석재 오염 얼룩의 화학적 접근

석재 오염 얼룩의 화학적 접근  

건축물 관리에 있어서 얼룩을 제거할 목적으로 손에 잡히는 대로 아무 세척제나 골라 사용해 보는 것이 일반적인 현실입니다. 그러나 이런 무모한 방법은 얼룩의 면적을 확대하거나 심화시키는 결과를 얻을 뿐입니다. 우리가 석재의 얼룩을 제거하기 위해 필연적으로 사용해야 하는 각종 화학약품은 석재와 약품에 대한 기본적인 지식과 경험을 요구하고 있으며 나아가 석재오염 예방을 위해 건축물 시공과 구조, 자재에 이르기까지 다양한 전문 지식을 필요로 합니다. 여기서는 얼룩에 대한 화학적 접근 방법에 관해 알아 보기로 하겠습니다. 

     1. 세척제와 화학반응   
     2. pH란 무엇인가?  
     3. 수성 및 유성의 화학 세척제   
 

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    석재의 오염을 제거하는데 필요한 화학적 지식은 무엇일까요? 그것은 아주 기초적인 지식만을 요구하는 것입니다. 세척제가 산성인지, 알칼리성인지, 중성인지를 알고 석재의 특성과 성질, 그리고 오염원에 대한 화학적 특성을 안다면 누구나 간단한 테스트를 통해 화학약품을 사용할 수 있는 것입니다. 추측과 선입관을 통해 화학약품을 사용하는 무모함은 없어야 합니다. 

테스트를 통한 적합한 약품의 선택은 작업자의 업무 피로도를 감소시키고 작업의 효율과 작업수준을 크게 향상시킬 수 있습니다. 

화학약품을 사용하기 위해서는 화학에 대한 기본적인 지식과 경험이 상당히 중요합니다. 각종 화학약품은 잘못 배합되면 석재에 심한 손상을 입히며 나아가 작업자의 생명을 위협하는 물질로 변화될 수 있습니다. 예를 들면 가정용 표백제와 세척용 암모니아가 혼합되면 치명적인 가스가 분출되는데, 이 가스는 인명을 해칠 수도 있습니다. 특히, 얼룩 제거용 약품들은 손쉽게 구입할 수 있는 위의 두 약품보다 훨씬 더 위험할 수 있습니다.  
  
  
 

1. 세척제와 화학반응  
  
    화학이라고 하는 것은 전반적인 화학제품의 특성과 반응, 새로운 물질의 합성 및 사용에 관한 학문입니다. 예를 들어 산성 세척제가 마블이나 라임스톤과 같은 대리석과 접촉하면 세척제의 산성분은 대리석의 칼슘 성분을 공격합니다. 이 과정을 화학반응이라고 합니다.  
또 하이타이를 물에 섞어 용해시키면, 하이타이에 포함된 각종 개별적인 화학약품이 상호간 또는 오염원과 어떻게 반응하는가에 대한 지식은 적합한 화학약품을 선택함에 있어 아주 중요합니다. 

    대리석에 산을 부으면 어떤 일이 발생하나요? 

대리석은 탄산칼슘의 합성물로 이루어져 있으며, 탄산칼슘의 화학기호는 CaCO3 입니다.  
산 역시 종류에 따라 고유의 화학기호로 표시됩니다.  예를 들어 염산은 HCl로 표시됩니다.  
염산을 대리석에 부으면 대리석의 탄산칼슘 성분과 반응하여 거품이 발생하면서 "쉭" 소리를 내며 대리석 표면에 부식(Etching)이 발생하는데 이 과정을 화학 공식으로 표시하면 다음과 같습니다. 

               CaCO3 + HCl  =  CaCl2 + H2O + CO2  

산(HCl)은 탄산칼슘의 칼슘(Ca)과 탄산(CO3)의 결합을 분리시켜, 염화칼슘(CaCl2), 물(H2O), 이산화탄소(CO2)를 생성합니다. 이 과정에서 "쉭”소리를 내며 발생하는 기체가 이산화탄소이며 공기 중으로 분출됩니다. 

