KR0157036B1 - 목재가공제, 가공목재 및 그 가공방법 - Google Patents

Abstract

목재 내부에 함침하여 목재의 팽창 및 수축을 억제하는 목재의 균열 방지, 치수안정성에 효력있는 치수안정제와, 목재로 함침된 후 경화하여 치수안정제의 목재로부터의 유탈을 방지함과 동시에 목재내부로의 충전효과에 의해 수축을 억제하며, 방부, 방의성을 부여하는 합성수지 물질로 이루어진 충전경화제를 포함시켜, 바람직하기로는 인산 화합물 및 디시안디아미드 중 적어도 한쪽을 포함하는 나연제와 요소 및 포르말린을 포함하는 수용성의 난연화용 약액을 포함시킨 목재가공제, 이 목재가공제를 소정의 수단으로 함침 처리하고 필요에 따라 건조후 표층강화용 합성수지를 적절한 수단으로 함침시킨다. 얻어진 가공목재는 부자연스러운 발색이 없어 무해성이며, 또한 목질감을 손상시키지 않는다. 처리된 가공목재는 잘 균열되지 않으며 이 때문에 외관이 양호하며 내구성이 뛰어나다. 또한, 방패, 방의 효과가 높으며 난연성을 가지고 있다.

Description

[발명의 명칭]

목재가공제, 가공목재 및 그 가공방법

[발명의 상세한 설명]

[기술분야]

본 발명은 목재의 균열 방지, 치수안정, 방부(防腐), 방의(防蟻)처리용 뿐만 아니라 난연화 처리용 약액(藥液), 이약액을 이용하여 처리한 가공목재 및 그 가공방법에 관한 것이다.

[배경기술]

종래, 목재를 부패나 충해로부터 보호하여 내구성을 가지도록 하기 위해 이용되는 약액으로는, 예를들어 CCA(크롬,동,비소계의 목재보존제)의 수용액이나 크레오소트 기름(creosote oil)이 대표적이다.

이들약액은 뛰어난 방부제이기는 하지만, 목재의 균열 방지성이 없어서 이를 이용한 처리 목재는 무처리목재와 마찬가지로 아주 균열되기 쉽고 또한 파열도 크다. 따라서 건축용 등의 실용 치수재, 예를 들어 각재(角材)나 목제연와의 중심 내부까지 전체적으로 균일하게 약액을 침지시키는 것은실용기술 영역에 있어서 불가능하다. 따라서 목재 내부의 대부분은 본바탕 그대로이며, 파열이 발생하면 빗물, 부패균등이 침입하여 외관은 아무렇지 않은 듯이 보이지만 내부에서 부패가 진행되고 있어 의외로 내구성이 없는 실정이다.

CCA는 반드시 녹색으로 발색하여 독성이 강한 약제라는 점 때문에 유해물이라는 혐오감을 주어 사용을 금지하고자 하는 지역도 있을 정도이다. 일본 특개소 63-199603호 공보에는 이러한 CCA의 문제점에 대해 지적하고 있다.

크레오소트 기름은 유성이며 소수성(蔬水性)이기 때문에 고함수율 목재로의 침투가 나쁘며, 또한 처리후에 검은 유질(油質)이 표면에 남아 의복등을 더럽히는 원인이 된다는 문제점이 있다.

일본 특개소 63-231902호 공보에는 목재의 부패, 용연성(容燃性), 치수불안정이라는 결점을 개량한 것으로, 목재중에 무기물(예를들어 염화바륨, 붕산 수용액)을 함침시키는 것과 동시 혹은 따로 수지(요소계수지,폴리에틸렌 글리콜 메타크릴레이트등)를 목재에 도포 혹은 함침시키는 방법이 기재되어 있다. 그러나, 이러한 약제 및 가공방법은 함침이 표층만에 그쳐 목재 연와와 같은 두꺼운 재질의 중심부까지 함침시킬 수 없다.

