KR102637990B1 - 고밀도 열가소성 폴리머를 이용하는 치수안정성이 증진된 난연 목재의 가공방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고밀도 열가소성 폴리머를 이용하는 치수안정성이 증진된 난연 목재의 가공방법에 관한 것으로, 본 발명의 가공방법으로 가공된 목재가 밀도 및 치수안정성이 증진되고, 연소시 질량 감소율이 낮을 뿐만 아니라, 착화시간이 증가하고, 탄화 시에도 재표면의 균열 정도가 작아 난연성이 우수한 효과가 있으므로, 난연성 및 치수안정성이 우수한 목재를 제조할 수 있는 가공방법이다.
Description
본 발명은 고밀도 열가소성 폴리머를 이용하는 치수안정성이 증진된 난연 목재의 가공방법에 관한 것이다.
수목의 광합성 반응 과정을 거쳐 생성된 천연고분자 화합물인 목재는 세포벽의 주성분이 소수성으로 알려진 리그닌 20~30% 정도를 포함하고 있고, 친수성을 나타내는 셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스 성분을 60% 이상 포함하고 있어 친수성 재질 특성이 주로 나타난다. 세포벽 주성분 중에서 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스는 다당류로서 구성 당에 친수성기인 수산기(-OH)가 존재하므로, 친수성 특성을 나타내게 되는 것이다.
목재는 사용 중에 수분이나 고습도 환경에 노출되면 주위 환경과 평형 상태를 유지하려고 하는 재질 특성이 발현되어 물 분자를 흡착하여 팽윤이 되고, 반대로 건조 환경에 노출되면 세포벽에 결합되어 있는 물 분자가 이탈되어 수축현상이 발생하는 특성이 있다. 목재 세포벽의 팽윤과 수축이 반복하여 발생함으로써 치수가 불안정하고 갈라짐, 틀어짐 및 뒤틀림 등의 결함이 발생하여 토목용, 건축용, 가구용 등의 재료로 사용하는 데에 많은 문제가 발생한다.
따라서 수분에 대한 목재의 결함을 개선함으로써 다양한 용도의 재료로 사용을 확대하고자 다양한 치수안정화 개질 처리 방법이 개발되고 있으며, 목재의 치수안정화 개질 처리 방법에는 세포벽 주성분에 결합되어 있는 친수성기인 수산기를 소수성기로 치환하여 물 분자가 결합되지 않도록 하는 방법, 수산기와 수산기 사이에 가교결합을 형성시켜 물 분자의 결합 부위를 제거하는 방법 등의 화학적 치수안정화 처리방법과 목재 조직을 구성하는 세포의 내강이나 간극에 소수성 물질을 주입하여 채워 넣음으로써 물 분자의 접근을 차단하는 물리적인 치수안정화 처리법이 알려져 있다.
현재 실용화된 기술로 제품이 생산되고 있는 화학적 치수안정화 개질 처리 방법은 친수성기인 수산기(-OH)를 소수성기인 아세틸기(-COOCH3)로 치환시킨 아세틸화 처리가 있으며, 현재 국내에도 아세틸화 목재가 수입되어 건축 외장용재로 사용되고 있다. 아세틸화 목재의 생산에는 대규모의 시설이 필요하고 무수초산과 같은 강산의 화합물을 사용하며, 고온에서 처리해야 하는 등 생산비용과 함께 유해하고 위험한 환경의 제조 공정으로 이루어져 있기 때문에 제품 생산을 시도하기에는 많은 어려움이 있다. 소수성 물질을 목재 조직 중에 도입하는 물리적인 치수안정화 개질 처리 방법은 처리 시설이나 사용하는 물질의 안전성 측면에서 화학적인 방법에 비하여 비교적 제품 생산이 용이하다. 대표적인 물리적 치수안정화 처리 방법에는 소수성의 파라핀 왁스를 목재 조직 중에 주입하여 치수안정성을 부여하는 파라핀 왁스 용적처리법이 있다. 상기 파라핀 왁스를 이용한 용적처리법은 가열-항온-가압 주입장치를 이용하여 비교적 간편하게 처리할 수 있는 인체 및 환경에 친화적인 목재의 치수안정화 처리법인데. 파라핀 왁스는 녹는 점이 약 50~80℃ 범위에 있어 낮은 온도에서 목재의 치수안정화 처리가 가능하여 에너지 효율 측면에서 매우 경제성 있는 처리법이라 할 수 있으나 처리 목재의 재질 측면에서 불리한 점이 있다. 착화성 때문에 처리 목재가 화재에 취약하다는 점과 여름철의 직사광선에 노출이 되면 처리 목재 중에 침투된 파라핀 왁스가 녹아 외부로 흘러나오거나 재표면에 끈적거림이 발생하여 이물질 부착에 의한 오염이 심하게 발생한다. 특히, 파라핀 왁스 처리 목재를 산책로나 등반로의 데크재로 사용할 경우에는 파라핀 왁스 용융에 의한 문제가 심각하게 발생할 수 있다.
