< 구두-B-09 > 근적외선 스펙트럼을 이용한 부분 최소 자승 판별분석법과 인공신경망에 의한 목재 수종 구분

양상윤 ( Sang-yun Yang ),박용건 ( Yonggun Park ),정현우 ( Hyunwoo Chung ),김현빈 ( Hyunbin Kim ),박세영 ( Se-yeong Park ),최인규 ( In-gyu Choi ),권오경 ( Ohkyung Kwon ),여환명 ( Hwanmyeong Yeo ) 한국목재공학회 2019 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2019 No.1

목재의 수종을 식별하기 위해 목재의 해부학적 세포 조직 비교 분석 또는 DNA 분석 등의 방법이 실시되고 있다. 그러나 두 방법 모두 시험편의 절단이 필요하고, 분석에 오랜 시간이 필요하며, 충분히 숙련된 전문가가 필요하다. 본 연구에서는 목재의 수종을 간편하고 신속하게 구분하기 위하여 근적외선 분광분석법과 인공신경망을 이용한 수종 구분 방법을 개발하였다. 국내 제재목 생산업에서 침엽수 소비량 중 대다수를 차지하고 있는 낙엽송(Larix kaempferi), 소나무(Pinus densiflora), 잣나무(Pinus koraiensis) , 삼나무(Cryptomeria japonica) 및 편백(Chamaecyparis obtusa)의 수종을 구분하기 위해 기건된 제재목에서 근적외선 스펙트럼을 측정하여 부분 최소 자승 판별 분석(Partial least squares discriminant analysis, PLS-DA) 및 인공신경망(Artificial neural network)에 의한 수종 구분을 실시하였다. 근적외선 스펙트럼의 수학적 전처리에 따라 PLS-DA 모델의 수종 구분 성능은 차이가 나타났다. 이 중, 가장 높은 신뢰도를 나타낸 Savitzky-Golay 2^nd derivatives 전처리가 실시된 근적외선 스펙트럼을 이용한 PLS-DA 모델의 정확도는 95.2%, 최소 정밀도는 99.2%, 최소 재현율은 91.5%로 평가되었다. 근적외선 분광 분석법에서 사용되는 수학적 전처리에 대한 의존도를 낮추기 위하여 인공신경망 분류 알고리즘 중 신경망이 직접 수종 구분에 필요한 최적의 전처리 방법을 찾아나가는 1차원 합성곱 신경망을 이용한 수종 구분을 실시한 결과, 근적외선 스펙트럼의 수학적 전처리 정도에 상관없이 정확도, 정밀도 및 재현율이 모두 99.9% 이상으로 평가되었다.

근적외선 분광분석법을 이용한 국산 주요 수종의 섬유포화점 이하 함수율 예측 모델 개발

양상윤 ( Sang Yun Yang ),한연중 ( Yeonjung Han ),박준호 ( Jun Ho Park ),정현우 ( Hyunwoo Chung ),엄창득 ( Chang Deuk Eom ),여환명 ( Hwan Myeong Yeo ) 한국목재공학회 2015 목재공학 Vol.43 No.3

근적외선 반사율 분광분석법을 이용하여 리기다 소나무, 소나무, 잣나무, 백합나무의 섬유포화점 이하 함수율 예측모델을 개발하였다. 시편들을 다양한 평형함수율 상태로 유도한 후 1000 nm∼2400 nm 파장영역의 반사율 스펙트럼을 획득하였다. 최적 함수율 예측 모델을 선정하기 위해 5가지의 수학적 전처리(moving average (smoothing point: 3), baseline, standard normal variate (SNV), mean normalization, Savitzky-Golay 2nd derivatives (polynomial order: 3, smoothing point: 11))를 8가지 조합으로 각 시편의 반사율 스펙트럼에 적용하였다. 수학적 전처리 후, 변형된 스펙트럼을 이용하여 PLS 회귀분석을 실시하였다. 그 결과, 최적 함수율 예측 모델을 도출한 전처리 방법은 리기다 소나무와 소나무의 경우 moving average/SNV, 잣나무와 백합나무의 경우 moving average/SNV/Savitzky-Golay 2nd derivatives 이며, 모든 모델은 3개의 주성분을 포함하고 있었다. Near infrared (NIR) reflectance spectroscopy was employed to develop moisture content prediction model of pitch pine (Pinus rigida), red pine (Pinus densiflora), Korean pine (Pinus koraiensis), yellow poplar (Liriodendron tulipifera) wood below fiber saturation point. NIR reflectance spectra of specimens ranging from 1000 nm to 2400 nm were acquired after humidifying specimens to reach several equilibrium moisture contents. To determine the optimal moisture contents prediction model, 5 mathematical preprocessing methods (moving average (smoothing point: 3), baseline, standard normal variate (SNV), mean normalization, Savitzky-Golay 2nd derivatives (polynomial order: 3, smoothing point: 11)) were applied to reflectance spectra of each specimen as 8 combinations. After finishing mathematical preprocessings, partial least squares (PLS) regression analysis was performed to each modified spectra. Consequently, the mathematical preprocessing methods deriving optimal moisture content prediction were 1) moving average/SNV for pitch pine and red pine, 2) moving average/SNV/Savitzky-golay 2nd derivatives for Korean pine and yellow poplar. Every model contained three principal components.

