KR100524434B1

KR100524434B1 - 개질 목재의 제조 방법

Info

Publication number: KR100524434B1
Application number: KR10-2002-0050575A
Authority: KR
Inventors: 아베히로야스; 후지이쥰지
Original assignee: 야마하 가부시키가이샤
Priority date: 2001-08-30
Filing date: 2002-08-26
Publication date: 2005-10-27
Also published as: HK1052317B; ES2332878T3; TW592917B; ATE447467T1; US20030084962A1; EP1291143A3; EP1291143B1; CN1253291C; EP1291143A2; DE60234234D1; CN1411964A; JP3562517B2; US6667429B2; JP2003145510A; HK1052317A1; KR20030019110A

Abstract

종래의 레조르신이나 포름알데히드 등의 화학약품을 이용한 화학 처리적 개질 방법에 의한 것 없이, 처리 공정이 간단하며, 게다가 음향 특성이 양호하며, 악기용 부재에 바람직한 개질 목재를 저비용으로 얻는다.

자작나무, 단풍나무, 서어나무 등의 목재를 120∼200℃, 압력 0.2∼1.6㎫의 고압 수증기 중에서 1∼60분간 유지하여 처리하며, 이어서 냉각, 건조한다. 얻어진 개질 목재는 음향 특성이 향상하며, 향판 등의 악기용 부재로서 바람직해진다. 또, 색조가 농색화하여, 마치 고목과 같은 태가 난다.

Description

개질 목재의 제조 방법{Method for manufacturing modified wood}

본 발명은 목재를 고압 수증기 처리하여 개질하는 개질 목재의 제조 방법에 관한 것이다.

종래, 여러 가지 화학 처리에 의해 목재의 개질을 행하는 것이 연구되고 있다. 예를 들면, 목재학회지 Vol. 38, No.12p. 1119-1125(1992년, 야노히로유기 등)에는 목재를 레조르신 수용액에 침지시킨 후, 바람 건조를 경유하여, 포름알데히드 증기 중에서 가열함으로써, 손실 탄젠트(tanδ)의 감소, 강도 향상, 흡습성 저하, 치수 안정성 향상 등이 달성되는 것이 기재되어 있다. 또, 이것 이외에도 다음에 나타내는 처리에 의해 목재의 개질 처리가 행하여지고 있다.

(1) 포르말화 처리, (2) 아세틸화 처리, (3) 저분자 페놀 수지 처리, (4) 레조르신 포름알데히드 처리, (5) 살리게닌 처리 등이 있다.

이들의 구체적인 처리 조건은 다음과 같다.

포르말화 처리에서는 사용 시약: 테트라옥산, 이산화황, 처리 조건: 120℃, 24시간, 아세틸화 처리에서는 사용 시약: 무수아세트산, 처리 조건: 120℃, 24시간, 저분자 페놀 수지 처리에서는 사용 시약: 저분자 페놀, 처리 조건: 48시간(함침) 160℃, 3시간(경화), 레조르신 포름알데히드 처리에서는 사용 시약: 레조르신, 파라포름알데히드, 처리 조건: 120℃, 24시간, 살리게닌 처리에서는 사용 시약: 오르토메틸올페놀, 처리 조건: 120℃, 24시간 등의 처리 조건이 채용되고 있다.

그렇지만, 상기 어느 처리 방법도 화학 약품을 사용하기 때문에 환경 부담이나 인체에 대한 영향이 컸다. 또, 처리 공정이 번잡하며 장시간을 요하며, 그 때문에 비용이 커진다는 결점이 있었다. 또, 이들 방법은 목재의 셀룰로오스 중에 관능기를 도입하거나, 틈새에 수지 등을 도입하는 수법이기 때문에, 처리 후 목재의 중량이나 밀도가 증가하는 경향이 있다. 목재의 밀도가 증대하면 음향 변환 효율이 저하하기 때문에, 악기용 부재로서는 마이너스 요인이 되는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명에서의 과제는 화학 약품을 사용하는 것 없이, 처리 공정이 간단하며, 게다가 처리 후 목재의 음향 특성이 양호하며, 악기용 부재로서 바람직한 개질 목재의 제법을 얻는 것에 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 개질 목재의 제조 방법은 온도 120∼200℃, 압력 0.2∼1.6㎫의 고압 수증기 중에서 목재를 1∼60분간 유지하는 것이다. 이때의 고압 수증기 처리의 최적 조건은 소망의 처리 정도, 목재의 종류, 목재의 치수 등에 의해 결정된다.

