본 연구에서는 중밀도섬유판, 파티클보드, 배향성스트랜드보드, 합판을 이용하여 탄화보드를 제조하고 각각의 흡방습 특성을 살펴보았다. 탄화보드는 $600^{\circ}C$에서 2시간 동안 열분해하는 조건으로 제조되었다. 그 결과, 탄화합판, 탄화OSB, 탄화MDF, 탄화파티클보드 순으로 높은 흡방습 성능을 나타내었다. 흡습률 및 방습률은 탄화파티클보드를 제외한 나머지 탄화보드들 간에 큰 차이는 발견하지 못했다. 이것은 목질재료가 탄화됨으로서 탄소로 변환되어 수분을 흡착하는데 높은 능력을 가졌지만 수분이 내부구조로까지의 이동에 있어서는 목재 본래의 구조에 영향을 받는다는 것을 의미한다. 따라서 목재의 구조의 특성을 살려 탄소화 했을 때 높은 흡방습 특성을 가진 탄화보드를 제조할 수 있다.
본 연구에서는 중밀도섬유판, 파티클보드, 배향성스트랜드보드, 합판을 이용하여 탄화보드를 제조하고 각각의 흡방습 특성을 살펴보았다. 탄화보드는 $600^{\circ}C$에서 2시간 동안 열분해하는 조건으로 제조되었다. 그 결과, 탄화합판, 탄화OSB, 탄화MDF, 탄화파티클보드 순으로 높은 흡방습 성능을 나타내었다. 흡습률 및 방습률은 탄화파티클보드를 제외한 나머지 탄화보드들 간에 큰 차이는 발견하지 못했다. 이것은 목질재료가 탄화됨으로서 탄소로 변환되어 수분을 흡착하는데 높은 능력을 가졌지만 수분이 내부구조로까지의 이동에 있어서는 목재 본래의 구조에 영향을 받는다는 것을 의미한다. 따라서 목재의 구조의 특성을 살려 탄소화 했을 때 높은 흡방습 특성을 가진 탄화보드를 제조할 수 있다.
In this study, the carbonized boards were manufactured from different types of wood-based panel and then their moisture absorption/desorption properties were investigated and compared. The carbonization temperature was maximum $600^{\circ}C$ with 2 h maintains. Test results showed higher ...
In this study, the carbonized boards were manufactured from different types of wood-based panel and then their moisture absorption/desorption properties were investigated and compared. The carbonization temperature was maximum $600^{\circ}C$ with 2 h maintains. Test results showed higher absorption/desorption capacity on carbonized plywood than carbonized MDF, PB, and OSB, respectively. However, carbonized MDF, OSB, and plywood had similar absorption/desorption rate per hour. It means carbonized OSB and plywood can transfer moisture into deeper side and then possibly hold more amount of water. Based on SEM images, carbonized OSB and plywood showed more like wood structure, while carbonized MDF and PB had only wood fiber or/and chunk of wood fragments. Therefore, original wood structure may affect moisture absorption/desorption capacity. In order to manufacture high moisture absorbing/desorbing carbonized board, wood structure should be considered and then carbonized.
In this study, the carbonized boards were manufactured from different types of wood-based panel and then their moisture absorption/desorption properties were investigated and compared. The carbonization temperature was maximum $600^{\circ}C$ with 2 h maintains. Test results showed higher absorption/desorption capacity on carbonized plywood than carbonized MDF, PB, and OSB, respectively. However, carbonized MDF, OSB, and plywood had similar absorption/desorption rate per hour. It means carbonized OSB and plywood can transfer moisture into deeper side and then possibly hold more amount of water. Based on SEM images, carbonized OSB and plywood showed more like wood structure, while carbonized MDF and PB had only wood fiber or/and chunk of wood fragments. Therefore, original wood structure may affect moisture absorption/desorption capacity. In order to manufacture high moisture absorbing/desorbing carbonized board, wood structure should be considered and then carbonized.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구에서는 목질판상제품들로 탄화보드를 제조하여, 그 흡방습 성능을 비교해보았다. 그 결과, 원목에 가까운 형태의 소재를 이용하여 제조한 탄화합판과 탄화OSB가 높은 흡방습 성능을 나타내었다.
