[국내논문]백합나무 판재의 VOCs 및 Aldehydes 방출특성 Characteristics of Volatile Organic Compounds and Aldehydes Emission from Yellow poplar (Liriodendron tulipifera L.)원문보기
백합나무 판재를 벽판재로 이용하기 위해 백합나무의 생재와 건조재에 대한 휘발성유기화합물(VOCs)과 알데히드류 방출 특성을 검토하였다. VOCs 및 formaldehyde를 포함한 aldehyde류의 방출량 측정은 다중이용시설 등의 실내공기질 관리법에 공시된 20 ${\ell}$ Chamber법에 따라 실시하였다. 백합나무의 생재 및 건조재에서는 30여 가지 이상의 VOCs가 검출되었다. 백합나무의 Total VOC 구성 비율 가운데 천연VOC (NVOC)의 비율은 11.1%로 다른 침엽수종과 비교하여 낮게 나타났다. 백합나무의 aldehyde류 분석 결과, 심재 및 변재에서 같은 3종(acetaldehyde, ketone, propionaldehyde)이 검출되었으며, formaldehyde의 방출량은 $4.01{\mu}g/m^3$ 이하로 나타났다. m-Tolualdehyde의 경우 백합나무 건조재의 심재에서만 $33.6{\mu}g/m^3$의 방출량을 보였으며, 심재와 변재 모두 ketone의 방출량이 가장 높게 나타났다. 백합나무 특유의 역한 냄새는 acetaldehyde와 propionaldehyde와 기타 VOCs에 의한 것으로 추정된다. 건조한 백합나무에서는 휘발성이 강한 ketone의 방출량이 증가하였다.
백합나무 판재를 벽판재로 이용하기 위해 백합나무의 생재와 건조재에 대한 휘발성유기화합물(VOCs)과 알데히드류 방출 특성을 검토하였다. VOCs 및 formaldehyde를 포함한 aldehyde류의 방출량 측정은 다중이용시설 등의 실내공기질 관리법에 공시된 20 ${\ell}$ Chamber법에 따라 실시하였다. 백합나무의 생재 및 건조재에서는 30여 가지 이상의 VOCs가 검출되었다. 백합나무의 Total VOC 구성 비율 가운데 천연VOC (NVOC)의 비율은 11.1%로 다른 침엽수종과 비교하여 낮게 나타났다. 백합나무의 aldehyde류 분석 결과, 심재 및 변재에서 같은 3종(acetaldehyde, ketone, propionaldehyde)이 검출되었으며, formaldehyde의 방출량은 $4.01{\mu}g/m^3$ 이하로 나타났다. m-Tolualdehyde의 경우 백합나무 건조재의 심재에서만 $33.6{\mu}g/m^3$의 방출량을 보였으며, 심재와 변재 모두 ketone의 방출량이 가장 높게 나타났다. 백합나무 특유의 역한 냄새는 acetaldehyde와 propionaldehyde와 기타 VOCs에 의한 것으로 추정된다. 건조한 백합나무에서는 휘발성이 강한 ketone의 방출량이 증가하였다.
Based on fundamental properties and machining characteristics of Yellow poplar (Liriodendron tulipifera L.), it has well performance on machinability or workability, drying, and fine surface. Additionally, yellow poplar is light weight and has bright color with high performance of bending processing...
Based on fundamental properties and machining characteristics of Yellow poplar (Liriodendron tulipifera L.), it has well performance on machinability or workability, drying, and fine surface. Additionally, yellow poplar is light weight and has bright color with high performance of bending processing, so it could be used for furniture or artworks materials and wood-based panel materials. Recently, public attention has been focused on indoor air quality, and Ministry of environment drift more tight regulation on indoor air quality for an apartment house and public facility with the times. Construction materials has been assessed emission of volatile organic compounds (VOCs) and formaldehyde according to law (No.10789), so yellow poplar is also needed to assess these emission characteristics. Emission of VOC and aldehyde compounds from dry and green wood condition of yellow poplar were investigated with KS M 1998:2009. Based on results, more than 30 compounds were detected from yellow poplar, and lower NVOC (natural VOC) were emitted than AVOC (Anthropogenic VOC) and OVOC (other VOC). Formaldehyde emission was lower than $5{\mu}g/m^3$ and acetaldehyde, ketone, and propionaldehyde were detected from yellow poplar. From dry yellow poplar, m-Tolualdehyde ($33.6{\mu}g/m^3$) was additionally detected while no detection of propionaldehyde. After drying process, amount of ketone emission increased significantly. The unique smell of yellow poplar may not only come from emission of acetaldehyde and propionaldehyde.
