KR102531396B1 - 압력 변화를 이용하는 왁스처리 단계를 포함하는 발수성 목재 가공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압력 변화를 이용하는 왁스처리 단계를 포함하는 발수성 목재 가공방법에 관한 것으로, 상세하게는 목재를 왁스에 침지시킨 후 가압하여 왁스를 주입하는 단계; 이후, 다시 상압으로 압력을 낮춰 목재의 세포 내에 침투한 왁스를 분출시키는 단계; 및 이후, 감압하여 진공도를 높여 추가로 세포 내강에 잔류하는 왁스를 배출하고, 목재 세포 표면에 얇은 막으로 코팅하는 단계;를 포함하는 발수성 목재의 가공방법에 관한 것이다.

Description

압력 변화를 이용하는 왁스처리 단계를 포함하는 발수성 목재 가공방법{Method for processing water repellent wood comprising wax treatment using pressure change}

본 발명은 압력 변화를 이용하는 왁스처리 단계를 포함하는 발수성 목재 가공방법에 관한 것이다.

천연유기물인 목재는 가볍고 강인하며(비강도가 높음), 가공(절삭, 접합 등)이 용이하고, 온도, 습도, 소리 및 전기 등에 조절적 또는 절연적이며, 감촉이 부드럽고 외관이 아름답고, 자원이 풍부하고 재생산이 가능하다는 등 많은 장점을 가지고 있어 오래전부터 재료로 다양하게 사용되어 왔으나, 천연물이기 때문에 목재는 많은 단점도 가지고 있다. 예를 들면, 사용 중에 목재 가해 생물에 의해 부후(썩음), 충해 등이 발생하고, 불에 연소되며, 수분의 흡탈착에 의해 팽윤과 수축이 일어나 치수가 불안정하여 건조결함(갈라짐, 휨, 뒤틀림, 찌그러짐 등)이 발생한다. 이들 단점 중에서 치수불안정성은 목재를 가공하고 이용하는 과정에서 발생하는 치명적인 단점으로 이를 개선하기 위한 다양한 개질처리법이 개발되어 있으나 여전히 목재의 치수불안정성이 완벽하게 극복되지 못해 이를 극복하기 위한 방법이 절실히 필요한 실정이다.

목재의 치수불안정성이 발생하는 이유를 살펴보면, 목재는 빈 원통형의 세포로 구성되어 세포벽 실질과 빈 공간인 세포 내강으로 이루어져 있고, 세포벽은 화학적으로 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스 및 리그닌의 3가지 주성분을 포함하고 있으며, 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스는 친수성의 화학적 성질을 나타내고, 리그닌은 소수성의 화학적 성질을 나타낸다. 목재 세포벽의 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스 분자에는 친수성의 수산기(-OH)가 많이 결합되어 있어 이들 수산기에 대기 중의 물 분자가 결합되면 팽윤이 일어나고 반대로 이탈되면 수축이 발생되며, 이들 팽윤과 수축이 반복적으로 발생하기 때문에 치수가 불안정하게 되는 것이다.

목재를 구성하고 있는 세포의 배열 또는 조직 차이에 따라 3가지 방향(섬유 또는 수축방향, 방사방향, 접선방향)으로 구분되며, 이들 3가지 방향에서 발생하는 수축과 팽윤량이 동일하면 건조결함(갈라짐, 휨, 틀어짐, 찌그러짐 등)이 발생하지 않으나 3방향 간에 세포의 배열과 조직이 다르기 때문에 수축과 팽윤의 정도가 달라 치수불안정과 함께 건조 결함이 발생하게 된다.

따라서 목재에 치수안정성을 부여하기 위해서는 세포벽 주성분 중에 특히 친수성 물질인 셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스 분자에 대기 중의 물 분자가 결합하거나 또는 접촉하지 않도록 인위적으로 처리를 해주어야 한다.

이러한 목재의 개질 가공 처리법에는 화학적인 처리법과 물리적인 처리법이 있으며, 화학적인 개질처리법은 세포벽 주성분 중에 결합되어 있는 친수성기(-OH)를 소수성기로 치환시켜 물 분자가 결합하지 못하도록 하는 처리법으로 아세틸화처리(소수성기인 아세틸기로 치환시키는 처리법)가 대표적이다. 물리적인 처리법으로는 도료(방수, 방습, 발수도료)로 목재 외부를 완전히 코팅하는 피복처리법이 알려져 있으나, 장기적인 효과를 기대할 수 없는 문제점이 있다.