한편, 한국등록특허 제1230386호에 목재의 치수안정성 및 난연성 향상 가공방법이 개시되어 있고, 한국등록특허 제2432039호에 난연성 및 치수안정성 증진을 위한 목재의 가공방법이 개시되어 있으나, 아직까지 본 발명의 고밀도 열가소성 폴리머를 이용하는 치수안정성이 증진된 난연 목재의 가공방법에 관한 내용이 개시된 바 없다.
본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 본 발명은 고밀도 열가소성 폴리머를 이용하는 치수안정성이 증진된 난연 목재의 가공방법을 제공하고, 본 발명의 가공방법으로 가공된 목재가 밀도 및 치수안정성이 증진되고, 연소시 질량 감소율이 낮을 뿐만 아니라, 착화시간이 증가하고, 탄화 시에도 재표면의 균열 정도가 작아 난연성이 우수하다는 것을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (1) 주약관 내 용기 안에 고밀도 열가소성 폴리머를 넣고, 주약관 내부를 가온하여 고밀도 열가소성 폴리머를 용융시키는 단계;
(2) 상기 단계 (1)에서 용융시킨 고밀도 열가소성 폴리머에, 목재를 침지한 후, 상압 하에서 목재로부터 기포 발생이 멈출 때까지 125~135℃의 온도를 유지하도록 1차 가열하여 목재 조직의 세포 내강과 공극에 존재하는 수분과 공기를 제거하는 단계;
(3) 상기 단계 (2) 이후에 상압 하에서 목재로부터 기포 발생이 멈출 때까지 135~145℃의 온도를 유지하도록 2차 가열하여 목재 조직의 세포 내강과 공극에 존재하는 수분과 공기를 제거하는 단계;
(4) 상기 단계 (3) 이후에 상압 하에서 목재로부터 기포 발생이 멈출 때까지 145~160℃의 온도를 유지하도록 3차 가열하여 목재 조직의 세포 내강과 공극에 존재하는 수분과 공기를 제거하는 단계;
(5) 상기 단계 (4) 이후에, 상기 목재 조직에 잔류하는 공기의 수축이 일어나도록 125~135℃로 낮춰 고밀도 열가소성 폴리머를 목재 조직 내부로 침투시키는 단계;
(6) 상기 단계 (5) 이후에, 압축 기체를 주약관 내부로 서서히 도입하여 내부 압력을 15±2MPa까지 상승시키는 단계; 및
(7) 상기 단계 (6)에서 가압 처리 시작으로부터 24시간 경과 후, 주약관 내부 온도를 95~105℃까지 낮춘 후, 주약관 내부 압력을 서서히 대기압까지 낮춘 상태에서 주약관을 개방하여 고밀도 열가소성 폴리머 처리 목재를 회수하는 단계;를 포함하는 치수안정성이 증진된 난연 목재의 가공방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 가공 방법으로 가공된 목재를 제공한다.
본 발명은 고밀도 열가소성 폴리머를 이용하는 치수안정성이 증진된 난연 목재의 가공방법에 관한 것으로, 본 발명의 가공방법으로 가공된 목재가 밀도 및 치수안정성이 증진되고, 연소시 질량 감소율이 낮을 뿐만 아니라, 착화시간이 증가하고, 탄화시에도 재표면의 균열정도가 작아 난연성이 우수한 효과가 있는 것이다.
도 1은 무처리, 파라핀 왁스 또는 PE 왁스처리 목재의 착화 후 300초 동안 연소시험에서 발생한 질량 감소율을 확인한 결과이다.
