요약
품질저하에 반한 목재 구조의 보존은 오래되었지만, 새로운 도전으로도 나타납니다.
천연 하이브리드 복합 소재로써의 목재는 실내와 실외의 적용에서 다용도이고 널리 이용되는
재생 가능 자원을 대표합니다. 이것의 구성 생물 고분자 물질constitute biopolymer은 이것의 생물학 작용제biological agent들에 반한 저항의 점진적 감소와 함께 목재 본연의 내구성을 영향을 미치고 중요한 구조와 색 변화를 발생시키면서 노출의 환경조건 아래 강렬하고 점진적인 산화분해 과정들을 겪습니다.
목재 열화를 예방하는 하나의 효과적인 방법은 표면에 화학변형에 의한 코팅 보호층들을 적용하는 것입니다. 이 본문에서, 그들의 성능에 따라 환경적 요인들에서의 유해한 효과를 확연히 예방하거나 제한 할 수 있을 때, 야외 적용(도포)의 노출 아래서의 목재 코팅 작용의 개선에 관한 늘어나는 관심은, 오랫동한 유지 가능한 목재 보호을 위해 새로운 효과적인 해결책들을 제공하기 위해 더욱 더 강화된 연구적노력들을 정당화합니다. 이 영역에서의 최근 추세들은 이러한 기술들의 넓고 유효한 다양성을 고려하며 주된 분류 기준값 제공의 보호 타입에 의해 대표되는 생물 기반 내츄럴 제품들(추출물, 오일, 왁스, 레진, 생물고분자물질bipolymer, 생물 제어제biological control agent)의 사용을 포함합니다. 현재의 논문은 이러한 이슈들에 관련된 특정주제에관한 중요한 평가와 함께 가장 최근의 문헌 자료에 집중합니다.
핵심어: 목재보호; 목재 부식; 바이오코팅s; 자외선차단; 소수성, 방수; 바이오시드 특성; 생물학적 부식 대항제
나무- 다용도 물질, 그리고 노출된 환경조건 아래에서 이들의 습성
생물학적으로 자연에서 발생하는 자기조립 고분자polymeric 구조인 나무는 지속적으로 변하는 환경 조건들에 완벽하게 적용 가능한 밀접한 관계의 생물고분자biopolymer들로 구성된 조직적이고 복잡하게 디자인 되어있는 네트워크로 존재합니다.
나무의 구성 생물 고분자 물질constitute biopolymer(섬유소cellulose, 목질소lignin, 헤미셀룰로우스hemicelluloses)들은 생물학 작용제biological agent(생물분해 혹은 부식의 악화)들에 반한 자체 저항의 점진적인 감소와 자체 기계적 특성들과 함께 나무의 본연의 내구성(형태의 안정성, 표면 온정성)에 영향을 끼치고 중요한 구조와 색 변화(변색) 발생을 일으키는 환경 요소들의 작용(일광 복사, 주로 UV 성분, 이슬, 비, 그리고 눈에의해 발생한 수분; 화학 오염물질; 불; 더위/추위 변형; 풍상미립자; 대기중의 산소)아래 강렬하고 점진적인 산화분해 과정(광산화photo-oxidation, 화학적 산화chemical oxidation, 열분해thermal decomposition, 광분해photolysis reactions)을 겪습니다.
목재 열화를 예방하는 하나의 효과적인 방법은 표면에 화학변형에 의한 코팅 보호층들을 적용하는
것입니다. 이 본문에서 주로 야외적용들에 대해 나무를 위한 코팅들의 발전과 그들의 노출 아래의 성능에관한 관심이 증가하는 추세입니다. 이러한 경우, 코팅은 목재 미적 외관의 유지보수와 함께 환경 요인의 성능에 미치는 유해한 영향을 상당 부분 방지하거나 제한할 수 있습니다. 발전된 생산의 전망은 오래 유지 가능한 나무 보호의 새로운 효과적 해결책 제공에 관하여 이루어진 더 높은연구 노력을 정당화합니다.
나무 방부제(보전제) 산업은 목재 취급을 위한 저렴하고 친환경적인 방법을 찾는것에 관심이 있습니다.
식물성오일타입 나무 보존제들은 전통적인 보존제들인데도불구하고 아직까지 많이 적용하면서 그들의
중요한 용도를 암시합니다.
이 영역에서의 최근 동향을 보자면, 제공되는 보호 타입에 따라 주된 분류 기준값이 대표될 수 있는
생물 기반 내츄럴 제품들(나무와 식물 추출물, 식물성 오일 , 천연 왁스, 다양한 생체고분자biopolymer, 그리고 생물제어제biological control agnet들), 나노기반 재료들의 사용을 포함한 제형들의 광범위하고 유용한 다양성들을 고려합니다. 생물기반 코팅 해결책들과 생물학적 부식 대항제(미생물, 생물학적 화합물, 혹은 효소)들의 합성은 목재 보호에 적절한 획기적인 해결책을 제공 할 것입니다. 최근 논문은 이러한 사안들에 관련된 특정 주제의 중요한 평가와 함께 가장 최근의 문헌 자료에 집중합니다.
