[논문]탁도에 의한 구리·알킬암모늄화합물계 목재방부제(ACQ)의 농도 예측

이종신; 김경태; 최광식

doi:10.5658/wood.2016.44.5.743

초록
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균일한 품질의 방부처리 목재 생산을 위해서는 방부약액의 농도관리가 필요하다. 아직까지 목재방부처리 현장에서 농도관리를 위하여 간편하게 방부약액의 농도를 측정할 수 있는 방법은 개발되어 있지 않다. 본 연구에서는 ACQ 목재방부제를 대상으로 비교적 손쉽게 측정할 수 있는 탁도를 이용하여 농도를 예측할 수 있는 방법을 검토하였다. 탁도가 현저하게 작은 알칼리성의 ACQ 약액에 20%의 인산 용액을 첨가하면 백색의 현탁 물질이 생성되며 탁도가 증가한다. 인산 용액의 최적 첨가량은 약액의 탁도가 최고치에 도달하는 pH 7 수준이며, 첨가량이 많아지면 약액의 산성화와 함께 탁도가 급격하게 떨어지고 약액은 투명해진다. ACQ 약액의 농도와 탁도 간에는 정(正)의 상관을 가지며 고도의 유의성이 인정되었다. 농도와 탁도로부터 유도된 회귀방정식을 사용하여 산출한 현장 채취 약액의 예측 농도 값과 적정법으로 측정한 실측 농도 값 간의 농도 차이에는 t 검정 결과, 유의성이 인정되지 않았다. 따라서 탁도와 회귀방정식을 이용하여 ACQ 현장 약액의 농도 관리가 가능할 것으로 예상된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The concentration control of wood preservatives is necessary to produce a preservative treated wood having a uniform quality. Concentration measurement method of wood preservatives to be easily used in the field has not been developed yet. This study examined the way to estimate the concentration fr...

The concentration control of wood preservatives is necessary to produce a preservative treated wood having a uniform quality. Concentration measurement method of wood preservatives to be easily used in the field has not been developed yet. This study examined the way to estimate the concentration from turbidity of ACQ wood preservative that can be relatively easily measured by using a portable turbidity meter. The addition of phosphoric acid solution in an alkaline ACQ solution having a very low turbidity is created a suspension of the white substance and the turbidity suddenly increased. The optimum amount of addition of the phosphoric acid solution is until the pH of ACQ solution reaches 7, the turbidity of the ACQ solution reaches maximum value. Excessive addition of the phosphoric acid solution results in a turbidity decrease with acidification of the ACQ solution. Also ACQ solution becomes transparent. The high significance was recognized with positive correlation between the concentration and the turbidity of the ACQ solution. From the t-test, The significant difference between the actually measured concentrations and the concentrations predicted by the regression equation for industrial ACQ solutions was not recognized. Thus, it was possible to know that concentration prediction and control of industrial ACQ solution using the turbidity and a regression equation. Therefore, using the regression equation and turbidity is expected to be able to management the concentration of ACQ solution in the industrial field.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 ACQ 원액과 목재방부처리 산업현장에서 채취한 방부처리 후 회수액을 대상으로 약액의 유효성분 농도와 탁도의 관계를 밝히고 탁도를 이용한 ACQ 방부약액의 농도 측정 가능성을 검토하였다.

제안 방법

농도 13.5 wt%의 ACQ의 원액을 사용하여 농도 1.0 wt%부터 0.1 wt%까지 0.05 wt%의 차이를 두고 희석하여 조제한 총 19종의 원액 희석액에 대하여 농도 20 wt% 인산용액을 pH가 7.0이 될 때까지 서서히 첨가한 후에 원액 희석액의 농도 별로 탁도를 조사하였다. Fig.
인산 첨가에 따른 ACQ 약액의 탁도 변화 경향을 보다 명확하게 밝히기 위하여 농도 0.54 wt% (25배 희석)로 희석한 원액 희석액을 대상으로 일정량의 인산 용액을 첨가하며 일정 pH에 도달했을 때의 탁도를 측정하여 탁도와 pH 간의 관계를 조사하였다 (Fig. 1). 인산용액 첨가량의 증가와 함께 원액 희석액의 pH가 알칼리성에서 산성 쪽으로 변화함에 따라 탁도에서도 변화가 나타났다.

