재배관리(6) - 피복 자재 이용

원예작물의 재배용 시설의 피복 자재는 크게 외면피복용, 보온용, 차광용 및 보광·반사용 피복 자재로 구분되며, 자재의 종류와 특성에 따라 시설 내의 광선, 온도, 습도 등의 환경과 작업성이 크게 달라진다.

 

가. 피복 자재의 구비 요건

 

외피복재가 구비해야 할 주요 특성으로는 ① 광선 투과율이 높고 피복 후 시간이 지나도 잘 변하지 않고 가능한 오래 유지되어야 한다. ② 장파장(열선)의 투과율이 낮아야만 보온성이 좋다. ③ 투과되는 광선이 산광(散光)이 되는 것이 좋고 생육에 유효한 파장대의 광선이 차단되지 말아야 한다. ④ 인장 강도가 커서 잘 찢어지지 않으며 충격에 견디는 힘이 강하고 오래 사용할 수 있어야 한다. ⑤ 먼지가 잘

묻지 않으며 물방울이 맺히지 않고 흘러내려야 한다. ⑥ 작업성이 좋아야 하고 가격이 저렴하여야 한다.

한편, 보온 피복재가 갖추어야 할 주요 특성으로는 ① 외피복 내부에 설치되는 보온 커튼 자재는 장파의 복사투과율이 낮거나 반사율이 높아야 한다. ② 덮개용 보온 피복재는 열전도율이 낮고 일정한 두께가 있어야 한다. ③ 광선 투과율이 높은 것이 좋고 개폐가 쉬운 것이 좋다. ④ 하우스 내의 안개 발생과 과습 방지를 위해 투습성이 높은 것이 좋다. ⑤ 설치 및 철거, 보수가 용이하고 장치화가 가능한 것이면 좋다.

 

나. 피복 자재의 주요 특성

 

(1) 광학적 특성

태양 광선은 그 파장이 자외선(380nm 이하), 가시광선(380~780nm) 및 적외선 (780nm 이상)으로 이루어져 있다. 광선은 피복 자재를 투과하면서 동시에 반사, 흡수되기 때문에 투과량이 감소하게 된다. 피복 자재의 파장별 투과 특성은 하우스의 성능을 결정하는 중요한 요인이 된다. 광합성 유효파장(400~700nm)은 작물의 생육과 밀접한 관계가 있으므로 이 파장대의 투과율이 높은 것이 작물의 광합성 효율이 높은 피복재라 할 수 있다.

자외선은 파장이 가시광선보다 짧고 에너지가 강하여 물질의 변화를 촉진하므로 작물의 생육을 저해하거나 억제하는 작용을 한다. 300nm 이하의 자외선은 단백질과 핵산 생성에 장해를 일으킬 정도로 에너지가 강하나 대기권의 오존층에서 대부분 흡수되어 지표까지는 거의 도달하지 못한다. 그러나 300nm 이상의 자외선은 안토시안 색소 형성에 관여하며, 엽면적의 축소와 세포의 구조를 변화시켜 보다

치밀하고 단단하게 해 주는 역할을 한다. 자외선을 차단하는 피복 자재는 특정 균류의 생장을 억제하거나 피복 자재의 내구성을 증대시키는 장점을 가지고 있으나 꿀벌의 활동을 다소 둔화시키고 가지와 같은 작물의 색소 발현을 억제하는 등의 단점이 있으므로 작물의 종류나 용도에 따라 적절히 선택해야 한다.

따라서 가지를 재배하는 시설은 광선 투과율이 높아야 하며 특히 자외선의 투과율이 높은 것이 과실의 색소 발현에 유리하다. 그리고 장기간 사용해도 광선 투과율의 변화가 적어야 하고, 투과된 광선 중 일부는 산란(散亂)이 되는 것이 좋으며, 열선으로 변하는 장파복사가 적어야 한다.

