KR101333574B1 - 연소온도 이하로 가열한 후에 탄화된 표피를 제거하는 것을 특징으로 하는 소나무 가공방법 및 상기 방법을 이용한 소나무 목재 - Google Patents

Abstract

구조용 목재로서의 내구 성능을 다소 희생하는 대신에 소나무 특유의 향을 최대로 유지 보존시키는 독특한 가열처리 방법이 개시된다. 본 소나무 가공방법은 미 건조 또는 반 건조된 소나무를 사용 치수보다 약간 크게 제재한 다음 200℃~300℃ 범위에서 12시간~72시간 정도 가열하여 표면의 목질을 탄화 직전의 상태로 열 분해 시키는 것이 특징이다.
그 다음으로 가열이 종료된 소나무의 표면 중 탄화된 표면을 제거하고 최적의 열변성층을 노출시키기 위하여 원래 가열 전 치수에서 용도에 따라 일정 두께만큼 제거하여 최종적으로 제재 완료된 소나무 목재를 완성한다.
이렇게 하여 완성된 소나무 목재는 표면으로부터 일정 깊이까지 200℃~300℃ 전후에서 열분해된 셀룰로오스 조직과 열변성된 리그닌 조직이 형성되고, 이들이 열분해된 송진 성분과 융합 후 재 응고된 형태로 표면층이 형성된다. 또한 다소 덜 가열되는 그 이하의 깊이로는 열분해 또는 열변성된 셀룰로오스 조직과 열분해된 송진 성분이 융합 후 재 응고된 형태의 중간층이 형성되며 열처리 시간의 조절에 따라 중간층 이하의 내부가 미변성층으로 남을 수 있도록 할 수 있다.
본 발명에 따르면 열변성층의 융합조직이 내부의 송진과 기타 소나무 함유물의 석출이나 증발을 억제하는 역할을 하므로 일반적인 소나무 목재의 특징인 강하게 풍기다가 단기간에 사그라지는 소나무 특유의 향을 은은하면서도 오랫동안 유지 가능할 뿐 아니라 탄화층이 제거된 열변성층 표면은 중후한 짙은 색을 띠고 있어서 심미감이 뛰어나며 송진과 리그닌이 함께 열화되어 굳은 피막층은 마치 니스나 락카 등 인공도료에서 찾아볼 수 없는 쳔연의 느낌을 간직하면서도 병충해 방지기능과 좋은 쿠션감을 줄 수 있어 별도의 칠이나 표면처리가 필요 없는 효과가 있다.

Description

연소온도 이하로 가열한 후에 탄화된 표피를 제거하는 것을 특징으로 하는 소나무 가공방법 및 상기 방법을 이용한 소나무 목재{Manufacturing method and Products of Pinewood that are characterized by heating below combustion temperature and removing skin tissue}

본 발명은 고급 인테리어용 장식재와 고급 원목가구 및 원목공예품 등에 효과적으로 적용하기 위하여, 구조재로서의 목재 강성과 내구 성능을 다소 희생하는 대신에 병충해를 방지하고 소나무 특유의 향을 최대로 유지 보존시키는 것을 특징으로 하는 소나무 가공방법 및 그에 의해 제조된 소나무 목재에 관한 것이다.

목재의 목질은, 소나무를 포함한 침엽수의 경우 대략 11∼20%의 헤미셀룰로오스, 40∼45%의 셀룰로오스 그리고 27∼30%의 리그닌으로 주로 구성되어 있다. 이 중 뿌리쪽에 많이 분포하는 헤미셀룰로오스를 제외한 나머지 두 성분이 구조재로 쓰이는 상품용 목재의 세포벽을 이루는 주 성분이다. 한편, 같은 소나무과 개체 내에서 심재와 변재, 춘재와 추재 및 부위 별로 보면 부성분인 추출물의 함량과 그 조성에 있어서는 많은 차이가 있지만 목질의 구조적 강도를 결정하는 주성분에 있어서는 거의 차이가 없다.

셀룰로오스(Cellulose)는 글루코오스가 다수 중합 결합된 화합물로써 자연계에 가장 많이 존재하는 유기화합물로 섬유소라고도 한다. 실온에서 물이나 약산 또는 약알칼리성에 불용성이고, 충분한 길이를 가진 다당류로서 선상고분자 형태이며, 목질부의 인장강도와 굽힘강도에 영향을 미친다.

