1. 서 론
1)
지금까지 임목육종에선 생장에 주로 주안을 두 었으나, 최근에는 우수한 생장과 더불어 우수한 재 질의 목재생산에도 주안을 두고 있다. 재질 연구는 목재의 성질을 평가하는 것으로, 이에 따라 목재의 용도가 모색되고, 또한 우수한 목재생산을 위한 기 초 데이터로도 이용되어진다(Han et al. 2014). 따 라서 임업선진국에선 자국의 주요수종을 중심으로 해부, 물리 및 역학적 성질 등에 대해 산지 간, 각 종 품종 간에 대해 다수의 연구 데이터를 축적하
2016년 3월 8일 접수; 2016년 4월 22일 수정; 2016년 4월 22일 게재확정
†교신저자 : 김 병 로 ([email protected])
고 있다(Abe 2005). 특히 품종, 클론, 산지 등에 따른 재질의 특징을 밝혀 우수한 재질의 목재를 생산할 수 있는 토대를 마련하고 있고, 이와 관련 해 다양한 연구가 발표되고 있다(Fugisawa et al.
1992, 1993; Akutsu 2003; Akutsu et al. 2006).
그러나 국내에서는 Park et al. (2006)이 소나무 우 량개체 차대검정림을 대상으로 생장과 재질특성을 조사한 바 있고, Han et al. (2014)과 Han et al.
(2015)이 본 연구의 전보로서 산지가 다른 루브라 참나무에 대해 생장에 따른 물리, 역학적 특성과 해부학적 특성에 대하여 조사한 정도로 아직 미비 한 수준이다. 물리적 성질 중 흡수량 및 흡습성은 목재라는 재료가 가지는 독특한 성능으로 콘크리 트나 스틸 등 타 재료에 없는 성능이다. 이 성능에
루브라참나무의 생장과 재질
- 흡수량, 흡습성 - 박 강 식 , 김 병 로†✝
충북대학교 목재⋅종이과학과
Wood Quality and Growth of Quercus rubra in Korea
- Water absorption, Hygroscopic property - Kang-Sik Park, Byung-Ro Kim†✝
Department of Wood and Paper Science, Chungbuk National University, Cheongju 28644, Korea
Abstract: This study was conducted to investigate the relationship between water absorption (or hygroscopic property) and growth rate of rubra oak (Quercus rubra) from 5 different origins of seed (Carleton, Simcoe, Chatham, Bancroft, Unknown). Water absorption at cross section of Quercus rubra was 0.43∼0.92 g/cm2 and the property was not related with growth rate. Overall equilibrium moisture content of rubra oak were 11.35∼11.56% and 15.15∼15.83% at 40℃ with 75% and 90% relative humidities, respectively. There was no relationship between growth rate and moisture content(hygroscopy) in rubra oak. Based on the results, Rubra oak can be classi- fied as a low hygroscopic wood grade, and thus might be a good raw material for furniture productions owing to its superior dimensional stability.
Keywords: water absorption, hygroscopy property, growth rate, different origins of seed
의해 목재라는 재료가 친인체적인 재료라고 평가 받는 이유 중에 하나인 것이다. 인간의 거주환경이 목재일 경우에 타 재료의 거주환경보다 더욱 쾌적 한 환경이 조성될 수 있는 이유는 목재가 가지는 흡습 및 방습 성능에 기인하는 것이다. 따라서 목 조주택이나 목가구 등은 습한 환경에서는 수분을 흡습하고, 건조한 환경에서는 수분을 방습하여 인 간에게 좋은 습도환경을 제공하는 것이다(Jang et al. 2014). 따라서 본 연구에서는 루브라참나무의 흡수량 및 흡습성을 조사하고, 또한 이들을 생장과 의 관계를 조사하여, 재질적으로도 우수한 종자의 산지를 규명하는데 필요한 기초자료를 얻는데 연 구의 목적이 있다.
2. 재료 및 방법
2.1 공시 재료
본 실험에 사용된 루브라참나무(Quercus rubra L.)는 원산지인 캐나다로부터 1988년 도입된 8개 산지 종자를 1989년 포지에 산지별 발아하여 포지 생장한 것을 1990년 경기도 수원시 임목육종연구 소 시험림에 식재한 것이다. 이들 중 2012년 8월 태풍 볼라벤에 의해 전도된 5개 개체이고, 5개 개 체 중 1개 개체는 산지를 확인할 수 없었다. 이들 의 종자 산지(이하 산지) 수고 흉고직경 등은 Table 1에 나타냈다.
