KR102528138B1 - Processing method for improving dimensional stability, flame-resistance and proof against climate of exterior wood - Google Patents
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Abstract
본 발명은 난연성, 치수안정성 및 내후성을 증진시키기 위한 외장용 목재의 가공 방법에 관한 것으로, 본 발명의 가공 방법은 수용성 난연제와 목재의 치수안정화제로 사용되는 파라핀계 왁스를 함께 처리함으로써 물에 의한 용탈성을 개선하여 난연 성능의 지속성을 증대시킬 뿐만 아니라 치수안정성을 강화시키는 효과가 있으므로, 외장재로 유용하게 사용할 수 있는 외장용 목재의 가공 방법이다.The present invention relates to a method for processing wood for exterior use to improve flame retardancy, dimensional stability and weather resistance. It is an exterior wood processing method that can be usefully used as an exterior material because it not only increases the durability of the flame retardant performance by improving the dimensional stability but also has the effect of enhancing the dimensional stability.
Description
본 발명은 난연성, 치수안정성 및 내후성을 증진시키기 위한 외장용 목재의 가공 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for processing wood for exterior use to improve flame retardancy, dimensional stability and weather resistance.
천연 고분자 화합물인 목재는 다른 재료에 비교하여 가볍고 강인하며, 가공이 용이하고 온도, 습도, 소리, 전기 등에 대하여 다양한 재질 특성을 나타낼 뿐만 아니라 감촉이 부드럽고 외관이 아름다워 건축재, 가구재, 토목용재 등 오래 전부터 다양한 용도의 재료로 사용되어 왔다.Wood, a natural polymeric compound, is lighter and stronger than other materials, is easy to process, exhibits various material properties with respect to temperature, humidity, sound, and electricity, and has a soft texture and beautiful appearance. It has been used as a material for various purposes.
그러나 이러한 장점 이외에도 사용 과정에서 여러 원인에 의해 썩거나 불에 타거나 갈라지고 뒤틀리는 등 많은 결점을 가지고 있어 재료로서의 기능을 상실하는 단점을 가지고 있다. 이러한 목재의 여러 결점을 제거 또는 보완하여 목재의 사용수명을 연장시키기 위해 다양한 목재의 보존처리 약제 및 방법이 개발되어 사용되고 있으며, 제거 또는 보완하고자 하는 결점 대상에 따라 약제 또는 처리 기술을 분류할 수 있다. 목재의 썩음(부후)을 방지하기 위한 방부제와 방부처리 기술, 충해를 방지하기 위한 방충제와 방충처리 기술, 연소(화재)를 방지하기 위한 방화제(난연제, 방염제)와 방화처리 기술, 수축과 팽윤에 의한 뒤틀림과 갈라짐 등을 방지하기 위한 치수안정화제와 개질 처리 기술 등으로 분류할 수 있으며, 넓은 의미로 목재 보존제와 보존처리 기술에 해당된다. 목재의 결점을 제거 또는 보완하기 위해 처리에 사용되는 목재 보존제(약제)가 갖추어야 할 가장 중요한 요소는 해당 결점 인자에 작용하는 우수한 효력 이외에도 보존처리 목재 사용 중에 강수에 노출되었을 때 유효성분이 수분에 용해되어 외부로 용출되지 않는 용탈 저항성이 강해야 한다. 유효성분의 수분에 대한 용탈 저항성이 우수해야지만 보존 처리 효과가 오래 지속되는 장기 효력 지속성을 보장할 수 있으며, 강수에 직접 노출되는 구조물이나 조경시설물 등의 외장 재료로 사용하는 데에도 제한이 따르지 않는다. However, in addition to these advantages, it has many defects such as rotting, burning, cracking, and twisting due to various causes during the use process, and thus has the disadvantage of losing its function as a material. In order to extend the useful life of wood by removing or supplementing various defects of wood, various wood preservation treatment chemicals and methods have been developed and used, and chemicals or treatment techniques can be classified according to the target of defects to be removed or supplemented. . Preservatives and preservative treatment technology to prevent wood rot (decay), insect repellent and insect repellent treatment technology to prevent insect damage, fire retardant (flame retardant, flame retardant) and fire prevention treatment technology to prevent combustion (fire), shrinkage and swelling It can be classified as a dimensional stabilizer and modification treatment technology to prevent distortion and cracking, and corresponds to wood preservative and preservation treatment technology in a broad sense. The most important element that wood preservatives (chemicals) used in processing to remove or supplement wood defects must have is that, in addition to the excellent effect acting on the defect factor, the active ingredients dissolve in moisture when exposed to precipitation during the use of preserved wood. It must have strong leaching resistance that does not elute to the outside. Active ingredients must have excellent resistance to leaching to moisture, but long-term effects can be guaranteed, and there are no restrictions on use as exterior materials such as structures directly exposed to precipitation or landscaping facilities. .
목재 보존제 중에서 수분에 대한 용탈 저항성이 우수한 약제로 정착성(고착성) 목재 방부제(방충제)를 들 수 있다. 이들 목재 방부제의 유효성분은 목재 내부로 침투된 후에 목재 화학성분들과 내부에서 반응하여 불용성 화합물로 변함으로써 강수에 노출되더라도 방부(방충) 효력이 떨어지는 문제가 발생하지 않아 처리 목재의 장기간 사용 수명이 보장된다. Among the wood preservatives, a fixative (adhesive) wood preservative (insect repellent) may be mentioned as a drug having excellent leaching resistance to moisture. After the active ingredients of these wood preservatives penetrate into the wood, they react with the wood chemical components inside and turn into insoluble compounds, so that even if exposed to precipitation, the problem of reducing the preservative (insect repellent) effect does not occur, ensuring a long service life of the treated wood. do.
