PU폼 실란트가 건조 후 수축되는 이유는 무엇입니까?

PU(폴리우레탄) 폼 실란트 건설 및 DIY 프로젝트에 필수적인 제품으로, 뛰어난 밀봉, 단열 및 틈새 메움 기능으로 유명합니다.

그러나 사용자들은 폼이 완전히 경화된 후 눈에 띄는 수축이나 표면에서의 벗겨짐을 보고 불안해하는 경우가 있습니다. 이러한 현상은 실링 성능을 저하시키고 단열성을 저하시키며 외풍이나 습기 침투로 이어질 수 있습니다. 이러한 수축의 원인을 이해하는 것은 전문적이고 지속적인 결과를 얻는 데 매우 중요합니다. 본 논문에서는 PU 폼 실란트 수축의 과학적 및 실제적 원인을 심도 있게 다루며, 특히 폐쇄 셀 PU 폼 구조의 역할과 작용하는 화학적 과정에 중점을 둡니다.

수축이 발생하는 이유를 이해하려면 먼저 경화된 PU 폼의 기본적인 구조를 이해해야 합니다. 대부분의 팽창 폼 실란트는 폐쇄 셀 PU 폼 구조를 형성하도록 설계되었습니다.

폐쇄 셀 폼에서는 팽창 과정에서 형성되는 기포(셀)가 폴리우레탄 폴리머 벽에 완전히 둘러싸여 있습니다. 이러한 개별 셀은 서로 분리되어 기체로 가득 찬 작은 구획들의 매트릭스를 형성합니다. 이러한 구조 덕분에 폼의 주요 이점은 다음과 같습니다.

• 높은 R값(단열): 갇힌 가스는 종종 열전도도가 낮은 발포제로, 열을 잘 전도하지 않아 우수한 열 절연성을 제공합니다.
• 습기 및 증기 차단막: 연속적인 폴리머 벽은 물과 공기의 침투를 차단하는 차단막 역할을 합니다.
• 구조적 강성: 세포벽은 폼의 강도와 압축 저항 능력에 기여합니다.

그러나 바로 이 구조가 PU 폼 실란트 수축 가능성의 핵심이기도 합니다. 이러한 셀의 구조와 내부 압력은 고정되어 있지 않으며 시간이 지남에 따라 변할 수 있어 치수 불안정성을 초래할 수 있습니다.

폴리우레탄 폼의 화학 및 셀 구조에 대한 자세한 기술적 설명을 원하시면 American Chemical Council의 폴리우레탄 부서에서 훌륭한 자료를 제공합니다.

수축은 단일 문제가 아니라 화학적 및 물리적 요인이 복합적으로 작용하는 결과입니다. 가장 중요한 원인은 폐쇄 셀 PU 폼 구조 내에 갇힌 기체와 관련이 있습니다.

1. 기체 확산 및 열 평형(가장 흔한 원인)

이는 정상적이고 최소한의 수축에 대한 가장 중요한 과학적 이유이며 더 심각한 경우를 설명할 수 있습니다.

• 경화 과정: 폼이 캔에서 배출될 때, 폼은 액체 상태입니다. 추진제(캔 내부)와 화학 발포제(반응하여 가스를 생성)가 폼을 빠르게 팽창시킵니다. 이 단계에서 셀을 채우는 주요 가스는 종종 CO₂(이소시아네이트와 물의 반응에서 생성됨)와 열전도도가 낮은 다른 발포제의 혼합물입니다.
• 거품의 "호흡": 거품이 팽창하고 피부가 형성되면 내부 기체는 외부 환경에 맞춰 안정화되기 시작합니다. 이산화탄소는 용해도가 높아 거품 세포 밖으로 비교적 빠르게 확산됩니다. 동시에 대기 중 공기(주로 질소와 산소)가 세포 안으로 확산되지만, 이 과정은 더 느립니다.
• 압력 불균형: 이산화탄소의 빠른 손실은 공기가 완전히 대체되기 전에 세포 내부에 일시적인 진공 또는 음압을 생성합니다. 이로 인해 세포가 약간 수축하여 폼의 전체 부피가 감소합니다. 이러한 확산 과정은 연속적이며 온도의 영향을 받습니다. 폼이 대기압 및 가스 조성과 평형 상태에 도달하면 수축이 안정화됩니다.

고품질 폼은 이러한 효과를 최소화하도록 제조되지만, 이는 소재의 근본적인 특성입니다. 제조가 불량하거나 오래된 폼은 과도한 가스 확산을 일으켜 PU 폼 실란트의 수축이 더욱 심해질 수 있습니다.

2. 부적절하거나 불완전한 경화

PU 폼은 공기와 폼이 도포된 기질에서 발생하는 수분과 반응하여 경화됩니다.

• 수분 부족: 폼을 매우 건조한 환경(저습도)이나 차갑고 건조한 표면에 도포하면 경화 반응이 느려지거나 중단됩니다. 외부는 벗겨질 수 있지만 내부는 부드럽고 경화되지 않은 상태로 유지됩니다. 내부 구조가 강도를 완전히 발휘하지 못하기 때문에 가스 확산으로 인한 내부 압력을 견딜 수 없어 붕괴 및 심각한 수축이 발생합니다.
• 도포 두께: 폼 비드를 너무 두껍게 도포하면 문제가 될 수 있습니다. 바깥층이 경화되어 딱딱한 막을 형성하여 습기를 효과적으로 차단하고 안쪽 코어가 완전히 반응하여 경화되는 것을 방해합니다. 이렇게 코어가 없는 코어는 약해져서 시간이 지남에 따라 수축될 수 있습니다.