대상 데이터

국내 목재방부제 사용량의 90% 이상을 점하고 있는 구리⋅알킬암모늄화합물계 목재방부제(이하 ACQ-2로 칭함)를 D사로부터 원액을 분양받아 사용하였으며, 원액의 농도와 pH는 각각 13.5 wt%와 12.5로 국내에서 조제한 약제이다. 원액의 유효성분 함유 비율은 각각 구리화합물(CuO로써)이 8.

이론/모형

목재방부처리 현장에서 채취하여 유효성분의 농도를 알 수 없는 방부공정 현장 회수액의 농도 측정은 AWPA에서 규정하고 있는 적정법(Cu; AWPA A2-11, DDAC; AWPA A17-09)에 의하여 수행하였다. 방부공정 현장 회수액의 시료 채취 수는 S사와 D사 모두 각각 5점씩 총 10점이며, 시료 채취일과 시간을 모두 달리하여 각각 500 mℓ씩 채취하여 실험에 사용하였다.
ACQ-2호 원액을 희석하여 조제한 원액 희석액과 방부처리 현장에서 채취한 방부공정 현장 회수액을 대상으로 탁도를 측정하였다. 탁도 측정에 앞서 약액의 전처리를 실시하였으며, 전처리는 AWPA A17-09의 적정법에 의한 DDAC 농도 측정방법을 준용하였다. 그 전처리 방법은 준비된 원액 희석액 또는 방부 공정 현장 회수액으로부터 시료 2 g을 취한 후 증류수 25 mℓ를 첨가하여 희석한 다음 여기에 농도 20 wt%로 조제한 인산용액을 서서히 첨가하며 균질하게 혼합하여 pH 7이 되도록 하였다.

성능/효과

1. 알칼리성인 ACQ 약액에 20%의 인산 용액을 첨가하면 백색의 현탁 물질이 생성되어 탁도 증가효과를 얻을 수 있다.
2. 20% 인산 용액의 최적 첨가량은 약액의 탁도가 최고치에 도달하는 pH 7 수준이며, 이를 초과 하게 되면 약액의 산성화와 함께 약액이 투명해지고 탁도가 급격하게 감소한다.
3. ACQ 약액의 농도와 탁도 간에는 정(正)의 상관을 가지며 고도의 유의성이 인정되고 얻어진 회귀식의 결정계수는 1에 근접하여 높은 적합도를 보인다.

