KR20140055356A

KR20140055356A - 친환경 방부목의 제조방법

Info

Publication number: KR20140055356A
Application number: KR1020120122047A
Authority: KR
Inventors: 오상우
Original assignee: 오상우
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2014-05-09
Also published as: KR101417385B1

Abstract

본 발명은 방부처리에 사용되는 방부액 성분에 냄새 제거 및 세균 제거 기능이 있는 친환경적인 목초액을 구성하여, 목초액과, 구리 알킬암모늄화합물계 방부제 또는 구리 아졸화합물계 방부제와, 숯분말 및 정제수로 혼합된 방부액을 구성하는 방부액혼합단계(S10);와, 목재를 감압한 상태에서 피톤치드 오일을 목재에 코팅한 후, 온풍으로 건조시키는 초벌방부처리단계(S20);와, 50 내지 70 ℃ 의 열탕을 유지하며 2 내지 5 MHz의 초음파로 1 내지 5 시간 방부액을 진동시킨 후, 초벌방부처리된 목재를 상기 방부액에 침지하여 1 내지 2 MHz 의 초음파를 30 분 내지 1 시간 동안 공급하는 초음파방부처리단계(S30);와, 초음파방부처리된 목재를 방부액 용기에 투입하여 10 내지 20 kg/㎠ 의 압력으로 가압하여 2 내지 3 시간 침지하는 침지방부처리단계(S40);와, 침지방부처리된 목재를 1000 내지 2000 MHz의 극초단파에 수분간 노출시키고, 50 내지 60 ℃의 온도에서 2 내지 5 시간 동안 양생하는 극초단파양생단계(S50);로 구성되는 친환경 방부목의 제조방법을 제공한다.

Description

친환경 방부목의 제조방법{The manufacturing method of environment-friendly treated preservative wood}

본 발명은 통상의 방부제 조성과정에 친환경의 목초액과 숯 분말 및 피톤치드 오일을 추가 구성하여 목재의 부식 또는 각종 세균으로부터 저항성을 가지는 방부ㆍ방충기능을 포함하는 친환경 방부목의 제조방법에 관한 것이다.

최근 몇 년 전부터 도시생활로부터 탈피하여 전원생활을 하거나 농업을 시작하기 위해 귀농을 하는 계층이 늘어나고 있다. 이와 더불어 아파트나 콘크리트로 지어진 일반 현대식 주거공간으로부터 탈피하여 우리 고유의 황토 또는 목재를 주재료로 하는 건축물의 개발이 도처에서 활발히 진행되고 있다. 이에 따라 건축물의 재료로 많이 사용되는 목재의 시공 후 보존 상태를 지속적으로 유지하기 위해 목재에 방부처리를 별도로 하여 방부ㆍ방충기능이 구비되는 방부목의 생산도 보편화되어 용도에 맞게 다양한 장소에서 쓰여지고 있다.

한국등록특허공보 제10-0537481호(컬러 목재방부제 조성물 및 이를 이용한 목재의 컬러방부처리 방법)에서는 1 ~ 3%(W/W)의 CCA 수용액과 CCA 수용액 중량 기준 0.1 ~ 1.0%(W/W)의 프로시온계 염료를 함유하는 컬러 목재방부제 조성물을 제조하고, 250 mmHg 이하 압력으로의 전배기와 9 ~ 14 kg/㎠ 의 가압 및 630 mmHg 의 후배기를 실시하는 가압처리를 수행하고, 가압처리된 목재를 고착제 수용액에 일정 시간 침지한 후, 60 ℃ 에서 24 시간 이상 양생하는 것을 포함하는 목재의 컬러방부처리 방법을 개시하고 있다.

상기 특허는 방부제의 주성분으로 인체에 노출 시 위해 요소를 포함하여 현재 금지품목으로 지정된 크롬-구리-비소 화합물계 목재방부제인 CCA(Chromated Copper Arsenate)를 사용하고 있어 친환경적으로 부적합한 측면이 발견되고, 목재에 대한 방부재의 흡수력을 확보하기 위한 수단이 가압 과정으로만 구성되어 양생 시간이 길어지는 문제점이 발생한다.

한국등록특허공보 제10-0986174호(스팀에 의한 목재의 방부처리 약제의 강제 양생방법)에서는 구리아민계 방부제의 용해조에서 방부제를 용해시켜 방부목재 양생조로 이송시키고, 스팀발생기로부터 온도가 조절된 스팀을 강제로 목재에 처리하여 단시간 내에 목재 조직과 방부제 약제 성분 간의 화학반응을 유도하여 양생하는 것을 포함함으로써 짧은 시간 내에 양생을 완료시키고, 종래의 비건조식 일반 가속 양생방법에 비하여 양생기간이 단축되는 목재의 방부처리 방법을 개시하고 있다.

상기 특허는 양생의 주요 수단으로서 스팀을 이용하여 101 ~ 115 ℃ 의 고온을 목재에 지속적으로 제공하여 목재조직과 방부제 약제 성분 간의 화학반응을 용이하게 유도하나, 목재가 45 내지 90 분간 고온에 노출됨으로써 목재의 강도가 저하되는 문제점이 발생할 우려가 있으며, 스팀에 노출되는 목재에 대한 별도의 건조 과정이 포함되지 않아 최종단계를 거쳐 방부처리되는 목재의 수분함유율이 비교적 높은 상태로 유지되어 목재의 보관 과정에서 문제점이 예측된다.

이에 본 발명은 상기에 언급된 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 목재에 대한 방부제의 처리 단계를 세분화하고 방부제 처리 양태를 각각 다르게 구성하여 최대한 방부제 성분이 목재에 흡착되어 용탈되지 않도록 하고, 특히 목재를 소금물에 침지하여 삼투압현상을 이용해 방부액의 목재에 대한 흡수율을 높이며, 방부제의 조성물에 항균 기능과 세균 제거 기능이 있는 목초액과 숯 분말 및 피톤치드 오일을 추가 구성하고 항균 성분과 방부제의 흡착률을 높이는 감 추출물을 첨가하는 것을 포함하는 친환경 방부목의 제조방법을 제공하는 것이 해결하고자 하는 과제이다.

본 발명은 방부액의 조성을 통상의 수용성방부제에 목초액과 천연물질인 숯을 첨가하여 방부액을 조성하고, 침지방부처리과정 이전에 피톤치드 오일로 목재를 코팅하여 항균기능을 부여한 후, 방부액과 목재에 초음파 조사를 지속하여 방부액이 목재에 용이하게 흡수되도록 구성하며, 침지방부처리과정에 뒤따르는 양생과정에서는 수천 MHz의 극초단파가 목재에 전달되게 함으로써 방부제의 흡수율을 높이고 용탈률을 감소시키는 방부처리방법과 양생처리방법을 해결 수단으로 삼고자 한다.

