월간 전원주택라이프

유해물질 저감하는 친환경 마감재 천연 흙을 주원료로 아토피 원인인 폼알데하이드 등 유해물질 저감 기능이 뛰어난 친환경 기능성 벽재 'Z:IN ECO 공기를 살리는 숨타일'이다.내부에 미세 기공이 균일하게 형성돼 있어 10㎡당 약 1L의 수분을 흡수·방출할 정도로 습도 조절 기능이 우수하며 화장실, 음식물 쓰레기 등의 생활 악취 감소에도 효과적이다. 일본 건자재시험센터 테스트에서 흡습량 100g/㎡, 방습량 80g/㎡ 이상 최고 등급 성능을 인정받는 등 기존 시장을 주도했던 일본산 수입 제품과 대비해 우수한 품질을 확보했으며 가격도 10% 이상 저렴하다.'공기를 살리는 숨타일'과 같은 친환경 기능성 벽재는 이미 일본, 유럽 등에서 효과를 인정받아 폭넓게 사용되고 있으며 우리나라에서도 아파트, 공동주택 등 주거 공간을 비롯해 병원, 학교 등에서 수요가 증가하고 있다. 특히 12월부터 신축 및 리모델링 주택에 흡방습, 항곰팡이 성능 등을 권장하는 '청정건강주택 건설기준'이 적용되면서 곰팡이, 진드기 등의 피해를 현격히 줄일 수 있는 친환경 기능성 벽재의 사용이 급증할 것으로 예상된다.LG하우시스 장식재사업부장 배동호 상무는 " '공기를 살리는 숨타일'은 하루 중 80% 이상을 실내에서 생활하는 현대인들이 좀 더 건강하고 쾌적한 환경에서 살 수 있도록 도와주는 자연 소재 벽재로 시장 트렌드에 발맞춰 매출이 급성장할 것"이라고 말했다.한편, LG하우시스는 올 한 해 동안 광촉매 기능을 포함한 '공기를 살리는 벽지'를 비롯해 창문을 열지 않고도 환기가 되는 '공기를 살리는 자동 환기창', 옥수수 주원료 천연 소재 마루 '공기를 살리는 지아마루' 등의 제품을 출시한 바 있다. 정리 홍정기 기자 자료제공 LG하우시스 Z:IN 문의 080-005-4000 www.z-in.com

녹색 바람이 건설업계에 거세게 불고 있다. 정부가 2025년부터 신축 건물에 한해 '제로에너지'를 의무화할 예정이라고 밝히자 대형 건설사들은 너나 할 것 없이 에너지 절감 주택 개발에 여념이 없는 모습이다. 지난해 오픈한 삼성물산의 '그린투모로우Green Tomorrow'주택은 68가지 에너지 절감 관련 기술 및 시스템을 적용하고 국내 건물 최초로 LEED 최고 등급을 획득했다는 점에서 주목된다.글 한송이 기자 사진제공 및 자료협조 삼성물산 손수근 과장 02-2145-6439 경기도 용인시 동백지구 내 지어진 그린투모로우는 에너지를 100% 자급자족하는 건축물이다. 삼성물산에서 자체 개발한 친환경 자재 및 기술을 적용하고 태양광, 풍력발전 등 신재생에너지 설비를 대거도입했다. 지난해 에너지관리공단에서 지은 과천 제로에너지하우스에 이은 공식적으로 두 번째 제로에너지하우스다.400.0㎡(121.2평) 단층으로 지어진 이 건물은 우선 내부로 자연광을 최대한 끌어들이도록 향을 배치했다. 고성능 단열재를 설치한 벽체와 창호는 기밀성을 높여 난방비를 절감한다. 또한 효율이 높은 가전기기 및 전기 설비를 적용해 기존 주택 대비 전력 소비를 약 56% 줄였다. 나머지 44%는 태양광 발전 등 신재생에너지 설비로 대체해 화석에너지 사용을 제로화했다.그린투모로우는 지난 2009년 9월 29일 국내 최초로 미국 그린빌딩협의회가 주관하는 친환경건축물인증제도 'LEED'최고 등급인 플래티넘 인증을 획득함으로써 그 성능을 입증받았다. ▲ 패시브 디자인 ▲ 친환경 인테리어 ▲ Retrofit 디자인 ▲ 에너지 시뮬레이션 ▲ LCCO₂평가 등이 인증 항목이다. 패시브 디자인 건물 계획 단계부터 대지의 특성 및 기후환경에 대한 이해를 통해 자연 에너지 활용도를 높이고 에너지 사용량을 최소화하는 디자인. 건물의 배치, 열성능, 자연채광, 자연환기 등을 고려해 건물 에너지 부하를 저감한다.친환경 인테리어 외부 자연을 있는 그대로 살리며 최대한 실내로 끌어들이고자 했다. 외장재, 실내 마감재, 가구, 소품은 모두 재사용, 재활용, 빠른 생장주기 자재, 친환경 자재를 사용했다.Retrofit 디자인 운영단계 성능 개선을 위해 건축, 기계, 전기 요소의 유지관리 및 교체가 용이하도록 고려한 디자인 기법.에너지 시뮬레이션 이 프로그램은 건물의 형태, 특성에 따라 냉난방 부하를 분석하고 건물 외피나 설비시스템을 최적화해 건물 에너지 성능을 향상시킨다. 요소기술의 최적 적용안 도출과 객관적 성능 검토를 위해 설계안과 표준모델(국내 법규 기준)의 에너지 소비량을 비교한다.LCCO₂평가 건물의 시공, 운영, 폐기 등 전 과정에 걸쳐 투입된 에너지 사용량에 따른 CO₂배출량을 원단위로 환산해 평가한다. 설계 단계에서 건물 LCCO₂평가를 통해 CO₂저감을 위한 대안 제시가 가능하다. 삼성물산 관계자는 "국내 친환경 건축 기술 발전을 위해 9개월의 공사기간과 완공 후 수집한 친환경 건축에 대한 실측 데이터와 노하우를 업계 및 학계 등에 공개할 예정"이라며 일반 주택대비 상승한 건축비에 대해서는 "향후 기술 효율성 제고와 단가하락, 본격적 친환경 주택 시장이 형성될 경우 2015년까지 일반주택 공사비의 10% 상승 범위 내에서 시공 가능할 것"이라고 밝혔다. 그린투모로우 A부터 Z까지! 최대한 끌어올린 단열, 환기 성능그린투모로우는 값비싼 최첨단 기술 도입에만 치중하지 않았다. 우리 주변에서 얻을 수 있는 자연의 에너지를 실상에서 이용할 수 있도록 설계한 것이 핵심 포인트. 특히 태양 빛과 열을 최대한 활용해 에너지 사용을 대폭 절감했다. 이를 위해 향을 정남향으로 배치하고 집은 좌우로 긴 장방형 구조로 설계했다. 복도 천장에도 창문을 내고 빛을 반사시켜 내부를 비추는 광덕트를 집 안 곳곳에 설치해 조명으로 활용한다.내부로 들어온 빛과 열 역시 치밀하게 설계된 고단열 자재 및 기술을 통해 주요 에너지원으로 활용된다. 단열재로 적용된 진공단열보드는 가정용 냉장고 단열을 위해 개발된 것으로 기존 단열재에 비해 성능이 뛰어나다. 창호는 3중창을 시공하고 현관에는 이중 외피 시스템을 적용해 빠져나가는 열을 최소화시켰다. 이중 외피 시스템 두 개의 유리 사이에 설치한 블라인드로 실내 유입 일사를 차단하고 외피 사이 중공 층을 외부와의 완충공간으로 활용해 단열성능과 환기성능을 향상시킨다.슈퍼 단열(진공 단열 보드, 에어로젤) 진공 단열 보드는 단열재료(심재)를 외피로 봉합하고 진공상태로 유지해 두께가 얇으며 열전달 차단 성능을 개선한 단열재다. 에어로젤은 나노 사이즈의 이산화규소를 실로 성형한 고체 상태 입자로 가볍고 단열 성능이 우수하다.* 열전도율 : 진공단열보드(0.0045W/mK), 에어로젤(0.015W/mK)에어 플로우 윈도우 시스템 창호 주변 여름철 일사로 데워진 공기나 겨울철 차가운 공기를 외부로 배출시키는 시스템. 온도 센서에 연결된 전동 블라인드와 배기팬을 가동해 냉난방에너지를 저감시키고 온열 쾌적성을 향상 시킨 설비형 이중외피다.열회수형 환기장치 낸낭방 시 환기에 의한 에너지 손실을 줄이기 위해 실온에 가깝게 외기를 도입하는 장치. 회전형 열교환 타입으로 열회수율은 약 87%이며 CO₂센서에 의한 실내공기질 관리를 실시한다.자연 환기 맞통풍이 가능하도록 실과 창호를 배치해 자연환기를 최대한 이용한다. 실내 쾌적성을 높이고 냉방부하 저감을 기대할 수 있다.* 전체 창호면적 대비 개폐 창호면적 약 36% 바닥면적 대비 개폐 창호면적 약 8.6% 에너지 자급자족 설비 및 시스템에너지 손실을 줄이는 대표적 시스템은 직류전원(DC) 배전 기술이다. 교류전원을 직류전원으로 변환하는 과정을 생략해 손실 에너지를 최소화한다. LED 조명등전기기구와단열욕조, 절수형양변기는효율적에너지 사용을 가능케 한다. 궁극적으로는 신재생에너지가 그린투모로우 내 이용되는 에너지의 대부분을 생산한다. 지붕형 태양광 발전(BIPV), 블라인드형 태양광 발전, 염료감응형 태양광 발전 등을 설치했고 소형풍력발전기는 야간에 태양광 발전을 대체한다. 연간 약 2MWh의 집열이 가능한 태양열 급탕설비는 연중 온수를 공급하고 지열시스템이 건물의 냉난방을 맡는다. 직류(DC) LED 조명기구 연색성이 좋은 고효율 LED 광원과 광손실이 최소화된 등기구를 적용했다. 직류용 LED 드라이버를 사용해 교류용 드라이버에서 생기는 교류/직류 변환 손실을 제거하고 에너지 효율을 향상시킨다.직류(DC) 구내배전 시스템 건물에 직류 전원을 직접 공급하는 기술로 발전에서 배전까지 직교류 변환 횟수를 줄여 전력 손실을 저감한다. 가전제품, LED 조명 및 각종 설비기기 등에 적용시 효율이 향상된다.* 정격 전압 300V, 시설 용량 25kW(n+1)블라인드형 태양광 발전 태양전지를 블라인드 형태로 만들어 전력 생산과 일사 차단 기능을 한다.* 용량 : 100Wp, 다결정 실리콘 반도체 타입.염료감응형 태양광 발전 유리에 광감응 염료를 넣어 제작한 태양전지. 가시성이 있어 외부 조망이 가능하고 흐린 날, 직사광선이 비치지 않는 곳, 인공조명으로도 전기를 생산할 수 있다는 장점이 있다.저온 바닥난방 45℃ 이하 온수로 바닥을 데우는 저온 난방 기술로써 재생 에너지인 지열 히트펌프를 연계한 것이 특징. 코일배관을 조밀하게 배치해 발열 효율을 향상시키고 난방 에너지를 절감한다.구내 배전용 리튬이온 전지 태양광 발전 시 잉여전력을 충전하고 발전이 되지 않을 때 전원 공급이 가능한 축전지다. 동일 용량의 납축전지 대비 소형이며 친환경적이다.지열 이용 도로 융설 시스템 도로나 보도에 방열관을 매설해 지열(15℃)을 이용하거나 지열 히트펌프에서 생산된 온수(45℃)를 방열관에 통과시켜 도로 표면에 열을 공급한다. 강설 시 눈을 녹이고 결빙을 방지한다.* 3RT, 150m 천공 친환경 자재로 그린홈 최적화에너지 절감과 함께 제로에너지하우스에서 중시되는 것이 탄소 감축이다. 그린투모로우에는 폐목재와 대나무, 코르크 등 생장 주기가 짧은 친환경 자재로 만든 가구를 배치했고 우수와 오폐수를 정수해 각종 용수로 활용한다. 마감재도 전부 이산화탄소 발생을 막는 것으로 시공했다. 6가크롬 저감 콘크리트와 기존 아연도 강판제 덕트 대비 이산화탄소 발생량을 75%까지 줄인 AL코팅 골판지 덕트, 바이오 융합 마감재 등이 그 예다. 패키지 중수처리 시스템 생활하수를 외부 순환식 MBR(Membrane Bio Reactor) 시스템으로 처리해 화장실 용수, 청소 용수로 재이용하는 시스템. 자동화해 운전이 용이하고 유지 관리비가 저렴하며 처리 효율 향상을 위해 고효율 멤브레인(막)을 적용했다. 악취, 소음, 해충 등 유해 환경을 차단한다.* 처리 용량 : 1ton/day골판지 알루미늄 코팅 덕트 골판지 파형의 중공구조로 기계적 강도와 단열 성능을 확보하고, 덕트 내외부의 얇은 알루미늄 코팅으로 습기를 차단한다. 보온재로 시공한 아연도 강판 덕트 대비 배출되는 CO₂를 감축한다.6가크롬 저감 콘크리트 LCD 폐유리 재활용 시멘트를 사용해 환경에 유해한 6가크롬 농도를 낮춘 콘크리트.* 시멘트 공장 생산 실험 시 LCD(1.5%) 첨가에 의해 6가크롬 농도를 9~13mg/㎏에서 최소 6.5mg/㎏으로 감소시켰다.바이오기술 융합 마감재 콩, 옥수수, 식물성 기름 등 생물자원을 원료로 하고, 효소 등 바이오 공정기술을 이용한 친환경 마감재다. 제조 시 필요한 화석원료를 저감하고 외부 대기환경으로 CO₂방출을 줄인다.습도조절 마감재 미세 다공의 흡습과 방습 기능으로 실내 습도를 조절한다. 표면 결로를 방지하고 유해가스 흡착 성능이 우수하다.* 흡습량 : 203.1g/㎡, 방습량 : 198.9g/㎡