목재제품 규격,품질 표시제도 국내 도입과 정착을 위한 제언

김윤희 ( Yun Hui Kim ),여환명 ( Hwan Myeong Yeo ),방성준 ( Sung Jun Pang ),양상윤 ( Sang Yun Yang ),강승모 ( Sung Mo Kang ),황권환 ( Kweon Hwan Hwang ) 한국목재공학회 2013 목재공학 Vol.41 No.3

목재산업은 녹색성장과 더불어 한국의 차세대 성장동력으로써 주목받고 있다. 또한, 지속적인 목재의 이용과 목재산업의 활성화를 위하여 「목재의 지속가능한 이용에 관한 법률」이 2012년 제정되었다. 자연으로부터 얻어진 목재자원의 가치를 향상시키고 선순환 구조를 지닌 목재제품이용의 확대를 통해 지속적인 성장을 동반하기 위해서는 목재제품 품질관리가 필요하다. 이 논문에서는 국내외 목재제품의 규격·품질표시제도를 살펴보고 국내 목재산업에의 적용을 위한 방안을 모색해 보고자 하였다. 제재목을 중심으로 미국, 캐나다, 뉴질랜드와 일본의 규격·품질표시제도의 운영현황에 대하여 조사하였으며 목재제품에 대한 규격·품질표시제도는 시스템 진화를 통해 생산자의 자발적 참여로 운영되는 제3자 인증제도로 발전됨을 확인할 수 있었다. 국내 목재제품의 규격·품질표시제도의 활성화를 위해서는 도입기에는 산림청 중심으로 일원화 시스템을 구축하여 조기정착을 유도하고 성장기 및 성숙기를 통해 인식구조 개선과 생산자의 자발적 참여를 위한 인센티브 개발 등의 기반을 마련하여 제3자 인증제도로 발전시켜야 할 것이다. Wood-based products market is new growth engine industry of “Green growth policy”, Korean government establiushed a law, sustainable use of wood, for expanding wood and wood-based products market in 2012. This study was conducted to seek sustainable measures for conservation and management of valuable natural resources, offer expanding quality assurance services for wood-based products, and explore measures for expanding wood-based products labeling system. Through discussed domestic and overseas trends and literatures that concern wood-based products labeling system and investigated case studies that were presently operational. For expanding quality assurance services of wood-based products, Korea Forest Service operates a wood-based products labeling system in integrated management through variety awareness and specialist assessment for each product This process will make enhanced wood-based products labeling system expanded gradually. To evolve into 3rd party quality assurance services on maturity age of labeling system, public communication will help improve awareness of producer and consumer. approprtate incentive program will attract voluntary participation from woodbased product industry. Producers consider environmental ethics in their business and consumer should exercise their right to know,

근적외선 분광분석을 활용한 목재 고열처리 정도 구분

정현우 ( Hyunwoo Chung ),김현빈 ( Sang-yun Yang ),양상윤 ( Hyunbin Kim ),박용건 ( Yonggun Park ),배준수 ( Junsoo Bae ),박주생 ( Joo-saeng Park ),유원재 ( Won-jae Youe ),여환명 ( Hwanmyeong Yeo ) 한국목재공학회 2019 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2019 No.2

목재 고열처리는 목재의 주성분인 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌의 화학구조적 변형이 발생하는 연소점 이하의 온도 범위로 목재를 가열하여 목재의 구성성분비와 물리적 특성을 변화시킬 수 있는 방법이다. 고열처리된 목재는 소수성이 증가하여 치수안정성이 향상되고, 표면재색의 균일성과 내부후성능이 향상되는 것으로 알려져 있다. 하지만 제품 규격이 정립되어 있지 않기 때문에 최종 사용자가 제품을 선택할 근거가 미약한 실정이다. 이에 고열처리 목재를 정의하고, 고열처리 정도를 평가할 수 있는 시험방법이 필요하다. 본 연구에서는 낙엽송과 참나무 판재를 5가지 온도조건(130℃, 160℃, 190℃, 220℃, 250℃)과 5가지 시간조건(8시간, 16시간, 24시간, 36시간, 48시간)으로 열처리하여 열처리 조건별 시험편을 제작한 후 근적외선 분광분석을 실시하였다. 각 열처리조건 당 10개의 시험편을 제작하여 대조군 포함 총 300개의 시편으로 시험을 실시했다. 연구 결과 낙엽송과 참나무 2수종의 근적외선 분광분석에 의한 고열처리 시간/정도를 구분하는 것이 가능하였으며, 이에 따라 고열처리 온도와 시간을 결합한 고열처리 정도 수치 예측모델을 개발하였다.

