KR101489471B1 - 놀이시설에 사용되는 아까시 목재의 치수 안정화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 놀이시설에 사용되는 아까시 목재의 치수 안정화 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아까시 목재를 가공할 때 건조과정에서 팽창 수축에 의한 할렬을 최소화하여 치수를 안정화시킴으로써 고품질의 아까시 목재를 제공할 수 있도록 한 놀이시설에 사용되는 아까시 목재의 치수 안정화 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 아까시 목재의 건조공정에서 수축, 팽창에 의한 할렬을 극소화시킴으로써 치수를 안정화시킬 수 있어 재료의 품질을 증대시키는 효과를 얻을 수 있다.

Description

놀이시설에 사용되는 아까시 목재의 치수 안정화 방법{DIMENSIONAL STABILIZATION METHOD OF ROBINIA PSEUDOACACIA TIMBER USING PLAY EQUIPMENTS}

본 발명은 놀이시설에 사용되는 아까시 목재의 치수 안정화 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아까시 목재를 가공할 때 건조과정에서 팽창 수축에 의한 할렬을 최소화하여 치수를 안정화시킴으로써 고품질의 아까시 목재를 제공할 수 있도록 한 놀이시설에 사용되는 아까시 목재의 치수 안정화 방법에 관한 것이다.

통상 아카시아로 통용되어 왔던 아까시 나무는 노란빛이 감도는 갈색의 나무껍질을 가지고 있으며, 세로로 갈라지는 성질이 있고, 그 표면에는 가시가 있는 형태이다.

또한, 아까시 나무의 잎은 9~19개이며, 타원형이거나 달걀 모양을 이루고 있는 바, 그 길이는 약 2.5 ~ 3.5cm 정도이다.

그리고, 꽃은 주로 5~6월에 흰색으로 피는데, 길이는 15~20mm 정도이고 향기가 강하다.

이러한 아까시 나무는 다양하게 이용되는데, 이를 테면, 꽃의 즙은 가공되어 여성들의 화장수로 이용되고, 꽃은 설탕에 재워 일정기간 숙성함으로써 차로 만들어 먹을 수 있다.

특히, 아까시 꽃차는 부기를 가라앉히고, 부종을 예방하며, 소염작용 및 기관지 천식 등에 매우 좋으며, 아까시의 아비신이라는 물질은 암의 발생을 억제한다는 연구결과가 나오기도 했다.

또한, 아까시 꽃의 추출물 중의 하나인 로비닌은 해독작용을 하는 것으로 널리 알려져 있는 바, 중이염을 치료하는 약재로서의 기능을 한다.

이와 같은 아까시 나무는 뿌리혹 박테리아를 가지고 있어 질소를 고정시켜 토양을 비옥하게 만들기 때문에 척박한 토양에 많이 심고 있으며, 생명력이 길고, 단단한며, 밀도가 좋은 바, 그 내구성이 매우 우수한 것으로 알려져 있다.

하지만, 상기와 같이 많은 장점을 가졌음에 반해, 가시와 가공할 번식력은 주변 산림 형성에 방해가 되기도 한다.

한편, 이러한 아까시 나무는 국내에 유통되는 특수목을 제외하면, 그 내구성이 매우 뛰어난 바, 해충 피해가 거의 없으며, 그 무늬도 매우 아름다운 장점이 있다.

때문에, 아까시 나무를 의자, 솟대, 야외용 탁자, 화분 등 다양한 방면에서 이용하려는 움직임이 일어나고 있으며, 관련 기술로는 공개특허 제1994-0026333호, 공개특허 제2012-0111349호, 공개특허 제2012-0111348호 등 다수가 개시되어 있다.

또한, 최근에는 어린이 놀이터 등에서 놀이시설, 이를 테면 그네, 시소, 미끄럼틀 등의 받침대 등으로도 많이 활용되고 있다.