디톡스 다이어트, 디톡스 화이트닝, 디톡스 요리 등 몸속의 독소를 빼내는 갖가지 방법이 소개되고 있다. 디톡스 건강법은 몸 안의 독소를 약물이나 수술을 통하지 않고 치료하는 자연 요법이라고 한다.새로 장만한 집이 건강해야 우리 몸도 건강해질 수 있는 건 당연한 이치. 포름알데히드를 뿜어내는 가구와 마감재, 유해가스로 오염된 주방, 곰팡이와 박테리아가 살고 있는 욕실을 해독하는 것. 조금 까다롭지만 가족의 건강을 위해 지켜야 할 것들이다. 다이어트를 하듯, 피부를 가꾸듯, 이제 집을 해독하는 데 관심을 가져보기 바란다. 정리 편집부 자료제공 성원BNT 1833-9899 www.seongwonbnt.com디톡스홈을 위한 친환경 마감재 ‘새집엔’새집증후군으로 아토피성피부염과 천식을 앓는 환자의 비율이 점차 늘어나고 있다. 새 집 마련에 마음이 부풀기에 앞서 새집증후군은 어떻게 할지 하는 걱정이 앞선다. 집뿐만 아니라 많은 시간을 보내는 학교나 사무실 등도 여기에서 예외는 아니다. 새집증후군은 건축자재에서 발생하는 오염물질이 주원인으로 꼽힌다. 이에 따라 친환경 건축 마감재에 대한 관심이 고조되고 있다. 새집에 입주한 후, 온몸에 붉은 반점이 나고 비염, 아토피성피부염, 두드러기, 천식, 심한 두통, 기관지염 등 각종 질병에 시달린다면 ‘새집증후군(Sick House Syndrome)’을 의심해 봐야 한다. 새집증후군은 집이나 건물에 사용하는 건축자재나 벽지에서 나오는 유해물질로 트리에틸렌, 벤젠, 포름알데히드와 같은 유해물질을 사람이 호흡하는 과정에서 발생되는 이상 증상이다. 이상 증상에는 두통, 피로감, 호흡곤란, 알레르기 비염, 눈의 자극감, 아토피 피부염을 유발시키거나 악화시키는 증상이 있다.친환경 집을 위한 작은 실천새집증후군을 방지하는 방법 중 첫째는 환기. 환기는 꾸준히 하루에 3회 1~2시간 정도 하는 게 가장 좋지만, 미세먼지나 황사가 많은 날은 피하는 게 좋다. 두 번째는 베이크 아웃(Bake-out). 방법은 우선 바깥으로 통하는 문과 창문을 모두 닫는다. 오염물질이 많이 빠져나올 수 있도록 실내에 있는 수납가구의 문과 서랍을 전부 연다. 가구에 종이나 비닐이 씌워진 경우에는 벗겨낸다. 그리고 실내 온도를 35∼40℃ 정도로 올려 6∼10시간을 유지한다. 그다음 문과 창문을 모두 열어 1∼2시간 정도 환기시킨다. 이렇게 난방과 환기를 3∼5번 정도 반복한다. 또 다른 방법으로는 실내 온도를 35∼40℃로 맞춘 후 72시간을 그대로 두었다가 5시간 동안 환기시킨다. 이렇게 하면 실내의 오염물질이 현저하게 줄어든다. 주의할 점은 실내 온도를 올릴 때 난방시스템이 과열되지 않도록 해야 한다. 또 베이크 아웃을 하는 동안 실내에 노인이나 어린이, 임산부 등이 출입하지 않도록 한다. 베이크 아웃을 마친 후에도 문과 창문을 자주 열어 계속 환기하는 것이 좋다 만약 이러한 방법으로도 안심할 수 없다면, 만져서 기분 좋고 따뜻한 느낌의 친환경 자연 소재인 규조토를 마감재로 선택하는 것이다. 규조토에 대해 생소한 독자분이 많을 것이다. 규조토는 규(珪), 흙 중의 왕이라 일컬어질 만큼 그 기능과 능력이 우수하다. 기공(공기구멍)이 많다고 알려진 숯보다 5,000배 이상 많은 기공을 갖고 있어, 그 기능과 능력이 뛰어나다. 〈위아래 사진〉 겨울철 결로는 집 안 온도와 실외 온도 차이로 인해 실내에 머물고 있는 수분이 차가운 콘크리트 벽에 붙어 물방울이 맺히는 현상이다. 이러한 습기가 벽지에 가로막혀 통풍이 되지 않고 폐쇄된 공간을 만든다. 또한, 따뜻한 실내 온도와 더불어 최적의 곰팡이 서식 조건을 만든다. 이때 규조토와 일라이트 천연 마감재로 천장과 벽면 전체를 미장하면 실내 공기 중의 수분을 규조토가 흡습하고 습도를 조절해 결로를 방지할 수 있다. 위 사진은 규조토를 현미경으로 확대한 모습. 규조토는 단세포 식물성 플랑크톤인 규조류의 화석으로, 크고 작은 다양한 구멍이 있는 초다공성물질이다. 숯보다 5,000배 이상 초미세 공간 구조를 가진 가벼운 흙이기 때문에 강한 흡착력을 가지며 자신의 부피 절반가량의 수분을 흡수한다. 새집증후군, 규조토 마감재가 대안예로, 담배 냄새가 나는 옷을 규조토 마감재로 처리한 방에 걸어두면, 다음날 담배 냄새가 말끔히 사라진 옷을 입을 수 있다. 앞서 말한 벤젠이나 포름알데히드 같은 유해물질도 효과적으로 흡착, 분해시키는 능력을 갖고 있는 게 이 규조토라는 흙이다. 최근 들어 새집증후군 방지와 개선에 효과가 있는 규조토가 더욱 각광받는 이유는 유해물질이 없는 건축 마감재로 탈취 및 흡착, 분해 기능은 물론 곰팡이와 진드기의 서식을 방지하기 때문이다. 특히 탁월한 단열 성능까지 갖춰 결로 방지뿐만 아니라 새집증후군에도 효과가 좋아 친환경 주택이나 패시브하우스 등에 널리 사용하는 추세이다. 환경부 국립환경과학원 국내 기능성 건축자재 실태 조사 결과에서도 황토와 숯에 비해 규조토가 포름알데히드 흡착 및 습도조절 기능이 월등히 뛰어나다는 것을 확인할 수 있다. 조사 결과에 따르면, 규조토를 원료로 한 제품이 흡착 효율이 92%로 높게 나타난 반면 황토 숯 38%, 숯 75%, 화산석 69%에 그쳤다. 또한 흡습량 39.5~55.7g/㎡, 방습량 31.9~47.2g/㎡로 황토 숯 제품의 흡습량 29.1g/㎡, 방습량26.2g/㎡보다 높은 것으로 조사됐다. 일반적으로 흡착 기능과 흡방습 기능이 높을수록 새집증후군 예방 효과가 크다. 최근 성원 BNT에서 개발한 마감재가 주목받는 이유도 이러한 흡착 및 방습 기능이 높은 규조토와 일라이트를 주성분으로 하고 있기 때문이다. 수많은 기공으로 유해물질(VOC) 흡착 분해 및 조습 기능, 탈취 기능을 갖고 있는 규조토와 돌비늘이라 하여 화장품과 아토피 방지 제품 등에 사용하는 일라이트(견운모)를 주성분으로 한 마감재로 새집증후군과 아토피의 고통에서 벗어나 보자. 일라이트 (Illite)특성1. 물속의 부유물질을 흡착하고 음이온을 띠기 때문에 양이온의 부유 미립자와 전기적인 중화로 응집 침전을 유발해 물을 깨끗하게 한다.2. 특정 방사성 물질에 대한 흡착/분해 능력이 뛰어나다. 3. 물/토양/대기 중에서 각종 중금속 및 유독가스를 흡착 탈취 분해한다.4. 세포를 활성화시키고, 면역을 증강시킨다. 5. 수중에서 다량의 용존 산소를 발산하며, 물 분자를 활성화한다.6. 일라이트 자체에서 음이온을 다량 발생하며, 40℃에서 93%의 원적외선을 방사한다.7. 바이러스/박테리아/곰팡이 등의 정균 작용을 한다.8. 피부에 묻어있는 각종 중금속/유기물질/독성물질 등을 흡착 분해한다.9. 탄성이 좋고 덩어리지지 않으므로 부착성이 뛰어나다.친환경 마감재 '새집엔’ 으로 쾌적한 실내 환경 만들기 ‘집에 들어서는 순간 쾌적함을 느끼기 위해서는 환기를 자주 시키고, 무엇보다 겨울철 결로와 곰팡이 예방을 위해 깔끔한 ‘청소’가 필수다. 겨울철 건강관리를 위해 더욱 친환경적이고 전문적이지만, 아주 간단하게 바르는 마감재로 시공하는 법을 귀띔한다.작업 전 준비물규조토 일라이트 마감재(새집엔), 곰팡이 방지 하도제(펀지 프로텍터), 조색 염료, 롤러, 붓, 혼합판, 비닐, 마스킹 테이프 준비 작업장갑, 토시 등을 착용한 다음, 얕게 패인 곳은 퍼티로 처리하고, 갈라진 곳은 그라인딩 후 매쉬 테이프로 틈을 이은 뒤 퍼티로 가려준다. 스위치나 바닥면, 창틀, 문틀 등에 묻지 않도록 테이프로 감싸준다. 하도 작업곰팡이가 자랐던 곳이나 곰팡이가 자랄 수 있는 곳에 펀지 프로텍터를 발라주고 충분히 말리면, 벽에서부터 피어오르는 곰팡이에 대해서는 일단 안심해도 된다. 1~2회 이상 붓질을 반복해서 발라주거나 미장용 흙손으로 바르면 된다. 조색 작업골라 놓은 수성 조색제를 조금씩 첨가하면서 원하는 색을 만든다. 천연 소재인 만큼 색이 분리될 수 있으니 혼합 용기에서 15~20분 정도 충분히 섞이도록 혼합한다. 다소 뻑뻑하더라도 절대 물을 섞지 않도록 하자. 새집엔 시공붓이나 롤러를 사용해 꼼꼼하게 두세 차례 반복해서 골고루 발라준다. 덜 건조된 상태에서 추가로 바르면 도장면이 일어나거나 덩어리가 발생할 수 있으니 완전히 건조한 다음 다시 작업하는 게 좋다. 시공 후에 남은 새집엔은 뚜껑을 잘 닫아 두었다가 생활 오염 등이 발생했을 경우 잘 저어서 사용하면 언제든지 다시 사용할 수 있다. 전원주택라이프 더 보기www.countryhome.co.kr잡지구독 신청 www.countryhome.co.kr:454/shop/subscription.asp

디톡스홈을 위한 친환경 마감재 ‘새집엔’ 디톡스 다이어트, 디톡스 화이트닝, 디톡스 요리 등 몸속의 독소를 빼내는 갖가지 방법이 소개되고 있다. 쌓여 있는 독소를 말끔하게 빼준다니 귀가 솔깃해진다. 새로 장만한 집이 건강해야 우리 몸도 건강해질 수 있는 건 당연한 이치. 포름알데히드를 뿜어내는 가구와 마감재, 유해가스로 오염된 주방, 곰팡이와 박테리아가 살고 있는 욕실을 해독하는 것. 조금 까다롭지만 가족의 건강을 위해 지켜야 할 것들이다. 다이어트를 하듯, 피부를 가꾸듯, 이제 집을 해독하는 데 관심을 가져보기 바란다. 정리 편집부 자료제공 성원BNT www.seongwonbnt.com 일라이트 특성 1. 물속의 부유물질을 흡착하고 음이온을 띠기 때문에 양이온의 부유 미립자와 전기적인 중화로 응집 침전을 유발해 물을 깨끗하게 한다. 2. 특정 방사성 물질에 대한 흡착/분해 능력이 뛰어나다. 3. 물/토양/대기 중에서 각종 중금속 및 유독가스를 흡착 탈취 분해한다. 4. 세포를 활성화시키고, 면역을 증강시킨다. 5. 수중에서 다량의 용존 산소를 발산하며, 물 분자를 활성화한다. 6. 일라이트 자체에서 음이온을 다량 발생하며, 40℃에서 93%의 원적외선을 방사한다. 7. 바이러스/박테리아/곰팡이 등의 정균 작용을 한다. 8. 피부에 묻어있는 각종 중금속/유기물질/독성물질 등을 흡착 분해한다. 9. 탄성이 좋고 덩어리지지 않으므로 부착성이 뛰어나다. 새집증후군으로 아토피성피부염과 천식을 앓는 환자의 비율이 점차 늘어나고 있다. 새 집 마련에 마음이 부풀기에 앞서 새집증후군은 어떻게 할지 하는 걱정이 앞선다. 집뿐만 아니라 많은 시간을 보내는 학교나 사무실 등도 여기에서 예외는 아니다. 