한편, 폴리에틸렌 글리콜등의 화합물에서는 흡수성이 강하기 때문에 목재 내부로의 침투성은 좋지만, 반대로 유탈(流脫)되기 쉬워서 내구성잉 부족하다는 문제가 있었다. 본 발명과 동일 발명자에 의한 일본 특개평 2-98403호 공보 기재의 발명에서는, 유기용제의 용매와 경화형 합성수지를 치수안정제와 결합하는 방법이 취해지고 있는데, 유기용제를 사용하며 약액을 함침하기 전에 소재를 충분히 거조시켜 둘 필요가 있으며, 이 건조공정에서 소재에 파열을 일으키기도 하는 결점이 있었다.

함수율이 높은 목질부를 가지는 소재로 형성된 목제 연와 등에 있어서는 목재에 건조에 따른 수축이 크고, 건조시에는 크게 열린 상태의 파열이 된다. 목재 연와의 경우, 시공전은 물론 시공후에도 그 커다란 파열은 크게 외관을 해치며, 또한 내용성을 손상시키므로 목재로성 많은 우수한 면을 가지면서도 조기의 파열, 내용성의 점에서 평가가 저하되어 수요의 신장을 둔화시키고 있다.

따라서, 종래의 방법에서는 합판등이 표면에 중합 접착하여 이용되는 박판에밖에 적용시킬 수 없다는 문제점이 있었다. 또한, 종래부터 목재의 난연제로서 인산 암모늄, 인산구아니딘 등의 인산 화합물 및 디시안디아미드등이 알려져 있다. 그러나, 이들 난연제에는 치수안정성이 적고 그 결과 파열을 발생시킨다는 결점이 있었다. 한편, 폴리에틸렌 글리콜 등의 치수 안정제는 가연성이기 때문에 난연화의 목적에 대해서는 마이너스로 작용하여 난연제와 병용할 수 없다. 또한, 이를 목재에 합침시켜도 쉽게 유탈되어 버리는 문제가 있었다.

본발명은 이상과 같은 종래의 문제점을 해소하는 것을 목적으로 하는 것으로, 목재의 균열방지, 치수안정, 방부, 방의성(防蟻性)이 뛰어나며,나아가 난연성을 가지는 목재를 얻기 위한 약액 및 이약액으로 처리된 목재를 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히, 함수율이 높은 소재에 대해서도, 처리전의 건조공정에서 파열 등을 발생시키지 않는 목재처리가공에 대해 목재가공제 및 가공방법을 제공하여, 그 결과 우수한 가공목재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

[발명의 개시]

상기 과제르 해결하기 위해 본발명의 목재가공제는 기본적으로는 물을 용매로 하며, 여기에 팽창시키는 효과와 적당한 보습작용에 의해 목재의 균열 방지, 치수안정성에 효력이 있는 치수안정제와, 목재에 함침한 후 경화하여 치수안정제의 목재로부터의 유탈을 방지하며, 또한 목재 내부로의 충전효과에 의해 수축을 억제함과 동시에 방부, 방의성을 부여하는 합성수지 물질로 이루어지는 충전 경화제를 포함시킨 것이다.

본발명의 가공방법은 이 목재가공제를 소정 수단으로 함침처리하고, 필요에 따라 건조후 표층강화용 합성수지를 적절한 수단으로 함침시킨다. 이 소정의 수단이란 압축캔을 이용하여 감압, 가압방식에 따라 약액을 목재로 함침시키는 것인데, 약액을 목재에 유효하게 함침시킬 수 있는 한 다른 약액처리수단(예를 들어 단순한 침지법)을 배제하는 것은 아니다.

상기 치수안정제란 목재의 세포를 팽창시키는 성질과 적절한 보습성이 있는 것으로, 가성소다, 염화칼슘 등의 무기화합물, 요소, 폴리에틸렌 글리콜(이하 PEG라 한다). 폴리에틸렌 글리콜 메타크릴레이트 등의 유기화합물을 예시할 수 있다. 그러나, 이들 화합물은 친수성으로, 단독으로 사용하면 스며 나오거나 유탈되기 쉽다. 또한, 이들 치수안정제의 하나 또는 그 이상, 특히 요소와 병용하는 경우에는 종래 치수안정제로 알려져 있지 않은 인산암모니아등도 어느 정도의 치수아나정제로서의 작용을 한다.