리그닌(Lignin)은 섬유질인 셀룰로오스 성분을 보다 강하게 결합시키며 목질의 고형화 유지 및 압축강도에 영향을 미치는 불용성 섬유소화합물로써 목질소라고도 한다. 식물세포가 성숙함에 따라 세포벽을 이루는 셀룰로오스 사이에 리그닌이 침착되어 목질부를 보다 강하게 만드는데 구체적으로는 4개 이상의 탄소가 다양하게 치환되어 있는 히드록시 페닐프로판을 기본 구성단위로 한 방향족의 망상고분자 형태이다. 화학적으로나 효소적으로 분해되기 어려워, 천연에서는 가장 안정한 물질의 하나이다.

한편 여타 목재와 구별되는 소나무 만의 특징 중 하나는 송진의 함유에 있다. 송진(pine resin)은 소나무과의 나무가 손상을 입었을 때 분비되는 발삼(balsam, 천연수지)으로, 깨끗한 것은 무색 투명한 액체이나 시간이 지나면 희뿌옇게 되며 끈끈한 성질이 생긴다.

산업용 물질로써의 송진은 소나무 토막에서 용매 추출로 얻는데 보통 거무스름한 색을 띠며, 송진과 그 유도체는 주로 비누, 광택제, 봉랍(씰링왁스), 인쇄용 잉크, 건조제, 접착제, 바인더, 납땜용제, 그림용 광택기름, 물통의 방수제 등으로 사용된다. 또한, 송진을 증류하여 얻는 천연 수지인 로진은 각종 미끄럼 방지제로도 사용된다. 무엇보다도 송진은 따뜻하면 끈적거리고 특유의 소나무 향을 풍기는데, 일반 구조용 송재(pinewood = 소나무 목재)와는 달리 가구용 송재나 생활용품용 송재, 그리고 실내 장식용 송재의 경우 소나무의 특유의 천연 향기가 오랫동안 짙게 유지될수록 상품성이 높다.

소나무는 가볍고 단단하며 연료로써의 탄소함유량이 많아 여러 가지 용도로 쓰인다. 대표적인 것이 가구제작용, 건축용 구조재와 땔감용, 관상용 숯이다.

자연건조를 제외한 기계적 목재가공 공정으로써 소나무 목재의 가열처리공정을 설명한다면 크게 가열건조공정과 가열탄화공정으로 나눌 수 있다. 판재, 각재 등 구조용 목재로써 사용되기 위해 거쳐야 하는 건조공정은 대략 60℃~150℃ 정도의 가열된 터널 환경에서 고온고습 조건으로 투입되어 고온저습 조건에서 배출되거나 저온고습 조건으로 투입되어 고온저습 조건에서 배출되는 것이 특징이다. 땔감용 숯이나 요리용 숯, 또는 관상용 숯 등을 만들기 위한 기계식 탄화공정은 순도와 품질에 따라 저급품의 경우 300℃~600℃ 범위에서 가열 탄화시키며 고급품의 경우 800℃~1200℃ 정도의 범위에서 탄화시켜, 리그닌과 셀룰로오스 등 목질 구조체의 조직이 완전히 붕괴되고 기타 화합물이 완전히 증발된 상태의 순수한 탄소로 이루어진 다공질의 숯으로 제조된다.

등록특허 10-0643004호 건조 후 가압 및 감압 함침 공정에 의해 불연처리제를 함침시키는 목재의 제조방법. 등록특허 10-0512079호 80℃~100℃ 범위의 진공에서 가열 건조시키는 목재의 건조방법. 등록특허 10-0849013호 60℃~70℃ 범위에서 건조 후 규산염 수용액에 침지하고 꺼내어 자연 건조시키는 목재 처리방법. 등록특허 10-0666388호 전분, 석분 등 환경친화적인 불연재 보호 피막층을 코팅한 장식용 목재의 제조방법.

공개실용신안공보 20-2010-0008378호 소나무 판재와 합판을 결합하여 향기를 돋운 집성목 판재.

