KR840000423B1 - 목재 처리방법 - Google Patents

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Description

목재 처리방법

본 발명은 목재의 성질을 향상시키기 위한 목재처리에 관한 것으로 특허, 수지 및 경우에 따라 방부제 및 난연제와 같은 여러 첨가제를 목재에 함침시키는 것이다.

목재는 세포벽의 팽윤정도에 따라 팽창되거나 수축된다. 목재세포벽은 세포벽에 접촉된 특별용매나 용매증기 그리고 이러한 용매나 용매증기에 대한 목재와의 친화성에 따라 다양한 팽윤도를 나타낸다. 이와같이, 물이나 수증기에 접촉시키면 팽윤도가 크게되며, 극성이 약한용매나 에탄올-크실렌 혼합물과 같은 용매혼합액에 접촉시키면 세포벽에서 .탈수가 일어나 수축된다.

부언하면, 세포연쇄로 구성된 목재세포벽이 팽윤하면 세포벽은 최대의 기공율을 갖는다. 즉, 세포연쇄 사이의 자유공간이 커진다. 그히고, 팽윤이 없을 때는 그 기공률이 매우 낮다. 따라서, 목재의 세포벽내에 축적될 수 있는 분자량과 크기는 세포벽의 팽운도에 달려있다.

상기 목재의 성질은 다양한 방법으로 목재에 그 특성이 부여된다. 따라서 폴리에틸렌글리콜 (파 3000-6000의 분자량)과 같은 수용성 폴리글리콜을 습하거나 팽윤된 상태에 있는 목재세포벽에 함침시킬 수 있는 것이다.

에이. 제이. 스탬, 퍼리스트 프로덕트스 저어널, 9(1959) : 3,107-110, ("차원적으로 목재를 안정시키는 새롭고 개선될 방법", 그리고 해리씨. 레슬리, 맨 소싸이어티 테크놀로지, 공업기술교육지 "목공가 마음의 억제" 33(1) : 13-16, 9월 10일, 1973참조). 이같은 폴리글리콜은 증기압이 낮고 물과는 달리 매우 천천히 증발한다. 따라서, 상기 처리는 목재의 갈라짐과 쪼개짐을 방지하는데 매우 효과적이다. 이같은 처리는 제재가 건조대기에 보관될 경우 이들 제재의 재질특성을 오래 지속할 수 있도록 하기위해 목재조판, 조소등에 빈번히 사용되었었다. 그러나 폴리글리콜은 수용성인채로 남아 있으며, 폴리글리콜로 처리 된 목재가 습한조건에 처해있을 경우 침출된다. 따라서, 이러한 처리의 사용범위는 매우 제한되어있다.

상기의 개념을 다소 활용해서 수용성이며, 저분자량인 페놀 및 요소수지를 목재처리에 사용해왔다(미국 특허 제2968276호), 제351947호 및 제3493417호 참조). 세포벽내에 이들 수지를 고정시키기 위해 열처리를하여 페놀수지가 불용성이 되도록 경화시켰던 것이다. 목재를 더욱 조밀하게 하기위해 가압 및 가열시키기도 하였다. 이같은 처리는 비록 효과적 이지만 특별한 장치를 필요로하는 바, 내수성, 내화학성, 구조적강도 또는 이들의 복합적인성질을 필요로하는 특수한 공업용제품은 생산하는 데에서만 실용성이 있었다. 또 다른 많은 중합체들도 목재함침용으로 사용되어왔다. 이들 중 몇몇은 아크릴형태의 단량체(미국특허 제3663261호), 폴리이소시아네이트 (미국특허 제3463021호 및 디브로모프로필 글리시딜에테르(미국특허 제3483021호)이다. 상기 모든 처리들은 목재안에 중합체를 고정시키기 위해 단량체를 원위치에서 중합시키기 위한 주입단계후 2차처리를 요하고있다. 종종 이용되고 있는 2차 처리는 함침된 목재를 가열하는 것이나, 아크릴과 같은 비닐계의 단량체인 경우에는 감마선을 조사시키기도 한다.

후속함침을 위한 제2차 처리는 비용이 많이들고 귀찮은 작업이다. 따라서, 이들 기술들은 어떤것도 공업에 광범위하게 적용되지 못하였다.