또, 본 발명의 악기는 상기 방법으로 얻어진 개질 목재를 향판 등으로서 사용한 것이다.

<발명의 실시 형태>

이하, 본 발명을 자세하게 설명한다.

본 발명의 개질 목재의 제조 방법은 목재를 온도 120∼200℃, 압력 0.2∼1.6㎫의 고압 수증기 중에서 1∼60분간 방치하여, 유지함으로써, 목재를 개질하는 것이다. 예를 들면, 두께가 15∼60㎜인 목재판의 경우, 120∼180℃ 고압 수증기 중에서, 1∼60분간의 범위 내에서 처리함으로써 효과가 인정된다. 가장 효과적으로는 160∼180℃ 고압 수증기 중에서 8∼30분간 유지함으로써 개질할 수 있다.

고압 수증기 처리 방법으로서는 예를 들면, 미가공 목재를 고압 수증기 분위기의 압력솥 등 내에서 수용하는 방법이나 성형 가공 후의 목재를 고압 수증기 분위기의 압력솥 중에서 처리하는 방법 등으로 행한다.

도 1에 두께 20㎜인 단풍나무를 사용한 때의 고압 수증기 처리 시간에 관계하는 온도 설정예를 도시하였다. 본 발명에서의 유지 시간이란 예를 들면 도 1에 도시하는 예와 같이, 승온 승압 시간 및 강온 강압 시간을 뺀 시간을 말한다.

고압 수증기는 다량의 활성종(수소 이온, 수산화물 이온, 수소 라디칼, 수산화물 라디칼 등)을 포함하고 있으며, 목재의 3대 성분인 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌 등을 가수 분해한다. 목재를 이와 같은 조건하에 두면 수증기와 함께 이들 활설종이 목재 중에 파고들어, 헤미셀룰로오스를 가수 분해하여 리그닌도 부분적적으로 재중합시키며, 또한 셀룰로오스의 비결정 부분을 분해하여 재배열시킨다. 이것으로 목재 내부에 잔류하는 변형을 해소하며, 셀룰로오스의 결정화도, 미셀 폭이 증대한다. 이 결과로서, 개질 목재의 동적 탄성률(E)이 증대하며, 손실 탄젠트(tanδ)가 저하한다. 또, 목재의 분해 성분이나 추출 성분이 일부 물과 함께 이탈하기 때문에 밀도(ρ)가 저하한다.

이 때문에, 얻어진 개질 목재에 있어서는 이하 식의 음향 방사 감쇠율(외부 감쇠율)과 재료 내부 감쇠율의 역수의 곱인 형태로 나타내는 음향 변환 효율이 증대하며, 진동 특성이 뛰어난 악기용 부재로서 이용할 수 있다.

(수식 1)

여기서, E: 재료 종탄성률

ρ: 재료 밀도

tanδ: 진동에서의 손실 탄젠트이다

악기용 부재로서는 바이올린, 비올라, 첼로, 더블베이스 등의 찰현악기의 향판이나 부재, 어쿠스틱 기타, 일렉트릭 기타, 하프, 일본 하프, 다이쇼 하프, 쳄발로 등의 발현악기의 향판이나 부재, 피아노 등의 타현악기의 향판이나 부재, 타악기에서는 마린바나 실로폰 등의 음판, 드럼이나 일본 북 등의 중공의 주요부, 부재, 나무 블록이나 박자목 등의 본체, 관악기에서는 목관 악기의 본체나 부재 등이나 또한 모든 악기를 구성하는 목제 부품을 전부 이 개질 목재로 치환하여 사용할 수 있다.