그런데, 아까시 나무는 건조과정에서 수축, 팽창에 의해 심재로부터 건조균열, 즉 할렬이 심하게 발생하여 치수 안정화를 떨어뜨림으로써 가치를 하락시키고, 비틀림이 유발하여 품질저하를 초래하는 단점이 있어 이에 대한 개선이 요구된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점을 고려하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 아까시 나무를 가공하여 재료화할 때 건조공정에서 발생하는 할렬을 극소화시켜 치수 안정화를 달성함으로써 비틀림 변형 등을 방지하여 고품질의 재료로 활용할 수 있도록 한 놀이시설에 사용되는 아까시 목재의 치수 안정화 방법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 반입된 아까시 목재의 표피를 제거하고 건조시킨 후 표면가공 및 안정화처리 후 가공, 조립 및 도색한 다음 최종 건조하여 출하하는 방법으로 가공될 때, 아까시 목재의 할렬을 방지하도록 안정화처리하는 방법에 있어서; 상기 안정화처리는 1차 안정화제를 도포하는 1차 안정화처리과정과, 2차 안정화제를 도포하는 2차 안정화처리과정으로 이루어지되, 상기 1차 안정화제는, 물 100중량부에 대하여 친수성 수지인 에틸렌글리콜을 단량체로 하여 중합한 폴리머 40-50중량부를 교반기에 투입하고, 65-75℃에서 1500-2000rpm의 속도로 60분간 교반한 후 멜라민수지를 10-25중량부 투입한 다음 115-125℃에서 2800-3200rpm의 속도로 40분간 교반하고, 교반이 완료된 혼합물에 붕산 또는 펜타클로로페놀을 1-2중량부 첨가한 후 75-85℃에서 950-1050rmp의 속도록 반응온도가 상온이 될 때 까지 교반하여 제조되고; 상기 2차 안정화제는 1차 안정화제를 제조할 때 폴리머 투입시 이와 함께 N-에틸가바졸 메타크릴레이트를 10-20중량부 더 첨가하여 제조되며; 상기 1차 안정화제 도포 후 1차 안정화제가 완전히 경화되면 그 위에 2차 안정화제를 재차 도포하는 방식으로 처리되는 것을 특징으로 하는 놀이시설에 사용되는 아까시 목재의 치수 안정화 방법을 제공한다.

이때, 상기 1,2차 안정화제는 아까시 목재의 표면에 10-16㎡/ℓ의 두께로 도포되는 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 폴리머의 평균분자량은 1000이고, 상기 펜타크로로페놀(PCP)은 수용성을 갖는 NaPCP인 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 아까시 목재의 건조공정에서 수축, 팽창에 의한 할렬을 극소화시킴으로써 치수를 안정화시킬 수 있어 재료의 품질을 증대시키는 효과를 얻을 수 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에 따른 놀이시설에 사용되는 아까시 목재는 목재반입 - 표피제거 - 건조 - 표면가공 - 1차 안정화처리 - 2차 안정화처리 - 가공 및 조립 - 도색을 거쳐 제품화되고, 최종 건조 후 출하되는 방식으로 가공된다.

이때, 목재반입은 재료 대상인 아까시 목재를 구매하여 입고하는 단계이다.

그리고, 표피제거는 반입된 아까시 목재의 표피를 제거하여 제품으로 가공하기 위한 초기단계로서, 통상 워터건 또는 기타 이와 유사한 방식으로 아까시 목재의 표피를 제거하게 된다.

이후, 표피가 제거된 아까시 목재는 건조단계를 거쳐 임계함수율까지 건조되는데, 건조 방식은 상온에서 자연건조 방식을 이용한다.

이 경우, 임계함수율은 26% 이다.

여기에서, 아까시 목재의 임계함수율이 26%인 이유는 26% 미만으로 함수율이 떨어질 경우 급격한 건조, 수축에 따라 건조균열, 즉 할렬이 극심하게 발생하여 치수가 변하고 뒤틀리기 때문에 제품 규격을 맞추기 어렵고, 제품으로의 가공성을 현저히 떨어뜨리기 때문이다.