목조건축물을 시공할 경우, 흡습, 결로 등 수분이 염려되는 부위에 탄화보드를 설치하면 자연적인 습도조절이 가능하여 이런 문제점들을 보완해 줄 것으로 판단된다. 본 연구에서는 현재 목질계 건축재료로 가장 널리 사용되는 4종의 목질판상재(중밀도섬유판, 파티클보드, 배향성스트랜드보드, 합판)를 이용하여 탄화보드를 제조하고, 이들 탄화보드의 종류에 따른 흡방습 특성의 차이를 서로 비교해 보고자 하였다.
제안 방법
각 시편당 시료의 수는 3개로 하였으며 시편의 양생은 온도는 23 ± 0.5℃에서 상대습도는 50 ± 1% 이내에서 시편의 항량이 24시간 동안 질량 변화가 0.01 g 이하가 되는 시점까지 실시하였다.
, 2015). 탄화보드는 400℃ 이상의 고온에서 미량의 산소조건 존재하에서 탄화시켜 제조하는 것으로 본 연구에서는 600℃에서 2시간 동안 열분해과정을 거쳤다. 목질판상재의 목질부분은 대부분 탄소화되었으며 사용된 접착제 역시 탄소화되거나 산화되어 검게 변함을 알 수 있었다.
탄화보드의 내부 구조를 살펴보기 위해 전자현미경(COX EM-30, COXEM Ltd., Korea)을 이용하여 100∼500배의 배율로 5 kV 전압으로 관찰하였다.
01 g 이하가 되는 시점까지 실시하였다. 흡방습 시험은 총 2단계로 흡습과정(1단계)과 방습 과정(2단계)로 이루어지며 흡습과정 후 방습과정이 3사이클로 이루어졌다. 본 실험에서 사용된 습도 조건은 중습 영역으로 양생은 50%에서 흡습과정은 75%, 방습과정은 50%에서 이루어진다.
흡방습량의 차이의 원인을 탄화보드의 미세구조에서 살펴보고자 전자현미경적 관찰을 실시하였다. MDF는 목섬유를 이용하여 만든 목질판상제품으로 전자주사현미(SEM)으로 관찰하였을 때, 목섬유 가닥들이 보이는 반면, 합판과 OSB는 목섬유가 아닌 목재 원래의 모습을 그대로 간직하고 있었다(Fig.
대상 데이터
본 실험에서 탄화보드를 제조하기 위해 사용된 원재료는 중밀도섬유판(MDF, 밀도 0.53 g/cm3), 파티클보드(PB,밀도 0.68 g/cm3), 배향성스트랜드보드(OSB, 밀도 0.66 g/cm3), 합판(밀도 0.56 g/cm3)이 사용되었다. 상기 목질판상제품의 주재료는 침엽수재이며 MDF와 PB는 요소⋅폼알데하이드접착제를 OSB와 합판은 페놀⋅폼알데하이드접착제를 이용하여 제조된 것이다.
상기 목질판상제품의 주재료는 침엽수재이며 MDF와 PB는 요소⋅폼알데하이드접착제를 OSB와 합판은 페놀⋅폼알데하이드접착제를 이용하여 제조된 것이다.
이론/모형
준비된 재료의 흡방습 성능은 건축재료의 흡방습성 시험방법-습도 응답법(KS F 2611:2009)에 의거하여 수행되었다. 250 × 250 × 10 mm의 각 재료별 시편을 표면을 제외한 나머지 면을 알루미늄 테이프로 마감하였다.
본 실험에서 사용된 습도 조건은 중습 영역으로 양생은 50%에서 흡습과정은 75%, 방습과정은 50%에서 이루어진다. 흡습량과 방습량 및 흡방습량 차는 KS F 2611:2009의 시험 법에 의거하여 다음 계산식에 따라서 각각 산출하였다.
성능/효과
본 연구에서는 목질판상제품들로 탄화보드를 제조하여, 그 흡방습 성능을 비교해보았다. 그 결과, 원목에 가까운 형태의 소재를 이용하여 제조한 탄화합판과 탄화OSB가 높은 흡방습 성능을 나타내었다. 탄화합판과 탄화OSB는 원목의 형태를 그대로 유지 하고 있어 표면에 흡착된 수분을 탄화보드 내부로 빠르게 전달이 가능했기 때문이라고 판단된다.
, 2014). 따라서 제조된 탄화보드는 95% 이상이 탄소에 다양한 헤테로원자(N, O, S 등) 들이 분산된 다공질의 구조를 가지게 됨으로써 미세 기공에 의한 물리화학적 흡착에 의해 수분을 흡수하는 특성을 나타내는 것으로 판단된다.