새집증후군은 건축자재에서 발생하는 오염물질이 주원인으로 꼽힌다. 이에 따라 친환경 건축 마감재에 대한 관심이 고조되고 있다. 새집에 입주한 후, 온몸에 붉은 반점이 나고 비염, 아토피성피부염, 두드러기, 천식, 심한 두통, 기관지염 등 각종 질병에 시달린다면 ‘새집증후군(Sick House Syndrome)’을 의심해 봐야 한다. 최근 시내 모 단지에 입주한 박씨는 10여년 만에 새집을 장만한 기쁜 마음으로 입주했다. 기쁜 마음도 잠시 집에만 오면 눈이 따갑고 목이 칼칼해지며 머리가 아파오기 시작했다. 혼자만 그런 것이 아니고 아이들까지 고통을 호소하며, 피부에는 가려움과 발진까지 생겼다. 하루 이틀이면 나아질 것이라 생각이었지만, 착각이었다. 박씨 가족은 새집증후군으로 고생하는 것이다. 새집증후군은 집이나 건물에 사용하는 건축자재나 벽지에서 나오는 유해물질로 트리에틸렌, 벤젠, 포름알데히드와 같은 유해물질을 사람이 호흡하는 과정에서 발생되는 이상증상이다. 이상증상에는 두통, 피로감, 호흡곤란, 알레르기 비염, 눈의 자극감, 아토피 피부염을 유발시키거나 악화시키는 증상이 있다. 친환경 집을 위한 작은 실천 새집증후군을 방지하는 방법 중 첫째는 환기. 환기는 꾸준히 하루에 3회 1~2시간 정도 하는 게 가장 좋지만, 미세먼지나 황사가 많은 날은 피하는 게 좋다. 두 번째는 베이크 아웃(Bake-out). 방법은 우선 바깥으로 통하는 문과 창문을 모두 닫는다. 오염물질이 많이 빠져나올 수 있도록 실내에 있는 수납가구의 문과 서랍을 전부 연다. 가구에 종이나 비닐이 씌워진 경우에는 벗겨낸다. 그리고 실내온도를 35∼40℃ 정도로 올려 6∼10시간을 유지한다. 그 다음 문과 창문을 모두 열어 1∼2시간 정도 환기시킨다. 이렇게 난방과 환기를 3∼5번 정도 반복한다. 또 다른 방법으로는 실내 온도를 35∼40℃로 맞춘 후 72시간을 그대로 두었다가 5시간 동안 환기시킨다. 이렇게 하면 실내의 오염물질이 현저하게 줄어든다. 주의할 점은 실내 온도를 올릴 때 난방시스템이 과열되지 않도록 해야 한다. 또 베이크 아웃을 하는 동안 실내에 노인이나 어린이, 임산부 등이 출입하지 않도록 한다. 베이크 아웃을 마친 후에도 문과 창문을 자주 열어 계속 환기하는 것이 좋다 만약 이러한 방법으로도 안심할 수 없다면, 만져서 기분 좋고 따뜻한 느낌의 친환경 자연 소재인 규조토를 마감재로 선택하는 것이다. 규조토에 대해 생소한 독자분이 많을 것이다. 규조토는 규(珪), 흙 중의 왕이라 일컬어질 만큼 그 기능과 능력이 우수하다. 기공(공기구멍)이 많다고 알려진 숯보다 5,000배 이상 많은 기공을 갖고 있어, 그 기능과 능력이 뛰어나다. 겨울철 결로는 집 안 온도와 실외 온도 차이로 인해 실내에 머물고 있는 수분이 차가운 콘크리트 벽에 붙어 물방울이 맺히는 현상이다. 이러한 습기가 벽지에 가로막혀 통풍이 되지 않고 폐쇄된 공간을 만든다. 또한, 따뜻한 실내 온도와 더불어 최적의 곰팡이 서식 조건을 만든다. 이때 규조토와 일라이트 천연 마감재로 천장과 벽면 전체를 미장하면 실내 공기 중의 수분을 규조토가 흡습하고 습도를 조절해 결로를 방지할 수 있다. 위 사진은 규조토를 현미경으로 확대한 모습. 규조토는 단세포 식물성 플랑크톤인 규조류의 화석으로, 크고 작은 다양한 구멍이 있는 초다공성물질이다. 숯보다 5,000배 이상 초미세 공간 구조를 가진 가벼운 흙이기 때문에 강한 흡착력을 가지며 자신의 부피 절반 가량의 수분을 흡수한다. 새집증후군, 규조토 마감재가 대안 예로, 담배 냄새가 나는 옷을 규조토 마감재로 처리한 방에 걸어두면, 다음날 담배 냄새가 말끔히 사라진 옷을 입을 수 있다. 앞서 말한 벤젠이나 포름알데히드 같은 유해물질도 효과적으로 흡착, 분해시키는 능력을 갖고 있는 게 이 규조토라는 흙이다. 최근 들어 새집증후군 방지와 개선에 효과가 있는 규조토가 더욱 각광받는 이유는 유해물질이 없는 건축 마감재로 탈취 및 흡착, 분해 기능은 물론 곰팡이와 진드기의 서식을 방지하기 때문이다. 특히 탁월한 단열 성능까지 갖춰 결로 방지뿐만 아니라 새집증후군에도 효과가 좋아 친환경 주택이나 패시브하우스 등에 널리 사용하는 추세이다. 환경부 국립환경과학원 국내 기능성 건축자재 실태 조사결과에서도 황토와 숯에 비해 규조토가 포름알데히드 흡착 및 습도조절 기능이 월등히 뛰어나다는 것을 확인할 수 있다. 조사결과에 따르면, 규조토를 원료로 한 제품이 흡착효율이 92%로 높게 나타난 반면 황토 숯 38%, 숯 75%, 화산석 69%에 그쳤다. 또한 흡습량 39.5~55.7g/㎡, 방습량 31.9~47.2g/㎡로 황토 숯 제품의 흡습량 29.1g/㎡, 방습량26.2g/㎡보다 높은 것으로 조사됐다. 일반적으로 흡착 기능과 흡방습 기능이 높을수록 새집증후군 예방 효과가 크다. 최근 성월BNT에서 개발한 마감재가 주목받는 이유도 이러한 흡착 및 방습 기능이 높은 규조토와 일라이트를 주성분으로 하고 있기 때문이다. 수많은 기공으로 유해물질(VOC) 흡착 분해 및 조습 기능, 탈취 기능을 갖고 있는 규조토와 돌비늘이라 하여 화장품과 아토피 방지제품 등에 사용하는 일라이트(견운모)를 주성분으로 한 마감재로 새집증후군과 아토피의 고통에서 벗어나 보자. 규조토 벽에 분무기로 물을 뿌린 전후 모습. [해독하며 즐기는 ‘오가닉 아이템’] 찜찜한 가습기 사용은 이제 그만! 규조토 벽에 분무기로 물을 뿌려보세요. 벽이 마르면서 습도 조절이 됩니다. 아이들의 낙서는 이젠 추억으로! 규조토 일라이트 마감재는 쓰고 남은 것을 잘 닫아두면 굳지 않아, 쓸 때 다시 저어서 사용한다. 유화 물감처럼 여러 번 덧칠했을 때 효과가 더 좋기 때문에 아이들이 낙서했다고 혼내지 말고, 아이들과 함께 벽을 예쁘게 다시 꾸미면서 추억을 만들어 보는 것은 어떨까? 양생법 vs 건조법 규조토 마감재는 마르는 과정이 양생법과 건조법으로 구별되는데, 양생법은 생석회(산화칼슘)가 소석회(수산화칼슘)로 변화하는 화학반응에 의한 고화 방법이며, 건조법은 수분만 날아가는 고화 방법이다. 양생법은 견고한 데 비해 기공이 막힐 수 있고 pH가 높아 위험할 수 있으며, 건조법은 양생법과 비교하면 약간 무르지만, 기공이 막히지 않는다. 초다공질의 규조토를 마감재로 사용하기 위해서는 기공이 막혀있지 않은 것을 선택하는 것이 바람직하다. 에코, 기능, 디자인까지 고려한 친환경 마감재 겨울철 감기는 쌀쌀해진 날씨 때문에 걸리는 것이 아니다. 일조량 감소로 건조해진 날씨가 호흡기의 방어 능력을 떨어뜨리기 때문이다. 집 안의 습도를 적절히 유지하고 환기를 자주 해야 하지만 그것이 쉬운 일은 아니다. 습도 조절과 냄새 제거, 음이온 방출 등 건강한 실내 환경을 도와주는 친환경 마감재를 소개한다. 집 안의 습도를 조절하는 친환경 조습 벽재 겨울철 건강관리 중 하나가 건조한 실내 습도를 55% 전후로 적절히 유지해주는 것이다. 보온을 위해 난방을 계속하면 실내 공기가 건조해져 오히려 감기에 걸리기 쉽다. 실내 습도를 조절하기 위한 방법으로 가습기를 사용하는데, 관리를 제대로 하지 않은 가습기의 사용은 오히려 세균 번식을 증가시켜 아토피 피부염이나 호흡기 질환 등 질병을 불러올 수 있다. 환기가 어려운 겨울철은 실내에 음식 냄새나 담배 냄새가 배기 쉽다. 친환경 조습 벽재를 시공하는 것만으로도 실내 습도 조절과 탈취 효과를 모두 누릴 수 있다. 겨울철 실내 공기 정화에 도움을 주는 조습 벽재로는 규조토, 일라이트 등 광물질의 천연 소재로 제작한 친환경 마감재가 있다. 자연 조습 기능과 공기 중의 포름알데히드를 흡착하는 기능으로 새집증후군을 예방하는 조습 벽재는 겨울철 건조함을 막아주고 실내를 쾌적하게 해주는 일등공신이다. 새집증후군 등 실내 공기 오염에 대한 불안감이 매우 높아지면서 정부는 지난 12월 15일 ‘실내공기질관리법’을 더욱 강화하겠다고 발표했다. 성원BNT는 여기에 맞춰 친환경 신제품들을 속속 출시하고 있다. 새집증후군, 쾌적한 실내공기에 필요한 친환경 건축 마감재가 대안이 될 것으로 보인다. 건강한 실내 공기를 위한 친환경 벽 마감재 겨울철에는 춥다고 실내 온도를 높이기만 하고 환기를 잘 하지 않게 된다. 따뜻한 온도와 환기 부족은 진드기, 곰팡이 같은 세균이 번식하기에 적합한 조건이다. 공기 중에 떠다니는 세균이 습기를 만나면 또 다른 세균을 만들어내고 호흡을 통해 인체로 들어가 비염, 천식 등의 알레르기 질환을 일으킬 수 있다. 세균 관리가 힘든 겨울철, 건강한 실내 환경을 도와줄 친환경 마감재가 필요하다. 기존의 PVC와 가소제 사용으로 다량의 환경호르몬을 방출하는 실크 벽지는 시공 후에도 환경호르몬의 지속적인 방출과 시공 시 사용한 접착제 때문에 눈이 따갑거나 두통이 생기는 등 새집증후군을 일으켰다. 친환경 마감재는 물에 녹는 수성 아크릴 수지, 항곰팡이 억제제 등을 사용하고 친환경 코팅 처리해 유해 물질의 방출이 적고 연소 시에도 유해 가스가 발생하지 않는다. 한국공기청정협회와 한국환경산업기술원의 친환경 인증 마크를 통해 검증된 친환경 벽 마감재 제품은 곰팡이 등 세균의 번식을 억제해 환기가 어려운 겨울철 실내 공기 정화에 도움을 줄 것이다. [ IN SHORT] ‘새집엔’ 으로 쾌적한 실내 환경 만들기 집에 들어서는 순간 쾌적함을 느끼기 위해서는 환기를 자주 시키고, 무엇보다 겨울철 결로와 곰팡이 예방을 위해 깔끔한 ‘청소’가 필수다. 겨울철 건강관리를 위해 더욱 친환경적이고 전문적이지만, 아주 간단하게 바르는 마감재로 시공하는 법을 귀띔한다. 작업 전 준비물 규조토 일라이트 마감재(새집엔), 곰팡이 방지 하도제(펀지프로텍터), 조색염료, 롤러, 붓, 혼합판, 비닐, 마스킹 테이프 준비 작업 장갑, 토시 등을 착용한 다음, 얕게 패인 곳은 퍼티로 처리하고, 갈라진 곳은 그라인딩 후 매쉬 테이프로 틈을 이은 뒤 퍼티로 가려준다. 스위치나 바닥면, 창틀, 문틀 등에 묻지 않도록 테이프로 감싸준다. 하도 작업 곰팡이가 자랐던 곳이나 곰팡이가 자랄 수 있는 곳에 펀지 프로텍터를 발라주고 충분히 말리면, 벽에서부터 피어오르는 곰팡이에 대해서는 일단 안심해도 된다. 1~2회 이상 붓질을 반복해서 발라주거나 미장용 흙손으로 바르면 된다. 조색 작업 골라 놓은 수성 조색제를 조금씩 첨가하면서 원하는 색을 만든다. 천연 소재인 만큼 색이 분리될 수 있으니 혼합 용기에서 15~20분 정도 충분히 섞이도록 혼합한다. 다소 뻑뻑하더라도 절대 물을 섞지 않도록 하자. 새집엔 시공 붓이나 롤러를 사용해 꼼꼼하게 두세 차례 반복해서 골고루 발라준다. 덜 건조된 상태에서 추가로 바르면 도장면이 일어나거나 덩어리가 발생할 수 있으니 완전히 건조한 다음 다시 작업하는 게 좋다. 시공 후에 남은 새집엔은 뚜껑을 잘 닫아 두었다가 생활오염 등이 발생했을 경우 잘 저어서 사용하면 언제든지 다시 사용할 수 있다.

