국산 상수리나무 및 아까시나무의 FPL 열기 건조 스케줄 적용

박용건 ( Yonggun Park ),김현빈 ( Hyunbin Kim ),윤새민 ( Sae-min Yoon ),이현미 ( Hyun Mi Lee ),최용석 ( Yong-seok Choi ),김광모 ( Gwang-mo Kim ),심국보 ( Guk-bo Shim ) 한국목재공학회 2022 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2022 No.2

본 연구에서는 대표적인 고비중 활엽수재인 참나무(상수리나무)와 아까시나무를 FPL 열기 건조 스케줄에 따라 열기건조한 다음, 건조 시간과 건조 결함을 측정하였다. 상수리나무의 경우에는 약 70%의 평균 초기 함수율에서 약 10%의 평균 함수율까지 건조하는데 2개월이 소요되었으며, 아까시나무의 경우에는 약 30%의 평균 초기 함수율에서 약 3%의 평균 함수율까지 건조하는데 1개월이 소요되었다. 건조 후 할렬이나 틀어짐 등의 발생 정도를 바탕으로 이용가능한 제재목의 비율은 두 수종 모두 약 50% 수준이었다. 건조 시간 및 건조 결함 발생 정도를 바탕으로 본 실험에 사용된 수종과 같은 고비중 활엽수재의 경우 열기 건조 방법은 상업적으로 활용하기 어려울 것이라 생각된다.

과열증기 열처리 낙엽송재의 물리?역학적 성능 및 내후성능 평가

박용건 ( Yonggun Park ),박준호 ( Jun-ho Park ),양상윤 ( Sang-yun Yang ),정현우 ( Hyunwoo Chung ),김현빈 ( Hyunbin Kim ),한연중 ( Yeonjung Han ),장윤성 ( Yoon-seong Chang ),김경중 ( Kyoungjung Kim ),여환명 ( Hwanmyeong Yeo ) 한국목재공학회 2016 목재공학 Vol.44 No.5

본 연구에서는 pilot scale에서 과열증기를 이용하여 실대재 낙엽송 생재 각재를 열처리하고, 열처리된 낙엽송재의 다양한 물리·역학적 성능과 내후성능을 측정하였다. 또한, 이를 고온 열기 열처리한 낙엽송재의 물성과 비교하였다. 생재로부터 할렬 발생이 억제된 상태로 과열증기 열처리된 낙엽송재의 갈색부후균과 백색부후균에 대한 저항성과 종압축강도는 증가한 반면에 밀도와 평형함수율 및 수축률과 휨강도는 관행 열처리재보다 낮게 측정되었다. 과열증기목재 열처리는 다량의 수분에 의해 열전달이 빠르고 열가수분해가 촉진되기 때문에 유사한 시간과 온도에서 열기를 이용하여 관행 열처리한 경우보다 열처리 효과가 높게 나타났다. 따라서 과열증기 열처리 방법은 생재를 할렬 없이 열처리할 수 있으며, 관행 열처리 방법보다 낮은 온도 또는 짧은 열처리 시간으로도 동일한 열처리 효과를 발현시킬수 있다. 즉, 열처리에 소요되는 시간과 에너지를 줄일 수 있다. In this study, green Larix kaempferi lumber was heat-treated by using superheated steam (SHS) at a pilot scale and then various physico-mechanical properties of the heat-treated wood were evaluated and compared with the properties of conventional hot air (HA) heat-treated wood. Decay resistance of brown rot fungi and compressive strength parallel to the grain of the SHS heat treated wood without occurrence of drying check from green lumber were increased. On the other hand, density, equilibrium moisture content, shrinkage, and bending strength of the SHS heat-treated wood were lower than those of the conventional HA heat-treated wood. Because heat transfer and thermal hydrolysis of SHS heat treatment was accelerated by a large amount of water, the effect of SHS heat treatment on the physico-mechanical properties was higher than that of HA heat treatment at the similar conditions of temperature and time. From the results of this study, because green lumber can be heat-treated without occurrence of cracks or checks by using SHS and similar heat treatment effect on the physico-mechanical properties of wood can be produced despite a low temperature or short time of heat treatment, it is expected that heat time and energy consumption could be reduced by using SHS.