 

(2) 기계적 특성

외피복 자재에 영향을 주는 외부 기상요인은 광선, 비, 바람, 눈, 우박 등이 있다. 피복 자재는 이들 기상요인에 견딜 수 있도록 인장강도가 크고 잘 찢어지지 않으며, 충격에 강해야 하고 저온이나 고온에 의한 경화나 연화가 쉽게 되지 않아야 한다. 일반적으로 피복 자재는 두꺼울수록, 연질 필름보다 경질 필름이, 경질 필름보다 경질판이 이러한 기계적 강도나 물리성이 우수하며 내구연한이 길다.

피복 자재는 햇빛에 노출되면 특히 자외선에 의해 물리적 특성이 변하므로 최근에는 자외선 안정제 등을 제조 과정에 혼입하여 물리성을 개선한 자재들이 생산되고 있다. 또한 여러 가지 수지를 다중으로 접합시켜 물리적 특성도 좋게 하면서 광학적 특성도 우수한 피복재를 생산하기도 한다.

 

(3) 방적성

방적성이란 피복 자재의 표면에 응결, 부착한 물이 물방울 상태로 되지 않고 얇은 막으로 되어 흘러내리는 성질을 말하는데 물에 친화성을 가진 자재에서는 수분이 물방울이 아닌 얇은 막으로 된다. 유리는 친수성이지만 연질 필름들은 비친수성(소수성)이어서 계면활성제를 처리하여 친수성을 가지게 하여 방적성을 높인다. 필름 표면에 시설 내의 수증기가 응결되어 물방울이 맺히면 광선 투과율이

떨어지게 되고 맺힌 물방울이 떨어지게 되면 병균 발생의 원인이 되므로 피복재 표면에 물방울이 커지지 않고 표면에 퍼져버리게 하는 방적 처리를 할 필요가 있다. 이를 위해 친수성인 계면활성제를 도포하면 물방울이 널리 분산된다.

특히 폴리에틸렌은 탄소와 수소로 이루어진 집적성 고분자이며 물방울은 산소와 수소로 이루어진 극성물질이다. 폴리에틸렌은 표면장력이 작기 때문에 표면의 수증기가 응축할 경우 물 응집력에 의해 물방울이 커지는데 이를 방지하기 위해서 방적제(防滴劑)를 처리한다. 아직까지 완벽한 방적성을 가진 피복 자재는 없으며, 계면활성제의 불안정성 때문에 지속 기간이 짧아 필름 제조 과정에서 표면 처리를 하고 있다.

(4) 방진성

가소제(可塑劑)를 쓰는 염화비닐의 경우 바람에 의해 피복 자재가 움직이면 비닐 표면에 정전기가 발생된다. 필름 표면은 음전기를 띠므로 주변의 양전기를 띤 먼지를 쉽게 흡착하게 되어 필름 표면에 먼지가 끼게 되며, 피복 후 시간이 경과됨에 따라 광선 투과율도 떨어지게 된다. 방진성이란 피복재 표면에서의 정전기를 아크릴계의 수지를 도포함으로써 이를 매몰시켜 먼지가 부착되는 것을 억제하는 특성을 부여하는 것이다. 따라서 외피복 필름은 방진 처리를 한 것이 광선 투과율의 변화가 적어 오래 사용할 수 있다.

 

다. 외피복재의 종류와 주요 특성

 

국내에는 PE를 중심으로 한 연질 필름이 비닐하우스의 피복 자재로 주로 이용되고 있으며 그중 폴리에틸렌 필름(PE)이 전체의 78%를 차지한다. 다음으로는 EVA가 약 14%, PVC가 약 7% 정도이다.

