초록 ▼

목재는 인류의 역사와 함께 공생해 온 가장 오래된 인체 친화적인 환경소재이다. 근년 생활문화가 자연 지향적인 주거문화 중심으로 바뀌어 가면서 천연목재에 대한 수요는 확대되어 가고 있다. 그러나, 지나친 벌채로 인해 양질의 천연목재가 양적으로 점차 줄어듬에 따라 목재를 베니어, 톱밥, 섬유상으로 가공, 접착한 합판(Plywood), 파티클보드(Particleboard), 섬유판(Fiberboard) 등 목질접착제품의 수요는 꾸준히 증가하고 있다. 인체한 유해한 포름알데히드계 접착제가 혼합된 이들 목질판상제품이 더욱 쾌적하고 안전한 건

목재는 인류의 역사와 함께 공생해 온 가장 오래된 인체 친화적인 환경소재이다. 근년 생활문화가 자연 지향적인 주거문화 중심으로 바뀌어 가면서 천연목재에 대한 수요는 확대되어 가고 있다. 그러나, 지나친 벌채로 인해 양질의 천연목재가 양적으로 점차 줄어듬에 따라 목재를 베니어, 톱밥, 섬유상으로 가공, 접착한 합판(Plywood), 파티클보드(Particleboard), 섬유판(Fiberboard) 등 목질접착제품의 수요는 꾸준히 증가하고 있다. 인체한 유해한 포름알데히드계 접착제가 혼합된 이들 목질판상제품이 더욱 쾌적하고 안전한 건축자재로서 소비자의 신뢰를 받기 위해서는 지속적인 연구개발을 통하여 실내 주거환경을 평가하고 개선할 수 있는 새로운 기술을 개발하고, 이들 기술을 산업체에 적용하여 국내 산업의 경쟁력을 확보와 품질 향상을 위한 노력이 필요하다.
본 연구보고서는 목질계 건축자재의 VOC(휘발성유기화합물, Volatile Organic Compounds) 방출 및 흡착 특성을 구명하여 목질제품의 인체 친화성과 쾌적성을 증대시키고, 실내환경에서의 유해 화학물질을 저감시킬 수 있는 친환경 건축자재를 개발하여 주거환경의 건강성, 안전성 및 쾌적성을 확보하기 위한 산림과 학원, 대학, 산업체에서 이루어진 산학연 공동의 연구 결과를 정리한 것이다.
제1장 서 론
제1장에서는 본 연구를 수행하게 된 배경과 목적을 기술하였다. 제2장에서는 목재용 도료의 VOC 방출 특성 및 목재의 도장처리에 따른 VOC 단기 및 장기방출특성에 대해 기술하였다. 제3장에서는 유해화학물질 저감형 건축내장재로 개발된 탄화보드 및 대나무숯 소성체의 제조법에 대해 기술하였다. 제4장에서는 탄화보드와 대나무숯 소성체의 물리, 화학적, 전기적 특성을 기술하였다. 제5장 에서는 탄화보드의 고부가가치화를 위해 시도한 서각 시작품의 제조법과 특성을 기술하며, 아울러 탄화보드의 친환경 산업화를 위한 무연 탄화시스템 개발의 초기시험 연구에 대해 소개하였다.
제2장 목재의 도장처리에 따른 VOC 방출특성 구명
목조주택의 실내에서 사용되는 목재용 도료에 대한 VOC 방출 특성과 도장처리 목재의 VOC 장기 방출특성을 분석한 결과를 종합적으로 정리하면 다음과 같다.
Varnish 계열의 목재도료는 목재의 천연 VOC를 완전히 차단하고, Toluene,Xylene, Ethyl benzene 등의 유해 VOC를 다량 방출하였다. 수성스테인 계열은 목재 자체의 천연 VOC를 24~28% 방출하였으며, 식물성 천연도료는 목재의 천연 VOC를 18% 정도 방출하였다. 목조주택 고유의 향기를 최대한 살리기 위해서는 천연목재를 그대로 사용하는 것이 바람직한 것으로 판단되었다.
현재 환경부에서는 일반 건축자재의 TVOC 방출량을 4,000㎍/㎡·h(4㎎/㎡·h)로 높게 책정하고 있어 건조된 도장목재의 TVOC는 별 문제가 없는 것으로 사료되었지만, 공기청정협회에서 시행하는 친환경 HB마크 인증등급에서는 최우수등급에 미치지 못하였다. 목재 고유의 천연 VOC 성분인 테르펜의 존재에 의한 것으로 판단된다. 목재 도장 후 2개월 경과시 TVOC 방출량은 72~136㎍/㎡·h로 환경부 기준 4,000㎍/㎡·h를 훨씬 하회하였으며, Toluene 방출량은 0.32~49.5㎍/㎡·h로 환경부 기준 80㎍/㎡·h를 통과하였다.