또한, 친환경 목조주택의 보급과 함께 목 구조물의 화재 안전성에 관심이 많아져 목재의 난연 약제 개발과 함께 난연 목재 생산이 주목받고 있다. 목재의 연소성을 감소시키기 위하여 다양한 난연제가 개발되어 난연 목재 제조에 사용되고 있으나, 이들 약제 모두는 수분에 대한 용탈 저항성이 전혀 없는 수용성 약제들이므로, 강수에 노출되는 외장재로 사용되는 목재의 난연처리에는 부적합하며 모두 내장용 목재 처리에만 사용할 수 있다. In addition, with the spread of eco-friendly wooden houses, interest in the fire safety of wooden structures has increased, and the development of flame retardant chemicals for wood and the production of flame retardant wood are attracting attention. In order to reduce the combustibility of wood, various flame retardants have been developed and used in the manufacture of flame retardant wood, but all of these chemicals are water-soluble chemicals with no resistance to leaching to moisture, so they are not suitable for flame retardant treatment of wood used as an exterior material exposed to precipitation. and can only be used for interior wood treatment.
난연처리 목재에 수분에 대한 용탈 저항성을 부여할 수 있는 방법으로는 목재 내로 침투된 후에 목재 추출성분들과 반응하여 불용화되는 난용성 화합물의 난연제(정착성 또는 고착성 난연제)를 개발하는 방법과 기 개발되어 사용되고 있는 수용성 난연제와 물 불용성(소수성) 화합물을 병용처리하여 물에 의한 난연성분의 용탈을 방지하는 방법을 생각할 수 있다. As a way to impart leaching resistance to moisture to flame retardant treated wood, a method and technique for developing a flame retardant (fixative or fixative flame retardant) of a poorly soluble compound that reacts with wood extract components to become insolubilized after penetrating into wood A method of preventing the leaching of the flame retardant component by water by using a water-soluble flame retardant that has been developed and used in combination with a water-insoluble (hydrophobic) compound can be considered.
난연제를 구성하는 주요 원소는 인(P), 붕소(B), 할로겐원소(F, Cl, Br, I) 등으로 이들 원소로 구성된 화합물을 중심으로 하는 정착성 난연제는 아직까지 개발되어 있지 않다. The main elements constituting the flame retardant are phosphorus (P), boron (B), halogen elements (F, Cl, Br, I), etc., and fixable flame retardants centered on compounds composed of these elements have not yet been developed.
한편, 한국등록특허 제1230386호에 목재의 치수안정성 및 난연성 향상 가공방법이 개시되어 있고, 한국등록특허 제1390631호에 난연 목재의 제조방법이 개시되어 있으며, 한국등록특허 제0736211호에 파라핀층 형성 방법 및 장치가 개시되어 있으나, 본 발명의 난연성, 치수안정성 및 내후성을 증진시키기 위한 외장용 목재의 가공 방법은 아직까지 개시된 바 없다. Meanwhile, Korean Patent No. 1230386 discloses a processing method for improving dimensional stability and flame retardancy of wood, Korean Patent No. 1390631 discloses a method for manufacturing flame retardant wood, and Korean Patent No. 0736211 discloses a paraffin layer formation. Although the method and apparatus are disclosed, the processing method of wood for exterior use to improve flame retardancy, dimensional stability and weather resistance of the present invention has not been disclosed yet.
본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 본 발명은 난연성, 치수안정성 및 내후성을 증진시키기 위한 외장용 목재의 가공 방법에 관한 것으로, 본 발명의 가공방법에 따라 가공된 외장용 목재는 난연성, 치수안정성 및 내후성이 우수할 뿐만 아니라, 발수성이 증진된 것을 확인하였고, 물에 대한 내후조작 후에도 목재 내부에 포함된 난연제 성분인 질소 및 인의 잔존된 것을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.The present invention has been derived from the above needs, and the present invention relates to a method for processing exterior wood for enhancing flame retardancy, dimensional stability and weather resistance. In addition to excellent stability and weather resistance, it was confirmed that water repellency was enhanced, and it was confirmed that nitrogen and phosphorus, which are flame retardant components included in the wood, remained even after weathering against water, thereby completing the present invention.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (1) 외장용 목재를 주약관 내부에 투입한 후, 수용성 난연제 약액을 가압주입하는 단계;In order to achieve the above object, the present invention (1) after putting the exterior wood into the main tube, pressurized injection of a water-soluble flame retardant liquid;
(2) 상기 단계 (1) 이후에, 난연제 약액을 회수하고, 주약관 내부를 감압하여 후배기 과정을 거친 후, 난연제 약액이 가압 주입된 외장용 목재를 회수하는 단계;(2) after the step (1), recovering the flame retardant liquid, depressurizing the inside of the main tube, going through a post exhaust process, and then recovering exterior wood into which the flame retardant liquid has been pressurized;
(3) 상기 단계 (2) 이후에, 난연제 약액이 가압 주입된 외장용 목재를 왁스 용액에 함침하여 난연제 약액이 가압 주입된 목재 내부에 있는 수분을 왁스로 치환시키는 단계; 및(3) after the above step (2), impregnating the exterior wood injected with the flame retardant liquid into the wax solution to replace moisture in the wood injected with the flame retardant liquid into wax; and
(4) 상기 단계 (3) 이후에, 상기 난연제와 왁스가 주입된 외장용 목재를 상온에서 왁스 고화시키는 단계;를 포함하는 난연성, 치수안정성 및 내후성을 증진시키기 위한 외장용 목재의 가공 방법을 제공한다.(4) after the step (3), wax-solidifying the exterior wood injected with the flame retardant and wax at room temperature; to improve flame retardancy, dimensional stability and weather resistance.