본 발명은 정제과정을 거친 목초액 30 내지 50 중량%와 구리 알킬암모늄화합물계 방부제 또는 구리 아졸화합물계 방부제 30 내지 40 중량%와 200 내지 300 메쉬로 분쇄된 숯 분말 10 내지 20 중량%와 정제수 5 내지 15 중량%로 이루어지는 방부액을 60 내지 80 ℃ 의 온도로 가열 교반하는 방부액혼합단계(S10);와, 건조된 목재를 1000 내지 500 mmHg 의 압력범위에서 30분 내지 10시간 동안 감압한 상태에서 편백나무에서 추출된 피톤치드 오일을 분무형태로 목재에 분사하여 코팅한 후, 30 내지 50 ℃의 온풍으로 2 내지 5 시간 건조시키는 초벌방부처리단계(S20);와, 50 내지 70 ℃ 의 열탕을 유지하며 2 내지 5 MHz의 초음파로 1 내지 5 시간 방부액을 진동시킨 후, 초벌방부처리된 목재를 상기 방부액에 침지하여 1 내지 2 MHz 의 초음파를 30 분 내지 1 시간 동안 공급하는 초음파방부처리단계(S30);와, 초음파방부처리된 목재를 방부액 용기에 투입하여 10 내지 20 kg/㎠ 의 압력으로 가압하여 2 내지 3 시간 침지하는 침지방부처리단계(S40);와, 침지방부처리된 목재를 1000 내지 2000 MHz의 극초단파에 5 내지 10분간 노출시키고, 50 내지 60 ℃의 온도에서 2 내지 5 시간 동안 양생하는 극초단파양생단계(S50);로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 목초액은 목재를 함수율 6% 이하가 되도록 500 mmHg 이하로 감압하여 50 내지 70 ℃ 에서 건조하는 목재건조단계(P10);와, 건조된 목재를 2㎝×2㎝×2㎝ 의 크기로 절각하여 200 내지 300 ℃ 로 연소시키는 목재탄화단계(P20);와, 상기 탄화된 목재에서 배출되는 연기를 10 내지 20 ℃ 의 냉각수가 외측면을 따라 유동하는 용기에 이송하여 연기를 액화시키는 액화단계(P30);와, 액화된 목초성분을 하수슬러지 활성탄에 통과시켜 유해물질을 걸러내는 여과단계(P40);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 방부액은 압착을 통해 액상형태로 구비되는 감즙 600 g과 막걸리 25g을 첨가하여 30 내지 35 ℃ 의 온도에서 5 내지 10일간 발효시켜 추출되는 감추출물 5 내지 10 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 침지방부처리단계(S40)는 정제수 98 내지 99 중량%에 소금 1 내지 2 중량%가 용해된 소금물에 투입되어 1 내지 2 시간 동안 50 내지 60℃ 의 온도 조건에서 침지되는 목재를 통해 구성됨으로써 방부액의 목재에 대한 흡수율이 증가되는 것을 특징으로 한다.

상기 하수슬러지 활성탄은 하수슬러지와 고분자응집제를 원통 용기에 순차 적층 투입하여 1000 내지 2000 kg/㎠ 로 가압하여 1 내지 2 시간 압착하여 함수율을 20 % 이내로 조절는 슬러지건조단계(R10);와, 상기 건조된 하수슬러지를 500 mHg 로 감압하여 200 내지 400 ℃ 에서 3 내지 5 시간 탄화하는 슬러지탄화단계(R20);와, 70 내지 90 ℃ 에서 1차 열수추출하고 50 내지 70 ℃의 온도로 수반되는 적외선건조를 통해 함수율이 30 내지 50 % 가 되도록 조성된 만병초추출물과 화학적 활성화제를 하수슬러지 탄화물에 투입하여 600 내지 700 ℃ 에서 60 내지 90분간 반응시키는 활성화단계(R30);와, 수소이온농도가 pH 2.9인 식초와 정제수의 중량비가 50 : 50 로 이루어진 세정액을 2 내지 3 L/min 의 유속으로 활성화된 하수슬러지에 분사하여 이물질을 제거하는 세정단계(R40);와, 세정된 하수슬러지 활성탄에 20 내지 30 kg/㎠ 의 압력을 가한 상태에서 90 내지 100 ℃ 에서 5 내지 10 시간 건조시키는 활성탄건조단계(R50);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 침지방부처리 구성 이외에 방부액과 목재에 초음파를 지속 조사하여 방부액의 흡수율을 높이고, 방부처리된 목재의 양생 과정에서 극초단파를 수분 내에 가하여 목재의 강도를 저하시키지 않으면서도 양생 효과는 극대화되는 이점이 있다. 또한, 방부액의 구성 시에 목초액과 숯분말을 첨가하여 항균성과 친환경성을 향상시키고, 방부액을 통한 방부 처리 이전에 피톤치드 오일로 목재의 표면을 코팅함으로써 목재의 항균기능을 강화하고 감추출물을 상기 방부액에 첨가하여 방부액의 용탈률을 저하시키며, 침지방부처리 시에 미량의 소금이 용해된 소금물에 목재를 침지시켜 방부액에 대한 목재의 삼투압을 높임으로써 방부액이 목재에 흡수되는 시간을 단축하고 흡수량을 증가시키는 이점이 있다. 특히, 목초액은 강력한 원적외선을 방사하여 중화작용을 일으킴으로써 강력 탈취, 강력 해독, 강력 살균 및 멸균, 강력항산화력 등에 의해 인체의 항상성 기능을 강화시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 전체 제조공정을 나타낸 플로우차트.
도 2는 본 발명의 목초액 제조공정을 나타낸 플로우차트.
도 3은 본 발명의 하수슬러지 활성탄의 제조공정을 나타낸 플로우차트.

본 발명의 기술에 앞서, 본 실시 예는 본 발명의 구성 요소와 각 요소의 기능에 대한 이해를 돕기 위해 제공된 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명은 본 원에 기재된 청구범위에 의해서만 한정되는 것임을 명확히 한다.

본 발명은 기둥 또는 데크 형태로 제작되는 일반 목재에 방부기능을 추가하기 위해 방부제를 목재에 고착시키되 방부제의 목재에 대한 흡착률을 높이기 위해 각각 상이한 재료와 상이한 방법으로 진행되는 3 단계의 방부처리단계를 구성하고, 인체에 위해요소가 최소화되는 기존의 방부제 물질을 사용하되 친환경의 목초액과 숯분말, 피톤치드오일, 감추출물을 사용함으로써 더욱더 친환경적인 방부처리로 조성되는 방부목의 제조방법을 제공한다.

우선, 본 발명의 구성에 대해 기술하기 이전에 본 발명의 방부제를 구성하는 주요 구성 요소가 되는 목초액의 기능에 대해 설명하고자 한다. 목초액은 나무를 숯으로 만들 때 발생하는 연기가 외부 공기와 접촉하면서 액화되어 떨어지는 것을 채취한 것으로서, 상기 발생되는 연기에는 벤젠, 톨루엔, 페놀, 아닐린, 메탄올 의 유해물질이 다소 포함되어 있다. 이에 본 발명에서는 목초액의 제조 과정에서 발생하는 유해물질을 제거함으로써 목초액의 순기능은 살리되, 유해 성분은 제거하여 친환경적인 방부제로서의 면모를 살리는데 주안점이 있다 할 것이다.