열처리가 목재의 내후성에 미치는 영향 평가

박용건 ( Yonggun Park ),윤새민 ( Sae-min Yoon ),여환명 ( Hwanmyeong Yeo ),황원중 ( Won-joung Hwang ) 한국목재공학회 2021 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2021 No.2

목재 열처리는 160~260℃ 범위 온도로 처리하여 목재의 성질을 변화시키는 방법을 말한다. 열처리에 의해 목재는 세포벽을 구성하는 주요 성분이 열가수분해(thermal hydrolysis)되면서 목재의 물리ㆍ역학적 성질이 영구적으로 변하는 것으로 알려져 있으며, 수종이나 열처리 온도와 시간, 열처리에 사용된 열전달 매개체의 종류 등에 따라서 그 정도는 다르게 나타나는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 열처리 온도와 열처리 시간이 목재의 부후균에 대한 저항성에 미치는 영향을 조사하였다. 이를 위해 190℃와 220℃의 온도 조건에서 열처리 시간을 달리한 일본잎갈나무(Larix kaempferi )재에 대한 갈색부후균(부후개떡버섯균, Fomitopsis palustris)과 백색부후균(구름버섯균, Trametes versicolor )에 의한 질량 감소율을 평가하였다. 균의 종류에 따라 정도의 차이는 있었지만, 두 균류 모두 열처리 온도가 높을수록 열처리 시간이 길수록 질량 감소율이 작아지는 것을 확인하였다. 이는 고온의 열처리에 의해 목재 세포 벽의 주요 성분의 열분해되면서 소수성이 증가하게 되고, 세포벽 구성성분의 화학적 변화에 의해 부후 균의 생장 환경에 부정적인 영향을 미치기 때문으로 생각된다. 다만, 이를 입증하기 위한 추가 연구가 필요할 것이다.

고열처리가 목재의 모관응축수 형성에 미치는 영향

박용건 ( Yonggun Park ),윤새민 ( Sae-min Yoon ),김현빈 ( Hyunbin Kim ),김광모 ( Kwang-mo Kim ),심국보 ( Kuk-bo Shim ) 한국목재공학회 2022 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2022 No.1

목재 고열처리는 목재에 고온(160~260℃)의 열을 가하여 세포벽 구성성분을 화학적으로 변화시킴으로 써 세포벽의 구조적인 변화와 함께 목재의 물성을 변화시키는 방법을 말한다. 목재가 고온에 노출되면 목재 세포벽을 구성하는 주요성분이 열가수분해되면서 소수성이 증가하고, 이에 따라 치수안정성도 개선되는 것으로 알려져 있다. 즉, 고열처리재의 평형함수율은 무처리재보다 작으며, 고열처리 시간이 증가할수록, 그리고 온도가 높아질수록 평형함수율은 더 작아지는 경향을 보인다. 특히, 고열처리재와 무처리재의 평형함수율 차이는 상대습도가 높은 조건에서 더 크게 나타난다. 목재의 결합수는 상대습도에 따라 다른 형태로 존재하며, 낮은 수준의 습도에서는 목재 세포벽의 수착점에 직접 결합되어 있는 단분자층 흡착수로, 중간 수준의 습도에서는 단분자층 흡착수와 반데르발스 힘에 의해 분자 결합되어 있는 다분자층 흡착수로, 높은 수준의 습도에서는 세포벽의 미세한 모세관 내에서 모관인력에 의해 수증기가 응축되는 모관응축수 형태로 존재한다. 고열처리재와 무처리재의 평형함수율 차이가 크게 발생하는 높은 상대습도 조건에서는 모관응축수에 해당하며, 이러한 모관응축수는 주로 벽공벽의 소공에서 형성되는 것으로 알려져 있다. 즉, 고열처리에 의해 목재 세포벽의 구조적인 변화(벽공 폐색 등의 유연벽공 형태 붕괴)가 발생하고, 이에 따라 모관응축수가 적게 형성됨에 따라 열처리재와 무처리재의 평형함수율 차이가 발생하는 것으로 생각된다.

< 구두-A-08 > 과열증기 적용 고열처리 목재의 성능 표준화와 용도 개발

박용건 ( Yonggun Park ),양상윤 ( Sang-yun Yang ),정현우 ( Hyunwoo Chung ),김현빈 ( Hyunbin Kim ),여환명 ( Hwanmyeong Yeo ) 한국목재공학회 2019 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2019 No.1