목재세포벽이 습하거나 팽윤상태에 있더라도 비교적작은 크기와 분자들만은 목재세포벽을 침투할 수 있다. 세포벽을 통과할 수 있는 실제의 분자크기는 팽윤도 및 목재종류에 따라 다르다. 분자크기가 큰 중합체는 팽윤된 세포벽도 통과하지 못한다. 예컨대, 목재용 페인트와 접착제 제조용으로 폴리비닐아세테이트 및 폴리아크릴레이트 현탁액이 수년동안 사용되어왔다. 상기한 페놀수지와 같은 축합중합체와는 달리, 이들 현탁액은 유리라디칼중합이나 쇄상중합에 의해서 생성되며 저분자량의 성분을 거의 함유하고 있지않다.

(텍스트 북 오브 폴리머 싸이언스, 에프, 더블유, 빌마이어, 제이알, 인터싸이언스 퍼블리셔스, 1966 참조). 결과적으로, 상기 현탁액으로 목재를 처리하면, 목재세포벽내에 존재하는 수분으로 인하며 팽윤하지만 중합체분자들이 너무커서 팽윤된 목재세포벽에 침투하지 못한다. 그러므로, 목재에 보호막을 입히지만 갈라지고 쪼개지는데 대한 내구성에는 영향을 미치지 못했다. 따라서 본 발명의 목적달성을 위해서는 분자가 큰 함수중합체를 사용하지 않는 것이 유용하다.

아크릴 수지와 같은 저분자량의 비닐수지가 공지되어 있으나 갈라지는데 대한 내구성, 규격안정성 및 다른성질들을 증진시키기 위한 목재세포벽 처리용으로서는 유용성이 없었다. 예를들면, 이러한 수지들은 표면을 평평하게 하기 위한 바닥재의 광택제용으르 제시되어져 왔다.

알키드는 축합중합체로서 저분자량의 성분을 적당량 함유하고 있다(텍스트 북 오브 폴리머 싸이언스, 상기와 동일). 더우기, 알키드가 가교결합되어 경화된다. 즉, 용해력이 적어지고 부분적으로 불용성이된다. 종래에는 유기용매에 용해할 수 있는 알키드만이 상업성이 있었다. 이러한 알키드가 용해된 유기용매는 목재세포벽을 팽윤시키지 못하였으며, 그들중 대부분은 수분제거로 인하여 목재세포벽이 수축되고 목재의 기공률이 감소되었다.

과거 10여년전에는 수용성알키드나 수극성용매 혼합물이 세탁기, 냉장고, 자동차용 피복제와 같은 공업용 가공제에 광범위하게 사용되었다. 그러나, 2차적인 후함침 가열처리를 하지않거나 감마선에 접촉시키지 않으므로서 목재를 방부처리하고 실제적으로 내구적인 난연성과 규격을 안정시키고 갈라지고 쪼개지는 것을 감소시키는 고도로 바람직한 성질을 부여해주는 주성분 형성을 현실화시키지 못했다. 단순히 대기에 노출시키면 중분한 가교결합이 형성되어 원위치에 중합체를 형성한다. 더우기, 물에 존재하고 분자가 작지만 반응적인 분자를 다량함유하며 이들 분자들은 목재세포벽에 대단한 침투성을 갖고있다.

실례를 통해본 본 발명은 목재섬유의 세포벽내에 특별한 화학 혼합물을 항구적으로 축적시키는 것으로, 축적될 화학결합물질은 목재세포벽을 팽창시켜 화학물질을 벽자체로 가장많이 침투시킬 수 있도록 물이나 물-물 혼합용매에 용해되는 성질을 지니고 있다. 선택된 화학물은 혼합물성분 중 적어도 하나가 용매존재하에 세포벽내의 자유공간으로 들어갈 수 있고 환경조건에서 촉매작용을 할 수 있는 다른 화합물질자체에 대해서나 또는 도움을 받아 물에 불용성인 형태로 전환될 수 있는 조그만 크기의 분자로 구성되어 있다. 동시에 혼합물에 존재한지도 모르는 다른수용성 화학물질을 방취하여 물이나 용액을 함유하는 물로 목재의 연속처리시, 전체혼합물의 침출을 방지하거나 감소시켜준다.

비수용성인 형태로 전환될 수 있는 본 발명에서 사용된 화학물질은 수용성 알키드이거나 변성수용성 알키드이다. 이러한 알키드는 수많은 여러공장에서 현재 제조하고 피복공업에서 잘 알펴진 장유성, 중유성 단유성의 유수용성 알키드이다.

우레탄을 부가한 알키드와 같은 변성알키드는 상업상 유용한 것으로 본 기술에 공지되어 있다. 이러한 알키드나 변성알키드는 수용성이거나 거의 중성 혹은 약한알 카리성용액의 물-극성용 매혼합액이다. 극성용매의 예는 부탄올이나 고급알콜, 케톤, 부틸셀로솔브, 부틸카르비톨, 프로파졸과 N-메틸피로 리돈이다.