이하, 본 발명에 따른 친환경 방부목의 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명에 따른 방부목의 제조 단계를 나타낸 플로우차트로서, 정제과정을 거친 목초액 30 내지 50 중량%와 구리 알킬암모늄화합물계 방부제 또는 구리 아졸화합물계 방부제 30 내지 40 중량%와 200 내지 300 메쉬로 분쇄된 숯 분말 10 내지 20 중량%와 정제수 5 내지 15 중량%로 이루어지는 방부액을 60 내지 80 ℃ 의 온도로 가열 교반하는 방부액혼합단계(S10);와, 건조된 목재를 1000 내지 500 mmHg 의 압력범위에서 30분 내지 10시간 동안 감압한 상태에서 편백나무에서 추출된 피톤치드 오일을 분무형태로 목재에 분사하여 코팅한 후, 30 내지 50 ℃의 온풍으로 2 내지 5 시간 건조시키는 초벌방부처리단계(S20);와, 50 내지 70 ℃ 의 열탕을 유지하며 2 내지 5 MHz의 초음파로 1 내지 5 시간 방부액을 진동시킨 후, 초벌방부처리된 목재를 상기 방부액에 침지하여 1 내지 2 MHz 의 초음파를 30 분 내지 1 시간 동안 공급하는 초음파방부처리단계(S30);와, 초음파방부처리된 목재를 방부액 용기에 투입하여 10 내지 20 kg/㎠ 의 압력으로 가압하여 2 내지 3 시간 침지하는 침지방부처리단계(S40);와, 침지방부처리된 목재를 1000 내지 2000 MHz의 극초단파에 5 내지 10분간 노출시키고, 50 내지 60 ℃의 온도에서 2 내지 5 시간 동안 양생하는 극초단파양생단계(S50);로 본 발명이 이루어짐을 보여 준다.

상기 방부액혼합단계(S10)는 정제과정을 거친 목초액에 통상의 구리 알킬암모늄화합물계(ACQ) 또는 구리 아졸화합물계(CUAZ) 방부제를 첨가하여 방부액을 조성하는 단계로서, 구리 화합물계 방부제는 수용성의 목재방부제로서 구리 알킬암모늄화합물계와 구리 아졸화합물계 중 어느 하나로 구성되는 것이 바람직하다. 수용성 목재방부제 이외에 유화성의 지방산 금속염계(NCU, NZN), 유용성의 유기요오드화합물계(IPBC), 유성의 크레오소트유(A-1, A-2) 목재방부제 등이 존재하나, 방부처리의 화학적 처리 공정을 단순화하기 위해 본 발명에서는 수용성의 목재방부제를 선정하여 본 발명을 구성하고자 한다. 상기 목초액은 통상의 참나무와 같은 목재를 탄화시켜 발생하는 연기를 액화하고, 액화된 목초액의 불순물 또는 유해물질을 제거하여 수득되며, 상기 유해물질 제거 단계에서 하수슬러지로 제조된 활성탄을 사용함으로써 하수슬러지의 재활용도를 높임과 동시에 목초액의 탄화과정에서 발생하는 유해 물질인 벤젠, 톨루엔, 페놀, 아닐린, 메탄올(메틸알코올) 을 효과적으로 제거할 수 있게 구성된다. 목초액의 구성 과정은 본 방부목 제조 구성을 기술한 이후에 하기에서 추후 기술하고자 한다. 상기 목초액 30 내지 50 중량%와 방부제(ACQ 또는 CUAZ) 30 내지 40 중량%에 시중에 유통되는 숯덩어리를 200 내지 300 메쉬로 분쇄하여 수득된 숯 분말 10 내지 20 중량%와 정제수 5 내지 15 중량%를 혼합하여 최종적인 방부액 조성물을 구성한다. 상기 방부액이 담기는 용기에는 60 내지 80 ℃ 의 중고온이 지속적으로 공급되어 교반 과정에서 구성물 간의 균등한 혼합이 이루어지게 구성하는 것이 바람직하다.

상기 초벌방부처리단계(S20)는 건조된 목재에 피톤치드 오일을 분사하여 방부액에 의한 방부처리 이전에 초벌로 방부처리를 실시하는 단계이다. 우선, 수분함유율이 15 내지 20 % 가 되도록 일광건조와 백열전구에 의한 적외선건조를 거친 목재를 1000 내지 500 mmHg 의 범위로 30분 내지 1 시간 동안 감압상태에 둠으로써 목재 내의 내부 공기층을 제거하여 방부액이 침투할 수 있는 미세 공간을 확보하도록 구성한다. 목재의 건조 시 일광건조 및 적외선건조와 더불어 목재를 다수의 미세공극이 구비된 제올라이트 광물 분말이 담긴 용기에 2 내지 3일간 침지함으로써 습분 또는 수분을 제거하는 것도 상당히 효과적이다. 제올라이트는 이온 흡착능과 물분자 흡착능이 띄어나기 때문에 목재의 수분 제거에도 효과적인 물질이다. 감압이 완료된 목재에 편백나무에서 추출된 피톤치드 오일을 분무장치를 통해 분사하여 코팅을 수행하고, 30 내지 50 ℃의 온풍으로 2 내지 5 시간 건조하여 목재에 잔여 수분이 남지 않게 구성한다. 이때, 초기 온풍의 온도는 30 ℃ 로 구성하여 5 내지 10 ℃ 단위로 점차적으로 가온하여 온풍의 온도를 50 ℃ 까지 상승시킨다. 이를 통해 피톤치드 오일의 증발을 방지하면서도 피톤치드 오일로 코팅된 목재의 건조가 효과적으로 이루어지게 할 수 있다.

상기 초음파방부처리단계(S30)는 피톤치드 오일로 초벌방부처리된 목재 표면에 방부액혼합단계(S10)에서 조성된 방부액을 흡수시키는 단계로서, 초음파의 진동파가 방부액과 목재에 각각 전달되어 방부액의 분자 활동성을 높임과 동시에 목재의 세포막 공간을 요동하게 함으로써 방부액의 목재에 대한 흡수율을 현저하게 상승시키는 구성이다. 우선, 목재를 방부액에 침지하여 초음파를 조사하기 이전에 방부액만 초음파에 노출되게 함으로써 장기간의 초음파 노출에 따른 목재의 강도 약화를 최소화하도록 하는 것이 바람직하다. 이를 위해 방부액에 2 내지 5 MHz의 초음파를 조사하고 방부액의 분자 활동성을 활발하게 하되, 초음파 조사 시간은 1 내지 5 시간으로 구성하여 제조 환경 또는 방부처리되는 목재의 사용 용도에 따라 초음파 조사 시간을 다양하게 구성한다. 또한 상기 초음파에 노출되는 방부액을 50 내지 70 ℃ 의 온도로 지속적으로 열탕함으로써 초음파 공급 효과와 더불어 더욱더 방부액의 활동성을 증가시키도록 구성한다. 상기와 같이 준비된 방부액에 초벌방부처리된 목재를 침지하여 다시 1 내지 2 MHz 의 초음파를 가하여 목재 표피에서도 미세 섬유막이 수축, 확장되게 조성함으로서 방부액의 목재에 대한 흡착률을 배가시키도록 한다. 이때, 방부액에 침지되는 목재의 초음파 진동수와 그 이전에 방부액에만 조사되는 초음파 진동수를 비교할 때, 목재에 조사되는 초음파의 진동수를 낮게 구성하는 것이 바람직한데, 그 이유는 이미 방부액은 초음파 조사를 통해 활발해진 상태이고 목재에 방부액에 공급된 초음파와 동일한 진동수를 조사하게 되면 목재의 강도 또는 형태에 변형이 예상되는 바, 이를 방지하기 위한 것이다.