또한, 치수안정제의 유탈을 방지하고 목재내부로의 충전 경화와 방부, 방의성을부여하는 충전경화제로서는, 치수안정제와 함께 목재 내부로 침투되며 목재가 건조함과 동시에 경화하는 것인데,요소계, 페놀계, 멜라민계, 알키드계등 합성수지를 예시할 수 있다. 이들 중, 멜라민계는 점도(粘度)가 높으며 경화 수축이 크기 때문에 사용할 수 없다. 또한 페놀계도 경화 수축이 크다. 본 발명은 이들의 사용을 배제하는 것은 아니지만, 바람직한 충전경화제는 요소수지(요소.포르말린 축합물) 및 알키드 수지이다.

상기 충전경화제는 상기 각성분을 배합하는 것으로, 예를 들어 PEG 및 알키드수지 및 또는 요소.포르말린 혼합액을 소정량씩 배합한다. 약액의 각 성분 배합비는 실용적인 한 한정하는 것은 아니다.

예를 들어, 치수안정제 및 충전경화제의 각성분의 배합에 대해 설명하면, 배합비율은 각 성분배합후의 완성 약액중의 각 성분의 중량률로 PEG는 1 -50%이며, 1%미만에서는 함침처리후의 건조중에 균열이 발생되기 쉬우며, 1%이상이 되면 증량에 따라 균열이 발생하기 어렵게 된다. 또한, 50%이상이 되면, 균열방지, 치수안정성은 우수하기는 하지만 건조되기 어렵고 건조후에 있어서도 스며나오거나 도료 마무리를 할 수 없는 등 실용상 문제가 있다.

알키드계 수지는 2 - 40%이며, 2%미만에서는 스며나오는 것을 방지하는 효과가 불충분하다. 40%이상이 되면, 목재로의 침투가 나빠 소정의 함침량을 얻기 어렵다. 또한, 약액중에 분리 침전을 일으키는 경우가 있으며, 특히 동절기의 저온시에는 제품품질, 작업성에 있어서 바람직하지 못하다. 요소는 5 -40%로 하며, 포르말린은 요소와 동일량-배량(그램분자)로 한다. 요소는 5%미만에서는 충전효과가 작고, 함침처리후의 건조중의 수축에 따른 변형이 일어나기 쉬우며 또한 크다.

그리고, 40%이상이 되면 건조후의 목재표면에 요소, 포르말린 축합물이 백화(白華)현상을 일으킨다. 그리고, 요소를 치수안정제로 사용하는 경우에는 당연히 요소를 포르말린보다 많이 배합한다.

본발명의 목재가공제에 있어서, 각성분의 총합중량물(농도)는 고형분으로 10-60%이다.

목재로의 함침량은 목재 절대건조 100중량부에 대해 약액의 고형으로서 10-100중량부이다. 본 발명의 가공방법으로 처리한 가공목재에는, 필요에 따라 표층강화용 합성수지를 더 함침시킬 수 있다. 표층강화용 수지로는 우레탄계, 아크릴계, 에폭시계, 알키드계 합성수지 등을 예시할 수 있으며, 바람직하기로는 목재로의 침투성이 좋고 목재 질감을 손상시키지 않으며 내후성(耐候性)이 우수한 제품이 된다는 점에서 우레탄계 수지가 바람직하다.

또한, 강화용 합성수지를 표층에 함침시키는 소정의 수단으로는 가벼운 정도의 가압방식에 따른 것인데, 실용에 이바지할 수 있는 한 다른 수단, 예를 들어 침지법 등을 배제하는 것은 아니다.

본발명에 이용되는 목재의 수종(樹種)으로는 예를 들어 삼나무, 적송, 당송, 노송나무, 미국 솔송나무(hemlock spruce)등으로 대표되는 침엽수, 너도밤나무, 오크, 떡갈나무, 밤나무, 나왕등으로 대표되는 광엽수(廣葉樹)이다.

