KR100692509B1 - 목질 흡음성 개선방법 및 목질 흡음재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 목질 흡음성 개선방법 및 목질 흡음재에 관한 것으로, 목재를 탈리그닌 처리하여 세포벽간 물질을 제거하여 공극율을 높임으로써 목재의 섬유방향에 입사하는 음파에 대한 흡음성능을 개선하는 방법 및 흡음성능이 개선된 목질 흡음재에 관한 것이다.
흡음성, 목재원반, 탈리그닌처리

Description

목질 흡음성 개선방법 및 목질 흡음재{A method for improving wood sound-absorbance and a sound-absorbing wood thereby}
도 1은, 본 발명에 의한 개선방법이 적용된 목질 원반의 육안관찰을 위한 사진이고,
도 2는, 도 1 횡단면 일부의 전자현미경 사진이고,
도 3은, 본 발명에 의한 흡음개선방법이 적용된 목질원반 및 미처리 목질원반의 흡음율을 도시한 도면이다. 샘플 1은 본 발명에 의해 처리된 목질원반이며, 샘플 2는 미처리 목질원반이다.
본 발명은 목질 흡음성 개선방법 및 목질 흡음재에 관한 것으로, 구체적으로는 목재를 탈리그닌 처리하여 목재의 섬유방향에 입사하는 음파에 대한 흡음성능을 개선하는 방법 및 흡음성능이 개선된 목질 흡음재에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 목재를 효율적으로 이용하기 위하여 목재를 화학적으로 처리하여 일정한 주파수 대역에서 통상 목재보다 우수한 흡음특성을 갖는 흡음보드를 제조하는 것이다.
현재 내장용이나 외장용 흡음재로 사용되고 있는 유리섬유, 암면 또는 석고보드 등은 흡음효과와 단열성이 우수하므로 건축물 자재로서 많이 이용되고 있으나 공기 중에 노출되어 사용될 경우 분진 등으로 인한 인체 유해성으로 점차 사용규제 대상이 되고 있으며, 이들 재료는 재료자체의 강도가 약하기 때문에 흡음재료를 넣어둘 일정한 틀이 요구되는 등의 사용 또는 경제적 문제점이 있었다.
상기 비친환경적 재료를 대체할 수 있는 목재는 재생이 가능한 천연자원이며 외관이 미려하고 가공성이 좋으며 타 재료에 비해 비교적 우수한 자체강도를 갖고 있으나, 국내의 목재자원은 주로 소경재, 만곡재가 주류를 이루고 있으므로 저 부가가치 국내 소경재나 만곡재의 효율성을 제고할 필요성이 대두되고 있다.
본 발명자는 목재, 바람직하게는 국내 소경재, 만곡재를 대상으로 특정 목적하에 탈리그닌 화학적 처리를 한 결과 처리된 목재에서 놀라운 흡음성 개선효과를 확인하였으며, 이에 따라 본 발명을 완성하게 되었다.
목재는 인간이 생활하면서 주로 접하게 되는 주파수대역에서 흡음율이 5%내외인 음향반사재료이다. 따라서 목재 흡음성을 개선하기 위한 많은 창작적 발명이 있었다. 본 출원인에 의한 특허출원 제99-38842호(목질 흡음재 및 그 제조방법)에 의하면, 목질 파티클에 합성수지 접착제를 무게비로 약 5 내지 30% 투입하여 교반하는 단계와, 접착제와 교반된 목질 파티클을 매트로 성형하는 단계 및 매트를 주면에 다수의 배출구멍이 형성된 성형틀 내에 넣고, 지름이 서로 다른 다수의 코어핀들을 상호간에 동축을 이루도록 각각 갖는 상·하 카울을 대향되게 개재한 뒤, 그 상·하부에서 프레스로 압착하는 단계로 이루어지며, 압착단계는 약 140 내지 240℃ 온도에서 약 20 내지 40㎏/㎠의 압력으로 적어도 5분 이상 처리되어, 저비중 후판이면서도 충분한 자체강도를 갖는 흡음성이 개선된 목질보드가 개시되었다. 또한 한국특허공개 제2003-30654호(탄성흡음재를 이용한 목재마루 구조)는 탄성 보강용 접착제를 충진할 접착구멍이 타공된 탄성흡음재 ; 상기 탄성흡음재 위에 상기 탄성 보강용 접착제가 충진된 후 시공되는 목재 마루판이 포함된 목재마루구조가 공개되어 있다.
