KR101343231B1

KR101343231B1 - 횡절목 처리방법

Info

Publication number: KR101343231B1
Application number: KR1020130055361A
Authority: KR
Inventors: 강호양
Original assignee: 충남대학교산학협력단
Priority date: 2013-05-15
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2013-12-18

Abstract

본 발명은 횡절목 처리방법에 관한 것으로, 목재를 횡으로 절단하여 두께가 200㎜이하인 횡절목을 준비하는 횡절목 준비단계(S100)와; 상기 횡절목을 분자량이 400~1000g/mol인 PEG를 물에 희석시킨 용액에 1~10일 동안 침지하는 횡절목 침지단계(S200) 및; 상기 횡절목 침지단계(S200)를 거친 상기 횡절목을 내부 온도가 160~230℃로 유지되는 건조기의 내부에 투입하여 6~10 시간 동안 노출되도록 함으로써 상기 횡절목의 내외부에 존재하는 수분을 제거하는 동시에 재색을 변화시켜 그 외관을 미려하게 하는 열처리 단계(S300)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 구성에 의해 횡절목에 균열이 발생되지 않으며, 아울러 미려한 재색의 횡절목을 얻을 수 있다.

Description

횡절목 처리방법{Treatment Method for Cross-cut Wood}

본 발명은 횡절목 처리방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 횡절목의 내부에 PEG를 침지법에 의해 주입한 다음, 적정 온도 범위에서 열처리함으로써 균열의 발생이 억제되며, 아울러 재색이 미려한 목재를 생산할 수 있도록 하는 횡절목 처리방법에 관한 것이다.

목재의 내부에는 다량의 수분이 함유되어 있으며, 이러한 목재는 길이방향과 반지름 방향에 따라 수축율 또는 팽윤율이 다르고, 이러한 수축률 또는 팽윤율의 차이로 인해 목재의 건조과정이나 제조과정 또는 제품으로서 사용 중에 균열이나 비틀림 또는 치수변형 등이 발생될 수 있다.

따라서 이러한 목재의 균열이나 비틀림 또는 치수 불안정 등을 방지하기 위해서 목재를 가공할 때에는 가공 전에 목재를 완전히 건조시킨 다음, 가공하게 되는데, 이러한 경우에도 목재에 균열이 발생될 수 있다.

최근 목재 가공 전에 목재 내부에 치수안정제나 균열방지 약품을 주입함으로써 수축률의 차이에 따른 균열이나 비틀림을 방지하거나 또는 치수 안정을 도모하고 있으며, 목재에 주입하는 약품에 대한 하나의 예로서 폴리에틸렌글리콜(PEG, Poly Ethylene Glycol)을 들 있는데, 이러한 폴리에틸렌글리콜(이하 "PEG"라 한다.)을 목재 내부에 주입하게 되면, PEG는 목재의 재색에 영향을 미치지 않으면서도 목재의 내부에 형성된 공극에 침투하여 목재의 치수 안정성을 향상시켜 균열 및 비틀림이 방지된다.

목재의 내부에 PEG를 주입하는 방법으로서 주로 가압법과 침지법이 사용되고 있는데, 가압법은 먼저 목재를 건조시킨 다음, 건조된 목재를 밀폐된 압력용기에 넣고, 압력용기의 내부를 대기압 이하로 감압시켜 목재의 내부에 존재하는 공기를 취출하여 목재의 내부에 약품이 들어갈 수 있는 공간을 확보한 후, 압력용기 내부에 PEG를 가압 분사시킴으로써 목재의 내부에 형성된 공극에 약품을 주입시키는 방법으로서, 이러한 가압법은 후술하는 침지법에 비해 PEG 주입효율이 우수하기 때문에 통상 목재의 내부에 약품(PEG)을 주입하는 방법으로서 널리 이용되고 있다.

그러나 가압법은 먼저 목재를 건조시킨 다음, 목재의 내부에 약품을 주입해야 하기 때문에 절차가 번거로울 뿐만 아니라, 압력용기를 포함하는 약품주입 장치가 필요하기 때문에 상당한 설치비용이 소요되며, 이에 더하여 건조과정에서 이미 목재에 균열이 발생될 수 있다는 단점이 있다.

이에 반해, 침지법은 PEG가 용해된 용액에 목재를 침지시킴으로써 PEG를 목재의 내부에 침투시키는 방법으로서, 이러한 침지법은 가압법에 비해 절차가 간단하며, 적은 비용이 든다는 장점은 있으나, 가압법에 비해 PEG 주입효율이 낮기 때문에 상대적으로 사용빈도가 낮다.