소나무 목재에 함유된 상태 그대로의 송진은 목재 내의 수분과 마찬가지로 구조재로 사용되는 소나무 목재의 성능특성에 대부분 나쁜 영향을 미친다. 예컨대 건조가 덜 진행된 소나무 목재에서 지속적으로 추출되는 수분과 송진은 목재를 변형시키고 표면을 끈적이게 하며 시간이 지날수록 벌레가 먹거나 수축으로 인한 갈라짐과 도료의 탈색을 유발한다. 반면 소나무 목재에 함유된 송진은 칠을 하지 않은 원목가구나 바둑판, 목기(그릇) 등 제품의 용도와 사용방식에 따라 의외로 초기 상품성에 좋게 작용하는 경우도 있는데, 왜냐하면 위에서 설명한 바와 같이 송진 특유의 냄새가 소나무향의 주 성분 이므로 사용자의 입장에서는 더욱 고급스럽고 자연의 원목느낌을 받을 수 있기 때문이다. 따라서 이러한 용도의 제품에 소나무 목재가 사용될 때 특유의 솔 향기가 오래 유지되도록 하려면 오히려 잔류 송진의 함유량이 많거나 쉽게 석출되어 증발되지 않게 할 필요가 있다. 물론 송진의 함유량은 일정 수준 이상으로 유지하면서도 다른 기계적 성질은 최소한의 요구조건을 만족시킬 필요가 있다. 예를 들어 목공 작업에 필요한 기본적인 치수 유지능력이나 가혹하지 않은 실내 환경에서 비교적 크지 않은 외력(하중)에 충분히 버틸 수 있는 정도의 강도, 그리고 오랜 사용기간 동안 제품의 기본 성능에 영향을 미치지 않을 정도의 무난한 수축량 등은 필수적인 요구 성능조건이다.

본 발명은 고급 인테리어용 장식재와 고급 원목가구, 고급 목공예품 등에 효과적으로 적용될 수 있으면서도 나무에 대한 지식이 많지 않은 일반 소비자들에게도 소나무 원목의 느낌을 충분히 부여할 수 있도록, 구조용 목재로서의 내구 성능을 다소 희생하는 대신에 병충해를 방지하고 소나무 특유의 향을 최대로 유지 보존시키는 것이 목적이다.

다시 말하면, 시간이 지남에 따라 용도에 따라 허용 가능한 미소한 치수변형을 의도적으로 유도하는 대신, 오랜 시간이 지나도 쉽게 소나무의 고급스러운 풍미를 느낄 수 있도록 하고 최근 범람하고 있는 위조된 인조 원목 상품과 비교하여 모방할 수 없는 식별 특징을 부여함으로써 제품의 신뢰감과 색다른 상품성을 소비자에게 심어주며 궁극적으로 차별화된 브랜드 가치를 시장에 인식시킬 수 있는 소나무 목재를 제조하기 위한 것이다.

상기 목적을 해결하기 위해 본 발명은 우선 송진을 함유하고 있는 소나무 목질의 가열에 따른 분해특성, 구체적으로 셀룰로오스와 리그닌의 열분해특성에 주목하였다.

일반적으로 나무에 불을 붙인 후에 관찰하면 우선 나무에서 미세한 증기가 끓어오르는 것을 볼 수 있다. 이 증기는 목질 안에 남아 있던 수분이 끓어오르면서 생기는 것이다. 증기를 내뿜고 나면 나무는 불 붙기 좋은 상태로 건조된다. 그 다음 리그닌과 셀룰로오스 조직이 붕괴되면서 나오는 송진과 같은 휘발성 나무오일이 끓어오르고 옅은 나무 가스가 발생하는 것을 볼 수 있다. 이 나무 가스에 곧 불이 붙고 나면 나무는 고온상태가 되고 리그닌과 셀룰로오스 조직을 구성하는 탄소가 산소와 결합하면서 격렬한 연소를 시작한다.

이와 같은 건조증발 및 연소특성을 적절히 이용하는 것이 현대 목재 처리공정의 핵심이다. 이를 각각의 온도별로 살펴보면 100℃ 정도의 가열에서는 목재가 갖고 있는 수분이 증발되고, 100℃가 넘으면 액상의 함유 구조체(예컨대 송진 등)가 방출되면서 열분해가 서서히 시작된다.

150℃에서는 열분해속도가 빨라지며, 180∼300℃에서는 헤미셀룰로오스가 급속도로 분해되고, 240∼400℃에서는 셀룰로오스, 그리고 250∼550℃에서는 리그닌이 분해되면서 250℃, 300℃ 및 400℃부근에서 각각 발열 피크를 나타낸다. 이때 왕성하게 분해됨과 동시에 발열반응을 일으킨다.

