석고모형재 특성

석고모형의 중요한 특성으로는 경화시간, 분말입자의 미립도, 압축강도, 인장강도, 경도, 내마모도와 미세부위 재현성 그리고 경화팽창량 등이 있다. 

 

1) 경화시간 

(1) 정의와 중요성

반응이 완료되기까지 소요시간을 최종 경화시간(final setting time)이라고 한다. 경화시간이 너무 빠르면 술자가 재료를 적절히 취급할 수 있는 시간적 여유가 부족하게 되며, 반대로 경화시간이 너무 길면 시간 낭비를 초래할기 대문에 적절한 경화시간은 석고재료에서 요구되는 중요한 성질 중의 하나이다.

분말과 물을 혼합할 때, 초기에는 소량의 반수화물이 수화물로 변환되기 때문에 인상체와 몰드 속으로 주입하기 용이하나 시간경과에 따라 더욱 많은 양의 이수화물이 형성되면 혼합물의 점도가 증가하게 되고 유동성이 감소하여 미세한 부위로 침투할 수 없는데, 이때까지 시간을 작업시간(working time)이라 한다. 최종 경화시간은 모형이 완전히 굳어져 깨지거나 변형됨이 없이 인상체로부터 제거될 수 있는 시간을 의미한다. 반면에 초기 경화시간은 재료의 반응 과정 중에 어느 정도 굳었을 때를 인위 적으로 표현한 시간으로 인위적으로 결정된 시간은 반경화된 재료의 상태를 의미하며, 작업시간이 지난 직후의 상태로서 아직 완전한 경화는 되지 않은 상태를 의미한다. 

 

(2) 측정 

초기 경화시간의 측정은 통상 침입시험법으로 행하나, 다른 여러 가지 방법으로도 측정이 가능하다. 예를 들면, 혼합된 석고제품의 표면으로부터 광택이 소실되는 때를 측정함으로써 초기 경화시간을 측정하는 방법과 석고반응이 발열반응이라는 점을 이용하여 온도 상승곡선에서 초기 경화시간을 구하는 방법이 있다. 침입측정법을 이용할 때는 비카트 장치를 이용한다. 이 장치는 침의 직경이 1 mm이고, 봉무게가 300g으로 되어 있다. 측정 시에는 하단의 링모양의 용기 내에 석고 혼합물을 채워 넣고 장치의 봉을 서서히 내려 섞고 혼합물의 표면에 닿도록 한 뒤, 그대로 내려가도록 하였을 때 침이 링모양의 용기의 바닥면에 닿지 못하게 되었을 때까지의 시간을 초기 경화시간으로 측정한다. 또 다른 종류의 기구로 길모어침 장치가 있으며, 이 장치로는 초기 경화시간과 최종 경화시간 모두를 측정한다. 

 

(3) 경화시간 조절 

석고의 경화시간은 쉽게 조절할 수 있다. 플라스터가 대기로부터 수분을 흡수하였을 때 경화시간과 다른 성질이 변화된다. 그 밖에 약품첨가로 석고의 화학반응속도를 조절할 수 있으며, 경화시간을 수 분 내로 단축하거나 수 시간이 되도록 지연시킬 수 있다. 

앞에 설명한 반수화물과 이수화물의 용해도의 차이 대문에 석고가 경화된다. 20도씨의 온도에서는 반수화물의 용해도가 이수화물의 용해도에 비하여 4.5배에 이른다. 화학약품으로 이러한 4.5라는 비율을 증가시키면 반응속도가 빨라지고, 경화시간은 단축된다. 이러한 기능을 가지는 염의 종류를 반응촉진제라고 부른다. 반면 어떤 종류의 염을 첨가하여 이 비율을 감소시킬 수 있으며, 경화시간을 지연시킬 수 있는데 이러한 것을 경화지연제라고 부른다. 

모든 경화촉진제나 지연제가 이러한 원리에 기초하여 효과를 나타내는 것은 아니지만, 일반적으로 석고 제조 시에는 화학약품을 첨가하여 경화시간과 조작조건을 변화시키게 된다. 

