아세틸화처리는 목재의 치수안정성을 높이는 방법으로 알려졌다. 기상처리보다는 액상처리가 중량증가율이 높기 때문에 더 많이 사용된다. 국내산 소나무재와 잣나무재를 액상 아세틸화처리하여 밀도, 휨강도, 치수안정성 등 물리적 성질에 미치는 효과를 조사하였다. 아세틸화처리에 의한 소나무와 잣나무 시편의 중량은 각각 평균 10.4%와 9.2% 증가하였으며, 전건밀도는 각각 평균 6.9%와 4.6% 증가하였다. 소나무와 잣나무 모두 휨파괴계수(MOR)와 휨탄성계수(MOE), 동탄성계수(DMOE)의 변화는 없었다. 아세틸화처리 후 목재시료의 평균 항흡습률(PRH)은 소나무와 잣나무가 각각 20.6%와 13.8% 이었다. 평균 항흡수율(PRA)은 소나무와 잣나무가 각각 20.0%와 8.5%였다. 따라서 아세틸화처리에 의해 소나무의 치수안정성이 향상된 결과를 얻었다.
아세틸화처리는 목재의 치수안정성을 높이는 방법으로 알려졌다. 기상처리보다는 액상처리가 중량증가율이 높기 때문에 더 많이 사용된다. 국내산 소나무재와 잣나무재를 액상 아세틸화처리하여 밀도, 휨강도, 치수안정성 등 물리적 성질에 미치는 효과를 조사하였다. 아세틸화처리에 의한 소나무와 잣나무 시편의 중량은 각각 평균 10.4%와 9.2% 증가하였으며, 전건밀도는 각각 평균 6.9%와 4.6% 증가하였다. 소나무와 잣나무 모두 휨파괴계수(MOR)와 휨탄성계수(MOE), 동탄성계수(DMOE)의 변화는 없었다. 아세틸화처리 후 목재시료의 평균 항흡습률(PRH)은 소나무와 잣나무가 각각 20.6%와 13.8% 이었다. 평균 항흡수율(PRA)은 소나무와 잣나무가 각각 20.0%와 8.5%였다. 따라서 아세틸화처리에 의해 소나무의 치수안정성이 향상된 결과를 얻었다.
It has been known that acetylation improves the dimensional stability of wood. Liquid phase acetylation is more popular than gas-phase acetylation for the effectiveness of weight gain of wood. In this study domestic red and Korean pine specimens were liquid phase acetylated and their physical proper...
It has been known that acetylation improves the dimensional stability of wood. Liquid phase acetylation is more popular than gas-phase acetylation for the effectiveness of weight gain of wood. In this study domestic red and Korean pine specimens were liquid phase acetylated and their physical properties, such as density, bending strength, dimensional stability etc., were investigated. Acetylation increased the average weights of red and Korean pine specimens by 10.4% and 9.2%, respectively, and their average oven-dry densities were increased by 6.9% and 4.6%, respectively. Acetylation did not influence on modulus of rupture (MOR), modulus of elasticity (MOE) and dynamic MOE (DMOE). The average percentage reduction in hygroscopicity (PRH) of red and Korean pine specimens were respectively 20.6% and 13.8%, while the average percentage reduction in water soaking (PRW) were respectively 20.0% and 8.5%. Thus it can be concluded that the liquid acetylation improved the dimensional stability of red pine specimens more than that of Korean pine specimens.
It has been known that acetylation improves the dimensional stability of wood. Liquid phase acetylation is more popular than gas-phase acetylation for the effectiveness of weight gain of wood. In this study domestic red and Korean pine specimens were liquid phase acetylated and their physical properties, such as density, bending strength, dimensional stability etc., were investigated. Acetylation increased the average weights of red and Korean pine specimens by 10.4% and 9.2%, respectively, and their average oven-dry densities were increased by 6.9% and 4.6%, respectively. Acetylation did not influence on modulus of rupture (MOR), modulus of elasticity (MOE) and dynamic MOE (DMOE). The average percentage reduction in hygroscopicity (PRH) of red and Korean pine specimens were respectively 20.6% and 13.8%, while the average percentage reduction in water soaking (PRW) were respectively 20.0% and 8.5%. Thus it can be concluded that the liquid acetylation improved the dimensional stability of red pine specimens more than that of Korean pine specimens.
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문제 정의
본 연구에서는 한반도의 북부에 많이 조림되었으며 최근 생산량이 급속히 증가하여 용도 개발이 시급한 소나무(Pinus densiflora)와 잣나무(Pinus koraiensis)를 선택하여 액상 아세틸화처리가 밀도, 휨강도, 치수안정성 등 물리적 성질에 미치는 영향을 조사하였다.