모든 산들은 각기 다른 강도를 지니고 있습니다. 즉 강산과 약산이 존재하며, 이러한 산의 강도를 나타내는 단위가 pH 값입니다.  
  
 

2. pH란 무엇인가? 

    pH란 무엇이며, 얼룩 제거에 어떻게 적용할 수 있을까요? 

pH는 용액이 산성인지 알카리성인지를 표시하는 단위입니다. pH는 수용액에만 적용됩니다. 톨루엔, 아세톤, 신나 등의 여러 가지 유기용제는 pH 값을 지니지 않습니다. 

용액이 얼마나 산성인지 또는 알카리성인지는 리트머스종이, pH측정기로 측정할 수 있으며, 판독한 수치를 기준으로 pH값을 결정하는데, 이러한 리트머스 종이 및 pH측정기는 과학재료상이나 이화학용품 공급상에서 구입할 수 있습니다. 

    pH 값 

수용성 화학약품의 pH는 1에서 14까지의 값을 갖습니다. 용액이 1 ∼ 6의 pH값을 가지면 산성, 7의 pH값을 가지면 중성, 8 ∼ 14 의 pH값을 가지면 알카리성으로 간주합니다. pH 값을 표로 나타내면 아래와 같습니다.  
 

pH 값 

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

산성                                   중성                                       알카리성

수용액의 pH 강도는 수용액이 나타내는 pH 값으로 표시됩니다.  
산성의 pH

값은 수치가 작을수록 산의 강도가 강하고, 알카리성의 pH 값은 수치가 클수록 알카리의 강도가 강합니다. 그래서 pH 5 보다 pH 4 가 강한 산성이고 pH 9 보다 pH 10 이 강한 알카리성입니다.  
pH 값 상의 각 단계별 증감은 10배의 증감을 나타냅니다. 즉, pH 3 은 pH 4 보다 10배 강한 산이며, pH 5 보다는 100배 강한 산입니다. 같은 원리로, pH 11 은 pH 10 보다 10배 강한 알카리이며, pH 9 보다는 100배 강한 알카리입니다. . 

석재 세척시 "석재에는 중성 세척제를 사용하라"는 것은, pH 값이 7 인 세척제를 사용하라는 의미입니다.  
 

    이러한 화학적 지식은 석재 관리와 어떤 연관이 있을까요? 

대리석과 같이 주성분이 칼슘인 석재는 산에 대단히 민감합니다. 레몬 또는 식초와 같은 산성 물질이 대리석의 광택면에 접촉될 경우, 표면에 부식(Etching)을 발생시켜 광택면에 손상을 주게 됩니다. 그러므로 광택 대리석에는 산이 접촉되지 않도록 해야 하는 것이 지극히 상식적인 지식입니다. 

그러나 화강석은 산에 민감한 광물질을 거의 함유하고 있지 않으므로 일반적으로 약한 산성의 화학약품은 화강석에 별로 영향을 주지 않습니다. 그러나 강산성의 약품이나 산 자체를 직접 접촉시키면 역시 화강석에도 부식(Etching)이 발생됩니다. 

알카리성 화학약품은 석재 광택을 흐리게합니다. 일반적인 석재 세척제, 왁스 제거제, 암모니아 용액, 수산화나트륨 등이 알카리성 화학약품에 속합니다. 오염 제거시 알카리성 화학약품을 사용하여 오염을 제거하는 것이 일반화되었고 요즘은 가정에서도 다양한 알카리성 세제를 사용하고 있습니다. 그러나 알카리성 화학약품도 광택면 대리석의 표면에 손상을 주며 인체에도 매우 해롭습니다. 주의하여 사용하지 않으면 커다란 문제를 야기시킬 수 있습니다. 