3. 적용 중 및 적용 후 온도 변화

온도는 PU폼의 동작에 중요한 요소입니다.

• 시공 중: 폼 용기는 실온(일반적으로 20~25°C 또는 68~77°F)이어야 합니다. 용기나 바닥이 너무 차가우면 화학 반응이 억제됩니다. 폼이 제대로 팽창하지 않고, 셀 구조가 약해져 나중에 따뜻해지면 수축되기 쉽습니다.
• 경화 후(열 팽창/수축): 대부분의 소재와 마찬가지로 경화된 폐쇄 셀 PU 폼은 온도 변화에 따라 팽창 및 수축합니다. 매우 추운 날에 많은 양의 폼을 도포하고 주변 온도가 크게 상승하면, 초기 도포 시 "가장 큰" 저온 상태가 될 수 있습니다. 온도가 상승함에 따라 셀 내부의 가스가 팽창하지만, 주요 움직임은 경화 중에 고정됩니다. 반대로, 고온에서 경화된 후 갑자기 냉각되면 폼이 예상보다 더 많이 수축할 수 있습니다. 이는 정상적인 물리적 반응이지만, 잘못된 수축으로 오인될 수 있습니다.

4. 품질이 좋지 않거나 유통기한이 지난 제품

폼 실란트의 화학 성분은 유통기한이 있습니다. 시간이 지남에 따라 캔 내부의 미리 혼합된 성분들이 분해되거나 사전 반응하기 시작할 수 있습니다. 오래되었거나 부적절하게 보관된 용기를 사용하면 셀 구조가 불안정한 폼이 생성되어 과도한 수축과 성능 저하가 발생할 수 있습니다.

원인을 이해하면 효과적인 해결책을 찾을 수 있습니다. 시공 환경과 시공 기법을 조절함으로써 PU 폼 실란트 수축 문제를 사실상 해결할 수 있습니다.

1. 표면 준비: 표면이 항상 깨끗하고 먼지와 기름기가 없는지 확인하십시오. 특히, 폼을 도포하기 전에 표면에 물을 살짝 뿌려주는 것이 중요합니다. 이렇게 하면 빠르고 완벽한 경화에 필요한 수분을 공급할 수 있습니다.
2. 온도 관리: 폼 용기는 사용 전 최소 24시간 동안 실온에 보관하십시오. 주변 온도와 표면 온도가 5°C~27°C(40°F~80°F)일 때 폼을 도포하십시오. 직사광선이나 서리가 내린 표면에는 도포하지 마십시오.
3. 도포 방법: 폼을 여러 겹으로 도포합니다. 깊은 충치의 경우, 충치 부위를 단계적으로 메웁니다. 첫 번째 층을 도포하고 완전히 경화될 때까지 기다립니다(연한 황갈색으로 변합니다). 그런 다음 두 번째 층을 그 위에 도포합니다. 이렇게 하면 크고 경화되지 않은 중심부가 형성되는 것을 방지할 수 있습니다.
4. 적합한 제품 선택: 고품질 전문가급 폼 실란트에 투자하세요. 이러한 제품은 더 안정적인 발포제를 함유한 더 나은 제형을 제공하여 치수 안정성이 더 높은 폐쇄 셀 PU 폼을 생성합니다. 항상 캔에 표시된 유통기한을 확인하세요.
5. 제조업체의 지침을 따르세요: 해당 제품의 화학 성분에 맞춰 만들어진 용기의 지침을 엄격히 준수하세요.

폴리우레탄 산업 센터(CPI)는 폴리우레탄 제품의 적절한 사용 및 적용에 대한 광범위한 가이드를 제공하는데, 이는 전문가와 DIY 사용자 모두에게 매우 귀중합니다.

PU 폼 실란트가 건조 후 수축하는 것을 관찰하는 것은 우려스러울 수 있지만, 이는 재료의 거동을 예측하고 관리할 수 있는 측면입니다. 근본 원인은 주로 폐쇄 셀 PU 폼 구조 내의 기체 교환 과정에 있으며, 불완전한 경화 및 극한 온도와 같은 요인이 복합적으로 작용합니다.

폼이 평형에 도달하면서 약간의 수축(일반적으로 1-5%)이 발생하는 것은 정상적인 현상으로 간주되지만, 상당한 수축은 적용 오류, 환경적 요인 또는 열악한 제품을 가리키는 경고 신호입니다.

PU 폼의 화학적 특성을 존중하고 표면 적시기, 온도 조절, 겹겹이 바르기 등의 모범 사례를 준수하면 폼이 완전히 경화되어 수축을 최소화하고 향후 수년간 단열 및 틈새 채우기 역할을 효과적으로 수행하는 견고하고 오래 지속되는 밀봉을 형성할 수 있습니다.