참오동나무재의 흰개미 저항성 및 내후성 평가 = Termite and decay resistances of Paulownia tomentosa wood

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 국내산 목재 자원의 이용을 확대하고자 국내산 속성 수종인 참오동나무재(Paulownia tometosa [Thunb.] Steud.)의 흰개미 저항성 및 내후성을 평가하였다. 참오동나무재의 흰개미 저항성 및 내후성 검토를 위해 국내산 속성 수종인 은사시나무재(Populus tomentiglandulosa T. Lee)와 주요 유용 수종인 소나무재(Pinus densiflora Siebold & Zucc.)를 비교하였다. 또한 최근 목재 재질 개량방법으로 많이 사용되는 열처리 목재의 흰개미 저항성 및 내후성을 함께 분석하여 비교하였다.
세 수종의 목재를 각각 160°C, 180°C, 200°C, 220°C에서 2시간 동안 열처리 하여, 비(非)열처리재와 함께 연구에 사용하였다. 공시재료의 열처리에 의한 재색변화, 밀도변화, 중량감소율, 상대결정화도, 추출물 함량의 변화를 비교 하였고, 흰개미를 이용한 흰개미 저항성과 목재 부후균을 이용한 내후성을 평가하였다. 흰개미는 강원도 춘천시 학곡리 인근 야산에서 군락 전체를 채집하였고, 실험에는 활력이 높은 성충 일개미만을 사용하였다. 흰개미 저항성 시험(ASTM D 3345, 2017) 전․후의 중량감소율, 사충률, 목재 조직의 변화를 관찰하여 비교하였다. 내후성 평가(KS F 2213, 2014)에 사용된 공시균은 갈색부후균( Fomitopsis palustris)과 백색부후균(Trametes versicolor)을 사용하였고 부후균 폭로기간은 50일로 하였다. 부후균 폭로 50일 이후의 중량감소율과 목재조직의 변화를 분석하여 내후성을 평가하였다.
세 수종의 열처리에 의한 재색변화는 CIE-L*a*b*법을 기준으로 △E*값을 산출하여 N.B.S.의 색차 구분으로 비교한 결과 참오동나무재는 180°C 열처리 이후 상당한(appreciable) 재색변화를 나타내었고 은사시나무재와 소나무재는 160°C 열처리부터 상당한(appreciable) 재색변화를 나타내었다. 열처리에 따른 세 수종의 중량감소율은 참오동나무재가 가장 컸고 소나무재가 가장 작았다. 열처리 전․후의 추출물 용출량 또한 참오동나무재가 가장 많았다.
ASTM D 3345(2017)은 따라 세 수종의 육안적 흰개미 저항성 평가 결과 비열처리 참오동나무재와 160°C 열처리재는 10(sound)등급으로 흰개미에 대한 상당한 저항성이 있다고 나타났다. 하지만 180°C 열처리 이후에는 저항성이 현저히 감소하여 육안적 흰개미 저항성 등급이 4(heavy)으로 낮아졌고 220°C 열처리재는 저항성이 전혀 없는 0(failure)등급으로 나타났다. 흰개미에 의한 참오동나무재의 질량감소율 또한 비열처리재와 160°C열처리재는 세 수종 중 가장 낮았지만, 180°C 열처리 이후 급격히 감소하였다. 참오동나무 비열처리재와 160°C 열처리재의 흰개미 사충률도 세 수종 중 가장 높았다. 비열처리 소나무재의 육안적 저항성 평가 결과는 9(light attack)에 해당하였다. 소나무재는 열처리 온도가 증가함에 따라 흰개미에 대한 저항성도 감소하였으며 220°C열처리재는 0(failure)등급으로 흰개미에 대한 저항성이 거의 없는 것으로 나타났다. 비열처리 은사시나무재의 육안적 흰개미 저항성 등급은 7(moderate attack)에 해당하였고 열처리 온도의 변화가 흰개미 저항성에 미치는 영향은 미비했다.
내후성 평가를 위해 갈색부후균과 백색부후균에 50일간 폭로된 세 수종의 시편들의 중량감소율은 갈색부후균에 폭로된 시편들이 백색부후균에 폭로된 시편보다 높게 나타났다. 세 수종 목재 시편 모두 열처리 온도가 증가 할수록 중량감소율을 감소하였고, 220°C에서는 부후균에 의한 중량감소울이 1% 미만이었다. 은사시나무재가 부후균에 의한 중량감소율이 가장 높았으며, 비열처리 참오동나무재와 소나무재는 중량감소율은 10% 미만으로 ASTM D 2017(2005)에 따라 상당한 내후성(highly resistance)을 갖는 것으로 나타났다.
