 폐기물로 처리되며, 생분해성 단열재 등 대체재 개발도 이루어지고 있다.
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암면 | |
---|---|
개요 | |
![]() | |
종류 | 단열재, 흡음재 |
주요 성분 | 현무암 석회암 규사 폐기물 (암면 제조 시 재활용) |
형태 | 펠트 보드 루스필 성형 제품 |
특징 | |
장점 | 뛰어난 단열성 뛰어난 내화성 뛰어난 흡음성 시공 용이성 낮은 열팽창률 다양한 유해 화학 물질에 대한 내성 |
단점 | 피부 자극: 암면 섬유가 피부에 닿을 경우 가려움증 유발 가능 호흡기 자극: 암면 섬유 흡입 시 호흡기 질환 유발 가능성 (미세먼지 마스크 착용 권장) 습기: 습기에 약하며, 젖을 경우 단열 성능 저하 |
기타 특징 | 단열: 여름에는 시원하게, 겨울에는 따뜻하게 유지 친환경성: 암면 생산 과정에서 폐기물을 재활용하여 환경 보호에 기여 다양한 용도: 건축물의 단열, 흡음, 내화 등 다양한 용도로 사용 경제성: 저렴한 가격으로 높은 효율 제공 |
제조 과정 | |
원료 용융 | 큐폴라 또는 전기로에서 1500°C ~ 1600°C 고온에서 용융 |
섬유화 | 용융된 원료를 고속 회전 원심력 또는 고압 증기/공기 분사 방식으로 섬유 형태로 만듦 |
성형 및 경화 | 섬유를 집면 장치에 모아 펠트 형태로 만들고, 바인더를 분사하여 원하는 형태로 성형 후 경화 |
용도 | |
건축 | 외벽 단열: 건물 외벽의 단열 성능 향상 내벽 단열: 건물 내부 벽체의 단열 성능 향상 지붕 단열: 지붕의 단열 성능 향상 바닥 단열: 바닥의 단열 성능 향상 파티션 단열: 실내 공간 분리 및 단열 |
산업 | 산업 설비 단열: 산업 설비의 에너지 효율 향상 및 화재 예방 플랜트 단열: 플랜트 설비의 에너지 효율 향상 및 화재 예방 배관 단열: 배관의 열 손실 방지 및 동파 방지 보일러 단열: 보일러의 열효율 향상 |
농업 | 수경 재배: 식물 뿌리 지지체로 사용 토양 개량: 토양의 통기성 및 보습성 향상 |
기타 | 차량: 자동차, 기차 등의 단열 및 흡음 선박: 선박의 단열 및 방화 가전 제품: 냉장고, 에어컨 등의 단열 |
안전 및 보건 | |
주의사항 | 작업 시 보호 장비 (마스크, 장갑, 보호복 등) 착용 권장 |
안전성 | 국제암연구소 (IARC) 분류: Group 3 (인체 발암성 미분류) 적절한 안전 조치 준수 시 인체에 무해 |
같이 보기 | |
관련 항목 | 글라스울 규산 칼슘 보온재 단열재 흡음재 |
2. 명칭
광물울은 "광물 솜", "광물 섬유", "인공 광물 섬유"(MMMF), "인공 유리 섬유"(MMVF)라고도 한다.
웨일스의 에드워드 패리가 1840년에 슬래그울을 처음 만들었으나, 생산 과정에서 발생하는 문제로 인해 중단되었다.[2] 1870년에는 미국에서 존 플레이어가 광물울 제조법 특허를 획득했고,[3] 1871년 독일 오스나브뤼크의 게오르크스마리엔휘테에서 최초로 상업 생산이 이루어졌다. 이 공정은 킬라우에아 화산 폭발 시 강한 바람이 슬래그를 흩날리게 해 펠레의 머리카락이라 불리는 가느다란 화산 슬래그 가닥이 자연적으로 발생하는 현상과 유사하게, 용융된 철 슬래그가 떨어지는 흐름에 강한 공기를 불어넣는 방식이었다.[3]
광물울은 용광로 슬래그나 암석을 1500°C~1600°C의 전기로에서 용해하고, 용융물을 원심력으로 날려 공기 중에서 고화시켜 제조한다. 제조 과정은 솜사탕 제조법과 유사하다. 성형 시에는 바인더, 발수제로서 페놀-포름알데히드 수지를 첨가하여 형태를 만든다.[1] 일본에서는 주로 슬래그를 원료로 한 슬래그 울이 생산되지만, 섬유성을 향상시키기 위해 원료에 천연 암석도 첨가된다. 한국에서는 암석을 주원료로 한 암면(Rock wool)이 주로 생산되며, 슬래그 울도 일부 생산되고 있다.[1]
광물울은 사용되는 광물 및 제조 방법에 따라 다양한 종류로 나뉜다. 선택된 광물에 따라 재료의 특성과 분류 온도가 달라진다.