도 2는 무처리, 파라핀 왁스 또는 PE 왁스처리 목재의 연소시험 시, 탄화 양상을 확인한 결과로, (a) 연소시험 전의 무처리 목재 표면, (b) 연소시험 후의 무처리 목재 표면, (c) 연소시험 후의 파라핀 왁스 처리 목재 표면 및 (d) 연소시험 후의 PE 왁스 처리 목재 표면을 나타낸 사진이다.
도 3은 무처리, 파라핀 왁스 또는 PE 왁스처리 목재의 연소시험 후, 두께 감소 및 탄화 깊이를 확인한 결과로, (a) 연소시험 전의 무처리 목재 절단면, (b) 연소시험 후의 무처리 목재 절단면, (c) 연소시험 후의 파라핀 왁스 처리 목재 절단면 및 (d) 연소시험 후의 PE 왁스 처리 목재 절단면을 나타낸 사진이다.
도 2는 무처리, 파라핀 왁스 또는 PE 왁스처리 목재의 연소시험 시, 탄화 양상을 확인한 결과로, (a) 연소시험 전의 무처리 목재 표면, (b) 연소시험 후의 무처리 목재 표면, (c) 연소시험 후의 파라핀 왁스 처리 목재 표면 및 (d) 연소시험 후의 PE 왁스 처리 목재 표면을 나타낸 사진이다.
도 3은 무처리, 파라핀 왁스 또는 PE 왁스처리 목재의 연소시험 후, 두께 감소 및 탄화 깊이를 확인한 결과로, (a) 연소시험 전의 무처리 목재 절단면, (b) 연소시험 후의 무처리 목재 절단면, (c) 연소시험 후의 파라핀 왁스 처리 목재 절단면 및 (d) 연소시험 후의 PE 왁스 처리 목재 절단면을 나타낸 사진이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (1) 주약관 내 용기 안에 고밀도 열가소성 폴리머를 넣고, 주약관 내부를 가온하여 고밀도 열가소성 폴리머를 용융시키는 단계;
(2) 상기 단계 (1)에서 용융시킨 고밀도 열가소성 폴리머에, 목재를 침지한 후, 상압 하에서 목재로부터 기포 발생이 멈출 때까지 125~135℃의 온도를 유지하도록 1차 가열하여 목재 조직의 세포 내강과 공극에 존재하는 수분과 공기를 제거하는 단계;
(3) 상기 단계 (2) 이후에 상압 하에서 목재로부터 기포 발생이 멈출 때까지 135~145℃의 온도를 유지하도록 2차 가열하여 목재 조직의 세포 내강과 공극에 존재하는 수분과 공기를 제거하는 단계;
(4) 상기 단계 (3) 이후에 상압 하에서 목재로부터 기포 발생이 멈출 때까지 145~160℃의 온도를 유지하도록 3차 가열하여 목재 조직의 세포 내강과 공극에 존재하는 수분과 공기를 제거하는 단계;
(5) 상기 단계 (4) 이후에, 상기 목재 조직에 잔류하는 공기의 수축이 일어나도록 125~135℃로 낮춰 고밀도 열가소성 폴리머를 목재 조직 내부로 침투시키는 단계;
(6) 상기 단계 (5) 이후에, 압축 기체를 주약관 내부로 서서히 도입하여 내부 압력을 15±2MPa까지 상승시키는 단계; 및
(7) 상기 단계 (6)에서 가압 처리 시작으로부터 24시간 경과 후, 주약관 내부 온도를 95~105℃까지 낮춘 후, 주약관 내부 압력을 서서히 대기압까지 낮춘 상태에서 주약관을 개방하여 고밀도 열가소성 폴리머 처리 목재를 회수하는 단계;를 포함하는 치수안정성이 증진된 난연 목재의 가공방법에 관한 것이다.
상기 고밀도 열가소성 폴리머는 폴리에틸렌(polyethylene; PE) 왁스인 것이 바람직하지만 이에 한정하지 않는다.
상기 단계(6)에서, 압축 기체는 질소인 것이 바람직하지만 이에 한정하지 않는다.
상기 목재는 라디에타소나무인 것이 바람직하지만 이에 한정하지 않는다.
또한. 본 발명은 본 발명의 가공방법으로 가공된 치수안정성이 증진된 난연 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.