 

(1) 연질 필름

· 폴리에틸렌 필름(polyethylene, PE) : PE필름은 다른 연질 필름보다 자외선과 적외선을 많이 투과시키는데, 특히 장파장을 많이 투과시킴으로써 보온성은 떨어지지만 가시광선 투과율은 비슷하다. 일부 PE필름은 내후성을 증가시키기 위해 자외선 흡수제를 안정제로 사용하지만 PVC필름보다는 내후성이 떨어진다. 그러나 PE필름은 다른 필름보다 가격이 싸기 때문에 현재까지 국내에서 가장 많이 사용되고 있다. 주로 하우스의 외피복, 커튼, 멀칭 및 터널 피복 재료로 이용된다.

 

· 초산비닐 필름(ethylene vinyl acetate, EVA) : EVA필름은 PE필름보다 보온성, 내후성 및 방적성이 좋아 최근 하우스의 외피복, 커튼 및 터널 피복용으로 점차 그 이용 면적이 증가하고 있다. 또한 항장력과 신장력이 크고, 겨울에도 잘 굳어지지 않고 여름에는 흐물대지 않는 특성이 있다. 또한 먼지가 적게 부착되어 덜 더러워지고 비료와 약품에 대한 내성도 강한 편이며, 가스발생 및 독성이 없는 편이다. 내구성은 PE와 PVC의 중간정도이고 가격은 PE보다는 비싸고 PVC보다는 싸다.

 

· 염화비닐 필름(Polyvinyl chloride, PVC) : PVC필름은 연질 필름 중 보온성이 가장 높은 필름으로 장파(5,000~30,000nm) 투과율과 열전도율이 낮기 때문에 결과적으로 보온성이 높다. 가시광선의 투과율은 다른 연질 필름과 별 차이가 없으나 내후성을 증가시키기 위해 자외선 흡수제를 함유시킨 PVC 필름은 자외선이 투과되지 않으므로 주의해야 한다. 물성 면에서는 내후성과 방적성이 좋고 내한성, 인열 강도, 충격 강도도 양호하여 일본 등 외국에서 하우스 외피복재로 가장 많이 이용하고 있다. 반면에 이 필름은 가소제가 용출되어 먼지가 잘 달라붙기 때문에 사용 중 광선 투과율이 낮아지고, 필름끼리 서로 달라붙는 성질이 있으며 값이 비싼 단점이 있다. 또한 소각 시 독성 가스나 대기 오염 원인 물질을 많이 발생시키는 필름이기도 하다.

 

· 연질특수 필름(기능성 필름) : 국내 비닐하우스의 외피복재는 주로 PE (폴리에틸렌)와 EVA(초산비닐)가 전체의 90% 이상을 차지한다. 이들 필름은 가격이 저렴하여 농가에 널리 보급되고 있으나 보온성, 방적성, 내구성 등이 떨어지고 해마다 교체해 주어야 하는 번거로움이 있다. 최근에는 이러한 단점을 보완·개선한 필름으로써 기능성 필름이라는 것이 개발되어 일부 농가에 보급되고 있다.

기능성 필름이란 PE나 EVA 등의 기본 소재에 좋은 특성을 가진 다른 수지 (PVC 등)를 2~3층으로 넣어 성형화하고 거기다가 계면활성제, 자외선흡수제, 적외선흡수제, 보온재 및 기타 기능성 향상물질을 첨가하여 보온성이나 방적성, 내후성(열, 금속, 자외선 등에 견디는 성질) 등을 향상시킨 필름이라고 할 수 있다.

이러한 기능을 부여하기 위해 내후제로써 자외선흡수제나 HALS(산화억제제) 등을, 방적제로써 Sorbitan, Glycord, Polyglycerol 등의 지방산에스테르를 첨가하고 있다. 이러한 첨가제의 합성 기술은 아직 낮은 수준이며 대부분 외국에서 수입하여 이용하고 있는 실정이다. 기능성 필름은 특수 필름이라고 불리기도 하며 삼중 필름, 삼중EVA, 풍요 필름, 무농 필름, 오래가무적 필름, 산광 필름, 망사 필름 등 여러 가지 이름으로 시판되고 있다.