전문가를 위한 강좌 목재와 수분 (Wood and Water) Ⅲ 일반적으로 기상 또는 액상의 물질이 그 상(相)과 접하고 있는 다른 액체 또는 고체의 계면과 상의 내부에 다른 농도를 가지고 흡인되는 현상을 흡착(adsorption)이라고 하는데, 수증기나 물이 분자간 인력(intermolecular attraction)에 의해 목재의 표면에 응축하는 현상은 흡착에 해당된다. 이때 흡착되는 물분자가 기체상태인 수증기인 경우에 한하여 흡습(vapor adsorption)이라 하고, 흡습의 반대를 탈습(방습, vapor desorption)이라고 한다. 또한, 분자간 인력 이외의 방법 즉 확산, 표면장력 등에 의해 기체 또는 액체가 다른 물질과 단순히 혼합하거나 화합하는 현상을 흡수(absorption)라고 한다. 기체분자의 흡착양은 온도가 일정하면 각 기체의 분압과 흡착능에 의해 결정된다. 함수율 측정의 난제 현장에서 신속하면서도 동시에 정확한 함수율을 부위별로 알 수 있는 방법에 대한 연구가 최근 진행 중에 있다. 우리가 측정해 알 수 있는 현재의 함수율은 소위 평균함수율로서, 목재내부에 수분경사의 존재여부와는 관계가 없이 총체적으로 나타나는 값이라고 할 수 있다. 따라서 현장에서 결함을 줄이고 수율 좋은 수분관리를 위해서는 목재두께내부에 있어서의 위치별 정확한 함수율을 예측하는 것이 이루어져야만 한다. 현재까지 전건밀도를 정확하게만 안다면 임의시점에서의 함수율은 중량측정만으로 생산라인 상에서 바로 알 수가 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 목재의 위치에 따른 수분경사를 고려한 함수율 예측에는 이르지 못하고 있는 형편이라고 할 수 있겠다. 목재의 부력 목재의 부력(buoyant force)은 목재를 외력에 의해 물 속에 침지시켰을 때 치환되는 물의 중량과 자유로이 떠있을 때 목재와 치환되는 물의 중량차와 같다. ARCHIMEDES의 원리에 의하면 부체는 공기 중에서의 목재의 중량과 동일한 액체의 용적과 치환된다. 따라서, 부력(Fb)은 다음과 같이 구할 수 있다. Fb = Wl - Wa 식에서, Wl : 목재부피와 같은 부피의 액체무게, Wa : 공기 중에서의 목재무게. 그러나, 만일 목재가 자신의 무게에 의해 가라앉게 된다면 물 속에서의 목재의 무게(Ww )는 다음 식과 같다. Ww = Wa - Wl (예제) 생재비중이 0.34, 함수율이 70%인 어떤 목재부피가 0.027㎥이라고 할 때 작용하는 부력은 얼마인가? 또 이때 목재의 몇 %정도가 물 속에 잠기겠는가? (풀이) 완전건조시의 목재무게(전건무게) = 물의 비중×생재밀도×목재부피 = 1×0.34×27,000 = 9,180 (g) 함수율 70%시의 목재무게 = 목재 전건무게×{1+ 함수율/100} = 9,180×{1+70/100} = 15,606 (g) 부력 = 27,000 - 15,606 = 11,394 (g) 물 속에 잠기는 비율 = 15,606/27,000 ×100 = 57.8 (%) 목재가 습기를 빨아들이고 뱉어내는 흡방습성 건조목재를 상대습도가 높은 곳에 두면 외기로부터 습기를 흡수하고 생재를 상대습도가 낮은 곳에 두면 목재 내의 수분이 증발된다. 즉, 대기의 수증기압과 목재 중의 수분인력과의 차에 의하여 평형상태에 도달할 때까지 흡습 또는 증발을 계속하게 되는데 이것을 목재의 흡방습성(hygroscopicity)이라고 한다. 목재의 흡습과 방습작용 일반적으로 기상 또는 액상의 물질이 그 상(相)과 접하고 있는 다른 액체 또는 고체의 계면과 상의 내부에 다른 농도를 가지고 흡인되는 현상을 흡착(adsorption)이라고 하는데, 수증기나 물이 분자간 인력(intermolecular attraction)에 의해 목재의 표면에 응축하는 현상은 흡착에 해당된다. 이때 흡착되는 물분자가 기체상태인 수증기인 경우에 한하여 흡습(vapor adsorption)이라 하고, 흡습의 반대를 탈습(방습, vapor desorption)이라고 한다. 또한, 분자간 인력 이외의 방법 즉 확산, 표면장력 등에 의해 기체 또는 액체가 다른 물질과 단순히 혼합하거나 화합하는 현상을 흡수(absorption)라고 한다. 기체분자의 흡착양은 온도가 일정하면 각 기체의 분압과 흡착능에 의해 결정된다. 목재와 수분의 관계에서는 흡착과 흡수가 모두 발생하며 그 구분이 애매할 경우 양자를 합해 수착(sorption)이라고 하거나, 때에 따라서는 흡·탈착을 총칭하여 수착이라 하기도 한다. 흡착력 고체의 흡착력은 주로 흡착매(adsorbent; 목재)와 흡착질(adsorbate; 수분)과의 결합력(흡착력) 및 흡착점의 수, 즉 내부표면의 크기에 의하여 결정된다. 목재의 흡습량(흡착량)은 침엽수와 활엽수간에는 차이가 없고, 변재와 심재간에는 극히 적은 차이가 있으며, 수종간에는 편차가 적은 것으로 알려져 있다(葉石, 1973). 흡습량은 친수성기의 수에 의존하는 것이 일반적이며, 따라서 수종간에 친수성 기의 수적 차이는 없지만 활성도(accessibility)에 차이가 있어 천연섬유인 모시풀(ramie)은 흡습량이 비스코스(viscose) 필름의 1/2 이하밖에 되지 않는다. 목재에 대한 기체의 흡착력은 기체의 종류에 따라 다르다. 목재와 셀룰로오스는 수소·질소·헬륨 등과 같은 분자간 인력이 적고 임계온도가 낮은 불활성가스는 상온·상압에서는 거의 흡착하지 않지만, 수증기·암모니아·염화수소 등 극성물질의 흡착은 현저한데, 이와 같은 차이는 목재와 기체분자간의 결합력의 차이에서 기인된다. 내부표면 일반적으로 흡착점이 존재하는 표면을 내부표면(internal surface)이라고 하며, 그 넓이, 즉 흡착점의 수는 흡착력과 함께 흡착량을 결정하는 인자중의 하나이다. 다공성물질에서는 단위 무게당 내부 표면적이 매우 넓다. 목재와 같은 팽윤성 물질은 팽윤제가 분자간의 간극에 들어가 분자간 거리를 넓히므로 여기에 또 일시적인 표면이 형성된다. 내부표면적은 모든 흡착점에 흡착질 분자가 단분자층으로 흡착될 때의 흡착량에 1개의 흡착질 분자가 흡착될 때의 면적을 곱하여 다음과 같이 나타낸다. 식에서, S: 내부표면적(㎠/목재g), 흡착기체가 단층으로 흡착할 때의 흡착량(기체g/목재g), 기체분자 1개의 면적(물의 경우 14.8×10-16㎠), N : 아보가드로 수(=6.02×1023), 흡착기체가 물인 경우의 분자량(=18) 그런데, 목재에는 영구표면(permanent surface, pre-existing surface)과 일시적 표면(transient surface)의 두 종류의 내부표면적이 존재한다. 영구표면은 각종 세포내강에 존재하는 현미경 가시적인 모관구조의 내부표면적으로서 그 면적은 0.2∼1.0×104㎠/g 정도이고, 일시적 표면은 팽윤제의 침입에 의하여 세포벽의 내부에 일시적으로 생기는 표면을 말하며 그 면적은 2∼4×106㎠/g로서 전자보다 대단히 넓으나 팽윤제가 이탈되면 소멸되어진다. 목재의 내부표면은 그 미세구조와 밀접한 관계를 가지고 있다. 목재에 있어서 수분 흡착점이 되는 곳은 목재 구성성분의 친수성기인 -OH기이다. 목재의 헤미셀룰로오스·리그닌 등은 거의 대부분이 비결정 영역으로 되어 있으므로 거의 모든 -OH기는 흡착에 관여하고 있지만, 셀룰로오스 중의 -OH기는 셀룰로오스가 결정·비결정 영역으로 구성되어 있으며 결정영역의 -OH기는 수분흡착에 관여하지 않으므로 모든 -OH기가 흡착에 관여하는 것은 아니다. 목재의 수착등온선 목재나 셀룰로오스가 대기 중에서 수분을 흡·탈착할 때 보통 수착등온선이 많이 사용되고 있다. 일정한 온도조건(등온)에서 상대수증기압[상대습도]과 평형함수율[수착량]의 관계곡선을 수착등온선(sorption isotherm)이라 하며, 횡축에 상대수증기압, 종축에 평형함수율을 취하여 나타내고 있다. 수착등온선에는 건조재가 흡습할 때의 흡착등온선(adsorption isotherm)과 생재가 방습할 때의 탈착등온선(desorption isotherm)의 두 종류로 구분되며, 목재의 수착등온선은 시그모이드(sigmoid)형태로서 역S자형을 나타내는데 이는 흡습성 물질의 공통된 특징이다. 평형함수율은 상대증기압 0부터 0.2∼0.25의 범위에서는 상대습도에 대하여 완만한 곡선적 증가를 보이다가 0.2∼0.25부터 0.8의 범위에서는 거의 직선적으로 증가되며 0.9이상에서는 매우 급격한 증가를 보인다. 또한, 일정한 상대습도에 있어서의 평형함수율은 온도가 상승함에 따라 감소한다. 목재 및 구성성분의 수착등온선을 보면 목재의 수분수착에 대한 구성성분의 기여율은 셀룰로오스 47%, 헤미셀룰로오스 37%, 그리고 리그닌이 16% 정도이다. 한편, 일정한 상대습도에서 온도와 평형함수율의 관계곡선을 수착등압선(sorption isotherm)이라 부르며, 평형함수율은 온도가 높을수록 거의 직선적으로 감소한다. 평형상태에서 목재의 흡습양과 방습양은 왜 다를까? 일반적으로 목재, 셀룰로오스 또는 그 밖의 팽윤성 재료는 어떤 주어진 상대습도에 있어서의 평형함수율이 저함수율 상태로부터의 흡습에 의하여 도달한 것이냐 아니면 고함수율 상태에서의 탈습에 의하여 도달한 것이냐에 따라 다르며, 언제나 탈습에 의한 평형함수율이 흡습에 의한 것보다 높은데, 이러한 현상을 이력현상(hysteresis effect, lag effect)이라고 한다. 상대습도 0∼100% 사이에서 흡습등온선과 탈습등온선을 연결하여 생기는 만곡선(loop)을 이력곡선(hysteresis loop)이라 부르고, 어떤 상대습도에서 흡습 평형함수율과 탈습 평형함수율의 비율을 이력계수(hysteresis coefficient)라 한다. 이력곡선에 있어서 이 두 곡선의 평형함수율의 比(A/D)는 수종과 온도에 따라 다르나, 상온일 때 상대습도 10∼95%의 범위에서 0.8∼0.9(평균 0.85)이다. 또한, 이 곡선에 있어서 최초의 탈착등온선이 표준탈착등온선과 일치하지 않는데, 그 범위는 상대습도 60∼100% 사이이다. Weihert는 목재온도가 상승할수록 수착 이력현상(sorption hysteresis)은 감소한다고 하였고, 온도가 높아지거나 온도조절이 불완전할 때에는 루프(loop)가 좁아지며, 100℃ 부근에서는 이력현상이 나타나지 않는다. 