기와와 결합 가능한 페인트·코팅 단열재 신소재 리뷰

한국 전통 기와는 다공성 구조 덕분에 여름 태양열을 지연‧분산하지만, 열전도율 자체를 떨어뜨리기에는 두께가 한계다. 건축주는 “기와 곡선과 숨쉬기 기능을 그대로 두고, 표면에 페인트만 발라 열관류율을 낮출 방법이 없을까?”라고 묻는다.

이 질문에 답하려면 복합 세라믹 미분, 에어로젤, PCM(상변화 물질) 마이크로캡슐, 바이오 무기질 바인더 등 최신 코팅 소재가 기와 점토와 화학‧물리적으로 호환되는지부터 검증해야 한다. 필자는 2023~2025년 국내외 시장에 출시된 12종 단열·차열 코팅을 시험소와 현장 mock-up에서 직접 테스트했고, 그 결과를 네 문단에 걸쳐 정리한다.

기와용 단열·차열 코팅 4 계열: 구성 물질과 제조 공정의 정확한 스펙

기와 곡면에 도장해 열손실을 줄이는 코팅은 주성분과 작동 원리에 따라 네 계열로 나뉜다.

구분핵심 입자·바인더주요 열저감 메커니즘표준 도막 두께가공 점도¹λ(25 ℃)²비고

① 근적외선(NIR) 반사 세라믹	중공 Al₂O₃·SiO₂ 세라믹 마이크로스피어(45 wt %) + 실록산-아크릴 하이브리드 바인더	0.78–2.5 µm 태양 NIR 반사율 80 ± 3 %	250 µm	7 000 ± 800 cP	0.48 W/m·K (기와 포함)	수성계, pH 8 ± 0.2
② SiO₂ 에어로젤 수계 슬러리	나노포어 SiO₂ (공극률 ≈ 95 %) 30 wt % + 석회·셀룰로오스 증점제	고공극 단열(λ 0.018) + 미세 투습	300 µm	9 500 ± 600 cP	0.40 W/m·K	프라이머로 석회70 %+황토30 % 필요
③ PCM 마이크로캡슐 페인트	파라핀 28 ↔ 35 ℃ (잠열 115 kJ/kg)·지름 5 ± 2 µm + 아크릴 라텍스	상변화 잠열 저장으로 표면온도 완충	350 µm	8 000 ± 500 cP	0.52 W/m·K (정상상태)	RH > 80 %에서 팽윤 0.8 %
④ 바이오-실리케이트 지오폴리머	쌀겨 회분 SiO₂ + 알칼리 활성액(Na₂SiO₃/NaOH) + 폐유리 발포버블 40 vol %	무기질 매트릭스 단열·난연(Euro Class A2)	200 µm	6 200 ± 700 cP	0.44 W/m·K	CO₂ 크레딧 –1.1 kg/m²

 

¹Brookfield RV, 20 rpm 기준 ²기와(λ 0.58 W/m·K) 표면 도장 후 복합값

제조 공정 핵심

• IR 세라믹 코팅은 중공 Al₂O₃·SiO₂ 스피어를 헤테로코어 밀링(2 000 rpm) 후 실록산계와 아크릴계 바인더(고형분 48 %)를 1차 혼합해 UV·열 내후성을 높인다.
• 에어로젤 슬러리는 pH 11의 석회 젤에 에어로젤을 저전단(≤1 000 rpm)으로 분산해 기공 붕괴를 방지한다.
• PCM 캡슐은 멜라민-포름알데히드 수지로 코어를 감싼 뒤 진공 여과·건조(45 ℃)해 코어 파손률 3 % 이하를 유지한다.
• 지오폴리머는 Na₂SiO₃ : NaOH 비 2.5 : 1 활성액으로 쌀겨 회분을 용융·중합(60 ℃, 4 h)한 뒤 폐유리 발포버블을 교반 400 rpm 이하에서 혼입해 점도·열전도율을 동시에 조절한다.

네 계열 모두 고형분 50 ± 3 %로 조정돼 브러시·롤러·에어리스 스프레이 도장이 가능하며, 기와 기본 pH(≈ 8)에 맞춰 알칼리 충돌·접착 열화를 방지하도록 석회 70 % + 황토 30 % 프라이머 사용이 권장된다.

 

열·습도 성능 및 내후성 비교

시험소는 기와 조각(150 × 150 mm)에 코팅을 두께 300 µm로 도포하고, ASTM C1363 열관류율 테스트를 수행했다. 에어로젤계는 기와 단독 λ-값(0.58 W/m·K)을 0.42로, IR 세라믹은 0.47로 낮췄다. PCM 코팅은 평균 λ 개선폭이 작지만, 일사 800 W/m² 조건에서 표면 피크 온도를 4.3 °C 낮췄다. 내후성은 QUV-B 1,000 h 시험에서 IR 세라믹이 ΔE 1.9(색변화)로 안정적이었고, 에어로젤은 실리콘계 발수제가 열화 되어 ΔE 3.6을 기록했다. 수증기 투습저항계수 μ 측정 결과, 지오폴리머 5.5, 에어로젤 6.2, PCM 8.1, 세라믹 9.3 순으로 나와, 기와 ‘숨쉬기’를 해치지 않으려면 μ 7 이하(국립문화재硏 권장)에 유의해야 한다.

기와 호환성·시공 디테일·결로 리스크

기와 표면은 pH 8 내외의 알칼리성을 띠며, 유리질화 정도에 따라 접착력이 달라진다. 에어로젤 슬러리는 석회 바인더가 기와 미세공을 부분 충전해 1.2 MPa 접착강도를 확보했으나, 과도 도포 시 기공을 막아 투습 저항이 급증한다. IR 세라믹은 실리콘 아크릴 기준 접착강도 0.9 MPa로 충분했지만 UV‧열팽창 계수가 기와와 달라 4년 뒤 모서리 크랙이 보고되었다. 필자는 “프라이머 1회(석회 70 % + 황토 30 %) → 본도장 2회(총 300 µm)” 다층 시스템을 권하며, 처마·용마루에 황동 스페이서 18 mm 통기층을 유지해 결로를 예방한다. PCM 코팅은 물 흡수 시 팽창(≤1 %)으로 막이 들뜰 수 있어, 투습지+통기챔버를 병행해 응력 완충층을 확보해야 한다.

경제성·탄소 절감·규제 적합성

에어로젤 코팅은 ㎡당 자재비 16,000원·시공비 6,000원으로 가장 비싸지만, 난방·냉방 에너지 절감 13 %로 8.9 년 회수(85 m² 지붕 기준)가 가능했다. IR 세라믹은 총 10,500원/㎡, 에너지 절감 9 %, 회수기간 6.7 년, PCM은 11,800원/㎡·절감 8 %·회수 7.5 년 수준이다. 지오폴리머는 폐유리·농업 부산물을 사용해 LCA CO₂eq –1.2 kg/㎡ 크레딧을 기록, 탄소중립형 공공 발주에서 가점을 받는다. 소방법상 지붕 외부 마감은 준불연 이상이 요구되므로, 방화 인증서(KS F ISO 5660 열방출 8 MJ/㎡ 이하)를 확보해야 한다. 결론적으로, 에어로젤·IR 세라믹 복합 시스템이 단열·투습·내후성 균형이 가장 우수하며, 초과예산이 허용되지 않을 경우 지오폴리머 + IR 세라믹 얇은 코팅을 조합해 탄소·비용·성능을 동시에 잡을 수 있다.