특정 광물울 제품으로는 "석면"과 "슬래그 울"이 있다. 유럽에서는 유리 섬유를 포함하는데, 이는 세라믹 섬유와 함께 완전히 인공적인 섬유이다.
3. 역사
광물울 제조업체에 따르면, 고온에서 사용 가능한 최초의 광물울은 1942년 미국에서 발명되었지만, 1953년경까지 상업적으로 실용화되지는 않았다. 1970년대와 1980년대에 더 다양한 형태의 광물울이 개발되었다.[4]
광물울은 용광로 슬래그나 암석을 1500~1600도의 전기로에서 녹인 후, 용융물을 원심력으로 날려 공기 중에서 굳혀서 만든다. 이는 솜사탕 제조법과 유사하다. 성형 시에는 페놀-포름알데히드 수지를 바인더 및 발수제로 첨가하여 형태를 만든 후 출하한다. 일본에서는 주로 슬래그를 원료로 한 슬래그울이 생산되지만, 섬유성을 높이기 위해 원료에 천연 암석을 첨가하기도 한다.
4. 제조
5. 종류
5. 1. 고온 광물울 (HTMW)
고온 광물 울은 1,000°C 이상의 고온에서 사용되는 광물 울의 일종으로, 주로 산업용 가마 및 주조소에서 단열재로 사용된다.[5] 생산 비용이 높고 가용성이 제한적이기 때문에, 고온 산업 응용 분야에서 주로 사용된다.
고온 광물 울은 산업용 용광로 및 주조소의 단열 및 라이닝에 사용되어 효율성과 안전성을 높이고, 화재 확산을 방지하는 데에도 사용된다.[5] 내화 벽돌과 같은 다른 방법에 비해 무게당 내열성이 높아 산업용 용광로 및 기타 기술 장비의 경량 구조가 가능하다는 장점이 있지만, 비용이 더 많이 든다는 단점이 있다.
5. 1. 1. 알칼리 토금속 규산염 울 (AES 울)
Alkaline earth silicate wool영어 (AES 울)은 산화 칼슘(CaO), 산화 마그네슘(MgO), 이산화 규소(SiO2)를 녹여 만드는 무정형 유리 섬유이다. AES 울로 만든 제품은 주로 연속 작동 장비와 가정용 기기에 쓰인다. 일부 AES 울 제형은 생체 용해성이 있어 몇 주 안에 체액에 녹아 폐에서 빠르게 제거된다.[5][6]
5. 1. 2. 알루미노 규산염 울 (ASW)
알루미노 규산염 울은 내화 세라믹 섬유(RCF)라고도 하며, 산화 알루미늄(Al2O3)과 이산화 규소(SiO2)를 50:50의 중량비로 용융하여 생산된 비정질 섬유이다(VDI 3469 파트 1 및 5,[7] 및 TRGS 521 참조). 알루미노 규산염 울로 만들어진 제품은 일반적으로 간헐적으로 작동하고 중요한 사용 조건(기술 규칙 TRGS 619 참조)에서 900°C 이상의 온도에서 사용된다.
5. 1. 3. 다결정 울 (PCW)
다결정 울은 전체 재료의 70% 이상이 산화 알루미늄(Al2O3)으로 구성된 섬유로, 수성 방사 용액으로부터 졸-겔법으로 생산된다. 전구체로 얻은 수용성 녹색 섬유는 열처리를 통해 결정화된다.[7] 다결정 울은 일반적으로 1300°C 이상의 고온 및 까다로운 화학적, 물리적 조건에서 사용된다.