나무 부식 과정
노화 및 에이징aging은 기후와 환경적 요인들의 노출 아래뿐만 아니라 나무를 부식시키는 유기체들
(벌레, 균, 박테리아, 그리고 해양천공생물marine bore)의 작용을 통해 나무와 다양한 크기와 형체의 나무를포함한 것들을 비롯한 다양한 고분자polymeric 재료들의 느린 부식 과정을 정의하기위해 사용되는
총칭입니다.
변질의 구조는 재료의 타입에 따라 달라지지만, 대채적으로는 주변의 요인들의 상승적 결합에 의해 발생됩니다.
보통 이 과정은 연장된 보관 및 사용중에 재료의 물리적, 화학적 그리고 기계적 특성들의 불가역 변화들을 포함합니다. 폴리머성분(고분자성분)들의 화학적 변화들 점진적인 노화 과정에 의해 나무의 물리적성질과 기계적 성질에서 나무 미세조직와 추가적인 변화의 촉진들에 영향을 미쳐왔습니다. 예를들어 나무 보관조건(유산소, 무산소)은
환경적 노출 아래 나무의 작용에 중요한 영향력를 가지고있습니다. 왜냐하면 이것들은 무슨 종류의 화학적 과정들이 노화 과정동안 일어날 수 있는지 알아내기 때문입니다.
모든 일광 스팩트럼으로부터 300nm 이상의 파장을 가진 자외선의 일부는 환경적인 조건 아래 나무 노화의
주된 촉진물입니다. 나무 광산화photo-oxidation 부식 과정은 태양광의 노출 이후에 나무 표면의 색 변화와 점진적인 부식을 동반하며 바로 시작합니다. 자외선은 노화 과정 중 서로 다른 특성을 가지고있는 나무의 구조적 고분자(폴리머) 중합체들(목질소lignin, 섬유소cellulose, 그리고 세미셀룰로오스hemicellulose)의 광산화부식을 위한
충분한 힘을 가지고있습니다.
태양 복사 스팩트럼solar radiation spectrum의 강한 자외선 부분에 의해 주로 시작되고 연중뿐만아니라
하루종일 바뀌는 많은 통제할 수 없는 변수에 따른 파장의 과정인 자외선 풍화는 나무의 표면 광산화나 광화학적
분해를 일으킵니다. 이 복잡한 과정은 강우를 통한 나무의 습윤과 건조, 상대습도에서 일일과 계절의 변화, 공기 미립자에 의한 마멸, 온도변화, 대기 오염, 산소, 그리고 다른 인간 활동을 통해 더 높아졌습니다.
나무 노화의 새로운 시각은 최근 철저히 검토를 받습니다.
부식은 나무가 일광작용에 노출되자마자 즉시 시작합니다. 자외선 노출 환경 아래 나무 부식에관한
더 발전된 화학적 지식을 위해 왜 나무 중합체(고분자)성분, 자외선 스팩트럼 구성, 그리고 다양한 나무의
화학적 구조와 자외선의 상호작용의 화학적 성질을 이해하는 것이 중요한지에대한 이유입니다.
화학적 변화는 푸리에변환Fourier transform infrared(FTIR) 적외분광법spectroscopy에 의해 입증될 수 있습니다, 그리고 이것들과 관련하여, 다양한 적용을 위해 색변화는 중요합니다. 고대와 현대의 나무 조각품 모두에서의 표면과 내부의 사이에서 흡수된 물의 궁극적인 변화도와 다른 농도를 위한 현지화로부터의 샘플들의 분석을 고려하면서,푸리에변환(FTIR)적외분광법을 이용한 새로운 방법학은 나무물체들을 위한 carving phase의 수명를 연구하기 위해 효과적으로 적용되었습니다.
주된 광화학 작용들은 광 복사의 직접적인 흡수에 의한 나무 사슬형 중합체polymer chain들의 활성화의 결과로 발생합니다. 공기가 있으면 질소nitrogen나 아르곤argon의 불활성 대기atmosphere에서, 부식작용이 일어날 때, 나무 사슬형 중합체의 갈라짐과 교차결합을 포함했을 때에서 산소는 광산화 과정들을 시작할 수 있습니다. 나무 중합체의 광산화 부식 과정은 기본 중간물들에 의해 대체됩니다. 이와같은 반응들은 그림.1에 나타난 것 처럼 매번 연쇄 구조들의 단계들을 거치며 진행됩니다.
목제 제품들은 자외선 복사 저항을 위해 코팅되어있습니다.
보통 광퇴화photo-degradation과정은 나무와 나무기반 재료들의 내수성을 감소시키며, 결과적으로 실외 조건에서 더 심한 생물분해를 자아냅니다. 태양복사에서의 자외선 요소때문에 생기는 재료의 극심한 데미지(주로 상승된 280-315nm에서의 UV-B의 자외선 수치)는 광 안정화light-stabilization 기술의 사용, 표면 코팅 혹은, 대부분의 경우 이러한 재료들을 자외선 저항력이 더 강한 제품으로 대체하는것으로써 예방될 수 있습니다. 이러한 모든 효과적 양식들은 일반적으로 가격이 더 높습니다.
