KR100909666B1 - 생원목의 압축가공 방부처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원주목에서 목재방부제의 주입이 어려운 난주입 수종 또는 심재부분의 내부까지 골고루 방부제의 약액 주입을 용이하게 촉진하기 위하여 고함수율 상태인 생재를 축으로 연결된 반호상태 롤러로 원주목 외측으로부터 재면 전체에 압력을 고르게 가하여 일시적으로 목재의 단면적이 수축되면서 발생하는 수축변형인 물리적인 힘에 의해 목재 내부의 조직을 순간적으로 파괴하고, 다시 원상으로 회복시키는 과정을 통해 목재 조직의 통도기능을 향상시켜 방부제의 주입을 촉진하는 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 원주목을 본래보다 좁은 원통형의 롤러를 통과시키면서 압착하는 물리적인 힘에 의해 생원목의 수분이동 통로인 통도조직인 막공 및 세포벽을 일시적으로 변형시키지만, 생원목이기 때문에 목재조직은 파괴되지 않고 일시적으로 찌그러뜨렸다가 다시 정상으로 자연스럽게 회복하게 되는데, 이러한 과정에서 목재 내의 수분이동이 처리하기 전보다 훨씬 쉬워지므로 방부제의 흡수량 및 침윤도가 향상되어 기존의 방식보다 약액 주입이 고르게 되며, 심재 내의 주입도 가능하게 되며, 목재의 강도감소도 일어나지 않고 건조속도는 빨라지며 목재의 뒤틀림이나 갈라짐이 훨씬 해소되어 진다.

생원목, 원주목, 방부제 주입, 침윤도, 흡수량

Description

생원목의 압축가공 방부처리방법{Accelerating preservative treatment methods for rounded raw wood by compression process}

도 1은 본 발명의 생원목의 압축가공 방부처리방법을 위한 압축가공기의 개략도이다.

도 2는 도 1의 압축가공기의 실물사진이다.

도 3은 도 2의 압축가공기를 하측에서 촬영한 사진이다.

도 4는 압축가공에 의한 수분감소 관계의 그래프이다.

도 5는 압축가공에 의한 함수율 변화의 관계 그래프이다.

도 6은 함수율과 압축량에 따른 흡수량의 관계 그래프이다.

도 7은 함수율과 압축량에 따른 침윤도의 관계 그래프이다.

도 8은 압축률에 따른 휨강도 변화의 관계 그래프이다.

도 9는 압축가공후의 목재조직의 현미경사진이다.

본 발명은 원주목에서 목재방부제의 주입이 어려운 난주입 수종 또는 심재부분의 내부까지 골고루 방부제의 약액 주입을 용이하게 촉진하기 위하여 고함수율 상태인 생재를 축으로 연결된 반호상태 롤러로 원주목 외측으로부터 재면 전체에 압력을 고르게 가하여 일시적으로 목재의 단면적이 수축되면서 발생하는 수축변형인 물리적인 힘에 의해 목재 내부의 조직을 순간적으로 파괴하고, 다시 원상으로 회복시키는 과정을 통해 목재 조직의 통도기능을 향상시켜 방부제의 주입을 촉진하는 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 원주목을 본래보다 좁은 원통형의 롤러를 통과시키면서 압착하는 물리적인 힘에 의해 생원목의 수분이동 통로인 통도조직인 막공 및 세포벽을 일시적으로 변형시키지만, 생원목이기 때문에 목재조직은 파괴되지 않고 일시적으로 찌그러뜨렸다가 다시 정상으로 자연스럽게 회복하게 되는데, 이러한 과정에서 목재 내의 수분이동이 처리하기 전보다 훨씬 쉬워지므로 방부제의 흡수량 및 침윤도가 향상되어 기존의 방식보다 약액 주입이 고르게 되며, 심재 내의 주입도 가능하게 되며, 목재의 강도감소도 일어나지 않고 건조속도는 빨라지며 목재의 뒤틀림이나 갈라짐이 훨씬 해소되어 진다.

대부분의 목재에서 방부제의 주입은 수분의 통도관의 역할을 하고 있던 변재부분은 약액 주입이 용이하나, 수분통도기능을 상실하고 수목 지지의 역할을 하는 심재부분은 변재부분에 비하여 약액주입이 잘되지 않는다.

방부제의 주입이 목재내부까지 깊숙하게 주입되지 않은 목재는 야외에서 사용하면서 목재의 갈라짐이나 뒤틀림이 발생할 때 그 갈라짐의 깊이가 방부제가 침투한 곳보다 깊을 때에는 목재 내부가 빗물의 침투 등으로 썩게 된다.