< 구두-A-07 > 낙엽송재와 참나무재의 고열처리 정도 평가

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

목재 고열처리는 목재의 주성분인 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌의 화학구조적 변형이 발생하는 연소점 이하의 온도 범위로 목재를 가열하여 목재의 구성성분비와 물리적 특성을 변화시킬 수 있는 방법이다. 고열처리된 목재는 소수성이 증가하여 치수안정성이 향상되고, 표면재색의 균일성과 내부후성능이 향상되는 것으로 알려져 있다. 하지만 제품 규격이 정립되어 있지 않기 때문에 최종 사용자가 제품을 선택할 근거가 미약한 실정이다. 이에 고열처리 목재를 정의하고, 고열처리 정도를 평가할 수 있는 시험방법이 필요하다. 본 연구에서는 낙엽송과 참나무 판재를 5가지 온도조건(130℃, 160℃, 190℃, 220℃, 250℃)과 5가지 시간조건(8시간, 16시간, 24시간, 36시간, 48시간)으로 열처리하여 열처리 조건별 시험편을 제작한 후 평형함수율을 평가하였다. 각 열처리조건 당 10개의 시험편을 제작하여 대조군 포함 총 300개의 시편으로 시험을 실시했다. 평형함수율은 25℃에서 상대습도 조건을 90%, 80%, 65%, 50%, 35%로 바꾸는 탈습 과정에서 측정했다. 측정한 평형함수율을 열처리 온도와 시간별로 비교한 결과 고열처리 정도가 높을수록 평형함수율이 감소하는 경향을 나타냈으며 상대습도가 높을수록 평형함수율의 감소율이 높았다. 본 연구의 결과를 종합하면 고열처리에 의한 평형함수율 감소효과를 이용하여 고열처리 온도별 고열처리 정도를 평가할 수 있을 것으로 판단된다.

< 전시-P-15 > 목재 고열처리 정도의 정량화 및 검량방법

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

목재의 고열처리 과정 중 목재 시편의 온도는 고열처리 장치 내부의 가열된 공기에 의해 연속적으로 변화한다. 목재의 온도 변화는 고열처리 반응기 내의 온도가 어떻게 변화하는지, 반응기 내부의 공기 순환은 어떠한지에 따라 달라진다. 이는 목재의 고열처리 정도를 표기하고자 할 때, 처리 온도 및 처리 시간만을 병기하는 것만으로는 그 정도를 알기 어렵게하는 요소가 된다. 이에 본 연구에서는 고열처리 과정 중 열전대를 통하여 측정한 처리 시간에 따른 목재 온도 데이터를 이용하여 고열처리 정도를 수치화 하고자 하였다. 목재 내 수분이 존재하면 목재의 온도는 비등점 근처에서 유지된다는 근거 하에, 대기압 하에서 실시되는 고열처리의 처리의 효과는 100℃ 이상의 온도에서 발생한다고 볼 수 있다. 또한, 본 연구에서 고열처리에 따른 질량손실이 처리 시간에 따라 로그적으로 증가함을 확인하였다. 고열처리 정도가 질량손실과 선형적인 상관관계가 있음을 고려하여 열정대를 통하여 얻은 온도-시간 그래프에서, 시편의 온도가 100℃에 도달한 시점부터 열처리가 종료되는 시점까지의 온도에서 100℃를 감한 온도와 자연로그를 취한 시간과의 구분구적에 의한 면적을 계산하였다. 시간에 따른 온도 데이터에서 전기적 신호 오류에 의해 잘못된 부분이 없는 온전한 시편에 대해서만 고열처리 정도를 수치화하였으며 그 결과 낙엽송 106개, 참나무 112개의 고열처리 시편에 대한 수치화가 가능하였다. 고열처리 정도를 수치화한 이후, 시편들의 평형함수율 분석과 근적외선 실시간 분석을 실시하여 검량하였다.

< 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.

< 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.