또한, 본 발명은 (1) 외장용 목재를 주약관 내부에 투입한 후, 붕산(boric acid), 구아닐우레아 포스페이트(guanylurea phosphate) 및 인산(phosphoric acid) 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 수용성 난연제 약액을 9~18kgf/㎠의 압력 조건으로 3~6시간 동안 가압 주입하는 단계;In addition, the present invention (1) after putting wood for exterior inside the main tube, a water-soluble flame retardant chemical solution containing at least one selected from boric acid, guanylurea phosphate and phosphoric acid Injecting under pressure for 3 to 6 hours under a pressure condition of 9 to 18 kgf/
(2) 상기 단계 (1) 이후에, 난연제 약액을 회수하고, 주약관 내부를 압력을 650~700mmHg으로 감압하여 후배기 과정을 거친 후, 난연제 약액이 가압 주입된 외장용 목재를 회수하는 단계;(2) after the above step (1), recovering the flame retardant liquid, reducing the pressure inside the main tube to 650 ~ 700 mmHg, going through a post exhaust process, and recovering exterior wood into which the flame retardant liquid has been pressurized injection;
(3) 상기 단계 (2) 이후에, 난연제 약액이 가압 주입된 외장용 목재를 70~105℃의 온도의 용융왁스에 함침시켜 수분을 왁스로 치환시키는 단계; 및(3) after the above step (2), impregnating the exterior wood into which the flame retardant liquid was pressurized into molten wax at a temperature of 70 to 105° C. to replace moisture with wax; and
(4) 상기 단계 (3) 이후에, 상기 난연제 및 왁스가 주입된 외장용 목재를 회수한 후 상온에서 함침된 왁스를 고화시키는 단계;를 포함하는 난연성, 치수안정성 및 내후성을 증진시키기 위한 외장용 목재의 가공 방법을 제공한다.(4) after the step (3), recovering the flame retardant and the wax-injected exterior wood and then solidifying the impregnated wax at room temperature; processing method is provided.
또한, 본 발명은 상기 외장용 목재의 가공 방법에 따라 가공하여 난연성, 치수안정성 및 내후성이 증진된 외장용 목재를 제공한다.In addition, the present invention provides exterior wood with improved flame retardancy, dimensional stability and weather resistance by processing according to the processing method for exterior wood.
본 발명은 난연성, 치수안정성 및 내후성을 증진시키기 위한 외장용 목재의 가공 방법에 관한 것으로, 본 발명의 가공 방법은 수용성 난연제와 목재의 치수안정화제로 사용되는 파라핀계 왁스를 함께 처리함으로써 물에 의한 용탈성을 개선하여 난연 성능의 지속성을 증대시킬 뿐만 아니라 치수안정성을 강화시키는 효과가 있으므로, 외장재로 유용하게 사용할 수 있는 외장용 목재의 가공 방법이다.The present invention relates to a method for processing wood for exterior use to improve flame retardancy, dimensional stability and weather resistance. It is an exterior wood processing method that can be usefully used as an exterior material because it not only increases the durability of the flame retardant performance by improving the dimensional stability but also has the effect of enhancing the dimensional stability.
도 1은 본 발명의 가공방법에 따라 제조된 목재 및 난연제 단독 처리 목재의 발수성을 확인한 결과이다.
도 2는 난연제 단독처리 목재의 내후조작 전 목재에 함유된 원소를 분석한 결과로, a는 목재 조직을 관찰한 사진이며, b는 a의 관찰 조직에 분포되어 있는 원소의 스펙트럼이다.
도 3은 난연제 단독처리 목재의 내후조작 후 목재에 함유된 원소를 분석한 결과로, a는 목재 조직을 관찰한 사진이며, b는 a의 관찰 조직에 분포되어 있는 원소의 스펙트럼이다.
도 4는 본 발명의 가공방법에 따른 목재의 내후조작 전 목재에 함유된 원소를 분석한 결과로, a는 목재 조직을 관찰한 사진이며, b는 a의 관찰 조직에 분포되어 있는 원소의 스펙트럼이다.
도 5는 본 발명의 가공방법에 따른 목재의 내후조작 후 목재에 함유된 원소를 분석한 결과로, a는 목재 조직을 관찰한 사진이며, b는 a의 관찰 조직에 분포되어 있는 원소의 스펙트럼이다. 1 is a result of confirming the water repellency of wood manufactured according to the processing method of the present invention and wood treated with a flame retardant alone.
Figure 2 is a result of analyzing the elements contained in wood before weathering of flame retardant-treated wood, a is a photograph of the wood texture observed, and b is a spectrum of elements distributed in the observed tissue of a.
Figure 3 is a result of analyzing the elements contained in the wood after weathering of the wood treated with a flame retardant alone, a is a photograph of the wood tissue observed, and b is a spectrum of elements distributed in the observed tissue of a.
Figure 4 is a result of analyzing the elements contained in wood before weathering of wood according to the processing method of the present invention, a is a photograph of the observed wood structure, and b is a spectrum of elements distributed in the observed tissue of a .
5 is a result of analyzing the elements contained in wood after weathering of wood according to the processing method of the present invention, a is a photograph of the observed wood structure, and b is a spectrum of elements distributed in the observed tissue of a .
본 발명은 (1) 외장용 목재를 주약관 내부에 투입한 후, 수용성 난연제 약액을 가압주입하는 단계;The present invention comprises the steps of (1) injecting a water-soluble flame retardant liquid under pressure after putting wood for exterior into the main tube;
(2) 상기 단계 (1) 이후에, 난연제 약액을 회수하고, 주약관 내부를 감압하여 후배기 과정을 거친 후, 난연제 약액이 가압 주입된 외장용 목재를 회수하는 단계;(2) after the step (1), recovering the flame retardant liquid, depressurizing the inside of the main tube, going through a post exhaust process, and then recovering exterior wood into which the flame retardant liquid has been pressurized;
(3) 상기 단계 (2) 이후에, 난연제 약액이 가압 주입된 외장용 목재를 왁스 용액에 함침하여 난연제 약액이 가압 주입된 목재 내부에 있는 수분을 왁스로 치환시키는 단계; 및(3) after the above step (2), impregnating the exterior wood injected with the flame retardant liquid into the wax solution to replace moisture in the wood injected with the flame retardant liquid into wax; and
(4) 상기 단계 (3) 이후에, 상기 난연제와 왁스가 주입된 외장용 목재를 상온에서 왁스 고화시키는 단계;를 포함하는 난연성, 치수안정성 및 내후성을 증진시키기 위한 외장용 목재의 가공 방법에 관한 것이다.(4) after the step (3), wax solidifying the flame retardant and wax-infused exterior wood at room temperature; to improve flame retardancy, dimensional stability and weather resistance. It relates to a processing method for exterior wood.