자료에 의하면, 알키드수지는 무수프탈산, 무수이소프탈산, 합성이나 천연지방유를 갖는 무수트리메티릴산 즉, 지방산 글리세라이드와 같은 합성이염기산을 결합하여 제조해왔다. 지방산이나 일반적으로 사용되는 지방산 글리세라이드는 쇄(사슬) 길이가 다양하고 쇄의 불포화 도가 다양한 지방산혼합물을 함유하고 있다

알키드는 다양한 글러콜과 혼합되어 부가적으로 변성된다. 보통사용되는 글리콜은 펜타에리트리톨 디에틸린글리콜이다. 톨르엔더-이소시아네이트와 같은 이소시아네이트를 첨가하여 그들을 가교결합시키면 알키드성질이 더욱 변화한다. 후자의 알키드는 보통 우레탄을 부가한 변성알키드라고 불리운다. 우레탄을 부가한 알키드는 그렇게 부가되지 않은 알키드보다 훨씬 더 단단하게 가공건조된다. 알키드는 로진과 같은 천연수지 또는 페놀릴스, 아미노수지, 규소수지와 같은 다른합성수지와 반응해서 변성시키거나 이미드, 스티렌등과 반응시켜서 변성시킨다.

최종분자량이나 알키드의 중합도는 소정량의 반응제(지방산 혹은 글리콜)중 하나를 과량첨가함으로서 조절한다. 결과적으로 가공된 알키드는 일반적으로 소량의 미반응 히드록실, 혹은 산기 혹은 모두를 함유 한다. 지방산과 합성다가염기산을 비교적 저비율로 사용해서 생성한 알키드를 장유성알키드라하고 매우높은 비율로 생성된 것은 단유성알키드라하고 중간비율로 생성된 것을 중유성알키드라 한다.

상기 형태의 알키드수지는 방향족 혹은 지방족탄화수소용매 모두에 용해되고 물, 메탄올 및 부탄올과 같은 극성이 강한 용매에는 불용성이다. 더우기, 요즈음에는 극성용매에 대한 알키드수지의 용해도를 증진시키기 위해 여러가지 화학물질과 반응시키고 있다. 즉, 극성이 강한 기를 알키드구조에 결합시켜 용해도를 높일 수 있다. 예로서, 약 10-100 범위의 산가(약 20-60이 이상적임)의 최종생성 물을 갖는 과잉량의 산을 사용해서 알키드를 제조할 수 있다.

그후, 아민이나 암모니아 혹은 아민과 암모니아 혼합들을 사용해서 일부 혹은 전부를 중화시킨다. 이렇게 제조된 생성물을 메탄올, 부탄돌, 카르비톨, 부틸셀로솔브(에틸렌글리콜 모노부틸에테르)와 같은 극성 용매 및 물과 같은 용매혼합물에 용해시킨다. 완전용해 시키기 위해서는 상기 형태용매의 혼합물을 사용한다. 예를들면, 이같은 몇몇 알키드는 부틸카르비톨(디에틸렌글리콜 모노부틸에테르) 혹은 부틸셀로솔보 같은 비점이 높은 용매에서 용해도가 크며, 이러한 용매를 첨가하면 용매계의 일부로서 사용될 수 있는 물의 양을 증가시킬 수 있다. 이것이 바로 본 발명에 유용한 극성용매에 용해되어 변성된 알키드수지로서 이하, 수용성알키드로 언급하겠다.

단유성, 중유성, 장유성 알키드외체 이소시아네이트, 아크린 흑은 알키드를 변성시키는데 보통이용되는 다른 알맞은 화학시약과 반응하여 변성된 알키드가 본 발명을 실시하는데 사용되기도 한다. 이러한 변성 물질들은 유기용매를 주성분으로한 알키드로 사용된 것들로서 극성용매의 용해도에 중화성산기들로 더욱 변성되었다. 본 발명은 상술한 변성알키드 수지형태에 국한하지 않는다는 것을 주지해야 한다. 극성용매, 극성용매 혼합물 혹은 극성용매화 물의 혼합물에 용해할 수 있고, 환경온도 및 입력하에서 수용성아민 성분을 휘발시키거나 수증기화시키거나 공기에 노출시켜 경화시키는 수불연성단계로 전환시킬 수 있는 모든 수용성 중합계가 본 발명을 실하시는데 사용된다. 가장좋은 결과를 얻기 위해서는 선택되는 수치가 분자량이 약 1000이상인 분자를 적어도 5중량% (분자량이 약 1000이하인 분자를 10중량% 가진 것이 상적임)를 함유해야 한다. 이에 따라서 목재세포벽의 자유공간으로의 침투가 향상된다. 크기가 너무커서 목재세포벽의 자유공간으로 들어갈 수 없는 분자는 목재표면에 장식층 및 보호층을 형성한다.