상기 침지방부처리단계(S40)는 초음파방부처리된 목재를 방부액 용기에 침지하여 방부처리하는 단계로서, 초음파방부처리된 목재를 방부액이 투입된 용기에 서서히 가라앉힌 후에 10 내지 20 kg/㎠ 의 압력으로 가압하여 2 내지 3 시간 침지하여 방부처리를 수행하도록 구성된다. 또한, 상기 목재가 놓이게 되는 방향을 수직으로 형성할 수도 있는데, 이를 위해 목재의 섬유조직 결이 수직방향으로 절단되는 양 측면에 직경 200 내지 500 ㎛ 와 깊이 20 내지 30 mm 의 홈을 다수 개 형성하고, 홈이 형성되는 양 측면이 상, 하 수직으로 배열되도록 목재를 세워 침지한다. 이때, 목재의 하방에 메쉬 재질 또는 랙 구조의 선반이 삽입 안착되어 목재의 하부면으로도 메쉬 또는 랙 공간을 통해 방부액이 충분히 스며들 수 있게 구성된다. 이와 같은 방식을 통해 섬유조직 결 내부로 방부액이 용이하게 흡수됨으로써 방부액의 흡착률을 증가시킬 수 있게 된다.

또한, 목재를 방부액에 침지하기 전에 정제수 98 내지 99 중량%에 소금 1 내지 2 중량%가 용해된 소금물에 투입하여 1 내지 2 시간 동안 50 내지 60℃ 의 온도 조건에서 침지하는 것이 목재의 방부액에 대한 흡수율을 높일 수 있다. 즉, 소금물에 침지되어 방부액에 비해 상대적으로 염분 농도가 높은 목재가 염분 농도가 낮은 방부액에 침지될 때에, 저농도의 방부액이 고농도의 목재 세포막을 통과하게 되는 삼투압현상에 의해 방부액의 흡수율이 개선되게 되는 것이다. 또한, 소금은 그 자체로도 어느 정도 항균 기능이 있어 본 발명에 따른 방부목의 기능을 더욱 향상시키는 구성이다. 한편, 삼투압 현상은 고농도 및 고온에 비례하여 삼투압 활동량이 증가하게 되는데, 목재에 60 ℃ 를 넘어서는 고온에 노출시키게 되면 목재의 강도가 저하되는 문제점이 발생하고, 50 ℃ 이하로 구성하면 삼투압 현상이 유의한 수준으로 활발하게 이루어지지 않기 때문에 목재의 강도는 최대한 유지하면서도 목재의 염분 농도를 효과적으로 높이기 위한 최적 온도가 50 내지 60 ℃ 가 된다. 이와 같이 염분 농도가 증가된 목재를 소금물 방울이 떨어지지 않을 정도까지만 자연건조한 후에 상기 방부액에 침지하여 방부처리하도록 구성된다. 그리고 상기 소금물에 투입되는 소금의 중량을 1 내지 2 중량%로 제한한 것은 소금물의 염분농도가 상기 조건보다 높게 되면 제조단가가 증가하게 되고, 상기 조건보다 낮게 되면 유의한 수준으로 삼투압현상이 발생하지 않아 본 목재의 소금물 침지 구성이 무의미하게 되기 때문이다.

상기 극초단파양생단계(S50)는 침지방부처리된 목재를 1000 내지 2000 MHz의 극초단파에 노출시켜 양생시키는 단계로서, 양생 공간의 압력을 진공 상태로 유지한 상태에서 목재에 극초단파를 5 내지 10 분간 노출시킨후 50 내지 60 ℃의 온도에서 2 내지 5 시간 동안 급속 양생하여 방부목을 완성하게 된다. 극초단파의 노출시간을 5분보다 짧게 구성하면 양생 시간을 원하는 만큼 단축할 수 없게 되고, 10분보다 길게 구성하면 극초단파에 목재가 과도하게 노출되어 목재의 섬유조직 내의 구조가 파손되어 목재의 물리적 강도가 심각한 수준으로 저하될 수 있다.

상기와 같이 본 발명에 따른 방부목의 제조 과정이 기술되었으며, 이제 상기 방부액혼합단계(S10)에서 포함되는 목초액의 조성 과정에 대해 상세히 기술하고자 한다.

목초액은 목재를 함수율 6% 이하가 되도록 500 mmHg 이하로 감압하여 50 내지 70 ℃ 에서 건조하는 목재건조단계(P10);와, 건조된 목재를 2㎝×2㎝×2㎝ 의 크기로 절각하여 200 내지 300 ℃ 로 연소시키는 목재탄화단계(P20);와, 상기 탄화된 목재에서 배출되는 연기를 10 내지 20 ℃ 의 냉각수가 외측면을 따라 유동하는 용기에 이송하여 연기를 액화시키는 액화단계(P30);와, 액화된 목초성분을 하수슬러지 활성탄에 통과시켜 유해물질을 걸러내는 여과단계(P40);를 포함하여 조성된다.

상기 목재건조단계(P10)는 목재의 탄화 과정 이전에 목재의 함수율을 감소시켜 탄화과정에서 소요되는 연소 온도를 낮추고 탄화 시간을 단축시키기 위해 구비되는 단계로서, 일반 생재 상태의 목재를 함수율 6% 이하가 되도록 500 mmHg 이하로 감압하여 50 내지 70 ℃ 에서 5 내지 24 시간 건조과정을 거치도록 구성된다. 이때, 목재가 건조되는 건조실 내에는 상대습도가 30 % 이하가 되도록 염화칼슘 등의 습기제거물질이 포함된 주머니를 목재와 목재 사이에 삽입하여 건조 과정이 더욱더 효과적으로 구성될 수 있도록 한다.

상기 목재탄화단계(P20)는 함수율이 6 % 이하로 건조된 목재를 일정 크기로 절각하여 연소시킴으로써 목재로부터 연기가 발생하도록 구성하는 단계로서, 상기 목재의 크기는 2㎝×2㎝×2㎝ 로 구성하여 탄화가 목재의 각 표면에서 균등하게 진행될 수 있도록 하고 연소 온도는 200 내지 300 ℃ 로 구성하여 5 내지 10 시간 가열하여 목재를 탄화시키게 된다. 이때, 목재의 함수율과 크기가 탄화 속도를 촉진시키는 구성이므로 연소 온도는 400 ℃ 이상으로 유지하지 않아도 된다.