또한, 목재 내부의 세포 간극이나 공극과 같은 빈 공간에 물질을 주입시켜 채워(충전)줌으로써 목재 내부로의 물 분자 침투를 방지함과 동시에 충전되어 있는 물질에 의하여 세포벽의 팽윤과 수축을 억제시켜 치수안정성을 부여하는 용적처리법이 있으며, 용적처리법에 사용하는 물질로는 염류, 당, PEG(Polyethylene glycol), 왁스류, 합성수지류 등이 알려져 있다.

한편, 한국등록특허 제0736211호에 파라핀 층 형성 방법 및 장치가 개시되어 있고, 한국 등록특허 제1417385호에 친환경 방부목의 제조방법이 개시되어 있으며, 한국등록특허 제1591030호에 목재의 아세틸화 방법 및 그 산물이 개시되어 있으나, 본 발명의 압력 변화를 이용하는 왁스처리 단계를 포함하는 발수성 목재 가공방법에 대해 개시된 바 없다.

본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 본 발명은 압력 변화를 이용하는 왁스처리 단계를 포함하는 발수성 목재 가공방법을 제공하고, 본 발명의 방법에 따라 가공된 발수성 왁스 처리 목재가 종래의 방법으로 가공된 왁스 처리 목재보다 밀도가 낮아 경량이면서도, 치수안정성은 그대로 유지되고, 목재 표면에서 물방울과의 접촉각이 크다는 특징을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (1) 왁스가 포함된 가압용 주약관에 건조 목재를 투입하고 가열하여 왁스를 용융시키는 단계;

(2) 상기 단계 (1) 이후에, 상기 건조 목재를 용융된 왁스 용액에 침지하고, 가압하여 목재의 세포 내강에 용융 왁스를 주입시키는 단계;

(3) 상기 단계 (2)에서 용융 왁스 주입한 후, 압력을 상압으로 되돌리고, 용융된 왁스 용액으로부터 목재를 건져 올리고 일정시간을 유지하여, 목재 내부에 침투되어 있던 공기와 왁스를 분출시키는 단계; 및

(4) 상기 단계 (3) 이후에, 감압하여 목재 세포 내강 벽면에는 왁스가 코팅되고, 목재 내부의 세포 내강에 침투된 왁스를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 변화를 이용하는 발수성 목재의 가공방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 본 발명의 발수성 목재의 가공방법으로 가공된 발수성 목재를 제공한다.

본 발명은 압력 변화를 이용하는 왁스처리 단계를 포함하는 발수성 목재 가공방법에 관한 것으로, 압축 기체를 이용한 왁스용액의 가압 주입 방법을 이용하여 처리 시간을 단축시킬 수 있으며, 낮은 온도에서 짧은 시간에 처리하기 때문에 처리 목재의 고온에 의한 변색을 방지할 수 있고, 가압 주입 후 대기압 상태로 되돌리는 과정에서 압력차이로 목재 내부의 세포 내강이나 간극에 침투된 왁스의 일부가 외부로 빠져나오고, 감압 단계에서 목재 내부에 잔류되어 있던 왁스가 추가로 완전하게 빠져나오는 과정에서 세포 내강이나 간극의 벽면에 왁스가 코팅되어 발수 기능을 가지면서도, 목재의 과도한 질량 증가를 방지할 수 있어 종래의 왁스 처리 목재에 비하여 경량화가 가능한 것이다.

또한, 처리 목재의 세포 내강이나 간극 등 빈 공간에 왁스가 고형분 상태로 존재하지 않기 때문에 직사광선 등에 의한 목재의 온도 상승으로 인해 왁스가 외부로 용출되지 않으며, 이에 따른 문제(끈적거림. 미끄러짐)를 예방할 수 있다.

