[한국목재신문=한국목재신문 편집국]

5.2.4 초임계유체 처리법(694호 이어서)

초임계 이산화탄소 처리법의 장점

1. 안전하고, 갑싼 이산화탄소를 캐리어 가스로 이용이 가능하다.

2. 주문에 응해서 필요한 때에 필요한 양을 처리할 수 있다.

3. 건식 처리이기 때문에 처리 후 건조과정이 필요 없다.

4. 처리 후 이산화탄소와 약제를 분별회수하여 재이용이 가능하다.

초임계 이산화탄소 처리법의 단점

1. 초임계 상태에 이르기 위해서는 고압이 필요하기 때문에 용기가 고가이고,

2. 흡수량을 결정하기 위해서는 처리된 재료를 화학분석 할 필요가 있으며,

3. 약제의 주입과 동시에 처리에 제공된 목재로부터 어떤 물질이든 추출되기 때문에 추출물의 회수·처리 공정이 필요하게 된다는 점이다.

참고로 <그림 35>에 종래의 목재처리 용기와 초임계 이산화탄소 처리 용기를 비교하였다. <그림 35>에서 보는 바와 같이 종래의 처리장치는 탱크의 벽이 얇은데 비하여 초임계 함침 처리장치의 탱크 벽은 상당히 두꺼운 형태임을 볼 수 있다. 실리콘은 붓 등으로 재료 표면에 도장, 스프레이 또는 에어건으로 적용하는 형태가 일반적이나 한 연구에서는 CO₂ 초임계유체를 사용하여 여러 가지 아스펜 시료에 실리콘을 처리하는 것을 기술하고 있다. 이 방법은 효과를 보이나 CO₂ 초임계유체의 사용은 비용이 많이 든다.

5.2.5 플라즈마 처리법

10^-2-10㎜Hg의 저기압 하에서 기체에 수십W의 전기를 방전시켜서 생성되는 플라즈마(plasma) 상태 내에 목재를 방치하면 목재의 표면이 개질된다. 기체의 종류에 따라서 여러 가지 성질의 표면을 만들 수가 있다. 목재가 갖고 있는 흡방습성, 촉감성 등의 성질을 그대로 둔 채로 표면만을 개질시킬 수가 있다.

구체적인 예로서 아이딘(Aydin)은 목재 표면을 플라즈마 처리로서 표면의 친수성을 증가시키고, 파벨리나(Pabelina)는 H₃PO₄이온이 플라즈마 처리로 H⁺ 가 해리 되어 H₂PO₄- , HPO₄^2-- , PO₄^3-등의 화학종으로 변하면서 친환경적인 난연처리가 가능하다는 것을 보여 주었다.

5.2.6 초음파 처리법

목재에 약제를 주입하는데 처리시간의 단축과 처리성, 약제의 균일한 침투 등을 개선하기 위해 초음파 진동을 이용하면 주입처리의 개선효과가 나타난다. <그림 37>은 초음파 처리에 의한 침투성 개선 효과를 나타낸 것이다.

<그림 37>에서 보면 침적처리만 한 것보다 초음파 처리를 더한 시료가 침투성이 증대되는 것을 볼 수 있다. 그러나 초음파 처리에 의해 침투 촉진 개선효과가 나타났으나 이것이 초음파의 직접적인 효과인가 아니면 목재와 액체가 초음파의 진동을 받아서 발생하는 열에너지에 의한 것인가 의문을 표시하는 보고도 있다.

6. 난연기구

목재의 난연기구에 대해서는 목재의 연소 그 자체가 복잡한데다가 난연 약제의 작용이 더해지기 때문에 이의 전모를 명확하게 하는 것은 매우 어려운 문제이다. 난연 제의 연소억제 또는 저지의 난연기구에 대해서는 1821년 가이-루작(Gay-Lussac) 이래 여러가지 설이 나왔으나 브라운(F.L .Browne)은 당시까지 발표된 자료를 통해 다음의 4가지로 정리하고 있다.