또, 본 발명에서 얻어진 개질 목재에는 깊이감이 있는 색조가 부여되기 때문에, 도장 공정의 단축화를 할 수 있으며, 무처리재에는 없는 독특한 태나 깊이감이 얻어진다. 또, 제조 후 수백 년을 경과한 것과 같은 고목의 태가 얻어진다.

또, 본 발명의 재료로서 이용되는 목재에는 제한은 없으며, 예를 들면 가문비나무, 단풍나무, 서어나무 등 이외, 이들 천연목을 얇은 단판으로 한 합판 등의 목질계 재료 등도 사용할 수 있으며, 얻고자 하는 개질 목재의 용도 등에 따라 적절한 목재를 이용할 수 있다.

고압 수증기 처리 후의 목재는 목재의 내외 압력차에 의해 목재에 손상을 주지 않을 정도의 속도로 천천히 압력, 온도를 상온, 상압까지 내려, 그 후 건조 공정에 들어간다. 이 건조 방법은 바람 건조, 가열 건조, 가열 및 감압 건조, 또는 이들을 조합한 방법 등, 주지의 목재 건조 방법을 이용하여 행할 수 있다. 또, 목적의 함수율은 얻고자 하는 개질 목재의 용도 등에 따라서 설정되지만, 예를 들면 5∼15% 정도의 범위로 바람직하게 설정된다.

이상에 설명한 바와 같이, 본 발명의 개질 목재의 제조 방법은 화학 약품을 일절 사용하지 않기 때문에 환경 부담이나 인체에 대한 영향이 전혀 없다. 또, 통상의 목재 건조 공정 전에 고압 수증기 처리를 행할 뿐이라는 극히 간단한 공정으로 처리를 행할 수 있으며, 이러한 처리는 단시간으로 완료하기 때문에 비용이 싸게 든다.

본 발명에서는 처리 목재의 처리 정도는 같은 온도(압력)이면, 처리 시간이 길게 됨에 따라 진행한다. 또, 같은 시간 처리를 행하여도 처리재의 종류나 크기에 따라서 처리 정도에 차가 발생하는 경우가 있다. 예를 들면, 수종에 따라서는 어떤 크기의 직육면체 형상의 재료에 대하여 두께, 폭, 길이가 각각 2배인 동일 수종의 재료를 같은 시간 처리하면, 후자의 재료 쪽이 처리가 완만해지며, 전자의 재료와 동일 정도의 처리 정도를 구하는 데는 2배 이상의 장시간 처리가 필요해지는 경우가 있다.

처리 정도를 정량적으로 구하는 방법의 하나로서 목재색의 변화량을 측정하는 방법이 있다. 처리 시간에 따라서 어떻게 처리가 진행하는 가, 또 재료의 치수에 따라서 어떻게 처리 정도에 차이가 나타나는 가를 검토한 결과를 이하에 나타낸다. 수종으로서는 활엽수와 침엽수로 나누어서 검토하였다.

목재색 측정은 분광 측색계에 의해, D65 광원(10°시야)으로 행하며, 측정치는 LAB 표색계로서 얻었다. LAB 표색계는 색을 3차원 좌표(L축: 명도, A축, B축: 색상) 상의 위치를 나타내는 표색계이며, 2개 색의 차( ΔE(색차))는 2개 좌표간의 거리이다. 처리 전후의 재료 색차( ΔE)를 목재색의 변화량으로서 이용하였다. 측정 장소로서는 처리 후의 목재색은 처리 종료 후에 길이(섬유) 방향의 중앙을 섬유 방향과 수직으로 절단하여, 절단면의 중앙부를 측정하였다. 처리 전의 목재색치는 우재(友材)(무처리재)의 동일 위치를 측정함으로써 대용하였다.

우선, 활엽수에 관해서 결과를 기록한다. 도 2에 활엽수(서어나무재)의 처리 시간(유지 시간)과 목재색 변화의 관계를 도시하였다. 이때의 처리 온도는 170℃이며, 재료 형상은 절단 단면이 한 변 15㎜인 정사각형, 길이 200㎜인 직육면체이다. 도 2의 그래프로부터, 처리 시간(유지 시간)이 길수록 처리가 진행하여 목재색 변화가 커지며, 측정 범위 내에서는 처리 시간과 목재색 변화는 기울기가 양인 직선 관계에 있다고 말할 수 있다.