Based on fundamental properties and machining characteristics of Yellow poplar (Liriodendron tulipifera L.), it has well performance on machinability or workability, drying, and fine surface. Additionally, yellow poplar is light weight and has bright color with high performance of bending processing, so it could be used for furniture or artworks materials and wood-based panel materials. Recently, public attention has been focused on indoor air quality, and Ministry of environment drift more tight regulation on indoor air quality for an apartment house and public facility with the times. Construction materials has been assessed emission of volatile organic compounds (VOCs) and formaldehyde according to law (No.10789), so yellow poplar is also needed to assess these emission characteristics. Emission of VOC and aldehyde compounds from dry and green wood condition of yellow poplar were investigated with KS M 1998:2009. Based on results, more than 30 compounds were detected from yellow poplar, and lower NVOC (natural VOC) were emitted than AVOC (Anthropogenic VOC) and OVOC (other VOC). Formaldehyde emission was lower than $5{\mu}g/m^3$ and acetaldehyde, ketone, and propionaldehyde were detected from yellow poplar. From dry yellow poplar, m-Tolualdehyde ($33.6{\mu}g/m^3$) was additionally detected while no detection of propionaldehyde. After drying process, amount of ketone emission increased significantly. The unique smell of yellow poplar may not only come from emission of acetaldehyde and propionaldehyde.
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문제 정의
또한, 백합나무의 불쾌한 냄새의 원인을 구명하고 대처하는 것이 매우 중요하며, 그러기 위해서는 냄새의 성분을 파악하는 것이 선행되어야 한다. 본 연구에서는 백합나무의 생재와 건조재에 대하여 변재와 심재 각각에서 방출되는 VOCs와 aldehydes의 종류와 양을 조사하였다.
제안 방법
96 m2/m3로 하였다. 4개의 샘플을 각각의 챔버에 넣고, 환기율 0.5 m3/hr을 맞추기 위해 배기유량을 167 mℓ/min으로 조정했다. 챔버 내부로 유입되는 공기는 필터링을 거친 후 wet line과 dry line의 유량 조절장치를 거쳐 온도 25℃, 습도 50%를 유지하도록 하였다.
시험 시작 일주일 후에 샘플링이 이루어졌으며 샘플링 유량은 환기유량의 80% 이하가 되도록 하기 위해서 133 mℓ/min으로 조절하였다. Aldehyde류 분석을 위한 샘플링은 오존스크러버를 포함한 2,4-Dinitro phenylhydrazine cartridge (DNPH, BPE-DNPH, Supelco)를 챔버에 연결한 후, 샘플링 펌프를 이용하여 약 75 min (10 ℓ) 동안 이루어졌다. 샘플링 후 DNPH cartridge는 분석 전까지 냉장보관하였으며, acetonitrile 10 mℓ로 용출시켜 HPLC(LC-20A, Shimadzu)를 이용하여 분석하였다.
HPLC의 분석조건은 Table 1과 같다. VOCs는 Tenax TA tube를 이용하여 Aldehyde와 동일한 조건에서 샘플링하고 열탈착장치(STD1000, DANI)가 부착된 GC/MS (QP2010, Shimadzu)로 분석하였다. 분석조건은 Table 2와 같다.
총 VOC(Total VOC, TVOC)는 발생원에 따라서 자연적인 VOC (Biogenic VOC, NVOC), 인위적인 VOC (Anthropogenic VOC, AVOC) 및 분석기기로는 정량이 되지 않는 기타 VOC(Other VOC, OVOC)로 구분하였다(Kim 2006). 각각의 표준물질을 이용하여, Retention time 및 Wiley library database를 비교 분석하여 동정 및 정량하였다.
건조재의 VOCs는 생재를 12∼15% 함수율로 건조하여 분석하였다.
