국산 목재의 지속가능한 이용을 위한 도시목조화 기반연구

김민지 ( Min-ji Kim ),엄창득 ( Chang-deuk Eom ),장윤성 ( Yoon-seong Chang ),이창구 ( Chang-goo Lee ) 한국목재공학회 2020 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2020 No.1

최근 쇠퇴하는 도시를 지역자원을 활용한 자립역량강화 및 새로운 기능의 도입·창출을 통하여 경제적· 사회적·물리적·환경적으로 활성화하는 도시재생사업이 진행되고 있으며, 쇠퇴징후를 보이는 많은 지역에서 도시재생을 통한 지역 경제 활성화를 기대하고 있다. 한편 국내에서는 1960년대 시행한 산림녹화사업의 성공으로 목재생산·이용 시기를 맞이하여 목재이용 활성화를 위해 「목재의 지속가능한 이용에 관한 법률」을 제정하고, 「목재이용 종합계획」을 수립하여 관련 정책을 지속적으로 추진하고 있다. 도시재생은 지역에 상관없이 공통적으로 친환경 공간을 조성하는 데에 목적이 있다. 목재가 가진 건축 및 인테리어 재료로서 가공성과 가변성, 우수한 색감과 질감, 탄소저장능력을 통한 신기후체제 대응 등의 장점들로 볼 때, 도시재생에 최적화된 재료라고 할 수 있다. 따라서 도시재생 내 목재이용은 국산 목재의 대량수요 창출을 통한 목재산업 활성화와 목재문화 정착에 있어 효율적인 방안이 될 수 있다. 본 연구에서는 도시재생에 목재를 접목하기 위한 시작으로 도시목조화를 “도시를 목재로 채우다”로 정의하고, 도시목조화 실현을 위해 목재이용에 관한 국민인식, 해외 도시목조화 사례, 기존 도시시설물의 목재 대체 시 나타나는 탄소저감효과에 관한 연구를 수행하였다. 국민들은 실생활에서 목재를 이용하는 것에 대해 긍정적이며, 친환경 도시 조성을 위한 편의시설, 문화시설에 목재가 이용되기를 기대하였다. 또한 기존 콘크리트 기반 도시시설물인 서울로 7017을 목재로 대체했을 때 얻을 수 있는 환경적 이득과 해외 사례를 종합적으로 살펴볼 때, 앞으로 도시재생에서 국민들이 목재를 사용하기 위해서는 다양한 제도 개선과 누구나 손쉽게 접근할 수 있는 목재이용 가이드라인 수립 등이 필요할 것으로 생각된다.

DB 구축을 위한 목재 재감의 해부학적 특성

전우석 ( Wooseok Jeon ),윤새민 ( Saemin Yoon ),박용건 ( Yonggun Park ),이현미 ( Hyunmi Lee ),황원중 ( Wonjoung Hwang ) 한국목재공학회 2019 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2019 No.2

목재수요의 83%를 수입에 의존하고 있는 우리나라는 불법목재를 관리하기 위해 「목재의 지속가능한 이용에 관한 법률」을 개정(17.3.21)하고, 18. 10월1일 시행하여 합법적으로 벌채된 목재만을 취급할 수 있도록 하고 있다. 또한 멸종위기 동식물 국제거래에 관한 협약(CITES)에서도 불법 벌채와 멸종 위기종의 위험 등급을 구분하여 수입, 수출 및 벌채 등을 규제하고 있다. 따라서 본 연구에서는 국립삼림과 학원 목재표본실에서 보유하고 있는 목재 재감을 활용하여 수입재의 DB 구축을 위해 해부학적 특성을 관찰하였다. 약 4,147개의 수입재 재감 중 국내 원목 수입량이 많은 국가 중 하나인 뉴질랜드산을 대상으로 실험을 실시하였으며, 약 88개 중 30개의 수종을 대상으로 실험을 실시하였다. 목재의 3단면을 20 ∼ 25㎛의 절편을 제작하였다. 절편을 1% 사프라닌으로 염색하여 영구프레파라트를 제작한 뒤, 광학현미경으로 관찰하였다. 연구결과 침엽수재로는 Matai, Tanekana, Kauri, Totara, White pine이며, 활엽수재로는 Rewarewa, Kaikowaka, White maire, Taun, Mangeao, Pukatea, Hinau, Hard beech, Red beech, Mountain beech, Black maire, Northern rate, Tawa, Taraire, White manuka, Ncaio, Turepo, Horoeka, Montosimatsu, Horopito, Titoki, Makomako, Ranciora, Comphor wood, Konekohe가 식별되었다. 현미경법을 이용한 목재의 수종 식별은 무분별한 불법 목재의 유통 및 불법 벌채 위험국가로부터 수입되는 목재 제품을 과학적으로 분석·검증할 수 있는 중요한 분야라 생각되며, 추가적으로 보유하고 있는 목재 재감들이 수종감정 시 표본 자료로 활용될 수 있도록 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.