목재의 치수 안정화 처리 방법(PE 왁스 처리 공정)
합성(중합성) 왁스인 폴리에틸렌(polyethylene) 왁스(PE wax)를 치수안정화제로 사용하였다. PE 왁스는 파라핀 왁스와는 다르게 녹는점이 100℃ 이상이며, 높은 경도와 함께 내열성, 내화학성 및 내마모성이 우수하다.
단계 1): 목재 조직 내부에 존재하는 수분과 공기를 제거하는 공정으로, ① 주약관 내 용기 안에 PE 왁스를 넣고, 녹는점 온도 이상(본 실시예 1에서 사용한 PE 왁스의 녹는점은 115℃이고, 120℃에서 녹임)으로 주약관 내부를 가온하여 왁스를 용융시켰다.
② 상기 용융 PE 왁스 용기 안에 목재(라디에타소나무)를 침지하고, 상압 하에서 목재로부터 기포 발생이 멈출 때까지 130℃의 온도가 유지되도록 1차 가열 처리하였다.
③ 상압 하에서 목재로부터 기포 발생이 멈출 때까지 140℃의 온도로 올려 유지되도록 2차 가열 처리하였다.
④ 이후 온도를 10℃씩 올려 160℃까지 반복 처리하여 목재 조직의 세포 내강과 공극에 존재하는 수분과 공기를 제거하였다.
단계 1)에서 대기압(상압) 상태에서 온도를 단계별로 서서히 올리면서 목재 세포 내강 및 간극에 존재하는 수분과 공기를 제거하는 공정을 거치지 않는다면, 용융 왁스를 가압주입하는 단계 2)에서, 가압주입 종료 후에 대기압 상태로 되돌리는 순간 가압에 의해 억압되어 있던 고압의 팽창 수증기와 공기가 폭발하여 가압주입 설비의 손상과 작업자의 위험을 초래할 수 있다. 따라서 목재 세포 내강에 존재하는 공기는 단계 별로 온도를 상승시키면서 서서히 방출시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 단계 1)에서 공기를 팽창시켜 제거하는 최고 온도를 160℃ 이하인 것이 바람직하며, 160℃를 초과하는 온도에서는 목재의 열화현상이 발생할 수 있기 때문이다.
단계 2): 질소 가스를 이용한 용융 PE 왁스 가압 주입
① 온도를 130℃까지 내리면 목재 조직 중에 잔류 되어 있는 공기의 수축으로 목재 내부와 용융 PE 왁스 용액 사이에 압력 차이가 발생하여 PE 왁스가 목재 조직 내부로 침투하게 되므로, 주약관 내부 온도를 130℃까지 내린 후에 주약관 문을 닫고 밀폐시켰다. 이후, 압축 기체(질소)를 주약관 내부로 서서히 도입하여 내부 압력을 15±2MPa까지 올렸다(압력 상승과 함께 주약관 내부 온도도 서서히 올라가 설정 온도보다 10~15℃ 상승함).
주약관 내부 압력을 실시간으로 확인하며, 압력이 떨어지면 압축 기체를 추가로 도입하여 초기 압력 15±2MPa을 유지하고, 상승된 온도 상태를 유지하되, 160℃ 이하로 유지하였다.
② 상기 ①의 가압 처리 시작으로부터 24시간 경과 후, 주약관 내부 온도를 100℃까지 낮춘 후, 주약관 내부 압력을 서서히 대기압까지 낮춘 상태에서 주약관을 개방하여 PE 왁스 처리 목재를 회수하였다.
단계 2의 ①에서, 압축 기체를 도입하는 과정에서 안전성 확보를 위해서 15±2MPa의 압력을 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 목재 내부로 왁스가 침투됨에 따라 주약관 내부의 압력이 감소하므로, 왁스의 침투를 촉진하기 위하여 압력 유지를 수시로 확인하며 목표 압력이 유지되도록 하였다.
주약관 내부 온도를 단계 1의 처리 최고 온도인 160℃ 이하로 유지해야 하는 이유는 온도가 160℃ 이상으로 상승하게 되면 목재 조직 내부에 잔류되어 있는 공기(160℃에서도 빠져나오지 못한 공기)가 팽창되어 전술한 폭발위험이 발생하기 때문이다.