건조재의 경우 60℃의 조건에서 약 7일 정도 공기 중에 건조시킨 후 함수율이 12∼15%인 것을 사용하여 VOC 측정을 실시하였다.
Aldehyde류 분석을 위한 샘플링은 오존스크러버를 포함한 2,4-Dinitro phenylhydrazine cartridge (DNPH, BPE-DNPH, Supelco)를 챔버에 연결한 후, 샘플링 펌프를 이용하여 약 75 min (10 ℓ) 동안 이루어졌다. 샘플링 후 DNPH cartridge는 분석 전까지 냉장보관하였으며, acetonitrile 10 mℓ로 용출시켜 HPLC(LC-20A, Shimadzu)를 이용하여 분석하였다. HPLC의 분석조건은 Table 1과 같다.
생재상태에서 시험편 규격(160 mm × 160 mm × 15 mm)으로 제작하여 시험 실시 48시간 전에 항온항습실(23℃, 50%)에서 양생하였다.
대상 데이터
본 실험에서 aldehyde류 분석시 ozone에 대한 오염을 막기 위해 DNPH 카드리지에 자체에 BPE 층이 포함되어 있는 것을 사용하였다. Aldehyde류 중에 몇몇 물질이 실내와 실외를 오염시키는 화학물질로 인간의 건강에 끼치는 잠재적인 영향으로 인해 관심의 대상이 되고 있다.
서울 은평구 소재 테니스장 주변에 있는 30년생의 백합나무를 벌채하여, 국립산림과학원에서 제재하였다. 생재상태에서 시험편 규격(160 mm × 160 mm × 15 mm)으로 제작하여 시험 실시 48시간 전에 항온항습실(23℃, 50%)에서 양생하였다.
이론/모형
백합나무 생재와 건조재(12∼15% 함수율)로부터 방출되는 VOCs 및 formaldehyde를 포함한 aldehyde류의 방출량 측정은 다중이용시설 등의 실내공기질 관리법에 공시된 20 ℓ Chamber법에 따라 실시하였다(환경부 2011).
성능/효과
3은 심재와 변재로부터 방출되는 aldehyde의 분석 결과를 비교한 것이다. Formaldehyde, acetaldehyde를 비롯한 13종의 aldehyde를 분석한 결과, 그림에서 보는 바와 같이 심재와 변재 모두 3가지 aldehyde가 나타났다. Formaldehyde는 심재와 변재에서 4.
건조 상태의 백합나무 심재와 변재로부터 방출되는 TVOC의 구성성분을 분석한 결과, 심재와 변재 모두에서 표준물질에 의해 hexane, chloroform, toluene, hexanal 등이 주요 VOC로 나타났다. 건조후 VOC 구성성분은 생재 상태에서 발생하는 VOC와 다른 양상을 보였다(Table 4).
46%) 등이 주요 방출 VOC로 분석되었다. 검출된 VOC를 alcohols, aldehydes, esters, hydrocarbons, ketones, N-containing compouns, phenols와 기타로 구분해본 결과, hydrocarbons이 대부분을 차지하는 것으로 나타났다(Table 3).
(1991)에 의해 소나무 내의 수지 분포가 목재의 변재와 심재에서 다르다는 것이 보고되었고, 수지구나 수지세포가 분포된 위치 및 함량에 따라서 TVOC 방출 특성이 다르다고 보고된바가 있어, 본 실험에서도 동일 수종이지만 부위에 따라서 VOC 방출 특성이 다르게 나타난 것으로 판단된다. 그리고 현재 사용 중인 GC-MS로도 성분을 파악하기 어려운 물질이 심재와 변재에 다량으로 존재함을 알 수 있었다.
대부분의 VOCs와 aldehyde 물질들이 건조과정을 거친 후 방출량이 유사하거나 줄어드는 반면, ketone류의 경우는 Fig. 4에서 보는 바와 같이 방출량이 급증하는 것으로 나타났다. 특히 생재상태에서는 심재부에서 다소 높은 방출량을 보였으나 건조 후에는 변재부에서 보다 높은 방출량을 나타내고 있다.
