제2장
액체의 침투원리 및 약제 처리방법
제1절 액체의 침투기구
1. 액체의 침투기구
① 습윤(wetting) – 초기침투, 재 표면
② 침투(penitrating)- 세포내강, 세포간극
◦ 靜水壓勾配 – 모관 인력(내력), 가압 또는 감압(외력) ③ 확산(diffusion) – 세포내강, 세포간극, 세포벽
◦ 액체의 농도 차(濃度勾配)
가. 습윤(wetting)
① 약액의 습윤성 : 지배인자 → 접촉각(θ)
◦ 접촉각 大 – 습윤성 小 – 약액의 표면장력(응집력)이 大 ◦ 접촉각 小 – 습윤성 大 – 약액의 표면장력이 小
◦ 접촉각 θ = 0 → 재 표면 완전 적심(재중으로 약액 침투가 현저)
Adhesion Forces> Cohesive Forces
Spreading of the liquid on the surface of the solid.
Contact Angle
q
: 0 <q < p/2
Adhesion Forces< Cohesive Forces
The liquid pulls itself together into the shape of a droplet.
Contact Angle q :
p
/2 <q <p
나. 침투(penetration)
① 모관인력에 의한 침투 ◦ 침투속도 大
◦ 액체의 상승 높이
▪ 모세관 반경(r), 액체의 밀도(ρ), 중력가속도(g)에 반비례 ▪ 액체의 표면장력(γ)에 비례
h = 2γcosθ rρg
surface tension 'T'
② 가압에 의한 침투 ◦ 모관 크기에 좌우 ◦ Poiseuille 법칙
☞ 목재의 모세관 – 세포
▪ 반경이 불균일, 복잡한 배열, 벽공 존재 → 이론식에 의한 해석 곤란
다. 확산(diffusion)
◦ 용액의 농도차(농도구배)에 의해 일어나는 물리화학적 현상 ◦ 목재 내에서 확산 : 목재 함수율, 용액의 농도에 의해 크게 좌우 ▪ FSP 이상의 함수율(50% 이상)
▪ 포수목재 : 세포내강, 세포벽, 벽공 등 모든 통로를 통하여 발생
☼ 목재 내로의 약액 침투
◦ 습윤, 모관 침투, 확산 침투의 조합
2. 목재의 성질과 약액 침투
□ 액체 침투의 영향 인자
① 목재: 구성세포의 종류, 벽공의 미세구조, 함수율, 비중 ② 액체: 조성, 점도, 온도, 압력
가. 목재 부위와 침투
1) 변재와 심재: 변재부 침투성 양호
▪ 변재부 구성세포: 수목 根系 → 樹冠系로의 수분통로 역할 ① 침엽수
◦ 변재부 가도관: 벽공의 폐색이 少, 可逆的 ◦ 심재부 가도관: 폐색벽공만 존재, 비가역적 ② 활엽수
◦ 변재부 도관: 장해물질 無, 통도 양호
◦ 심재부 도관: 타일로시스 발달, 심재물질 침적 – 통도 장해
심재화에 따른 가도관 벽공의 폐색
심재화에 따른 도관 내 타일로시스 생성
2) 조재와 만재
① 침엽수: 만재부 양호
◦ 벽공벽의 두께가 두꺼움 → 건조에 대한 저항이 强 → 폐색벽공이 少 ◦ 침엽수 가도관
② 활엽수
◦ 환공재: 조재부 양호 ◦ 산공재: 균일
☞ 목재부위 별 침투성 실험 예
◦ Aspen 1㎤ 시편: 물 감압주입 → 침하시간 측정 ▪ 변재 5분, 심재 200시간
나. 목재 비중과 침투
◦ 비중 大 → 공극율 小 → 침투량 少
◦ 비중과 액체의 침투량 – 반드시 비례관계 성립하지 않음
☞ 실험 예
◦ 전건비중 0.3 삼나무 ▪ 공극율은 ?
▪ 삼나무 1㎥ 의 물의 침투량 : 800kg (X)
▪ 실제 물의 침투량 : 공극의 약 80% → 640kg
C = ( 1-0.3
) x 100 = 80%
1.5
다. 목재 함수율과 침투
1) 침투성 : 벽공의 開口率에 좌우 ▪ 고함수율재(생재) > 건조재 2) 약제의 성질과 함수율
▪ 수용성 : 고함수율재 ▪ 유용성 : 건조재
3) 처리방법과 함수율
▪ 확산법 : 고함수율재(생재) ▪ 가압주입법 : 건조재
1. 침투성 개선을 위한 전처리 방법
가. 횡압축
◦ 생재 → 압축(압축량: 두께의 10%) → 건조 → 약액 주입 ◦ 약액 흡수량: 2 – 3배 증가
◦ 이유: 벽공벽의 토루스 균열 → 통도성 향상 나. 증기처리(steaming)
◦ 생재 → 증기처리(증기압력: 2kg/㎤ 이하) → 건조 → 약액 주입 ◦ 건조에 따른 벽공의 폐색 감소
다. 자상처리(인사이징, incising)
◦ 난주입성 수종 – 재표면에 기계적 상처 내기
◦ 침투가 용이한 세포의 횡단면 형성 – 침투성 향상 ◦ 상처 방향: 섬유방향에 약간 경사지게
제2절 약제 처리 방법
자상처리와 약제 침투 상태
2. 약액 처리 방법
가. 상압주입법
◦ 도포법, 분무법, 침지법, 확산법, 온냉욕법, 나. 감압주입법
◦ 실험실적 방법
다. 가압주입법 : 효과적, 능률적
① 충세포법(full-cell process, Bethell process) ◦ 1838년, 영국 John Bethell 개발
◦ 가압주입법의 표준 공정 ◦ 수용성 약제 처리
◦ 세포 공극에 다량의 약액 주입, 충만
◦ 공정: 주약관 내 목재 투입 → 전배기(600mmHg, 15~60분) → 약액 투입(충만) → 가압(9~14kg/cm
3
) → 가압 정지 → 약액 회수 → 후배기Full-cell process
② 공세포법(empty-cell process, Rűping process) ◦ 1902, 독일, Rűping 개발 - Rűping 법
◦ 처리 약제: 유상(크레오소오트유)
◦ 약액의 침투는 깊게, 침투량은 적게(세포벽만 약액으로 피복)
◦ 공정: 주약관 내 목재 투입 → 공기 압입 → 약액 투입 → 가압 → 가압 정지 → 약액 회수 → 후배기
③ 반공세포법(semi-empty-cell process, Lowery process) ◦ 1906, 미국 Lowery 개발
◦ 공정: 주약관 내 목재 투입 → 약액 투입 → 가압 → 가압 정지 → 약액 회수 → 후배기