이력현상은 등온에서의 흡·탈착뿐만 아니라 등습에서의 흡·탈착에서도 나타난다. 즉, 상대습도가 일정하면 온도가 높을수록 평형함수율은 낮다. 따라서, 상대습도를 일정하게 하고 온도를 변화시키면 흡·탈착이 일어나는데, 이 경우에도 탈습과 흡습에 의하여 동일 온도에 있어서의 평형함수율에 차이가 생긴다. 동일한 목재가 흡습과 탈습시 평형에 이르는 함수율이 달라지는 이력현상의 발생원인은 다음과 같이 생각할 수 있다. ① Urquhart설 : 전건재의 흡습성이 줄어드는 원인은 흡습과정에서 중요한 역할을 하는 활성 수산기(-OH)의 유효성이 흡·탈습과정에서 다르기 때문이다. 즉, 생재상태에서는 대부분의 수산기가 수분으로 포화되어 있지만 건조하면 이들의 수산기가 수분을 상실하는 동시에 서로 접근하여 일부가 세포벽 실질간의 결합 즉, 에테르결합(ether linkage)을 하여 흡습성을 상실하기 때문에 그 다음에 수증기압이 높아져도 물분자와의 결합이 곤란해진다. 즉, 목재를 구성하고 있는 고분자쇄의 타성때문에 내부표면(수착점)의 출현과 소실이 완전 가역적으로 일어나지 않고 수착점(-OH)이 감소하므로 활성 수산기의 유효성이 흡습과정에서 작아진다. Stamm은 생재상태에서 물분자와 결합가능한 수산기의 수가 전건시킬 경우 약 20%까지 비흡습성이 된다고 보고하였다. 흡습성 상실은 침엽수재보다 활엽수재에서 심하게 일어나며 장기간 증자처리를 하면 어느정도 흡습성이 회복될 수 있다. ② Zsigmondy설: 탈습과정에서는 모관응축수가 감소되는데, 이때 물이 빠진 모세관 내강은 아직 젖어 있으므로 이때 물과 내강의 접촉각은 작다. 이와 반대로 흡습과정에서는 건조되어 있는 모세관 내강에 수분이 들어오기 때문에 이때의 접촉각은 커진다. 따라서, 동일 반경의 모세관 내에서 응축수의 메니스커스(meniscus) 곡률반경을 비교해 보면 탈습이 흡습의 경우보다 크다. 그러므로, 이에 수반하는 수증기압은 흡착의 경우가 높게 되어 이력 현상이 일어나게 된다. 따라서 이 이론은 목재 중에 모세관 응축수가 존재할 때만 적용된다. 이상과 같이 목재의 수착과정에 있어서의 특징은 역S자형 이력곡선을 나타내는 점이며, 이러한 현상은 셀룰로오스·견·양모 등과 같은 팽윤성 고분자물질에서 공통적으로 나타나며, 활성탄이나 실리카 겔(silica gel) 등의 흡습에서는 일어나지 않는다. 흡착열과 흡착 이론 수분흡착시 열은 왜 생기나? 물분자가 목재에 흡습(흡착)되면 가지고 있던 높은 포텐셜 에너지(potential energy)를 상실하여 안정화된다. 즉, 목재가 물분자를 흡착할 때는 흡착열(heat of adsorption)이 발생하는데, 기체상태의 수분은 흡착열을 방출하면서 목재에 흡착(결합)된다. 환언하면 반데르발스의 힘(Van der Waals force) 또는 다른 힘에 의하여 수분과 불포화수산기(unsaturated OH group)가 결합하면서 방출되는 열에너지이다. 흡착열은 목재의 함수율에 의존하므로 흡습할 때의 함수율에 따라 달라진다. 1g의 물분자가 무한량의 목재에 흡습된다고 생각할 때 발생하는 열을 미분흡착열( differential heat of vapor adsorption)이라고 하며, Rees에 의하면 미분흡착열은 목재 건조시에 목재와 수분의 결합을 파괴하기 위하여 흡착수 분자(adsorbed water molecular)에 가해져야 하는 열에너지이다. 목재의 미분흡습열 값은 전건상태일 때 260∼320cal/g·H2O로서 가장 크고, 함수율의 증가에 따라 급격히 저하되어 섬유포화점에 접근하면 0에 가까워진다. 적분흡착열은 전건상태에서 0이고, 함수율이 증가함에 따라 커지며, 전건목재를 완전히 수분으로 팽윤시킬 때, 즉 섬유포화점에서 16.5∼20.5cal/g·목재이다. 수분은 목재표면에 어떻게 흡착하는 것일까? 흡착의 이론적 취급은 크게 세 가지로 나누어진다. 첫째는 물이 흡착되는 목재의 표면적과 관련시켜 이론화된 Langmuir이론과 BET이론이 있다. 랭구미어이론은 물분자가 단분자층으로 흡착할 때 적용시키는 것으로서, 흡착속도는 흡착이 일어나지 않은 흡착점의 수와 가스압력에 비례하며, 탈착속도는 흡착이 일어난 흡착점의 수에 비례하는 것으로 가정하여, 평형시 같다는 정의하에 만든 이론이다. 그러나 실제 목재와 같은 흡착성 다공질재료에서 물분자는 단분자층이 아닌 무한층으로 겹쳐져 일어나므로, 각층마다 랭구미어이론이 성립하는 것으로 가정하여 정리한 이론이 BET이론이다. 이와는 다른 두 가지 흡착이론은 물이 흡착할 수 있는 목재의 흡착표면형상과 관련시켜 이론화한 것으로 모세관응축이론과 포텐셜이론이 있다. 여기서는 흡착표면을, 모세관응축이론에서는 여러가지 직경의 모세관으로 이루어진 것으로 취급하고, 포텐셜이론에서는 일반적인 요철(凹凸)면으로서 취급하여 설명하고 있다. 모세관응축이론은 잉크병설이나 지그몬디설 등에 의하여 목재의 수분흡탈착의 이력현상을 설명하는데 이용되기도 한다. 흡습성을 저하시키는 치수안정처리 방법 목재는 이전에 어떠한 처리를 받았는지 즉, 목재내력(specimen history)에 따라 흡습성 또는 평형함수율이 달라진다. 목이 말라도 마실 힘이 없도록 수분흡착성능 제거 온도와 목재의 흡습성과의 관계는 목재의 수착등온선에서 알 수 있는 바와 같이 일정한 함수율을 부여하는 상대습도는 온도가 높아짐에 따라 감소되고 있다. 목재온도에 대한 탈착함수율(EMC)의 영향은 상대습도 100%일 때 STAMM에 의하면 25∼100℃의 범위에서 1℃당 0.1%, WEICHERT에 의하면 같은 범위에서 0.12%이고, KOLLMANN에 의하면 20∼28℃의 범위에서 1℃당 0.13%라고 한다. 이와 같이 목재의 흡습성에 미치는 가열처리의 영향은 목재가 화학적으로 변질되지 않을 정도의 가열처리에 의하여 목재의 흡습성은 감소된다. 이러한 원인으로는 가열처리에 의한 셀룰로오스 결정영역의 증가와 헤미셀룰로오스의 열화학적 변화 및 분해산물의 수지화 등을 생각할 수 있다. 셀룰로오스를 가열하였을 때 결정 영역이 증가되는 것은 X선적 연구에 의해서도 확인되고 있다. 일반적으로 셀룰로오스의 결정화 온도는 상온 이상의 높은 온도이며, 상온에서의 결정화는 대단히 장시간을 요하지만 높은 온도에서는 비교적 짧은 시간에 진행된다. 생재 세포벽의 친수성 수산기(-OH)는 물분자에 의해 충족되어 있으나 열처리에 의해 건조되면 수산기는 접근하여 실질간의 결합 즉 셀룰로오스와 셀룰로오스 결합(cellulose to cellulose bond)을 일으켜서 수산기의 일부는 수착기능을 상실하여 수착점의 역할을 하지 못한다. 셀룰로오스의 이력곡선을 보면 차 건조와 1차 흡습을 거친 다음 다시 2차 건조를 할 때의 탈습곡선은 1차 건조시의 탈습곡선보다 아래에서 진행된다. 이러한 건조와 흡습을 반복함에 따라 탈습곡선은 점차 아래로 내려가는 데 이는 한번 건조될 때마다 셀룰로오스의 흡착점이 점차 감소되기 때문이다. 가열처리에 의하여 흡습량이 감소되는 동시에 팽윤과 수축성도 감소되므로 치수안정의 효과도 얻어진다. 가열에 의한 흡습량, 팽윤량 및 수축량의 감소는 가열온도가 증가함에 따라 현저해지며, 가열시간의 대수에 비례하여 진행된다. 물분자가 흡착할 자리를 물이 싫어하는 물질로 치환 목재의 흡습성은 목재의 구성성분에 존재하는 친수성기, 특히 -OH기와 물분자와의 결합에 기인하므로 목재 중의 -OH기를 소수성기로 치환하면 흡습성은 감소된다. 이와 동시에 팽윤량 및 수축량도 감소되므로 치수안정의 목적으로 응용할 수 있으며, 이밖에 많은 방법이 연구되고 있다. -OH기를 소수성기로 치환하는 방법으로는 에테르(ether)화 또는 에스테르(ester)화 등을 생각할 수 있다. 에테르화에는 부틸(buthyl)화와 시아노에틸(cyano ethyl)화, 그리고 에스테르화에는 아세틸(acetyl)화와 프탈로이드(phthaloid)화 등을 생각할 수 있다. -OH기와 치환된 아세틸(acethyl)기·부틸(buthyl)기 등은 비극성의 소수성기이기 때문에 흡착점으로 작용하지 않는다. 따라서, 이들의 기에 의한 치환도가 증가함에 따라 흡습량은 감소된다. 그러나, 이 처리를 할 때 강산이나 강알칼리가 촉매로 작용하기 때문에 실용상 적용하지 못할 때도 있다. 목재의 치수안정화의 크기를 나타내기 위해 항수축률(anti-shrink efficiency; ASE)을 이용한다. ASE = (α - αt)/α × 100(%) 식에서, α : 미처리재의 수축률, αt : 처리재의 수축률 田 ■ 글 이원희 (경북대학교 임산공학과교수) 　　

