난주입성 국산목재의
마이크로 인사이징 방부처리
글.사진_(주)에이치티 김경중 대표
목재 자원의 가치를 높이고, 국산 목재의 공급 확대 및 국산 목재의 이용 활성화 정책을 위해서 장기 내구성을 확보해야 한다. 또한 탄소중립의 목표에 따라 온실가스를 감축해야 하는 방향에서는 탄소목재의 장기 사용 및 안정적 사용을 위한 연구가 필요로 한다.
일반적으로 목재는 보온성이나 단열성이 우수한 특성을 가지고 있어 예로부터 건축자재 등으로 사용되어 왔으며, 최근의 건축, 조경 분야에서 사용되는 철강, 콘크리트, 플라스틱 등과 같은 재료보다 친환경적인 재료이다.
또한 목재는 다양한 자연환경과 가장 잘 조화가 되는 우수한 미감을 가진 재료로서 도시 생활로 지친 현대인들로부터 목재의 선호도가 높아져 목재의 사용량이 지속적으로 증가하고 있다.
그러나 이러한 장점에도 불구하고, 목재는 해충 등의 생물학적 열화 요인과, 햇빛과 같은 자외선, 풍화, 물이나 습기 등과 같은 물리 화학적 열화 요인 등의 다양한 열화 요인에 의해 목재의 본래 성질을 상실하고 열악한 상태로 변질될 수 있다. 이러한 목재의 열화를 방지하기 위해 건축용, 또는 조경시설용으로 사용되는 목재는 방부 처리되어 제공된다.
방부목은 대표적 탄소목재의 장기 사용 제품이다. 따라서 국산재의 방부처리 목재의 품질 확보를 위해서 방부처리 기준이 적용되고 있으나, 현실은 약제처리성 및 내후성 데이터가 없는 수입목재들이 국내시장에 유입되고 있고, 국산재는 방부처리 기준을 지키는 업체가 줄어들고 있는 문제점을 안고 있다.
여기서 방부액 주입 장치는 목재가 투입된 밀폐 탱크를 진공 배기 상태로 유지하여 목재의 수분을 외부로 배출 시킨 뒤, 방부액을 탱크에 채워 압력을 가함으로써 방부액을 목재에 투입하는 과정으로 수행되며, 방부액이 목재의 심재 중심까지 깊게 그리고 많이 침투할수록 방부 효과가 우수하다.
▲ 그림 1. 인사이징 처리 목재의 표면
기존에 난주입성 목재의 방부성능을 향상시키고자 일반적인 방법으로 표면에 자상처리(Incising)를 하는데 이는 목재보존제를 깊숙이 주입하여 균등한 침윤도를 얻을 목적으로 주입 전에 목재 표면을 칼날이나 바늘 등의 날물이 구비된 설비를 통해서 처리하는 방식이다. 그러나 제품의 표면에 나타난 갈라진 이미지와 보존제의 쉬운 용탈(leaching)로 인해서 시장에서 외면을 받고 있다. 평균적으로 낙엽송은 9,000개/m2의 칼 수를 내고 있다. 이때 가압은 1.5 Mpa 의 압력으로 처리한다.
건축·조경분야에서 방부목재 시장은 상대적으로 크게 형성되어 있지만, 국내에서 생산되는 방부목재의 상당 부분이 KS 규격 요건에 미달하고 있으며, 특히 국산 낙엽송은 난주입성 목재로 방부목재의 용도로는 유통되지 못하고 있는 것이 현실이다.
이에 따라 국산 낙엽송의 방부목 성능을 높이기 위해서 낙엽송에 육안으로 관찰이 어려운 수준의 마이크로 단위의 미세홀(microhole)을 뚫고, 기존보다 높은 약 3~5 Mpa의 높은 방부 압력을 가하여 낙엽송재의 방부성능을 획기적으로 높이고자 한다.
▲ 그림 2. 레이저빔의 발산 반각
선행연구에서 ⌜전자빔 처리를 이용한 고품질 방부처리 목재의 생산기술 개발(이종신, 2009~2012)⌟가 수행되었으나, 수종별 전자빔의 크기와 깊이 조절의 어려움 그리고 고가 장비로 인한 경제성에 대한 문제점이 있었다.
낙엽송재에 200μm 이상의 홀 크기로 10mm 이상의 보존제 침투 깊이로 가공하면서 경제성을 확보해야만 실용화 사업으로 발전할 수 있다. 이에 따라 상용 레이저빔을 통해서 마이크로 단위의 홀 크기와 목적으로 하는 침투 깊이를 달성하고자 한다. 레이저빔의 특성상 목재 표면에는 구멍을 인지하기 어려우나 홀 깊이 안쪽은 홀의 크기가 확장된다. 이는 레이저의 특징으로 초점 전후의 빔 직경이 달라지므로 목재 안쪽에 좀 더 많은 방부액을 투입할 수 있는 공간이 확보됨을 의미한다.
▲그림 3. 마이크로 인사이징 설비(안) 레이아웃
이에 레이저빔을 통한 적정 깊이의 마이크로 인사이징과 방부압력을 높여서 낙엽송 방부목재의 기능을 확대하고자 하며, 생산성을 높여 경제성을 갖춘 국산 방부목재 시장을 구축하고자 한다. 또한 이 기술로 국산 낙엽송재의 활용도를 높이고 건축·조경시장에서 국산화율을 높이고자 한다.
▲그림 4. 낙엽송 마이크로 인사이징 및 방부처리(액상침지, dipping) 전후
레이저빔을 이용한 목재 인사이징 기술 및 장비를 특허로 출원하여 국내 유통은 물론 해외에 수출하여 높은 수익성을 기대할 수 있다. 본 기술이 보다 완성된 기술 개발 연구로 발전되기를 기대하면서 마이크로 인사이징 처리의 경제성 확보와 방부목재의 성능향상을 통한 목재의 장기성을 확보하고자 한다.
또한 이 마이크로 인사이징을 통한 기능성 목재의 성능향상도 기대해 본다. 난연, 불연, 강철 목재 등의 발전 가능성을 높게 보고 있다.