5. 1. 4. 카오울 (Kaowool)
카오울(Kaowool)은 고령토로 만들어진 고온용 미네랄 울의 일종이다. 이는 최초로 발명된 고온용 미네랄 울 중 하나이며 21세기까지 사용되어 왔다.[4] 약 1650°C에 가까운 온도를 견딜 수 있다.[8]
6. 특징 및 용도
암면은 개별 섬유는 열전도가 매우 뛰어나지만, 롤이나 시트 형태로 압착하면 공기를 차단하는 능력이 뛰어나 단열재와 흡음재로 사용된다.[9][10] 수동 방화가 필요한 경우 유리솜, 석면, 세라믹 섬유와 함께 일반적인 건축 자재로 사용되며, 방화 스프레이, 벽 스터드 캐비티, 드라이월 조립 및 파이어스톱의 충전재로 쓰인다.
이외에도 수지 접착 패널, 가스켓 화합물의 충전재, 브레이크 패드, 자동차 산업의 플라스틱, 여과 매체, 수경 재배의 성장 배지 등으로 활용된다. 무기 섬유는 바인더 없이 생산되어 마찰재, 가스켓, 플라스틱 및 코팅과 같은 다양한 응용 분야에서 보강 목적으로 사용된다.
6. 1. 건축 분야
암면의 개별 섬유는 열전도가 매우 뛰어나지만, 롤이나 시트 형태로 압착하면 공기를 차단하는 능력이 뛰어나 단열재와 흡음재로 사용된다.[9][10] 유리솜, 석면, 세라믹 섬유의 내화성은 수동 방화가 필요한 경우 일반적인 건축 자재로 사용되며, 방화 스프레이, 벽 스터드 캐비티, 드라이월 조립 및 파이어스톱의 충전재로 사용된다.뿜칠용(습식 시공)과 성형품(건식 시공)이 있다. 또한 성형품에는 시공을 용이하게 하기 위해 비닐 봉투에 포장된 제품도 많다.
섭씨 700도까지 형태를 유지할 수 있을 정도의 내열 성능을 가지고 있어, 400도까지인 글라스 울보다 성능이 좋지만, 비닐 봉투나 바인더로 사용되는 접착제 때문에 화염에 의해 검은 연기를 발생시키는 점은 글라스 울과 동일하다. 물에 대해서는 글라스 울보다 매우 양호하며, 발수성이 있고 흡습성이 낮다. 글라스 울에는 없는 알칼리에 대한 내약품성이 있다. 가격은 글라스 울보다 약간 비싸다.
6. 2. 산업 분야
암면은 산업용 용광로 및 주조소의 단열 및 라이닝에 사용되어 효율성과 안전성을 향상시킨다.[5] 고온 광물 울은 내화 벽돌과 같은 다른 방법에 비해 무게당 높은 내열성을 가지기 때문에 산업용 용광로 및 기타 기술 장비의 경량 구조를 가능하게 하지만, 비용이 더 많이 든다는 단점이 있다.또한 암면은 가스켓 화합물의 충전재, 브레이크 패드, 자동차 산업의 플라스틱 등 다양한 용도로 사용되며,[9][10] 여과 매체로도 활용된다.
무기 섬유는 바인더 없이 생산되어 마찰재, 가스켓, 플라스틱 및 코팅과 같은 다양한 응용 분야에서 보강 목적으로 사용된다.
6. 3. 농업 분야
암면은 수경 재배에서 뿌리 성장과 영양 흡수를 돕는 다량의 물과 공기를 담을 수 있도록 설계될 수 있다. 섬유질 특성은 식물을 안정적으로 유지하는 데 좋은 기계적 구조를 제공한다.[12] Rockwool|암면영어은 자연적으로 높은 pH를 가지고 있어 처음에는 식물 성장에 적합하지 않으며, 적절하고 안정적인 pH를 가진 섬유를 생산하기 위해 "조정"이 필요하다.[12] 조정 방법에는 pH 5.5로 조절된 영양 용액에 광물 섬유를 거품이 멈출 때까지 미리 담그는 것이 포함된다.- CEC: 무시할 정도로 낮다.
- 완충 능력: 없다.
- pH: 7.0 전후 - 이는 재배에 적합하도록 pH를 조절했기 때문이며, 원래 암면의 pH는 재배에 적합하지 않을 정도로 높다. pH를 조절한 후의 암면은 pH 7 전후를 오래 유지한다.
- 고상률: 약 4%
- 성형과 입상의 두 가지 형태가 있다.