 

· 삼중 필름 : 보온물질을 중간층에 넣고 필름 양면에는 내구성 및 방적성 층을 형성시킨 3층 구조로 보온성을 향상시킨 필름.

 

· 삼중EVA : EVA필름을 특수 PE 코팅 처리하여 광선 투과율을 오래도록 유지시킴으로써 많은 광선을 필요로 하는 작물에 이용토록 개발된 필름.

 

· 풍요 필름 : 투명성과 보온성이 PVC필름과 비슷하며 소각 시 유해가스 발생 및 자외선 차단 문제 등을 해소할 목적으로 개발된 필름.

 

· 무농 필름 : 필름에 특수 첨가제를 처리하여 자외선파장 일부분을 광합성에 유리한 파장으로 전환시켜 작물의 조기 다수확을 목적으로 한 필름.

 

· 오래가무적 필름 : 방적제를 처리함으로써 4년 이상 사용 가능하고 방적성이 유지되는 장기성 필름.

 

· 방진 필름 : 먼지, 분진 등이 잘 부착되지 않고 부착되어도 비에 잘 씻기도록 필름의 표면에 특수코팅 처리를 한 필름.

 

· 방적 필름 : 피복재 표면에 응결, 부착한 물이 물방울 상태로 되지 않고 얇은 막으로 되어 흘러내리게 개발된 필름.

 

· 산광 필름 : 필름에 광을 굴절시키는 첨가제 등을 넣어 광을 산란시킴으로써 작물체 군락 내부로 광이 잘 유입되도록 개발한 필름.

 

· 방무 필름 : 계면활성제를 넣어 필름 내부 표면에 응결된 물방울을 흘러내려 안개 형태로 떠다니는 수분을 제거할 목적으로 개발된 필름.

 

· 망사 필름 : 폴리에스터 그물을 필름 사이에 넣어 하우스의 측면 권취 부위 등 잘 찢어지거나 장력을 요하는 부위에 피복토록 개발된 필름.

 

(2) 경질 필름

경질 필름은 두께가 0.1~0.2mm로서 가소제를 함유하지 않은 염화비닐, 폴리에스테르, 불소 필름 등이 있다.

· 경질염화비닐 필름 : 자외선의 투과율이 약간 낮은 편이고 장파장의 투과율은 폴리에스테르 필름보다는 높은 편이다. 내충격성은 큰 편이나 인열 강도가 낮으며 한 번 피복하면 3년 정도 사용할 수 있다.

 

· 경질폴리에스테르 필름(PET) : 광선 투과율은 90% 전후로 높은 편이고 장파장이 투과되지 않으므로 보온성이 높다. 수명이 길어 5년 이상 사용 가능하며 인열 강도가 보강되어 있고 방적성도 좋은 편이다. 이 필름에는 자외선 투과형과 차단형이 있는데 차단형은 내구연한을 7~8년으로 연장시킬 수 있다.

· 불소 필름(ETFE) : 이 필름은 국내에서는 생산되지 않고 있으며 일본에서 주로 사용하고 있는 필름으로써, 광투과율이 약 93%로 매우 높고 산란광의 비율이 3% 정도로 낮아서 투명성이 매우 우수하다. 자외선으로 부터 적외선에 이르기까지 모든 파장의 투과율이 높고 특히 자외선의 투과율이 다른 필름에 비해 높다. 이 필름의 큰 특징은 내구성으로 두께 0.06mm에서 10년, 0.1mm에서 15년 정도로 길다. 피복 후 시간이 경과해도 광선 투과율의 저하도 적고 방진성도 우수하나 방적성은 방적제를 2~3년마다 처리하여 사용하는 것이 좋다. 이 필름은 소각 시 유독가스가 발생하는 문제점이 있어 사용 후에는 제조 회사에서 전량 수거하도록 되어 있다.