마지막으로 500∼1,000℃에서는 3가지 주요 성분의 탄화물로부터 수소가 분리되어 목탄(숯)이 되는데 700℃ 부근에서의 목질 가스생성의 피크는 주로 이때 분리되는 수소성분에 의한 것이다.

현재까지의 연구결과에 따르면 선형 고분자 형태인 셀룰로오스는 쉽게 탄소로 분해되나 망상 고분자 형태인 리그닌은 상대적으로 분해가 어렵고 분해되더라도 현재의 기술수준으로는 예상할 수 없는 정도의 넓은 범위의 생산물로 분해된다. 참고로 이러한 리그닌의 특성은 바이오 연료의 수율을 떨어뜨리는 난점 중 하나이다.

그러나 본 발명은 위와 같이 분해가 어려운 리그닌이 분해과정에서 예상치 못한 분자구조로 변성되는 특성을 의도적으로 이용하였다. 즉 셀룰로오스 분해가 상당히 진전되고도 리그닌이 거의 분해되지 않거나 일부만이 분해된 상태를 유지하기란 전체적으로는 어려운 일이나 가구용, 장식용 목재와 같이 목재 덩어리 자체로 사용되는 제품에는 정확히 원하는 상태로 분해되지 않은 부분을 절단이나 대패질로 쉽게 제거해 낼 수 있기 때문에 이러한 공정이 유용하게 적용 가능한 것이다.

이에 대한 이론적 뒷받침으로 리그닌 분해에 관한 최근 연구결과를 인용하면 7000KPa(킬로파스칼:압력단위)에 이르는 초 고압의 물을 250~300℃로 가열한 상태에서 리그닌에 작용시키고 적당한 촉매와 수소를 가하여 리그닌을 단량체(monomer)나 이량체(dimer) 수준의 작은 탄화수소 단위로 분해 가능하였다. 이때의 탄화수소들은 마치 석유와 같이 끈끈한 지성의 성질을 띠고 있는 것이 특징이다.

이러한 연구결과들을 토대로 판단하면 헤미셀룰로오스를 포함한 셀룰로오스가 비교적 활발하게 분해되며 리그닌이 일부 분해 시작되는 온도 범위인 200℃~300℃ 범위는 공기와 함께 연소가 임박한 매우 짧게 지나쳐가는 불안정한 상태이나 이 상태가 목질 구조의 독특한 변화를 가져오는 의미 있는 온도범위임을 알 수 있다.

본 발명의 사전 단계로 진행된 실험에서는 고압수 분사 등 물리적 분해공정이 없고 연소유도체인 공기가 최대한 차단된 상태(완전 진공은 아니다)에서 상기 온도 범위(200℃~300℃)를 일정시간 유지하였을 때 해당 온도 영역에 존재하였던 셀룰로오스가 상당량 분해되면서도 리그닌은 대부분 분해되지 않고 변성된 상태에서 셀룰로오스 틈새에 함유된 송진, 그리고 분해된 셀룰로오스 분자조각들과 합쳐져서 새로운 화학적 특성을 갖는 열변성층이 형성되는 것을 발견하였다. 이 열변성층의 기본적 생성원리는 열분해가 막 시작되다 멈춘 변성된 리그닌의 깨지지 않은 망상 고분자구조에 의한 것으로 생각된다. 본 발명이 주목한 상기 열변성층의 가장 중요한 특징은 상기 열변성층이 송진을 포함한 내부 함유물의 외부석출을 억제하는 탄성의 피막 역할을 한다는 것이다. 즉 상기 열변성층은 목재 내부의 건조도나 열처리 상태에 상관없이 어느 정도의 수축과 비틀림에 저항하면서도, 통상적으로 초기에 강하게 피어 오르다가 1~2년이면 완전히 사라지는 소나무향을 최소 6년 이상 천천히 꾸준하게 피어 오르도록 억제 유지시킬 수 있었다.

물론 일반건조목과 본 발명에 따른 소나무목은 목재의 건조정도가 같다면 전체 기간을 통틀어서 방출되는 소나무향, 다시 말해서 소나무향의 결정적 인자인 송진 석출량은 대략 같은 것으로 판단되나 본 발명이 주목하는 열변성층의 특성은 방출되는 소나무향을 상대적으로 적게 유지하면서 오랫동안 꾸준히 유지한다는 것이 특징이며 열변성층의 피막효과에 기대어 상대적으로 덜 건조시킬 수 있으므로 초기 송진함유량을 늘릴 수 있는 장점이 있다.