본 연구를 통해 목조주택의 건강한 실내공기질 확보를 위해서는 목재의 사용자체보다 도장재료 즉, 도료의 선택이 무엇보다 중요하다는 것을 확인하였다. 실내에서 사용되는 목재용 도료로써 가장 이상적인 형태는 목재가 가지는 결함을 보완하면서 도료 자체에서 방출되는 유해물질이 없어야 하고, 목재가 숨 쉬는 재료로 남아 있을 수 있도록 해야 한다. 이러한 측면에서 식물성 천연도료가 현재로써는 실내 목재도장에 가장 적합한 도료로 판단되며, 목조주택의 쾌적하고 안전한 실내공기질 확보를 위해 천연도료의 보다 활발한 개발과 보급이 이루어져야 할 것으로 판단된다.
제3장 유해화학물질 저감형 건축내장재 개발
유해화학물질 저감형 건축내장재로 개발된 탄화보드 및 대나무숯 소성체의 제조 및 특성을 종합적으로 정리하면 다음과 같다.
탄화보드 제조시, MDF가 PB, 합판에 비해 두께, 체적 및 밀도감소율이 1.2~1.7배 컸으며, 400℃에서 최저 밀도를 나타내고 탄화온도가 증가할수록 밀도는 다소 증가하는 경향을 나타내었다. 탄화하기 전 원재료의 사전 타공(Punching)에 의해 탄화보드의 디자인, 흡착성, 흡음성 개선이 가능한 것으로 판단되었다.
전자현미경(SEM)을 통해 탄화보드의 구조를 관찰한 결과, 탄화온도 500~800℃ 부근에서 목질재료와 접착제의 탄화가 완성되며, 2,000℃에서는 표면이 매우 조밀화(Densification)되었다. 1,400℃ 이상에서 제조된 탄화 PB와 탄화 MDF에서 침상(Needle-like)의 결정구조가 관찰되었으며, 탄화 합판에서는 400℃에서도 도관 내부에 선상 결정구조가 관찰되었다. 록크웰 경도계의 조사 결과, 동일 탄화온도에서는 탄화 MDF>탄화 PB>탄화 합판의 순으로 표면경도(Surface hardness)가 높았다.
MDF로 제조한 탄화보드의 경우, 탄화온도 1,100℃ 이상에서는 전자파 차폐효과가 99.99%로 매우 높았으며, 1,200℃ 이상에서는 차폐율에 큰 차이가 없었다.
탄화보드의 종류별 흡습성능은 무처리 목질재료>탄화 MDF>탄화 PB≥탄화합판의 순이며, 저온탄화(1,000℃ 이하)가 고온탄화(1,200℃ 이상)에 비해 흡습율이 높은 경향을 보였다.
1,000℃ 이상에서 제조된 탄화보드는 KS 내부마감재료의 난연기준을 통과하며 탄화온도가 높을수록 난연성은 증가하였다. 탄화 합판은 1,000℃에서 난연성이 가장 우수하며, 2,000℃에서는 산화 현상이 발생하였다.
대나무숯(BC) 다공질 소성체의 수분에 대한 흡수율은 25% 정도이며, 완전 포수하더라도 형상의 변화는 없었다. 반면, 일본 수입 대나무숯 허니컴은 흡수율은 45% 정도로 대나무숯 다공질 소성체에 비해 높았으나, 포수시 형상 파괴가 관찰되었다.
목재(물푸레나무) 및 목질재료(합판, PB, MDF)를 이용한 탄화보드 제조시험을 통해 탄화온도에 따른 재료별 변화율(400~2,000℃)을 조사하였다. 길이수축율은 MDF가 8~27%로 가장 크며, 폭수축율은 목재가 16~31%로 가장 컸다. 두께수축율은 32~47%로 MDF가 가장 크며, 밀도감소율은 목재가 40~37%로 가장 컸다.
중량감소율은 4 시료간 유사한 경향을 나타내었다.
탄화보드의 표면성능 부여기술로써 무늬목 또는 집성판을 부착한 나무결 탄화보드를 새롭게 개발하였으며 그 제조공정을 확립하였다. 탄화보드의 공장 실연시험을 통하여 박판 또는 후판의 대형 MDF에 대한 탄화보드 제조기술이 확립되었다.