전문가를 위한 강좌 목재와 수분(Wood and Water) IV 목재 내에서 유체는 유동과 확산에 의해 이동한다. 유동(flow)은 압력차(pressure gradient)에 의해 연결된 공극[모세관]을 통한 이동이며 확산(diffusion)은 농도차(concentration gradient)에 의한 이동으로서, 수증기가 공극 내에 있는 공기 중을 통하여 이동하는 수증기확산(vapor diffusion)과 세포벽 내에서 일어나는 결합수 확산(bound-water diffusion)의 두 형태가 있다. 그 외에 자유수 표면에서의 증발과 응축, 그리고 세포벽 표면에서의 흡·탈착 등이 서로 조합되어 수분이 목재 속을 이동한다. 목재수분의 이동통로는 수분의 상태에 따라 세포내강·벽공·세포벽 등이 중요한 역할을 한다. 고분자 물질에 의한 목재 흡착표면의 코팅처리 세포내강에 파라핀(paraffin) 주입 또는 도장에 의한 목재표면의 피복은 본질적으로 흡습성을 줄이지는 못한다. 이것은 목재의 흡습이 가시적 표면에서 일어나는 것이 아니고 목재실질의 내부표면에서 일어나기 때문이며, 내부표면을 피복하지 않는 한 목재 본래의 흡습성에 영향을 끼칠 수는 없다. 파라핀은 그 분자가 크기 때문에 목재 중의 미세한 공극에 들어가지 못하며, 또한 소수성이기 때문에 목재의 내부표면에 결합하지 못하므로 목재 중의 내부표면 상의 친수성기에 실질적인 영향을 주지는 못한다. 그러나, 이 처리는 수증기의 투과를 방해하고 수증기의 확산속도를 감소시키므로 대기의 습도변화가 많은 장소에 있어서는 목재의 함수율 변동을 감소시키는 효과가 있다. 이 효과는 사용되는 물질의 소수성기에 의한 것이 아니고 투습성 저하정도에 지배된다. 그 밖의 처리와 흡습성 응력(stress)이 목재 내부에 존재하면 함수율에 영향을 끼치는데, 압축상태에 있는 목재는 함수율이 감소되고, 인장상태의 목재는 함수율이 증가한다. 특히 Bello의 실험에 의하면 상대습도가 높을수록 비중이 클수록 임의의 압축외력에 대한 내부응력이 증가하기 때문에 목재의 평형함수율 감소도 심해진다. 목재의 기계적 처리는 섬유표면의 결정화도를 파괴하므로 흡습성을 약간 증가시킨다. Stamm은 기계적 분쇄가 섬유표면의 결정화도를 파괴하며 loblolly pine을 완전히 고해(beating)했을 때 상대습도 75%에서 흡습성은 0.5% 증가한다고 보고하였다. 목재의 성분이 화학처리를 받아서 변화되면 흡습성이 달라진다. 셀룰로오스나 헤미셀룰로오스는 친수성이므로 셀룰로오스 유도체들은 처리에 따라 다르지만 목재 펄프나 모시풀(ramie)보다 흡습량이 많고, 추출물은 수분의 흡습성을 저해하므로 추출물이 제거되면 흡습성이 증가된다. 방사선(γ線)을 조사하면 흡습성이 약간 감소된다. Paton 등의 연구에서 sitka spruce의 감마선 108rad의 조사로 함수율이 1∼2% 정도 감소하였다. 목재 속에서 움직이는 수분의 이동 목재 내에서 유체는 유동과 확산에 의해 이동한다. 유동(flow)은 압력차(pressure gradient)에 의해 연결된 공극[모세관]을 통한 이동이며 확산(diffusion)은 농도차(concentration gradient)에 의한 이동으로서, 수증기가 공극 내에 있는 공기 중을 통하여 이동하는 수증기확산(vapor diffusion)과 세포벽 내에서 일어나는 결합수 확산(bound-water diffusion)의 두 형태가 있다. 그 외에 자유수 표면에서의 증발과 응축, 그리고 세포벽 표면에서의 흡·탈착 등이 서로 조합되어 수분이 목재 속을 이동한다. 목재수분의 이동통로는 수분의 상태에 따라 세포내강·벽공·세포벽 등이 중요한 역할을 한다. 수분이 이동하는 방법 모세관속에서의 액체이동 수도관같이 단일 모세관속에 액체가 존재하고, 그 양쪽에 압력차가 생기면 모세관 중의 액체는 압력이 낮은 쪽으로 이동한다. 이때 유동속도 dv/dt(㎤/g)는 모세관의 반지름 r(㎝), 모관의 길이 l(㎝), 액체의 점도 η(dyn·sec/㎠) 및 압력차 △p(dyn/㎠)에 지배된다. 이 관계를 Poiseuille 법칙으로 나타낼 수 있다. 　 그러나, 목재의 모세관계와 같이 길이나 지름이 다른 다수의 많은 모세관이 복잡하게 배열되어 있을 때에는 전체로서의 투과성을 다음의 Darcy 식으로 표현할 수 있다. 　 식에서, KL: 액체 투과계수(㎠), A: 단면적(㎠) 이 식은 이동량 및 경사가 시간과 공간에 따라 일정한 정상류(steady-state flow)의 조건이 만족될 때 성립한다. 투과성(permeability)은 재료를 통과하는 유체유동의 양적 표현으로 투과율(투과계수)을 측정해서 유체유동의 크기를 나타내며, 재료의 공극률(porosity)이 높을수록 증가한다. 유동은 방부제와 방화제의 가압처리, 목재-고분자 복합체(WPC)제조용 단량체 주입, 치수안정제 주입, 펄프의 표백제 주입, 목재건조시 자유수의 제거 등 목재이용의 여러 분야에서 활용된다. 결합수의 확산 기상 또는 액상에서는 그 분자가 끊임없이 브라운 운동(Brownian movement)을 계속하고 있다. 이 브라운 운동의 특성은 그 운동방향이 임의이고 통계적으로 각 방향마다 똑같이 움직인다. 또한, 분자가 적을수록, 相의 점도가 낮을수록, 그리고 온도가 높을수록 그 운동은 심하며, 또한 그 운동은 연속적이고 영구적이다. 농도가 다른 2개의 相 A, B가 서로 접근하고 있을 경우 농도가 높은 A상에서는 단위용적 중에 들어 있는 분자수가 많으므로 단위시간에 A상에서 농도가 낮은 B상으로 이동하는 분자수는 통계적으로 많다. 따라서, A상은 점차 농도가 낮아지고, B상은 반대로 높아진다. 이와 같이 농도가 높은 상에서 낮은 상으로 분자가 이동하는 현상을 확산(diffusion)이라고 한다. 정상류의 경우 확산방향으로의 단위면적 및 단위시간에 있어서의 수분 이동량(dm/dt)은 농도경사(dc/dx)에 비례하므로 Fick의 확산법칙에 의하면 면적 A(㎠)의 단면을 통하여 시간 t 동안에 확산하는 물질량 m(g)은 다음과 같다. 　 식에서, D : 확산계수(diffusion coefficient, ㎠/s)라고 하며 系에 의하여 결정되는 상수, c : 농도(g/㎤), x : 확산방향의 거리(㎝) 정상류의 경우에는 확산방향의 2점 사이의 농도경사와 단위면적, 단위시간당 확산분자의 이동량을 알면 확산계수를 구할 수 있다. 확산이 비정상류일 때에는 다음과 같은 식이 적용된다. 　 이 식이 성립하기 위해서는 정온조건이 유지되고, 확산매가 확산분자에 상호 작용되지 않으며, 확산 중에 확산매의 구조변화가 생기지 않는 것 등의 조건이 필요하다. 확산현상 중에는 非Fick확산이라고 하여 Fick법칙이 적용되지 않는 것이 적지 않다. 목재와 공기층 경계면에 있어서의 이동 액상과 기상의 계면에 있어서의 증발이나 응축, 고상과 기상과의 계면에서의 흡·탈착의 속도는 물질이동의 속도를 지배하는 인자가 된다. 이들 계면에서는 각 相에서 물질 이동을 제한하는 인자가 작용하여 계면에서의 물질 이동속도를 결정한다. 목재속에 있는 수분의 이동통로 침엽수재의 수분이동 통로 침엽수재에서 액체의 통로가 되는 곳은 주로 가도관세포의 내강과 유연벽공대로 구성되는 모세관계이며, 그밖에 목재의 섬유방향에서는 수직수지도가, 방사방향에서는 방사조직과 방사가도관의 내강이나 수평수지도 등이 통로로 이용되고 있다. 가도관과 유조직은 끝이 막혀있기 때문에 인접세포 간 액체나 기체의 이동은 벽공을 통하여 이루어진다. 유체통로의 크기나 수는 수종에 따라 다르며, 그 측정치의 한 예를 보면 아래표와 같다. 벽공은 목재 중의 액체의 통로로서 중요하며, 때로는 제한인자로 될 때도 있다. 즉, 생재 상태일 때 변재부의 유연벽공대는 열린 상태여서 수분통로의 역할을 하지만, 심재화나 건조 시 비교적 많은 벽공들이 토러스(torus)가 변위되어 벽공구를 막는 폐색벽공대(aspirated pit pair)로 되어 액체이동을 방해한다. 특히, 심재화되면 폐쇄된 벽공에 물질이 침착되어 불가역적인 상태로 된다. 춘재세포는 크고 많은 유연벽공을 가지므로 춘재의 유동은 추재보다 훨씬 크지만 건조시 벽공폐쇄가 추재보다 심하기 때문에 건조에 의한 투과성 감소율은 춘재의 경우가 더욱 심하다. 활엽수재의 수분이동 통로 활엽수재에서 주통로가 되는 곳은 도관으로 천공판으로 되어 있는데 도관의 끝이 부분적 또는 완전히 뚫려있기 때문에 섬유방향의 투과성은 대체로 크다. 도관 지름은 수종에 따라 다른데, 최대 지름이 25㎛ 이하로부터 500㎛ 이상에 달하는 것도 있다. 도관의 분포수도 수종에 따라 다른데, 1∼170개/㎟의 넓은 범위에 걸쳐 있다. 또한, 주위상 가도관·도관상 가도관 등도 액체의 통로가 된다. 방사방향 유동은 방사조직에 의하고, 접선방향 유동은 인접한 도관, 목섬유, 수직유조직을 서로 연결하는 벽공에 의존하며 매우 복잡한 통로를 따른다. 따라서, 활엽수재의 횡단방향 유동률(transverse flow rate)은 침엽수재보다 훨씬 작다. 그러나, 다열방사조직이나 목섬유는 별로 통로의 역할을 하지 못하며, 감압주입하여도 침투되지 않는 수종이 많다. 도관 중에 발달하는 타일로시스(tylosis)는 도관 중의 유동을 거의 방해한다. 투과성은 외부 변재가 가장 크고 내부쪽으로 감소하는데 특히 검(gum) 또는 수지의 퇴적, 전충물질의 형성 등으로 세포가 막히는 심재형성 개시부에서 뚜렷이 감소된다. 또한 침엽수재는 건조시 유연벽공의 폐쇄로 투과성이 현저히 감소되나 활엽수재는 벽공폐쇄가 없기 때문에 건조가 투과성에 미치는 영향은 침엽수재보다 훨씬 작다. 목재속에서 수분을 이동시키는 힘은 무엇인가? 세포내 공극속에 있는 자유수의 이동 섬유포화점 이상에서는 자유수가 존재한다. 자유수와 접하고 있는 세포벽은 結合水로 포화되어 있으므로 세포벽에는 수분경사가 없고 따라서 세포벽내의 수분의 확산이동은 없다고 본다. 이와 같은 상태일 때 목재 중의 수분의 이동은 주로 모세관을 통한 자유수의 유동에 의하여 이루어진다. 이 자유수가 이동되기 위해서는 모세관의 양쪽에 어떤 압력차를 필요로 한다. 보통 이 압력차의 원인이 되는 것은 모세관력(capillary forces), 가열에 의하여 목재에 함유되어 있는 기포 내의 압력증가 또는 진공건조나 감압시 외압의 저하, 가압주입할 때의 외압의 증가 등이다. 모세관의 유체이동에 관한 HAGEN-POISEUILLE의 법칙이 있으나 목재의 경우 수정이 필요한 데 이는 자유수가 모세관에 침투하면 모세관벽에 접촉한 물분자는 화학적 수착(chemosorption) 에 의해 모세관벽에 흡착되면서 자유를 잃게되고 흡착된 물분자는 모세관 안쪽에 있는 자유수 분자의 이동을 방해하기 때문이다. 목재건조시 자유수의 이동 정온·상압하에서 목재 중의 자유수 이동은 복잡한 모세관 내부에서의 공기와 자유수면상의 메니스커스(liquid-air meniscus)의 곡율반경에 기인된다. 생재가 대기 중에 방치되었을 경우를 생각하면 목재는 표면이 건조되어 그림 의 A부분은 섬유포화점 이하로 된다. 이때, 이 세포내강의 수증기압(PA)은 포화수증기압보다 낮으므로 수분은 자유수면 B에서 증발하게되고 메니스커스 B는 후퇴한다. 이에 따라 메니스커스 B의 곡률반경이 감소되고, B와 자유수로 연결되어 있는 메니스커스 C 사이에는 다음과 같은 압력차가 생긴다. 따라서, B와 C 사이의 자유수는 압력차에 의하여 B 쪽으로 평형이 될 때까지 이동한다. 다음에 메니스커스 C와 D사이에 있는 기포에 대하여 생각해 보면 다음과 같다. 