고농도 붕산염을 함유하는 폐놀계 난연제 처리된 파티클로 제조한 보드의 난연성능에 관한 연구

강석구 ( Seoggoo Kang ),윤시원 ( Siwon Yun ),이화형 ( Hwa Hyoung Lee ) 한국목재공학회 2022 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2022 No.1

합판, 파티클보드, 섬유판 등 목질재료는 건축 내장재, 가구재 등으로 사용되고 있다. 목질재료의 원재료인 목재는 화재 발생 시 350℃ 이하에서 연소가 발생한다. 화재 발생 시 실내 내장재, 가구재에 의해 화염이 빠르게 확산된다. 이는 화재 현장의 실내 온도를 급격히 상승시키고 재실자의 대피 시간을 단축하여 인명피해를 초래한다. 이러한 문제를 개선하기 위해 난연제를 적용한 난연 목질재료 개발 연구가 진행되고 있다. 난연제는 인계, 무기계 등 수용성 난연제를 활용하고 있다. 난연제 중 붕소계 화합물은 중금속을 함유하지 않고, 무색·무취로 경구 독성이 낮고 저렴하다는 장점이 있다. 그러나 붕소계 난연제는 8 wt% 이하로 사용되고 있다. 이는 상온에서 용해도가 낮고, 목재 내 주입 후 용출되어 백탄현상이 나타난다. 이에 본 연구는 페놀수지를 담체로 고농도 붕산염혼합물을 수용하는 개발된 난연제로 처리된 파티클을 이용하여 제조된 파티클보드의 물리·기계적 물성과 난연성능을 구명하고자 한다. 개발된 난연제 (고형분 55%, pH 6.96)의 파티클 처리 비율은 전건 파티클 중량 대비 난연제의 고형분 함량이 각각 20, 30, 40, 50%가 되도록 첨가하였다. 첨가된 난연제의 균일한 혼합을 위하여 1시간 교반 후 105℃에서 24시간 건조·경화된 파티클을 사용하였다. 처리된 파티클은 멜라민요소공축합수지 (고형분 58.2%, pH 8.76, 98.4 cps)를 이용하여 함지율 12%, 목표 밀도 0.7 g/cm3으로 파티클보드를 제조하였다. 제조된 시험편은 KS F 3104, KS F ISO 5660-1에 따라 물리·기계적 물성과 난연성능을 평가하였다. 물리적 물성 중 밀도는 난연제 처리량 증가에 따라 증가하였으며, 두께 팽윤율은 무처리 조건 대비 14.2 - 47.5% 감소하였다. 기계적 물성 중 휨강도, 습윤 시 휨강도, 박리강도는 난연제 처리 증가에도 무처리와 동등 수준의 강도를 나타냈다. 총열방출률 기준 40% 처리 조건은 난연등급을 충족하였고, 50% 처리 조건은 준불연등급을 충족하였다. 개발 난연제를 이용한 난연, 준불연 목질재료의 제조 가능성을 확인하였으며, 연소 시 발생하는 연소가스에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

과열증기처리 반탄화목분을 이용한 나무연탄 개발 및 혼합비에 따른 연료특성에 관한 연구

강찬영(Chanyoung Kang),유승민(Seungmin Yoo),강석구(Seoggoo Kang) 한국가구학회 2018 한국가구학회지 Vol.29 No.4

This study was carried out to develop wood briquettes by torrefied oak wood chips and anthracite coal by mixing ratio. For this purpose, the oak wood chips were torrefied at 300°C with the superheated steam and then mixed with wood powder, anthracite coal and gelatin binder by mixing ratio And then physical, thermal, fuel and microscope characteristics of the briquettes were analyzed. As the physical characteristics, the compression ratio of wood briquettes was higher than that of conventional briquettes. As the thermal properties, the higher the content of torrefied powder, the higher the calorific value but the lower the ash content. As a result of combustion test, 100% Torrefied wood briquette monoxide emission amount by mixing ratio was about 55% lower than conventional briquettes. Also, It was found that the shorter the combustion duration, the higher the content of torrefied powder. As a result of SEM observation, It can be found that the torrefied powder and the anthracite coal powder are physically. chemically bonded to each other due to the adhesion of gelatine. In conclusion, wood briquettes have a high initial temperature rise as the content of torrefied wood powder is high, but burnning time is shortter, so it is considered to be suitable for the case where it is necessary to heat up quickly or to use energy-consuming equipment in a short time.