 

(4) 제조자에 의해 조절될 수 있는 요인들

가장 쉽게 석고경화시간을 조절하는 방법은 화학약품을 이용하는 것이다. 2% 황산칼류(K₂SO₄)는 약 10분인 경화시간을 4분 정도로 단축시킨다. 반면 2% 붕사는 경화시간을 수 시간으로 증가시킨다.

소량의 황산칼슘이수화물 분말을 모형용 석고에 첨가하면 그것들이 핵으로 작용하여 경화촉진제의 기능을 나타낸다. 이러한 방식의 경화촉진제인 terra alba는 저농도에서 현저한 효과를 보여 0.5-1% 농도로 사용하며, 1% 이상의 농도에서는 경화시간에 영향을 주지 않는다. 대개 석고 제조과정에서 는 1%의 terra alba를 첨가한다. 일반적인 조건에서 모형용 석고를 사용하는 경우 용기의 뚜껑을 개폐함으로써 경화시간의 변화가 발생되는 것을 최소로 한다. 사용 시가 아니면 수분 오염을 방지하기 위해 플라스터의 보관용기를 닫아두어 경화시간이 길어지는 것을 방지하는 것이 좋다. 

 

(5) 혼수비

혼수비와 혼합호전수에 의해서도 경화시간이 변한다. 혼수비가 많아지면 경화시간이 길어진다. 혼합회전수가 많을 때 경화시간이 짧아지는 것을 나타내고 있다. 

석고를 손으로 혼합한 경우와 모터 및 진공을 이용한 기계적 혼합기로 혼합한 경우를 비교한 것으로서 기계적 혼합기를 이용한 경우에 경화시간이 짧은 것을 나타내고 있다. 

 

2) 점도 (Viscosity)

고강도경석고와 인상용 플라스터의 점도이다. 

고강도경석고는 21,000 sowl 101,000 centipoises (cp) 정도의 점도를 나타낸다. 점도가 높은 석고로 모형을 만든 경우가 더 많은 기포를 형성한다. 인상용 플라스터는 가장 낮은 점도를 보이며, 연조직의 변형 없이 인상을 채득 할 수 있다. 

 

3) 압축강도

석고는 비교적 높은 압축강도를 보이는 재료이며, 혼수비(ml/g)가 크면 압축강도가 감소한다. 플라스터는 고강도경석고에 비하여 여분의 물을 많이 필요롤 하기 때문에 비중이 작고 기포가 많으며 따라서 압축강도도 낮다. 

1시간 후의 압축강도는 플라스터가 12.5 MPa이고, 경석고는 31 MPa이며, 고강도경석고는 45 MPa이다. 이러한 수치는 표준 혼수비로 혼합한 대이며, 혼수비를 다르게 하면 크게 달라지게 된다. 혼수비가 압축강도에 미치는 영향은 진공 혼합기를 사용하였을 때 고강도경석고의 압축강도가 조금 증가하는 것을 볼 수 있다. 고강도경석고를 혼수비 0.3 또는 0.5로 하여 혼합하면 경석고나 플라스터의 압축강도와 유사한 수준으로 낮아진다. 

경화된 석고 내에 여분의 물이 남아있는 동안에 측정된 강도를 습윤강도(wet strength, green strength)라고 하고, 여분의 물이 증발된 후에 측정되는 강도를 건조강도(dry strength)라고 한다. 건조압축강도는 습윤강도의 2배에 이른다. 여분의 물은 매우 느린 속도로 증발하므로 석고의 압축강도는 균일하게 증가하지 않는다. 이론적으로 경석고 내에는 8.8%의 여분의 물이 남아있게 된다. 이 중에서 7%에 해당하는 잔여수분이 증발될 때까지는 압축강도의 큰 변화가 일어나지 않는다. 그러나 여분의 물 7.5%가 증발하게 되면 압축강도는 급격히 높아지게 된다. 그 후 모든 잔여수분(8.8%)이 증발하면 압축강도는 55 MPa에 이르게 된다. 석고의 건조시간은 석고혼합물의 크기와 주변대기의 온도와 습도에 따라 다르다. 일반적인 실온과 습기 조건에서 의치용 플라스크를 채우는 정도의 석고로부터 여분의 물이 건조되기 위한 시간은 7일 정도이다.