상기 단계 (1)에서, 수용성 난연제 약액은 붕산(boric acid), 구아닐우레아 포스페이트(guanylurea phosphate) 및 인산(phosphoric acid) 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하지만 이에 한정하지 않는다.In step (1), the water-soluble flame retardant liquid preferably contains at least one selected from boric acid, guanylurea phosphate, and phosphoric acid, but is not limited thereto.
상기 단계 (1)의 외장용 목재를 주약관 내부에 투입한 후, 수용성 난연제 약액을 가압주입하는 단계는 주약관 내에 외장용 목재를 투입하고 밀폐시킨 후, 주약관 내부의 압력을 650~700mmHg으로 조절한 후, 30~60분 동안 전배기 과정을 거친 후, 주약관 내부로 난연제 약액을 투입하고, 가압 펌프를 이용하여 9~18kgf/㎠의 압력 조건으로 3~6시간 동안 목재 내부로 난연제 약액을 가압 주입하는 것이 바람직하지만 이에 한정하는 것은 아니다.In the step of pressurizing and injecting the water-soluble flame retardant chemical solution after putting the wood for exterior in step (1) into the main tube, after putting the wood for exterior in the main tube and sealing it, the pressure inside the main tube was adjusted to 650 ~ 700mmHg Then, after going through the entire exhaust process for 30 to 60 minutes, the flame retardant liquid is injected into the main tube, and the flame retardant liquid is pressurized into the wood for 3 to 6 hours under a pressure condition of 9 to 18 kgf/㎠ using a pressure pump. Injection is preferred, but not limited thereto.
상기 단계 (2)에서, 후배기는 30~60분 동안 주약관 내부의 압력을 650~700mmHg으로 조절하여 수행하는 것이 바람직하지만 이에 한정하는 것은 아니다.In the step (2), the post-exhaustion is preferably performed by adjusting the pressure inside the main tube to 650 to 700 mmHg for 30 to 60 minutes, but is not limited thereto.
상기 단계 (3)에서, 난연제 약액이 가압 주입된 목재 내부에 있는 수분을 왁스로 치환시키는 단계는 난연제 약액이 가압 주입된 목재를 70~105℃의 온도의 용융왁스에 침지하여 수분을 왁스로 치환시키는 것이 바람직하지만 이에 한정하는 것은 아니다.In the above step (3), the step of replacing the moisture inside the wood into which the flame retardant chemical solution is pressurized is replaced with wax by immersing the wood into which the flame retardant chemical solution is pressurized into molten wax at a temperature of 70 to 105 ° C. It is preferable to do so, but it is not limited thereto.
또한, 본 발명은 (1) 외장용 목재를 주약관 내부에 투입한 후, 붕산(boric acid), 구아닐우레아 포스페이트(guanylurea phosphate) 및 인산(phosphoric acid) 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 수용성 난연제 약액을 9~18kgf/㎠의 압력 조건으로 3~6시간 동안 가압 주입하는 단계;In addition, the present invention (1) after putting the wood for exterior inside the main tube, a water-soluble flame retardant chemical solution containing at least one selected from boric acid, guanylurea phosphate and phosphoric acid Injecting under pressure for 3 to 6 hours under a pressure condition of 9 to 18 kgf/
(2) 상기 단계 (1) 이후에, 난연제 약액을 회수하고, 주약관 내부를 압력을 650~700mmHg으로 감압하여 후배기 과정을 거친 후, 난연제 약액이 가압 주입된 외장용 목재를 회수하는 단계;(2) after the above step (1), recovering the flame retardant liquid, reducing the pressure inside the main tube to 650 ~ 700 mmHg, going through a post exhaust process, and recovering exterior wood into which the flame retardant liquid has been pressurized injection;
(3) 상기 단계 (2) 이후에, 난연제 약액이 가압 주입된 외장용 목재를 70~105℃의 온도의 용융왁스에 함침시켜 수분을 왁스로 치환시키는 단계; 및(3) after the above step (2), impregnating the exterior wood into which the flame retardant liquid was pressurized into molten wax at a temperature of 70 to 105° C. to replace moisture with wax; and
(4) 상기 단계 (3) 이후에, 상기 난연제 및 왁스가 주입된 외장용 목재를 회수한 후 상온에서 함침된 왁스를 고화시키는 단계;를 포함하는 난연성, 치수안정성 및 내후성을 증진시키기 위한 외장용 목재의 가공 방법을 제공한다.(4) after the step (3), recovering the flame retardant and the wax-injected exterior wood and then solidifying the impregnated wax at room temperature; processing method is provided.
또한, 본 발명은 상기 외장용 목재의 가공 방법에 따라 가공하여 난연성, 치수안정성 및 내후성이 증진된 외장용 목재를 제공한다.In addition, the present invention provides exterior wood with improved flame retardancy, dimensional stability and weather resistance by processing according to the processing method for exterior wood.
본 발명에서 가압처리는 목재의 가압식 방부처리 방법에 의거하여 목재를 밀폐형 주약관 내에 넣고 펌프를 통한 감압과 가압을 실시하여 목재에 목재 보존제를 주입하는 방법을 말한다.In the present invention, the pressure treatment refers to a method of injecting a wood preservative into wood by putting wood into a sealed main container and applying pressure and pressure through a pump based on the pressurized preservative treatment method of wood.
전배기는 주입처리에 있어서 목재 중에 공기를 빼내고, 작업액을 다량으로 깊숙이 침윤시킬 목적으로 하는 배기처리를 말하며, 후배기는 가압처리의 압입공정이 종료된 후 목재의 내부에 과잉의 작업액을 빼낼 목적으로 하는 배기처리를 의미한다.The former exhaust treatment refers to the exhaust treatment for the purpose of extracting air from the wood and deeply infiltrating the working fluid in a large amount in the injection treatment, and the latter exhaust treatment is to extract the excess working fluid from the inside of the wood after the pressurization process of the pressure treatment is completed. It means the target exhaust treatment.
이하, 실시예를 이용하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들에 의해 제한되지 않는다는 것은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail using examples. These examples are only for explaining the present invention in more detail, and it is obvious to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited thereto.