제4장 기능성 건축내장재의 특성 구명
유해화학물질 저감형 건축내장재로 개발된 탄화보드와 대나무숯 소성체의 유해 VOC 흡착 성능을 종합적으로 정리하면 다음과 같다.
흡착건재장치를 이용하여 13종의 건축재료에 대한 포름알데히드 단기 흡착성능을 비교 시험한 결과, 나무결 탄화보드의 포름알데히드 탈취율이 96%로 가장우수하였다. 흡착시험용 챔버에 의한 탄화보드의 포름알데히드 장기 흡착성능을 조사한 결과, 초기 흡착력은 장기간에 걸쳐 계속되며 탄화보드의 내장면적에 비례하여 포름알데히드 방출량은 감소하였다.
목질계 탄화보드의 종류에 따른 포름알데히드 흡착효율은 탄화 PB>탄화 MDF>탄화 합판의 순이었으며 비표면적(BET)에 거의 비례하였다. 편백(앞면)과 탄화보드(뒷면)를 조합하여 개발한 탄화보드에 부착한 인테리어용 나무벽지의 포름알데히드 흡착효율을 비교한 결과, 탄화보드(55.8%)>탄화보드 부착 나무벽지(46.0%)>나무벽지(21.9%)>PB(Control)의 순이었다.
대나무숯(BC) 다공질 소성체의 포름알데히드에 대한 흡착실험 결과, BC 다공질 소성체-50(46.2%)>BC 다공질 소성체-30(30.8%)>BC 다공질 소성체-10(19.2%)=BC 허니컴(JP, 19.2%)>발사목탄(3.8%)의 순이었으며, BC 성형체는 냉장고 탈취제 등 유해 VOC 흡착재로서의 개발 가능성이 높은 것으로 판단되었다.
제5장 탄화보드의 신용도 개발
유해화학물질 저감형 건축내장재로 개발된 탄화보드의 고부가가치화를 도모하기 위하여 서각 작품화와 표면 컬러화가 시도되었다. 아울러, 탄화보드의 친환경산업화를 위한 무연 탄화시스템 개발이 시도되었다.
탄화보드를 이용한 서각작품의 제작기법을 2종 개발하였다. 수작업에 의한 조각기법은 먼저 MDF에 조각한 다음 탄화하여 작품을 제작하는 방법이며, 기계작업(샌드블라스터)에 의한 조각기법은 탄화보드를 만든 다음 모래분사에 의해 조각하는 방법이다. 탄화보드 응용 서각작품은 순수 목탄으로 구성되어 작품의 영구보존이 가능하며, 숯의 흡착기능, 전자파차폐기능, 습도조절기능 등이 제공되므로 타 예술분야의 바탕소재로써의 이용 가능성이 매우 높다.
탄화보드 제조시 발생되는 연기의 재활용 시스템 구축을 위하여 무연장치를 제작하고 탄화보드의 제조시 발생하는 탄화연기에 대한 성분 조사를 실시하였다. 배연 가스가 무연연소장치를 통과한후 CO2, NO2 가스가 상대적으로 감소하였으며, NO, SO2, NOx 등의 함량은 증가하였다. 약 100kg의 MDF를 탄화할 때 얻어지는 총열량은 약 35만cal이며, 그 중 30% 정도인 10만cal가 실제 이용 가능하다. 탄화보드 제조시 이산화탄소 고정량의 산출 방식은 이산화탄소 고정량과 MDF 투입시 이산화탄소 고정량의 환산에 의한 방식으로 산출되는데, 약80%의 이산화탄소가 고정된다. 탄화보드 산업은 지구환경적인 측면에서 신성장녹색산업으로 육성이 가능한 것으로 판단된다.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 발간사 ... 3
• 목차 ... 5
• 요약 ... 11
• 표목록 ... 17
• 그림목록 ... 20
• Nomenclature ... 25
• 제1장 서 론 ... 27
• 제2장 목재의 도장처리에 따른 VOC 방출특성 구명 ... 32
• 1. 서 론 ... 32
• 2. 재료 및 방법 ... 34
• 2. 1. 목재용 도료의 TVOC 측정 ... 34
• 2. 2. 도장목재의 VOC 측정 ... 37
• 2. 3. VOC 분석 방법 ... 39
• 2. 4. 수종에 따른 도장목재의 TVOC 정량과 방출패턴 분석 ... 44
• 2. 5. 도장목재의 VOC 장기 방출량 변화 ... 45
• 3. 결과 및 고찰 ... 47