상기한 모든 수용성중합체계들이 본 발명에 광범위하게 유용하지만, 몇몇 수지들은 특별적용시, 다른것 보다 더 양호함을 나타내고 있다. 예를들면, 수지용매계 안정도가 다르며 몇몇 시스템에서는 더 빨리 수지침전이 일어나기도 한다. 약 20중량% 이하의 수지를 함유하는 묽은수지 용액에서의 안정도를 고려해볼때 수지선택문제가 더욱 중요하다는 사실을 알 수 있다. 이러한 용액중 몇몇 수지는 최적조건의 성질을 갖는 것을 선택한다. 하기의 실시예 III은 낮은 수지농도에서 비교적 장기간 안정성을 갖는 수지-용매계를 설명 하고 있다.

오일이나 유기용매 희석알키드처럼, 수용성알키드나 변성알키드는 공기중에서 산소와 반응하여 가교결합되어 수불용성 생성물을 형성한다. 가교 결할속도는 건조제와 같은 촉매를 소량(일반적으로, 0.05-1.0중량%) 첨가함으로서 상당히 증가시킬 수 있다. 사용할 수 있는 건조제로는 칼슘, 코발트, 망간 및 지르코늄 나프테네이트 이나 킬레이트화된 칼슘, 코발트, 망간 혹은 지르코슘이있다.

목재에 적용시, 상기 수용성알키드 용액이 목재세포벽을 침투하고, 대기에 연속노출시, 불용성이 된다는 놀랄만한 사실을 알아냈다. 이에 따라서, 목재세포벽을 스정화시키는데 사용될 수 있게되어 규격 안정성이 향상되었고 습도변화에 따른 팽창 및 수축이 감소되었다. 또한, 이들 알키드나 변성알키드용액에 관련하여 사용될때, 수용성이거나 상기 알키드 용액에 용해할 수 있는 다른 화학물질이 목재 세포벽을 침투하고 이어서 알키드나, 변성알키드가 대기중에서 경화되어 목재에 고정되고 실질적으로 물에 비침출성이라는 사실도 놀랄만한 것이다.

이와 같이, 목재에 규격 안정성을 부여하는 것외에 이러한 발견은 항구적이고 다른특성을 부여하는 수 많은 화학물질로 목재를 처리하는데 이용할 수 있다. 이와 같이, 일반적으로 수용성의 난연성 화하물질이 처리된 목재에 항구적이고 물에 비침출성이며 난연성인 성질을 부여하는데 사용되었다. 유사하게, 수용성 목재방부재(유기 및 무기)를 목재에 도입하여 알키드 혹은 변성알키드를 경화시키면서 습윤조건하에서도 이화합물들을 사용유지할 수 있는 비침출성 목재를 형성한다.

본 발명은 다양한 방법으로 사용될 수 있다. 예를들면, 목재의 쪼개짐에 대한 저항성과 규격안정성을 부여하는 것이 바람직할 경우, 알맞은 건조제를 함유하는 수용성알키드 용액으로 처리한후 공기건조 시키면 효율적이다. 목재세포벽에 축적된 물질의 양은 처리용액내의 물질농도에 비례한다. 이것은 결합재중합체 뿐만 아니라 목재방부재나 난연제와 같은 다른성분에도 적용한다.

사용되는 결합재 중합체는 약 70중량 %로 농축되나, 약 5중량 %로 농도가 낮기도 하다. 일반적으로 약 5-30중량%의 혼할물이 용액의 점도가 매우 높은 상기 농도범위에서 이상적이다. 매우 점도가 큰 용액은 목재로 짐투되는데 시간이 오래 걸린다. 용액을 가열하여서 다소검도를 낮출 수 있다. 그러나, 실질적인 면에서 볼때 실온과 보다 낮은 농도범위를 이용하는 것이 더 용이하다. 약 5중량 %와 수지결합재 농도를 이용하면 처리된 목재의 규격안정성과 거기에 다른첨가제의 고정에 대한 개선이 한정적인반면, 첨가제가 물에 침출되지 않게하려면 적어도 약 8중량 %의 수지농도를 사용해야 한다. 목재방부제나 재사용된 목재방부재 혼합물의 양은 필요한 보호정도에 따가 다르다. 예를들면, 펜타클로로페놀은 약 0.5-6중량 %(약 2-5중량 %가 이상적임)의 농도범위에서 사용된다. 반면, 산화트리부틸틴 첨가물은 약0. 1-0.5중량 %의 농도범위에서 일반적으로 이용된다. 유사하게 난연제 혹은 난연제 혼합물은 필요로하는 보호정도에 따라 약 2-15중량 %의 농도범위로 다시 사용될 수 있다. 다른 목재처리 화학물질은 구리-8-퀴놀리노 레이트와 붕산구리 암모늄이다.