실시예 1. 목재의 난연 처리 및 파라핀 왁스 처리Example 1. Flame retardant treatment and paraffin wax treatment of wood
(1) 목재 난연제 처리(1단계): 가압주입(충세포법) 공정 (1) Wood flame retardant treatment (step 1): pressurized injection (fill cell method) process
① 주약관 내에 처리 목재 투입하고 밀폐 → ② 주약관 내부를 감압하여 전배기(650~700mmHg, 30~60분) → ③ 주약관 내부로 난연제 약액 투입(주약관 내부를 약액으로 충만시킴) → ④ 가압 펌프를 이용하여 목재 내부로 약액을 가압하여 밀어 넣음(가압력 9~18kg/㎠, 3~6시간) → ⑤ 가압 정지 → ⑥ 약액 회수 → ⑦ 주약관 내부를 감압하여 후배기(650~700mmHg, 30~60분) → ⑧ 난연 약액이 가압주입된 목재 회수① Put the treated wood into the main chemical pipe and seal it → ② Depressurize the inside of the main chemical pipe and exhaust it (650~700mmHg, 30~60 minutes) → ③ Inject flame retardant chemical solution into the main chemical pipe (fill the inside of the main chemical pipe with chemical solution) → ④ Pressurize and push the chemical liquid into the wood using a pressurized pump (
(2) 파라핀 왁스 처리(2단계): 가열-감압-가압공정 (2) Paraffin Wax Treatment (Step 2): Heating-Decompression-Pressure Process
① 주약관 내에 설치되어 있는 용융왁스 욕조 안에 1단계에서 처리한 난연 약액 주입 목재를 침지시키고 밀폐하였다. 이때 목재가 왁스 용액 액면 위로 부력에 의해 뜨지 않도록 고정하였다. ① The flame-retardant chemical injection wood treated in
② 가열하여 목재가 침지된 용융 왁스의 온도를 70~105℃로 24시간 동안 유지시켰다. 난연제 약액이 주입된 목재가 왁스 용액에 의하여 가열되어 목재 내부의 수분이 증발되고 주약관 내부는 증기로 채워진다. 따라서 2~3시간 마다 약하게 감압하여 증기를 배출시켰다. 이 과정에서 난연제 약액의 유효성분은 증발되지 않고 수분만 증발되며, 왁스 용액으로 대체된다. 따라서 이 과정은 난연 처리 목재의 건조와 함께 왁스 주입이 동시에 이루어지는 과정이다.② The temperature of the molten wax in which the wood was immersed was maintained at 70 to 105 ° C by heating for 24 hours. The wood into which the flame retardant liquid is injected is heated by the wax solution to evaporate moisture inside the wood and fill the inside of the main tube with steam. Therefore, the vapor was discharged by weakly reducing the pressure every 2 to 3 hours. In this process, the active ingredient of the flame retardant liquid is not evaporated, only moisture is evaporated, and replaced with a wax solution. Therefore, this process is a process in which the wax injection is performed simultaneously with the drying of the flame retardant treated wood.
③ 목재 내부의 잔여 수분을 완전히 제거하며, 목재 내부 세포 내강으로 왁스 용액이 주입되기 위하여, 주약관 내부를 감압(650~700mmHg, 30~60분)하였다.③ The inside of the main tube was decompressed (650-700mmHg, 30-60 minutes) in order to completely remove the remaining moisture inside the wood and inject the wax solution into the cell lumen inside the wood.
④ 감압 정지하고 주약관 내부를 상압(대기압) 상태로 되돌린다. ④ Stop depressurization and return the inside of the main cylinder to normal pressure (atmospheric pressure).
⑤ 압축 기체를 이용하여 주약관 내부를 가압(가압력 9~18kg/㎠, 3~6시간): 처리 목재 내부(세포 내강과 세포벽)에 잔류되어 있는 난연제 유효성분을 왁스로 완전히 코팅 처리하여 수분의 접촉을 방지함과 동시에 용탈되지 않도록 하며, 왁스용액으로 세포 내부의 빈 공간(세포 내강이나 간극)을 왁스로 충만시켜 수축 또는 팽윤을 방지시키는 용적처리에 의한 치수안정화 처리 과정이다. ⑤ Pressurize the inside of the main tube using compressed gas (
⑥ 가압 정지하였다. ⑥ Pressure stopped.
⑦ 난연제와 왁스 용액이 주입된 목재를 회수하였다.⑦ Wood injected with flame retardant and wax solution was recovered.
⑧ 상온에서 왁스 고화시켰다.⑧ The wax was solidified at room temperature.
실시예 2. 난연 성능, 치수안정성 및 발수성 평가Example 2. Flame retardant performance, dimensional stability and water repellency evaluation
국내 속성수로 향후 사용 확대가 기대되는 활엽수인 백합나무(튤립나무) 시험체를 제작하였고, 미국 목재보존협회(American Wood Protection Association, AWPA)에 목재의 난연제로 등록되어 있으며, 목재 난연성능이 우수한 것으로 알려진 제품인 드리콘(Dricon, 제조사: Lonza)을 난연제로 사용하였다. 상기 난연제는 붕산(boric acid), 구아닐우레아 포스페이트(guanylurea phosphate) 및 인산(phosphoric acid)의 3가지 성분으로 조성되어 있다. A test specimen of yellow-leaved tree (tulip), a broad-leaved tree expected to be expanded in the future as a domestic attribute tree, was produced, and it is registered as a flame retardant for wood with the American Wood Protection Association (AWPA), and it has been shown to have excellent wood flame retardant performance. A known product, Dricon (manufacturer: Lonza), was used as a flame retardant. The flame retardant is composed of three components: boric acid, guanylurea phosphate and phosphoric acid.
(1) 난연 성능의 차이(1) Difference in flame retardant performance
무처리 및 각각의 처리 시편에 대해서 TCA(Thermal Characteristic Analyser, Cone Calorimeter Method의 일종)를 이용하여 평균 착화시간과 중량감소율을 측정하여 비교하였다.For untreated and each treated specimen, the average ignition time and weight loss rate were measured and compared using TCA (Thermal Characteristic Analyzer, a type of Cone Calorimeter Method).