7. 안전성
광물울의 안전성은 주요 쟁점 중 하나이며, 발암성 여부와 관련하여 다양한 연구와 규제가 진행되어 왔다.
국제 암 연구소(IARC)는 2002년 10월 인공 광물 섬유의 발암성을 검토하면서,[13] 알칼리 토금속 규산염, 고알루미나, 저실리카 솜 등 생체 지속성이 낮은 섬유에 대해서는 전반적인 평가를 하지 않기로 결정했다. 이는 인체 관련 데이터가 부족하고, 실험 동물에서 낮은 발암 가능성을 보이며, 화학적 조성을 기준으로 해당 섬유들을 유의미한 그룹으로 분류하기 어렵다는 점 등을 고려한 결과였다.[14]
물질 및 혼합물의 분류, 라벨링 및 포장에 관한 유럽 규정(CE) n° 1272/2008은 규정(CE) n°790/2009에 의해 업데이트되었으며, 광물 섬유가 Note Q에 정의된 기준을 충족하는 경우 위험 물질로 분류하지 않는다. 유럽 광물 섬유 제품 인증 위원회(EUCEB)는 Note Q를 충족하는 섬유로 만들어진 광물 섬유 제품을 인증하여 낮은 생체 지속성과 폐에서의 빠른 제거를 보장한다.
작업장에서는 광물 섬유 흡입, 피부 접촉, 눈 접촉 등을 통해 노출될 수 있다. 미국 산업안전보건청(OSHA)은 8시간 작업일 동안 총 노출 15 mg/m3 및 호흡 노출 5 mg/m3를 허용 노출 기준으로 설정했다. 미국 국립 산업안전보건연구원(NIOSH)은 8시간 작업일 동안 총 노출 5 mg/m3 및 3 fibers per cm3의 권고 노출 기준(REL)을 설정했다.[15]
화학 물질의 등록, 평가, 허가 및 제한(REACH)은 화학 물질 생산 및 사용과 관련된 인체 건강 및 환경 영향을 다룬다. 2010년 1월 13일, 일부 알루미노실리케이트 내화 세라믹 섬유와 지르코니아 알루미노실리케이트 내화 세라믹 섬유는 매우 우려되는 물질 후보 목록에 포함되었다.
비정질 고온 광물면(AES 및 ASW)을 고온에서 사용하면 섬유 일부가 탈유리화될 수 있다. 사용 후 고온 광물면에서는 결정질 실리카 결정이 다른 결정 및 유리 매트릭스에 내장되지만, 생물학적 활성 실험 결과는 실리카 형태와 관련된 유해한 활성을 나타내지 않았다.
7. 1. 발암성 논란
국제 암 연구소(IARC)는 2002년에 광물울을 "인간에게 발암성으로 분류할 수 없음(그룹 3)"으로 분류했다.[13] 이는 고로와 같은 고온 환경에서 사용되는 내화 세라믹 섬유 등 생체 지속성이 높은 물질은 "인간에게 발암 가능성이 있는" 물질(그룹 2B)로 분류한 것과는 대조적이다. 2000년 이후 생산된 일반적인 유리 섬유 솜은 "인간에게 발암성으로 분류할 수 없음(그룹 3)"으로 간주된다.[13]EU에서는 1997년에 광물울을 "발암 가능성 있음"으로 분류하고,[20] 심볼 마크(×표) 등에 의한 표시 의무를 부과했다. 국제 화학 물질 안전 카드(ICSC)에는 "장기 또는 반복 노출 시 사람에게 발암성을 나타낼 가능성이 있음"으로 표기되어 있다.[21]
독일에서는 광물울을 "확률적으로 발암 가능성 있음"으로 간주한다.[22] 다만, 이는 실험 동물의 복강 내 투여(1988년)에서 발암성이 인정된 것이며, 인체에서 발암성이 확인된 것은 아니다. 독일은 생체 내에서 용해되지 않는 내구 단열재 섬유를 위험물로 지정하여 건축 자재로 생산하거나 유통하는 것을 금지하는 법령을 제정(2000년)했다.[22]
7. 2. 한국의 규제 및 입장
국제 암 연구 기구(IARC)는 2001년에 암면을 "발암성을 분류할 수 없음(그룹 3)"으로 분류했으며,[19] 한국에서도 이에 따라 "발암성 없음"으로 취급하고 있다.암면 및 암면 제품은 산업안전보건법 제57조의2(물질안전보건자료(MSDS) 발행) 대상 물질이다.