목재의 내부에 PEG가 더욱 효과적으로 주입되도록 함으로써 상기와 같은 침지법이 가지는 단점을 보완하기 위한 다양한 방법이 강구되고 있으며, 그 하나의 예로서 등록특허공보 10-0689969호에 개시된 '보존성이 우수한 목재의 제조방법'을 들 수 있다.

상기 특허문헌에 개시된 목재 제조방법은 도 1에 도시된 바와 같이 PEG를 물에 용해시킨 다음, 이 PEG 용액에 목재를 침지한 후, 초음파기에 의해 목재의 내부에 형성된 공극에 PEG를 더욱 효과적으로 주입되도록 한 것이다.

그러나 상기와 같은 방법은 별도의 초음파기를 사용하기 때문에 여전히 비용이 많이 들 뿐만 아니라, 초음파기를 사용함으로써 오히려 목재 처리시간이 더 길어진다는 또 다른 문제점이 있다.

한편, 목재를 열처리하게 되면 재색이 변하게 되는데, 이때 이러한 열처리 과정에서 목재에 균열이 발생되고, 또한 온도가 지나치게 높으면 목재가 탄화되어 강도가 저하되면서 미려한 문양과 재색을 가지는 목재를 얻을 수 없게 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 목재 처리방법이 가지는 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 침지법을 사용하면서도 목재의 내부에 PEG를 효과적으로 주입될 수 있도록 하고, 아울러 균열이 발생되지 않으면서 목재의 재색이 미려하도록 하는 횡절목 처리방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 횡절목 처리방법을, 목재를 횡으로 절단하여 두께가 200㎜이하인 횡절목을 준비하는 횡절목 준비단계와; 상기 횡절목을 분자량이 400~1000g/mol인 PEG를 물에 희석시킨 용액에 1~10일 동안 침지하는 횡절목 침지단계 및; 상기 횡절목 침지단계를 거친 상기 횡절목을 내부 온도가 160~230℃로 유지되는 건조기의 내부에 투입하여 6~10 시간 동안 노출되도록 함으로써 상기 횡절목의 내외부에 존재하는 수분을 제거하는 동시에 재색을 변화시켜 그 외관을 미려하게 하는 열처리 단계로 구성하는 것에 의해 달성된다.

이때 물에 희석된 상기 PEG 용액은 PEG: 물=80~50중량% : 20~50중량% 비율로 희석된 것을 사용하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 건조기의 내부에 간헐적으로 질소가스(N₂가스)나 과열증기를 투입하여 상기 건조기 내부의 압력이 대기압보다 0.3~2기압만큼 높은 압력으로 유지되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명은 횡절목을 400~1000g/mol인 PEG를 물에 희석시킨 용액에 1~10일 동안 침지시킨 다음, 160~230℃로 유지되는 건조기의 내부에 투입하여 열처리함으로써 균열이 전혀 발생되지 않으면서도 천연 목재의 문양이 그대로 유지되는 동시에 미려한 재색을 가지는 목재를 얻을 수 있다.

도 1은 종래의 목재 처리방법을 순서대로 나타낸 흐름도,
도 2는 본 발명에 따른 횡절목 처리방법을 순서대로 나타낸 흐름도,
도 3(a)은 횡절목 시험편을 PEG 용액에 침지시킨 후의 밀도 증가율을 나타낸 그래프,
도 3(b)은 횡절목 시편을 열처리한 경우의 부피수축율을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.

이하에서는 바람직한 실시예를 도시한 첨부 도면을 통해 본 발명의 구성을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명은 목재의 균열 발생이 방지되고, 미려한 문양 또는 재색을 얻을 수 있으며, 또한 처리비용도 절감할 수 있는 횡절목 처리방법을 제공하고자 하는 것으로, 이를 위해 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 횡절목 준비단계(S100), 횡절목 침지단계(S200) 및 열처리 단계(S600)로 이루어진다.

(1) 횡절목 준비단계(S100)

이 단계는 통나무 형태의 목재를 횡으로 절단한 횡절목을 준비하는 단계로서, 이에 의해 목재의 나이테 문양이 표면에 드러나게 되며, 후술하는 열처리에 의해 이러한 나이테 문양은 더욱 미려하면서 자연적인 아름다움을 표출하게 된다.

이때 횡절목의 두께는 200㎜ 이하가 되도록 하는 것이 바람직한데, 이는 횡절목을 약품이 용해된 PEG에 침지시킬 경우 횡절목의 내부에 전체에 PEG가 골고루 침투될 수 있도록 한데 따른 것이다.