이러한 내부부후의 발생을 억제하기 위해서는 갈라지는 깊이보다 깊게 방부제가 침투하여야 한다. 그러나 원주목의 경우는 내부에 심을 포함하고 있으므로 뒤틀림과 갈라짐이 판재나 각재보다 훨씬 심하고, 표면할열 깊이가 매우 깊게 발생하는 등 사용상의 문제점이 있다. 이를 해결하기 위하여 원주목에 임의로 수를 향하여 크랙방지선(배할)을 하는 등의 조치를 하고 있다.

특히, 생재의 경우는 목재 내부에 수분의 함량이 많기 때문에 가압방부처리를 하여도 내부에 남아있는 수분 때문에 방부제가 목재 내부로 침투하기 어려움이 있다.

이러한 결함을 해소하기 위하여 방부처리하기 전에 목재는 일반적으로 목재의 함수율이 28%(섬유포화점)이하로 건조시킨 후 방부처리를 하고 있다. 그러나 건조과정에서 수분이동에 중요한 역할을 하는 세포내강과 벽공막에 존재하는 미세공극이 좁아지거나 막히게 되면 약액주입이 방해를 받게 된다.

또, 각재의 경우는 방부제의 주입이 곤란한 수종일 경우에는 방부제의 주입을 촉진하기 위하여 목재 표면을 편평한 드럼모양의 롤러로 된 판상에 날카로운 칼날이 장착된 인사이징(자상)기로 목재 표면에 흠집을 내어 목재 내부까지 강제로 방부제를 주입하는 인사이징 방법을 사용하고 있으나, 원주목의 경우에는 둥근면으로 되어 있으므로 칼날이 일정한 깊이로 목재 내부에 침투하기도 어려울 뿐만 아니라, 칼날이 쉽게 부러지는 등 인사이징 처리가 사실 어렵기 때문에 약액 주입에 어려움이 있다. 지금까지 개발된 원주목의 인사이징 방법은 원통 모양의 관 안쪽에 바늘이 부착된 침상의 인사이징기가 있으나, 장비 자체가 매우 고가이고 바늘도 쉽 게 부러지는 등의 결함이 있다.

상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 원주목에서 목재방부제의 주입이 어려운 난주입 수종 또는 심재부분의 내부까지 골고루 방부제의 약액 주입을 용이하게 촉진하기 위하여 고함수율 상태인 생재를 축으로 연결된 반호상태 롤러로 원주목 외측으로부터 재면 전체에 압력을 고르게 가하여 일시적으로 목재의 단면적이 수축되면서 발생하는 수축변형인 물리적인 힘에 의해 목재 내부의 조직을 순간적으로 파괴하고, 다시 원상으로 회복시키는 과정을 통해 목재 조직의 통도기능을 향상시켜 방부제의 주입을 촉진하는 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 원주목을 본래보다 좁은 원통형의 롤러를 통과시키면서 압착하는 물리적인 힘에 의해 생원목의 수분이동 통로인 통도조직인 막공 및 세포벽을 일시적으로 변형시키지만, 생원목이기 때문에 목재조직은 파괴되지 않고 일시적으로 찌그러뜨렸다가 다시 정상으로 자연스럽게 회복하게 되는데, 이러한 과정에서 목재 내의 수분이동이 처리하기 전보다 훨씬 쉬워지므로 방부제의 흡수량 및 침윤도가 향상되어 기존의 방식보다 약액 주입이 고르게 되며, 심재 내의 주입도 가능하게 되며, 목재의 강도감소도 일어나지 않고 건조속도는 빨라지며 목재의 뒤틀림이나 갈라짐이 훨씬 해소하는 처리방법을 제공하는 데에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 생재 원주목의 외주면을 반지름 내측방향을 향하여 압축하는 단계; 및 상기 압축된 생재 원주목에 방부제를 침투시키는 단계를 포함하는 생재 원주목의 압축가공 방부처리방법이다.

또 다른 발명은, 생재 원주목의 외주면을 반지름 내측방향을 향하여 압축하는 단계; 상기 압축된 생재 원주목을 건조시키는 단계; 및 상기 건조된 생재 원주목에 방부제를 침투시키는 단계를 포함하는 생재 원주목의 압축가공 방부처리방법이다.

상기 압축가공은 상기 생재 원주목의 직경보다 작은 통과홀을 가지는 압축롤러에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 방부제는 수용성 목재방부제인 것을 특징으로 한다.

또, 상기 수용성 목재방부제는 구리아졸화합물계 목재방부제, 구리알킬암모니움화합물계 목재방부제인 것을 특징으로 한다.

또, 생재 원주목의 압축율은 30%이하인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

생재인 원주목을 상기 생재 원주목의 직경보다 작은 둥근 통공을 가진 롤러 에서 강제로 압축을 하면, 압력에 의해 목재가 수축 변형되면서 목재에서 수분이동 통로가 되는 세포내강, 벽공막이나 세포벽 등이 손상되면서 목재 내부의 수분이 외부로 빠져나오게 된다.