본발명의 가공방법은 기둥재, 대들보재, 판재등 형태를 막론하고 적용할 수 있는데, 목제 연와에 있어서도 치수, 형태등 특별히 한정하는 것이 아니라, 이른바 목제직방체이다. 미건조 고함수율의 목재, 특히 목구(木口) 단면이 큰 박형입방체는 건조 파열이 빠르고 크다. 절단하여 2-3시간 자연 방치하면 목구 단면에 균열이 발생하는 경우도 있을 정도이다. 본발명에 있어서의 약액은 친수성이며 저분자량, 저점도이기 때문에 고함수율의 목재로의 침투성이 양호하며, 상기 소정의 수단으로 함침한 목재는 강제 열풍 건조하여도 파열되지 않는다. 또한 건조한 후 수지 흡수, 열풍 건조의 조작을 반복하여도 파열되지 않는다. 이는 PEG 팽화효과, 적당한 보습작용, 요소.포르말린의 축합, 이 축합물의 충전 효과, 유탈방지작용, 알키드수지의 경화입자, 혹은 경화막에 의한 내수 효과, 유탈방지작용 때문이라고 생각된다. 본 발명에 따른 약액을 소정의 수단으로 함침처리하여 건조된 목재는 방부, 방의성도 우수하다. 이는 요소와의 축합전의 포르말린에 의한 살균, PEG, 알키드수지, 요소.포르말린 축합물로 충전 보호되고 있는 목재는 부패균이 침투압의 관계로 영양을 섭취할 수 없으며, 또한 목재에 해를 주는 개미의 장내에는 본발명에 있어서의 약액성분의 소화 효소가 없으므로 양분으로 할 수 없다는 점 때문에 내부패, 내충해가 된다고 생각된다.

본발명에 있어서의 약액을 소정의 수단으로 함침, 건조한 목재는 부자연스러운 발색(發色)이 나타나지않아 무해성이며, 또한 목질감도 손상되지 않는다.

강화용, 경화형 합성수지의 표층함침, 도료의 분무도장, 솔로 칠하기도 임의로 가능하다. 본발명에 있어서의 약액에는 붕산, 붕사, 기타 공지의 방부제를 첨가할수 있으며, 또한 착색제로서 임의의 안료, 염료도 첨가할 수 있다.

목제 연와는 풍우, 풍설, 작열하는 태양에 쪼이며 발로 밟히는 등 가혹한 장소에 시공되는 것으로, 특히 내구성의 향상을 꾀하며 표층의 강화를 행하는 것이 바람직하다. 상은 경화형 폴리우레핀수지의 소정수단으로 표층에 함침함으로써 외관이 좋아지며 목질감의 손상이 적으며, 표층 경도, 내수성등 종합적으로 내구성이 향상된다. 본발명에 따른 치수안정제 및 충전경화제로 이루어진 목재가공제는 고함수율의 목재에도 함침되기 쉽고, 가공목재는 처리후의 목재에 부자연스러운 발색이 없어 무해성이며 또한 목질감을 손상시키지 않는다. 처리된 가공목재는 잘 파열되지 않으며 이 때문에 외관이 좋고 내구성도 우수하다. 또한, 방부, 방의효과가 높다.

또한, 본 발명의 발명자들은 요소의 과잉량을 포함하는 요소와 포르말린의 혼합액율, 예를 들어 인산화합물등과 함께 목재에 함침시키면 요소의 치수안정작용에 의해 종래 공지의 PEG 등의 치수안정제를 포함하지 않아도 목재의 치수가 안정됨과 동시에 치수안정제의 유탈이 방지되어 장기간에 걸쳐 양호한 치수안정작용을 발휘함을 발견하였다. 본 출원의 추가적인 발명은 이러한 점에 착안한 것으로, 인산화합물을 포함하는 공지의 난연제, 요소 및 포르말린을 포함하는 수성용액을 목재에 함침하고 건조공정에 의해 요소.포르말린 축합물을 생성,경화시켜 난연성 목재를 얻는다.

본 추가적인 발명에 이용할 수 있는 난연제로서는 인산암모늄, 인산구아니딘, 폴리인산과 암모늄의 혼합물 등 공지의 인산계 난연제의 모두 및 디시안디아미드를 들 수가 있다. 이들은 목재를 난연화시키는 성질을 가지고 있다.