이렇게 자연건조 방식을 이용하는 이유는 가열에 의한 강제 건조시 수분이 급속히 빠져나가면서 뒤틀림이 크게 발생할 수 있으므로 이를 최소화하기 위한 것이다.

이어, 표피가공단계가 수행된다.

상기 표피가공은 아까시 목재에 형성된 옹이 또는 훼손부를 정리하고, 균열부를 목재 퍼티재로 되메워 품질을 높이기 위한 작업이다.

이후, 안정화처리단계가 수행되는데, 상기 안정화처리단계는 1차 안정화처리 및 2차 안정화처리로 나누어 진행된다.

이때, 상기 안정화처리단계는 1차 안정화제를 표피가공된 아까시 목재의 표면에 10-16㎡/ℓ의 두께로 도포하는 1차 안정화처리과정과, 상기 1차 안정화처리과정 후 도포된 1차 안정화제가 경화되면 그 위에 2차 안정화처리제를 재차 동일 두께로 도포하는 2차 안정화처리과정으로 이루어진다.

여기에서, 상기 1,2차 안정화제는 아까시 목재의 표면이 최종 건조될 때 심하게 수축, 팽창하지 않도록 방지하여 할렬을 최소화하기 위한 것으로 다음과 같이 제조될 수 있다.

먼저, 1차 안정화제는 물 100중량부에 대하여 친수성 수지인 에틸렌글리콜을 단량체로 하여 중합한 폴리머 40-50중량부를 교반기에 투입하고, 65-75℃에서 1500-2000rpm의 속도로 60분간 교반한 후 멜라민수지를 10-25중량부 투입한 다음 115-125℃에서 2800-3200rpm의 속도로 40분간 교반하고, 교반이 완료된 혼합물에 붕산 또는 펜타클로로페놀을 1-2중량부 첨가한 후 75-85℃에서 950-1050rmp의 속도록 반응온도가 상온이 될 때 까지 교반하여 제조된다.

이때, 에틸렌글리콜을 단량체로 하여 중합한 폴리머는 상온에서 고체상이며 낮은 온도, 예컨대 약 40℃에서 용해되어 액상으로 변하게 되는 물질이다. 따라서, 폴리머를 투입 후 교반할 때는 적어도 40℃ 이상에서 교반하여야 하는데, 분산성과 용해성을 고려할 때 65-75℃의 범위가 가장 이상적이다.

특히, 상기 폴리머는 평균분자량이 1000 범위를 사용해야 하는데 이는 점도를 증대시키지 않으면서 멜라민수지와의 교합성을 증대시키고, 고분자들끼리 서로 엉키지 않도록 하기 위함이다.

또한, 상기 폴리머는 동결방지 기능이 있어 아까시 목재의 공극상에서의 팽창, 수축을 억제함으로써 아까시 목재의 건조과정에서 할렬을 억제하는 특성을 발휘한다.

때문에, 본 발명 따른 1차 안정제에서는 상기 폴리머를 40-50중량부의 범위 내에서 첨가해야 하는데, 40중량부 미만으로 첨가하면 물에 의한 희석이 커 할렬 억제기능이 떨어지고, 50중량부를 초과하면 점성이 증대되어 도포성이 저하되며 환경오염 가능성이 있으므로 상기 범위로 한정하여야 한다.

뿐만 아니라, 상기 폴리머는 1500-2000rpm으로 고속 교반되어야 하는데, 이 속도보다 낮은 저속에서는 점성 때문에 분산성이 떨어지고, 상기 속도보다 높은 고속에서는 열이 발생되어 변형가능성이 있으므로 상기 범위로 한정하여야 하며, 충분한 반응을 위해 최소 60분 이상 교반하여야 한다.