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.

XRD법을 이용한 목재 세포벽 내 2차벽의 셀룰로오스 인장거동의 관찰

이창구 ( Chang-goo Lee ),엄창득 ( Chang-deuk Eom ),김민지 ( Min-ji Kim ),안다솜 ( Da-som Ahn ) 한국목재공학회 2020 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2020 No.1

목재의 연륜구조는 목재의 역학성능을 해명하기 위한 매우 중요한 해석인자이다. 목재는 (가)도관, 세포벽, 마이크로피브릴 등의 계층구조로 구성되어 있으며, 목재의 역학적 성능은 이와 같은 계층구조 중 미세구조에 의해 큰 영향을 받는다. 따라서 목재의 역학적 성능평가는 목재bulk의 관점에서만 다루어질 것이 아니라 목재를 구성하는 미세적구조 수준의 역학성능과의 관계를 접목시켜 평가할 필요가 있다. 최근 목재과학계 문헌에서는 외부의 하중에 의해 발생되는 목재응력을 XRD(X-ray diffraction)측정법을 통해 셀룰로오스 결정간격의 격자변형에 주목하여 역학적 성능에 관한 해석을 시도하는 연구가 몇몇 보고되고 있다. 그 중, 측정대상으로서는 세포벽 구조 중 가장 두껍고 셀룰로오스 피브릴이 목재의 섬유방향과 근접한 각도로 배향되어 있는 S2층에 관한 연구가 주를 이루고 있으며, 특히 글루코스 베타-1,4 결합방향의 수직방향으로 이루어진 면간격인 ‘셀룰로오스 (004)면’에 집중하고 있다. 그러나 배향방향이 S2층과 거의 수직을 이루는 S1·S3층의 역학성능에 대해서는 검토된 연구는 아직까지 찾아보기 어렵다. 따라서 본 연구에서는 목재 세포벽 내S2층과 S1·S3층의 두 가지 관점으로부터 목재bulk와 미세구조 수준의 역학적 관계를 해명하기 위해 변형계를 이용한 macro수준의 시험과 XRD법을 이용한 micro수준의 시험을 병행하여 실시하였다. 실험방법으로 여러 개의 연륜폭을 가지는 두께 5mm의 소나무 시험편을 이용하여 시험편이 파괴에 이르기까지 인장하중을 단계적으로 부하하였다. 이때, 각 부하단계마다 Synchrotron radiation을 이용하여 XRD측정을 실시하였으며, 목재 세포벽 중 2차벽 내 S2층과 S1·S3층을 분리측정하기 위한 목적으로 In-plane법 및 Out-of-plane 법의 두 가지의 회절법을 채택하였다. 이후 변형계에 의해 측정된 목재bulk의 변형과 XRD법에 의해 얻어진 S2층과 S1·S3층의 셀룰로오스 (004)면의 면간격의 변형을 통해 각각의 강성을 산출하고 이에 대한 인장거동을 관찰하였다.

국내 유통 목재의 수종 식별Ⅱ

송주훈 ( Joohoon Song ),전우석 ( Wooseok Jeon ),이현미 ( Hyunmi Lee ) 한국목재공학회 2019 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2019 No.2