도 3에는 재료의 절단 단면(정사각형)의 변 길이(두께=폭)와 목재색 변화의 관계를 도시한다. 이때의 처리 조건은 온도 170℃, 유지 시간 15분이며, 재료는 활엽수(서어나무재)로 재료 형상은 길이 200㎜인 직육면체이다. 그래프로부터, 측정 범위 내에서는 절단 단면(정사각형)의 변 길이와 목재색 변화는 기울기가 음인 직선 관계에 있다고 말할 수 있으며, 단면의 변 길이가 길수록 처리가 완만해지며, 처리 정도가 진행하는데 시간을 요하는 것을 알 수 있다. 또한, 두께와 폭에 차를 둔 재료에서도 실험을 행하였지만, 두께와 폭의 치수를 역전시킨 재료들에서 처리 정도를 비교하여 본 바 차는 볼 수 없으며, 두께와 폭의 처리 정도에 미치는 차는 동등하였다.

도 4에는 재료 길이와 목재색 변화의 관계를 도시한다. 이때의 재료(직육면체)의 절단 단면 형상은 한 변이 45㎜인 정사각형이며, 수종, 처리 조건, 측정 위치 등은 상기와 마찬가지이다. 도 4의 그래프로부터, 측정 범위 내에서는 재료 길이와 목재색 변화는 기울기가 음인 직선 관계에 있다고 말할 수 있으며, 재료 길이가 길수록 처리가 완만해지며, 처리 정도가 진행하는데 시간을 요하는 것을 알 수 있다.

이들 결과로부터, 활엽수에 있어서, 재료의 크기(두께=폭=단면 변 길이 및 길이)가 다른 재료를 처리할 때는 그 두께, 폭, 길이에 따라서 처리 시간을 조정하여, 소망의 처리 정도로 완성하는 것이 가능하다.

다음에, 침엽수에 관해서 결과를 기록한다. 도 5에는 침엽수(가문비나무재)의 처리 시간(유지 시간)과 목재색 변화의 관계를 도시하였다. 이때의 처리 온도는 170℃이며, 재료 형상은 절단 단면이 한 변 15㎜인 정사각형, 길이 200㎜인 직육면체이다. 그래프로부터, 처리 시간이 길수록 처리가 진행하여 목재색 변화가 커지며, 측정 범위 내에서는 처리 시간과 목재색 변화는 기울기가 양인 직선 관계에 있다고 말할 수 있다.

또한, 침엽수(가문비나무재)에 있어서도 상기 활엽수(서어나무재)의 경우와 마찬가지로 처리 재료의 크기와 목재색 변화의 관계를 구하였지만, 활엽수에 보이는 것과 같은 처리 정도의 치수 의존성은 없으며, 침엽수와 같이 비교적 밀도가 낮은 재료는 수증기의 출입이 쉬워, 내부까지 빠르게 처리가 행하여지는 경향이 있다고 말할 수 있다.

도 2와 도 5에 있어서, 근사 직선은 처리 시간(유지 시간) 0분으로 외삽하면, 도 2에서는 음의, 도 5에서는 양의 y 절편을 갖는다. 이것은 처리 시간이 짧은 영역(0∼7.5분)에 있어서는 활엽수와 침엽수에서는 다른 거동을 나타내는 것을 시사하고 있으며, 활엽수에서는 처리 시간에 대한 처리 정도의 상승이 완만하며, 반대로 침엽수에서는 빠르다는 것을 나타내고 있다.

이하, 본 발명의 실시예(측정예)를 나타내어 구체적으로 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시예(측정예)에 한정되는 것은 아니다.

처리 및 측정의 수순은 다음에 나타내는 바와 같은 방법으로 행하였다.

(1) 피검사 재료를 치수 가공한다.

(2) 함수율을 조정한다.(20℃, 60%RH, EMC 약 11%)

(3) 고압 수증기 처리 전의 데이터를 측정한다.

(4) 피검사 재료를 고압수 수증기 처리한다.