상기 액화단계(P30)는 목재에서 배출되는 연기를 포집하여 액화시키는 단계로서, 목재의 연기 배출 통로는 곧바로 냉각기능을 구비한 용기와 연결되어 즉시 액화가 가능하도록 구성된다. 냉각 용기의 외측면 상에는 S 자형으로 절곡 배열되는 냉각수관이 배치되어 냉각 용기의 내면 전체에 냉기가 고루 전달되게 구성되어, 냉각 용기에 유입되는 연기가 쉽게 액체로 액화될 수 있도록 구성된다.

상기 여과단계(P40)는 액화된 목초액에 포함되는 각종 유해물질을 제거하고 목초액의 순도를 높이는 단계로서, 본 여과 과정은 하수슬러지로부터 조성되는 활성탄에 목초액을 통과시켜 목초액에 존재하는 벤젠, 톨루엔, 페놀, 아닐린, 메탄올 성분을 제거시키도록 구성된다. 활성탄의 사용은 목재에서 발생하는 연기가 냉각 용기로 이동하는 도중에 설치되어 연기 형태의 목초성분을 여과하도록 구성할 수도 있다.

상기와 같이 목초액의 조성에 대한 각 구성 요소가 기술되었으며, 이제 목초액의 여과단계(P40)에 구성되는 하수슬러지 활성탄의 조성 과정을 기술하고자 한다.

하수슬러지 활성탄은 하수슬러지와 고분자응집제를 원통 용기에 순차 적층 투입하여 1000 내지 2000 kg/㎠ 로 가압하여 1 내지 2 시간 압착하여 함수율을 20% 이내로 조절는 슬러지건조단계(R10);와, 상기 건조된 하수슬러지를 500 mHg 로 감압하여 200 내지 400 ℃ 에서 3 내지 5 시간 탄화하는 슬러지탄화단계(R20);와, 70 내지 90 ℃ 에서 1차 열수추출하고 50 내지 70 ℃의 온도로 수반되는 적외선건조를 통해 함수율이 30 내지 50 % 가 되도록 조성된 만병초추물물과 화학적 활성화제를 하수슬러지 탄화물에 투입하여 600 내지 700 ℃ 에서 60 내지 90분간 반응시키는 활성화단계(R30);와, 수소이온농도가 pH 2.9인 식초와 정제수의 중량비가 50 : 50 로 이루어진 세정액을 2 내지 3 L/min 의 유속으로 활성화된 하수슬러지에 분사하여 이물질을 제거하는 세정단계(R40);와, 세정된 하수슬러지 활성탄에 20 내지 30 kg/㎠ 의 압력을 가한 상태에서 90 내지 100 ℃ 에서 5 내지 10 시간 건조시키는 활성탄건조단계(R50);를 포함하여 구성된다.

상기 슬러지건조단계(R10)는 수분을 다량으로 함유하는 하수슬러지를 건조하여 함수율을 20 % 이내로 조절하는 단계로서, 하수슬러지와 고분자응집제를 원통 용기에 순차 적층 투입하여 상하로 교번 배열되는 하수슬러지와 고분자응집제의 위치 구성을 통해 하수슬러지의 조직이 더욱더 긴밀하게 고형화되도록 구성된다. 이때, 원통 용기에 1000 내지 2000 kg/㎠ 의 압력을 가하여 하수슬러지를 상방에서 수직하향으로 압착하여 하수슬러지와 고분자응집제 간의 접합도를 높이고, 원통 용기에는 60 내지 80 ℃ 의 열기를 지속 공급하여 건조시간이 단축되도록 구성한다. 상기 열기의 온도는 통상적인 하수슬러지 건조과정에 수반되는 건조 온도인 100 내지 150 ℃ 보다는 낮게 구성되는데, 이는 상기 고분자응집제 투입과 압착과정에 의해 건조 효율이 상승한 덕분이다.

상기 슬러지탄화단계(R20)는 건조된 하수슬러지를 200 내지 400 ℃ 의 고온에 노출시켜 탄화시키는 단계로서, 통상의 유기물 탄화 시 가열 온도는 500 ℃ 이상에서 이루어지나 본 발명에서는 그보다 낮은 온도로 구성하여 탄화시키되, 하수슬러지가 담기는 반응로의 압력을 500 mmHg 로 감압하여 가열 온도를 조절하도록 구성된다.

상기 활성화단계(R30)는 화학적 활성화제를 하수슬러지 탄화물에 투입하여 활성화시키는 단계로서, 본 화학적 활성화 과정에서 사용될 수 있는 활성화제의 종류에는 KOH, Na₂C0₃, K₂CO₃, NaOH, AlCl₃, MgCl 등이 있다. 본 발명에서는 NaOH와 KOH를 사용하여 활성화 과정을 구성하고자 한다. 한편, 활성화 시 발생하는 가스와 금속원소(Na, K)가 반응 공간 내에 침적되게 되면 활성화 반응을 저해하게 되므로 이를 즉시 제거할 수 있도록, 반응 공간 내에 질소가스 또는 이산화탄소가스를 150ml/min 의 유속으로 주입하여, 반응 공간으로 유입 가능한 산소 또는 불순기체에 의한 하수슬러지 탄화물의 불필요한 산화를 방지하도록 구성한다.

또한, 상기 활성화제와 더불어 톨루엔 제거 기능이 우수한 만병초(Rhododendron fauriei) 추출물을 활성화 과정에 추가 구성할 수도 있다. 우선 만병초의 잎을 분리하여 분쇄기를 통해 분쇄한 후에 증류수에 투입하고, 70 내지 90 ℃ 에서 1차 열수추출을 수행한 후, 이어서 50 내지 70 ℃의 온도로 수반되는 적외선건조를 통해 추출물의 함수율이 30 내지 50 % 가 되도록 조절한다. 본 만병초 추출물은 활성화제와 함께 반응 공간 내로 투입될 수 있으며, 하수슬러지의 화학적 활성화가 이루어지고 난 뒤에 만병초추출물을 하수슬러지 활성탄에 분무 형태로 코팅함으로써 활성탄에 만병초의 톨루엔 제거 기능이 부여되게 할 수도 있다.

상기 세정단계(R40)는 활성화가 이루어진 하수슬러지에 잔존하는 이물질 또는 활성화제로부터 기인한 금속원소(Na, K) 등을 제거하기 위한 단계로서, 수소이온농도가 pH 2.9로 조절된 식초와 정제수를 50 : 50의 중량비로 혼합하여 이루어진 세정액을 2 내지 3 L/min 의 유속으로 활성화된 하수슬러지에 분사하도록 구성된다. 상기 분사방향은 하수슬러지의 상방과 하방을 향하도록 구성되되, 분사방향을 교대로 구성할 수도 있다. 세정 시 하수슬러지의 하방을 지지하는 선반은 메쉬형의 재질로 구성되어 이물질이 용이하게 낙하 배출되도록 구성하고, 상기 선반에 수십 내지 수백 Hz의 진동에너지가 공급되어 이물질이 관성에 의해서도 용이하게 제거될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기 활성탄건조단계(R50)는 세정된 하수슬러지를 건조하여 안정화시키는 단계로서, 세정액에 의해 수분이 다량 함유된 하수슬러지를 우선 20 내지 30 kg/㎠ 의 압력으로 압착하고 90 내지 100 ℃ 의 열풍으로 5 내지 10 시간 건조시키도록 구성된다. 상기 건조 시간이 5 시간 보다 짧게 되면 활성탄의 건조가 제대로 이루어지지 않게 되며, 10 시간 보다 길게 되면 고온의 노출에 따른 활성탄의 조직 강도가 저하될 우려가 있다.

