구조용 파티클보드 제조 Ⅱ - 함지율이 강도적 성질에 미치는 영향

박세휘 ( Se-hwi Park ),강은창 ( Eun-chang Kang ),이민 ( Min Lee ),이상민 ( Sang-min Lee ) 한국목재공학회 2021 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2021 No.1

전량 수입되고 있는 OSB를 대체하기 위한 구조용 파티클보드(Structural particleboard, 이하 S-PB)를 제조하였으며, 국내 실정에 적합한 제조조건을 확립하고자 하였다. 내수성능을 확보하기 위해 멜라민-요소-폼알데하이드 수지 접착제(이하 MFU 수지)를 사용하였으며, 수지 사용량 최적화를 위해 함지율을 달리하여 성능을 평가하였다. 합성된 MFU 수지는 F/MU=1.00, 멜라민 함량 27%, 고형분 62%였으며, 조건별 중층 함지율을 다르게 적용하여 20% 염화암모늄 수용액(접착제 고형분 대비 3%) 및 왁스에멀젼(전건 파티클 중량대비 1%)과 함께 혼합하였다. 표층 파티클 함지율은 15%로 고정하였으며, 중층 파티클 함지율은 본 실험의 조건으로써 12%, 14% 및 16%로 다르게 적용하였다. 도포 후 중층 매트함수율은 각각 12.83%, 14.15% 및 14.77%였으며, 표층은 11.54%로 동일하였다. 보드의 표층과 중층 비율은 이전 연구에서 선정된 40 : 60를 사용하였으며, 목표밀도 750 ㎏/㎥으로 설정하였다. 열압조건은 온도 180℃ 및 시간 15 s/㎜로 하였으며, 압력은 3단계(40 ㎏f/㎠-32 ㎏f/㎠-20 ㎏f/㎠)로 나누어 가압하였다. ISO 16893에 따라 제조된 보드의 기초물성을 비교분석하였다. 모든 조건에서 목표밀도에 근접하게 제작된 점을 확인하였으며, 함수율은 5∼6%로 나타났다. 함지율이 증가함에 따라 MOR과 MOE가 각각 18.4∼21.5 MPa 및 3846∼4003 MPa로 증가하는 경향을 나타냈다. 또한, 박리강도와 흡수두께팽창률이 향상되었다. 모든 시편은 ISO에 명시된 구조용 등급(LB-MR2)을 전반적으로 만족시켰으며, 중층 함지율의 증가는 강도개선에 긍정적인 효과를 주는 것으로 분석되었다. 다만 함지율 증가에도 불구하고 습윤시 휨강도는 기준(9.0 Mpa 이상)에 부합하지 못하였으며, 경제성 측면에서 불리한 함지율 과도 상향보다는 다른 제조조건에 탐색이 보다 유리할 것으로 예상된다.

건축 내장재로써 탄화 대나무의 활용가치 분석

박세휘(Park, Se-Hwi),장재혁(Jang, Jae-Hyuk),이민(Lee Min),Fauzi Febrianto 대한건축학회 2017 대한건축학회 학술발표대회 논문집 Vol.37 No.2

목조건축용 신규 판상소재 개발 (WSB)

박세휘 ( Se-hwi Park ),임용환 ( Yong-hwan Lim ),우영도,이원노 ( Won-no Lee ),윤종선 ( Jong-sun Yoon ),이민 ( Min Lee ) 한국목재공학회 2023 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2023 No.1

인도네시아 주요 조림수종의 연소특성

박세휘 ( Se Hwi Park ),장재혁 ( Jae Hyuk Jang ),( Wahyu Hidayat ),( Yue Qi ),( Fauzi Febrianto ),김남훈 ( Nam Hun Kim ) 한국목재공학회 2015 목재공학 Vol.43 No.6