본 연구결과, 참오동나무재는 흰개미와 부후균에 대한 상당한 저항성을 나타냈다. 하지만 열처리로 인해 흰개미와 부후균에 대한 저항성이 감소하였으며, 특히 180°C를 기점으로 크게 감소하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Termite and decay resistance of Paulownia tomentosa wood were investigated ,in this study. The resistances of Paulownia wood were compared with Suwon silver poplar and Korean red pine. The effects of heat treatment on the termite and decay resistances of the three wood species were also analyzed and compared.
 Paulownia wood and Poplar wood were collected from the research forest of Kangwon National University and Pine wood was provided from the National Institute of Forest Science, Korea. Three wood species were treated at 160°C, 180°C, 200°C and 220°C in electric furnace for 2 hours. The changes of color, density, mass loss, relative crystallinity, and extractives were investigated before and after heat treatment. Termites(Reticulitermes speratus) were collected in the mountains near Hagokri, Chuncheon city, Gangwondo, and only the vitality workers were used. Mass loss, mortality, and cell structure were examined before and after the termite test by ASTM D 3345. The fungi test using brown-rot(Fomitopsis palustris) and white-rot fungi(Trametes versicolor) was carried out according to KS F 2213 and the exposure period of the fungi was 50 days. After fungi test, mass loss and the change of wood cell structure were analyzed.
 Paulownia wood showed a significant ΔE* change after heat treatment above 180°C. However pine wood showed significant change from 160℃. Mass loss of the three wood species by heat treatment was the highest in the Paulownia wood and the lowest in the pine wood. The amount of extractives before and after the heat treatment was also highest in the Paulownia wood.
Paulownia wood without heat treatment showed great resistance to termites. However, the resistance decreased remarkably by heat treatment above 180°C. Mass loss of Paulownia wood was rapidly increased with heat treatment above 180°C. Mortality after termite test using paulownia wood was also decreased in the temperature of above 180°C. Korean red pine wood showed the highest mass loss among the three wood species. Heat-treated pine wood and poplar wood showed not significant difference in mortality and mass loss.
Decay resistance of the three wood species decreased with increasing heat treatment temperature. Mass loss of the three wood species exposed to fungi decreased with increasing heat treatment temperature. Brown-rot fungi caused higher mass loss than white-rot fungi in the three wood species. Paulownia wood showed lower mass loss than pine and poplar wood by fungi.
In this study, it is revealed that Paulownia wood has high resistances to termite and decay. However, the resistances to termite and fungi of Paulownia wood decreased by heat treatment.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• Ⅰ. 서론 1
• Ⅱ. 연구사 3
• Ⅲ. 연구내용 6
• 제1장 공시재료의 재질특성 6
• 1.1 공시재료 7
• 1.2 실험방법 7
• 1.2.1 열처리 방법 7
• 1.2.2 재색변화 측정 8
• 1.2.3 밀도 및 중량감소율 측정 9
• 1.2.4 추출물함량 측정 9
• 1.2.5 X선회절분석 10
• 1.3 결과 및 고찰 11
• 1.3.1 열처리에 의한 재색변화 11
• 1.3.2 열처리에 의한 밀도 및 중량감소율 변화 19
• 1.3.3 추출물 함량 21
• 1.3.4 상대결정화도 22
• 제2장 흰개미 저항성 24
• 2.1 실험 24
• 2.1.1 흰개미 채집 24
• 2.1.2 목재시편의 흰개미 폭로 시험 25
• 2.1.3 해부학적 특성 관찰 26
• 2.1.4 중량감소율 측정 27
• 2.1.5 사충률 측정 27
• 2.2 결과 및 고찰 28
• 2.2.1 해부학적 특성 28
• 2.2.2 중량감소율 33
• 2.2.3 사충률 35
• 제3장 내후성 37
• 3.1 실험방법 37
• 3.1.1 부후균 폭로 시험 37
• 3.1.2 해부학적 특성 관찰 38
• 3.1.3 중량감소율 측정 38
• 3.2 결과 및 고찰 39
• 3.3.1 해부학적 특성 39
• 3.3.2 중량감소율 52
• Ⅳ. 결론 55
• □ 참고문헌 56
• □ Abstract 60