가설 설정
t-검정으로 통계분석한 결과 소나무는 5% 유의수준에서 유의성이 인정되었으나 잣나무는 유의성이 인정되지 않았다. 소나무의 낮은 밀도가 목리에 따른 초음파전달속도의 차이에 어느 정도 영향을 미친 것으로 가정할 수 있다.
제안 방법
강원도 동해시 인근에서 자란 소나무 48년생, 잣나무 40년생을 구하여 30 mm 판재로 제재하여 천연건조하였다. 6개월 이상 천연건조한 후 공시판재를 건구온도 120℃, 습구온도 70℃ 조건에서 72시간 고온건조하였다. 소나무 건조판재는 변재부위, 잣나무 건조판재는 심재부위에서 가로 세로 각각 25 mm, 섬유방향 길이 300 mm의 공시시편을 만들었다.
Steinkamp BP V (Bremen, Germany) 초음파측정기와 50 kHz 공진탐촉자를 사용하여 시편의 길이방향 초음파전달속도를 측정하였다. 시편의 물성변화를 우려하여 접촉매질(couplant)은 사용하지 않고, 시편의 횡단면과 탐촉자를 가능한 한 밀착하여 측정하였다.
4. The plots of DMOE vs. MOE of the control and acetylated specimens of red and Korean pines and their linear regressions.
국내산 소나무재와 잣나무재를 액상 아세틸화처리하여 밀도, 휨강도, 치수안정성 등 물리적 성질에 미치는 효과을 조사하였다. 본 연구에서 얻은 결론은 다음과 같다.
모든 공시시편을 103 ± 2℃ 오븐에서 항량에 도달할 때까지 건조한 후 디지털 저울(정도 ± 0.01 g)로 중량을, 버니어캘리퍼스(정도 0.01 mm)로 치수를 측정하였다.
공기가 순환하는 항온항습기 내부를 여름의 낮 조건과 비슷한 건구온도 30℃, 상대습도 70%에 맞추고 60 mm 시편을 잔적하였다. 모든 시편의 중량이 평형에 도달할 때까지 약 3주간 조습처리하였다. 조습을 마친 후 중량을 측정하고 103 ± 2℃ 오븐에 넣고 항량에 도달할 때까지 건조하였다.
Steinkamp BP V (Bremen, Germany) 초음파측정기와 50 kHz 공진탐촉자를 사용하여 시편의 길이방향 초음파전달속도를 측정하였다. 시편의 물성변화를 우려하여 접촉매질(couplant)은 사용하지 않고, 시편의 횡단면과 탐촉자를 가능한 한 밀착하여 측정하였다. 동탄성계수는 아래 식을 이용하여 계산하였다.
아세틸화처리 공시시편과 무처리 공시시편을 모두 103 ± 2℃오븐에서 다시 전건한 후 중량과 치수를 측정하였다.
조습을 마친 후 중량을 측정하고 103 ± 2℃ 오븐에 넣고 항량에 도달할 때까지 건조하였다. 오븐건조를 마친 후 전건중량을 측정하였다. 이후 60 mm시편을 모두 물에 함침 시켰다.
대상 데이터
강원도 동해시 인근에서 자란 소나무 48년생, 잣나무 40년생을 구하여 30 mm 판재로 제재하여 천연건조하였다. 6개월 이상 천연건조한 후 공시판재를 건구온도 120℃, 습구온도 70℃ 조건에서 72시간 고온건조하였다.
동탄성계수 측정을 마친 시편을 휨파괴시험에 사용하였다. 국내에서 제작한 50톤 규모의 만능강도시험기를 사용하여 시편 중앙에 하중을 가하였다. 정탄성계수는 식 [5]를 이용하여 계산하였다.
동탄성계수 측정을 마친 시편을 휨파괴시험에 사용하였다. 국내에서 제작한 50톤 규모의 만능강도시험기를 사용하여 시편 중앙에 하중을 가하였다.
소나무 건조판재는 변재부위, 잣나무 건조판재는 심재부위에서 가로 세로 각각 25 mm, 섬유방향 길이 300 mm의 공시시편을 만들었다. 무작위로 만든 공시시편 중에 횡단면에 나타난 목리에 따라 Fig. 2과 같이 구분하여 각각 30개씩 선별하였다(Fig. 2). 그중 15개는 아세틸화처리 공시시편으로 나머지는 무처리 공시시편으로 구분하였다.
6개월 이상 천연건조한 후 공시판재를 건구온도 120℃, 습구온도 70℃ 조건에서 72시간 고온건조하였다. 소나무 건조판재는 변재부위, 잣나무 건조판재는 심재부위에서 가로 세로 각각 25 mm, 섬유방향 길이 300 mm의 공시시편을 만들었다. 무작위로 만든 공시시편 중에 횡단면에 나타난 목리에 따라 Fig.