상기 공개된 기술은 목재와 더불어 별도 흡음개선 재료가 개재된 것이므로 이를 실시하기에 어려움이 있을 뿐 아니라 환경친화적 추세와도 양립되지 않아, 본 발명자는 목재 구조를 예의 관찰하여, 목재 해부학적 접근방법으로 흡음성을 개선시킬 수 있는 방법을 개발하여 본 발명을 완성하게 되었다. 본 발명의 충분한 이해를 위하여 흡음성에 대하여 설명한다.
흡음은 음이 가지고 있는 에너지를 소실 또는 감소시키는 과정으로, 많은 공극을 가지고 있는 흡음재료의 마찰에 의한 흡음, 벽면에 공기층을 두고 얇은 판을 설치하는 판진동에 의한 흡음, 및 단일공명기를 이용한 흡음기구에 의해 흡음이 이루어진다. 다공질형 흡음은 두께에 따라 차이는 있으나 넓은 주파수대역에서 흡음효과가 우수한 반면, 그 자체만의 마무리가 적합하지 않으며, 판진동에 의한 흡음은 저주파수 영역의 흡음율이 증가하나 흡음효과가 비교적 작은 편이며, 단일공명기에 의한 흡음은 좁은 주파수대역에서 높은 흡음효과가 나타난다.
특히, 유리솜이나 암면은 흡음효과 외에도 단열성이 좋은 장점 때문에 건축물에 많이 적용되고 있으나 공기 중에 노출되어 사용될 경우 분진에 의해 인체에 유해한 영향을 끼칠 수 있다. 또한, 재료자체의 강도가 약하기 때문에 흡음재료를 넣어둘 틀이 필요하게 된다. 따라서 본 발명자는 흡음성과 단열성을 적절히 가지면서 인체에 유해하지 않은 신소재의 개발이 필요한데 그 중 하나가 목질재료라고 판단하고 있다.
본 발명의 목적은 환경친화적 흡음재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 목재 구조의 해부학적 접근을 통하여 세포벽간의 세포간극물질을 제거하여 공극확대에 의한 목재 흡음성을 개선하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 목질 흡음성 개선방법은, 통상의 목재를 원반으로 가공하는 단계 ; 상기 원반내 화학적 구성 성분 중 리그닌을 제거하는 단계 ; 및 상기 리그닌이 제거된 목질 원반을 감압건조하는 단계로 구성된다.
본 발명에 의한 목재는 수종에 제한되지 아니하며, 목재는 화학적으로 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스 (이하, 이들을 홀로셀룰로오스라 한다) 및 리그닌이 주성분으로 구성되나, 본 발명에서 제거하고자 하는 성분인 리그닌은 목재 셀룰로오스 미셀구조 사이에 침착된 페닐프로판형의 탄소골격을 가진 분자량 5만 이상의 중합체이며 목재 건량(乾量)의 20∼30％가 리그닌으로 알려져 있다.
상기 리그닌을 제거하는 방법(delignification)은 목재원반을 염소화시켜 염소화리그린을 용출하는 염소-모노에탄올아민법, 과초산법 등의 공지의 방법을 적용 할 수 있으나, 바람직하게는 리그닌을 산화분해하여 용출하는 아염소산나트륨법을 적용하는 것이다.
상기 리그닌이 제거된 목재원반은 목재의 완전 할렬을 방지하게 위하여 감압조건 (압력 70-90cmHg, 온도 30-50℃)하에서 바람직하게는 함수율 약10-15%까지 건조하여 원반 표면상에 미세 크랙을 형성한다. 본 발명은 목질 원반 만을 대상으로 흡음성 개선을 기재하고 있으나, 목질 공극확대에 의한 흡음율 개선 아이디어는 합판, 파티클보드 및 섬유판 등의 목질계 보드에 동일하게 적용될 수 있으며, 이하, 본 발명 실시예를 통하여 상세히 설명하도록 하나, 본 발명의 기술적 사상의 범위는 이에 국한되는 것이 아니므로, 이를 제한적으로 해석하여서는 아니된다.