상기와 같이 하수슬러지 활성탄의 조성 과정이 이루어졌으며, 이제 실시 예를 통해 본 발명의 기술 구성을 구체화하고자 한다.

본 실시 예에서는 초음파방부처리단계(S30)에서 구비되는 초음파 조사에 따른 방부액의 주입능과 방부액의 용탈성을 평가하여 초음파방부처리단계(S30)의 유효성을 입증하고자 한다. 방부액의 주입능 평가 방법은 방부처리 전의 방부액 중량과 방부처리 후의 방부액 중량 차이를 백분율(%)로 나타냄으로써 이루어졌고, 방부액의 용탈성 평가 방법은 극초단파양생단계(S50)를 거친 목재를 증류수에 침지하여 용탈과정을 거친 후, 용탈되는 구리 성분의 양(ppm)을 측정함으로써 이루어졌다.

1) 주입능 평가

본 평가에서 시험편인 목재의 수종은 참나무과(Fagaceae)에 속하는 American Beech(학명. Fagus grandifolia)로 선정하였고, 규격은 5㎝×5㎝×100㎝로 구성하였다. 상기 시험편을 6 개 준비하여, 하나의 시험편은 대조군으로 선정하여 다른 모든 구성은 동일하되 초음파방부처리단계(S30)만 생략함으로써 조성되었고, 나머지 5개의 시험편들은 실험군 1 ~ 5 로 구성하여 시험편의 단위면적당(1㎠) 형성되는 홈의 수량을 아래 표 1과 같이 구성하여 초음파방부처리단계(S30)의 초음파 구성이 방부액의 주입능에 미치는 영향을 분석하였다. 단, 방부액에 사용된 방부제는 구리 알킬암모늄화합물계인 ACQ-1 수용성방부제를 사용하였음을 주지한다.

구분	대조군	실험군1	실험군2	실험군3	실험군4	실험군5
초음파 진동수 (MHz)	.	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5

대조군과 실험군 1 ~ 5 는 모두 침지방부처리를 거쳤으며, 실험군 1 ~ 5 는 침지방부처리 이전에 초음파방부처리단계(S30)를 거쳐 조성되었음을 주지한다. 침지방부처리의 수행 시간은 2 시간으로 하였고, 가압되는 압력은 15 kg/㎠ 으로 구성하였다. 또한, 방부액과 목재가 담기는 용기의 규격은 실험의 편의성을 고려하여 50㎝×30㎝×150㎝ 의 박스형으로 구성하였다. 실험방법은 초음파방부처리된 실험군 1, 2, 3, 4, 5 와 대조군을 각각 따로 6개의 박스형 용기에 투입하되, 이때 목재의 하부를 지지하는 선반이 배치되어 목재의 하방으로도 방부액이 고르게 스며들 수 있도록 구성하였다. 방부액은 각 100 L 중량으로 6회 분량으로 준비하여 방부액이 용기 내외로 튀지 않도록 서서히 용기에 투입하여 2 시간 동안 침지한 후, 목재를 건져내고 용기에 남게 되는 방부액의 중량을 측정하여 초기 중량인 100 L와 비교하여 그 중량 차이를 방부액의 주입능(%)으로 표기하여 표 2와 같이 나타냈다.

구분	대조군	실험군1	실험군2	실험군3	실험군4	실험군5
주입능(%)	0.75	0.86	1.02	1.21	1.25	1.32

상기 표 2에서 알 수 있듯이, 방부액과 목재에 초음파가 조사된 실험군 1 ~ 5 가 대조군에 비해 방부액의 주입능이 전반적으로 높게 나타났으며, 실험군 내에서는 공급되는 초음파의 진동수가 증가할수록 주입능이 그에 상응하게 증가함을 알 수 있었다. 하지만 초음파 진동수가 증가함에 따라 목재 섬유조직의 미세한 손상이 불가피한 만큼 목재의 강도를 고려하여 초음파 진동수를 조절하는 것이 바람직한 것으로 판단된다.

2) 용탈률 평가

본 평가에서는 상기 흡수율 평가의 실험군 1 ~ 5 와 대조군 조성 방법을 그대로 적용하되 실험군과 대조군의 규격을 5㎝×5㎝×5㎝로 구성하였고, 정제수 2 L 가 담긴 용기에 실험군과 대조군을 각각 투입하여 24 시간, 48 시간, 5일 후의 용탈량(목재에서 정제수로 용탈되는 Cu 량)을 원자흡광광도계(AA-6800, SHIMADZU, Japan)로 측정하여 아래 표 3과 같은 결과치를 얻을 수 있었다.

(단위 : ppm)

구분	대조군	실험군1	실험군2	실험군3	실험군4	실험군5
24시간 후	126.25	115.37	109.43	102.21	92.12	89.56
48시간 후	12.23	10.21	11.02	9.21	9.12	9.32
5일 후	4.20	3.24	2.25	2.72	2.42	2.19

상기 표 3에 나타난 바와 같이 시간의 경과에 따라 용탈량은 전반적으로 시간의 경과에 따라 급격히 감소하는 것으로 나타났으며, 대조군의 용탈량이 실험군보다 유의한 수준으로 많았으며, 실험군 1 에서 실험군 5 로 갈수록 용탈량이 일정부분 감소하는 것으로 나타나 본 발명의 초음파방부처리단계(S30)에 따른 초음파 구성이 용탈률을 감소시키는 데에 일정 부분 효과가 있는 것으로 판단된다.

본 실시 예에서는 극초단파양생단계(S50)를 거쳐 방부처리된 목재와 상기 단계를 거치지 않고 방부처리된 목재를 비교하고, 극초단파에 목재가 노출되는 시간을 상이하게 구성하여 극초단파 노출 시간의 최적 범위와 극초단파로 인한 목재 강도 변화의 연관성을 파악하여 극초단파양생단계(S50)의 유효성을 입증하고자 한다.

목재의 강도는 휨강도(Bending strength)와 전단강도(Shearing strength)를 기준으로 하였으며, 측정 시 사용되는 각 목재 시편은 참나무로 구성하여 함수율을 5 % 가 되도록 건조하였다. 상기 휨강도와 전단강도 측정 방법은 표준임업시험실시요령에 의해 실시되었으며, 시험편의 규격은 5㎝×5㎝×50㎝ 로 구성하였다. 아래 표 4는 극초단파양생단계(S50)를 거치지 않고 60 ℃에서 24시간 양생되어 조성된 대조군과 1500 MHz 의 극초단파에 상이한 시간으로 노출되어 양생된 실험군 1 ~ 5 의 구성을 나타낸 것이다.

구분	대조군	실험군1	실험군2	실험군3	실험군4	실험군5
노출 시간 (분)	.	2	5	10	12	15

상기 표 4와 같이 준비된 시험편으로 휨강도와 전단강도를 측정하여 아래 표 5와 같은 결과치를 얻었다.