알카리성 세척제를 사용할 경우 물로 충분히 린스하여 석재에 남아 있는 알카리 성분을 완전히 제거해야 합니다. 그렇지 않으며 알카리 성분이 석재의 기공으로 침투하여 오랜 시간이 지나면 불용성 염(salt)을 형성하여 석재 손상의 원인이 됩니다. 

또한 특정의 인조석은 알카리 세척제에 매우 민감합니다. 일부 인조석은 폴리에스터 바인더로 결합되어 있는데, 이러한 바인더가 알카리 용액에 의해 손상될 수 있습니다. 그러므로 인조석에 알카리 세척제를 사용하는 경우, 항상 시험작업을 통해 손상되는지를 확인해야 합니다.  
  
  
 

3. 수성 및 유성의 화학 세척제 

    얼룩 제거를 위한 모든 화학 세척제는 크게 수성과 유성의 두 가지 범주로 분류할 수 있습니다. 수성 화학약품은 물을 함유하고 있는 화학약품으로, 물에 쉽게 용해되며 비누, 주방용 세제, 표백제, 암모니아 수, 에멀젼 왁스 등이 여기에 속합니다. 

유성 화학약품은 물을 함유하고 있지 않으며, 혼합되어 있는 화학 성분들이 알코올이나 탄화수소계 용제에 용해되어 있습니다. 실리콘 발수제, 파라핀왁스, 신나, 아세톤, 에폭시, 메틸렌크로라이드, 폴리우레탄, 폴리에스터 등이 있으며 이러한 용제의 종류는 수 백 가지에 달합니다. 

특정의 얼룩에 어떠한 화학약품이 효과적으로 작용하는가에 대한 지식은 중요합니다. 만일 특정의 얼룩이나 코팅이 수성이라면, 이들을 가장 효과적으로 제거할 수 있는 것은 수성의 화학약품 입니다. 반면에 얼룩이나 코팅이 유성이라면 이들을 제거하기 위해선 유성의 화학약품을 사용하는 것이 효과적 입니다. 

물론 이러한 법칙에도 예외는 있으나, 이러한 기본적인 지식은 적합한 화학약품을 선택하는데 많은 도움이 됩니다. 예를 들어 석재면의 폴리우레탄 코팅을 제거하려 한다면 대부분의 폴리우레탄은 유성이므로, 이를 제거하기 위해서는 유성의 화학약품을 사용해야 합니다. 대부분의 폴리우레탄은 물에 용해되지 않아 수성의 화학약품으로는 제거할 수 없습니다. 

   * 참고 *  
수성 폴리우레탄 및 이러한 코팅의 제거를 위한 수성 스트리퍼가 개발되고 있습니다. 이러한 스트리퍼는 일반적으로 장시간의 침투 시간을 요하지만 유성 화학약품보다는 안전합니다.  
 

    수성 및 유성을 어떻게 확인할 수 있을까요? 

첫째 방법은 M.S.D.S.(Material Safety Data Sheet)라고 불리는 물질안전자료를 확인하는 것 입니다. M.S.D.S는 화학약품의 누출이나 화재 등의 안전사고 발생시 필요한 안전 조치에 대한 정보를 제공하고 있으며, 더불어 제품의 인화점을 명기하고 있습니다. 물은 인화점이 없으므로 제품의 인화점이 없는 경우, 그 제품은 수성일 가능성이 높습니다. 

또 하나의 기준은 끓는점입니다. 물의 끓는점은 100℃이므로, 화학약품의 끓는점이 동일하게 100℃라면 그 제품은 수성일 가능성이 높습니다. 그러나 특정의 용제(유성)는 100℃의 끓는점을 가질 수 있으므로 주의해야 합니다. 수성이냐 유성이냐를 확인하는 가장 간단한 방법은 기본적인 용제를 숙지하는 것입니다. 

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