흡방습 시험은 총 2단계로 흡습과정(1단계)과 방습 과정(2단계)로 이루어지며 흡습과정 후 방습과정이 3사이클로 이루어졌다. 본 실험에서 사용된 습도 조건은 중습 영역으로 양생은 50%에서 흡습과정은 75%, 방습과정은 50%에서 이루어진다. 흡습량과 방습량 및 흡방습량 차는 KS F 2611:2009의 시험 법에 의거하여 다음 계산식에 따라서 각각 산출하였다.
종류별 탄화보드의 흡방습 실험 시작 후 최초 1시간 경과 후 흡습률과 방습률을 살펴보면, 흡방습 성능과 같은 순서(탄화합판 > 탄화OSB > 탄화MDF > 탄화PB)의 성능을 나타내었다(Table 2).
종류별 탄화보드의 흡습량을 비교한 결과, 탄화합판(76.6 g/m2), 탄화OSB (69.6 g/m2), 탄화MDF (43.0 g/m2), 탄화PB (29.3 g/m2) 순으로 나타났으며, 방습량 역시 탄화합판(64.2 g/m2), 탄화OSB (46.7 g/m2), 탄화MDF (43.4 g/m2), 탄화PB (22.3 g/m2) 순으로 나타났다(Table 1). 흡방습 성능은 표면이 원목의 상태에 가까울수록 우수함이 관찰되었는데, 이는 목질 판상재를 구성하는 소재인 베니어 단판(합판), 플레이크(배향성스트랜드보드), 섬유(MDF), 삭편(PB)의 고유 성질과 형상이 반영된 결과라고 판단된다.
탄화MDF와 탄화PB의 경우 12시간의 흡습구간 동안 9시간 이후로 흡습률이 거의 0 g/m2⋅h에 해당하며 흡습성능이 떨어진 반면에 탄화OSB와 탄화합 판은 12시간 흡습구간이 끝이 나는 시점까지 흡습성능을 약 5 g/m2⋅h로 유지되는 것을 알 수 있었다 (Fig. 2).
후속연구
이러 한 탄화보드는 가벼우면서 유해물질 흡착과 수분에 대한 흡방습 성능이 뛰어나고, 또한 판상의 형태를 지니고 있기 때문에 시공이 간편하고 가공성이 좋기 때문에 건물의 벽면, 천정, 바닥 등에 활용이 가능하며 습기에 취약한 부분을 보완해 줄 수 있는 역할을 할 것이다. 또한, 에너지 사용량 감축을 위해 높아지는 건물 기밀도와 목조건축물의 취약한 부분에 습도를 조절하기 위한 천연소재로 탄화보드의 활용이 가능할 것으로 판단된다.
목조건축물을 시공할 경우, 흡습, 결로 등 수분이 염려되는 부위에 탄화보드를 설치하면 자연적인 습도조절이 가능하여 이런 문제점들을 보완해 줄 것으로 판단된다. 본 연구에서는 현재 목질계 건축재료로 가장 널리 사용되는 4종의 목질판상재(중밀도섬유판, 파티클보드, 배향성스트랜드보드, 합판)를 이용하여 탄화보드를 제조하고, 이들 탄화보드의 종류에 따른 흡방습 특성의 차이를 서로 비교해 보고자 하였다.
탄화합판과 탄화OSB는 원목의 형태를 그대로 유지 하고 있어 표면에 흡착된 수분을 탄화보드 내부로 빠르게 전달이 가능했기 때문이라고 판단된다. 이러 한 탄화보드는 가벼우면서 유해물질 흡착과 수분에 대한 흡방습 성능이 뛰어나고, 또한 판상의 형태를 지니고 있기 때문에 시공이 간편하고 가공성이 좋기 때문에 건물의 벽면, 천정, 바닥 등에 활용이 가능하며 습기에 취약한 부분을 보완해 줄 수 있는 역할을 할 것이다. 또한, 에너지 사용량 감축을 위해 높아지는 건물 기밀도와 목조건축물의 취약한 부분에 습도를 조절하기 위한 천연소재로 탄화보드의 활용이 가능할 것으로 판단된다.