다음에, 요소는 수용성으로 용이하게 입수가능할 뿐아니라 목재의 치수안정성에 기여한다. 또한, 포르말린과 반응하여 요소.포르말린 축합물(요소수지)을 생성하고, 이 축합물은 건조시에 가열 경화하여 잉여 요소 및 난연제인 인산화합물의 유탈을 방지한다. 반응전의 요소와 포르말린의 혼합 수용액은 점성이 낮기 때문에 공지의 주입법에 의해 용이하게 목재에 주입할 수 있는데, 특히 바람직하기로는 감압 가압 주입법이다. 본 추가적 발명의 약액의 배합비는 실용적인 한에 있어서는 특별히 한정되지않는다. 바람직한 배합비로서, 예를 들어 인산 화합물은 인산암모늄의 경우 3중량%에서 30중량%가 바람직하며, 다른 인산 화합물도 거의 이에 준한다. 단, 구하는 난연화의 정도에 따라 적절히 증감한다. 요소에 대해서는 10중량%에서 30중량%가 바람직하다. 이보다 적으면 치수안정효과, 충전효과가 적으며, 이에비해 크면 건조후의 요소.포르말린 축합물이 백화현상을 일으킨다. 포르말린은 요소의 거의 절반정도의 양과 반응할 정도의 양이 바람직하다.

본 추가적인 발명에 있어서의 약액을 소정의수단으로 함침, 건조한 목재는 부자연스러운 발색이 나타나지 않아 무해하며, 또한 목질감도 손상되지 않는다. 본 추가적인 발명에 있어서의 약액에는 붕산, 붕사, 기타 공지의 방부제를 첨가할 수 있다.

[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]

이하, 본발명의 실시예에 대해 설명한다.

[실시예 1]

공시체(供試體)로서 함수율 80-120%인 97×97× 약 190mm의 아끼다 삼나무의 목질부(cofe)를 가지는 각형의 나무로부터 작은 구멍을 단면으로 한 두께 37mm의 환형절단상 97*97*37mm의 각형블럭을 이용하였다. 그중, 무처리품은 각형(角型) 블록으로 절단한 후 무작위로 방치해두면 거의가 파열되기 때문에, 상당한 수를 장기간 그늘에서 말려 건조한 것 중에서 균열이 없는 것을 선정하여 표층에 강화용 수지를 함침시킨 것이다.

본발명품은 각형 블록에 절단후 바로 목재가공제를 소정의 수단으로 함침하여 건조한 후 표층에 충전강화제를 함침하여 목제연와를 얻는다.

즉, 물 40중량부에 PEG 10중량부 용해한다. 이어서 수용성 알키드수지를 10중량부 첨가하여 충분히 교반 혼합하면서 요소 20중량부를 용해하고, 여기에 37% 포르말린액 20중량부를 혼합하여 균일화시켜 균열방지, 치수안정, 방부, 방의성 약액을 조정한다.

이어서, 감압장치, 가압장치가 부착된 원통형의 내압캔내에 공시체인 각형 블록을 장착하여 약30분동안 캔내를 -700mmHg정도의 감압상태로 유지하여 목재의 탈기 등을 행한다. 다음에, 상기 약액을 캔내로 보내 각형의 블록을 약액으로 침지하고, 약30분간 캔내를 10Kg/cm²정도의 가압상태로 유지하여 약액을 함침시킨다. 함침 처리후, 약액을 회수하고 캔을 개봉하여 사각형 블록을 취출한 후 60°C 열풍건조기로 건조하여 폴리우레탄수지중에 침지하고 내압캔내에 장착하영 캔내의 압력을 높여가면서 가압상태 5kg/cm²도달했을 때 해압(解壓)한다는 가압합침 처리를 행하여 침지조에서 꺼내 상온에서 경화하여 시공체를 얻는다.

상기 압력 및 가압 시간이 부족한 경우에는 합침 깊이가 부족하고. 너무 높으면 필요이상으로 약액이 흘러들어 약제 자신의 성질로 목재가 변형되어 클랙이 들어간다. 무처리품과 본발명품의 시험결과를 표 1 및 표 2로 나타낸다.

표 1은 상온수에 24시간 담다 흡수 팽창시키고, 이어서 60°C 송풍건조기로 24시간 건조시킨 후 수축시키는 조작을 3사이클 행하고, 4사이클째에 7일간 연속적으로 물에 담근 후 7일 연속 60°C 송풍 건조하여 파열의 상태를 검토한 것이다. 표 2의 시험항목에 대해서, 방부효력치는 JIS A 9302의 목재방부제의 방부효력 시험방법 에 따른 것으로, 방의효력시험은 사단법인 일본 흰개미협회 인정의 약제효력시험 JTCAS 제1호에 의한 것이다.