난연제 유효성분의 수분 용탈성의 차이를 비교하기 위하여 내후조작(목재 난연제의 물에 의한 용탈 저항성을 시험하기 위하여 물에 강제로 폭로시키는 조작)을 실시하였다. 구체적으로 시험체 부피의 10배 되는 상온의 수도수에 24시간 동안 교반하며 침지처리 한 후에 24시간 동안 열기 건조(60℃)하는 조작을 2회 실시하였다.In order to compare the difference in water leaching properties of the active ingredients of the flame retardant, a weathering operation (forcibly exposed to water to test the water leaching resistance of the wood flame retardant) was performed. Specifically, after immersing in tap water at
각 처리 방법별 난연 성능(착화시간 연소에 의한 평균 중량 감소율)의 차이를 표 1에 개시하였다.Table 1 shows the difference in flame retardant performance (average weight loss due to ignition time and combustion) for each treatment method.
(초)average ignition time
(candle)
평균 중량감소율(%)by combustion
Average Weight Loss (%)
처리flame retardant alone
process
단독 처리paraffin wax
exclusive processing
(난연제-파라핀 왁스)Processing of the present invention
(Flame Retardant - Paraffin Wax)
내후조작 전의 평균 착화시간을 비교하면, 파라핀 왁스를 단독처리한 목재가 가장 빨리 불이 붙었으며, 난연제 만을 처리한 목재가 가장 늦게 불이 붙었다. 본 발명의 가공방법으로 처리한 목재는 파라핀 왁스 단독처리보다는 늦고 난연제 단독처리 보다는 빨리 착화되는 현상을 보여, 무처리 목재의 착화 수준과 유사하게 나타났다. Comparing the average ignition time before weathering, the wood treated with paraffin wax alone caught fire the fastest, and the wood treated only with flame retardant caught fire last. Wood treated with the processing method of the present invention showed ignition later than paraffin wax treatment alone and faster than flame retardant treatment alone, which was similar to the ignition level of untreated wood.
내후조작 후에는 모든 처리 목재의 착화시간이 매우 짧아져 불이 빨리 붙는 현상을 보였고, 무처리 목재의 경우, 추출성분 등이 추출되어 착화시간이 짧아졌다. 특히 난연제 단독처리 목재는 내후조작에 의해 난연 성능을 발휘하는 유효성분이 모두 용탈되어 착화시간이 매우 짧아지는 경향을 보였다. After weathering, the ignition time of all treated woods was very short, showing a phenomenon in which the fire caught fire quickly. In particular, wood treated with flame retardant alone tended to have a very short ignition time because all active ingredients exhibiting flame retardant performance were leached by weathering operation.
본 발명의 가공방법으로 처리한 목재도 내후조작에 의해 빨리 불이 붙는 경향을 보였으나 다른 처리 목재에 비해 상대적으로 불이 늦게 붙는 결과를 보였다. 이와 같은 결과는 파라핀 왁스를 후처리 함으로써 난연제 성분의 용탈이 억제되었기 때문으로 판단하였다.Wood treated with the processing method of the present invention also tended to catch fire quickly due to weathering, but caught fire relatively late compared to other treated wood. This result was determined to be due to suppression of dissolution of the flame retardant component by post-treatment of the paraffin wax.
연소에 의한 중량감소율 차이를 비교하면 무처리 목재가 내후조작 전후 모두 가장 컸으며, 파라핀 왁스만을 처리한 목재는 내후조작 전과 후에 큰 차이를 보이지 않았다.Comparing the difference in weight loss due to combustion, the untreated wood showed the greatest difference both before and after weathering, and the wood treated with only paraffin wax showed no significant difference before and after weathering.
난연제 단독 처리 목재는 내후조작 전에는 중량감소가 매우 작게 발생하였으나, 난연제 성분이 모두 용탈되었기 때문에 내후조작 후에는 급격한 중량감소를 보였다. 본 발명의 가공방법으로 처리한 목재는 내후조작 전에도 중량감소가 가장 작았으며, 내후조작 후에도 다른 처리 목재에 비하여 작은 중량감소가 발생하여 처리 목재 내부에 난연제 유효성분이 모두 용탈되지 않고 잔류하고 있어 난연성능 발현에 기여한 것으로 판단되었다.The wood treated with flame retardant alone showed a very small weight loss before weathering, but showed a rapid weight loss after weathering because all flame retardant components were leached. The wood treated with the processing method of the present invention showed the smallest weight loss even before weathering, and even after weathering, a small weight loss occurred compared to other treated wood. It was judged to have contributed to the expression.
파라핀 왁스 단독처리 목재는 착화시간은 짧아 불이 쉽게 붙는 경향을 보였으나 연소에 의한 중량감소가 무처리재에 비하여 작게 나타난 것은 처리목재 중에 주입되어 있는 파라핀 왁스의 흡열작용에 의해 목재 실질의 연소가 지연되었기 때문인 것으로 판단하였다.The wood treated with paraffin wax alone tended to catch fire easily due to the short ignition time, but the reason why the weight loss due to combustion was smaller than that of the untreated wood was that the burning of the wood substance was caused by the heat absorbing action of the paraffin wax injected into the treated wood. It was judged to be due to delay.
< 난연성능 비교><Comparison of flame retardant performance>
내후조작 전: 난연제 단독처리 > 병용처리(본 발명) > 파라핀 왁스 단독처리 > 무처리Before weathering treatment: flame retardant treatment alone > combined treatment (invention) > paraffin wax treatment alone > no treatment
내후조작 후: 병용처리(본 발명) > 파라핀 왁스 단독처리 > 난연제 단독처리 > 무처리After weathering: Combined treatment (invention) > Paraffin wax treatment alone > Flame retardant treatment alone > No treatment
(2) 치수안정성의 비교(2) Comparison of dimensional stability
처리 방법별로 체적 수분 흡수율과 체적 팽윤율을 조사하여 비교하였다. The volume water absorption rate and volume swelling rate were investigated and compared for each treatment method.