목재 열처리는 목재 세포벽을 구성하는 주성분인 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스 및 리그닌의 화학구조적 변형이 발생하면서 연소점 이하 온도의 열을 가하여 목재의 구성성분비와 물리적 특성을 개선시킬 수 있는 방법이다. 열처리된 목재는 소수성이 증가함에 따라 치수안정성이 개선되고, 내부후성능이 향상되는 등의 장점을 갖고 있기 때문에 2000년대 초반부터 유럽을 중심으로 다양한 열처리 방법이 개발되어 왔다. 대부분의 열처리 방법은 열처리 중 발생할 수 있는 결함을 방지하기 위해 건조된 목재를 열처리에 사용하고 있다. 하지만 건조와 열처리 두 공정이 서로 다른 장치를 이용하여 별개의 공정을 통해 이루어지기 때문에 열처리재를 생산하기 위한 시간과 에너지 사용량이 많다는 단점이 있다. 최근 개발된 과열증기 목재 건조-열처리 공정은 하나의 장치에서 단일 공정을 통해 생재를 건조하면서 동시에 열처리함으로써 열처리재 생산을 위한 시간과 에너지 사용량을 줄일 수 있다는 장점이 있다. 또한, 수증기만이 포함된 과열증기에서 열처리함으로써 열가수분해에 의한 세포벽 구성성분의 화학구조적인 변화가 촉진되는 장점도 있다. 이렇게 생산된 열처리재는 현재까지 국내외에서 데크재 등 야외에서 주로 이용되고 있으나, 이는 열처리재의 장점을 충분히 활용하지 못한 것이며, 열처리재의 활용도를 넓힐 수 있는 연구가 필요할 것이라 생각된다. 창틀재나 커튼월과 같이 실내외의 경계부의 재료로서의 열처리재의 활용은 열처리재의 치수안정성과 열안정성 개선 효과를 이용할 수 있는 대표적인 예이며, 그 활용가능성에 대한 연구가 진행중이다.

고온 열기 처리에 의한 낙엽송재의 물리,역학적 성능 및 내부후성능 변화 고찰

박용건 ( Yonggun Park ),한연중 ( Yeonjung Han ),박준호 ( Jun Ho Park ),장윤성 ( Yoon Seong Chang ),양상윤 ( Sang Yun Yang ),정현우 ( Hyunwoo Chung ),김경중 ( Kyungjung Kim ),여환명 ( Hwanmyeong Yeo ) 한국목재공학회 2015 목재공학 Vol.43 No.3

본 연구에서는 국내에서 상업적으로 이용되고 있는 국산 낙엽송 열처리재의 여러 가지 물성(밀도, 평형함수율, 수축률, 흡습/흡수성, 종/횡압축강도, 휨강도, 경도, 내부후성능)을 정량적으로 평가하기 위하여 수행되었다. 고온처리에 의해 목재의 소수성이 증가함에 따라 평형함수율이 감소하였다. 이에 따라 수축률 및 흡습/흡수성이 감소하여 치수안정성이 개선되었고, 낮은 함수율의 영향으로 압축강도가 증가하였으며, 목재 주성분의 변화와 낮은 함수율의 영향으로 내부후성능이 개선되었다. 하지만 열처리에 의해 밀도와 휨강도 및 경도는 감소하였다. This study was carried out to evaluate quantitatively some properties (density, equilibrium moisture content, shrinkage, water vapor adsorption, water absorptivity, compressive strength, bending strength, hardness and decay resistance) of Larix kaempferi lumber which was heat-treated by hot air and has been used commercially in Korea. Equilibrium moisture content of the heat-treated wood was decreased with increase of hydrophobicity. Dimensional stability of the wood was improved with decrease of shrinkage, water vapor adsorption and free water absorptivity. Also, with the thermo-chemical changes of wood component and lower equilibrium moisture content, decay resistance and

국산 주요 수종의 물리적 특성 평가

박용건 ( Yonggun Park ),최용석 ( Yong-seok Choi ),이현미 ( Hyun-mi Lee ),김광모 ( Kwang-mo Kim ),권규빈 ( Gyu Bin Kwon ),윤새민 ( Sae-min Yoon ) 한국목재공학회 2023 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2023 No.1

열처리에 의한 목재의 특성 변화

박용건 ( Yonggun Park ) 한국목재공학회 2020 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2020 No.1

목재 열처리는 목재 세포벽을 구성하는 주요 성분의 화학 구조적인 변화가 발생하는 온도 범위(160~260℃)로 가열하여 목재의 다양한 물성을 개질하는 방법을 말한다. 목재 열처리는 친환경적인 방부·방충처리 방법으로서의 장점으로 인해 2000년대 초반부터 유럽을 중심으로 다양한 연구가 수행되어왔다. 국내에서도 2010년 무렵부터 수입 열처리 목재가 유통되기 시작하였고, 현재는 국내에서 국산재를 이용한 열처리 목재가 생산되는 등 열처리 목재 시장이 형성되어 있다. 목재를 열처리하면 열가수분해에 의해 헤미셀룰로오스가 다량 분해되며, 분해 산물이 리그닌과 상호결합하는 등의 화학적 변화를 겪게 된다. 이에 따라 목재 세포벽에 손상이 발생하여 밀도가 감소하게 되고, 휨강도 등의 강도 감소가 발생한다. 또한, 헤미셀룰로오스가 분해되면서 하이드록실 그룹과 같은 작용기가 이탈됨에 따라 목재의 소수성이 증가한다. 이러한 소수성 증가에 의해 목재는 평형함수율이 감소하고, 치수 안정성이 개선되는 등의 특성 변화가 발생한다. 국내 열처리 목재 시장 규모를 지금보다 더 확대시키고 활성화시키기 위해서는 열처리 목재의 특성을 살릴 수 있는 용도 개발을 위한 연구와 이용목적에 맞는 물성 발현을 위한 최적화된 열처리 조건 및 공정에 관한 연구가 필요할 것이다. 또한, 열처리 목재 관련 품질 기준과 규격과 같은 제도적인 장치가 마려되어야 할 것으로 생각된다.