본 연구에서는 인도네시아 조림지에서 생장한 4수종의 효율적 활용방안을 마련하기 위해 콘칼로리미터법에 의해 연소특성을 조사하였다. 그 결과, 평균열방출량(HRRmean)은 비중에 비례하였으며, 총열방출량(THR) 및 연소시간(FT) 등열관련 계수도 같은 경향을 나타냈다. Albizia는 열방출 시간이 짧았고, Mindi는 4수종 중 점화시간(TTI)과 연소시간(FT)이 길어져 4수종 중 연소속도가 늦었고, 열방출 시간도 가장 길게 이어져 결국은 Mangium 수종과 비슷한 총열방출률을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. Albizia는 공시수종 중 가장 높은 비소화면적 값을 나타내어 연기발생비율이 높았고, 반대로 Mindi는 가장 낮은 비소화면적 값을 나타내 연기발생비율이 낮았다. 초기 연기방출률은 Albizia가 높았으나 이후에는 Gmelina와 Mangium 의 연기방출률이 높아져 총연기발생량이 높게 나타났다. Gmelina는 불완전연소로 인해 연소기간 중 가장 많은 일산화탄소 연기를 생성하였고, CO/CO2 비율은 다른 수종에 비해 3배 이상 높았다. This study was performed to understand combustion properties four major Indonesian wood species such as Albizia, Gmelina, Mangium and Mindi were investigated by cone-calorimeter for better utilization of theses wood species. Heat release rate (HRR), total heat release (TSR), specific mass loss rate (SMLR), effective heat of combustion (EHC), time to ignition (TTI), flame time (FT), specific extinction area (SEA), smoke production rate (SPR) and CO compound production rate were measured. HRR, THR and FT were proportional to the density of woods. Albizia showed the highest HRR, while Mindi had the lowest HRR. For SPR, Albizia showed the highest value due to its higher SEA. On the other hand, Mindi had the lowest SPR due to a lower SEA value. The highest smoke emission was for Albizia at the beginning of combustion. After 300 seconds, smoke emission of Gmleina and Mangium was increased greatly. Mangium and Mindi showed the highest total carbon dioxide emission. Expecially, Gmelina released the highest carbon monoxide during the combustion period and presented three times higher CO/CO2 ratio than those of other species due to incomplete combustion.

자외선 조사에 의한 인도네시아 주요 조림수종 목재의 재색변화

박세휘 ( Se Hwi Park ),장재혁 ( Jae Hyuk Jang ),( Yue Qi ),( Wahyu Hidayat ),황원중 ( Won Joong Hwang ),( Fauzi Febrianto ),김남훈 ( Nam Hun Kim ) 한국목재공학회 2016 목재공학 Vol.44 No.1

본 연구에서는 인도네시아산 주요 조림 4수종 목재의 기후열화에 대한 내구성을 평가하기 위하여 재색변화를 조사하였다. 자외선, 촉진내후시험 및 야외노출 등의 세 가지 조건에서 실험하였고 색차계를 이용하여 재색변화(L*a*b*)와 색변화량(ΔE*ab)을 측정하였다. 그 결과, 공시수종 목재 모두 자외선 조사에 의해 목재의 색이 뚜렷하게 변화되었다. 자외선 노출조건에서 명도는 거의 변화가 없었고, 4수종 목재 모두 적색화 및 황색화가 진행되었다. 촉진내후시험 조건에서 공시목재 모두 백색화가 진행되었고, 녹색화 및 청색화가 진행되었다. 야외폭로 조건에서 Albizia재와 Gmelina재는 백색도가 감소하였고, Mangium재와 Mindi재는 백색도가 오히려 상승하였으며, 4수종 모두 녹색화 및 청색화가 진행되었다. 색변화량은 자외선노출 조건에서 Albizia재와 Gmelina재가 컸고 Mangium재와 Mindi재는 다소 작았다. 또한, 목재의 색변화는 자외선과 더불어 수분의 존재상태에 크게 의존하는 것으로 생각되었다. 결론적으로, 자외선 조사는 목재의 색상을 뚜렷하게 하여 목재의 가치를 향상시킬 수 있는 하나의 방법으로 생각되었다. This study was performed to understand wood durability to climate deterioration of planted Indonesian wood specie such as Albizia, Gmelina, Mangium and Mindi. Wood samples were exposed to indoor and outdoor condition. L*a*b* and Color changes (ΔE*ab) were determined by a spectrophotometer. As a result, color of all samples was changed more markedly by ultraviolet radiation. In indoor test with UV, brightness of wood specimens from four species was not changed and all samples were changed into more reddish and yellowish. In accelerated weathering test, all samples were bleached and changed into more greenish and blueish. In outdoor test, brightness of wood specimens decreased in Albizia and Gmelina and increased in Mangium and Mindi. All wood specimens in outdoor test were changed into more greenish and blueish. Albizia and Gmleina woods showed greater color change than those of Mangium and Mindi. Especially, color change of wood samples might be influenced greatly by moisture. In conclusion, wood color changed into more clearly by UV radiation. Therefore, exposing woods to UV radiation could be one of reasonable methods to improve wood quality on visual characteristic.