이를 이론적으로 해석한다면 표피층의 송진과 상당히 분해된 셀룰로오스, 그리고 일부 분해된 변성 리그닌은 서로 엉켜서 일종의 석출방지 피막을 형성한 상태가 되며, 표피층 아래 심층의 송진은 상기 피막에 가로막혀 원래의 속도로 빠르게 석출, 증발되지 못하는 상태로 볼 수 있다. 즉 본 발명은 바로 이러한 열 변성 상태를 의도적으로 유도하여 적절한 분야에 해당 제품의 상품성에 맞게 적용하는 것을 주요 과제 해결수단으로 한다.

한편 상기 열 변성층의 생성을 단지 온도와 시간에 따른 가열공정조절 만으로 정확히 반복 재현하기는 어려운 일이다. 그러나 본 발명은 본 발명이 목표로 하는 제품용도인 가구나 장식재 등의 제조에 있어서 반드시 거쳐야 하는 소나무 목재의 제재공정에 주목하였다. 즉 본 발명 원재료 목재의 표피에 일정시간 동안 가열 공정을 거치게 하고 가열이 완료된 상태에서 원하지 않는 표면층 상태(예를 들어 연소로 탄화된 표면 등)를 지능적으로 절단 제재하여 치수가 조절된 목재를 최종 제품으로 생산하는 것을 또 다른 주요 과제 해결수단으로 한다.

본 발명에 따르면 강하게 풍기다가 단기간에 사그라지는 소나무 특유의 향을 은은하면서도 오랫동안 유지 가능하게 할 수 있는 효과가 있다.

또한 탄화층이 제거된 열변성층 표면은 중후한 짙은 색을 띠고 있어서 심미감이 뛰어나며 송진과 리그닌이 함께 열화되어 굳은 탄성의 피막층은 마치 니스나 락카 등 인공도료에서 찾아볼 수 없는 쳔연의 느낌을 간직하면서도 좋은 쿠션감을 줄 수 있어 도색, 니스칠 등 추가적인 표면처리가 필요 없는 효과가 있다.

추가로 열화 피막층은 섬유질 조직이 변성된 것으로 장기간 방치 실험결과 병충해에 전혀 영향받지 않는 것을 발견하였다. 즉 내부송진의 석출을 억제하는 피막은 외부로부터의 수분이나 벌레의 침투도 억제하는 효과도 있다.

마지막으로 본 발명은, 가열시간의 조절을 통해 열변성층의 두께를 조절할 수 있다. 따라서 열변성층의 두께에 반비례하는 내구강도와 열변성층의 두께에 비례하는 치수안정성의 두 가지 성능 측면을 용도에 따라 균형 있게 조절할 수 있으므로 얇은 판형의 인테리어 목재에서부터 두꺼운 원목침대와 같은 중후 장대형 가구용 목재에 이르기까지, 고급 실내용 저강도 목재로써 다양하게 이용할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명 소나무 가공방법의 공정 흐름도.
도 2는 본 발명 소나무 목재의 단면 조직도.
도 3은 본 발명 제1실시예(후판가공)의 작업 개념도.
도 4는 본 발명 제2실시예(각재가공)의 작업 개념도.
도 5는 본 발명 제3실시예(통체가공)의 작업 개념도.
도 6은 본 발명에 따른 소나무 목재와 종래의 소나무 목재의 향 발생량과 유지기간 차이를 도시한 그래프.

상술한 본 발명의 과제 해결수단을 기술적으로 뒷받침하기 위하여 도면에 포함된 본 발명의 일 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.

다만 아래의 특정 실시예에서 특정 용어와 특정 수치를 포함한 구성단계와 이들이 결합된 특정단계가 본 발명에 포괄적으로 내재된 기술적 사상을 제한하는 것은 아니다.