한국건설생활환경실험연구원 목재가구센터에서는 목재 및 가구분야 인증, 공인시험 및 R&D 연구과제 등을 주요사업으로 다룰 뿐만 아니라, 목재의 수종감정을 실시하고 있다. 목재의 수종감정은 목재를 사용함에 있어 필수적인 과정 중 하나이다. 특히, 목조 건축물이나 문화재의 수리·보수, 목재 활용 적합성 및 수입 금지 목재 판별 등의 다양한 목적으로 수행되고 있다. 본 연구에서는 목재 수종감정 결과를 통해 국내에서 유통 되고 있는 수종의 현황을 파악하고자 한다. 수종감정을 위해 목재의 횡, 방사, 접선단면을 활주식 마이크로톰(sliding microtome)을 이용하여 20∼25㎛ 두께의 절편을 제작하였다. 절편을 1% 사프라닌을 이용하여 염색한 뒤, 영구프레파라트를 제작하여 광학현미경으로 관찰하였다. 수종식별은 국립산림과학원 목재표본실에 보유하고 있는 재감 및 문헌들과 대조하여 확인하였다. 수종식별 결과, 울린(Ulin), 타운(Taun), 레드오크(Red oak), 아조베(Azobe), 아스펜(Aspen), 라우로 베르멜호(Lauro vermelho), 엘더(Alder), 유칼립투스(Eucalyptus), 메란티 메라(Meranti merah), 셀랑간 바투(Selangan batu), 모말라(Momala), 멀바우(Merbau)로 확인되었다. 지속적인 수종감정을 진행하여 국내 주요 유통목재의 현황 및 신규유입 수종 등을 데이터베이스화 할 수 있을 것으로 기대된다.

도장목재의 흡습성

김지열 ( Jiyeol Kim ),김병로 ( Byungro Kim ) 한국목재공학회 2020 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2020 No.1

도장이란 물체 표면에 도료를 사용하여 도막을 형성하는 공정을 도장이라 하며, 목재에 있어 도료를 이용하여 도장을 하는 것은 인간이 피부에 화장품을 발라 속살을 보호하는 것과 같다. 도장을 함으로써 목재는 소재의 오염, 노후 및 손상으로 보호와 내습, 내수, 내유, 내약품, 방충, 방균, 내마모 등의 특성을 나타낼 수 있으며, 색채, 광택 등 목재 고유의 미를 살리고, 수분에 의한 결함을 방지할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 목재에 도료를 이용하여 도장한 도장목재의 흡습성과 치수안정성을 조사하고자 수행하였다. 본 연구에 사용한 공시재료로는 국내산재 소나무, 낙엽송, 느티나무를 선정하였으며, 수입산재 멀바우, 레드오크, 화이트 오크, 월넛으로 선정하여 10(R) × 50(T) × 50(L) ㎜의 규격의 시편을 제작하여 이용하였다. 도료는 천연오일, 스테인(수성, 유성), 바니시(수성, 유성) 총 5개의 도료를 목재에 0, 1, 2, 3회 도장하여 제작하였다. 이들 시편을 한국 산업규격(KS)에 준하여 흡습성, 용적수축률을 측정하였고, Sessile drop 방법을 이용해 물 접촉각을 측정하였다. 목재에 도료를 이용하여 도장한 도장목재는 도장하지 않은 목재에 비해 낮은 흡습성을 나타내며, 도장횟수가 증가함에 따라 낮은 흡습성을 나타냈다. 용적 수축률은 도장목재가 미도장목재에 비해 낮았으며, 도장횟수가 증감함에 따라 낮은 용적수축률을 나타냈다. 또한, 흡습성이 증가할수록 용적수축률 또한 증가하는 양의 상관관계를 나타냈다. 물 접촉각은 도장목재가 미도장목재에 비해 높은 접촉각으로 낮은 젖음성을 나타냈고, 그 중 오일스테인, 천연오일이 도료중 가장 낮은 젖음성을 나타냈다. 도장횟수 1회 시 가장 높은 접촉각을 나타났으며 이는 반복도장 시 생기는 목재 표면의 불균일성, 목재 표면의 화학적 불균질 등으로 판단된다. 따라서, 목제품 제작 및 이용 시 활엽수재로 선택하여 오일류를 도장하면 낮은 흡습성과 수축률, 젖음성을 가지며 우수한 치수 안정성과 발수성을 나타내는 목제품으로 사용할 수 있을 것이다.