목질재료의 원료 크기가 작은 목섬유 또는 파티클로 제조된 탄화보드가 높은 흡방습 성능을 보일 것이라는 예상과는 다르게 목재 세포조직의 형태를 유지한 구조가 수분이 흡수가 빨리되는 것은 아마도 본연의 목재의 구조를 가진 채로 탄화됨으로 오히려 표면에서 흡수한 수분이 기존의 가도관과 방사조직을 따라 이동이 용이했으며, 탄화보드 내부까지 수분의 전달 및 고정이 용이했기 때문에 나타나는 결과로 판단된다. 추후 탄소소재를 이용하여 수분이동이 빠른 재료로 만들고자할 때 단순 탄소의 압착에 의한 방법이 아닌 미세 구조체를 가진 형태로 제작하여야 할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
기후변화의 원인으로 과학자들이 지목한 것은?
많은 과학자들은 기후변화의 원인으로 온실가스 중의 하나인 이산화탄소를 지목해왔다. 이에 한국정부는 유엔 기후변화협약에 따른 세계적 에너지 사용량 감축 정책에 동참하기 위해 온실가스 배출량 감축 목표를 2020년까지 30%, 2030년까지 37%로 설 정해 놓고 있다(Chae, 2016).
목조건축물에 사용되는 목재의 장점은?
목조건축물에 사용되는 목재는 공기 중의 수분을 흡수 또는 방출하여 적당한 습도를 유지시켜 실내 공기질을 향상시킬 뿐 아니라, 시각적 효과로 인해 정서적으로 인간을 안정되게 하여 스트레스를 낮추는 역할을 한다(FP Innovations, 2010). 하지만 목재는 이방성 재료로서 재료로 사용될 때 수분에 의한 영향을 크게 받는다.
중밀도섬유판, 파티클보드, 배향성스트랜드보드, 합판을 이용하여 탄화보드의 흡방습 특성을 살펴본 결과는 어떻게 되는가?
탄화보드는 $600^{\circ}C$에서 2시간 동안 열분해하는 조건으로 제조되었다. 그 결과, 탄화합판, 탄화OSB, 탄화MDF, 탄화파티클보드 순으로 높은 흡방습 성능을 나타내었다. 흡습률 및 방습률은 탄화파티클보드를 제외한 나머지 탄화보드들 간에 큰 차이는 발견하지 못했다.
참고문헌 (12)
Chae, K.S. 2016. Pilot-scaled field monitoring for $Co_2$ geological storage to reduce greenhouse gas emission-focusing on -EOR meruap project in Indonesia-. The Magazine of the Korean Society of Civil Engineers 64(1): 14-19.
Cho, S.H., Kim, H. 1990. A review of health effects of relative humidity in office building. The Korean Journal of Occupational and Environmental Medicine 2(2): 123-133.
FPInnovations. 2010. A synthesis of research on wood products and greenhouse gas impacts. Technical report No. TR-19R, ISBN 978-086488-540-1.
IPCC. 2000. Good practice guidance and uncertainty management in national greenhouse gas inventories, Hayama: Intergovernmental panel on climate change. Technical Support Unit.
Kim, S. M. 2013. Application of wood and wooden architecture in order to save construction energy. Architectural Research 57(4): 13-16.
KS F 2611:2009. 2009. Hygrothermal performance of building materials and products - Determination of moisture absorption/desorption properties in response to humidity variation.
Lee, M., Park, S.B., Lee, S.M. 2014. Effect of carbonization temperature on hygric performance of carbonized fiberboard. Journal of The Korean Wood Science & Technology 42(5): 615-623.
Lee, M., Park, S.B., Park, S.H., Kim, N.H. 2015. Investigation of moisture absorption and desorption properties for domestic and oversea wood species. Annual meeting of Korea Furniture Society. 65-67.
Micales, J.A., Skog, K.E. 1997. The decomposition of forest products in landfills. International Biodeterioration and Biodegradation. 39(2-3): 145-158.
Park, S.B. 2007. The manufacture method for harmful VOC absorbing carbonized panels from wood-based panels. Korea patent. No. 10-0776545-000.
Park, S.B., Lee, M., Son, D.W., Lee, S.M., Kim, J.I. 2014. Fire performance of carbonized medium density fiberboard manufactured at different temperatures. Journal of Wood Science 60(1): 74-79.
Son, D.W., Seo, H.J., Kang, M.R., Hwang, W.J., Park, S.B., Park, B.S., Oh, J.A. 2015. Combustion characteristics of indoor use wood species. ISBN 978-89-8176-100-4.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.