도 1에 도시된 본 발명의 주요 공정흐름을 따라서 설명한다. 본 발명의 핵심단계는 미 건조 또는 반 건조된 소나무를 사용 치수보다 가로/세로/높이 각각 1mm~25mm 범위만큼 크게 1차 제재하는 A단계와 상기 1차 제재된 소나무를 200℃~300℃ 범위에서 가열하는 B단계와 상기 가열 상태를 사용치수의 크기에 따라 12시간~72시간 지속시키는 C단계, 그리고 가열이 종료된 소나무의 표면을 가로/세로/높이 각각 1mm~25mm 범위만큼 작게 2차 제재하는 D단계로 나눌 수 있다.

이중 상기 B단계는 공기와의 접촉을 최대한 억제할 수 있도록 목재의 형상에 최적화된 형상을 가진 발열체를 이용한 접촉가열로 진행되며, 상기 발열체의 온도 범위는 250℃~400℃ 범위로 설정된다.

다시 말하면 가공하고자 하는 목재의 부피나 두께가 작을수록 허용 가능한 탄화층 형성 두께는 작아지고, 가공 목재의 부피나 두께가 클수록 이러한 허용 탄화층 두께는 커질 수 있다. 또한, 부피와 두께가 작은 재료(예컨대 도 1에서의 후판이나 각재 등)는 비록 소나무의 열 전도율이 낮다고 하더라도 가열용 발열체의 온도에 쉽게 영향을 받을 수 밖에 없으므로 가열용 발열체의 온도는 비교적 낮게 유지할 수 밖에 없는 속성이 있으며 부피와 두께가 큰 재료는 그 반대이다. 이러한 속성에 따라 목재의 가열용 발열체의 온도는 상기 A단계의 1차 제재 치수가 작을수록 250℃에 가깝게 설정되고 1차 제재 치수가 클수록 400℃에 가깝게 설정되며, 상기 발열체의 가열 지속시간은 A단계의 1차 제재 치수가 작을수록 12시간에 가깝게 설정되고 1차 제재 치수가 클수록 72시간에 가깝게 설정된다.

참고로 도 1에 설명된 가열 처리단계는 도 3내지 5에 도시된 본 발명의 제1(후판가공), 제2(각재가공), 제3(통체가공) 실시예에서 그 개념과 원리를 잘 이해할 수 있다.

상기와 같이 적절한 가열온도범위와 가열 지속시간, 그리고 목재 표면의 탄화층이 지나치게 발달하지 않도록 최대한 공기와 차단시켜 주면서 목재 표면 전체의 온도를 고르게 상승시키는 발열체의 조합으로 본 발명은 도 2와 같은 가열 후 단면 조직 특성을 띠게 된다.

도 2의 가열된 목재를 층별로 설명한다. 발열체의 온도는 목재에 발생시키고자 하는 열변성된 표면층(2)보다 반드시 높을 수 밖에 없으므로 목재 표면은 연소온도인 400℃에 근접할수록 주위의 미소한 공기잔량과 결합하여 탄화층(1)을 형성한다.

그 다음 상기 탄화층 이하로 우리가 원하는 열 변성 또는 열 분해된 표면층(2), 중간층(3), 미건조 또는 반건조 상태의 미 변성층(4)이 차례로 분포한다. 모든 층에는 열 분해된 송진이 함유되어 있으나 미 변성층에 함유된 송진은 가열이 끝나고 식게 되면 다시 원 상태로 목질 조직 사이에 스며든다. 이러한 송진이 밖으로 빠져 나오지 않게 하는 것이 표면층과 중간층의 역할이다.

표면층(2)은 목재(10)의 가열을 종료하고 제재된 소나무 표면의 탄화층을 제거하여 실제 사용시에 목재의 표면으로 드러나는 층이며 목재 표면으로부터 적어도 1mm 이상의 깊이로 200℃~300℃ 전후에서 열분해된 셀룰로오스 조직과 열변성된 리그닌 조직이 형성되고 여기에 열분해된 송진 성분이 상기 조직들과 융합되고 이후 가열상태를 해제하면 재 응고되는 형태로 형성된 것이다.

중간층(3)은 상기 표면층으로부터 적어도 1mm 이상의 깊이로 열분해된 셀룰로오스 조직과 열분해된 송진 성분이 융합 후 재 응고된 형태로 형성되거나 또는 열변성된 셀룰로오스 조직과 열분해된 송진성분이 융합 후 재 응고된 형태로 형성된다. 즉 중간층에는 셀룰로오스 열분해층이 적어 상대적으로 송진이 빠져나오지 못하도록 하는 피막 역할은 표면층 보다 떨어진다. 반면 열분해 후 식었을 때 다시 원래의 소나무 향을 간직할 수 있는 미 변성된 송진의 양은 표면층 보다 더 많으며 표면층에 함유된 송진은 사실상 피막의 주요 성분 역할 만을 할 뿐 원래의 성질, 특히 소나무 향은 거의 상실된 상태이다.