그 결과, 표 2에 개시한 바와 같이 본 발명의 가공방법으로 처리한 목재의 치수안정성은 파라핀 단독 처리 목재에 비해 작지만, 무처리 및 난연제 단독처리 목재 대비 수분 흡수율과 팽윤율이 낮은 것을 확인하였다. As a result, as shown in Table 2, it was confirmed that the dimensional stability of the wood treated with the processing method of the present invention was smaller than that of paraffin-only treated wood, but the water absorption rate and swelling rate were lower than untreated and flame retardant-treated wood.
(난연제-파라핀 왁스)invention technology processing
(Flame Retardant - Paraffin Wax)
(3) 발수성(물방울 접촉각)의 차이(3) Difference in water repellency (contact angle of water droplets)
각 처리 조건별 물방울 접촉각을 확인한 결과, 표 3 및 도 1에 개시한 바와 같이 본 발명의 가공방법으로 처리한 목재는 무처리 및 난연제 단독처리에 비해 물방울 접촉각이 매우 크며, 파리핀 왁스 단독처리 목재에 비해 발수성이 우수한 것으로 나타났다. 이는 물의 습윤성이 매우 낮아 치수안정성이 우수함을 의미한다.As a result of confirming the contact angle of water droplets for each treatment condition, as shown in Table 3 and FIG. 1, the wood treated with the processing method of the present invention has a very large contact angle of water droplets compared to untreated and flame retardant alone treatment, and paraffin wax alone treatment wood It was found that the water repellency was superior to that of This means that the water wettability is very low and the dimensional stability is excellent.
(난연제-파라핀 왁스)invention technology processing
(Flame Retardant - Paraffin Wax)
실시예 3. 목재 내 난연제의 구성원소(질소와 인) 분포 상태 확인 Example 3. Checking the distribution state of the constituent elements (nitrogen and phosphorus) of the flame retardant in wood
주사전자현미경(SEM)과 에너지 분산형 특성 X선 분석장치(EDS)를 이용하여 난연제 단독 처리 목재와 본 발명의 가공방법으로 처리한 목재 내부에서 내후조작 전과 후에 난연제 유효성분 분포 변화를 분석하였다.Using a scanning electron microscope (SEM) and an energy dispersive characteristic X-ray analyzer (EDS), changes in the distribution of active components of the flame retardant before and after weathering were analyzed in the wood treated with the flame retardant alone and the wood treated with the processing method of the present invention.
① 난연제 단독처리 목재의 내후조작 전 난연제의 원소(N과 P) 분포① Distribution of flame retardant elements (N and P) before weathering of wood treated with flame retardant alone
사용한 난연제의 구성 원소인 인(P)과 질소(N)의 특성 X선 스펙트럼이 미미하지만 검출되었다. 여기서 탄소와 산소는 유기물인 목재의 구성원소를 나타내는 것으로, 난연제 처리와 관계없이 검출되는 원소이다. 검출된 원소 중에서 난연제 구성 원소인 N과 P의 비율이 각각 0.86wt%와 0.44wt%로 나타났으며, 이는 내후조작 전에는 난연제가 목재에 분포하고 있다는 것을 의미한다.Characteristic X-ray spectra of phosphorus (P) and nitrogen (N), which are constituent elements of the used flame retardant, were detected, although insignificant. Here, carbon and oxygen represent constituent elements of wood, which is an organic material, and are elements detected regardless of flame retardant treatment. Among the detected elements, the proportions of N and P, which are components of the flame retardant, were 0.86wt% and 0.44wt%, respectively, which means that the flame retardant was distributed in the wood before weathering.
② 난연제 단독처리 목재의 내후조작 후 난연제 원소(N과 P) 분포② Distribution of flame retardant elements (N and P) after weathering of wood treated with flame retardant alone
난연제 단독 처리 후에 내후조작을 실시한 목재 조직 내에서 구성 원소의 비율을 살펴보면, 내후조작 전에는 처리 목재 조직 내에 존재하던 N과 P가 전혀 검출되지 않았다(N과 P 모두 0.00wt%). 이와 같은 결과로부터, 내후조작 중에 수분에 의해 난연제가 모두 용탈되었다는 것으로, 목재 난연제는 수분에 대한 용탈 저항성(내후성)은 전혀 없다는 것이 확인되었다(도 3). Looking at the ratio of constituent elements in the wood tissue subjected to weathering after treatment with flame retardant alone, N and P, which were present in the treated wood tissue before weathering, were not detected at all (both N and P were 0.00 wt%). From these results, it was confirmed that all the flame retardants were leached by moisture during weathering, and that the wood flame retardant had no resistance to leaching (weather resistance) to moisture at all (FIG. 3).
③ 본 발명의 가공방법으로 처리(난연제-파라핀 왁스)된 목재의 내후조작 전 난연제의 원소(N과 P) 분포③ Distribution of elements (N and P) of the flame retardant before weathering of wood treated with the processing method of the present invention (flame retardant-paraffin wax)
본 발명의 가공방법으로 처리한 목재의 조직 내에서 내후조작 전 난연제 성분의 분포를 확인하였다(N은 1.53wt%, P는 0.66wt%). The distribution of flame retardant components was confirmed before weathering in the structure of the wood treated by the processing method of the present invention (N: 1.53wt%, P: 0.66wt%).
그 결과, 도 4에서 a의 조직 관찰 2차 전자상에서 도관과 목섬유의 세포 내강에 왁스가 충전되어 있다는 것을 확인하였다.As a result, it was confirmed that wax was filled in the cell lumen of the conduit and the wood fiber in the tissue observation secondary electron image of FIG. 4 (a).
④ 본 발명의 가공방법으로 처리(난연제-파라핀 왁스)된 목재의 내후조작 후 난연제의 원소(N과 P) 분포④ Distribution of flame retardant elements (N and P) after weathering of wood treated with the processing method of the present invention (flame retardant-paraffin wax)
본 발명의 가공방법으로 처리한 목재의 조직 내에서 내후조작 후 난연제 성분의 분포를 확인하였다(N은 0.05wt%, P는 0.49wt%). The distribution of the flame retardant component was confirmed after weathering in the structure of the wood treated by the processing method of the present invention (N: 0.05wt%, P: 0.49wt%).