목재는 연속 혹은 동시에 방부제, 난연제 및 수지결합재으로 처리한다. 목재를 난연제 혹은 목재방부제로 먼저 처리한 다음 본 계의 결합제로 처리하면 동시처리할때 보다 보호정도가 더 큰 것이 생성된다. 예를들면, 붕사와 같은 난연제는 불과 4중량 %까지 본 결합제계와 반응할 수 없으며 난연성을 높이기 위해서는 더 많은 양을 목재에 축적시켜야한다. 이러한 조건하에서, 목재는 물중에서 10-15중량 %붕사로 먼저 처리한후, 세포벽에 고농도의 붕사를 고정시키기 위해서 본 계의 결합재로 처리한다.

소정의 알맞은 기술을 이용하여 수지결합재 및 다른 목재처리용 화학시약을 목재에 접촉시킨다. 종래기술은 브러싱, 분부 침지시키거나 혹은 승온이나 환경온도하의 압력에서 목재를 진공에 도입시켜 용액처리하는 것으로 필요한 침투정도 및 목재에 따라 다르다. 종래의 안료, 농축제, 플래트닝제 및 협력제(유기 및 무기 모두)는 바람직한 제재이다.

[실시예 1]

본 발명에 의해 목재성질을 증진시킨바, 수분함량 변화에 따른 크기변화 및 목재자체내의 크기변화에 대한 내성이 증진되었다. 예컨대, 약 1.5cm³의 단풍나무를 20,40 및 60중량 %의 농도를 갖는 수지용액으로 함침시킨 다음 2주 동안 공기건조시킨바, 포화습도 및 건조상태에서의 크기 변화율을 다음과 같다.

주) * 6%코발트나프텐네이트, 18% 지르코늄나프텐네이트 및 활성제 -8은 건조제임.

** BYK-301은 습윤제임.

상기 결과는 다음표에 있는 수지용액내에서 목재샘플을 하루밤 흡입시켜 산출된 것이다. 2주동안 공기 건조시킨후, 샘플을 물에서 하루밤 재흡입시켰다. 무게가 일정할때(보통 약 3시간)까지 오븐 건조를 150℃로 유지했다.

용액으로 목재를 함침시키면, 크기 안정성을 크게 촉진시키고 접선 방향으로 부여된 크기 안정성이 더 크다는 사실은 명백한 것이다. 또한, 상기처리를 하면 접선 및 방사방향으로의 크기변화가 동등하게 된다는 것이다. 크기 안정성이 향상되면 중합체가 세포벽을 침투한다.

바스우드(안피섬유), 슈가파인, 노란포플라샘플을 상기 용액으로 처리한바, 유사한 결과가 얻어졌다.

본 연구에서, 수지용액으로 처리한 후 일주일동안 공기경화시킨 바 목재가 본래크기로 돌아오지 않는다는 사실이 발견되었다. 단풍나무에 이러한 처리후의 크기변화율은 아래와 같다.

[실시예 2]

크기 안정성을 부여하는 것외에도 본 처리를하면, 목재에 대한 갈라짐에 대한 저항성이 크게 향상되었다. 이것은 똑같은 붉은 참나무를 샘플로 입증했다.

샘플 # 1은 노에서 건조하였으며 비교적 갈라짐이 없었다.

샘플 # 2은 노에서 건조하였고 약 20분 동안 물에 충분히 흡입시킨후 오븐에 서건조시켰다. 갈라짐이 많이 보였다.

샘플 # 3은 노에서 건조시킨 다음 아래표에 표시한 중합체계에 흡입시켰다. 오븐에서 건조시켰을때, 극소량의 갈라짐이 있었다.

[실시예 3]

물(빗물)에 접촉시 일반적으로 침출되어나오는 목재방부재와 난연재가 목재에 고정될 수 있고 본 발명에 의해 비침출성으로 만들어진다는 것은 일찌기 얻급된 사실이다. 일반적으로 펜타클로로페놀이 목재용 방부제로 이용된다.