상기 열변성층(표면층과 중간층을 포괄한 개념이다)들은 가열용 발열체의 온도, 두께나 둘러싸는 형상, 그리고 지속시간에 따라서 생성되는 두께를 적절히 조절할 수 있으며 가열 공정의 특성상 장시간의 항온가열이 필요하므로 두께나 부피가 매우 작은 판재 등으로는 적절히 생성시키기 어렵다.

따라서 실내 장식용 판재 등으로 활용하기 위해서는 우선 후판(두꺼운 판재)으로 도 3과 같이 가열판 접촉으로 원하는 열 변성층을 생성한 후 이를 얇게 잘라서 미 변성층은 장식면의 뒤쪽으로 밀폐 접착시키고, 장식면의 앞쪽으로는 표면층이 오도록 작업할 수 있다. 이 경우 장식면 뒤쪽이 미변성층 상태로 노출되므로 벽체와 장식면 뒤쪽 미 변성층의 밀폐 정도가 소나무 향의 유지 및 병충해 방지에 중요함은 물론이다.

한편, 발열체는 도 3~5에 개시된 바와 같이 항온 가열코일이 부설된 판형, 홈형, 또는 석재가 담긴 용기형 등으로 구성될 수 있다. 어떤 경우에도 공기와 목재 표면과의 접촉을 최대한 차단하면서 일정한 온도로 오래도록 가열하는 것이 좋으므로 잘 식지 않으면서 순간적인 온도변화가 적은 석판, 석재 등이 적합하다.

도 6은 본 발명에 따른 소나무 목재와 종래의 소나무 목재의 향 발생량과 유지기간 차이를 도시한 그래프이다. 두 가지 소나무 목재 모두 궁극적으로 시간이 지남에 따라 송진이 석출 증발되므로 결국 소나무 향은 약해진다. 그러나 일반 소나무 건조목이 대략 2년 만에 향이 다 없어지는 반면 본 발명 소나무 목재의 경우 최대 9년간 향을 소나무 향을 맡을 수 있다. 물론 그래프에 도시된 면적을 보면 본 발명의 소나무 목재가 기간을 통해 누적 발생되는 절대적인 향 발생량이 더 많을 수 있으나 이는 본 발명 목재가 고온 가열을 거친 후여서 강도가 떨어지기 때문에 실질적으로 같은 제품에라도 더 큰 부피의 목재를 사용하기 때문이기도 하며, 또한 내부 미 변성층의 송진함유량이 최대한 높은 상태에서 이를 가둬두기 위해 미 건조목 상태, 또는 반 건조목 상태에서 본 가공방법을 적용한 것 때문이기도 하다. 그러나 일반 건조목에서는 본 발명 목재와 같이 모든 종류의 증발에 따른 수축과 뒤틀림을 억제하는 특유의 끈끈한 피막(표면층)이 없으므로 애초에 이렇게 많은 송진을 함유한 덜 건조된 상태에서 제품화가 불가능한 것을 감안한다면 상기와 같은 전체 향 발생량의 차이도 본 발명이 고유하게 보유하는 장점인 셈이다.

결과적으로 같은 용도로 사용되는 목재끼리의 비교에서 본 발명에 따른 소나무 목재는 치수의 불리함, 강도의 저하를 나타내는 대신, 압도적인 향 지속성능을 발휘하며 이러한 특징 때문에 소비자들은 통상의 소나무 원목 제품과 본 발명에 따른 소나무 원목에 따른 제품의 특성 차이를 쉽게 알아챌 수 있게 된다. 이는 결과적으로 나무에 대한 전문적 지식이 없는 소비자들에게도 스스로 제품을 선택할 수 있는 기회를 부여하게 되며 이는 역으로 판매자에게 새로운 시장 개척이라는 상업적 기회가 되기도 한다.

이상 본 발명이 구체화된 실시예를 도면과 함께 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시예에만 국한되지 않는다.