(2010)는 여러 가지 열처리에 의해 백합나무의 재색 제어를 시도하였고, Park and Lee (2013)는 변재와 심재의 색상 차이를 도장기법을 이용하여 극복하려 하였다. 두 번째 문제인 백합나무 특유의 냄새는 생재의 경우 불쾌함을 유발하고, 건조재의 경우에 있어서는 생재의 냄새보다 심하지는 않지만 여전히 잠재적인 오염원을 내포하고 있다.
또한 백합나무 건조재의 TVOC 분석 결과, 심재에서 18.28 µg/m3, 변재에서 15.32 µg/m3로 측정되어, 백합나무를 건조했을 경우 TVOC의 양이 급격히 감소했다.
또한, 표준물질을 이용한 19종의 측정대상 VOC 중 심재에서는 12종, 변재에서는 10종이 각각 검출되었다. 하지만 가장 많은 방출량을 나타낸 toluene의 경우에도 심재에서 3.
백합나무 생재의 TVOC 분석 결과, 심재에서 91.47 µg/m3, 변재에서 123.37 µg/m3로 나타났으며, TVOC 중 심재에서 NVOC (11.1%), AVOC (56.9%), OVOC (48.9%), 변재에서 NVOC (0.8%), AVOC (6.2%), OVOC (93%)로 나타났다.
그리고 생재상태에서 주요 방출물질이었던 OVOC가 건조재에서는 거의 방출되지 않았다. 백합나무의 카르보닐화합물 분석 결과, 생재에서는 formaldehyde, acetaldehyde, propionaldehyde, ketone류가 검출되었고, 심재에서는 propionaldehyde가 사라지고 m-Tolualdehyde, formaldehyde, acetaldehyde가 방출되었다. 생재와 건조재의 심⋅변재 모두에서 높은 ketone류의 방출량이 나타났다.
변재의 경우는 심재와 달리 α-pinene은 2.2%로 적게 나타난 반면 δ-cadinene이 37.18%로 가장 높게 나타났고, α-muurolene (10.52%), α-amorphene (9.29%), junipene (8.46%) 등이 주요 방출 VOC로 분석되었다.
휘발성 물질에는 목재 구성성분인 페놀성 화합물에 의해 야기되는 악취성 물질들이 함유되어 있으므로 이에 따른 문제가 발생할 수 있다고 Jang and Kim(2008)은 보고하였으며, 목재 건조시 목재 내의 수분과 함께 각종 악취물질들이 함께 휘발하는 것으로 보고되었다. 본 결과에서도 건조 후 TVOC의 양이 급격히 감소하는 것으로 나타났다.
생재와 건조재의 심⋅변재 모두에서 높은 ketone류의 방출량이 나타났다. 본 실험에서 얻어진 백합나무의 VOC 와 카르보닐화합물 분석 결과, 악취물질로 생각되는 특유의 물질이 두드러지게 발생하진 않았지만, 백합나무의 악취는 acetaldehyde와 propionaldehyde와 기타 VOCs에 의한 것으로 추정이 된다. 또한, 각각의 물질들이 가지고 있는 고유의 냄새가 혼합되어 악취를 유발하는 것으로 추정이 된다.
4는 건조상태의 백합나무 심재와 변재에서 방출되는 aldehydes를 나타낸 것이다. 분석대상 aldehyde 13종 중, 심재에서는 4종, 변재에서는 3종이 검출되었다. m-Tolualdehyde의 경우 심재에서만 33.
32 µg/m3로 측정되었다. 생재 상태의 심재와 변재에서 주요 방출물질이었던 AVOC 및 NVOC가 건조를 한 이후에는 AVOC 및 NVOC가 줄어듦으로써 전체 TVOC가 현저히 감소되었다.
생재상태의 백합나무를 심재와 변재로 구분하여 각각에 Total VOC (TVOC)를 측정한 결과, Fig. 2에서처럼 심재에서 91.55 µg/m3, 변재에서 123.46µg/m3로 나타나 변재부에서 높게 측정되었다.
생재와 건조재의 심⋅변재 모두에서 높은 ketone류의 방출량이 나타났다.