그 결과, 도 5에 개시한 바와 같이, 내후조작 후에도 a의 조직 관찰 2차 전자상에서 도관과 목 섬유 등의 세포 내강에 충전된 왁스가 그대로 존재하고 있다는 것을 확인하였다. 난연제를 단독처리한 목재에서와는 달리 내후조작 후에도 처리 목재의 관찰 조직 내에는 난연제 유효성분의 구성 원소 비율은 감소하였으나 잔류되어 있음이 확인되었다. As a result, as shown in FIG. 5, it was confirmed that the wax filled in the cell lumen of the conduit and the wood fiber was still present in the tissue observation secondary electron image of a even after weathering. Unlike in the wood treated with the flame retardant alone, it was confirmed that even after weathering treatment, the ratio of constituent elements of the active ingredient of the flame retardant decreased in the observed tissue of the treated wood, but remained.
난연제 처리 후에 이어서 처리한 소수성의 파라핀 왁스에 의해 난연제 유효성분이 침투되어 있는 목재 세포벽과 세포 내강이 충전됨으로써 목재 조직 내부로의 수분 침투와 더불어 유효성분의 수분에 의한 용탈을 억제시킨 결과라고 판단할 수 있다.It can be judged that this is the result of suppressing moisture penetration into the wood tissue and leaching of active ingredients by moisture as the wood cell walls and cell lumen penetrated with the flame retardant active ingredient are filled with the hydrophobic paraffin wax treated subsequent to the flame retardant treatment. there is.
Claims (7)
(2) 상기 단계 (1) 이후에, 난연제 약액을 회수하고, 30~60분 동안 주약관 내부를 650~700mmHg으로 감압하여 후배기 과정을 거친 후, 난연제 약액이 가압 주입된 외장용 목재를 회수하는 단계;
(3) 상기 단계 (2) 이후에, 상기 단계 (1)에서 회수한 난연제 약액이 가압 주입된 외장용 목재를 주약관 내에 설치된 용융왁스 욕조에 침지시키고, 70~105℃로 가열하여 목재 내부에 존재하는 난연제 성분은 증발시키지 않으면서, 수분을 증발시키기 위하여, 2~3시간 동안 주기적으로 감압하여 증기를 배출하고, 이후에 30~60분 동안 주약관 내부를 650~700mmHg으로 감압하여 목재 내부 세포 내강으로 왁스를 침투시키는 단계; 및
(4) 상기 단계 (3) 이후에, 상기 난연제와 왁스가 주입된 외장용 목재를 회수한 후, 상온에서 목재 내부에 함침된 왁스를 고화시키는 단계;를 포함하는 난연성, 치수안정성 및 내후성을 증진시키기 위한 외장용 목재의 가공 방법.(1) After putting the exterior wood into the main cylinder and sealing it, adjust the pressure inside the main cylinder to 650 ~ 700mmHg, and then go through the exhausting process for 30 ~ 60 minutes, and then pour the flame retardant chemical into the main cylinder. and injecting a flame retardant liquid into the wood for 3 to 6 hours at a pressure of 9 to 18 kgf/cm 2 using a pressure pump;
(2) After the step (1), the flame retardant liquid is recovered, the inside of the main tube is depressurized to 650 to 700 mmHg for 30 to 60 minutes, and then the flame retardant liquid is pressure-injected. step;
(3) After the step (2), the exterior wood into which the flame retardant chemical solution recovered in the step (1) is pressure-injected is immersed in a molten wax bath installed in the main cylinder, heated to 70 to 105 ° C, and present inside the wood. In order to evaporate moisture without evaporating the flame retardant component, the pressure is periodically reduced for 2 to 3 hours to discharge steam, and then the inside of the main tube is reduced to 650 to 700 mmHg for 30 to 60 minutes to penetrate the cell lumen inside the wood. Infiltrating wax into; and
(4) after the step (3), recovering the exterior wood into which the flame retardant and wax are injected, and then solidifying the wax impregnated inside the wood at room temperature; to improve flame retardancy, dimensional stability and weather resistance, including A method for processing wood for exterior use.
(2) 상기 단계 (1) 이후에, 난연제 약액을 회수하고, 주약관 내부를 압력을 650~700mmHg으로 감압하여 후배기 과정을 거친 후, 난연제 약액이 가압 주입된 외장용 목재를 회수하는 단계;
(3) 상기 단계 (2) 이후에, 난연제 약액이 가압 주입된 외장용 목재를 70~105℃의 온도의 용융왁스에 함침시켜 수분을 왁스로 치환시키는 단계; 및
(4) 상기 단계 (3) 이후에, 상기 난연제 및 왁스가 주입된 외장용 목재를 회수한 후 상온에서 함침된 왁스를 고화시키는 단계;를 포함하는 난연성, 치수안정성 및 내후성을 증진시키기 위한 외장용 목재의 가공 방법.(1) After putting wood for exterior inside the main tube, a water-soluble flame retardant chemical solution containing at least one selected from boric acid, guanylurea phosphate, and phosphoric acid is applied at 9 to 18 kgf / cm 2 Injecting under pressure for 3 to 6 hours under a pressure condition of;
(2) after the above step (1), recovering the flame retardant liquid, reducing the pressure inside the main tube to 650 ~ 700 mmHg, going through a post exhaust process, and recovering exterior wood into which the flame retardant liquid has been pressurized injection;
(3) after the above step (2), impregnating the exterior wood into which the flame retardant liquid was pressurized into molten wax at a temperature of 70 to 105° C. to replace moisture with wax; and
(4) after the step (3), recovering the flame retardant and the wax-injected exterior wood and then solidifying the impregnated wax at room temperature; processing method.
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| KR102654910B1 (en) * | 2023-12-28 | 2024-04-08 | 충남대학교 산학협력단 | Method of manufacturing flame-retardant wax for processing flame-retardant wood |
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