아울러, 상기 멜라민수지는 침윤효과를 부여하기 위해 첨가되는 것으로, 아까시 목재가 최종 건조될 때 수축 과정이 일어나는데, 수축시 멜라민수지가 목재의 공극상에서 가교역할을 수행함으로써 급속한 수축을 억제하여 할렬을 방지하기 위한 것이다.

이때, 상기 멜라민수지는 430-460의 평균분자량을 갖는 것을 사용함이 바람직하고, 10-25중량부 투입되어 상기 폴리머와 함께 교반되어야 한다.

또한, 상기 멜라민수지는 내열성, 내광성도 함께 가지고 있기 때문에 아까시 목재의 표면을 보호하는 기능도 수행하는데, 이러한 멜라민수지를 10중량부 미만으로 첨가하면 가교기능을 수행하지 못해 할렬 억제 기능이 떨어지고, 25중량부를 초과하여 첨가하면 내수성이 현저히 증대되면서 침윤효과를 떨어뜨려 이 역시 할렬 억제 기능을 수행하지 못하므로 상기 범위로 한정하여야 한다.

뿐만 아니라, 상기 폴리머와의 충분하고 균질한 혼합을 위해 120℃ 이상의 온도에서 3000rpm 정도의 초고속으로 교반하여야 한다.

그리고, 상기 붕산 또는 펜타크로로페놀은 방충성을 위해 첨가되며, 또한 상기 폴리머의 상온 경화성을 지연시키기 위해 첨가되는데, 모두 환경오염물질이므로 소량 첨가되어야 한다.

특히, 붕산은 온수에 잘 녹기 때문에 약 70-80℃ 부근의 온도에서 교반 혼합하여야 하며, 펜타크로로페놀(PCP)을 사용할 경우에는 수용성을 갖는 NaPCP를 사용해야 한다.

아울러, 상기 붕산 또는 펜타크로로페놀 첨가 후에는 1000rpm의 속도로 80℃ 정도은 교반온도가 상온에 이를 때 까지 열을 가하지 않고 교반해야 하는데, 이렇게 해야만 도포전 상태인 상온에서 균일한 혼합물을 만들 수 있게 된다.

한편, 상기 2차 안정화제는 상기 1차 안정화제와 유사하지만, 1차 안정화제를 제조할 때 폴리머 투입시 이와 함께 N-에틸가바졸 메타크릴레이트를 10-20중량부 더 첨가하는 것과, 프로필렌글리콜 및 액화무수암모니아, 그리고 크레실 글리시드 에테르(Cresyl glycidyl ether)를 최종 교반전에 더 첨가하는 것만 다를 뿐이다.

즉, 프로필렌글리콜 및 액화무수암모니아, 그리고 칼슘카보네이트는 멜라민수지 첨가 후 붕산 또는 펜타크로로페놀 첨가 전에 더 첨가된다.

이때, 상기 N-에틸가바졸 메타크릴레이트는 투명성이 강한 유리화 특성을 가진 성분으로서, 아까시 목재의 표면에 1차 도포된 1차 안정화제를 고착 보호하는 역할을 수행하며, 10중량부 미만으로 첨가되면 유리화 효과가 없고, 20중량부를 초과하면 환경오염의 위험이 있을 뿐만 아니라 표면 유리화 증대에 따른 크랙 가능성이 있으므로 상기 범위로 한정해야 한다.

그리고, 상기 프로필렌글리콜은 흡습성이 있으나 휘발성은 없어 열과 빛에 안정하나 가연성이 있는 물질로서, 색소, 정유, 수지를 녹여 물에 혼합하는 용매로 이용되며, 도료의 유연제 역할 및 방부제, 곰팡이 번식방지와 발효되지 않는 특성을 갖는다.