고열처리 맹종죽의 육안적 및 물리적 특성

박세휘 ( Se-hwi Park ),강은창 ( Eun-chang Kang ),이민 ( Min Lee ),김영진 ( Young-jin Kim ) 한국목재공학회 2021 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2021 No.1

방치되어 가는 국산 대나무의 고부가·신산업화 방안을 모색하기 위해 고열처리 방법이 적용되었다. 기존의 연구에서는 플레이크 형태로 잘게 나누어진 재료가 주를 이루었으나, 본 실험에서는 대나무를 작게 가공하지 않은 원재료 그대로가 사용되었다. 대나무 원통을 대형챔버형 과열증기 목재고열처리기에 서 승온-유지-냉각 스케줄에 따라 건조시켰다. 건조시 유지온도 조건을 130, 140 및 150 ℃ 3가지로 적용하였으며, 각각의 시편에 대한 육안적 및 물리적 평가를 수행하였다. 건조에 따른 재색변화를 정확하기 분석하기 위해 색차계 측정을 실시하였다. 육안적 관찰 결과, 건조온도 140 ℃ 이하에서는 할렬이 거의 발생하지 않았다. 하지만, 150 ℃부터는 마디 주위가 수축되었으며, 일부 할렬이 관찰되었다. 150℃ 처리시편에서는 그을음 또는 초산 냄새가 감지되었다. 온도가 증가함에 따라 대나무 시편의 명도 L*은 59.24∼23.54까지 감소하였다. 채도 a*(적색-녹색)는 130 ℃까지 상승폭을 나타냈으며, 140℃부터 감소하였다. 채도 b*(황색-청색)는 17.09∼1.33으로 꾸준하게 감소하였다. 물리적 특성평가는 대나무의 상부 중부 및 하부로 구별하여 수행하였다. 함수율은 처리온도가 높고 상부에서 채취된 시편일수록 수치가 낮아졌다. 기건밀도와 기건비중 차이는 생재시편이 가장 높았으며, 150 ℃ 시편의 차이가 가장 작았다. 무처리 및 온도별 시편의 기건밀도는 각각 0.96, 0.88, 0.83 및 0.99 g/㎤로 나타났으며, 150 ℃ 시편의 밀도 증가는 대나무 표면 왁스층의 융해 및 경화에 의한 것으로 분석된다. 종합적으로 140 ℃ 처리재의 낮은 함수율, 적은 할렬 발생 빈도, 무향 등의 장점에 따라 내부 인테리어나 울타리와 같은 건축 소재로의 활용이 가능할 것으로 기대된다.

파티클 원료 및 구성에 따른 구조용 파티클보드의 제조특성

박세휘 ( Se-hwi Park ),강은창 ( Eun-chang Kang ),이민 ( Min Lee ),이상민 ( Sang-min Lee ) 한국목재공학회 2021 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2021 No.1

국내 경골목구조 시공에서 구조용 판상재는 주로 수입산 OSB가 쓰이고 있으며, 이를 대체하기 위한 구조용 파티클보드(Structural particleboard, 이하 S-PB)를 제조하였다. S-PB 제조조건 확립을 위해 파티클 원료와 구성에 따른 성능을 평가하였다. 파티클은 국내 섬유판 제조사에서 시제품 생산에 사용하고 있는 파티클(조건1)과 본원 장비에서 직접 제조한 파티클(조건2)을 구분하여 사용하였다. 각각의 파티클의 mesh별 길이와 분포를 조사하였다. 해외 S-PB용 기준에 명시되어 있는 습윤 조건을 충족시키기 위해 멜라민-요소-폼알데하이드 수지 접착제(F/MU=1.00, 멜라민함량 27%, 고형분 62%)를 합성하여 20% 염화암모늄 수용액 (접착제 고형분 대비 3%, 중층에만 적용)과 왁스에멀젼(고형분 39.1%, 전건파티클 중량 대비 1%)을 함께 혼합하였다. 이때 파티클 구성에 따른 S-PB의 강도 차이를 분석하기 위해 표층과 중층 비율을 각각 50:50(조건A), 40:60(조건B) 및 30:70(조건C)으로 구분하였다. 함지율은 전건파티클 중량 대비 표층 15% 및 중층 12%였으며, 도포 후 매트함수율은 각각 9.68% 및 9.45%로 나타났다. 열압조건은 온도(180 ℃), 목표밀도(720 ㎏/㎥) 및 시간(15 s/㎜)으로 설정하였으며, 압력은 3단계(40 ㎏f/㎠-32 ㎏f/㎠-20 ㎏f/㎠)로 나누어 가압하였다. 제조된 보드는 ISO 16893에 따라 물성을 평가하였다. 파티클 길이 및 분포 조사에서 조건2 파티클 크기가 전반적으로 컸으며, 이는 성능평가에서 조건1보다 높은 수치를 나타냈다. 중층 파티클 비율이 높아질수록 MOR, MOE 및 박리강도와 같은 강도적 성질은 향상되었으나, 흡수두께팽창률은 수치가 증가하여 기준 12%를 상회하였다. 최종적으로 표층 중층 비율 40:60이 적절한 제조조건으로 판단되었으며, 입자 크기가 큰 파티클 재료를 사용하는 것이 보드의 성능을 개선시킬 것으로 판단된다.