다시 말해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 명세서 및 도면이 내포하고 있는 기술적 사상을 활용하여 필요에 따라 본 발명의 명세서 및 도면에 미처 포함되지 않은 단순 변경 및 간단 확장 사례를 구현할 수도 있으나, 이 또한 이하의 청구범위로 표현되는 본 발명 기술적 사상의 범위에 자명하게 포함된다.

본 발명은 버팀 강도와 장기간 치수 안정성의 요구 기준이 비교적 낮은 거의 모든 부분에 유효하게 적용될 수 있다.

대표적으로 고급 원목가구용 외장재로 매우 탁월한 상품성을 갖고 있으며, 기타 하중과 외력이 적게 작용하는 대부분의 목공예품, 예를 들어 바둑판이나 술잔, 그릇 등에 활용될 때 최소 5~10년간 깊은 소나무 향기를 맡을 수 있어 뛰어난 상품성과 품질차별성이 기대된다. 또한 실내 천정이나 실내 벽, 기타 칸막이 등 어느 정도의 치수변형이 허용되는 장식재에서 단순 미건조 목재와 같은 지나친 수축이나 심한 크랙, 뒤틀림 등이 없으면서도 운치 있고 자연스러운 변형을 유도할 수 있으며, 역시 실내 전체에 깊은 소나무의 풍미를 오래도록 유지할 수 있으므로 고급 장식재로써의 새로운 시장개척도 기대된다.

1: 탄화층
2: 표면층(열분해층 또는 열변성층)
3: 중간층
4: 미변성층(미건조 또는 반건조 상태)
10: 소나무 목재

Claims (5)

1. 삭제
2. 미 건조 또는 반 건조된 소나무를 사용 치수보다 가로/세로/높이 각각 1mm~25mm 범위만큼 크게 1차 제재하는 A단계;
   상기 1차 제재된 소나무를 공기와의 접촉이 최대한 억제된 가열로에서 250℃~400℃ 온도범위의 발열체를 이용하여 접촉가열에 의해 200℃~300℃ 범위로 가열하는 B단계;
   상기 가열 상태를 열 변성 또는 열 분해된 표면층(2)이 1mm이상 깊이로 형성되도록 사용치수의 크기에 따라 12시간~72시간 지속시키는 C단계; 및
   가열이 종료된 소나무의 표면을 가로/세로/높이 각각 1mm~25mm 범위만큼 작게 2차 제재하는 D단계;를 포함하여 구성되는 소나무 가공방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 발열체의 온도는 상기 A단계의 1차 제재 치수가 작을수록 250℃에 가깝게 설정되고 1차 제재 치수가 클수록 400℃에 가깝게 설정되며,
   상기 발열체의 가열 지속시간은 A단계의 1차 제재 치수가 작을수록 12시간에 가깝게 설정되고 1차 제재 치수가 클수록 72시간에 가깝게 설정되는 것을 특징으로 하는 소나무 가공방법.
4. 완전 건조되지 않은 상태에서 소나무 목재의 건조온도 이상으로 가열 처리되는 소나무 목재에 있어서,
   상기 가열 처리는 소나무를 공기와의 접촉이 최대한 억제된 가열로에서 250℃~400℃ 온도범위의 발열체를 이용하여 접촉가열에 의해 200℃~300℃ 범위로 가열하는 B단계;와 상기 가열 상태를 열 변성 또는 열 분해된 표면층(2)이 1mm이상 깊이로 형성되도록 사용치수의 크기에 따라 12시간~72시간 지속시키는 C단계;를 포함하여 이루어지며,
   상기 가열 처리를 거쳐 제재된 목재 표면으로부터 적어도 1mm 이상의 깊이까지 분포하는 영역에는, 200℃~300℃ 전후에서 열분해된 셀룰로오스 조직과 열변성된 리그닌 조직이 형성되고 여기에 열분해된 송진 성분이 융합 후 재 응고되는 표면층(2)이 형성되는 것을 특징으로 하는 소나무 목재(10).
5. 제4항에 있어서,
   상기 표면층(2) 저면으로부터 적어도 1mm 이상의 깊이까지 분포하는 영역에는, 열분해된 셀룰로오스 조직과 열분해된 송진 성분이 융합된 형태로 형성되거나 또는 열변성된 셀룰로오스 조직과 열분해된 송진성분이 융합 후 재 응고되는 중간층(3)이 형성되는 것을 특징으로 하는 소나무 목재(10).
   

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