본 발명에서는 도포층의 유연성 강화를 위해 물 100중량부에 대해 5-10중량부 첨가되는데, 5중량% 미만으로 첨가되면 효과가 없고 10중량%를 초과하면 가연성이 높아 안정성이 떨어지므로 상기 범위로 첨가되어야 한다.

뿐만 아니라, 상기 액화무수암모니아는 물과 비슷한 성질을 갖는 무색 투명한 액체로 주로 용매로 사용되며, 본 발명에서는 2-4중량부의 범위로 소량 첨가된다.

또한, 상기 크레실 글리시드 에테르는 도포액의 안정성을 향상시키기 위한 계면 접착제로서, 본 발명에서는 5-10중량부로 첨가되어야 하는데, 5중량부 미만으로 첨가되면 안정성이 떨어지고, 10중량부를 초과하면 도포성이 떨어지므로 상기 범위로 한정해야 한다.

이렇게 제조된 안정화제를 사용하여 아까시 목재의 표면을 안정화처리하면, 이후 가공 및 조립하고, 도색하여 제품화하게 되며, 임계함수율 이하로 최종 건조 후 출하하게 된다.

이하, 실시예에 대하여 설명한다.

[실시예]

본 발명에 따른 안정화 처리방법을 통해 가공된 아까시 목재에 할렬이 발생했는지 여부를 확인하기 위해, 안정화제(1차,2차)의 농도별 아까시 목재의 길이변화율, 비틀림각도, 건조균열(할렬) 발생여부를 확인하였다.

이때, 시료의 표면은 오염물을 완전히 제거하고 손상된 부위는 퍼티재로 충진한 상태로 유지되었으며, 안정화제의 도포는 12㎡/ℓ로 유지하였고, 1차 안정화제 도포 후 16시간이 경과한 시점에서 2차 안정화제를 도포하였으며, 도포시 시공온도는 23℃를 유지하였고, 최종 건조시간은 6시간이었다.

또한, 1차 안정화제는 물 100중량부에 대하여 친수성 수지인 에틸렌글리콜을 단량체로 하여 중합한 폴리머 45중량부를 교반기에 투입하고, 70℃에서 2000rpm의 속도로 60분간 교반한 후 멜라민수지를 20중량부 투입한 다음 120℃에서 3000rpm의 속도로 40분간 교반하고, 교반이 완료된 혼합물에 NaPCP를 1중량부 첨가한 후 80℃에서 1000rmp의 속도로 반응온도가 상온(18℃)이 될 때 까지 교반하여 제조하였고; 2차 안정화제는 물 100중량부에 대하여 친수성 수지인 에틸렌글리콜을 단량체로 하여 중합한 폴리머 45중량부, N-에틸가바졸 메타크릴레이트를 15중량부를 교반기에 함께 투입하고, 65-75℃에서 1500-2000rpm의 속도로 60분간 교반한 후 멜라민수지를 20중량부 투입한 다음 115-125℃에서 2800-3200rpm의 속도로 40분간 교반한 후 프로필렌글리콜 6중량부, 액화무수암모니아 5중량부,크레실 글리시드 에테르 8중량부 더 첨가하여 교반한 다음, 교반이 완료된 혼합물에 붕산을 1중량부 첨가한 후 75-85℃에서 950-1050rmp의 속도록 반응온도가 상온이 될 때 까지 교반하여 제조하였다.

아울러, 시편은 500mm×500mm×100mm 크기를 9개 준비한 다음 농도별로 각각 3개씩 동일 도포하여 변화를 확인하였다. 이때, 농도는 안정화제의 농도를 말하며, 각각 0%, 30%, 50%일 때의 변화를 관찰하였으며, 확인 결과는 표 1에 나타내었다.

