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문제 정의
- 이와 같이 PEG의 치수안정화 효과에 대한 연구는 진행된바 있으나, 전시 및 보관, 복원 등의 상황에 적합한 강도가 요구되는 목재유물의 PEG처리에서 필요한 물리적 특성에 대한 연구는 구체적으로 되어있지 못하다. 따라서 본 연구에서는 PEG처리 농도 및 용매에 따라 압축강도를 측정하고 치수안정화 효과와 비교 하여 전시 및 보관에 적합한 처리 조건을 설정하고자 한다.
제안 방법
- PEG 수용액용 시편은 PEG농도가 30%, 40%, 50%일 때 꺼내어 진공동결건조용 시편으로 하였으며, 70%, 80%는 자연건조용 시편으로 하였다. 그리고 t-butanol 용액용 시편은 PEG 농도가 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%일 때마다 각각 시편을 꺼내어 함침처리를 종료함으로써 PEG 처리농도를 달리한 시편을 얻었다.
- 수용액 시편은 PEG농도를 2주 간격으로 10%씩 상승시켜 함침처리(45℃) 하였다. t-butanol 용매용 시편은 PEG 처리 전에 20%, 40%, 60%, 80%, 100%로 탈수(용매치환) 처리한 후, 수용액처리 시편과 같은 방법으로 t-butanol에 대한 PEG 농도를 10～70%까지 2주일 간격으로 10%씩 상승시켜 함침처리 하였다.
- 각 용매와 농도별로 제작한 시험편을 Figure 3의 압축강도측정기(INSTRON 3366)를 이용하여 섬유방향으로 측정하였다(평균압축속도 10㎜/min). 섬유방향 압축은 목재의 섬유방향에 평행으로 하중을 가하는 압축시험으로서 시험편의 압축단면에 대한 높이의 비율이 작은, 이른바 짧은 기둥에 대한 시험이다.
- PEG 수용액용 시편은 PEG농도가 30%, 40%, 50%일 때 꺼내어 진공동결건조용 시편으로 하였으며, 70%, 80%는 자연건조용 시편으로 하였다. 그리고 t-butanol 용액용 시편은 PEG 농도가 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%일 때마다 각각 시편을 꺼내어 함침처리를 종료함으로써 PEG 처리농도를 달리한 시편을 얻었다. 함침이 종료된 시편을 급속냉동고에 넣어 냉동시킨 후 진공동결건조기(Vacuum Freeze Dryer, Ilshin Bondiro)를 이용하여 건조하였다.
- Table 1과 같이 용매와 농도, 건조방법에 따라 13가지의 범주로 나누고, 각각 5점의 시편으로 Figure 2와 같이 총 65점의 시편을 제작하였다. 수용액 시편은 PEG농도를 2주 간격으로 10%씩 상승시켜 함침처리(45℃) 하였다. t-butanol 용매용 시편은 PEG 처리 전에 20%, 40%, 60%, 80%, 100%로 탈수(용매치환) 처리한 후, 수용액처리 시편과 같은 방법으로 t-butanol에 대한 PEG 농도를 10～70%까지 2주일 간격으로 10%씩 상승시켜 함침처리 하였다.
대상 데이터
- 시험에 사용된 PEG(Polyethylene glycol)는 평균 분자량 3350이며, 용매는 물과 t-butanol을 사용하였다. PEG처리에 사용된 시험편은 경기도 평택 희곡리 토탄층에서 출토된 약 5,700년 전의 목재로 수종은 물푸레나무(Fraxinus rhynchophylla)이며7, 토탄층 연대는 나무를 시료로 한 방사성탄소연대측정 결과이다. 최대 함수율 800%, 전건비중은 0.
- Table 1과 같이 용매와 농도, 건조방법에 따라 13가지의 범주로 나누고, 각각 5점의 시편으로 Figure 2와 같이 총 65점의 시편을 제작하였다. 수용액 시편은 PEG농도를 2주 간격으로 10%씩 상승시켜 함침처리(45℃) 하였다.
- 시험에 사용된 PEG(Polyethylene glycol)는 평균 분자량 3350이며, 용매는 물과 t-butanol을 사용하였다. PEG처리에 사용된 시험편은 경기도 평택 희곡리 토탄층에서 출토된 약 5,700년 전의 목재로 수종은 물푸레나무(Fraxinus rhynchophylla)이며7, 토탄층 연대는 나무를 시료로 한 방사성탄소연대측정 결과이다.