본 적용에 있어서 펜타클로로페놀은 방향족 및 지방족킬화수소 용액에 용해된다. 물에 의한 침출시 펜타클로 페놀로 처리한 목재블록은 매우 빠른속도로 방부제 손실이 일어난다. 이와 같이, 1cm³짜리 목재블록을 5중량 %펜타클로로페놀과 에너지 -분산 X-선분석법 (EDXA)을 사용하여 물에 의한 침출전후(1개월)로 분석한 염소 성분으로 처리하였다. 이렇게 침출된 샘플내에 염소가 없다는 것을 분석결과 판단되면 대부분의 펜타클로로페놀이 침출되었음을 의미한다. 또다른 1cm³의 목재블록을 5중량% 펜타클로로페놀과 14중량 %의 수용성알키드 용액으로 처리하였다. 이 블록을 30일 동안 공기 건조시켰다. 물에 의한 침출전후((1개월)로 EDXA법을 이용채서 연소함량을 재분석하였다. 그결과 매우 소량의 염소가 손실되었다. 즉, 중합체가 목재내에 펜타클로로 페놀을 고정시켰다.

이와 똑같은 방법으로 난연제 같은 다른 화학물질을 목재에 첨가하여 그것들을 비침출성으로 할 수 있다.

* 처리용액은 다음표에 나타낸 것처럼 혼합물 A와 B를 혼합해서 제조하였다.

[실시예 4]

본 실시예에서는, 실시예 3의 방부재와 같이, 난연제를 목재 세포벽내에 축적시키고 수지에 의해서 침출되는 물과는 반대로 고정시켰다.

실시예 2의 결합재 혼합물에 붕산나트룹 42그램 (5%)을 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 2의 과정을 반복하였다. 사용된 목재블록의 크기는 5cm×10cm×1/2cm이다. 계속처리하여 목재 블록을 2주동안 실온에서 공기건조시켰다. 그후 이것을 반으로 (가로로) 잘랐다. 그중 하나를 물로 반복하여 세척한후 건조했다. 물로세척한 것과 세척하지 않은 상기 블록을 블록입자면 끝으로부터 10cm의 거리로 유지하면서 횃불에 겁촉시켰다. 두 개의 블록들이 숯으로 되기 시작할때까지 8분 검렸다. 비교컨데, 동일조건하에서 처리되지않은 블록은 4분만에 숯으로 하기 시작했다.

상기 논술과 실험적인 조작은 수용성알키드수지에 의찬 본 발명을 1차적으로 설명한 것이다. 나타난 바와 같이 , 극성용매나 극성용매혼합물 및 물에 용해할 수 있는 수용성중합체계를 사용하여 본 발명을 실시하였으나 반면에 이에따라 수불용설단계로 전환되었다. 이러한 점에서, 비닐단량체로부터 만들어진 수지를 형성하는 수용성 필름이 본 발명에서 유리한 특성을 가지고 있다는 것이 발견되었다. 수용성수지로부터 유도된 이러한 비닐단량체는 물을 증발시켜 필름을 형성하고 수지내의 산기와 반응한 아민이나 암모니아를 기화시킴으로서 불용성형태로 전환시켰다.

비닐단량체를 주성분으로한 수용성수지는 수용성알키드 수지보다 훨씬 극성이 적은 유기용매로 제조될 수 있다는 장점이 있다.

이경우, 소량의 수용성 유기용매를 사용하여 환경조건하에서 필름을 형성하는 비닐수지를 제조하기도 한다. 소량의 유기용매(일반적으로 제재중 약 10중량%이하이며 5중량%이하가 이상적임)만을 사용하면 환경문제나 경제적인면에서 유리하다. 기능적인 이점이 가장 중요하다.

이러한 관계에서, 알키드 중합체 혼합물에 수용성을 부여하기 위해 이용되는 유기조용매는 목재에 본래 존재하는 약간의 어두운 색깔의 화학물질에 좋은 용매가 된다. 결과적으로, 이러한 용액을 목재에 적용하면 이러한 어두운 색깔의 화합물을 표면에 초래하며 목재를 어두운 색깔을 띄게하여 자연미를 훼손시킨다. 게다가, 수용성 유기용매는 목재부제와 같은 소정형태의 수용성화학를질과 제재로 처리된 목재내에 항구적인 성질을 부여하기 위해서 제재에 첨가되는 난연제에 단점을 유발시킨다. 이러한 화합물을 더많은 양의 유기용매를 함유하는 제재에 첨가하면 혼합물이 두층으로 분히되는데 즉, 수지조용매층과 물-목재방부제 및 난연제층으로 분리된다. 이 현상으로 균일한 목재처리용액을 제조하기 위해 대부분의 수용성화합물을 사용하지 않아도 되며 보다 많은양의 유기용매를 함유하는 계는, 펜타클로로페놀 ,혹은 극성용매에 용해할 수 있는 난연제와 같은 혼합물내에 적당량 용해하는 화학물질과 관련하여 사용될때만이 유용하다.