(5) 건조시켜 함수율을 조정한다. (20℃, 60%RH, EMC 약 11%)

(6) 고압 수증기 처리 후의 데이터를 측정한다.

목재 시료에는 활엽수인 서어나무재, 단풍나무재와 침염수인 가문비나무재를 이용하며, 어느 것이나 두께 15㎜, 폭 60㎜, 높이 450㎜인 직육면체의 목재판을 이용하였다. 측정 방법은 다음에 나타내는 바와 같은 방법으로 행하였다.

<밀도>

두께, 폭, 길이: 디지털 노기스를 이용하여 0.01㎜ 자릿수까지 측정하였다.

중량: 전자 저울을 이용하여 0.01g 자릿수까지 측정하였다.

중량, 두께, 폭, 길이로부터 밀도를 계산하였다.

<진동 특성>

진동 특성의 측정은 양단 자유 휨 진동법을 이용하였다.

섬유 방향의 동적 탄성률(E): FFT 분석기를 이용하여 자유 진동법에 의해 양단 자유 휨 진동의 공진 주파수를 측정하여, 이하에 나타내는 베르누이·오일러 방정식의 귀결에 의해 계산하였다.

(수식 2)

베르누이·오일러 방정식은

이다.

이것으로 시간에 관한 해(경계 조건이 자유 진동인 경우)

을 얻을 수 있다.

m_n은 x에 관한 해의 귀결로부터 cosm_ncoshm_n-1=0의 해로서 구하여진다.

즉

(2)로부터

로 되며, (2)'로부터 각 진동 모드의 각진동수(주파수)로부터 종탄성률은 구하여진다.

손실 탄젠트(tanδ)=진동 흡수율(Q ^{- 1}): FFT 분석기를 이용하여 자유 진동법에 의해 양단 자유 휨 진동의 로그 감쇠율로부터, 이하의 포크트적 점탄성 이론의 귀결에 의해 계산하였다.

(수식 3)

포크트적 점탄성 이론을 베르누이·오일러 방정식에 적용하면

방정식은

이것으로 시간에 관한 해(경계 조건이 자유 진동인 경우)를 구하면

만약 (4)의 제곱근 기호 내가

이면, 주기적 운동(진동)은 일어나지 않는다. 이때의 η를 임계 손실 계수(η_c)라고 칭한다.

즉

한편 (3)식에서 주어진 계를 강제 진동하면

방정식은

(수식 4)

이것으로 시간에 관한 해(경계 조건이 자유 진동인 경우)로부터

(2), (5)를 이용하면 (7)식은

(수식 5)

그런데,Q(=1/tanδ)는 Q=(T₀/T_st)_max로서 정의된다.

여기서 T_st는 가진력에 의한 계의 정적 휨량으로

이다.

T₀의 최대 진폭이 나타나는 것은 (7)'식에서 분모가 최소인 때이며, 그때에는 그 분모를 ω/ω_n으로 미분함으로써

인 것을 알 수 있다.

따라서

일반적인 목재와 같은 재료인 경우 (η/η_c)²은 미소하기 때문에 생략하면

또, (5)식을 이용하면

(수식 6)

한편, 로그 감쇠율(Δ)은

따라서 (4)식으로부터

일반적인 목재와 같은 재료인 경우 η은 작기 때문에 ω_q=ω_n이라고 추정할 수 있기 때문에

(2)식을 이용하여

로 되며

(10)"과 (11)"을 비교하여

이며, 손실 탄젠트(tanδ)는 로그 감쇠율(Δ)을 구하면 계산할 수 있다.

탄성률(E_L), 강성률(G_LT)의 비(E_L/G_LT): FFT분석기를 이용하며, 자유 진동법에 의해 양단 자유 휨 진동 모드 0으로부터 모드 3까지의 공진 주파수를 측정하여, 이하의 티모센코(Timochenko) 방정식의 귀결에 의해 계산하였다.

(수식 7)

(여기서, E_L, G_LT는 E, G로 약기)

티모센코 방정식은

이것으로 시간에 관한 해(경계 조건이 자유 진동인 경우)는

m_n은 x에 관한 해의 귀결로서 (15)식을 만족하는 값일 필요가 있다.