또한 직경에 비해 길이가 어느 한도 이상으로 길면 횡절목이 종횡의 수축률의 차이로 인해 후술하는 열처리 단계에서 횡절목에 균열이 발생되거나 뒤틀림이 발생될 수 있으며, 이러한 점에서도 횡절목의 두께를 200㎜ 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다.

(2) 횡절목 침지단계(S200)

이 단계는 상기 횡절목 준비단계(S100)에 의해 적절한 두께의 횡절목이 준비되면, 이 횡절목을 PEG 용액에 1~10일 동안 침지시켜 횡절목의 내부에 PEG를 침투시키는 단계로서, 이때 PEG는 분자량이 400~1000g/mol인 것을 80~50중량%의 물에 20~50중량%의 PEG를 투입하여 PEG를 용해시킨 것을 사용한다.

일반적으로 PEG는 분자량에 따라 그 점도가 다르고, 이에 따라 그 상태도 달라지는데, 분자량이 1000g/mol 이하인 경우에는 액상이고, 분자량이 1000~4000g/mo인 경우에는 크림상이며, 분자량이 4000g/mol 이상인 경우에는 플래이크(flake)상이다.

그리고 PEG는 분자량이 작을수록 점도가 낮아 유동성이 증가할 뿐만 아니라 친수성이 강해 물에 잘 용해되는 특성을 가지고 있으며, 따라서 분자량이 작은 것이 침투성 측면에서 유리하다.

그러나 PEG의 분자량이 400g/mol 이하의 극히 낮은 분자량으로 이루어진 PEG를 사용하는 경우에는 유동성과 침투성은 증가하지만, PEG의 작용효과가 낮기 때문에 본 발명에서는 분자량이 400~1000g/mol인 PEG를 물에 용해시킨 용액을 사용함으로써 PEG의 작용효과를 높이는 동시에 유동성과 침투성의 향상을 도모하는데, 이를 위해 본 발명에서는 분자량이 400~1000g/mol인 PEG를 PEG: 물=80~50중량% : 20~50중량% 비율로 용해시킨 용액을 사용한다.

상기와 같은 과정에 의해 PEG 용액이 준비되면, 이 PEG 용액에 횡절목을 일정 기간 동안 침지시켜 목재의 내부에 PEG가 침투되도록 하는데, 본 발명에서는PEG가 횡절목의 내부에 충분히 침투될 수 있도록 약 1~10일 동안 침지시킨다.

본 발명은 상기와 같이 분자량이 400~1000g/mol인 PEG를 PEG: 물=80~50중량% : 20~50중량% 비율로 용해시킨 용액을 사용하여 두께가 200㎜ 이하인 횡절목을 침지시킴으로써 목재 내부에 충분하고도 균일하게 PEG가 침투되고, 그 결과 후속되는 공정단계 진행 중에 횡절목에서의 균열 발생이 억제되고, 이와 동시에 내습성 및 내충성 등이 향상된다.

(3) 열처리 단계(S300)

이 단계는 상기 횡절목 침지단계(S200)에 의해 내부에 PEG가 균일하게 침투된 횡절목을 일정 온도로 유지되는 건조기의 내부에 투입하여 횡절목의 내외부에 존재하는 수분을 제거하는 동시에 횡절목의 재색을 변화시켜 그 외관을 미려하게 하는 단계이다.

일반적으로 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스와 리그닌 등으로 구성된 목재가 적당한 온도에 노출되면 밀라드(Millard) 반응이 일어나 색상(재색)이 점차 짙어지고, 너무 높은 온도에 노출되면 발화하게 되며 이때 공기(산소)를 차단하면 목재가 재가 되지 않고 숯이 된다.

즉, 적당한 시간 동안 공기가 차단된 저농도 산소 분위기 하에서 밀라드 반응이 일어나는 온도로 횡절목을 열처리하게 되면 재색 변화와 더불어 열처리가 이루어지면서 목재의 표면층 일부가 탄화된 횡절목과 숯의 중간 형태를 얻을 수 있게 된다.

따라서 본 발명자는 이러한 점에 착안하여 반복 실험을 통해 가열 목표온도가 120~300℃ 온도 범위에서 열처리하게 되면 횡절목의 재색 변화가 좋고, 탄화된 횡절목과 숯의 중간 형태를 얻을 수 있으며, 아울러 대형 목재에 적용하는 경우에도 재색이 균일하게 변화되는 것을 확인하였다.