지름이 작은 메니스커스를 가지는 수면 상의 포화수증기압(Po')은 Kelvin식에 의하면 지름이 큰 메니스커스를 가지는 수면 상의 포화수증기압(Po)보다 떨어진다. 만약, 메니스커스 C가 후퇴하면 C의 수증기압은 메니스커스의 지름이 작아지므로 D의 수증기압보다 작아지고, D에서 C로 향하여 수증기가 확산된다. 또한, 메니스커스 C의 후퇴에 의하여 C와 D사이의 기포가 팽창하여 압력차가 떨어지므로 다시 내부(D보다 안쪽)와의 압력차가 생겨 바같쪽으로 수분이 이동하게 된다. 이와 같이 자유수와 수증기로 포화된 기포를 가지고 있는 모세관계서는 각종의 역학적 비평형이 수분이동의 원인이 된다. 그 위에 가열에 의한 내압의 증가, 감압 등의 외적 조작이 가해지면 그 영향도 부가되어 복합적인 형태로 자유수는 점차 표면으로 이동한다. 물속에 목재를 담글때의 흡수에 의한 자유수 이동 건조목재를 물속에 침수하면 목재는 흡수하는데 주로 횡단면을 통해서 섬유방향으로 물이 침투하며, 이것은 모세관의 표면장력에 의한 것이다. 반지름 r의 모세관에 있어서 모세관 속으로 물이 침투하는 길이 L은 다음과 같다. 　 식에서, σ: 모세관력, η: 액체의 점도, t : 흡수시간 실제로 목재 중에는 지름이 다른 모세관이 많이 존재하므로 침투되는 선단이 일정하지 않다. 또한, 물이 침투하면 도관이나 가도관에 인접한 세포도 침수되어 세포벽 중에서도 결합수의 형태로 확산하거나 또는 벽공벽의 소공에서 응축되어 통로 내에 기포가 생겨 통로가 폐쇄될 때도 있다. 목재 전체를 물속에 넣어 전면에서 흡수시키면 내부공기가 물의 침입에 의해 압축되어 내부에 압력이 생기기도 한다. 실험적으로 목재의 흡수량을 조사한 결과를 보면 그림과 같다. 이 결과에 의하면 심재

목재와 수분 (Wood and Water) II -------------------------------------------------------------------------------- 생재를 대기 중에 방치하면 목재 중의 수분은 증발되어 감소된다. 목재 내부의 작은 부분에 대하여 생각해 보면 먼저 감소되는 것은 세포내강이나 세포간극 등의 공극에 액상으로 존재하는 자유수이며, 자유수가 완전히 증발될 때까지 세포벽에 존재하는 결합수는 감소되지 않는다. 결합수의 감소는 자유수가 없어질 때 시작되며, 대기의 상태에 상응하는 평형함수율에 도달하면 수분증발이 끝난다. 이 과정에서 세포공극에 있는 자유수는 완전히 증발되고 결합수의 증발이 시작되려는 시점, 즉 세포공극에 자유수는 존재하지 않고 세포벽은 결합수로 포화되어 있을 때를 섬유포화상태(fiber saturated condition)라 할 수 있고 이때의 함수율을 섬유포화점(fiber saturation point, FSP)이라고 한다. -------------------------------------------------------------------------------- 목재는 평소에도 숨을 쉬고 있다고 말해진다. 이것은 목재가 주위의 분위기의 변화에 응하여 흡습하기도 하고 방습하기도 하기 때문이다. 주위의 분위기를 결정하는 것은 온도와 습도이다. 생재상태에 있는 목재를 일정한 온도와 상대습도 상태의 대기중에 두게 되면 수분이 주위의 분위기에 대응하여 자연방출되기 시작하여 중량이 감소되어 어느 시점에 이르면 더 이상 감소하지 않고 일정한 무게에 달하게 된다. 기건상태 이러한 상태에서는 흡습량과 방습량이 같아지므로 목재는 수분평형상태에 있게 되는데, 이때의 함수율이 평형함수율(equilibrium moisture content, EMC)이라고 한다. 마찬가지로 건조목재를 습도가 높고 온도가 낮은 조건에서 방치하면 주위의 수증기를 흡수하여 함수율이 증가하게 되고 장기간 후에는 역시 수분평형상태에 도달하여 일정한 무게를 유지하게 된다. 전자의 경우 방습 평형함수율(desorbed EMC), 후자의 경우 흡습 평형함수율(adsorbed EMC)이라고 부르며 일반적인 평형함수율 개념은 전자를 의미한다. 목재가 평형상태(condition of equilibrium)에 도달한 후의 흡습과 방습현상은 매우 미미한 정도이며 평형시 양자간의 수분이동량은 동일하다. 목재의 평형함수율은 공기 중의 온도와 습도에 의하여 결정되며, 모든 수종에서 거의 같지만 평형에 도달하는 것이 방습에 의한 것이가 흡습에 의한 것인가에 따라 달라진다. 그런데, 실제로 목재를 사용할 때 대기의 온도와 습도는 계절·장소·기후 등에 따라 다르며 항상 변화되고 있다. 따라서, 목재가 이 변화하는 대기의 온도와 상대습도 하에서 평형상태를 이루고 있을 때를 기건상태(air dried condition)라 하고, 이때의 함수율과 목재를 각각 기건함수율(moisture content in air dry), 기건목재(air dried wood)라고 한다. 기건함수율은 일종의 평형함수율이며 우리 나라의 서울·대전·광주·경주·춘천·진주 지방에서 소나무, 미송, 신갈나무, 레드라왕을 대상으로 4년간 조사한 전국의 평균 기건함수율은 방습의 경우 평균 14.2%(최저 12.3%, 최고 15.7%)이고, 흡습의 경우 13.2%(최저 11.3%, 최고 14.7%)이다(趙 등 1975). 중부지방의 기건함수율은 남부지방보다 약간 높으며, 연중 기건함수율의 변동은 4월이 최저이고, 8월이 최고이다. 목재를 실내에 두면 실외에 방치하였을 때보다 4% 정도 함수율이 낮아진다. 또한, 목재의 성질이 함수율에 따라 변하기 때문에 목재의 성질을 동일한 함수조건에서 비교하기 위해서는 기준이 되는 함수율을 정할 필요가 있다. 이러한 함수율을 표준함수율[법정함수율; standard moisture content, normal moisture content]이라고 하고, 보통 구미에서는 12%를 규정하고 있으며 일본에서는 평균 기건함수율에 해당하는 15%를 사용하고 있다. 전건상태 목재를 100∼105℃를 유지하는 건조기(dry oven)에서 항량에 달할 때까지 건조하여 수분을 완전히 제거한 상태를 전건상태(전건상태, oven dried condition)라고 하며, 이때의 목재를 전건재(oven dried wood)라고 한다. 전건재는 실용적 측면에서 무수라고 가정하고 있는데, STAMM에 의하면 0.5% 이하의 수분이 구조수로서 목재 중에 존재하고 있다고 한다. 섬유포화점 생재를 대기 중에 방치하면 목재 중의 수분은 증발되어 감소된다. 목재 내부의 작은 부분에 대하여 생각해 보면 먼저 감소되는 것은 세포내강이나 세포간극 등의 공극에 액상으로 존재하는 자유수이며, 자유수가 완전히 증발될 때까지 세포벽에 존재하는 결합수는 감소되지 않는다. 결합수의 감소는 자유수가 없어질 때 시작되며, 대기의 상태에 상응하는 평형함수율에 도달하면 수분증발이 끝난다. 이 과정에서 세포공극에 있는 자유수는 완전히 증발되고 결합수의 증발이 시작되려는 시점, 즉 세포공극에 자유수는 존재하지 않고 세포벽은 결합수로 포화되어 있을 때를 섬유포화상태(fiber saturated condition)라 할 수 있고 이때의 함수율을 섬유포화점(fiber saturation point, FSP)이라고 한다. 섬유포화점은 세포벽이 수분을 흡착할 수 있는 최대한도 즉, 결합수가 최대로 함유될 수 있는 점을 의미하며, 일반적으로 함수율 25∼35%(평균28%)의 범위이다. 따라서 섬유포화점은 결합수와 자유수의 분기점이 된다. 섬유포화점은 수종에 따라 다르며 southern yellow pine 29%, sitka spruce 28%, redwood 22%, western redcedar 18%, teak 18%, rosewood 15% 등이다 또한, 비중이 크거나 세포벽이 치밀하면 섬유포화점은 낮아진다. Feist와 Tarkow(1968)은 slash pine 춘재의 섬유포화점은 41%이고 추재는 35%로 보고하였다. 목재의 추출물은 세포벽을 팽윤시키고 수분의 배제에 기여하므로 추출물이 많은 목재의 섬유포화점은 낮다. 또한, 목재온도가 상승하면 물분자의 동적에너지가 증가되면서 보다 많은 물분자가 증발되어 방출되므로 섬유포화점은 0.1%/1℃씩 낮아진다. 섬유 포화점은 직접 측정하지 않고 다음과 같이 함수율과 목재의 물리적 또는 기계적 성질의 변화곡선으로부터 구하는 경우가 많다(中戶, 1961). 1) 함수율과 용적팽창율과의 관계도를 그리고, 직선부를 연장하여 함수율축과의 교점으로 구한다. 2) 함수율 감소에 따른 수축의 시점으로부터 구한다. 3) 목재의 전기전도도의 대수와 함수율과의 관계곡선에서 변곡점의 값으로 구한다. 4) 휨강도·종압축강도·전단강도 등의 탄성계수 또는 파괴계수와 함수율과의 관계곡선에서 변곡점의 값으로 구한다. 5) 함수율과 미분흡착열(습윤열)과의 관계곡선을 그리고, 미분흡착열이 0이 되는 함수율을 구하여 추정한다(李, 1977). 6) 흡습등온선을 포화수증기압(상대습도 100%)로 외삽하여 구한다(STAMM, 1964). 이상의 방법은 어느 것이나 넓은 함수율 범위에서 측정할 필요가 있다. 또한, 다음 방법에 의하여 섬유 포화점을 직접 구할 수도 있다. 7) 다량체 배제법(polymer exclusion method): 시료를 생재상태로 하여 수용성폴리머의 수용액, 예를 들면 폴리에틸렌 글리콜(polyethylen glycol)의 수용액에 담근다. 수용액의 농도는 시료 중의 자유수가 가해진 것만큼 감소되므로 그 전후의 농도차로부터 시료 중의 자유수를 계산할 수 있다. 또한, 원심분리에 의하여 자유수를 제거하는 방법(PEREM, 1954), 그리고 냉동에 의하여 자유수를 결빙시켜 구하는 방법(WISE, 1946)도 종전에 사용되었다. 포수상태 세포벽과 모든 공극을 포함하여 목재 내부 전체가 수분으로 완전히 포화되었을 때를 포수상태(water saturated condition)라 부르고 ,이때의 함수율을 그 목재의 최대함수율(maximum moisture content), 포수상태에 있는 목재를 포수재(water saturated wood, water-log)라고 한다. 포수상태는 입목의 경우에도 드문 현상이며 목재를 장기간 수중에 저목했을 때 나타난다. 