목재이용 트렌드와 목재관련 생활환경에 대한 설문조사

한연중 ( Yeonjung Han ),양명선 ( Myung Sun Yang ),김지안 ( Jian Kim ),김민지 ( Min-ji Kim ),황원중 ( Won-joung Hwang ),김명길 ( Myungkil Kim ) 한국목재공학회 2022 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2022 No.2

목재의 사회 · 교육적 가치증진을 목표로 일반인의 목재문화 체험관련 현황과 요구사항을 파악하기 위하여 설문조사를 수행하였다. 본 연구에서는 설문조사의 결과 중 목재이용에 대한 생활환경과 트렌드에 대한 내용을 분석하였다. 목재이용은 기후 · 환경문제의 해결과 신체·정서적 긍정효과로 인하여 증가할 것으로 예상되었으며, 목재가구, 목조건축, 내장재 등과 같은 일상생활과 밀접한 분야에서 확대될 것으로 조사되었다. 그러나 목재는 비싸고 관리가 어려운 재료라는 인식과 함께 목재의 이용은 산림파괴를 동반한다는 부정적 인식이 존재하였다. 주거용 재료로써 목재는 철근-콘크리트와 석재에 비하여 전통적이며 친근한 이미지를 갖고 있는 것으로 조사되었다. 앞으로 목재를 주거용 재료로 활용하고 싶다는 응답자는 86.6%이었으며, 국산재와 수입재의 구분없이 품질을 우선으로 하였다. 목조주택 거주자의 건강에 미치는 목재의 효과에 대한 긍정응답 비율은 65%이었다. 목재이용에 대한 친환경적 인식을 향상시키기 위하여 인체·환경친화성에 대한 정량화된 가치분석과 함께 적극적인 홍보가 필요하다고 판단된다.

< 구두-C-05 > 목조 건축물의 통합적 보존: 전통, 현대 그리고 대형 부재

김재우 ( Jae-woo Kim ) 한국목재공학회 2019 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2019 No.1

생물재료인 목재를 건축재료로 사용시 해충과 균류와 같은 생물의 침해와 더불어 물리 화학적인 열화를 겪게 된다. 따라서 장기간의 내구성이 필요한 목조 건물이나 구조물에 사용되는 목재는 일반적으로 보존 처리를 해 오고 있다. 한국과 유럽 그리고 미국을 포함한 많은 국가에서 역사적인 가치가 있는 목조 건축물과 구조물을 보존 하려는 노력이 있어왔다. 이들 목재의 보존 처리는 주로 현장에서 이루어지며 붕산염등의 확산성 목재 보존제, 혹은 나프텐산 구리등 도포나 분무 처리용 목재 보존제가 사용고 있다. 미국내 단독주택과 같은 주거용 건물은 대부분의 경우 목재를 소재로 하며 용도에 따라 보존제로 처리된 목재가 사용되고 있다. OSB 와 같은 구조용 판상재의 경우에도 필요에 따라 분말 형태의 zinc borate 등을 첨가하여 생물학적 열화에 대한 보존처리를 하고 있다. 세계적으로 CLT 나 Glulam과 같은 대형 부재를 건축재료로 이용하는 사례가 크게 늘고 있지만 이들 건물의 보존처리에 관해서는 최근에 와서야 관심이 고조되고 있다. CLT 와 같은 대형 부재를 건축재료로 이용할 경우, 목재의 기계적 성질에 영향을 미칠수 있는 생물학적/물리 화학적 열화에 대응할 수 있는 적절한 보존 처리에 관한 연구가 필요할 것으로 생각된다. 목재는 오랫동안 건축 재료로 사용되어 왔으며 기술의 발전과 인식의 전환으로 인해 친환경적이며 지속 가능한 건축재료로서 새로운 주목을 받고 있다. 역사적 가치를 지닌 목조 건물을 잘 보존하고 앞으로 목재가 안전한 건축재료로 사용 되기 위해 적절한 목재의 보존 처리가 고려되어야 한다.

< 전시-P-04 > 국내 유통 목재의 수종 식별

송주훈 ( Joohoon Song ),양원모 ( Wonmo Yang ),전우석 ( Wooseok Jeon ),이현미 ( Hyunmi Lee ) 한국목재공학회 2019 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2019 No.1