데이터처리
- 섬유방향 압축강도는 다음 식 1과 같이 계산하였다. 각 농도별 5개의 시험편 결과 중 최대값과 최소값을 제외한 3개에 대한 평균값과 표준편차를 구하였다.
이론/모형
- 섬유방향 압축은 목재의 섬유방향에 평행으로 하중을 가하는 압축시험으로서 시험편의 압축단면에 대한 높이의 비율이 작은, 이른바 짧은 기둥에 대한 시험이다. 목재압축시험의 표준적인 방법인 KSF2206에 참고하여 시험을 실시하였다8. 섬유방향 압축강도는 다음 식 1과 같이 계산하였다.
성능/효과
- 또한 PEG 전처리 용매에 따른 시험 결과 수용액을 용매로 한 시험편이 t-butanol을 용매로 한 시험편보다 약 30～50kgf/㎠ 정도 상대적으로 높게 측정되었다. 각 PEG 농도에 따른 시험편 별로 평균 압축강도는 P30VFD(W)는 203kgf/㎠, P30VFD(T)는 169kgf/㎠로 수용액이 높게 나왔다. P40VFD(W)에서는 250kgf/㎠, P40VFD(T)는 197kgf/㎠로 측정되었으며 P50VFD(W)는 266kgf/㎠, P50VFD(T)는 231kgf/㎠로 측정되어 수용액 처리 시험편의 강도가 높게 나왔다.
- 동일 시험편을 대상으로 실시한 선 연구의 실험결과 수용액 PEG 전처리 후 진공동결건조 시 PEG40%가 치수안정성이 가장 우수하게 나왔다. 본 연구에서는 800%의 고함수율에 해당하는 시편에 대상으로 하여 PEG가 처리 조건에 따라 압축강도의 변화가 있음을 확인하고 치수안정성과 비교하여 PEG 40% 수용액에서의 처리방법이 적합한 것으로 판단하였다.
- 압축강도시험결과를 종합한 Figure 8의 결과에서 보듯이 수침고목재를 대상으로 한 PEG#3,350의 농도에 따른 용매별 섬유방향 압축강도는 농도에 따라 비례한 것으로 측정되었다. 또한 PEG 전처리 용매에 따른 시험 결과 수용액을 용매로 한 시험편이 t-butanol을 용매로 한 시험편보다 약 30～50kgf/㎠ 정도 상대적으로 높게 측정되었다. 각 PEG 농도에 따른 시험편 별로 평균 압축강도는 P30VFD(W)는 203kgf/㎠, P30VFD(T)는 169kgf/㎠로 수용액이 높게 나왔다.
- 동일 시험편을 대상으로 실시한 선 연구의 실험결과 수용액 PEG 전처리 후 진공동결건조 시 PEG40%가 치수안정성이 가장 우수하게 나왔다. 본 연구에서는 800%의 고함수율에 해당하는 시편에 대상으로 하여 PEG가 처리 조건에 따라 압축강도의 변화가 있음을 확인하고 치수안정성과 비교하여 PEG 40% 수용액에서의 처리방법이 적합한 것으로 판단하였다. 이를 바탕으로 하여 낮은 함수율의 수침목재를 대상으로 비교 연구를 진행한다면 처리 후의 PEG 물성에 대한 더욱 정확하고 적용성있는 데이터를 얻을 수 있을 것이라 생각된다.
후속연구
- 시편의 갈라진 형태를 통해 수용액 보다 T-butanol를 사용한 시험편의 경우 목재내부의 수분이 없는 상태로 인해 섬유의 유연성이 저하되어 압축강도가 감소하고 섬유방향으로 갈라짐이 발생하는 것으로 판단할 수 있다. 또한 압축강도가 전건재와 유사한 P80ND(W)처리는 구조재로 복원되어지는 선박, 건축물 등의 강도가 요구되는 대형 목재유물의 보존처리에 적합할 것으로 보인다.
- 본 연구에서는 800%의 고함수율에 해당하는 시편에 대상으로 하여 PEG가 처리 조건에 따라 압축강도의 변화가 있음을 확인하고 치수안정성과 비교하여 PEG 40% 수용액에서의 처리방법이 적합한 것으로 판단하였다. 이를 바탕으로 하여 낮은 함수율의 수침목재를 대상으로 비교 연구를 진행한다면 처리 후의 PEG 물성에 대한 더욱 정확하고 적용성있는 데이터를 얻을 수 있을 것이라 생각된다.
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