표 1, 표 2의 시험결과에 나타낸 바와 같이, 본발명의 약액으로 함침처리한 목재는 균열방지, 치수안정성이 대단히 우수함과 동시에 방부, 방의성도 가지고 있었다.

[실시예 2]

함수율 70-80%, 두께 20mm, 세로97mm, 가로 97mm의 삼나무 박형블럭 8매을 물 600g에 요소 400g, 폴리 인산 150g을 용해하고, 이어서 25% 암모니아수 300g, 37% 포르말린액을 150g 배합하여, 여기에 붕사 32g, 붕산 32g을 용해사신 용액중에 침지하고, 내압캔내에서 감압(-700mmHg) 30분후, 가압(10Kg/cm ) 30분하여 목재중에 약액을 주입하여 함수율을 40%로 하고 이를 약 16시간 양생한 후 80°C 열풍으로 송풍건조하여 함수율 10-15%로 하였다. 클랙, 균열은 전혀 나타나지 않았다.

[실시예 3]

함수율 70-80%, 두께 13mm, 세로220mm, 가로220mm의 삼나무 판재를 물 600g에 요소 300g, 폴리 인산 150g을 용해하고, 여기에 인산 구아니딘 100g, 인산 암모늄 100g을 첨가하고, 이어서 25% 암모니아수를 300g, 37% 포르말린액을 200g을 넣고, 이 용액에 붕사 40g, 붕산 40g을 용해한 액중에 침지하고, 내압캔내에서 감압(-700mmHg) 30분후, 가압(10Kg/cm ) 30분하여 목재중에 약액을 주입하여 함수율을 40%로 하고 이를 약 16시간 양생한 후 80°C 열풍으로 송풍 건조하여 함수율 10-15%로 하였다. 처리된 목재는 1976년 일본 건설성 고시 제1231호 규정하는 난영재료의 표면시험 및 동 제4에 규정하는 가스 유해성 시험에 합격하였다. 또한, 무처리의 것과 주입 처리한 것을 각 함수율 15%로 건조한 경우, 무처리재는 횡방향(폭)이 약 5mm 축소되지만, 처리재는 거의 축소되지 않고 원래 치수 그대로였다. 또한, 함수율 70-80%, 두계 20mm, 세로 97mm, 가로 97mm의 박형 블륵 8매에 주입, 80°C 송풍 건조한 바, 클랙, 균열은 전혀 나타나지 않았다. 그리고, 상기 실시예는 일례이며, 그 수치등에는 한정되지 않는다.

[산업상의 이용분야]

본발명은 건재나 내장, 외장재, 목재타일 등을 난연화, 부식화, 치수안정화하는 가공분야에 이용할수 있다.

Claims (6)

1.a) 폴리에틸렌글리콜 수용액 1 내지 50 중량%; b) 알키드 수지 2 내지 40중량 %; c) 요소 5 내지 40 중량 %; 및 d) 포르말린 5 내지 80 중량 %를 포함하며, 고형분의 함량이 10 내지 60중량 %인 것을 특징으로 하는 목재가공제.

제1항에 있어서, 인산화합물 및 디시아닌디아미드 중에서 선택되는 하나 이상의 난연제, 요소 및 포르말린을 함유하는 수용성 난영화용 약액을 더 포함하는 것을 특지으올 하는 목재가공제.

제2항에 있어서, 난연제는 3 내지 30 중량%, 요소는 10 내지 30 중량%, 포르말린은 요소의 절반과 반응할수 있는 양인 것을 특징으로 하는 목재가공제.

제2항에 있어서, 방부제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 목재가공제.

제1항 내지 4항중 어느 한 항의 목재가공제를 함침시킨후 경화시킨 것을 특징으로 하는 가공목제.

제1항 내지 4항중 어느 한 항의 목재가공제를 수성용매를 이용하여 건조 또는 미건조 상태의 목재에 함침시킨 후 상기 목재의 건조중에 상기 가공제를 경화시키는 단계를 포함하는 목재가공방법.