可塑化) )

(1)

제6장

목재의 가소화( 可塑化 )

(2)

□ 목재의 세포벽의 구성

① 골격물질: 마이크로피브릴(셀룰로오스) ② 메트릭스물질 : 헤미셀룰로오스, 리그닌

◦ 정상: 단단하게 결합 → 평형을 유지 → 塑性이 부족한 재료 ◦ 평형 붕괴 → 塑性 발생 → 가소화 가능

□ 목재의 가소 인자

▷ 수분, 열

▷ 무정형의 쇄상분자로 구성된 폴리머 물질

① 저온: 주쇄의 마이크로브라운 운동(micro-brownian motion) 동결 → glass 상태

② 온도 상승: 자유체적 증가 → 분자 운동 가능 스페이스 발생 → 주쇄의 마이크로브라운 운동 시작 → 고무상태로 轉移(일정 온도 영역)

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□ 목재: 천연 고분자 물질

◦ 연화가 발생하는 온도영역 존재 ◦ 열연화가 비교적 느림

- 이유: C, HC, L 복합체, Cellulose의 결정성

□ 목재의 열연화점

① 건조 상태

◦ C: 200~250℃, HC: 180℃, L : 150℃ 부근 ② 습윤 상태

◦ C: 235℃, HC: 20℃(MC 약 60%), L : 70℃(MC 약 30%) - HC: 상온에서 연화

- L의 3차원 네트워크: 변형에 저항 → 가소성 불충분 → (가열) → 리그닌 연화

※ 목재의 연화점: 약 80~100℃

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1. 마이크로파 처리

가. 포수목재 → 마이크로파 조사 → 목재 내 수분 마이크로파 흡수 → 재 내부 수증기압 상승 → 재 내부 온도 상승(120~130℃) 나. 재 내부 온도 상승

◦ 세포벽 메트릭스 물질: glass 상태 → 고무 상태 → 메트릭스 연화 ◦ 세포벽 골격 물질(마이크로피브릴): glass 상태 유지

◦ 골격과 메트릭스 물질 간의 균형 붕괴 → 가소성 증가 다. 냉각

◦ 메트릭스 물질: glass 상태로 복귀 → 건조: 분자 간 수소결합 형성 → 마이크로피브릴: 변형된 상태로 고정

※ 단점: 수분에 의해 복원

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Figure 5. A monochromatic electromagnetic wave polarized in the y-z plane.

(출처 : Doctoral thesis by Lars Hansson)

(10)

Figure 9. Power penetration depth as a function of mc for different dry wood densities at room temperature at a frequency of 2.45 GHz.

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Figure 10. Power penetration depth as a function of mc in wood at different temperatures, dry density 490 kg/m3 and frequency 2.45 GHz.

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2. 고압수증기 처리

▷ 마이크로파 처리의 단점 해결

▷ 고압수증기 처리(1차) → 압축 성형 → 고압수증기 처리(2차, 200℃, 약 8분) → 건조

◦ 건습 반복에 의한 복원 無

◦ 메커니즘: 변형이 발생된 셀룰로오스의 비결정영역 부분적으로 가수분해 → 내부응력 소실

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3. 액체 암모니아 처리

가. 액체 암모니아의 성질 ◦ 수소결합 형성 능력이 高 ◦ 강력한 목재 세포벽 팽윤제 - 비결정영역 침투 → 팽윤

- 결정영역 침투 → 결정격자 간극 넓힘 → 비결정화 나. 처리 방법

◦ 목재 → 액체 암모니아에 침지 → 휨가공 → 건조

① 액체 암모니아 침지 : 암모니아 → 결정영역, 비결정영역 침투 → 결합수, -OH기 암모니아로 치환 → 결정영역의 불규칙한 비결정화 → 목재 팽윤, 연화 → 풍부한 가소성 발생

② 건조: 암모니아 제거 → 비결정상태의 결정영역이 결정상태로 복귀 → 가소성 소실 → 변형 고정

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다. 처리재의 특징

◦ 휨가공 후 스프링백 현상 無 ◦ 수종 간의 처리 난이도 無 ◦ 재료의 파손율이 小

◦ 비결정영역 이외에서도 변형이 고정 → 수분에 의한 복원이 無

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4. 알칼리 용액 처리

▷ 처리 방법

◦ 알칼리 수용액에 침지(농도 10~15%) → HC, L 일부 용탈 → 리그닌 네트워크의 일부에 공극 형성 → 메트릭스 내 마이크로피브릴 형태 변화 가능 → 휨가공 → 건조(治具에 고정한 상태)

▷ 단점

◦ 찌그러짐 발생이 용이