안정화제 농도		시편의 크기(mm)	길이변화율		비틀림 각도(°)	할렬발생여부(개)
			가로	세로		표면	이면
0%	1	500×500×100	-1	-3	4.1	5	6
	2	500×500×100	-2	-2	3.6	6	3
	3	500×500×100	-2	-3	3.8	7	5
30%	1	500×500×100	-1	-1	1.5	3	2
	2	500×500×100	-1	-2	1.2	2	3
	3	500×500×100	0	-2	1.5	3	3
50%	1	500×500×100	0	0	0.5	0	1
	2	500×500×100	-1	0	0.2	0	0
	3	500×500×100	0	0	0.3	1	0

상기 표 1에서와 같이, 안정화제가 도포되지 않은 0%에서는 길이변화율, 비틀림각도, 할렬발생여부 측면에서 많은 변형이 있었지만, 30%를 유지 도포한 경우에는 현저히 줄었고, 50%를 유지 도포한 경우에는 스펙(길이변화율 가로 -1, 세로 -1; 비틀림각도 1.5°이하, 할렬발생여부 표면,이면 모두 포함 2개 이하)을 완벽하게 만족시킴을 확인할 수 있었다.

이때, 길이변화율을 표시하는 "-"의 의미는 수축을 의미하며, 단위는 mm이다.

Claims (3)

1. 반입된 아까시 목재의 표피를 제거하고 건조시킨 후 표면가공 및 안정화처리 후 가공, 조립 및 도색한 다음 최종 건조하여 출하하는 방법으로 가공될 때, 아까시 목재의 할렬을 방지하도록 안정화처리하는 방법에 있어서;
   상기 안정화처리는 1차 안정화제를 도포하는 1차 안정화처리과정과, 2차 안정화제를 도포하는 2차 안정화처리과정으로 이루어지되,
   상기 1차 안정화제는, 물 100중량부에 대하여 친수성 수지인 에틸렌글리콜을 단량체로 하여 중합한 폴리머 40-50중량부를 교반기에 투입하고, 65-75℃에서 1500-2000rpm의 속도로 60분간 교반한 후 멜라민수지를 10-25중량부 투입한 다음 115-125℃에서 2800-3200rpm의 속도로 40분간 교반하고, 교반이 완료된 혼합물에 붕산 또는 펜타클로로페놀을 1-2중량부 첨가한 후 75-85℃에서 950-1050rmp의 속도록 반응온도가 상온이 될 때 까지 교반하여 제조되고;
   상기 2차 안정화제는 물 100중량부에 대하여 친수성 수지인 에틸렌글리콜을 단량체로 하여 중합한 폴리머 40-50중량부, N-에틸가바졸 메타크릴레이트를 10-20중량부를 교반기에 함께 투입하고, 65-75℃에서 1500-2000rpm의 속도로 60분간 교반한 후 멜라민수지를 10-25중량부 투입한 다음 115-125℃에서 2800-3200rpm의 속도로 40분간 교반한 후 프로필렌글리콜 5-10중량부, 액화무수암모니아 2-4중량부,크레실 글리시드 에테르 5-10중량부 더 첨가하여 교반한 다음, 교반이 완료된 혼합물에 붕산 또는 펜타클로로페놀을 1-2중량부 첨가한 후 75-85℃에서 950-1050rmp의 속도록 반응온도가 상온이 될 때 까지 교반하여 제조되고;
   상기 1차 안정화제 도포 후 1차 안정화제가 완전히 경화되면 그 위에 2차 안정화제를 재차 도포하는 방식으로 처리되는 것을 특징으로 한 놀이시설에 사용되는 아까시 목재의 치수 안정화 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서;
   상기 1,2차 안정화제는 아까시 목재의 표면에 10-16㎡/ℓ의 두께로 도포되는 것을 특징으로 한 놀이시설에 사용되는 아까시 목재의 치수 안정화 방법.
   
3. 청구항 1에 있어서;
   상기 폴리머의 평균분자량은 1000이고, 상기 펜타크로로페놀(PCP)은 수용성을 갖는 NaPCP인 것을 특징으로 한 놀이시설에 사용되는 아까시 목재의 치수 안정화 방법.