목질재료를 층재로 이용한 hybrid CLT의 물리 기계적 특성에 관한 연구

양승민 ( Seungmin Yang ),강석구 ( Seoggoo Kang ) 한국목재공학회 2021 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2021 No.2

전세계적으로 탄소중립 선언에 따라 탄소 저장효과를 가진 목재에 대한 관심도가 증가하며 대형 목재패널인 CLT(Cross Laminated Timber) 개발 및 고층 목조건축에 사용되고 있다. CLT는 층재의 섬유방향을 교차로 적층하여 제조된 패널이다. 섬유 직각방향으로 배열된 층재의 낮은 강성과 강도로 인하여 rolling shear 현상이 나타나며 CLT는 낮은 전단 강도 및 전단 탄성계수가 감소하게 된다. 기존 CLT의 rolling shear strength를 향상시키기 위해 구조용 목질재료를 층재로 사용한 CLT를 “hybrid CLT”라 한다. 이에 본 연구에서는 국내 시중에서 제조 유통되고 있는 목질재료를 층재로 이용한 hybrid CLT와 CLT를 제조하여 물리 기계적 특성을 평가하였다. hybrid CLT 제조에 사용된 낙엽송 층재는 최외층재 E10, 내층재 E8-9 등급을 사용하였으며 목질재료는 LVB(밀도 0.6 g/cm³, 9.8 GPa, 57.4 MPa), OSB(밀도 0.57 g/cm3, 2.2 GPa, 8.5 MPa), 합판(0.57 g/cm3, 6.8GPa, 40.6 MPa), MDI 수지로 제조된 내수 파티클보드(밀도 0.67 g/cm³, 2.0 GPa, 10.9 MPa)을 사용하였다. 목질재료를 교차층의 층재로 사용하였을 때 휨 탄성계수 및 휨강도(span to depth ratio: 21)가 증가하는 결과를 나타냈다 (CLT-11.8 GPa, 39.7 MPa; LVB+CLT- 17.7 GPa, 59.4 MPa. OSB+CLT-14.0 GPa, 41.7 MPa; 합판+CLT-14.5 GPa, 49.7 MPa; PB+CLT-14.0 GPa, 43.8 MPa). 전단강도 및 전단 탄성계수(span to depth ratio: 5)는 OSB와 PB를 층재로 사용한 경우 감소하였으나 LVB 및 합판을 사용하였을 때 증가하는 결과를 나타냈다 (CLT-0.32 GPa, 3.11 MPa; LVB+CLT- 0.32 GPa, 3.61 MPa. OSB+CLT-0.28 GPa, 2.06 MPa; 합판 +CLT-0.37 GPa, 3.59 MPa; PB+CLT-0.32 GPa, 2.49 MPa). 압축강도의 경우 목질재료로 층재를 사용하였을 때 CLT 보다 23-83% 강도가 향상된 결과를 나타냈다 (CLT 30.9 MPa; LVB+CLT 55.5 MPa; OSB+CLT 37.8 MPa; 합판+CLT 48.4 MPa; PB+CLT 40.3 MPa). 이에 목질재료를 층재로 사용하였을 때 휨 전단 압축 강도가 향상되는 결과를 통해 목질재료의 층재 적용 가능성을 확인하였다.

< 전시-P-65 > 성형목탄 연소 시 발생하는 대기오염물질에 관한 연구

정택용 ( Taekyong Jeong ),강석구 ( Seoggoo Kang ) 한국목재공학회 2019 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2019 No.1

목재제품은 『목재의 지속가능한 이용에 관한 법률 시행령 제 14조 제1항』에 의거하여 15가지로 나눌 수 있고, 이를 용도 및 제조법 별로 접근하기 위해 연료제품(목재펠릿, 목재칩, 목탄, 성형목탄, 목재브리켓), 보드제품(목재바닥재, 합판, 파티클보드, 섬유판, 배향성 스트랜드보드, 집성재), 화학제품(방부목재, 난연목재), 기타제품(제재목, 목재 플라스틱 복합재)과 같이 구분하여 연소 및 소각을 통해 발생하는 대기오염물질에 대한 분석을 실시하였다. 이 중, 화석연료 대비 대기오염물질 발생량이 낮다는 장점으로 ‘신재생에너지’라는 타이틀을 가지고 각광받아 온 목재펠릿, 목탄, 성형목탄 등 연료형 목재제품에서 사용 목적과 구성성분이 다양한 성형목탄을 시작으로 목재제품 15가지의 대기오염물질의 배출량에 대한 연구를 진행할 것이다. 최근 들어, 성형목탄 등 일부 제품에서는 화석연료보다 더 높은 수치의 대기오염물질이 발생한다는 내용이 연이어 보도되거나, 용도의 불확실성으로 인해 규제 없는 무분별한 사용 등의 이유로 일부에서는 소비자들의 신뢰마저 잃어가는 실정이다. 이와 같은 오해와 진실 속에 성형목탄에서 발생할 수 있는 대표적인 대기오염물질(CO, CO², NOx, SOx, 비산먼지) 중 특히 비산먼지(2.5PM, 10PM)의 기준을 마련하고자, 성형목탄을 회분량의 차이를 기준으로 나눈 뒤, 연소 시 발생하는 대기오염물질의 배출량을 분석하였다. 또한, 해당 제품에 대기오염물질의 원인 인자가 될 수 있는 회분 및 함수율, 원소, 중금속 함량 등 『목재 제품 품질기준 고시(제2017-9호』에 따른 규격품질에 해당하는 분석 시험을 통해 대기오염물질과의 상관관계를 나타내고자 한다. 이를 통해 규격품질 검사를 받아 국내에서 유통되는 국내산 및 수입산 별 성형목탄에서 발생할 수 있는 대기오염물질의 표준 척도 및 기준을 제공하고자 한다.