• 3. 1. Varnish의 TVOC 방출 ... 47
• 3. 2. Coat의 TVOC 방출 ... 49
• 3. 3. Waterborne Stain의 TVOC 방출 ... 51
• 3. 4. Oil Stain의 TVOC 방출 ... 53
• 3. 5. 도장목재의 TVOC ... 54
• 3. 6. 도장목재의 개별 VOC ... 55
• 3. 7. 목재와 도장목재의 천연 VOC ... 59
• 3. 8. 도장목재의 시간에 따른 VOC 방출량 변화 ... 61
• 3. 8. 1. 시간에 따른 TVOC 방출량 변화 ... 61
• 3. 8. 2. 시간에 따른 NVOC 방출량 변화 ... 63
• 3. 8. 3. α-Pinene의 경시변화 ... 69
• 3. 8. 4. 도장목재의 인공 VOC(AVOC)의 시간에 따른 방출량 ... 71
• 3. 8. 5. 수종에 따른 도장목재의 TVOC 정량과 방출패턴 분석 ... 73
• 3. 8. 6. 도장목재의 TVOC 장기 방출량 변화 ... 75
• 3. 8. 7. 도장목재의 천연 VOC(NVOC) 장기 방출량 변화 ... 77
• 3. 8. 8. 도장목재의 α-pinene 장기 방출량 변화 ... 78
• 3. 8. 9. 도장목재의 인공 VOC(AVOC) 장기 방출량 변화 ... 80
• 3. 8. 10. 도장목재의 Toluene 장기 방출량 변화 ... 80
• 4. 결 론 ... 82
• 제3장 유해화학물질 저감형 기능성 건축재료 개발 ... 84
• 1. 서 론 ... 84
• 2. 재료 및 방법 ... 86
• 2. 1. 탄화보드의 제조 및 물성조사 ... 86
• 2. 2. 대형 탄화보드의 제조 및 물성조사 ... 88
• 2. 3. 표면가공에 따른 탄화보드의 제조 및 물성조사 ... 89
• 2. 3. 1. 타공 MDF 탄화보드 제조 및 물성변화 ... 89
• 2. 3. 2. 무늬목 부착 나무결 탄화보드 제조 및 물성조사 ... 90
• 2. 3. 3. 집성판 부착 나무결 탄화보드 제조 및 물성조사 ... 91
• 2. 4. 고강도 탄화보드 제조 ... 92
• 2. 4. 1. 무기질복합에 의한 고강도 탄화보드 제조 ... 92
• 2. 4. 2. 폴리머복합에 의한 고강도 탄화보드 제조 ... 94
• 2. 4. 3. 폴리머함침에 의한 고강도 탄화보드 제조 ... 94
• 2. 5. 대나무숯 다공질 성형체의 제조 및 물성조사 ... 95
• 3. 결과 및 고찰 ... 96
• 3. 1. 탄화보드의 제조 및 물성조사 ... 96
• 3. 1. 1. 탄화보드의 치수, 중량 및 밀도감소율 ... 96
• 3. 1. 2. 탄화온도에 따른 재료간 탄화특성 비교 ... 98
• 3. 1. 3. 탄화보드의 표면경도 비교 ... 100
• 3. 1. 4. 탄화보드의 탄화온도에 따른 전자현미경적 조직관찰 ... 101
• 3. 1. 5. XRD를 이용한 탄화보드의 구조분석 ... 125
• 3. 2. 대형 탄화보드의 제조 및 물성조사 ... 130
• 3. 3. 표면가공에 따른 탄화보드의 제조 및 물성조사 ... 133
• 3. 3. 1. 타공 MDF 탄화보드의 제조 및 특성조사 ... 133
• 3. 3. 2. 무늬목 부착 나무결 탄화보드의 제조 및 물성조사 ... 137
• 3. 3. 3. 집성판 부착 나무결 탄화보드의 제조 및 물성조사 ... 138
• 3. 4. 무기질복합 MDF의 탄화에 따른 물성변화 ... 140
• 3. 5. 폴리머복합에 의한 고강도 탄화보드 제조 ... 142
• 3. 5. 1. 폴리머 코팅에 의한 고강도 탄화보드 제조 ... 142
• 3. 5. 2. MDF의 폴리머함침에 의한 고강도 탄화보드 제조 ... 143
• 3. 5. 3. 탄화보드의 폴리머함침에 의한 고강도 탄화보드 제조 ... 145