2는 생재와 건조재의 TVOC 방출량을 비교하여 나타낸 것이다. 심재와 변재 모두 건조재의 TVOC 방출량이 현저히 감소하였음을 알 수 있었다. 건조재의 TVOC 방출량은 심재 18.
특히, ketone류와 propionaldehyde는 심재에 많이 함유되어 있음을 알 수 있었다. 이 결과를 종합해보면, 백합나무의 악취는 acetaldehyde와 propionaldehyde와 기타 VOCs에서 기인하는 것으로 판단된다.
Aldehyde류 중에 몇몇 물질이 실내와 실외를 오염시키는 화학물질로 인간의 건강에 끼치는 잠재적인 영향으로 인해 관심의 대상이 되고 있다. 전체적으로 aldehyde의 경우는 다른 VOC 물질들에 비해서는 방출량이 미미한 수준으로 나타났다. Fig.
후속연구
그러나, 백합나무에서 방출되는 VOCs 및 aldehyde류에 대한 자료가 미흡하고, 건축자재로 사용하기 위해서는 먼저 오염물질의 배출량 평가와 위해성 평가가 적절히 수행되어야 할 것이다. 또한, 백합나무의 불쾌한 냄새의 원인을 구명하고 대처하는 것이 매우 중요하며, 그러기 위해서는 냄새의 성분을 파악하는 것이 선행되어야 한다.
특히 생재상태에서는 심재부에서 다소 높은 방출량을 보였으나 건조 후에는 변재부에서 보다 높은 방출량을 나타내고 있다. 향후 추가적인 실험을 통해 이러한 현상의 원인을 규명할 필요가 있을 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
백합나무 변재의 색상은 무엇인가?
(1998)과 Park et al. (2009)의 보고에 따르면, 백합나무는 뚜렷한 색상의 차이로 인해 심재와 변재의 구분이 쉬운데, 변재는 황백색, 회백색 또는 백색이고 심재는 녹갈색 또는 회갈색으로 때로는 자색, 암록색, 청흑색의 줄무늬가 있다(Fig. 1).
백합나무 판재의 냄새의 주원인은 무엇인가?
백합나무 판재의 냄새의 주원인은 formaldehyde, acetaldehyde, toluene, styrene 등을 포함하는 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOCs)에 의한 것으로 판단되며, 이 중에 불쾌한 냄새를 내는 화합물이 포함되어 있을 것으로 추측된다(Grosjean et al. 1992).
백합나무가 1차 가공특성이 무난한 수종인 이유는 무엇인가?
1). 그리고 거단성과 건조성 및 포삭성은 양호한 것으로 나타났으며(Chong 2000), 휨가공 성능도 양호한 수종이므로 1차 가공특성은 무난한 수종이다. 도장성과 접착성이 양호하여 가구용재로도 이용 가능하며, 이외에도 공예재나 단판용재로 이용해도 적합할 것으로 판단이 된다.
참고문헌 (27)
Chong, S.H. 2000. Quality and processing characteristics of yellow poplar, Korea Forest Research Institute. Forest research project report. 5(II):1-19.
ECA. 1997. European Comission, Guideline for the characterization of volatile organic compounds emitted from indoor materials and products using small test chambers. Report No. 8.
Fick, J., Pommer, L., Andersson, B., Nilsson, C. 2002. A study of the gas-phase ozonolysis of terpenes: the impact of radicals formed during the reaction. Atmospheric environment. 36(20):3299-3308.
Grosjean, D., Williams, E.L., Seinfeld, J.H. 1992. Atmospheric oxidation of selected terpenes and related carbonyls: gas phase carbonyl products. Environ. Sci. Technol. 26(8): 1526-1533.
Hwang, Y.S., Park, H.J., Son, Y.S., Kim, J.C. 2011. The Comparison of VOC Characteristics Emitted from Wood-based Panels Using GC/FID and GC/MS. Journal of Korean Society for Atmospheric Environment. 27(4): 436-442.
Jang, J.G., Kim, M.R. 2008. Emission Characteristics of VOCs in Drying Process for Plywood Manufacturing. Journal of the Environmental Sciences. 17(12): 1381-1390.
Kim, J.C. 2006. Trends and Control Technologies of Volatile Organic Compound, Journal of Korean Society for Atmospheric Environment. 22(6):743-757.