도 1은 본 발명의 왁스 처리를 위한 장치를 나타낸 모식도이다. (A)는 왁스 처리를 위한 장치의 준비 단계를 나타낸 것이고, ① 컴프레서, ② 밸브, ③ 봄베, ④ 주약관, ⑤ 리프트 모터, ⑥ 리프트, ⑦용융 왁스, ⑧ 가열 코일, ⑨ 대차, ⑩ 감압 펌프, ⑪ 왁스 처리용 목재, ⑫ 왁스 방울이며, (B)~(D)에서도 동일한 의미를 나타낸다. (B)는 목재 탑재용 리프트에 왁스 처리용 목재를 탑재하는 단계를 나타낸 것이며, (C)는 용융 왁스에 침지하여 왁스를 목재에 주입 단계를 나타낸 것이고, (D)는 왁스 주입 후에 압력을 상압으로 전환하고 배기시키는 단계를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 방법으로 왁스 처리한 라디에타 소나무 및 단풍나무의 방사 단면을 확인한 주사전자현미경(SEM) 사진이다. (A)는 왁스 처리하지 않은 무처리군이고, (B)는 종래의 용적처리법에 따른 대조군이며, (C)는 본 발명의 방법에 따라 왁스 처리된 라디에타 소나무의 단면과 단풍나무의 단면이다. (A)~(C)에서 라디에타 소나무의 ① 가도관의 내강이고, ② 유연벽공이며, ③ 가도관 내강 벽면에 코팅되어 있던 얇은 왁스층 막이 벗겨진 상태를 나타낸 것이고, 단풍나무의 ① 도관 내강이고, ② 목섬유 내강이며 ③ 도관의 천공연이고 ④ 도관 목질부는 제거되고 내강 벽면에 형성된 얇은 왁스 층이 분리되어 남아있는 형태를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 방법으로 왁스 처리한 라디에타 소나무 및 단풍나무의 재면에서 물방울과 이루는 접촉각을 확인한 결과이다. (A)는 왁스 처리하지 않은 무처리군이고, (B)는 종래의 용적처리법에 따른 대조군이며, (C)는 본 발명의 방법에 따라 왁스 처리된 라디에타 소나무 및 단풍나무의 접촉각을 나타낸 것이다.

본 발명은 (1) 왁스가 포함된 가압용 주약관에 건조 목재를 투입하고 가열하여 왁스를 용융시키는 단계;

(2) 상기 단계 (1) 이후에, 상기 건조 목재를 용융된 왁스 용액에 침지하고, 가압하여 목재의 세포 내강에 용융 왁스를 주입시키는 단계;

(3) 상기 단계 (2)에서 용융 왁스 주입한 후, 압력을 상압으로 되돌리고, 용융된 왁스 용액으로부터 목재를 건져 올리고 일정시간을 유지하여, 목재 내부에 침투되어 있던 공기와 왁스를 분출시키는 단계; 및

(4) 상기 단계 (3) 이후에, 감압하여 목재 세포 내강 벽면에는 왁스가 코팅되고, 목재 내부의 세포 내강에 침투된 왁스를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 변화를 이용하는 발수성 목재의 가공방법에 관한 것이다.

상기 단계 (1)에서 건조 목재는 침엽수의 라디에타 소나무 또는 활엽수의 단풍나무인 것이 바람직하지만 이에 한정하지 않는다.

상기 단계 (1)에서 상기 주약관 내부의 온도가 50~80℃가 되도록 가열하는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 온도가 60~70℃가 되도록 가열하는 것이지만 이에 한정하는 것은 아니다.

상기 단계 (2)에서 압력은 8~20kgf/㎠의 압력이 되도록 가압하는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 10~15kgf/㎠의 압력이 되도록 가압하는 것이지만 이에 한정하는 것은 아니다.

상기 단계 (4)에서 감압은 진공도가 50~100mmHg가 되도록 감압하는 것이 바람직하지만 이에 한정하지 않는다.

본 발명의 바람직한 가공방법의 일례로는

(1) 왁스가 포함된 가압용 주약관에 건조 목재를 투입하고 온도가 60~70℃가 되도록 가열하여 왁스를 용융시키는 단계;

(2) 상기 단계 (1) 이후에, 상기 건조 목재를 용융된 왁스 용액에 침지하고, 10~15kgf/㎠의 압력이 되도록 가압하여 목재의 세포 내강에 용융 왁스를 주입시키는 단계;

(3) 상기 단계 (2)에서 용융 왁스 주입한 후, 압력을 상압으로 되돌리고, 용융된 왁스 용액으로부터 목재를 건져 올리고 1~2 시간을 유지하여, 목재 내부에 침투되어 있던 공기와 왁스를 분출시키는 단계; 및

(4) 상기 단계 (3) 이후에, 진공도가 50~100mmHg가 되도록 감압하여 목재 세포 내강 벽면에는 왁스가 코팅되고, 목재 내부의 세포 내강에 침투된 왁스를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 변화를 이용하는 발수성 목재의 가공방법이지만 이에 제한하는 것은 아니다.