한국건설생활환경시험연구원 목재가구센터에서는 목재 및 가구분야 KS·KC인증, 조달검사, 환경마크 등과 공인시험과 검사업무, 목재분야 조달 전문검사기관 지정 검사업무 기관으로서 R&D 연구과제 등을 주요사업으로 다루고 있다. 또한 목재의 해부학적 관찰을 통해 수종감정 실시하고 있다. 목재 수종감정은 목재를 용도에 맞게 이용하기 위한 기본사항으로, 목조 건축물, 문화재 수리·보수를 위한 수종확인, 목재 활용 적합성 및 수입 금지목재 판별 등 다양한 목적으로 수행되고 있다. 따라서 최근 목재 수종감정 결과의 추이 분석을 통해 국내에서 유통되고 있는 목재의 현황을 파악하고자 한다. 수종감정을 위해 목재 3단면을 활주식 마이크로톰(sliding microtome)으로 20∼25㎛ 두께의 절편을 제작한 뒤, 1% 사프라닌을 이용하여 염색하였다. 염색된 절편을 알코올 시리즈(50%, 70%, 90%, 95%, 99%)로 탈수 후, 봉입제를 이용하여 영구프레파라트를 제작하였다. 제작된 영구프레파라트를 광학현미경을 이용하여 3단면 관찰한 뒤, 수종식별을 실시하였다. 수종식별 결과, 주로 활엽수재로 진자우드(Gindja udu), 방킬라이(Bangkirai), 아피통(Apitong), 멀바우(Merbau), 바스라로커스(Basralocus), 시우리(Siuri), 메란티 바투(Meranti batu), 자토바(Jatoba), 부켈라(Burckella), 마사란두바(Masaranduba), 이페(Ipe), 꾸마루(Cumaru), 빨라피 바투(Palapi batu), 꾸메아(Kumea), 울린(Ulin), 메이플(Maple), 오크(Oak), 그라피아(Grapia), 모말라(Momala), 딜레니아(Dillenia) 및 네둠(Nedum) 등이, 침엽수재로는 더글라스 퍼, 적삼목, 낙엽송 및 뉴송 등이 식별되었다. 주요 국내 유통 수종의 식별 결과를 알 수 있었으며, 지속적으로 수종감정을 진행하여 국내 주요 유통 목재의 현황 및 신규유입 수종 등을 데이터베이스화 할 수 있을 것으로 기대된다.

도시목조화 실현을 위한 국외 공공시설물 및 건축물의 목재 활용 사례 조사

김민지 ( Min-ji Kim ),엄창득 ( Chang-deuk Eom ),장윤성 ( Yoon-seong Chang ),이창구 ( Chang-goo Lee ) 한국목재공학회 2020 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2020 No.1

목재이용 선진국에서는 목재이용 촉진을 위한 법률 제정과 정책 추진을 통해 공공건축물에 목재를 활용하는 사례가 점차 증가하고 있다. 대표적인 목재이용 선진국 일본에서는 ‘공공건축물 등의 목재이용 촉진에 관한 법률’이 제정되면서 공공시설물에 목재를 활용하도록 국가적으로 제안하고 있으며, 캐나다의 ‘목재우선법’에서는 공공건축물에 목조를 우선적으로 고려하도록 명시하고 있다. 우리나라에서도 목재이용 촉진을 위해 ‘목재의 지속가능한 이용에 관한 법률’을 제정하고, 이를 통해 관련 정책을 추진하고 있으나 공공시설물 및 건축물에 목조를 적용한 사례는 많지 않다. 따라서 우리나라의 선진적인 도시목조화 실현을 위해 해외 사례 조사하고, 목재이용을 위한 개선점을 도출할 필요가 있다. 일본의 도고시긴자역은 개관 이후 약 90년 경과로 인해 노후화된 역사시설을 보수하면서 기존의 폐목재를 재사용하였다. 새로운 목조역사가 지어지는 동안에는 주민 공감을 위한 견학과 교류를 통해 참여의 기회도 제공하였다. 또한 목조역사가 축조되는 과정을 이용객들이 쉽게 알 수 있도록 표지화하여 목조 공공시설물에 대한 주민 인식을 제고하였다. 한편 캐나다의 리치몬드 오벌 경기장은 벤쿠버 주변 산림에서 대량 발생한 해충 피해목을 이용하여 지어졌으며, 이는 최근 산림해충에 의한 피해가 증가하고 있는 우리나라에서도 주목할 필요가 있다. 이 밖에도 공학목재의 등장 이후에 고층 목조건축이 가능해 졌기 때문에 지역 내 생활SOC와 같은 대형 공공시설물에도 목재이용이 가능해졌다. 기후변화에 따른 환경문제의 해결 방안으로 목재이용을 통한 탄소저감효과가 제안되고 있는 현 시점에 우리나라에서도 목조 공공시설물 및 건축물의 확대가 필요하다.