휨파괴시험에 사용한 300 mm 시편의 한쪽 마구리에서 길이방향으로 60 mm를 잘라 조습시험을 실시하였다. 공기가 순환하는 항온항습기 내부를 여름의 낮 조건과 비슷한 건구온도 30℃, 상대습도 70%에 맞추고 60 mm 시편을 잔적하였다.
1. 아세틸화처리에 의한 소나무와 잣나무 시편의평균 중량증가율(WPG)은 각각 10.4%와 9.2%이었으며, 평균 부피증가율(VPG)은 각각 3.3%과 4.2%이다. 또 전건밀도는 소나무가 6.
2. 무처리 시편의 MOE는 소나무 목리2가 목리1보다, 잣나무 목리1가 목리2보다 더 높았다. 즉소나무는 반접선방향 휨강도가, 잣나무는 방사방향 휨강도가 더 크다고 할 수 있다.
3. 소나무와 잣나무 모두 아세틸화처리에 의한 휨파괴계수(MOR)와 휨탄성계수(MOE)의 변화는 없었다.
4. 아세틸화처리에 의해 소나무와 잣나무의 평균 초음파전달속도는 각각 4.4%와 2.2% 감소하였으나 동탄성계수(DMOE)는 두 수종 모두 통계적으로 유의차가 없었다.
5. 아세틸화처리 시편의 평균 항흡습률(PRH)은 소나무가 20.6%, 잣나무가 13.8%이고 평균 항흡수율(PRW)은 소나무가 20.0%, 잣나무가 8.5%으로 아세틸화처리에 의해 소나무의 치수안정성이 더 높아졌다.
4% 증가하였다. t-검정 결과 5% 유의수준에서 소나무는 중량증가율(WPG)과 부피증가율(VPG) 모두 목리에 따른 차이가 인정되지 않았다. 잣나무도 부피증가율은 차이가 없으나 중량증가율은 5% 유의수준에서 목리에 따른 차이가 인정되었다.
01 cm3/g만큼 크게 나타났다. t-검정 결과 소나무는 5% 유의수준에서 유의성이 인정되지 않았으나 잣나무는 유의성이 인정되었다. 아세틸화처리 전과 후 모두 잣나무의 평균 전건밀도가 소나무보다 높았으며, 아세틸화처리로 두 수종의 전건밀도가 0.
무처리 시편의 목리 간 평균 MOE을 비교하면 소나무는 목리2 시편이, 잣나무는 목리1 시편이 더 크게 나타났다. t-검정으로 통계분석한 결과 두 수종 모두 5% 유의수준에서 유의성이 인정되었다. 잣나무 시편과 소나무 시편의 밀도 차이가 어느 정도 영향을 미친 것으로 생각한다면, 낮은 밀도의 목재는 목리2 시편이, 높은 밀도의 목재는 목리1 시편의 MOE가 더 크다고 할 수 있다.
무처리 시편의 목리 간 평균 초음파전달속도를 비교하면 소나무는 목리2가 잣나무는 목리1이 더 높게 나타났다. t-검정으로 통계분석한 결과 소나무는 5% 유의수준에서 유의성이 인정되었으나 잣나무는 유의성이 인정되지 않았다. 소나무의 낮은 밀도가 목리에 따른 초음파전달속도의 차이에 어느 정도 영향을 미친 것으로 가정할 수 있다.
무처리 시편의 목리 간 평균 DMOE을 비교하면 소나무는 목리2가 잣나무는 목리1이 더 크게 나타났다. t-검정으로 통계분석한 결과 소나무는 5% 유의수준에서 유의성이 인정되었으나 잣나무는 인정되지 않았다. 앞의 초음파전달속도에서와 마찬가지로 소나무의 낮은 밀도 때문에 목리가 DMOE에 영향을 미치는 것으로 보인다.
소나무는 두 가지 목리 모두 아세틸화처리에 의해 MOR이 감소하였으나 잣나무는 두 가지 목리 모두 약간 증가하였다. t-검정을 통해 유의성을 분석한 결과, 소나무는 5% 유의수준에서 유의성이 인정되었으나, 잣나무는 유의성이 인정되지 않았다. 따라서 아세틸화처리에 의해 소나무 MOR은 감소하였으나 잣나무는 영향 받았다고 할 수 없다.
이들 평균함수율을 이용하여 구한 항흡습률은 소나무 시편이 잣나무보다 크다. 동일 수종 내 시편을 비교하면, 소나무 목리1의 항흡습률은 21.5%로 목리2의 19.8% 보다 크고, 잣나무 목리1의 항흡습률은 11.8%로 목리2의 15.6%보다 적다. 이러한 경향은 Table 1에 나타난 것과 같이 아세틸화처리에 의한 중량증가율 WPG가 소나무는 목리1이, 잣나무는 목리2가 크다는 사실과 일치한다.
