유리(GLASS) 이야기 6

유리의 부식

유리(GLASS)는 반영구적이고 선명도가 우수한 건축 재료이지만, 물에 장기간 노출되거나 알칼리와 접촉하면 변색과 오염의 우려가 있어 보관과 유지관리에 각별한 주의가 필요합니다.

이번 이야기는 다소 생소하지만 실제로 주위에 많이 일어나는 현상으로, 유리의 선명도를 떨어뜨리고 영구적인 손상을 발생시키는 ‘유리의 부식’에 대해 알아보겠습니다.

유리의 부식

유리의 특징

건축용으로 많이 사용되는 소다석회 유리는 이산화규소(SiO2)와 소다(Na2O), 석회(CaO)를 고온에서 용융시켜 성형틀 안에 부어 넣고 서서히 냉각시키는 과정을 거쳐 판유리로 만듭니다. 유리는 화학적으로 매우 안정된 형태이지만 아래와 같은 표면의 물리적인 특성과 알칼리에 약한 화학적 특성을 지니고 있습니다.

① 유리의 표면

유리의 표면이 매끄럽다고 생각하지만 실제로 현미경으로 관찰하면 그림과 같이 달의 표면처럼 봉우리와 깊은 계곡처럼 굴곡을 형성하고 있습니다. 이런 유리의 특성은 표면에 오염물질이 쉽게 달라붙게 합니다.

유리의 표면

② 친수성

유리는 수분을 좋아하는 성질이 있어 표면에 물기가 잘 달라붙는데 이러한 유리의 특성은 장기간 습기에 노출되는 환경을 만들게 되어 수분이 유리의 표면에 염기와 이온화 반응이 쉽게 발생하게 합니다.

③ 화학 반응성

유리는 산(Acid)에 매우 강하지만 알칼리나 금속산화물과 반응하여 표면에 잘 부착되어 잘 떨어지지 않습니다. 유리의 오염이 일어나고 장기간 방치하면 표면에 변색과 오염을 수반하고 영구적인 손상을 가져오게 됩니다.

유리부식의 원인

유리를 부식시키는 요인은 장기간 수분에 노출되어 발생하는 부식과 알칼리등과 반응하여 발생하는 화학적 반응을 들 수 있습니다.

① 장기간 수분에 의한 부식

유리의 보관하는 과정에서 수분에 장기간 노출 시 주로 발생하며, 이런 수분에 의한 유리의 부식은 아래와 같이 2단계에 걸쳐 유리에 포함된 물질과 수분과의 이온화 반응에 의해 발생됩니다.

유리와 수분의 이온화 반응

[Stage 1]에서는 유리의 실리카와 나트륨 성분이 수분과 이온화 반응을 통해 유리표면이 약한 알칼리化 되어 백화(whitish) 현상이 발생하는 과정이고

[Stage2]는 장기간 수분에 노출되어 pH 9.0 이상의 강알칼리化 되어 유리의 망상 구조(Si-O-Si)를 파괴시켜 회복 불가능한 오염과 얼룩이 발생합니다.

② 알칼리 등 화학물질에 의한 부식

건축 재료에 포함되어 있는 알칼리는 유리와 반응하여 짧은 시간에 반응하여 표면에 고착됩니다. 특히 콘크리트, 시멘트와 같이 높은 알칼리성에 의한 화학적인 반응은 단기간 백화와 같은 현상이 나타나고 물리적인 표면 손상으로 이어집니다. 유리와 화학 반응하는 물질을 살펴보면 칼슘염(무기물_콘크리트, 시멘트), 금속산화물(무기물_차량, 건축재료의 금속 분진), 탄화수소(유기물_차량매연), 기타 오염물(유기물_실란트) 등이 있습니다.

유리 부식 방지 방안

① 유리의 보관 및 운반

- 유리는 외기의 영향을 받지 않도록 창고 내부나 천막으로 보양하여 보관합니다..

- 유리 적치 시 유리 사이는 반드시 spacer를 설치하여 격리시켜야 하며 유리를 포개어 보관하면 마찰로

인한 유리 표면 손상이 발생하고, 유리 사이에 수분이 정체되어 부식이 발생됩니다. 유리 보관 시 종이

를 끼워 넣어 간격을 확보해야 합니다.

- 유리와 금속 물질이 닿지 않도록 합니다.

유리의 올바른 보관 방법

② 유리의 청소

- 시멘트, 콘크리트, 석분등 알칼리가 포함된 물질과 접촉되지 않도록 하고 오염물질이 묻었을 경우 즉

시 부드러운 헝겊 등으로 닦아 냅니다.

- 유리를 청소 시 계면활성제가 포함된 유리 전용 세정제를 사용합니다.

③ 유리 부식의 확인 및 처리방안

- 유리가 부식하는 과정에서 망상(Si-O-Si)의 결합이 깨지면서 규산(SiO) 성분이 발생합니다. 열 분석

을 통해 유리 표면에 규산이 검출되면 유리 부식으로 판단할 수 있습니다.

- 유리 부식이 발생된 초기에 세척하지 않고, 장기간 방치하면 유리를 세척해도 백화현상이 발생하기 때

문에 유리를 교체하여야 합니다.

* 열분석 시험 : 연소과정에서 발생하는 고유의 스펙트럼을 분석하는 시험으로 ‘SEM’, “TGA’ TEST가

이에 해당되고 화학시험 연구원 등에서 수행.

마치며

기술한 바와 같이 일단 유리의 부식은 세척을 통해서도 없어지지 않고 유리를 교체해야 되는 중대한 하자입니다. 특히 장마철에 현장에서 유리를 장기간 보관 하거나 유리를 가공하는 공장에서 유리의 적절한 보관과 오염방지를 통해 유리의 부식을 사전에 예방하는 것이 최선의 대책입니다.