다만

또

측정에 의해 ω_n를 이미 알고 있으면, 미지수 E_L(이하, E라고 약기한다), G_LT(이하, G라고 약기한다), m_n의 3개에 대하여 유효한 식은 (14)과 (15)이기 때문에, 이들 3개의 값을 결정할 수는 없다. 그렇지만, G(또는 E/G)를 E의 함수로서 나타내는 것은 가능하다.

이 함수를 2개의 모드 각진동수에 관해서 유도하면, 그 함수의 교점이 G(또는 E/G)의 참값이라고 간주된다(실제로는, 측정한 모든 모드 각진동수로부터 2개를 꺼내는 조합의 수만큼 G(또는 E/G)를 구하여, 그 평균치를 참값으로 한다).

덧붙여, 이상의 식으로부터 알 수 있듯이, 티모센코 방정식의 경우, 베르누이·오일러 방정식의 경우와 달리, 재료 특성이 결정되어도 그 치수치가 결정되지 않으면 m_n은 결정되지 않는다. 결국, 티모센코 방정식은 진동 특성에 스케일 효과는 기대할 수 없는 계이다.

이상과 같이, 티모센코 방정식을 이용하여, 재료 치수, 질량과 ω_n의 측정에 의해 E, G(따라서 E/G)를 산출할 수 있다.

측정은 모두 20℃, 60%RH에 온도 조절된 실내에서 행하였다.

도 6 내지 도 17은 고압 수증기 처리 결과에 의한 재료 특성 변화를 도시하는 것이다.

도 6은 서어나무재를 이용하여, 유지 온도를 170℃에서 일정하게 하여, 유지 시간을 변화시켰을 때의 고압 수증기 처리 전후의 손실 탄젠트(tanδ)의 변화율(%)을 도시한다.

도 7은 서어나무재를 이용하여, 유지 시간을 30분으로 하여, 유지 온도를 변화시켰을 때의 고압 수증기 처리 전후의 손실 탄젠트(tanδ)의 변화율(%)을 도시한다.

도 8은 서어나무재를 이용하여, 유지 온도를 170℃에서 일정하게 하여, 유지 시간을 변화시켰을 때의 고압 수증기 처리 전후의 동적 탄성률(E)의 변화율(%)을 도시한다.

도 9는 서어나무재를 이용하여, 유지 시간을 30분으로 하여, 유지 온도를 변화시켰을 때의 고압 수증기 처리 전후의 동적 탄성률(E)의 변화율(%)을 도시한다.

도 10은 가문비나무재를 이용하여, 유지 온도를 170℃에서 일정하게 하여, 유지 시간을 변화시켰을 때의 고압 수증기 처리 전후의 손실 탄젠트(tanδ)의 변화율(%)을 도시한다.

도 11은 가문비나무재를 이용하여, 유지 시간을 30분으로 하여, 유지 온도를 변화시켰을 때의 고압 수증기 처리 전후의 손실 탄젠트(tanδ)의 변화율(%)을 도시한다.

도 12는 가문비나무재를 이용하여, 유지 온도를 170℃에서 일정하게 하여, 유지 시간을 변화시켰을 때의 고압 수증기 처리 전후의 동적 탄성률(E)의 변화율(%)을 도시한다.

도 13은 가문비나무재를 이용하여, 유지 시간을 30분으로 하여, 유지 온도를 변화시켰을 때의 고압 수증기 처리 전후의 동적 탄성률(E)의 변화율(%)을 도시한다.

도 14는 가문비나무재를 이용하여, 유지 온도 150∼170℃, 유지 시간 8∼30분인 범위 내의 5종류의 조건에서 고압 수증기 처리한 때의 고압 수증기 처리 전후의 밀도 변화를 도시한다.

도 15는 단풍나무재를 이용하여, 유지 온도 150∼170℃, 유지 시간 8∼30분인 범위 내의 5종류의 조건에서 고압 수증기 처리한 때의 고압 수증기 처리 전후의 밀도 변화를 도시한다.