이 때 원주목은 함수율이 매우 높은 생재 상태이기 때문에 세포내강, 벽공막이나 세포벽이 파손되는 상태가 아닌 찌그러짐에 따른 변형으로, 시간이 지나면 목재 자체의 탄성력에 의해 목재가 다시 복원되면서 세포는 정상으로 회복되어 진다.

그러므로, 목재의 강도감소가 거의 발생하지 않는다.

또, 목재가 변형될 때 내부의 수분이 배출되고, 세포내강, 벽공막이나 세포벼의 일부가 일시적으로 파괴된 상태이므로, 방부제 주입 전에 건조시킬 경우에 건조시간을 줄일 수 있다.

그리나, 생원목이 압축가공된 상태에서는 상술한 바와 같이 세포내강, 벽공막이나 세포벽의 변형으로 인하여 목재 내의 수분이동이 처리하기 전보다 훨씬 쉬워지므로 방부처리시 방부제의 주입도 양호해 진다.

방부제로는 목재방부제인 구리아졸화합물계 목재방부제(CUAZ-2호)와 구리알킬암모니움화합물계 목재방부제(ACQ)를 사용할 수 있으며, 수용성계의 목재방부제로 주입하는 것을 특징으로 한다.

일반적으로 원주목에서 방부제의 주입이 전체 목재 단면적의 60%이상이 되면 내부부후가 진행되어진다고 하여도 나머지 썩지 않은 60%의 부분이 강도를 유지해 주기 때문에 실제 사용에서 처음 설계당시 목재의 경우는 허용응력을 다른 소재보다 많이 주므로 강도감소에 의한 염려는 하지 않아도 된다.

특히, 상기 원주목의 압축율은 30% 이하인 것이 바람직하다. 이는 압축율이 30%를 초과할 경우에는 원주목 조직이 파괴되어 오히려 원주목의 강도가 감소하기 때문이다.

[실시예]

공시재인 생재 원주목으로는 심재가 포함된 리기다소나무 원주목(Φ9×270cm)을 이용하였으며, 공시재는 원주가공 직후 비닐포장하였으며, 압축처리 직전에 측정한 공시재의 함수율은 약 136%였다.

한쪽 끝으로부터 30cm 안쪽의 샘플을 채취하여 처리전 함수율의 측정을 위해 사용하였으며, 처리 후 다시 30cm안쪽의 샘플을 채취하여 흡수량 및 침윤도 측정을 위해 사용하였다.

사용한 방부제는 수용성계의 목재방부제인 구리아졸화합물계(CUAZ-2호) 방부제이다.

압축처리는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 공시재의 직경보다 작은 통공을 가지는 복수의 롤러를 포함하는 압축가공기를 사용하였다.

다만, 공시재의 압축변형율을 고려하여, 공시재가 좌측에서 우측으로 진행되는 경우에 도 1에 도시된 바와 같이 좌측의 롤러의 통공의 직경이 우측의 롤러의 통공의 직경보다 크게 하였다.

처리목재의 함수율에 따른 처리 효과를 조사하고자 원주가공 직후의 생재(함수율 약 60~120%), 가공후 기건(약 30~50%) 및 가공후 전건(약18~25%)으로 구분하 여 하였으며, 처리 목재에 대하여 각각 10%, 20%, 30%의 압축율을 적용하였으며 각 처리구에 대하여 10반복 실시하였다. 각 압축율에 따른 목재의 수축 폭과 걸리는 압력은 다음과 같다.

	압축율(부피%)	수축길이(㎜)	최고압력(㎏/㎡)
1	10	2.5	12.5
2	20	4.8	17.0
3	30	7.4	19.5

방부처리 작업액을 2%(w/v) 농도로 하여 가압방부처리(충세포법, 최대압력 15kg/cm3) 하였으며 실온에서 3주 이상 양생하였다.

흡수량 측정은 무기물형광분석기(XRF, XEPOS)를 사용하였으며, 침윤도는 구리 지시약인 Chrome Azurol-S를 사용하여 시험체의 횡단면 30cm안쪽에서 절단한 단면에 발색시약을 뿌리고 정색 후 측정하였다.

휨강도의 측정은 만능강도시험기(UTM, instron 5585)를 사용하였으며, 함수율 11.4%(표준편차 2.9)로 조절된 각 처리재의 압축율에 따른 휨강도 변화를 측정하였다.

중앙 집중 하중방식으로 공시재의 스펜길이 180cm, 로드셀의 최대하중 20톤, 크로스헤드 이동속도는 5mm/min로, 각 처리구에 대해 30반복 실시하였다.

상기와 같은 시험결과는 다음과 같다.