이러한 화합물은 수용성화합물에 비해 비싸고 같은 양사용으로도 효과가 없을 때가 있다. 비교적 소량의 유기공통용매를 사용할 수 있는 비닐단량체로부터 형성된 수지를 사용하면 보다 많은 양의 유기공통용매를 필요로하는 계에서 존재하는 선행의 문제를 해결할 수 있다.

아크릴중합체와 같은 비닐단량체로부터 형성된 중합체, 공중합체 및 단일중합체는 비교적 분자량 구배가 좁게 나타나는 응반에 의해서 일반적으로 생성된다. 알킬수지와 함끼 비닐을 주성분으로한 선택된 수지는 약 1000이하의 분자량을 갖는 수지분자를 적어도 5중량%(중량%가 이상적임) 함유한다. 구체적인 예를들어보면, 목재세폭벽을 침투할 수 없어 보호 및 장식적인 외부표면 피막을 형성하는 큰 분자를 제재내에 갖도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 목적에서 제재는 보통 두 개의 다른 비닐중합체를 포함하며 하나는 목재로 침투할 수 있도록 작은 분자를 가지며 다른 하나는 목재표면 에필름을 형성하도록 비교적 큰 분자를 갖는다.

큰 분자는 일반적으로 90,000-110,000의 분자량범위에서 95%분자를 갖는 전형적인 제재와 함께 약 20,000-200,000의 분자량을 갖는다.

단량체를 함유하는 비닐을 현탁중합시킴으로서 만들어지는 대부분 현탁액이 처리용액을 제조하기 위해서 사용된다는 사실을 알아냈다. 비닐기를 함유하는 단량체의 예로는 비닐아세테이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸에타크릴레이트, 아크릴아마이드, 아크릴로니트릴, 스티렌, 이소프텐 및 무수능금산이 있다. 이러한 단량체들은 자체중합되어 단일중합체가 된다. 그러나, 사려깊게 선택된 단량체 혼합물은 필름을 최소로 형성하는 온도, 건조된 필름의 경도 등과 같은 성질을 조절하는데 사용된다. 개시제를 분해시키기에 필요한 온도 이상으로 조절된 온도에서와 교반에 의해서 물에 현탁된 단량체 혼합물이나 단량체 혹은 과산화물과 같은 유리라디칼 개시제를 사용하면서 산소 부존재하에 일반적으로 중합이 실시된다.

시판되고 있는 많은 아크릴에멀션은 농축제 및 융합제로서 작용하는 유기조용매를 함유하고 있다. 수용성 복재방부제 혹은 난연제를 이것들에 첨가할 경우 유탁액이나 이상의 첨가제에 응결이 일어나기도 한다.

발견된 알맞은 유탁액의 예는 후에 기술한다. 실온에서나 실온이하에서 필름형성제이며, 첨가제 존재하에서 안정한 다른 유탁액이 사용되기도 한다.

유탁액이나 청등액에서 저분자량의 중합체는, 알맞은 연쇄이동 성분이 응반혼합물에 포함되는 것외에, 상기 중합반응과 같이 합성된다.

아크릴산이나 메타크릴산 및 이들산의 혼합물과 같은 산즉, 단량체 혼합물의 일부로서 사용할 경우, 크기나 작은 분자량을 갖는 유탁종합액을 형성하는 경향이 있는데, 이때 아민이나 암모니아가 첨가되어 pH가 알카리성 (일반적으로 8측은 8.5)으로 된다.

이러한 형태에 용해 할 수 있을지라도, 결합재나 필름형성제로 사용될때 그 용액들은 암모니아나휘발성아민(휘발성아민이 pH를 조절하기 위해서 사용된다면) 증발에 의해서 손실되어 불용성이 된다.

고분자량 중합체의 혼합물과 저분자량 중합체가 사용될때, 물 및 첨가제와 함께 저분자량 중합체는 목재세포벽을 침투하고 물이 증발되어 그곳에 축적된다. 고분자량의 유분을 첨가하여 외부표면에 필름을 형성함으로서 목재표면을 보호할 뿐만 아니라 심미성을 나타낸다. 표면에 필름을 형성하는 성분을 포함하고 있는바, 색소와 염료를 처리용액에 첨가할 수 있어 단일 혼합물에서 목재를 처리, 시템 혹은 착색시스팅을 마련하게 된다. 저분자량수지에 대한 고분자량 수지의 중량비는 일반적으로 95 : 5-50 : 50이고 어떤때는 약 90 : 10-70 : 30이다.