3에 비교하였다. 무처리 시편의 평균 전건밀도는 두 수종 모두 목리1이 목리2 보다 0.01 cm3/g만큼 크게 나타났다. t-검정 결과 소나무는 5% 유의수준에서 유의성이 인정되지 않았으나 잣나무는 유의성이 인정되었다.
무처리 시편과 아세틸화처리 시편의 평균 MOE와 표준편차를 Table 3에 나타냈다. 소나무 목리2 시편을 제외하고 모든 시편의 평균 MOE가 약간 증가하였는데 t-검정 결과는 모두 5% 유의수준에서 유의성이 인정되지 않았다. 약간 감소한 소나무 목리2 시편도 유의성이 인정되지 않았다.
Steinkamp BP V (Bremen, Germany) 초음파측정기로 측정한 섬유방향 초음파전달속도의 평균과 표준편차는 Table 4와 같다. 소나무는 t-검정 결과는 모두 5% 유의수준에서 유의성이 인정되나 잣나무는 모두 유의성이 인정되지 않았다. 따라서 아세틸화처리에 의해 소나무의 섬유방향 초음파전달속도는 감소하였으나 잣나무는 영향 받았다고 할 수 없다.
03 cm3/g 정도 상승하였다. 수종별 전체 시편의 평균 전건밀도 증가율은 소나무가 6.9%, 잣나무가 4.6%로 소나무가 더 많이 증가하였다. 이는 소나무의 밀도가 잣나무보다 낮았기 때문에 동일한 양의 아세틸기가 목재와 결합하더라도 밀도가 더 많이 증가하기 때문으로 볼 수 있다.
t-검정 결과 소나무는 5% 유의수준에서 유의성이 인정되지 않았으나 잣나무는 유의성이 인정되었다. 아세틸화처리 전과 후 모두 잣나무의 평균 전건밀도가 소나무보다 높았으며, 아세틸화처리로 두 수종의 전건밀도가 0.02-0.03 cm3/g 정도 상승하였다. 수종별 전체 시편의 평균 전건밀도 증가율은 소나무가 6.
아세틸화처리에 의해 소나무 목리1과 목리2 시편의 중량은 각각 10.7%와 10.1% 증가하였으며, 부피는 두 시편 모두 3.3% 증가하였다(Table 1). 한편 잣나무 목리1과 목리2 시편의 중량은 각각 7.
식 [4]로 계산한 무처리 시편과 아세틸화처리 시편의 평균 DMOE와 표준편차를 Table 5에 나타냈다. 아세틸화처리에 의해 시편의 평균 DMOE는 약간 증가하거나 감소하였으나 t-검정 결과는 모두 5% 유의수준에서 유의성이 인정되지 않았다. 따라서 아세틸화처리가 소나무와 잣나무의 DMOE에 영향을 미쳤다고 할 수 없다.
후속연구
잣나무는 목리에 따라 침투경로가 다른 것으로 볼 수 있다. 침투경로에 대해서는 추가적으로 해부학적 관점의 연구가 필요할 것으로 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
목재의 아세틸화처리 중 기상법의 특징은 무엇인가?
목재의 아세틸화처리는 액상반응과 기상반응이 있는데 액상반응이 일반적이며 중량증가율과 치수안정 효과가 높으나(Kang and Lee 1997) 목재를 용액에 함침시켜 가열하여야 한다. 이에 반해 기상법은 목재가 용액과 직접 접촉하지 않으나 중량증가율이 액상반응만큼 높지 않다(Futemma and Obataya 2012). 중량증가율을 높이기 위해 피리딘 등 촉매를 사용하거나 초임계이산화탄소법을 응용하기도 한다(HILL et al.
목재의 아세틸화처리로 나타나는 현상은?
목재에 무수초산을 주입하고 120℃의 고온에서 반응시키면 아세틸화 목재가 만들어지는데 목재 흡습성을 낮추어 치수안정성을 향상시키는 비교적 간편한 방법으로 알려졌다(Stamm 1964; Han and Cho 1996). 무수초산이 세포벽의 수산기와 반응하여 아세틸화 목재를 만들고 부산물로 아세트산을 생산한다(Rowel et al.
목재의 아세틸화처리 시, 액상반응의 장점은 무엇인가?
목재의 아세틸화처리는 액상반응과 기상반응이 있는데 액상반응이 일반적이며 중량증가율과 치수안정 효과가 높으나(Kang and Lee 1997) 목재를 용액에 함침시켜 가열하여야 한다. 이에 반해 기상법은 목재가 용액과 직접 접촉하지 않으나 중량증가율이 액상반응만큼 높지 않다(Futemma and Obataya 2012).
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