레이저 주사 공초점 현미경을 이용한 동영상 및 3차원 영상 구현

이유미 ( Yu Mi Lee ),박세휘 ( Se Hwi Park ),김석원 ( Sok Won Kim ) 한국화상학회 2010 한국화상학회지 Vol.16 No.2

공초점 현미경은 시료를 물리적으로 절단하지 않고 살아있는 세포와 고정된 시료를 두께 100㎛범위까지 측정하여 이미지화할 수 있는 유용한 장치이다. 광원으로 파장이 488nm인 Ar-ion레이저를 사용하였으며, USAF 타겟, 형광비드 및 고정된 세포에서는 배율이 60x이고 개구수(NA: Numerical Aperture)가 1.25인 대물렌즈를, 살아있는 세포 분열 관찰에는 배율이 25x이고, 개구수가 0.40인 대물렌즈를 각각 사용하여 레이저 주사 공초점 현미경을 구성하였다. 조리개를 통한 빛만을 PMT로 검출하여 여기파장이 505nm이고, 발광파장이 515nm인 1.1㎛인 형광비드와, 파장이 488nm인 빔이 입사할 때 575nm 파장의 형광을 방출시키는 PE(Phycoerythrin)로 표지(label)한 약 10㎛크기의 쥐의 면역세포에 대한 정보를 얻어 Labview 프로그램을 이용하여 이차원 영상을 얻었다. 그리고 AMIRA 프로그램을 사용하여 삼차원 영상을 얻었으며, PE로 표지한 쥐의 한 종류인 Balb/c의 피부 암세포 분열의 단면 동영상을 구현하였다. Laser scanning confocal microscopy (LSCM) is a useful tool for imaging thin optical parts in living and fixed specimens ranging in thickness up to 100 ㎛ without cutting it physically. In this study, LSCM was composed by using the Ar-ion laser (λ=488nm) as a light source, a 60x(NA=1.25) microscope objective lens for a USAF target, fluorescence beads and fixed cells and a 25x(NA=0.40) microscope objective lens for live cell division. We obtained 2D images of fluorescence beads (size=1.1 ㎛, excitation λ=505nm and emission λ=515nm) and lymphocyte (approximate size=10㎛, excitation λ=488nm and emission λ=575nm) of a mouse labeled by PE (Phycoerythrin) using Labview program through the exclusive detection of light passes the pinhole by PMT. And 3D images could be obtained by using AMIRA program. We also realized moving picture of cross-sectional images of skin cancer cell division of a mouse (Balb/c) by labeling PE.

구조용 파티클보드 제조 Ⅰ - 밀도가 강도적 성질에 미치는 영향

강은창 ( Eun-chang Kang ),박세휘 ( Se-hwi Park ),이민 ( Min Lee ),이상민 ( Sang-min Lee ) 한국목재공학회 2021 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2021 No.1