Poly Borate계 난연제의 혼합비율에 따른 내수 PB 성능 평가

이재찬 ( Jaechan Lee ),강석구 ( Seoggoo Kang ) 한국목재공학회 2024 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2024 No.1

합판 층재 구성에 따른 Ply-lam CLT의 물리 기계적 특성에 관한 연구

양승민 ( Seungmin Yang ),강석구 ( Seoggoo Kang ) 한국목재공학회 2021 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2021 No.2

면외·내 하중을 견딜 수 있도록 교차층 층재를 90° 각도로 배치하여 만들어진 대형 목재패널을 CLT (Cross Laminated Timber)라 한다. CLT 교차층 층재의 낮은 강도 및 강성을 향상시키기 위하여 활엽수 층재, 층재 각도 변화(30°, 45°, 60°), 구조용 목질재료를 층재로 사용한 CLT를 hybrid CLT라 한다. 국내에서 개발된 합판을 층재로 사용한 CLT를 Ply-lam CLT라 하며 층재를 합판으로 대체함으로서 원재료 수율 증가 및 제조 공정 단순화 등의 장점이 있다. Ply-lam CLT의 기본 구조는 층재-합판-층재-합판-층재로 적층된 구조이나 휨 하중이 가해질 때 최외층 층재에 인장력을 받게 된다. 최외층 층재에 옹이와 같은 결함이 있으면 하중이 집중되어 휨 강도가 감소하게 된다. 이에 Ply-lam CLT의 기본구조에서 합판과 층재 조합에 따라 물리 기계적 특성 평가를 통한 합판의 위치에 따른 강도 변화를 비교하였다. 합판(P)과 층재(L)의 조합에 따라 Type 1(P-L-P-L-P), Type 2(L-P-P-P-L), Type 3(P-L-L-L-P)로 5 ply로 구성하였고 이때 제조된 시험편의 밀도는 0.52-0.56 g/cm³ 이다. 면외 휨 성능 결과 Type 3을 제외하고 CLT 보다 휨 강도 및 휨탄성계수가 향상되었으나, Ply-lam CLT 기본 구조 보다는 낮은 휨 성능을 나타냈다(CLT-39.7 MPa, 11.8 GPa; Ply-lam CLT-49.7 MPa, 14.5 GPa; Type 1-40.9 MPa, 13.6 GPa; Type 2-46.6 MPa, 15.8 GPa; Type 3-37.8 MPa, 11.2 GPa). 면내 휨 성능, 면외 전단 성능, 압축강도 결과 역시 기본 Ply-lam CLT 보다 낮은 결과를 나타냈다. 층재 보다 합판을 사용하였을 때 균일한 강도 값을 확보할 수 있으나 층재 보다 합판이 낮은 휨 성능을 가지므로 5 ply로 제조된 시험편에서 강도성능 향상 효과는 확인할 수 없었다. 반면 합판 및 층재 구성에 따른 휨 전단 압축 성능 모두 CLT 보다 향상된 결과를 나타내므로 CLT 대신 Ply-lam CLT와 변형구조 Ply-lam CLT로 대체할 수 있음을 확인하였다.

흡습제에 따른 은행나무 바이오 건조기의 건조효과에 관한 연구

김준호 ( Joonho Kim ),강석구 ( Seoggoo Kang ) 한국목재공학회 2019 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2019 No.2