이러한 색소시스엠이 사용될 경우 색소는 자외선(UV)흡수제로서 작용한다. 자외선이 목재를 손상시킨다는 것은 잘 알려진 사실이다. 결과적으로, 색소를 함유하면 목재의 수명을 연장시키게 된다. 깨끗이 피복을 하는데 있어 자외선 흡수제를 첨가함으로서 똑같은 목적을 달성할 수 있다. 자외선 흡수제의 전형적인 예가 상기 실시예에서 주워졌다.

비닐단량체로부터 형성되고 비교적 소량의 극성유기 공통용매로 제조될 수 있는 수지를 이용하는 전형적인 제재를 다음 실시예에서 예증하고 있다. 실시예 5에서, 크고작은 분자량을 가진 수지는 수산화암모늄으로 중성화된 다수의 산기들을 가지고 있다. 그결과 수용성의 백색투영용액이 되었다.

실시예 8에서는 제재가 상분리를 유발하지 않고 무기 난연제와 방부제염을 혼합할 수 있는 것을 증명하는데 이는 극성유기 공통용매가 비교적 농도가 적기 때문이다.

[실시예 5]

상기 제재중 총수지고체는 20%이다. 고체를 기준으로한 아크리솔 527에 대한 B-505의 비율은 9.0 :1.0이다.

[실시예 6]

[실시예 7]

[실시예 8]

[실시예 9]

실시예 8의 제재를 두개의 노란 삼목블록 4"×8"에 사용하였다. 목재를 15분동안 제재에 흡입시킨후 실온에서 밤새동안 공기건조시켰다. 이 블록중 하나를 수도물로 6시간 세척한후 실온에서 하룻밤 재건조시켰다. 그 블록을 표면으로부터 6"시간 떨어져서 횃불에 노출시켰다 횃불로 두 블록모두를 불꽃에서 제거하지않았다. 그러나, 3분후에 국부적으로 탄화현상이 일어났다. 전혀처리되지 않은 목재의 조절블록에서, 불꽃에 노출시켰을 때 1분내에 불이 났으며 불은 횃불이 제거된후에도 계속탔다. 이 실험은 불꽃이 확장되는 것을 감소시키는데 난연제가 효과적이고, 보통 난연제가 수용성 화합물이라 할지라도 비침출성이라는 것을 보여준 것 이 다.

[실시예 10]

흰 참나무 블록(약 1-l/2"×3"×4)을 12시간동안 실시예 8의제재에 흡입시킨후 24시간동안 공기건조시켰다. 동일한 크기의 블록이 내부억제재로 사용되었다. 처리된 블록과 처리되지 않은 블록을 2시간동안 물에 흡입시킨후 250℉ 오븐에서 건조시켰다. 이 건조된 블록실험에서, 처리되지 않은 블록은 방사조직을 따라 갈라겼고 처리된블록은 갈라지지 않았다는 사실을 알아냈다. 이 실험에서 실시예 8의 제재는 목재를 효과적으조 안정화시켰다는 겄을 나타내고 있다.

아크리솔 527이 실거예 8의 제재로부터 생략된 것외에는 모든 실험이 반복되었다. 이 경우에 처리된 것과 처리되기 않은 블록을 오븐에서 건조할때 갈라졌다는 사실을 발견했다. 이 실험에서 고분자량아크릴 중합체자체는 목재를 효과적으로 안정화시키지 못했다는 사실을 나타내고 있다.

Claims (1)

1. 처리될 목재를 물과 혼합할 수 있는 극성용매에서 충분한 량의 물에 희석되는 알키드수지 및 비닐수지들중의 비 침출성(nonleachable)수지와 접촉시켜 상기 목재의 세포벽에 상기 수지를 효율적인 양으로부착시키고 분자량이 약 1000미만인 상기수지의 분자크기를 충분한량의 상기 용매존쟈하에 분자가 상기 세포벽의 자유공간을 침투할 수 있을 정도로하여 목재를 안정화시키고 상기수지의 수지-용매를 약 5-70중량%로 결합하고 상기 세포벽의 수지를 환경온도에서 수불용성형태로 공기건조시킴을 특징으로하여 목재의 성질을 증강시키고 목재처리방법.