수입 OSB 대체용으로 파티클보드(Particleboard, 이하 PB)의 구조성능(ISO 16893 LB-MR2)을 확보하기 위하여 표층과 중층의 밀도에 따른 성능 변화를 알아보고자 하였다. 이에 내수성능을 고려하여 멜라민-요소-폼알데하이드 수지 접착제(F/MU=1.00, 멜라민 함량 27 %, 고형분 62 %)를 합성하였다. 그리고 20 % 염화암모늄 수용액(수지 고형분 대비 3 %, 중층 적용)과 왁스에멀젼(고형분 39.1 %, 전건파티클 중량 대비 1 %)를 접착제와 혼합하여 각 층별로 사용하였다. 함지율은 표층과 중층의 전건파티클 중량 대비 15 %와 12 %를 각 층별 파티클에 도포하였다. 도포 후 매트함수율은 표층이 10.5 %, 중층이 9.8 % 였다. 도포된 각 파티클로 표층과 중층의 비율을 40 : 60으로 하여 매트를 성형하였다. 이때 목표밀도는 720 ㎏/㎥로 하고, 표층과 중층의 밀도를 3 가지 조건(① 표층 : 중층 = 780 ㎏/㎥ : 680 ㎏/㎥, ② 750 ㎏/㎥ : 700 ㎏/㎥, ③ 720 ㎏/㎥ : 720 ㎏/㎥)로 나누어 시험을 실시하였다. 열압공정에서는 온도 180 ℃로 하고, 시간은 15 s/㎜로 하였으며, 압력은 3단계(40 ㎏f/㎠ - 32 ㎏f/㎠ - 20 ㎏f/㎠)로 하였다. 제조된 각 보드는 ISO 16893에 의거하여 각 성능을 평가, 비교하였다. 그 결과, 평균 밀도는 약 717 ± 15 ㎏/㎥였으며, 함수율은 5.6∼6.1 %로 나타났다. MOR은 조건 ②가 기준을 만족시켰고, 습윤 MOR은 모든 조건에서 성능이 미달되었다. 반면, MOE, 박리강도, 삶음 박리강도, 두께팽창률에서는 3가지 조건이 각 기준을 상회하였다. 이상의 결과로 보아 구조용 PB 제조에 있어 표층과 중층의 구성 비율이 40 : 60 일 때, 밀도는 표층이 720 ㎏/㎥ 이상, 중층이 700 ㎏/㎥ 이상의 조건으로 매트를 구성하는 것이 성능 확보에 필요한 조건으로 판단되나, 습윤 MOR의 보완과 함께 목질판 상재의 특성상 여러 요인들이 복합적으로 영향을 미치므로 많은 실험이 필요할 것으로 판단된다.

구조용 보드 최적 제조조건 및 대량생산

이민 ( Min Lee ),강은창 ( Eun-chang Kang ),박세휘 ( Se-hwi Park ),곽인영 ( Sang-min Lee ) 한국목재공학회 2022 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2022 No.1

국내 목질판상재 생산 품목은 Particleboard, Fiberboard(MDF, HDF)와 합판인데, PB와 MDF는 주로 가구용에 사용하며, 건축자재로써의 사용은 전무하다. 또한 목재건축용에 사용하는 OSB는 전량 외국에서 수입하여 사용하기 때문에 공급 불안정성과 품질 불안정성의 문제를 안고 있다. 본 연구는 이를 대체하기 위해 구조용 보드(Structural board, 이하 SB)의 최적 제조 조건을 탐색하고 공장 생산라인에 시 생산을 목표로 하였다. 초기 습윤 휨강도 및 삶음박리강도 등의 고내수성 제품을 생산하기 위해 높은 함지율을 제시했으나 높은 함지율의 조건으로 생산 시 함수에 의하여 생산 중 Blow 발생의 우려가 있고, 이로 인한 생산성 하락 내지는 생산 불가능한 상황이 발생할 우려가 있었다. 1차 시생산 시 주요 목표 물성은 70℃ 습윤 휨강도 9.0MPa 이상으로 진행하였으며, 그 결과 습윤 휨강도 10MPa 수준으로 기준에 부합하였으며, 박리강도, 일반 휨강도 및 두께팽창률 등 모든 물성 부합하였으나 ISO 16893의 LB MR1의 삶음박리강도 기준인 0.14MPa에 만족하지 못하였다. 삶음박리강도 기준에 부합하기 위하여 중 층에 pMDI 함지율을 증량하였으며 MUF수지를 사용하였다. 표층에는 melamine 17%의 MUF를 12.0%와, pMDI 2.0%를 투입하였고, 중층에는 melamine 17%의 MUF 8.0%와 pMDI 5%를 투입하여 시생산을 진행하였다. 2차 시생산 결과 일반 박리강도, 일반 휨강도, 두께팽창률은 물론이고 삶음박리강도 0.34MPa와 습윤 휨강도15MPa 등 물성 기준보다 상당히 높은 결과를 도출하였다. 따라서, 국내에서 생산 가능한 목질판상재를 목재건축용 자재로 사용할 수 있게 개발하여 공급 가능하다면, 공급안정성과 품질 안정성을 확보할 수 있고, 또한 꾸준한 개발과 개선을 통해 우수한 품질과 단가 경쟁력을 확보할 수 있게 될 것이다. 목재건축 시장의 경쟁력과 더불어 국내 목질판상재 업계의 시장경쟁력 확보에도 가능할 것이라 사료된다.