낙엽송 열처리재의 항팽윤율 평가

박용건 ( Yonggun Park ),전우석 ( Woo-seok Jeon ),윤새민 ( Sae-min Yoon ),이현미 ( Hyun Mi Lee ),황원중 ( Won-joung Hwang ) 한국목재공학회 2020 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2020 No.1

목재 열처리는 목재 세포벽을 구성하는 주요 성분의 화학 구조적인 변화가 발생하는 온도 범위(160~260℃)로 가열하여 목재의 물리·역학적 성능과 내후성을 개선하는 방법으로 2000년대 초반부터 유럽을 중심으로 다양한 열처리 방법과 그 효과에 관한 연구가 수행되어왔다. 본 연구에서는 열처리 온도와 시간 조건에 따른 낙엽송의 치수안정성 변이를 항팽윤효율을 통해 평가하고자 하였다. 190℃와 220℃의 온도 조건에서 12시간, 18시간, 24시간 동안 열처리한 낙엽송을 ASTM D4446 규격에 따라 항팽윤효율을 측정하였다. 단, 본 규격은 도장 처리에 따른 항팽윤효율에 관한 규격이기 때문에 본 연구에서는 도장 처리를 열처리로 바꾸어 적용하였다. 실험 결과 열처리 온도와 시간이 증가함에 따라 수분 흡수량과 팽윤량이 감소하는 경향을 보였으나 수분 흡수량과 팽윤량은 서로 비례하지 않았다. 이는 열처리에 의한 목재의 팽윤량 감소 및 치수안정성의 개선 효과가 세포벽 구성성분의 분해에 따른 소수성의 증가와 같은 화학적인 특성 변화와 세포 공극의 변화와 같은 물리적인 특성 변화가 복합적으로 영향을 미치기 때문인 것으로 생각된다.

< 전시-P-18 > 포화증기 및 과열증기를 이용한 원목 건조 중 목재 내부 응력 예측

박용건 ( Yonggun Park ),양상윤 ( Sang-yun Yang ),정현우 ( Hyunwoo Chung ),김현빈 ( Hyunbin Kim ),여환명 ( Hwanmyeong Yeo ) 한국목재공학회 2019 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2019 No.1

생장 중인 입목으로부터 생산된 목재는 다량의 수분을 함유하고 있기 때문에 이를 안정적으로 사용하기 위해서는 내부 수분의 양을 적절하게 조절하는 건조 공정이 필수적이다. 건조 중 목재에는 표면과 내부의 함수율 차이에 의해 건조 응력이 발생하며, 이로 인해 할렬이나 틀어짐과 같은 건조 결함이 발생할 수 있다. 특히, 목재 중심으로부터 표면까지의 수분 이동 거리가 긴 대단면 목재는 건조 결함이 발생할 가능성이 매우 높다. 최근 한옥에 대한 관심이 증가하고, 목조 문화재의 보수 문제가 대두되면서 무할렬 대단면 목재에 대한 수요는 증가하고 있으나, 건조의 어려움으로 인해 공급이 충분히 이루어지지 못 하고 있다. 본 연구에서는 건조 결함 발생을 최소화하기 위해 포화증기와 과열증기를 이용하여 대단면 원목을 건조하는 동안 목재 내부에서 발생하는 건조 응력을 예측하고, 이를 바탕으로 할렬이 발생하지 않도록 하는 원목 건조 스케줄을 개발하고자 하였다. 폭과 두께가 각각 0.1 m이고, 길이가 2 m인 낙엽송(Larix kaempferi ) 정각재를 0.1 MPa, 100℃조건의 포화증기와 0.5 MPa, 250℃ 조건의 과열증기를 이용하여 건조하는 동안 정각재의 표면(surface)과 내부(1/4지점, inner) 및 중심(1/2지점, core)에서 추출한 슬라이스 시편의 유변학적 거동을 분석하였고, 이를 바탕으로 각 위치에서의 건조 응력을 계산하였다. 실험을 통해 계산된 건조 응력과 탄성계수, 포아송비, 함수율 예측 결과를 Jakieła 등(2008)의 연구 결과에 적용하면 단면 크기에 따른 목재 내 건조 응력을 예측할 수 있다. 이와 같은 이론적 분석 결과와 실험적 검증을 통해 대단면 목재 무할렬 건조 기술 개발이 가능할 것이라 기대된다.