또한, 본 발명은 본 발명의 발수성 목재의 가공방법으로 가공된 발수성 목재에 관한 것이다.

이하, 실시예를 이용하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들에 의해 제한되지 않는다는 것은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.

실시예 1. 압축 공기를 이용한 가압주입 후 감압 처리

본 발명의 실시예 1에서 사용한 목재는 국내에서 토목용재나 건축용재 등으로 가장 많이 사용되고 있는 저가의 수입 침엽수인 라디에타 소나무와 플로어링재 등 실내 건축재로 많이 사용하는 활엽수 단풍나무를 대상으로 실험하였다.

(1) 건조(기건) 목재를 가압 주입용 주약관(수평으로 설치하는 원통형의 내압력 탱크, 실린더)에 목재 투입(실린더 내부에는 용융 왁스가 담긴 용기가 설치되어 있으며, 용융 왁스 용액 중에 목재를 뜨지 않도록 설치함)하였다.

(2) 주약관 문을 밀폐시킨 후에, 주약관 내부로 압축 공기(또는 질소 가스) 투입(주약관 내부 압력은 처리 목재 수종에 따라 다르나 약 10~15kgf/㎠, 가압 시간은 왁스 주입 진행 상태를 판단할 수 있는 압력 변화를 확인하면서 결정)하였다.

(3) 압축 공기(질소가스) 배기(대기압) → 용융 왁스 용액으로부터 처리 목재 건져 올려 진공도가 100mmHg 이상이 되도록 감압한 후→ 대기압 상태로 되돌리고, 왁스 처리 목재 회수하였다.

상세하게는 도 1에 개시한 바와 같이, 왁스 처리를 위한 장치의 준비 단계에서는 주약관(수평으로 설치하는 원통형의 내압력 탱크)(④) 내부의 온도는 60~70℃를 유지하였고, 대차(⑨) 내부에 설치된 가열 코일(⑧)을 사용하여 약 60℃ 정도의 온도로 가열하여 왁스가 용융된 상태로 존재하도록 하였다.

왁스 처리용 목재의 설치 단계에서는 주약관(④) 내부의 목재 탑재용 리프트에 처리 목재를 설치하였다.

왁스 주입 단계에서는 목재를 탑재한 리프트를 하강시켜 상기 준비한 용융 왁스에 목재를 완전히 침지시킨 다음에 봄베(③)의 밸브를 열어 압축 공기를 주약관 내부로 도입시켜 주약관의 공기압을 높였다.

주약관 내부의 공기압이 높아지면 압력에 의해 용융왁스가 압축공기와 함께 목재 내부(세포 내강)로 가압 주입시켰다. 주약관 내부의 공기압과 가압 시간은 처리 목재의 주입성 양부에 따라 결정되며, 보통 공기압은 10~15kgf/㎤, 가압 시간은 일정 압력까지 가압한 후 주약관의 압력 게이지가 더 이상 떨어지지 않고 목표 압력이 유지되면 왁스 주입을 완료하고, 리프트를 작동시켜 목재를 왁스 용액에서 완전히 건져 올린 다음에 밸브를 열어 주약관 내부를 상압으로 되돌리고 이어서 감압 펌프를 가동하여 배기시켰다. 이때 주약관 내부의 온도는 60~70℃로 유지하였다.

주약관 내부를 상압 상태로 되돌리면, 압력 차에 의해 목재 내부에 침투되어 있던 압축공기와 왁스용액이 함께 기포 발생 형태로 외부로 분출되는데, 상압 상태로 일정 시간 유지하여 왁스 기포 발생이 더 이상 진행되지 않으면, 밸브를 잠근 다음에 감압 펌프를 이용하여 주약관 내부의 진공도를 높이고, 주약관 내부의 진공도가 높아짐에 따라 처리 목재 내부의 세포 내강에 침투되어 있던 과잉의 왁스 용액이 빠져나오게 되며, 이 단계에서 왁스처리 목재의 밀도가 낮아져 경량화와 함께 외기 가온(예를 들어 여름철 직사광선에 의한 가열)에 의해 처리 목재로부터 왁스가 용출되는 문제점이 해결될 수 있을 것으로 판단하였다.