6.1 피복효과 (coating theories)

Gay-Lussac에 의해 제안된 이론 중에서 하나로 목재의 연소 온도에 달하기 이전에, 처리된 난연제가 목재의 섬유상에서 용융 하여 액체나 유리와 같은 층을 형성하여 기화성 가스의 생성을 억제하고, 산소의 차단 작용을 증진시킨다.

그 좋은 예가 붕사와 붕산의 혼합물이다. 이를 섬유에 처리하면 섬유의 열분해 온도 에서 녹으면서 거품을 만들어 차단층을 만드는데, 이때 형성된 층은 연소의 온도 영역 에서 안정하며 유리보다 효과적이다. 이때 형성된 거품은 공기 및 열을 차단하는 작용을 갖고, 기화성 타르의 생성을 억제한다. 잔류된 타르는 챠로 변형되면서 결국 기화성 가스의 양을 줄이는 작용을 한다.

또 물유리는 가열시에 용융하여 목재를 유리상 물질로 피복해 열분해 가스와 공기의 접촉을 차단하여 연소 지속에 필요한 산소의 공급을 저지하는 것으로 난연효과를 발생시킨다. 따라서 효과적인 난연제는 목재의 본격적인 열분해 온도에 달하기 전의 온도인 약 200°C에서 용융하고, 물, 이산화탄소, 암모니아나 질소가스등과 같은 비가 연성 가스를 방출하고, 500°C까지는 안정한 형태를 유지하는 것이 바람직하다.

피복이론은 모든 난연제의 작용원리를 설명하지 못한다. 예를 들어 ammonium phosphates, ammonium sulfamate, ammonium halides와 같은 화합물은 난연성은 뛰어 나지만 위와 같은 거품을 만들지 못한다.

6.2 단열효과 (thermal theories)

단열효과는 열차단효과, 열분산효과 및열흡수효과 등으로 3가지 종류로 나눌 수 있다. 열 차단 효과는 코팅, 저융점 유리, 거품 등으로 효과가 나타나는데 이는 피복 효과에서 나온 것이다. 무처리 목재는 열의 유입을 막기에는 챠가 너무 적게 형성되나, 여기에 난연성 발포 도료를 적용하면 연소 온도에서 단열효과가 큰 탄화층을 형성한다.

발포 층내에 형성된 공기가 단열효과를 나타내는 것으로서 치밀하고 균일한 발포 층을 만들면 피복효과와 함께 우수한 난연효과를 나타낼 수 있다. 발포도료는 전기의 화염이나 공기가 재료면과 접촉하는 것을 억제하는 피복효과도 있지만 하층 목재로 열이 전달되지 않은 단열 효과도 갖는다.

열분산효과는 열전도성이 낮은 목재의 열전도를 충분히 높여서 열원에서 공급되는 열을 분산시켜서 연소를 막는다는 이론이다. 이 효과로 난연성을 얻는 방법으로 석면지, 유리섬유, 금속판 등의 표면에 접착하는 경우가 많다.

열흡수효과의 가장 좋은 예가 젖은 목재이다. 젖은 목재는 연소되기 어려운데 이는 목재 내에 함유된 수분이 증발되면서 열을 흡수하여 연소온도를 낮추는 것이다. 목재용 난연제 중에서는 처리하였을 경우 무처리 목재보다 훨씬 더 많은 흡습성을 지니는 것이 있는데 이는 난연 효과에서는 도움이 되지만 실사용에서는 문제가 된다.

붕사는 결정수를 10개 갖고 있는데 이는 전체 무게의 47.2%에 해당한다. 가열되면 75°C에서 녹고, 100℃에서 결정수가 5개, 150℃에서 9개가 방출되기 시작하여 320℃에서 무수물로 되는데 이 과정에서 열흡수효과가 나타난다.