본 연구는 선행실험으로 갑각류껍질쓰레기를 탈아세틸화한 키토산을 이용한 시멘트 및 무시멘트 경화체의 특성을 평가하고자 실험을 진행하였다. 선행실험을 바탕으로 PVA섬유 혼입률에 따른 키토산 보드 특성을 평가하였으며 이를 통해 키토산의 건축재료로서의 활용 가능성을 검토하고자 하였다. 본 연구에 대해 다음과 같이 결론을 요약할 수 있다.

키토산 치환율에 따른 경화체의 특성을 검토하기 위한 실험을 진행하였다. 결합재는 보통 포틀랜드 시멘트로 하며, W/C는 50 (wt.%)로 고정하였고, 흡착재인 키토산의 치환율은 0, 5, 10, 15, 20 (%) 총 5가지 수준으로 실험을 진행하였다. 실험결과, 보통 포틀랜드 시멘트 기반 키토산 치환율에 따른 키토산 치환율이 증가할수록 공기량은 증가하고 유동성은 감소하는 경향을 보인다. 이는 키토산의 치환율이 증가함에 따라 배합수를 과도하게 소비하여 공기량이 증가하고 유동성이 감소 된 것으로 판단된다. 키토산 치환율이 증가할수록 휨강도는 증가하고 압축강도는 감소하는 경향을 보인다. 휨강도는 키토산의 섬유와 비슷한 구조와 분산강화 효과로 인해 증가한 것으로 판단되며, 압축강도는 키토산의 치환율이 증가함에 따라 표면이 개질되어 용해도의 감소로 인해 용해 및 분산능력이 떨어져 혼합이 수월하지 못하게 되어 감소한 것으로 판단된다. 키토산 치환율이 증가할수록 공기오염물질인 미세먼지, 포름알데히드 및 중금속 농도는 감소하는 경향을 보인다. 미세먼지는 양극(양전하)을 띠는 키토산이 전하 원리에 의해 음극(음전하)을 띠는 미세먼지를 잡아당기는 전하원리, 포름알데히드는 키토산의 구성성분 중 D-글루코사민의 아미노기(-NH2)가 포름알데히드의 카르보닐기와 반응하여 반응성이 없는 이민화합물과 물로 변환되면서 포름알데하이드를 흡착한 것으로 판단된다. 또한, 중금속은 키토산의 EDTA라는 아미노산 복합체가 금속 원소와 닿으면 결합하는 우수한 킬레이트 성질로 인해 흡착한 것으로 판단된다.

키토산 치환율에 따른 무시멘트 경화체의 특성을 검토하기 위한 실험을 진행하였다. 결합재는 순환 유동층 연소 보일러 플라이애시와 고로슬래그 미분말로 하였으며, W/C는 50 (wt.%)로 고정하였다. 키토산의 치환율은 0, 5, 10, 15, 20 (%)로 총 5가지 수준으로 실험을 진행하였다. 실험결과, 키토산 치환율이 증가할수록 공기량은 증가하고 유동성은 감소하는 경향을 보인다. 이는 키토산의 높은 흡수성으로 인한 배합수의 소비로 공기량은 증가하고 유동성이 감소 된 것으로 사료된다. 또한, 시멘트 경화체보다 비교적 공기량과 유동성이 낮게 나온 것은 순환 유동층 보일러 플라이애시가 공극을 채우고 시멘트보다 흡수율이 높아 감소한 것으로 판단된다. 키토산 치환율이 증가할수록 휨강도는 증가하고 공기량은 감소하는 경향을 보인다. 이는 키토산이 섬유와 비슷한 구조를 갖고 있으며, 키토산 분말이 압축강도에는 저항력이 떨어지나 분산강화 효과를 발휘하여 휨강도 증진에 도움이 되는 것으로 판단된다. 초기강도는 시멘트 경화체가 무시멘트 보다 높은 수준이지만, 7일 이후부터는 유사하거나 높은 강도를 나타낸다. 이는 재령이 증가함에 따라 고로슬래그및 플라이애시의내부에 있는 Si-Al을 활성화하여 중합반응으로 인해 Si-O-Al-O 결합을 구성하여 장기강도가 향상된 것으로 판단된다. 키토산 치환율이 증가함에 따라 공기오염물질인 미세먼지, 포름알데히드 및 중금속 농도는 감소한다. 이는 키토산은 양극(+)을 띠는 성질이 있어 전하 원리에 의해 음극(-)을 띠는 미세먼지를 잡아당겨 미세먼지를 흡착한 것으로 판단된다. 포름알데히드는 키토산의 구성성분인 D-글루코사민의 아미노기(-NH2)가 포름알데히드의 카르보닐기와 친핵성 첨가반응을 일으켜 반응성이 없는 방향성 물질인 이민 화합물과 물로 변환됨으로써 포름알데히드를 흡착한 것으로 판단된다. 중금속은 키토산의 금속이온들에 대한 우수한 킬레이트 형성과 유리 1차 아미노기(-NH2)와 전이금속의 배위결합으로 인해 중금속을 흡착한 것으로 판단된다.

PVA섬유 혼입률에 따른 키토산을 사용한 무시멘트 보드의 특성을 검토하기 위한 실험을 진행하였다. 결합재는 순환 유동층 연소 보일러 플라이애시와 고로슬래그 미분말로 하였으며, 키토산은 15 (%), W/C는 50 (wt.%)로 고정하였다. PVA섬유 혼입률은 0, 1, 3, 5 (%)로 총 4가지 수준으로 실험을 진행하였다. 실험결과, PVA섬유 혼입률이 증가함에 따라 휨파괴 하중이 증가하는 경향을 보였다. 너비방향의 휨파괴 하중은 섬유 혼입률과 관계없이 기존 석고보드 제품의 기준값을 만족하였으나 길이방향의 휨파괴 하중은 PVA섬유 혼입률 5%일 때 만족하였다. 이는 경화체 내 PVA섬유의 균열제어 성능과 가교작용으로 인해 강도가 증가한 것으로 판단된다. 또한, 경화체의 취성적 파괴로 발전하는 큰 균열 발생이 아닌 경화체의 전체의 섬유가 파단될 때 미세한 균열을 분포시킴으로써 강도증진에 기인한 것으로 판단된다. PVA섬유 혼입률이 증가함에 따라 보드의 함수율은 증가하지만, 밀도는 감소한다. 이는 PVA섬유가 고로슬래그에 비해 밀도가 낮아 밀도는 점차 감소하는 것이며 PVA섬유가 수분을 흡수하는 성질이 있어 함수율은 점차 증가하는 것으로 판단된다. PVA섬유의 혼입률이 증가함에 따라 내충격성은 증가한다. 이는 PVA섬유 표면의 요철이 키토산을 혼입한 무시멘트 경화체와의 물리적 결합(앵커효과)과 섬유의 공극충전효과에 의해 공기량이 감소함에 따라 증가한 것으로 판단된다.

종합적인 실험결과로, 키토산은 공기질 개선 효과 및 휨강도 증진 효과를 가지며, PVA섬유를 혼입한 무시멘트 보드는 PVA섬유 혼입률 5%이상일 때 휨파괴 하중(길이방향, 너비방향), 밀도 및 함수율 및 내충격성에서 가장 높은 성능 값을 나타냈다. 이러한 결과는 키토산을 활용한 보드의 공기오염물질 개선 및 기초적 물성을 확보하기 위한 기초연구 데이터로 사용될 수 있을 것이며, 추후 보드 두께에 따른 무시멘트 보드의 실용성에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.