실시예 2. 목재 내부의 조직 차이를 주사전자현미경을 이용한 목재 내부의 조직 확인

본 발명의 방법에 따라 왁스 처리한 라디에타 소나무 및 단풍나무의 방사 단면을 주사전자현미경(SEM)으로 확인하였다. 또한, 무처리 목재와 종래의 방법으로 왁스처리한 목재를 비교예로서 확인하였다.

(1) 무처리 목재 조직

도 2A에 개시한 바와 같이, 라디에타 소나무 방사 단면과 단풍나무 방사 단면을 주사전자현미경(SEM)으로 확인하였다. 라디에타 소나무에서 침엽수 구성세포의 90% 이상을 차지하고 있는 가도관의 내강(①)이 빈 공간으로 되어 있음을 확인할 수 있으며, 따라서 내강 벽면에 분포하는 렌즈모양의 유연벽공(②)이 명확하게 확인되었다.

단풍나무에서 활엽수의 주요 액체 이동 통로인 도관(①)과 활엽수 목재 조직의 50% 이상을 차지하는 목섬유(②)의 내강이 비어 있으며, 도관 세포 벽면에 형성되어 있는 도관 요소와 도관 요소의 결합 부위인 천공연(③)의 윤곽이 뚜렷하게 확인되었다.

(2) 종래의 왁스 용적 처리법으로 왁스 처리한 목재의 조직

침엽수인 라디에타 소나무의 가도관 내강이 무처리재와는 달리 침투된 왁스로 완전히 채워져 있어 가도관 내강 벽면뿐만 아니라 벽면에 분포하는 유연벽공도 확인되지 않았다.

활엽수인 단풍나무의 경우에도 도관 및 목섬유가 왁스로 충전되어 있으며, 도관 내강 벽면에 형성되어 있는 천공연도 확인되지 않았다(도 2B).

(3) 본 발명의 방법에 따라 왁스 처리된 목재의 조직

라디에타 소나무의 경우, 무처리 목재에서와 동일하게 가도관 내강(①)이 비어있으며, 따라서 벽면의 유연벽공(②)도 뚜렷하게 확인되어 가도관 내강에 왁스가 충전되어 있지 않음을 알 수 있었으며, 가도관 내강에 피복(코팅)되어 있는 왁스층이 벗겨져 얇은 필름상(③)으로 확인되었다.

한편, 단풍나무의 경우도 무처리 목재에서와 같이 도관(①)과 목섬유(②)의 내강 및 천공연(③)의 윤곽이 확인되었다. 도관 벽면에 코팅되어 있던 왁스가 확인용 시료를 제작하기 위해 절단하는 과정에서 도관 목질부는 제거되고 벽면의 왁스 층이 분리되어 남아있는 형태(④)가 확인되었다(도 2C).

실시예 3. 본 발명의 방법에 따라 왁스 처리된 목재의 밀도 확인

종래의 용적처리법으로 처리한 목재의 경우, 본 발명의 방법에 따라 왁스 처리된 목재에 대비하여 밀도가 현저하게 증가한 것을 알 수 있고, 이와 같은 결과는 주사전자현미경(SEM)으로 확인한 조직의 결과에서 확인한 바와 같이, 세포 내강이 왁스로 완전히 충전되어 있기 때문에 밀도가 증가한 것이다.

본 발명의 방법으로 왁스 처리된 목재는 SEM 조직 확인에서도 알 수 있듯이 세포 내강이나 간극으로 침투된 왁스가 가압 후 대기압 상태로 되돌리는 과정과 후처리인 감압 공정에서 압력 차이에 의해 외부로 빠져나오고 조직 내부의 빈 공간에 잔류되어 있는 왁스량이 적기 때문에 밀도증가가 작게 나타난 것이다.

침엽수에 비해 활엽수에서 밀도 증가가 작은 것은 활엽수는 침엽수에 비하여 조직이 치밀하기 때문에 무처리의 경우에도 밀도가 높고(목재 조직 내부에 세포내강 및 간극과 같은 빈 공간의 비율이 낮음을 뜻함), 따라서 왁스처리에 의해서도 밀도 증가는 작게 나타난 것이다.