구분	대조군	실험군1	실험군2	실험군3	실험군4	실험군5
휨강도 (kg/㎠)	857.3	915.5	1,052.7	1,062.3	1,045.5	1,021.2
전단강도 (kg/㎠)	126.4	135.1	151.2	153.7	150.6	131.9

상기 표 5 를 참조하면 실험군 1 ~ 5 가 전반적으로 대조군보다 높은 휨강도와 전단강도를 보유하고 있으며, 실험군 1, 2, 3으로 갈수록 휨강도와 전단강도 모두 증가하나, 실험군 4 및 실험군 5 의 경우에는 오히려 휨강도와 전단강도 수치가 감소하는 것으로 나타났다. 이러한 현상의 원인은 목재가 극초단파에 노출되는 시간이 너무 과도하게 되어 오히려 극초단파에 의해 발생한 진동이 목재를 구성하는 섬유 조직에 미세한 손상을 일으킨 것으로 판단된다. 따라서 극초단파의 노출 시간은 2 내지 10 분 정도가 적당하며 바람직하게는 5 내지 10 분 정도가 적절하다.

본 실험 조건에는 포함시키지 않았지만 본 실시 예를 통해서 목재의 수종 또는 함수율에 따라서도 극초단파 발생 시간을 일정 범위 내에서 조절하는 것이 필요함을 추론할 수 있었다.

본 실시 예에서는 본 발명의 방부액에 구성되는 목초액으로 방부처리된 목재에 함유되는 유해물질의 양을 측정하여 목초액의 친환경적 실효성을 입증하고자 한다.

실험 방법은 우선 목초액에 잔존하는 것으로 나타나는 주요 유해화학물질인 벤젠, 톨루엔, 페놀, 메탄올(메틸알코올)의 성분 측정을 통하여 각 성분의 함량이 환경부에서 규정하는 기준치에 적합한지를 판단함으로써 이루어진다. 벤젠의 산업안전보건법 상에서 노출농도 허용 기준치는 시간가중평균값(TWA, Time-Weighted Average)은 1ppm(3mg/㎥)이고, 먹는 물의 수질기준 상에서는 0.01 mg/L로 고시되어 있으며, 톨루엔은 0.005ppm(산업안전보건법 적용) 또는 0.7mg/L(먹는 물의 수질기준 적용)이다. 또한, 페놀의 먹는 물의 수질 기준치는 0.005 mg/L 이며, 메탄올은 일반 음용수에 소량 들어 있으며 체내에서는 유해화학물질인 포름알데히드로 변환하여 인체에 악영향을 끼치는 인자로서, 유엔환경국에서는 먹는 물의 수질기준으로 3.0 mg/L 을 허용기준치로 삼고 있다. 각 화학물질의 측정은 환경부에서 고시한 유해화학물질공정시험기준고시 제2012-139호에 의거하여 각 단일화학물질 별로 어루어졌음을 주지한다.

시료로 사용된 목초액의 조성은 상기에 기술된 방법을 그대로 적용하였으며, 목초액으로 방부처리된 목재의 규격은 5㎝×5㎝×5㎝ 으로 구성하였고, 증류수에 7일간 침지시킨 후 증류수에 포함되는 화학물질을 분석하는 것으로서 본 실험이 이루어졌다. 검출되는 각 화학물질의 단위는 상기 기준치 단위로 변환하여 아래 표 6에 나타내었다.

구분	벤젠	톨루엔	페놀	메틸알코올
기준치	0.01mg/L	0.7mg/L	0.005mg/L	3.0mg/L
측정량	0.002mg/L	0.012 mg/L	0.001mg/L	0.562mg/L

상기 표 6 에서 벤젠, 톨루엔, 페놀, 메틸알코올은 모두 먹는 물의 수질 기준치를 적용하여 성분 측정이 이루어졌음을 주지한다. 이는 방부목 자재가 실내에 시공될 시에 어린이나 면역력이 약한 거주자가 방부목과 접촉하는 경우에 인체에 대한 유해 영향을 최소화하기 위한 것이다. 표 6 의 각 구성 항목인 벤젠, 톨루엔, 페놀, 메틸알코올의 측정량은 기준치보다 유효한 수준의 소량으로 측정되어 본 발명에 따른 목초액으로 방부처리된 방부목이 인체 유해성 측면에서 친환경적임을 입증해 준다.

본 실시 예는 본 발명의 침지방부처리단계(S40)에서 방부액에 침지처리되는 목재를 사전에 소금물에 침지함으로써 목재의 방부액 침지 시에 삼투압현상에 의해 저농도의 방부액이 고농도의 목재를 향해 이동함으로써 기대되는 방부액의 흡수율 개선 효과를 입증하기 위한 것이다.

우선, 소금물 구성의 실효성 입증에 대한 실험을 위해 실험변수로서 소금물의 농도와 소금물의 온도를 선정하고, 측정항목으로서 실시 예1에서 수행한 주입능(%) 항목과 실시 예2의 휨강도 및 전단강도 항목을 선정하여 본 실시 예를 구성하고자 한다. 1차 실험은 소금물의 농도를 다르게 구성한 실험군 1 ~ 5와 소금물 구성이 포함되지 않은 대조군을 가지고 아래 표 7과 같이 구성하였다.

구분	대조군	실험군1	실험군2	실험군3	실험군4	실험군5
농도(%)	.	0.5	1.0	2.0	3.0	5.0

상기 표 7과 같은 소금물의 농도 구성을 통해 목재를 1시간 동안 50 ℃ 의 온도를 유지하며 침지과정을 거친 후에, 침지방부처리단계(S40)를 거치고 60 ℃ 에서 양생을 거쳐 실시 예1에서 수행한 주입능 실험에 따라 주입능을 측정하여 다음 표8과 같은 결과를 얻을 수 있었다.

구분	대조군	실험군1	실험군2	실험군3	실험군4	실험군5
주입능(%)	0.78	0.83	1.02	1.16	1.35	1.34

상기 표 8에 나타난 바와 같이 소금물의 농도가 높을수록 목재로 침투되는 방부액의 주입능이 증가하게 되나 소금의 함량이 높을수록 제조단가가 증가하기 때문에 비교적 유의한 수준의 주입능을 보이는 실험군 2 내지 실험군 3에 해당하는 소금물 함량인 1 내지 2 중량%의 소금이 용해된 소금물을 본 발명에서 채택하는 것이 바람직한 것으로 판단된다.

2차 실험은 소금물 침지 온도에 따른 주입능 변화와 목재의 강도 차이를 살펴봄으로써 최적화된 소금물 침지 온도를 도출하고자 한다. 실험군 a ~ f 의 소금물농도는 정제수 99 중량%에 소금 1 중량%로 구성하였고, 소금물 침지 온도는 표 9와 같이 단계별로 구성하여 목재의 휨강도 및 전단강도와 방부액의 주입능을 측정하였다.