도 16은 가문비나무재를 이용하여, 유지 온도 150∼170℃, 유지 시간 8∼30분인 범위 내의 5종류의 조건에서 고압 수증기 처리한 때의 고압 수증기 처리 전후의 E_L/G_LT변화를 도시한다.

도 17은 단풍나무재를 이용하여, 유지 온도 150∼170℃, 유지 시간 8∼30분인 범위 내의 5종류의 조건에서 고압 수증기 처리한 때의 고압 수증기 처리 전후의 E_L/G_LT변화를 도시한다.

<진동 특성>

도 8, 도 9, 도 12, 도 13으로부터, 동적 탄성률(E)이 증대하는 것을 알 수 있다. 서어나무재에서 최대 18% 증가하였다. 도 6, 도 7, 도 10, 도 11로부터, 손실 탄젠트(tanδ)가 저하하는 것을 알 수 있다. 서어나무재에서 최대 35% 감소하였다. 또, 도 14, 도 15로부터 밀도가 감소하는 것을 알 수 있다. 가문비나무재에서 최대 8% 감소하였다.

이상에서, 고압 수증기 처리에 의해 목재의 음향 변환 효율이 현저히 향상하는 것을 알 수 있다. 이것은 목재가 수백 년 경시 변화한 때의 변화 경향과 닮아 있어, 고목화라 칭한다. 또, 도 16, 도 17로부터 E_L/G_LT는 감소하는 경향이 강하다는 것을 알 수 있으며, 기본적 강도는 향상한다. 이것도 고압 수증기 처리의 특징이라 말할 수 있다.

<목재색 변화>

밝은 브라운 색의 목재가 고압 수증기 처리에 의해 독특한 태나 깊이감이 있는 어두운 브라운 색으로 목재색이 변화하였다. 목재색이 변화함으로써 도장 공정을 간략화할 수 있어, 외관적 가치가 향상한다. 또, 나뭇결의 콘트라스트가 명료해졌다.

<음색 변화>

본 발명에서 얻어진 개질 목재를 악기용 부재로서 이용함으로써, 다음과 같은 음색 변화가 인정된다.

(a) 바이올린

개질 처리한 목재(종류: 가문비나무, 단풍나무)를 향판 및 부재로서 사용하여 제작한 바이올린 3대를 내외의 저명한 연주가 10인에게 연주시킨 바, 음량, 음색, 표현력 전부에 있어서, 어느 처리한 바이올린도 높은 평가를 받았다. 음색은 가치 높은 오래된 바이올린의 음색과 가까웠다.

(b) 피아노

가문비나무재를 처리하여 이것을 향판으로서 사용한 피아노를 2대 제작하여 무처리한 것과 비교한 바, 음량, 음색, 표현력 전부에 있어서, 어느 처리한 피아노도 높은 평가를 받았다. 연주자는 2인의 저명한 연주가로, 평가자는 20인이었다. 브릿지 부품재에 관해서도 마찬가지의 처리, 평가를 한 바, 마찬가지의 결과였다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 제조 방법에 의하면, 포름알데히드 등의 화학 약품을 일절 사용하지 않기 때문에 환경 부담이나 인체에 대한 영향이 전혀 없다. 또, 처리 공정이 단순하며, 단시간에 종료하기 때문에, 비용도 싸게 든다.

또, 목재의 셀룰로오스 쇄가 부분적으로 가수 분해되어 재배열함으로써 목재 내부에 잔류하는 변형이 해소하여, 결정화도가 올라가기 때문에, 동적 탄성률(E)이나 진동 감쇠율(tanδ) 등의 진동 특성이 뛰어난 개질 목재를 얻을 수 있다. 이것은 목재가 수백 년 경시 변화한 때의 변화 경향과 닮아 있어, 고목화라고 칭한다.

개질 처리에 의해 재료가 짙은 갈색을 띠며, 나뭇결의 콘트라스트가 높아지기 때문에, 도장 공정을 단축하면서도 투명감을 가진 깊이감이 있는 외관으로 완성할 수 있었다.

이와 같은 개질 목재는 특히 악기용 목재로서 적합하다.

도 1은 본 발명에서의 고압 수증기 처리 시간에 관한 온도 설정의 대표예를 도시한 그래프이다.