왁스 처리 방법	라디에타 소나무		단풍나무
	평균 밀도(g/㎤)	밀도 증가율(%)	평균 밀도(g/㎤)	밀도 증가율(%)
무처리	0.39	-	0.77	-
종래의 용적처리법	0.96	146.2	0.99	28.6
본 발명의 방법에 따른 압력변화 왁스처리	0.54	27.8	0.88	14.3

실시예 4. 처리 목재의 치수안정성의 차이 확인

무처리 및 왁스처리방법별 처리 목재의 체적 흡수율, 체적 팽윤율, 체적 수축율을 측정하여 치수안정성의 차이를 확인하였다(흡수율은 KS F 2204의 목재의 흡수량 측정방법, 수축율은 KS F 2203의 목재의 수축률 시험 방법에 준하여 시험하였으며, 수분 흡수 면은 목재 시험편의 전면으로 하였고, 팽윤율에 대한 KS 규격은 제정되어 있지 않아 자체적인 시험방법으로 하였음).

무처리 및 왁스 처리 목재의 체적 흡수율, 체적 수축율 및 체적 팽윤율

왁스 처리 방법	라디에타 소나무			단풍나무
	흡수율(%)	수축율(%)	팽윤율(%)	흡수율(%)	수축율(%)	팽윤율(%)
무처리	63.3	9.8	9.2	15.8	14.6	12.4
종래의 용적처리법	5.8	1.7	2.8	3.7	1.0	1.9
본 발명의 방법에 따른 압력변화 왁스처리	3.6	1.5	2.9	4.3	1.5	1.4

왁스처리 목재는 무처리재에 비하여 수분 흡수율, 수축율, 팽윤율 모두 무처리재에 비하여 현저하게 감소하였다. 이와 같은 결과는 소수성의 왁스가 목재 내부로 침투되어 친수성을 나타내는 목재 세포벽과 수분의 접촉을 최대한 억제시켰기 때문으로 판단하였다.

한편, 종래의 용적처리법으로 처리한 목재와 본 발명의 방법에 따라 왁스 처리한 목재의 수축율 및 팽윤율은 유사한 수준으로 나타나 처리 방법에 따른 목재의 치수안정성에는 크게 영향을 미치지 않다는 것을 확인하였다.

하지만, 수분 흡수율에서는 용적처리법에 대비하여 본 발명의 방법에 따라 왁스 처리한 목재에서 약간 높게 나타났으며, 이는 본 발명의 방법에 따라 왁스 처리한 목재의 세포 내강이 비어있기 때문에 수분이 일부 침투되어 일어난 결과라고 판단하였으며, 침투된 수분은 왁스 처리 목재의 중량 차이에는 영향을 미치지만, 세포벽의 수축이나 팽윤에는 전혀 영향을 미치지 않는다는 것을 확인하였다.

따라서 본 발명의 방법은 과도한 밀도 상승을 초래하지 않으면서 치수안정성은 통상의 용적처리법에 상당한 수준을 보여 경량 왁스 처리 목재의 제조가 가능하며, 왁스 처리 목재 중에서 왁스 고형분의 잔류량이 적어 외기의 기온 상승에 의한 왁스 용출과 같은 문제점(처리 목재의 표면 끈적거림, 미끄러짐)을 개선할 수 있다.

실시예 5. 왁스 처리 목재의 물방울 발수성 차이 확인

목재 재면에서의 수분 흡수성의 차이는 재면에 떨어뜨린 물방울과 재면 사이에 형성되는 접촉각의 크기로 평가한다. 접촉각이 작으면 재면의 습윤성이 좋아서 수분 흡수가 잘 되고, 접촉각이 커질수록 습윤성이 작아서 흡수가 불량하다. 즉 재면과 물방울 사이의 접촉각이 크다는 것은 재면으로 수분 흡수가 되지 않고 발수성을 갖는다는 것을 의미한다. 따라서 본 실시예 5에서는 본 발명의 방법으로 왁스 처리한 라디에타 소나무 및 단풍나무의 발수성을 평가하기 위하여 재면과 물방울 사이의 접촉각을 측정하였다.

그 결과, 도 3에 개시한 바와 같이 무처리재의 경우, 라디에타 소나무의 재면에서 물방울과 이루는 접촉각은 35°이고, 단풍나무의 재면에서 물방울과 이루는 접촉각은 38°으로 확인되었다. 접촉각이 작아 비교적 수분 흡수가 잘되는 것으로 평가하였다. 즉, 친수성을 갖는 목재 재면으로 물이 잘 흡수된다는 것을 의미하는 것이다.