한편, 더불어민주당 등 일부 정치권에서는 광물울의 안전성에 대한 우려를 제기하며, 보다 엄격한 안전 기준 마련과 대체재 개발의 필요성을 주장하고 있다.
7. 3. 기타 안전 문제
광물울은 섬유의 기계적 효과로 인해 피부 가려움을 유발할 수 있다. 이를 줄이고 광물 섬유 먼지에 불필요하게 노출되는 것을 막기 위해, 광물 섬유 제품 포장에 그림이나 문구 형태로 사용 지침이 제공되며, 각 제조업체는 안전 데이터 시트와 유사한 안전 사용 지침서를 제공한다.[15]글라스 울과 마찬가지로, 암면 제조 시 중량의 최대 4.5% 정도 페놀 수지 및 유사 물질을 사용한다. 따라서 175°C 이상으로 가열하면 페놀 수지 등의 열분해 생성물이 발생한다. 390°C 조건의 실험에서 아세톤, 페놀, N, N-디메틸폼아미드 등이 미량 발생한다는 보고가 있다.[18] 따라서 화재 시나 고온 환경에서 사용할 때 주의가 필요하다. 다만, 상온의 제품에서 유리되는 포름알데히드는 미량이므로 건축 기준을 충족한다.
비정질 고온 광물면(AES 및 ASW)은 고압 공기 제트 또는 회전 바퀴에 용융 유리 스트림을 충돌시켜 에어로졸화하여 생산된다. 물방울은 섬유로 뽑히고, 섬유와 남은 물방울은 매우 빠르게 냉각되어 결정상이 형성되지 않는다. 이러한 비정질 고온 광물면이 산업용 용광로와 같이 고온에서 사용될 때, 적어도 한 면은 섬유가 부분적으로 탈유리화되는 조건에 노출될 수 있다. 유리 섬유의 화학적 조성과 재료가 노출되는 시간 및 온도에 따라 다른 안정적인 결정상이 형성될 수 있다. 사용 후 고온 광물면에서는 결정질 실리카 결정이 다른 결정과 유리의 매트릭스에 내장된다. 그러나 사용 후 고온 광물면의 생물학적 활성에 대한 실험 결과는 이들이 포함할 수 있는 실리카 형태와 관련된 유해한 활성을 나타내지 않았다.
8. 석면과의 관계
광물울은 천연 광물 섬유인 석면과 외관이 유사하지만 전혀 다른 물질이다. 광물울의 섬유 직경은 3~10μm로 석면보다 매우 크다.[1] 1988년 이전에 제조된 록울은 석면 제품 라인을 유용해 제조된 경우가 많아 라인 내에 잔류한 석면이 약간 혼입되기도 했다.[1] 또한 과거 내화 피복재 분사에 록울이 사용되었을 때 품질 향상을 위해 접착제로 석면을 섞어 사용하기도 했다.[1]
록울은 아세트산에 담그면 접착제가 녹아 부서지지만, 석면은 아세트산에 담가도 변화가 없다. 따라서 이 방법으로 둘을 구별할 수 있다.[2] 손가락으로 비비면 록울은 분말이 되지만 석면은 가늘어지면서도 섬유 형태를 유지한다.[2] 공업적으로는 X선 회절법을 통해 완벽하게 감별할 수 있다.[2]
9. 폐기
폐기물로 발생한 암면은 「폐기물 관리법」에 따라 "유리 조각, 콘크리트 조각 및 도자기 조각"에 해당하며, 산업 폐기물로 적절하게 처리해야 한다. 한국에서는 주로 매립 처분된다.
10. 대체재
광물 섬유의 비분해성과 잠재적인 건강 위험으로 인해 여러 대체 재료가 개발되고 있다. 삼, 아마, 양모, 목재, 코르크 단열재가 대표적이다. 이러한 재료는 생분해성과 건강 프로파일이 주요 장점이다.[16] 광물 섬유와 비교했을 때 곰팡이 저항성이 낮고, 가연성이 더 높으며, 열전도율이 약간 높다는 단점이 있다. 삼 단열재의 열전도율은 0.040 Wm-1k-1이며, 광물 섬유 단열재는 0.030-0.045 Wm-1k-1이다.[16]
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