구분	실험군a	실험군b	실험군c	실험군d	실험군e	실험군f
침지온도	30	40	50	60	70	80
휨강도 (kg/㎠)	1,056.2	1,055.5	1,052.7	1,049.3	1,032.6	1,021.5
전단강도 (kg/㎠)	146.4	135.1	141.2	138.2	128.2	120.7
주입능(%)	0.72	0.81	1.12	1.24	1.33	1.37

상기 표 9에 나타난 바와 같이 소금물 침지 온도가 증가할수록 목재의 휨강도와 전단강도가 전반적으로 감소하는 것을 알 수 있다. 특히 실험군d 와 실험군e 간과 실험군 e와 실험군 f 간에 강도변화폭이 커지는 양상이 나타났다. 이에 반해 방부액의 주입능은 침지온도가 높아질수록 증가하는 양상을 보였다. 강도와 주입능 변화 양상을 종합적으로 판단할 때 주입능을 1% 이상으로 유지하면서도 목재의 강도를 크게 저하시키지 않는 실험군 c 와 실험군 d 의 침지 온도인 50 내지 60 ℃ 가 목재를 소금물에 침지하기 위한 최적의 온도인 것으로 판단된다.

이상과 같은 결과를 통해 본 실시 예는 1 내지 2 중량%의 소금이 용해된 소금물에 50 내지 60 ℃ 로 유지시켜 목재를 침지 처리하는 것이 침지방부처리 시에 방부액의 목재에 대한 흡수율(주입능)을 개선시키면서도 목재의 강도를 유지하는 수단임을 파악하게 한다.

상기와 같이 본 발명에 따른 친환경 방부목의 제조방법에 대한 구성과 각 구성 요소의 기능 및 효과가 다양한 실시 예를 통해 고찰되었으며, 본 발명의 구성에 따라 조성되는 친환경 방부목의 제품명칭 또는 제품번호(모델명)를 'K1'이라 명명하여 본 발명에 따라 조성되는 방부목의 고유성을 나타내고자 한다.

이상과 같은 본 발명의 구성에 대한 상세 설명과 본 실시 예를 통해 본 발명의 실체와 구체적인 사항에 대해 기술하였다. 상기 실시 예는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 명확히 하여야 할 것이다.

S10 : 방부액혼합단계 S20 : 초벌방부처리단계
S30 : 초음파방부처리단계 S40 : 침지방부처리단계
S50 : 극초단파양생단계
P10 : 목재건조단계 P20 : 목재탄화단계
P30 : 액화단계 P40 : 여과단계
R10 : 슬러지건조단계 R20 : 슬러지탄화단계
R30 : 활성화단계 R40 : 세정단계
R50 : 활성탄건조단계

Claims

정제과정을 거친 목초액 30 내지 50 중량%와 구리 알킬암모늄화합물계 방부제 또는 구리 아졸화합물계 방부제 30 내지 40 중량%와 200 내지 300 메쉬로 분쇄된 숯 분말 10 내지 20 중량%와 정제수 5 내지 15 중량%로 이루어지는 방부액을 60 내지 80 ℃ 의 온도로 가열 교반하는 방부액혼합단계(S10);와,
건조된 목재를 1000 내지 500 mmHg 의 압력범위에서 30분 내지 10시간 동안 감압한 상태에서 편백나무에서 추출된 피톤치드 오일을 분무형태로 목재에 분사하여 코팅한 후, 30 내지 50 ℃의 온풍으로 2 내지 5 시간 건조시키는 초벌방부처리단계(S20);와,
50 내지 70 ℃ 의 열탕을 유지하며 2 내지 5 MHz의 초음파로 1 내지 5 시간 방부액을 진동시킨 후, 초벌방부처리된 목재를 상기 방부액에 침지하여 1 내지 2 MHz 의 초음파를 30 분 내지 1 시간 동안 공급하는 초음파방부처리단계(S30);와,
초음파방부처리된 목재를 방부액 용기에 투입하여 10 내지 20 kg/㎠ 의 압력으로 가압하여 2 내지 3 시간 침지하는 침지방부처리단계(S40);와,
침지방부처리된 목재를 1000 내지 2000 MHz의 극초단파에 5 내지 10분간 노출시키고, 50 내지 60 ℃의 온도에서 2 내지 5 시간 동안 양생하는 극초단파양생단계(S50);로 구성되는 것을 특징으로 하는 친환경 방부목의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 목초액은 목재를 함수율 6% 이하가 되도록 500 mmHg 이하로 감압하여 50 내지 70 ℃ 에서 건조하는 목재건조단계(P10);와,
건조된 목재를 2㎝×2㎝×2㎝ 의 크기로 절각하여 200 내지 300 ℃ 로 연소시키는 목재탄화단계(P20);와,
상기 탄화된 목재에서 배출되는 연기를 10 내지 20 ℃ 의 냉각수가 외측면을 따라 유동하는 용기에 이송하여 연기를 액화시키는 액화단계(P30);와,
액화된 목초성분을 하수슬러지 활성탄에 통과시켜 유해물질을 걸러내는 여과단계(P40);를 거쳐 조성되는 것을 특징으로 하는 친환경 방부목의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 방부액은 압착을 통해 액상형태로 구비되는 감즙 600 g과 막걸리 25g을 첨가하여 30 내지 35 ℃ 의 온도에서 5 내지 10일간 발효시켜 추출되는 감추출물 5 내지 10 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 방부목의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 침지방부처리단계(S40)는 정제수 98 내지 99 중량%에 소금 1 내지 2 중량%가 용해된 소금물에 초음파방부처리된 목재를 투입하여 1 내지 2 시간 동안 50 내지 60℃ 의 온도 조건에서 침지하고, 침지 후 건조과정을 거친 목재에 방부처리가 수반되게 구성되는 것을 특징으로 하는 친환경 방부목의 제조방법.
제2항에 있어서,
상기 하수슬러지 활성탄은 하수슬러지와 고분자응집제를 원통 용기에 순차 적층 투입하여 1000 내지 2000 kg/㎠ 로 가압하여 1 내지 2 시간 압착하여 함수율을 20 % 이내로 조절하는 슬러지건조단계(R10);와,
상기 건조된 하수슬러지를 500 mmHg로 감압하여 200 내지 400 ℃ 에서 3 내지 5 시간 탄화하는 슬러지탄화단계(R20);와,
70 내지 90 ℃ 에서 1차 열수추출하고 50 내지 70 ℃의 온도로 수반되는 적외선건조를 통해 함수율이 30 내지 50 % 가 되도록 조성된 만병초추출물과 화학적 활성화제를 하수슬러지 탄화물에 투입하여 600 내지 700 ℃ 에서 60 내지 90분간 반응시키는 활성화단계(R30);와,
수소이온농도가 pH 2.9인 식초와 정제수의 중량비가 50 : 50으로 이루어진 세정액을 2 내지 3 L/min의 유속으로 활성화된 하수슬러지 탄화물에 분사하여 이물질을 제거하는 세정단계(R40);와,
세정된 하수슬러지 활성탄에 20 내지 30 kg/㎠ 의 압력을 가한 상태에서 90 내지 100 ℃ 에서 5 내지 10 시간 건조시키는 활성탄건조단계(R50);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 친환경 방부목의 제조방법.