압축처리에 의한 수분감소(생재상태)는 도 4에 도시된 바와 같이, 30%압축(445g)>20%압축(298g)>10%(191g)의 순이며, 함수율 변화는 도 5에 도시된 바와 같이 미처리일때 138%이고, 128%(10%압축)⇒119%(20%압축)⇒73%(30%압축)이다.

압축처리에 의한 흡수량의 변화를 살펴보면, 도 6에 도시된 바와 같이 압축처리 직후는 30%압축에서도 흡수량은 1kg/㎥ 내외의 값을 나타내었으나, 압축처리 후 기건상태로 함수율이 40%정도에서는 압축율에 관계없이 흡수량이 3.5kg/㎥에 도달하였다.

또, 압축율 30%에서는 흡수량 5.0kg/㎥의 값을 나타내었고, 압축가공 후 건조로에 넣어 함수율을 약 22%까지 조절하면 최대 8.8kg/㎥의 흡수량을 나타냈다.

압축처리에 의한 침윤도의 변화는 도 7에 도시하였다.

즉, 생재상태에서 약제 침윤도는 압축처리를 적용하더라도 낮고, 변재부에 조차 약액의 고른 침투가 이루어지지 못하였다.

그러나, 본 발명에 따른 압축가공 후 약 40%까지만 건조하면 무처리 전건상태의 목재와 유사한 침윤도를 나타내었다.

특히, 심재부가 외곽으로 노출된 처리재의 경우 심재 침윤도가 크게 향상되었다.

그리고, 전반적으로 압축율이 높아지면 다소 침윤도가 향상되었으나 그 차이는 미소하였다.

압축처리에 의한 휨강도의 변화는 도 8에 도시된 바와 같다.

먼저, 압축율 30%를 적용하면 강도감소는 6%미만으로 발생하였고, 생재상태에서 정해진 압축율에 따른 압축가공, 방부처리, 건조 후의 압축강도 측정결과, 압축처리재의 최대허용강도는 약 606~623kgf/㎠를 나타내어 미처리구의 623kgf/㎠와 같거나 다소 낮은 값을 나타내었으나, 각 압축율과 미처리구 강도의 값 사이에는 유의성(Duncan, α=0.05)이 인정되지 않는 것으로 나타났다.

압축처리에 의한 목재조직의 변화를 살펴보기 위해 전자현미경으로 관찰한 결과가 도 9이다.

즉, 압축처리에 의한 방사단면의 분야벽공, 유연벽공 및 횡단면상의 수지구의 형상이 전자현미경 관찰로는 정상세포와 차이점을 찾을 수 없었다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본원 발명을 통하여, 생재 원주목을 가공할 경우 수분제거가 용이하고, 수분제거로 인해 발생된 공간 내에 약액투입이 가능하므로, 평소 약제주입이 곤란하였던 심재부분에도 약액이 깊숙하게 침투하게 된다. 또한 원주목내부에 수분의 이동통로가 형성되어졌으므로 원주목의 내부와 외부의 수분이동경사가 완만해지기 때문에 목재의 뒤틀림이 훨씬 줄어들고, 할열이 거의 없게 된다. 따라서 지금까지 원주목에서 크랙방지선(배할)을 넣어주었던 것을 크랙방지선 없이도 할열을 방지할 수 있다.

또 건조시에도 압축가공으로 인해 수분이 배출되므로, 건조에 소요되는 시간이 상당히 줄어든다.

또한, 세포내강, 벽공막이나 세포벽의 변형으로 인하여 목재 내의 수분이동이 처리하기 전보다 훨씬 쉬워지므로 방부제의 흡수량 및 침윤도가 향상되어 기존의 방식보다 약액 주입이 고르게 되며, 심재 내의 주입도 가능하게 된다.

그리고, 상기와 같은 장점에도 불구하고, 강도감소가 발생하지 않는다.

또, 수분제거로 인하여 뒤틀림이 적으므로 종래의 배할(크랙방지선)이 필요없게 된다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 생재 원주목의 외주면을 단면적이 축소되도록 반지름 내측방향을 향하여 압축하는 단계;

   상기 압축된 생재 원주목을 함수율이 40%이하가 되도록 건조시키는 단계; 및

   상기 건조된 생재 원주목에 방부제를 침투시키는 단계를 포함하는 생재 원주목의 압축가공 방부처리방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 압축가공은 상기 생재 원주목의 직경보다 작은 통과홀을 가지는 압축롤러에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 생재 원주목의 압축가공 방부처리방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 방부제는 수용성 목재방부제인 것을 특징으로 하는 생재 원주목의 압축가공 방부처리방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 수용성 목재방부제는 구리아졸화합물계 목재방부제 및 구리알킬암모니움계 목재방부제인 것을 특징으로 하는 생재 원주목의 압축가공 방부처리방법.
6. 제2항에 있어서, 생재 원주목의 압축율은 30%이하인 것을 특징으로 하는 생재 원주목의 압축가공 방부처리방법.

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