근적외선 분광분석법을 이용한 낙엽송 목분의 함수율 예측 모델 개발

장윤성 ( Yoon Seong Chang ),양상윤 ( Sang Yun Yang ),정현우 ( Hyunwoo Chung ),강규영 ( Kyu Young Kang ),최준원 ( Joon Weon Choi ),최인규 ( In Gyu Choi ),여환명 ( Hwan Myeong Yeo ) 한국목재공학회 2015 목재공학 Vol.43 No.3

저장 또는 운송단계에서 목분에 포함된 수분의 부적절한 조절은 생물학적 열화로 인한 품질하락 및 손실을 야기할 수 있기 때문에 목분의 함수율은 정확하게 측정되어야 하고 적절하게 조절되어야 한다. 본 연구에서는 근적외선(파장대역: 1000-2400 nm) 분광분석법을 적용하여 낙엽송(Larix kaempferi) 목분의 함수율을 측정하고자 하였다. 각 상대습도(25℃, RH 30∼99%) 단계별로 조습된 목분의 근적외선 반사스펙트럼을 측정하고, 적정 수학적 전처리(smoothing, standard normal variate)와 부분최소자승법을 적용하여 예측모델을 개발하였다. 도출된 함수율 예측모델은 높은 신뢰도를 보였다(R2 = 0.94, RMSEP = 1.544). 본 연구에서 개발된 근적외선 분광분석법을 통하여 비파괴적이면서 정확하고 신속한 목분 함수율의 측정과 효율적인 목재이용을 견인할 수 있으리라 기대된다. The moisture content of sawdust must be measured accurately and controlled appropriately during storage and transportation because biological degradation could be caused by improper moisture. In this study, to measure the moisture contents of Larix kaempferi sawdust, the near-infrared reflectance spectra (Wavelength 1000-2400 nm) of sawdust were used as detection parameter. After acquiring the NIR reflection spectrum of specimens which were humidified at each relative humidity condition (25℃, RH 30∼99%), moisture content prediction model was developed using mathematical preprocessings (e.g. smoothing, standard normal variate) and partial least squares (PLS) analysis with the acquired spectrum data. High reliability of the MC regression model with NIR spectroscopy was verified by cross validation test (R2 = 0.94, RMSEP = 1.544). The results of this study show that NIR spectroscopy could be used as a convenient and accurate method for the nondestructive determination of moisture content of sawdust, which could lead to optimize wood utilization.

원목 건조를 위한 포화증기의 이용 가능성 평가

박용건 ( Yonggun Park ),양상윤 ( Sang-yun Yang ),정현우 ( Hyunwoo Chung ),김현빈 ( Hyunbin Kim ),황원중 ( Won-joung Hwang ),여환명 ( Hwanmyeong Yeo ) 한국목재공학회 2019 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2019 No.2

본 연구에서는 대단면 원목 건조를 위한 열전달 매개체로 포화증기를 이용하는 방법의 적용 가능성을 평가해보고자 하였다. 상대습도가 100%인 포화증기에서 목재의 평형함수율(equilibrium moisture content, EMC)은 섬유포화점(fiber saturation point, FSP)이 된다. 또한, 목재의 온도가 높을수록 섬유포화점은 낮아지고, 섬유포화점 이하의 함수율에서만 수축 또는 팽윤이 발생한다. 즉, 고온의 포화증기에서 목재를 건조할 경우, 수축 변형이 발생하지 않는 범위 내에서 목재의 표면과 내부가 섬유포화점까지 만 건조되기 때문에 함수율 경사가 작은 상태를 유지하면서 목재 내부의 수분을 제거하는 것이 가능할 것이라 생각하였다. 0.1 MPa & 100℃ 조건의 포화증기에서 목재를 건조하는 동안 슬라이스법을 통해 목재의 유변학적 거동 및 건조 응력을 분석했던 기존 연구 결과를 바탕으로 0.1 MPa의 압력에서 100℃ 포화증기로 7일, 120℃ 과열증기로 7일간 직경 22cm인 원목을 건조하였다. 원목의 초기 함수율은 약 30%였으며, 최종 함수율은 약 7%였다. 표면의 세 곳에서 V크랙이 발생하였으며, 깊이는 표면으로부터 1/3 ~ 1/2지점까지였다. 내부 할렬은 발생하지 않았다. 심각한 수준의 할렬이 발생하지 않았음을 고려하면 증기의 온도 및 압력, 목재의 직경과 초기 함수율 등 다양한 건조 조건에서 목재에 발생하는 건조 응력 분석에 대한 추가 연구를 통해 포화증기를 이용한 무할렬 원목 건조가 가능할 것이라 생각된다.