본 연구는 목재와 흡습제의 투습 및 흡습기능을 이용하여 목재를 천연건조하는 바이오 건조기의 건조효과를 평가하기 위한 실험을 수행하였다. 내부 충진재로 사용할 흡습재로서 화력발전소 주 연료 석탄의 잔여물인 바텀애쉬(5mm~10mm), 수중에서 서식하는 부유성 단세포 조류인 규조의 잔해물인 규조토 (Diattomaceous earth, 8~10mm), 제재소에서 발생하는 파쇄 톱밥(Sawdust) 및 흡습 기능이 탁월하다고 알려진 숯을 바이오 건조기 벽체의 충전재의 시료로서 사용하였다. 각 충진재의 재료별 흡습성능을 알아보기 위해 투습컵 위에 두께 15mm의 은행나무를 사이에 두고 바이오 건조기의 열판온도와 같은 온 도를 주어 방사단면의 은행나무를 투습된 수분의 중량을 측정하여 흡습량을 3일간 측정하였다. 또한, 국산 침엽수종이며 가로수재로 많이 쓰이는 은행나무(Ginkgo Biloba)를 450mm×450mm×450mm 규격으로 벽체 4개를 제작하여 구성하고, 상판은 합판으로하여 Lab test용 바이오 건조기를 제작하였다. 제작한 건조기 내부에 함수율 65%의 신갈나무 생재 (120mm×300mm×35mm) 10개를 내부용적대비 22%채워 온도 80℃의 열판위에서 3일간 내부온도 40℃에서 건조를 실시하였다. 실험결과 최초 65%의 함수율에서 실험 종료 후 신갈나무의 함수율이 평균 25%까지 감소하였음을 확인하였다. 그러나 열의 대류에 의한 건조만이 진행되었기 때문에 건조재의 함수율의 차는 상부와 하부 간의 10%가량 발생되었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 바이오 건조기 상부에 팬을 설치하여 추가실험을 진행하였다.

한국의 여름철 기후 노출 시 기능성 수성도료 도장 목재의 내후성 평가

양승민 ( Seungmin Yang ),강석구 ( Seoggoo Kang ) 한국목재공학회 2024 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2024 No.1

난연제를 주입한 합판을 층재로 이용한 hybrid CLT의 열적 특성에 관한 연구

양승민 ( Seungmin Yang ),강석구 ( Seoggoo Kang ) 한국목재공학회 2021 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2021 No.2

해외에서는 목재 원재료 수율 확보 및 강도 특성 향상을 위하여 구조용 목질재료를 CLT 층재로 사용한 개발하고 있으며 이를 hybrid CLT라 한다. 목질재료는 난연 및 내화 등의 처리가 용이하다는 장점이 있어 내화 성능을 가진 CLT 제조가 가능하다. 이에 본 연구에서는 시중 유통되고 있는 난연제를 이용하여 난연제 주입 합판 특성 및 층재로 사용한 hybrid CLT의 열적 특성을 연구하였다. 시중 유통 난연제 중 인계 난연제인 Dricon (이하 D)과 인 질소계 난연제(ESCON-390, ㈜이에스씨, 이하 E)2종을 선정하였으며 난연제가 가압주입된 라디에타파인 단판을 이용하여 합판의 물리 기계적 특성과 열적 특성을 비교하였다. 최적 난연제 주입 합판을 사용하여 5 ply CLT를 제조하였다. 제조된 시험편은 Thermal characteristic analyser를 이용하여 복사열 50 kW/mm² (750℃), 23분 연소 후 75 kW/mm² (1,000℃), 37분 연소하여 총 60분 연소를 통해 탄화속도를 비교하였다. 난연제 2종에 따라 합판의 밀도는 무처리 0.48 g/cm³, D 0.55 g/cm³, E 0.53 g/cm³로 준내수 접착력을 확보하였다. 합판 휨강도는 섬유방향(0°)과 섬유직각방향(90°)을 평가하였으며 난연제 처리된 합판에서 섬유직각방향의 강도성능이 40% 이상 저하되는 결과를 나타냈다. 합판의 방염성능 결과 탄화면적은 무처리>D>E 순서로 나타냈으며, 탄화속도와 중량감소 무처리(69.4 mm/hr, 29.8%) > D (54.2 mm/hr, 22.3%) > E (53.5 mm/hr, 18.0%)의 결과를 나타냈다. 이에 국내 수급이 용이한 인 질소계 난연제를 선정하였다. 낙엽송 층재 방향 및 처리 합판으로 구성된 5 ply CLT를 제조하여 1시간 연소를 통하여 2 ply에 위치한 낙엽송 층재 및 처리합판의 탄화속도는 낙엽송 층재 56.24 mm/hr > 무처리 합판 46.6 mm/hr > 처리합판 42.98 mm/hr를 나타냈다. 이에 1ply 연소를 통하여 전달된 열에 의한 2ply 탄화속도는 난연약제 처리에 따라 약 탄화속도 13.3mm/hr을 감소하는 결과를 나타냈다.

Poly Borate계 난연제의 PB 생산 조건에 따른 방염 성능 평가

박하림 ( Halim Park ),박성현 ( Sunghyun Park ),강석구 ( Seoggoo Kang ) 한국목재공학회 2024 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2024 No.1