2.2 실험 방법 2.2.1 흡수량 조사
공시목은 2012년 8월 29일에 전도되었고 2012
년 9월 14일에 흉고부위에서 두께 10 cm의 디스 크 채취 후 수로부터 30(T) × 30(R) × 100(L) mm의 곧은결 시편을 연속 제작하였으며, 주로 심 재부였다. 시편 제작 및 측정은 한국산업규격 KS F 2204에 준하여 측정하였고, 흡수량에 이용된 식 은 아래와 같다.
흡수량
㎠
여기에서 방수처리 후의 시험체의 질량
침지 완료 직후의 시험체의 질량
흡수면의 총면적㎠
2.2.2 흡습성 조사
공시목의 흉고부위에서 두께 10 cm의 디스크 채 취 후 수로부터 30(T) × 30(R) × 5(L) mm의 시편 을 수로부터 연속 제작하였으며 주로 심재부였고, 제작 시에는 두 면을 곧은결면의 직육면체로, 짧은 축은 섬유방향에 평행으로 하였다. 시편 제작 및 측 정은 한국산업규격 KS F 2205에 준하여 측정하였 다. 각 환경조건(40℃, RH 75, 90%)은 항온항습기 (DAIHAN LABTECH CO., LTD, Model LHT -2250C)를 이용하였다. 흡습면은 전체로부터의 흡 습시켰으며, 흡습성은 평형함수율(EMC)로 나타냈 으며, 이용된 식은 아래와 같다.
℃ 의 온습도 조건에서의 평형함수율
Table 1. Sample trees (Quercus rubra)
Provenance Tree age
(year)
Height (m)
D.B.H* (cm)
Average annual ring width (mm)
Latewood ratio (%)
Carleton Ontario Canada 24 16.5 17.5 4.61 22
Simcoe Ontario Canada 24 14.7 10.9 2.86 41
Chatham Ontario Canada 24 17.3 19.8 7.32 27
Bancroft Ontario Canada 24 20.2 13.5 3.55 40
Unknown 24 14.9 12.6 3.32 23
*D.B.H: diameter at breast height
℃ 의 온습도 조건에서의 평형함수율
∞
×
여기에서
℃ 의 온습도 조건에서 평형에 도달했을 때의 질량
절건질량
∞ ℃ 의 온습도 조건에서 평형에 도달했 을 때의 질량
3. 결과 및 고찰
3.1 흡수량
Table 2는 4개 종자산지의 루브라참나무의 침 지 후 24시간 후의 횡단면의 흡수량을 나타낸 것 이다. 루브라참나무들의 횡단면 흡수량은 Carleton 산이 0.68 g/cm2, Simcoe산이 0.66 g/cm2, 산지 미정(Unknown)산이 0.69 g/cm2, Chatham산이 0.60 g/cm2으로 평균 0.66 g/cm2으로 나타났고, 산지 간에는 Chatham산이 낮은 편으로 나타났고 그 외 산지 간에는 차이는 없는 것으로 나타났다.
Cho (1994)는 한국산 주요목재의 성질과 용도에서 횡단면에서 참나무과인 굴참나무가 심재 0.256 g/cm2 변재 0.288 g/cm2, 갈참나무가 심재 0.204 g/cm2 변재 0.301 g/cm2, 신갈나무가 심재 0.276 g/cm2 변재 0.343 g/cm2, 졸참나무가 심재 0.319 g/cm2 변재 0.311 g/cm2로 보고하고 있어, 루브 라참나무의 횡단면 흡수량이 국내산 참나무과에 비해 높은 흡수량을 나타내는 것으로 나타났다.
Jang et al. (2014)은 도입산 글루티노사오리나무에 대해서 산지에 따른 흡수량을 조사하였는데 산지 에 따라 차이를 보이는 것으로 보고하고 있다.
Fig. 1은 흡수량과 생장(연륜폭)과의 관계를 나타 낸 것이다. 그림(Fig. 1)에서 볼 수 있듯이 흡수량 과 생장과는 관계가 없는 것으로 나타났다. Jang et al. (2014)은 도입산 글루티노사오리나무에 대해 서 생장과 흡수량과의 관계를 조사하였는데 이들 간에는 상관이 있다고 보고하고 있다. Fig. 2는 흡 수량의 측정이 끝난 후 시편을 당시의 통상 대기 중에 방치한 시편들의 무게를 조사한 것으로, 24
∼ 48시간에서의 무게 감소가 집중적으로 나타났 고, 이후의 무게 감소는 완만하게 나타나는 것을 볼 수 있었다.
Table 2. Amount of water absorption on cross section of Quercus rubra Unit : g/cm2
Soaking time Carleton Simcoe Unknown Chatham
24 hours 0.69 0.66 0.69 0.60
Fig. 1. Relationship between annual ring width and water absorption.