단계 2의 ②에서, 주약관 내부 온도를 PE 왁스의 녹는점(115℃) 보다 약간 낮은 100℃로 하는 이유는 PE 왁스를 약간 점성이 있는 겔 상태로 만들기 위한 것으로, 겔 상태에서 압력을 대기압 상태로 되돌리고, 주약관 문을 개방하게 되면, 온도와 압력 관리의 실수로 인하여 발생할 수 있는 용융 PE 왁스의 넘쳐 흐름을 방지할 수 있다.
실시예 1. 라디에타소나무의 PE 왁스 처리
라디에타소나무를 사용하여, 녹는 점 115℃, 인화점 260℃, 밀도 1.08g/㎤인 PE 왁스(polyethylene wax)를 상기 치수안정화 처리 방법에 따라 가압 주입처리한 후, 무처리 및 파라핀 왁스처리 목재에 대비하여 난연성과 치수안정성을 비교하였다.
비교예( 파라핀 왁스 처리): 상기 단계 1 및 단계 2의 공정으로 처리하였으며, 압력과 온도 조건은 동일하나 단계 2에서 가압주입 종료 후에 대기압으로 압력을 내리기 전 주약관 내부 온도를 60℃까지 내렸다(파라핀 왁스 녹는점: 60~62℃, 인화점: 193℃, 밀도: 0.88~0.92g/㎤).
치수안정성은 체적 흡수율, 체적 팽윤율, 체적 수축율을 측정하여 조사하여 비교하였다(흡수율은 KS F 2204의 목재의 흡수량 측정방법, 수축율은 KS F 2203의 목재의 수축률 시험 방법에 준하여 시험하였으며, 수분 흡수 면은 목재 시험편의 전면으로 하였다. 팽윤율에 대한 KS 규격은 제정되어 있지 않아 자체적인 시험방법으로 하였다).
난연성은 KS F ISO 17554(연소성능시험-질량감소측정)에 의거하여 조사, 비교하였다.
(1) 밀도의 차이
파라핀 왁스 주입처리된 목재 대비 PE 왁스 주입처리된 목재의 밀도가 상대적으로 높게 나타났다.
| 왁스처리방법 | 라디에타소나무 | |
| 평균 밀도(g/㎤) | 밀도 증가율(%) | |
| 무처리 | 0.45 | - |
| 파라핀 왁스주입처리 | 0.86 | 91.1 |
| PE 왁스 주입처리 | 0.91 | 102.2 |
(2) 치수안정성
치수안정성 측면에서 파라핀 왁스 처리와 PE 왁스 처리 간에는 큰 차이를 보이지 않고 모두 무처리에 비하여 높은 치수안정성을 나타났다.
| 왁스처리방법 | 라디에타소나무 | ||
| 체적 흡수율(%) | 체적 수축율(%) | 체적 팽윤율(%) | |
| 무처리 | 68.3 | 9.8 | 9.2 |
| 파라핀 왁스주입처리 | 5.8 | 1.7 | 2.8 |
| PE 왁스 주입처리 | 4.7 | 1.8 | 2.6 |
(3) 연소 시험 중 질량 감소 경향
무처리, 파라핀 왁스 및 PE 왁스처리 목재를 착화시킨 후, 300초 동안 연소시험을 하는 기간에 발생한 질량감소 경향을 살펴보면, 전 기간에 걸쳐서 무처리에 대비하여 파라핀 및 PE 왁스처리 목재의 질량 감소가 작게 나타났으며, 특히 PE 왁스처리 목재의 질량 감소가 가장 작게 나타났다.
PE 왁스 처리 목재에서 질량 감소가 작게 나타나는 이유는 착화 후에 무처리 목재는 목질부의 연소가 바로 진행되지만, 파라핀 및 PE 왁스처리 목재는 목질부에 앞서 목재 조직 중에 침투되어 있는 왁스의 파라핀 및 PE 연소가 먼저 진행되기 때문이다. 즉 촛불에서 양초의 심지에 불을 붙이면 양초가 녹아 심지에 스며들어(에너지원이 공급) 심지가 타지 않고 촛불이 유지되다가 시간이 지남에 따라 녹은 양초가 더 이상 스며들지 않는 심지의 끝부분이 검게 타는 현상과 같은 원리이다.