Kim, K.M., Park, J.H., Park, B.S., Son, D.W., Park, J.S., Kim, W.S., Kim, B.N., Ro, S.S. 2010. Physical and mechanical properties of heat-treated domestic yellow poplar. Mokchae Konghak. 38(1): 17-26.
Kim, S.S., Yeo, M.S., Kim, K.W. 2008. Numerical Analysis of the Indoor Air Quality and VOC Emission from Building Materials with the Temperature Variation. Architectural Institute of Korea. 24(3): 233-240.
Knudsen, H.K., Nielsen, P.A., Clausen, P.A., Wilkins, C.K., Wolkoff, P. 2000. Sensory evaluation of the impact of ozone on emissions from building materials. In Proceedings of the Healthy Buildings 2000, August 6-10, Espoo, Finland. vol. 1. pp. 217-222.
Lee, H.Y., Park, S.B., Kim, E.I., Lee, S.M., Park, J.Y. 2009. VOCs Emission Characteristics and Psychological Effects of Interior Decorated Conifers. Journal of the Korea Furniture Society. 20(2): 115-121.
Lee, S.T., Jeong, J.M., Kim, H.S., Bae, S.W., Jang, S.C., Lee, K.J. 2010. Management and characteristics of yellow poplar. Korea Forest Research Institute. Research Data No. 395.
Lee, Y.J., Pang, S.K., Sohn, J.Y. 2004. A Study on Emission Characteristics of Volatile Organic Compounds from the Ondol Floor and Furniture. The Society of Living Environment System Korea. 11(2): 266-274.
Lyu, G.O., Jang, S.S., Choe, W.Y., Kim, H.E. 2003. Growth Performance and Adaptation of Liriodendron tulipifera in Korea. Korean Forest Society. 96(6): 515-525.
Manninen, A.M., Pasanen, P., Holopainen, J.K. 2002. Comparing the VOC emissions between air-dried and heat-treated scots pine wood. Atmospheric Environment. 36: 1763-1768.
Ministry of environment. 2008. The process test standard of indoor air quality N.2008-73. South Korea.
Ministry of environment. 2011. Indoor air quality control for multi-utility facilities. Law No. 10789. South Korea.
Park, B. S., Chung, D.J., Lee, D.S., Chong, S.H., Park, J.H. 2009. Yellow poplar's fundamental wood property. Forest Science Paper 69: 65-72.
Park, H.J. 2006. Comparison of VOCs and HCHO Emissions from Wood Products for the Enhancement of Indoor Air Quality. Master Thesis, Konkuk Unversity, Seoul.
Park, S.B., Lee, M. 2013. The Color Painting on Yellow Poplar (Liriodendron tulipifera L.) Board for Using Furniture Materials. Journal of the Korea Furniture Society. 24(4): 345-349.
Rice, R.W. 1995. Assessing human health and environmental effects related to drying wood. In: Measuring and controlling colatile organic compounds and particluate emissions from wood processing operations and wood-based products, Forest Products Society, Madison, WI, USA pp. 14-16.
So, W.T., Chai, J.K. 1998. Basic Properties of yellow poplar (Liriodendron tulipifera L.) grown in Chonnam district. Journal of the Korea Furniture Society. 9(1): 1-7.
Tohmura, S.I., Miyamoto, K., Inoue, A. 2005. Acetaldehyde emission from glued-laminated timber using phenol-resorcinol-formaldehyde resin adhesives with addition of ethanol. Journal of Wood Science 51: 421-423.
US EPA (United Stated Environmental Protection Agency). 2009. A Guide to Indoor Air Quality.
WHO (World Health Organization). 2010. Air Quality Guideline, Environmental health information.
Wolkoff, P. 1999. How to measure and evaluate volatile organic compound emissions from building products. A perspective. The Science of the Total Environment 227, 197-213.
Yoon, K.J., Eom, C.D., Park, J.H., Kim, H.Y., Choi, I.G., Lee, J.J., Yeo, H.M. 2009. Color Control and Durability Improvement of Yellow Polar (Liriodendron tulipifera) by Heat Treatments. Mokchae Konghak. 37(6): 487-496.
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