후속연구

9902로 거의 1에 가깝기 때문에 회귀식의 적합도는 매우 높다고 할 수 있다. 따라서 이와 같은 결과로부터 목재방부처리 현장에서 간편하게 ACQ 약액의 탁도를 측정한 후 상기 회귀식을 적용하여 ACQ 약액의 농도를 예측함으로써 손쉽게 약액의 농도 관리가 가능할 것으로 예상되며, 또한 균일한 품질의 방부목 생산에 유용하게 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
한편, S사의 5번 시료의 경우, t 검정에서는 유의성이 인정되지 않았으나 예측 농도 값과 실측 농도 값 간에 다른 시료에 비하여 큰 차이를 보였다. 이러한 결과로부터 탁도를 이용하여 예측 가능한 농도 상한치의 유무와 함께 일정 농도 이상의 고농도 시료의 경우 희석처리 후 탁도 측정에 의한 농도 예측 방법을 추가적으로 조사할 필요가 있는 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	탁도 측정방법 중 표면산란광 측정방법이란?	탁도는 물의 탁한 정도를 표시하는 것으로 여러 가지 부유물질에 의해 발생되며, 탁도는 용액 중에 부유하는 현탁 물질의 농도와 높은 상관관계를 가지는 것으로 보고되고 있다(Hannouche 등, 2011; Holliday 등, 2003; Minella 등, 2008; Pavanelli 와 Bigi, 2005). 탁도 측정방법 중에서 표면산란광 측정방법은 시료에 조사된 광원이 시료 중의 입자에 부딪쳐 산란되는 산란광을 측정하는 방법으로 산란 광의 강도는 액중의 현탁 물질의 농도에 비례한다. 따라서 전술한 바와 같이 인산 첨가에 의해 ACQ 약액 중에 생성되는 부유물질은 약액 중의 유효성분의 농도와 비례 관계를 나타낼 것으로 생각되며, 이 관계가 명확하게 밝혀지면 휴대용 탁도계에 의한 ACQ 약액의 농도 측정을 목재방부처리 현장에서 간편하게 할 수 있을 것으로 기대된다.
	현재 방부약액의 농도관리를 위한 농도 측정은 어떻게 이뤄지는가?	이들 규정에 맞는 제품을 생산하기 위해서는 방부처리 현장에서 방부약액의 농도관리가 무엇보다 중요하다. 그러나 약 액의 농도 관리를 위한 농도 측정은 전문기관에 의뢰하여 고성능액체크로마토그래프(High performance liquid chromatograph, HPLC)나 유도결합플라즈마분광기(Inductively coupled plasma spectrometer, ICP) 등 고가의 정밀 분석 장비를 이용하는 방법 이외에 간편하게 현장에서 확인할 수 있는 기술은 개발되어 있지 않다. 한편, 고가의 첨단분석 장비를 사용하지 않고 실험실에서 구리⋅알킬암모늄화합물계 (alkaline copper quaternary, ACQ) 목재방부제의 농도를 측정할 수 있는 방법으로 미국보존자협회 (American wood protection association, AWPA) 규격의 적정법(AWPA A2-09, A17-09)이 있으나, 이 또한 복잡한 전처리 과정과 숙련된 측정 기술이 요구되기 때문에 방부처리 목재 생산 현장에서 편리하고 간편하게 활용하기에는 어려움이 있다.
	구리⋅알킬암모늄화합물계 목재방부제의 농도를 측정하는 AWPA 규격의 적정법의 단점은?	그러나 약 액의 농도 관리를 위한 농도 측정은 전문기관에 의뢰하여 고성능액체크로마토그래프(High performance liquid chromatograph, HPLC)나 유도결합플라즈마분광기(Inductively coupled plasma spectrometer, ICP) 등 고가의 정밀 분석 장비를 이용하는 방법 이외에 간편하게 현장에서 확인할 수 있는 기술은 개발되어 있지 않다. 한편, 고가의 첨단분석 장비를 사용하지 않고 실험실에서 구리⋅알킬암모늄화합물계 (alkaline copper quaternary, ACQ) 목재방부제의 농도를 측정할 수 있는 방법으로 미국보존자협회 (American wood protection association, AWPA) 규격의 적정법(AWPA A2-09, A17-09)이 있으나, 이 또한 복잡한 전처리 과정과 숙련된 측정 기술이 요구되기 때문에 방부처리 목재 생산 현장에서 편리하고 간편하게 활용하기에는 어려움이 있다. 이러한 이유 때문에 현재 국내 방부처리 목재 생산현장에서는 현장 작업자에 의해 목재의 방부 처리량 및 방부처리 후 회수되는 약액(회수액)의 양에 따라 원액을 희석한 희석액을 일정량 첨가하는 방식의 경험적인 방법에 의해 농도관리를 해 오고 있어 균질한 품질의 방부처리 목재를 생산하는데 한계가 있다.

참고문헌 (9)

American wood protection association (AWPA). 2010. Standard methods for analysis of waterborne preservatives and fire-retardant formulations. A2-09. AWPA. Birmingham. pp. 188.
American wood protection association (AWPA). 2010. Standard for determination of didecyldimethylammonium chloride in ACQ solutions. A17-09. AWPA. Birmingham. pp. 247.
Hannouche, A., Chebbo, G., Ruban, G., Tassin, B., Lemaire, J., Joannis, C. 2011. Relationship between turbidity and total suspended solids concentration within a combined sewer system. Water Science & Technology. 64(12): 2445-2452.

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Holliday, C.P., Rasmussen, T.C., Miller, W.P. 2003. Establishing the relationship between turbidity and total suspended sediment concentration. Proceedings of the 2003 Georgia Water Resources Conference.
Korean industrial standard. 2010. Wood preservatives. KS M 1701. Korean agency for technology and standards.
Minella, J.P.G., Merten, G.H., Reichert, J.M., Clarke, R.T. 2008. Estimation suspended sediment concentrations from turbidity measurenents and the calibration problem. Hydrological Process. 22: 1819-1830.

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Notification of national institute of forest science. 2015. Specifications and quality standards of wood products (2015-8). preservative treated wood (annex 2). National institute of forest science.
Michinori, O., Toshiyaki, O., Gynji, T., Hideko, C. 1994. Kagakujiten. pp. 1014. Kabushikikaisya Tokyokagakudoujin. Tokyo.
Pavanelli, D., Bigi, A. 2005. Indirect methods ot estimate suspended sediment concentration: Reliability and relationship of turbidity and settleable solids. Biosystems Engineering. 90(1): 75-83.

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