Fig. 2. Relationship between dehumidification time and weight.
3.2. 흡습성
흡습성은 평형함수율(Equilibrium moisture con- tent; EMC)로 나타냈으며, Table 3은 5개 종자산 지의 루브라참나무의 전체면에 있어서 온도 40℃
관계습도 75%시와 온도 40℃ 관계습도 90%시의 평형함수율을 나타낸 것이다. 평형함수율은 온도 40℃ 관계습도 75% 경우 Carleton산이 11.6%, Simcoe산이 11.6%, Unknown산이 11.4%, Chatham 산이 11.4%, Bancroft산이 11.5%으로 평균 11.5%
로 나타났고 산지 간에는 차이가 없는 것으로 나타 났다. 온도 40℃ 관계습도 90% 경우 Carleton산이 15.8%, Simcoe산이 15.5%, Unknown산이 15.3%, Chatham산이 15.1% 그리고 Bancroft산이 15.3%
으로 평균 15.4%로 나타났고, 이들도 산지 간에는 차이가 없는 것으로 나타났다. Haishi et al. (1973) 은 일본산 주요수종의 평형함수율에 대한 연구에서 온도 40℃ 관계습도 75%시 9.7∼13.7% 범위로 심 재의 겨우 평균 12.3% 변재의 경우 12.4%, 온도 4 0℃ 관계습도 90%시 14.3∼19.2% 범위로 심재의 경우 17.4% 변재의 경우 17.8%로 보이는 것으로
보고하고 있다. 본 연구의 루브라참나무 온도 40℃
관계습도 75% 경우 평균 11.5%, 온도 40℃, 관계 습도 90% 경우 평균 15.8%로 일본 주요수종의 같 은 조건의 평형함수율보다 낮은 값을 나타냈다.
Han et al. (2015)은 루부라참나무의 생장과 재질의 해부학적 성질연구에서 루브라참나무는 레드오크 지만 드물게 관공에 따라서는 타일로시스가 발달한 것을 관찰할 수 있다고 하였는데, 이 타일로시스가 물분자의 확산을 방해에 흡습성을 낮게 하지 않았 나 생각된다. 루브라참나무는 흡습량이 적은 관계 로 가구 재료로 사용 시 치수안정화 측면에서 우수 할 것으로 생각된다. Fig. 3은 생장(연륜폭)과 흡습 량과의 관계를 나타낸 것이다. 그림에서 볼 수 있듯 이 온도 40℃ 관계습도 75%, 90% 두 조건 모두에 서 생장과 흡습량과는 관계가 없는 것으로 나타났 다. Lee et al. (1992)은 목재의 흡습량은 친수성기 (-OH)의 수에 의존하는 것이 일반적이라고 하였는 데 본 연구의 루브라참나무는 생장에 따른 흡습성 에 차이를 나타내지 않는 것에 대해서는 친수성기 의 차이가 없는 것을 우선 생각할 수가 있으나, 그 외 공극률, 세포내강구조, 접촉각 등 과학적으로 뒷 받침할 수 있는 추가 연구가 필요할 것으로 생각된 다. 또한 목재의 효율적인 이용을 위해서는 국내산 유용수종에 대한 수분성질에 대해 연구도 필요할 것으로 생각된다.
4. 결 론
본 연구는 5개 산지(Carleton, Simcoe, Chatham, Bancroft, Unknown)의 루브라참나무(Quercus ru- bra)를 대상으로 물리적 특성 중 흡수성과 흡습성 을 조사하고, 이들에 대해 생장과의 관계도 규명하 였다. 흡수성은 횡단면 흡수량은 0.43∼0.92 g/cm2 범위로 평균 0.66 g/cm2로 나타났고, 생장과의 관 Fig. 3. Relationship between EMC (40℃, RH 75%),
EMC (40℃, 90%) and average annual ring width.
Table 3. Equilibrium moisture contents(EMC) of Quercus rubra Unit : %
Condition Carleton Simcoe Unknown Chatham Bancroft
40℃, 75% 11.6 11.6 11.4 11.4 11.5
40℃, 90% 15.8 15.5 15.3 15.1 15.3
관계습도 75% 경우 11.35∼11.59%범위로 평균 11.47%로 나타났고 40℃ 관계습도 90% 경우 15.15∼15.83% 범위로 평균 15.43%로 나타났고, 생장과의 관계는 없었다. 루브라참나무는 흡습성 이 낮은 수종으로 판단되었다. 루브라참나무는 흡 습량이 적은 관계로 가구 재료로 사용 시 치수안 정화 측면에서 우수할 것으로 생각된다.
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