또한, 종래의 용적처리법으로 왁스 처리한 라디에타 소나무와 단풍나무에서는 각각 94°와 97°의 접촉각을 나타내 무처리재에 비하여 물방울과의 사이에 매우 큰 접촉각이 형성되어 습윤성이 매우 떨어진다는 것을 알 수 있다. 이것은 소수성 물질인 왁스가 목재 내부 및 재면에 침투되어 있어 나타난 결과이다. 따라서 왁스처리에 의해 목재 내부로의 수분 흡수는 거의 이루어지지 않고, 재표면에서 물방울의 형태로 남아있어 발수현상을 나타낸다는 것을 알 수 있다.

본 발명의 방법에 따라 왁스 처리한 라디에타 소나무와 단풍나무에서는 각각 125°와 135°의 물방울과의 접촉각이 형성되어 무처리 목재뿐만 아니라 종래의 용적처리법으로 왁스 처리한 목재에 비하여 매우 큰 접촉각을 나타냈다. 이와 같은 결과는 종래의 방법으로 왁스 처리한 목재에 비하여 수분에 대한 발수성능이 매우 높아졌다는 것을 의미한다. 이와 같은 현상은 왁스 처리 후, 후처리 공정인 감압공정에서 목재 내부의 세포내강 등에 잔류되어 있던 왁스 용액이 빠져나오면서 재면(재 표면)에 균일하고 얇은 왁스 층이 형성되었기 때문으로 판단하였다. 즉, 본 발명의 방법으로 왁스 처리하게 되면 목재의 발수성이 획기적으로 향상되는 것이다.

Claims (7)

1. (1) 왁스가 포함된 가압용 주약관에 건조 목재를 투입하고 가열하여 왁스를 용융시키는 단계;
   (2) 상기 단계 (1) 이후에, 상기 건조 목재를 용융된 왁스 용액에 침지하고, 압축공기를 투입한 후 10~15kgf/㎠의 압력이 되도록 가압하여 목재의 세포 내강에 용융 왁스를 주입시키는 단계;
   (3) 상기 단계 (2)에서 용융 왁스 주입한 후, 압력을 상압으로 되돌리고, 용융된 왁스 용액으로부터 목재를 건져 올리고 일정시간을 유지하여, 목재 내부에 침투되어 있던 공기와 왁스를 분출시키는 단계; 및
   (4) 상기 단계 (3) 이후에, 진공도가 50~100mmHg가 되도록 감압하여 목재 내부에 잔류되어 있던 왁스가 추가로 분출되는 과정에서 목재 세포 내강 벽면에 왁스가 코팅되고, 목재 내부의 세포 내강에 침투된 왁스를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 변화를 이용하는 발수성 목재의 가공방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 단계 (1)에서 건조 목재는 라디에타 소나무 또는 단풍나무인 것을 특징으로 하는 압력 변화를 이용하는 발수성 목재의 가공방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 단계 (1)에서 상기 주약관 내부의 온도가 60~70℃가 되도록 가열하는 것을 특징으로 하는 압력변화를 이용하는 발수성 목재의 가공 방법.
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6. 제1항에 있어서,
   (1) 왁스가 포함된 가압용 주약관에 건조 목재를 투입하고 온도가 60~70℃가 되도록 가열하여 왁스를 용융시키는 단계;
   (2) 상기 단계 (1) 이후에, 상기 건조 목재를 용융된 왁스 용액에 침지하고, 10~15kgf/㎠의 압력이 되도록 가압하여 목재의 세포 내강에 용융 왁스를 주입시키는 단계;
   (3) 상기 단계 (2)에서 용융 왁스 주입한 후, 압력을 상압으로 되돌리고, 용융된 왁스 용액으로부터 목재를 건져 올리고 1~2 시간을 유지하여, 목재 내부에 침투되어 있던 공기와 왁스를 분출시키는 단계; 및
   (4) 상기 단계 (3) 이후에, 진공도가 50~100mmHg가 되도록 감압하여 목재 세포 내강 벽면에는 왁스가 코팅되고, 목재 내부의 세포 내강에 침투된 왁스를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 변화를 이용하는 발수성 목재의 가공방법.
7. 제1항 내지 제3항, 제6항 중 어느 한 항의 발수성 목재의 가공방법으로 가공된 발수성 목재.

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