실시예
낙엽송 목재를 횡단면으로 가공하여 (중저주파수영역시험편의 경우 직경 100mm, 고주파수영역시험편의 경우 직경 29.9mm, 두께 30mm) 목재원반을 준비하고, 상기 원반을 알코올-벤젠혼합액으로 탈지한 후, 증류수 1.2 L, 아염소산나트륨 8g 및 빙초산 1.6 mL를 첨가하여 워터베스에서 80℃로 120 시간 유지하였다. 탈리그닌 처리된 목재원반을 감압건조기 (압력 76 cmHg, 온도 40℃) 에서 함수율 12%까지 건조한 후, 원반 황단표면의 구조적 특징을 관찰함과 동시에 50-6400Hz 주파수 대역에서 흡음율을 측정하였다. 상기 흡음율 측정은 B&K사의 two microphone impedance tube와 pulse 분석장치를 이용하였다.
도1은 본 발명에 의한 흡음개선 처리된 목질 원반 횡단면 사진이고, 도2는 도1 일부 표면의 전자현미경 사진이다,
도1에서 알 수 있는 바, 본 발명에 의한 처리 후 원반 표면에 미세한 크랙이 다수 분포하고 있음을 알 수 있고, 이는 탈리그린 처리에 의해 강도 적으로 약해진 표면이 비교적 건조응력이 적은 감압건조 조건에서도 작은 할렬이 발생했음을 보여주는 것이며, 도2 전자현미경 사진을 통해 목재 세포벽간 세포간극물질이 용출되어 제거되었음을 확인할 수 있으며, 이러한 미세구조적 변화 결과, 본 발명에 의한 원반표면은 통상의 비처리 목재원반과 대비하여 감촉이 부드러우며, 목재에서 탄성적 거동을 하는 리그닌의 함유비율이 높은 간극부분이 제거됨으로서 공극율이 높아지고 따라서 음파에 대한 반사율이 낮아져 상대적으로 흡음성이 개선되는 것이라고 판단된다.
도 3은 본 발명에 의한 목질원반 및 비처리 목질원반의 흡음율을 도시한 것으로서, 측정 전(全) 주파수 범위에서 본 발명에 의한 원판이 비처리 원반 보다 향상된 흡음율을 보이고 있으며, 1KHz가 넘어서는 고주파수 대역에서 그 차이가 더욱 커졌으며 4KHz부근의 주파수 영역에서는 본 발명에 의한 원반이 30%정도 높은 흡음율을 나타내었으며, 2KHz부근과 6KHz부근의 주파수범위에서는 거의 두 배에 가까운 흡음성능을 나타내었다.
본 발명에 의한 목질 흡음개선 방법은 5% 내외의 흡음율을 가지는 음향반사재료인 목재를 통상 인간 청감이 가장 민감한 2KHz - 4KHz에서 흡음성능을 대폭 개선할 수 있으며, 종래 흡음성 내장재료로 사용되었던 암면, 유리섬유 등을 저 부가가치적인 목재로 대체할 수 있는 가능성을 제공하는 유용한 발명이다. 또한, 본 발명에 의한 목질 흡음재는 환경친화적인 재료이기 때문에 안심하고 사용할 수 있으며, 재활용될 수 있으므로 자원이용의 효율성측면에서도 타 재료와 비교하여 우월하여 자원의 효율적인 이용과 목재품의 부가가치 제고에 기여할 수 있는 발명이다.

Claims (4)

  1. 통상의 목재를 원반으로 가공하는 단계; 상기 원반내 리그닌을 제거하는 단계를 포함하는 목질 개선방법에 있어서, 원반 표면상에 흡음성 개선을 위한 미세크랙을 형성하기 위하여 상기 리그닌이 제거된 원반을 연속하여 감압건조하는 단계를 더욱 포함하는 목질 개선방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 리그닌을 제거하는 단계는 아염소산나트륨을 적용하는 것을 특징으로 하는, 목질 흡음성 개선방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 원반내 리그닌을 제거하는 단계에 앞서 알코올-벤젠 혼합액으로 원반을 탈지하는 단계가 더욱 포함되는 것을 특징으로 하는, 목질 흡음성 개선방법.
  4. 제 1항에 의한 개선방법으로 제조된 목질 흡음재.
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