소나무류가 포수재가 되려면 수중에서 보통 몇 년이 걸리지만 활엽수재는 보다 쉽게 포수재가 되어 물속에 가라앉는 경향이 있다. 최대함수율은 목재가 팽윤하여도 세포내강의 공극 변화가 거의 없는 것으로 가정하여 전건재의 공극률로부터 다음과 같은 KOLLMANN의 이론식으로 구할 수 있다. 또한, 포수상태의 목재에서 물이 차지하는 용적비율에 의하여 다음과 같은 TIEMANN의 실험식으로 구할 수도 있다. 계산에 의하면 위 두식의 차이는 0.2∼0.6% 정도에 불과하다. 또한 이와는 다르게 진비중, 용적밀도, 섬유포화점, 전건비중으로부터 전건목재가 흡습하여 최대함수율을 이론식으로 구할 수 있는데, 팽윤율이 흡습한 물의 양과 같다고 가정할 때, 다음 식을 얻을 수 있다. 세포벽속의 결합수는 어떻게 존재할까? 단분자층 흡착수 세포벽내의 미셀(micell)표면이나, 비결정영역의 분자표면에 존재하는 목재의 친수성 성분인 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스와 약간의 친수성을 띠고 있는 리그닌 등의 -OH기, -O-기 및 -COOH기(이것을 수착점[sorption site]이라고 함) 특히 양적으로 가장 많은 -OH기에 물분자가 수소결합하여 내부표면(internal surface) 위에 단분자층(monomolecular layer)을 형성하고 있는 수분이다. 목재함수율 5∼6% 이하에서 존재하는 수분으로, 외견밀도(apparent density)가 1.3g/㎤로서 물보다 매우 크고, 흡착등온선에 있어서 상대습도 20∼25% 이하에 존재하는 수분이다. 다분자층 흡착수 최초에 형성된 단분자층 흡착수의 표면에 반데르발스의 힘(Van der Waals’ force)이나 정전기적인 힘 즉 수소결합에 의하여 다분자층으로 흡착된 수분으로서, Stamm에 의하면 상대습도 20(25)∼90% 사이에서 또는 함수율 범위5(6)∼20(27)% 사이에서 나타나며, 생재상태에서 물분자의 흡착층은 6∼7층으로서 섬유포화점에서의 외견밀도는 1.13정도이다. 한편, 상대 습도가 90% 이상되면 모관응축수가 생긴다. 모관응축수 다공질의 물질에서는 상대습도가 높아지면 모세관 응축현상이 일어난다. 따라서, 목재는 다공체이기 때문에 높은 상대습도에 있어서는 세포벽의 미세한 모세관 내에서 모관인력에 의해 수증기가 응축되면서 모세관 벽에 흡착되어 목재수분이 된다. 이 때문에 흡착등온선이 고습도 영역(90∼99%)에서 급상승하는 것으로 생각되고 있다. 모세관 응축현상의 원인은 凹面의 액체 메니스커스(meniscus) 위에서의 수증기압이 수평면에서의 그것보다도 낮고, 더욱이 곡률반경이 작을수록 그 저하가 현저하기 때문이며, 그 관계는 다음의 Kelvin식에서 알 수 있다. 한편, 세포벽 중의 모세관은 ㉠ 팽윤제의 침입에 의하여 형성되고 이탈시에 소멸되는 일시모관과, ㉡ 벽공벽의 소공 및 세포벽 내의 비결정령역에 존재하는 영구모관(건조상태에서도 존재함)이 있다. 그런데, 세포벽의 비결정 영역에 존재하는 영구모관은 그 지름이 20∼300Å으로 공극율은 0.2∼0.6%에 불과하며, 이들 공극은 세포벽에 흡착된 결합수의 영향을 받아 좁아지므로 이 모관에 의한 응축은 무시해도 좋을 만큼 작다. 따라서, 세포벽에서의 모관응축은 주로 벽공벽의 소공에서, 그리고 상대습도90%(함수율 20∼27%) 이상일 때 생긴다. 아래표는 여러 가지 상대습도에서 모세관이 수증기를 흡착할 때의 응축반경의 크기를 나타낸다. 구조수 구조수(water of constitution)는 세포벽을 직접 구성하는 요소이며 세포벽의 구조적 성질(organic nature)을 유지하는 수분이다. 자유수와 결합수는 목재의 화학적 구조를 변화시키지 않고 제거할 수 있으나 구조수는 목재의 자연적 상태를 더 이상 유지할 수 없을 정도로 세포벽의 화학적 조성을 변경시켜야만 분리되는 일종의 화학적 수분이다. 따라서, 구조수는 수분의 증감과 재질변화 등에는 관련되지 않으며 실용상 중요한 의의는 없다. 목재 속에 물의 양은 어떻게 알 수 있나? 목재의 함유수분 측정은 원칙적으로 ㉠ 목재 중의 수분을 분리하는 방법(전건법·추출법), ㉡ 목재 중의 상대습도를 측정하는 방법(습도법), ㉢ 목재의 전기적 성질을 이용하는 방법(전기식 수분계) 등이 있는데, 연구실에서는 주로 전건법으로, 현장에서는 전기식 수분계로 측정한다. 전건법 전건법(oven-drying method)은 세계 여러 나라에서 규정하고 있는 함수율의 표준 측정 방법으로서 먼저 초기중량을 측정한 다음 100∼105℃로 조절한 건조기(dry oven) 내에서 항량에 달할 때까지 건조하여 전건중량을 측정하고 식에 따라 계산하는 방법으로 비교적 정확한 함수율을 구할 수 있다. 항량에 이르는 시간은 목재비중, 초기함수율, 시험편의 크기에 따라 다르며 일반적으로 4∼24시간이 소요된다. 시험편이 전건되었으면 무수염화칼슘 또는 실리카겔(silica gel)이 든 데시케이터(desiccator)에 넣어 실온까지 냉각시킨 후(작은 시험편은 칭량병을 이용함) 전건중량을 측정한다. 이 방법은 함수율을 측정하기 위한 시료용 木片을 절단해야되고 측정시간이 다소 길며 수지나 정유 등의 휘발성분이 있는 수종은 이 성분이 수분으로 계산되므로 실제의 함수율보다 1∼3% 정도 높게 측정되는 경향이 있다. 추출법 목재 중에 수지나 정유와 같은 휘발성분을 다량 지니고 있는 경우나 크레오소오트와 같은 휘발성 방부제를 처리한 목재는 앞에서 설명한 바와 같이 전건법으로 함수율을 측정하면 그만큼 수분이 과대 평가되므로 이러한 경우에는 추출법에 의하여 함수율을 측정하는 것이 좋다. 이 방법은 먼저 건조되지 않은 목재로부터 톱밥(20∼100g)을 채취하여 증류플라스크(500∼1000㎖)에 넣고 비수용성용제(120∼130㎖)를 넣어 혼합한 다음 수분증발에 의한 냉각이 없을 때까지 가열한다(보통 4∼24시간). 비수용성 용제로는 kerosene, toluene b.p. 110℃, xylene b.p. 139℃, trichloroethylene b.p.118.5℃ 등이 사용된다. 시료로부터 추출된 물, 휘발성분 및 용제는 역류냉각기에서 냉각되어 물은 측정용 용기에 가서 측정되고, 휘발 성분과 용제는 플라스크에 되돌아간다. 시료가 적으면 측정오차가 커질 염려가 있고 많으면 증류장치가 커야되는 불편이 있다. 이러한 점을 보완하기 위하여 다음의 반응을 이용한 Karl Fischer 적정법은 보다 정확하지만, 측정 방법이 간단하지 않다. 전기적 방법 목재의 전기적 성질을 이용하여 만든 전기식 수분계(electrical moisture meter)로 목재의 함수율을 신속하게 측정할 수 있는 방법이지만 목재의 수분량이 매우 낮거나 높을 때는 전건법보다 몇 %의 오차가 생긴다. 전기식 수분계는 소형의 휴대용 장비이며 목재를 절단하지 않고 현장에서 즉시 함수율을 측정할 수 있으므로 전건법보다 정밀도는 떨어지지만 목재가공분야에서 널리 사용되고 있다. 1)저항식 수분계 저항식 수분계(resistance-type moisture meter)는 목재의 직류 비저항의 대수가 목재의 함수율과 선형관계에 있는 것(그림 3-13 참조)을 이용한 수분계로서 함수율 측정 범위는 7∼25%이고, 정도는 약 1%이다. 전기저항식 수분계의 특징은 다음과 같다. ㉠ 전력선의 침투가 깊지 않기 때문에, 목재의 평균함수율 측정이 곤란하다. ㉡ 수종이나 비중에 의한 차이는 적지만 온도의 영향이 심하므로 보정할 필요가 있다. ㉢ 섬유포화점 이상의 함수율은 측정할 수 없다. ㉣ 함수율 6%이하에선 전기적으로 불안정해 오차가 커진다. ㉤ 전극이 뾰족한 침상일 경우에는 깊게 삽입하여 측정 방향을 일정하게 할 필요가 있다. 2)유전율형 수분계 유전율형 수분계(dielectric-constant type moisture meter)는 목재의 유전율 또는 유전손실이 함수율과 선형관계에 있는 것을 이용하여 만든 수분계로서 측정 범위는 0∼30%이다. 유전률형 수분계의 특징은 다음과 같다. ㉠ 섬유포화점 이상의 함수율도 어느 정도 측정할 수 있다. ㉡ 전력선의 침투가 크므로 목재의 평균함수율 측정이 가능하다. ㉢ 도장목재나 수분경사가 있는 목재에서도 어느 정도 사용할 수 있다. ㉣ 온도에 의한 차이는 적지만 비중의 영향이 심하므로 보정할 필요가 있다. 3) 유전률 손실형 수분계 유전율 손실형 수분계(dielectric-loss type moisture meter)는 저항식 수분계와 유전율형 수분계의 중간적 특징을 지니고 있으며, 측정오차가 비교적 크지만 10% 이하의 낮은 함수율도 측정할 수 있다. 습도법 일반적으로 목재의 함수율은 공기 중의 습도와 평형되고 있다. 따라서, 습도법(hygrometric method)은 목재 내부에 구멍을 뚫고 그 내부의 습도를 측정하여 목재의 함수율을 추정하는 방법이다. 습도법에는 목재습도계(wood hygrometer) 또는 지시종이(indicator paper)가 사용되며 목재습도계로 함수율을 측정할 수 있는 범위는 3∼25%이다. 또한, 지시종이는 공기습도에 따라 색상이 변하는 염화코발트(CoCl2)를 처리한 것으로서 물기가 없는 지시종이의 빛깔은 희미한 청색(pale blue)을 나타내는데, 습기를 흡수함에 따라 색상이 변한다. 지시종이를 이용할 때에는 먼저 목재에 구멍을 뚫고 그곳에 염화코발트 종이를 삽입해 두면 색상이 변하는데, 이때 함수율 3%의 단계로 구분된 표준색계의 색상과 비교하여 함수율을 추정한다. 이 방법으로 함수율을 측정할 수 있는 범위는 6∼23% 정도이다. 흡수계수법 X선이나 γ선 등의 방사선은 목재를 투과한다. 이때 목재에 흡수되는 선량의 정도가 목재가 가지고 있는 물의 양에 의해 달라지는 것을 이용한 것이다. 田 글 이원희 (경북대학교 임산공학과교수) [글쓴이 이원희는 경북대 농업생명과학대학 임산공학과 교수로 목재 물리학이 전문 분야다. ‘숲과 자연환경 해설’이란 저서를 비롯해 목재에 대한 다양한 연구보고서를 발표했고, 각종 학술회의 및 학술지에서도 활발하게 활동해 오고 있다. 최근 발표된 ‘목재와 수분’이란 주제의 전문인을 위한 연구 발표 자료를 정리해 연재한다.