도 2는 활엽수(서어나무재)의 처리 온도 170℃에서의 처리 시간과 목재색 변화의 관계를 도시하는 그래프이다.

도 3은 활엽수(서어나무재)의 처리 온도 170℃, 유지 시간 15분에서의 재료 두께와 목재색 변화의 관계를 도시하는 그래프이다.

도 4는 활엽수(서어나무재)의 처리 온도 170℃에서의 재료 길이와 목재색 변화의 관계를 도시하는 그래프이다.

도 5는 침엽수(가문비나무재)의 처리 온도 170℃에서의 처리 시간과 목재색 변화의 관계를 도시하는 그래프이다.

도 6은 서어나무재를 이용하여, 유지 온도를 170℃에서 일정하게 하여, 유지 시간을 변화시켰을 때의 고압 수증기 처리 전후의 손실 탄젠트(tanδ)의 변화율(%)을 도시하는 그래프이다.

도 7은 서어나무재를 이용하여, 유지 시간을 30분으로 하여, 유지 온도를 변화시켰을 때의 고압 수증기 처리 전후의 손실 탄젠트(tanδ)의 변화율(%)을 도시하는 그래프이다.

도 8은 서어나무재를 이용하여, 유지 온도를 170℃에서 일정하게 하여, 유지 시간을 변화시켰을 때의 고압 수증기 처리 전후의 동적 탄성률(E)의 변화율(%)을 도시하는 그래프이다.

도 9는 서어나무재를 이용하여, 유지 시간을 30분으로 하여, 유지 온도를 변화시켰을 때의 고압 수증기 처리 전후의 동적 탄성률(E)의 변화율(%)을 도시하는 그래프이다.

도 10은 가문비나무재를 이용하여, 유지 온도를 170℃에서 일정하게 하여, 유지 시간을 변화시켰을 때의 고압 수증기 처리 전후의 손실 탄젠트(tanδ)의 변화율(%)을 도시하는 그래프이다.

도 11은 가문비나무재를 이용하여, 유지 시간을 30분으로 하여, 유지 온도를 변화시켰을 때의 고압 수증기 처리 전후의 손실 탄젠트(tanδ)의 변화율(%)을 도시하는 그래프이다.

도 12는 가문비나무재를 이용하여, 유지 온도를 170℃에서 일정하게 하여, 유지 시간을 변화시켰을 때의 고압 수증기 처리 전후의 동적 탄성률(E)의 변화율(%)을 도시하는 그래프이다.

도 13은 가문비나무재를 이용하여, 유지 시간을 30분으로 하여, 유지 온도를 변화시켰을 때의 고압 수증기 처리 전후의 동적 탄성률(E)의 변화율(%)을 도시하는 그래프이다.

도 14는 가문비나무재를 이용하여, 유지 온도 150∼170℃, 유지 시간 8∼30분 범위 내의 5종류의 조건에서 고압 수증기 처리한 때의 고압 수증기 처리 전후의 밀도 변화를 도시하는 그래프이다.

도 15는 단풍나무재를 이용하여, 유지 온도 150∼170℃, 유지 시간 8∼30분 범위 내의 5종류의 조건에서 고압 수증기 처리한 때의 고압 수증기 처리 전후의 밀도 변화를 도시하는 그래프이다.

도 16은 가문비나무재를 이용하여, 유지 온도 150∼170℃, 유지 시간 8∼30분 범위 내의 5종류의 조건에서 고압 수증기 처리한 때의 고압 수증기 처리 전후의 E_L/G_LT변화를 도시하는 그래프이다.

도 17은 단풍나무재를 이용하여, 유지 온도 150∼170℃, 유지 시간 8∼30분 범위 내의 5종류의 조건에서 고압 수증기 처리한 때의 고압 수증기 처리 전후의 E_L/G_LT변화를 도시하는 그래프이다.

Claims

목재를 120∼200℃, 압력 0.2∼1.6㎫의 고압 수증기 중에서 1∼60분간 유지하는 것을 특징으로 하는 개질 목재의 제조 방법.
제1항에서 얻어진 개질 목재를 이용한 악기.