• 3. 6. 대나무숯 다공질 성형체의 제조 및 물성조사 ... 147
• 4. 결 론 ... 148
• 제4장 기능성 건축내장재의 특성 구명 ... 150
• 1. 서 론 ... 150
• 2. 재료 및 방법 ... 151
• 2. 1. 탄화보드의 흡습성능 ... 151
• 2. 2. 탄화보드의 난연성 ... 151
• 2. 3. 탄화보드의 전자파 차폐 성능 ... 151
• 2. 4. 탄화보드의 종류별 포름알데히드 흡착성능 ... 151
• 2. 5. KS 데시케이터법에 의한 탄화보드의 포름알데히드 흡착성능 비교 ... 152
• 2. 6. 표면처리 탄화보드의 포름알데히드와 암모니아 탈취 성능 ... 152
• 2. 7. 목질건재의 표면처리에 따른 VOC 단기 흡착성능 비교시험 ... 152
• 2. 8. 탄화보드의 포름알데히드 장기 흡착성능 비교시험 ... 155
• 2. 9. 탄화보드의 침대판 이용을 위한 열적성질 조사 ... 157
• 2. 10. 대나무숯 다공질 성형체의 포름알데히드 흡착 및 흡수성능 ... 157
• 3. 결과 및 고찰 ... 159
• 3. 1. 탄화보드의 흡습성능 ... 159
• 3. 2. 탄화보드의 난연성 ... 161
• 3. 3. 탄화보드의 전자파 차폐 성능 ... 164
• 3. 4. 탄화보드의 종류별 포름알데히드 흡착성능 ... 166
• 3. 5. KS 데시케이터법에 의한 탄화보드의 포름알데히드 흡착성능 비교 ... 168
• 3. 6. 표면처리 탄화보드의 포름알데히드와 암모니아 탈취 성능 ... 169
• 3. 7. 목질건재의 표면처리에 따른 VOC 단기 흡착성능 비교시험 ... 171
• 3. 8. 탄화보드의 포름알데히드 장기 흡착성능 비교시험 ... 172
• 3. 9. 탄화보드의 침대판 이용을 위한 열적성질 조사 ... 173
• 3. 10. 대나무숯 다공질 성형체의 포름알데히드 흡착 및 흡수성능 ... 174
• 4. 결 론 ... 176
• 제5장 탄화보드의 신용도 개발 ... 179
• 1. 서 론 ... 179
• 2. 재료 및 방법 ... 183
• 2. 1. 탄화보드의 서각작품화 ... 183
• 2. 1. 1. 수작업에 의한 서각작품화 ... 183
• 2. 1. 2. 기계작업에 의한 서각작품화 ... 184
• 2. 1. 3. 탄화보드의 조직학적 관찰 ... 185
• 2. 2. 탄화보드의 표면 컬러화 ... 185
• 2. 3. 탄화보드 제조시 발생되는 연기의 재활용 시스템 구축 ... 186
• 3. 결과 및 고찰 ... 186
• 3. 1. 탄화보드의 서각작품화 ... 186
• 3. 1. 1. 수작업에 의한 서각작품화 ... 186
• 3. 1. 2. 탄화보드의 주사전자현미경적 조직관찰 ... 188
• 3. 1. 3. 탄화보드 서각작품의 특성 ... 189
• 3. 1. 4. 기계작업에 의한 서각작품화 ... 192
• 3. 2. 탄화보드의 표면 컬러화 ... 193
• 3. 2. 1. 컬러 탄화보드의 색상 안정성 조사 ... 193
• 3. 2. 2. 고온 컬러색상 부여기술 ... 197
• 3. 2. 3. 탄화보드의 표면코팅에 따른 포름알데히드 흡착력 조사 ... 198
• 3. 2. 4. UV 프린터를 이용한 탄화보드 아트월 시작품 제작 ... 199
• 3. 3. 탄화보드 제조시 발생되는 연기의 재활용 시스템 구축 ... 200
• 3. 3. 1. 무연장치 제작 및 탄화연기 성분조사 ... 200
• 3. 3. 2. 연소장치 제작 및 연소효율 측정 ... 201
• 3. 3. 3. 탄화보드 제조시 이산화탄소 고정량 산출 ... 201
• 4. 결 론 ... 202
• 참고문헌 ... 205
• 국립산림과학원 연구보고 목록 ... 221
• 끝페이지 ... 232