또한, 파라핀 왁스 처리 목재에 대비하여 PE 왁스 처리 목재의 질량 감소가 작게 나타나는 이유는 파라핀 왁스에 대비하여 녹는점과 인화점이 상대적으로 높기 때문에 더 높은 난연성을 보이는 것으로 판단하였다(도 1).
(4) 착화 시간과 질량 감소율
시험장치의 콘 히터로부터 50㎡의 복사열을 가했을 때 착화 시간을 비교하면 파라핀 왁스 처리 목재가 무처리 목재에 비하여 불이 빨리 붙고, PE 왁스 처리 목재가 가장 늦게 불이 붙는 결과를 보였다.
| 처리 | 착화에 걸리는 시간(초) | 최대 질량 감소율(%) |
| 무처리 | 24.6±6.4 | 12.3±1.3 |
| 파라핀 왁스 처리 | 15.6±1.6 | 8.4±0.6 |
| PE 왁스 처리 | 31.4±3.0 | 7.3±1.9 |
원유에서 추출한 석유계 왁스인 파라핀 왁스는 인화점(193℃)이 합성 왁스인 PE 왁스(인화점 260℃)에 비하여 낮기 때문에 착화가 빨리 일어난다.
목재에 불이 붙기 위해서는 목재 세포벽 주성분인 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스 및 리그닌이 열분해되어 가연성 기체가 발생해야 하며, 이들 주성분의 열분해 시작 온도는 각각 약 240℃, 200℃ 및 230℃ 정도이다. 파라핀 왁스의 인화점이 이들 목재 주성분의 열분해 온도보다 낮기 때문에 무처리 목재에 비하여 빨리 불이 붙는 결과를 보이지만, PE 왁스의 인화점(260℃)은 이들 주성분의 열분해 온도보다 높기 때문에 불이 늦게 붙는 특성이 있다.
한편, 도 1에 개시한 바와 같이 300초 동안 연소시험 진행 후에 발생한 최대 질량감소율을 비교하면 무처리 목재에서 가장 높고, PE 왁스 처리 목재가 가장 낮게 나타났다. 무처리 목재는 파라핀 왁스 처리 목재에 비하여 착화가 늦었으나 질량감소율이 높게 나타난 이유는 연소 유지에 필요한 에너지 공급이 오직 목질부 열분해에 의해서만 이루어지는 반면에, 파라핀 왁스 처리 목재는 착화가 빨리 일어났음에도 에너지 공급원으로 파라핀 왁스가 사용됨으로써 목질부의 열분해가 그만큼 적게 진행된 결과이다(연소 유지에 필요한 에너지 공급 : 무처리 목재는 목질부만, 파라핀 왁스 처리 목재는 파라핀 왁스와 일부 목질부).
이에 대비하여 PE 왁스 처리 목재의 질량 감소가 가장 작은 이유는 착화가 늦게 일어났으며, PE 왁스의 인화점이 높아 연소 유지에 필요한 에너지 공급이 느리고, 이에 따라 목질부 열분해도 적게 진행되었기 때문이다. 이상의 결과로부터 PE 왁스 처리는 파라핀 왁스 처리에 비하여 목재의 난연성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
5. 재표면의 탄화 양상의 차이
연소 시험 후의 목재 표면의 상태를 비교하면 무처리 목재에서는 연소에 의해 수축이 많이 진행되어 재표면에 거북 등 모양으로 깊은 균열이 발생하였고, 왁스 처리 목재는 파라핀 왁스 처리 목재가 PE 왁스 처리 목재에 비하여 깊은 균열이 발생하였다. 이와 같은 균열은 연소과정에서 열분해에 의해 목질부의 수축이 발생하기 때문에 생기는 것으로 균열이 깊고 많은 것은 그만큼 열분해가 많이 진행되었다는 것을 의미하는 것이며, PE 왁스 처리 목재의 재표면에서 균열의 정도가 가장 작아 연소가 가장 적게 진행된 것을 알 수 있었다(도 2).