그리고 횡절목의 내부에 400~1000g/mol인 PEG를 침지법에 의해 침투시킨 다음 열처리하는 경우 온도가 250℃ 이상의 고온에서는 횡절목에 미세한 균열이 발생됨을 확인할 수 있었다.

이에 따라 본 발명의 열처리 단계(S300)에서는 내부 온도가 160~230℃가 유지되는 건조기의 내부에 횡절목을 투입하여 6~10 시간 동안 160~230℃의 온도에 노출되도록 함으로써 횡절목의 표면층 일부가 탄화되도록 하여 짙은 밤색의 횡절목을 얻을 수 있도록 하고, 아울러 균열의 발생을 방지할 수 있도록 하였다.

그리고 열처리 단계(S300)를 진행할 때에는 건조기 내부압력을 대기압보다 0.3기압 ~ 2기압만큼 높은 압력으로 유지되도록 하는 동시에 건조기 내부의 환경이 산소가 희박한 환경이 이루어지도록 간헐적으로 질소가스(N₂가스)나 과열증기를 주입한다.

본 발명자 등은 상기와 같은 과정으로 이루어진 본 발명의 횡절목 처리방법의 유효성을 검증하기 위해 실험을 행하였으며, 이하에서는 이에 대해 간략하게 설명한다.

도 3(a)은 소나무와 미송 및 햄록으로 이루어진 횡절목 시험편을 400~1000g/mol의 분자량을 가지는 PEG 용액에 7일 동안 침지시킨 후의 밀도 증가율을 나타낸 그래프로서, 이 그래프에서 확인할 수 있는 바와 같이 PEG 침지 후에 소나무는 평균 14.9%, 미송은 평균 5.6%, 햄록은 평균 16.8%의 밀도가 증가하고 있으며, 이로부터 소나무가 다른 재질의 횡절목에 비해 PEG 용액의 침투 성능이 높다는 것을 알 수 있다.

또한 도 3(b)은 도 3(a)의 횡절목 시편을 내부 온도가 200℃로 유지되는 건조기의 내부에 투입하여 8 시간 동안 열처리한 다음 부피수축율을 측정한 결과를 나타낸 그래프로서, PEG를 침지키지 않은(무처리) 소나무의 경우에는 12.5%, PEG 침지처리한 소나무는 4.2%, PEG 침지처리한 미송은 3.3%, PEG 침지처리한 햄록은 2.9%로 나타났으며, 이러한 결과로부터 PEG 침지처리한 시편은 무처리한 시편에 비해 부피가 거의 줄지 않았으며, 이러한 결과로부터 횡절목에 PEG를 침지시켜 열처리하게 되면 치수안정성이 매우 높아지게 되고, 따라서 할렬(갈라짐)과 같은 변형의 발생이 방지된다는 것을 쉽게 확인할 수 있다. 특히 다른 재질에 비해 소나무로 이루어진 횡절목을 PEG 처리하여 열처리하는 경우에 더욱 효과적임을 아울러 확인할 수 있었다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 횡절목 내부에 특정 범위의 분자량을 가지는 PEG를 침지법에 의해 주입한 상태에서 적절 온도 범위에서 열처리함으로써 균열이 전혀 발생되지 않으면서도 천연 목재의 문양이 그대로 유지되는 동시에 미려한 재색을 가지는 목재를 얻을 수 있다.

Claims

목재를 횡으로 절단하여 두께가 200㎜이하인 횡절목을 준비하는 횡절목 준비단계(S100)와;
상기 횡절목을 분자량이 400~1000g/mol인 PEG를 물에 희석시킨 용액에 1~10일 동안 침지하는 횡절목 침지단계(S200) 및;
상기 횡절목 침지단계(S200)를 거친 상기 횡절목을 내부 온도가 160~230℃로 유지되는 건조기의 내부에 투입하여 6~10 시간 동안 노출되도록 함으로써 상기 횡절목의 내외부에 존재하는 수분을 제거하는 동시에 재색을 변화시켜 그 외관을 미려하게 하는 열처리 단계(S300)로 이루어지고,
상기 건조기의 내부에 간헐적으로 질소가스(N₂가스)나 과열증기를 투입하여 상기 건조기 내부의 압력이 대기압보다 0.3~2기압만큼 높은 압력으로 유지되는 것을 특징으로 하는 횡절목 처리방법.
청구항 1에 있어서,
물에 희석된 상기 PEG 용액은 PEG: 물=80~50중량% : 20~50중량% 비율로 희석되는 것을 특징으로 하는 횡절목 처리방법.
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