6. 두께 감소와 탄화 깊이의 차이
연소시험 종료 후에 무처리 및 왁스처리 목재의 가운데를 절단하고 연소에 의한 두께 감소와 재 표면으로부터 내부로 진행된 탄화 깊이를 조사하여 비교한 결과, 무처리 목재의 두께 감소가 가장 많고, 탄화도 가장 깊게 진행되었다. 무처리 목재와 파라핀 왁스 처리 목재에 대비하여 PE 왁스 처리 목재에서 두께 감소가 작고, 탄화 깊이도 작아 우수한 난연성을 보였다(도 3).
| 처리 | 두께 감소율(%) | 탄화 깊이(mm) |
| 무처리 | 17.9±6.2 | 8.9±1.2 |
| 파라핀 왁스 처리 | 8.0±1.4 | 3.9±0.9 |
| PE 왁스 처리 | 3.7±1.4 | 1.9±0.7 |
Claims (5)
- (1) 주약관 내 용기 안에 고밀도 열가소성 폴리머를 넣고, 주약관 내부를 가온하여 고밀도 열가소성 폴리머를 용융시키는 단계;
(2) 상기 단계 (1)에서 용융시킨 고밀도 열가소성 폴리머에, 목재를 침지한 후, 상압 하에서 목재로부터 기포 발생이 멈출 때까지 125~135℃의 온도를 유지하도록 1차 가열하여 목재 조직의 세포 내강과 공극에 존재하는 수분과 공기를 제거하는 단계;
(3) 상기 단계 (2) 이후에 상압 하에서 목재로부터 기포 발생이 멈출 때까지 135~145℃의 온도를 유지하도록 2차 가열하여 목재 조직의 세포 내강과 공극에 존재하는 수분과 공기를 제거하는 단계;
(4) 상기 단계 (3) 이후에 상압 하에서 목재로부터 기포 발생이 멈출 때까지 145~160℃의 온도를 유지하도록 3차 가열하여 목재 조직의 세포 내강과 공극에 존재하는 수분과 공기를 제거하는 단계;
(5) 상기 단계 (4) 이후에, 상기 목재 조직에 잔류하는 공기의 수축이 일어나도록 125~135℃로 낮춰 고밀도 열가소성 폴리머를 목재 조직 내부로 침투시키는 단계;
(6) 상기 단계 (5) 이후에, 압축 기체를 주약관 내부로 서서히 도입하여 내부 압력을 15±2MPa까지 상승시키는 단계; 및
(7) 상기 단계 (6)에서 가압 처리 시작으로부터 24시간 경과 후, 주약관 내부 온도를 95~105℃까지 낮춘 후, 주약관 내부 압력을 서서히 대기압까지 낮춘 상태에서 주약관을 개방하여 고밀도 열가소성 폴리머 처리 목재를 회수하는 단계;를 포함하는 치수안정성이 증진된 난연 목재의 가공방법. - 제1항에 있어서, 상기 고밀도 열가소성 폴리머는 폴리에틸렌(polyethylene; PE) 왁스인 것을 특징으로 하는 치수안정성이 증진된 난연 목재의 가공방법.
- 제1항에 있어서, 상기 단계(6)에서, 압축 기체는 질소인 것을 특징으로 하는 치수안정성이 증진된 난연 목재의 가공방법.
- 제1항에 있어서, 상기 목재는 라디에타소나무인 것을 특징으로 하는 치수안정성이 증진된 난연 목재의 가공방법.
- 제1항 내지 제4항 중에서 선택된 어느 한 항의 가공방법으로 가공된 치수안정성이 증진된 난연 목재.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230068683A KR102637990B1 (ko) | 2023-05-26 | 2023-05-26 | 고밀도 열가소성 폴리머를 이용하는 치수안정성이 증진된 난연 목재의 가공방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230068683A KR102637990B1 (ko) | 2023-05-26 | 2023-05-26 | 고밀도 열가소성 폴리머를 이용하는 치수안정성이 증진된 난연 목재의 가공방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102637990B1 true KR102637990B1 (ko) | 2024-02-19 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020230068683A KR102637990B1 (ko) | 2023-05-26 | 2023-05-26 | 고밀도 열가소성 폴리머를 이용하는 치수안정성이 증진된 난연 목재의 가공방법 |
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101898943B1 (ko) * | 2017-08-23 | 2018-09-17 | 정만섭 | 파라핀 강화 목재와 그 제조방법 |
| KR102144100B1 (ko) * | 2020-03-11 | 2020-08-13 | 주식회사 부림씨앤에스 | 방부목 및 그것의 제조 방법 |
-
2023
- 2023-05-26 KR KR1020230068683A patent/KR102637990B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
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