유기 물질과 불균질heterogeneous 물질로써의 나무는 적절한 노출 환경에서
곰팡이균과 청변균blue stain fungi에 매우 민감합니다. 나무기반 제품들의 모든 생산 체인은 나무의 질, 과정, 구조 그리고 최종 사용 조건들을 포함하여 그들의 추가적인 내구성과 매우 강하게 연관되어있습니다.
최종 사용 조건에서, 습도, 그리고 온도와 노출시간과 관련하여 주로 수분 장력 정도moisture stress level와
지속기간은 나무 표면의 곰팡이균와 청변균에게 대부분 가장 치명적인 요소입니다.
어쨌든, 목재 태화degraded면의 수분 이동과 미생물(균류,곤충, 곰팡이, 박테리아 등)의 생물학적 공격에대한 저항력은 풍화작용 과정들에 의해 감소되었습니다. 흔히 흰곰팡이라고 불리는 나무 표면의 생화학 공격은 목재의 색변화에 높게 관여합니다. 초기에는 표면의 부식이 현저하지 않지만, 나무 표면의 어두운 색 곰팡이 포자와 균사의 성장에의해 일어난 노화와 보기흉한 어두운 회색 그리고 얼룩덜룩한 외관의 발생은 분명합니다. 풍화가 심해지면서 나무 표면은 섬유소cellulose(은빛 회색의 녹청이 발달된)에의해 강화됩니다. 풍화가 심해지고 나무 표면이 섬유소에의해 강화되면서, 은빛회색의 녹청은 더 악화됩니다.
하지만, 목재부식 진균wood decay fungi은 나무의 구조요소를 식품소재로써 사용할 수 있습니다.
예를들어, 목질소 분해 제품lignin breakdown product는 광분해 과정으로인해 만들어집니다. 목제 열화와 연관있는 중요성을 고려하여, 목재부식 진균은 그림2와 같이 정의될 수 있습니다.
그렇지만 균류에의한 나무 착색은 균류가 나무 표면(코팅에서 자라고 나무에 도달하기 위해 침투하는, 둘 다의)에 존재하는 코팅의 열화를 일으키고, 광분해로부터 코팅된 나무 표면을 효과적으로 보호하는 물리적 장벽으로써 행동할 때의 유리한 환경(습도, 온도, 영양분) 아래에서 긍적적인 효과를 줄 수 있습니다.
나무에서의 친환경마감의 형성에서의 역할 때문에 아우레오바시디움Aureobasidium으로 특별한 관심이 쏠려있습니다, 다시말해 균일한 어두운 곰팡이는 야외 노출 환경 아래에 기름처리된 나무 표면에 형성되고, 자기회복작용 특성을 가질 수 있는 매력적인 무살생물제biocide-free구성의 재료로써 여겨집니다.
나무 보호는 건물적용building applicaton에 쓰였을 때 가장 중요한 주제입니다.
어느 나무기반 구조들이든지 기능과 유통기한은 구조설계와 알맞은 나무 재료 선택
(내구성과 보존력 그리고 미적면에서의 관점) 사이의 상호작용에 의해 크게 의존됩니다.
열화 위험요소에 민감한 나무 제품의 내구성은 나무의 본질적인 내부후성decay resistance, 그리고 위험요소의 확장과 강력히 연관되어 있습니다. 가용수분moisture availability, 토질상수soil parameter, 그리고 기후 측정과 같은 환경적인 조건은 나무 제품 내구성에서 폭넓게 변화를 결정합니다.
지상의 목재 구조를 위해서, 부식 위험요소는 극히 미미한것부터 근본적으로 땅과 접촉된 것처럼 광범위한 것까지 등급이 나뉘어질 수 있습니다. 부식의 위험성이 더 높을수록, 주어진 나무 제품의 예상 유통기한은 더 짧을 것입니다. 지상 환경(예를들어 데킹decking에쓰이는 나무, 창문 프레임, 그리고 다른 목적들의 배치)에서의 나무 부식 위험도는, 주로 주어진 환경에서의 기수 지수(부식 위험도)를 계산하기위해 강우와 월간 평균 온도를 결합함으로써 기후에만 기반을 두어 평가되어집니다. 다양한 나무종류의 내부후성의 평가는 실험실 순수 부식 배양 검사와 현장 시험 둘 다를 필요로하지만, 천부적인 환경에따른 변화성은 결과에 큰 영향을 끼칩니다..
나무의 종류는 (1)매우 잘견딤, (2) 잘견딤, (3) 적당히 견딤, 그리고 (4)비저항성 및 잘 상함,으로 정의될 수 있습니다. 대부분의 나무를 해하는 유기체들 번식하기 위해 적당한 양의 수분을 필요로하기때문에, 어느 나무 구조이든 디자인 할 때 고려되어야하는 주된 양상은 수분 조절이 관건입니다.
경미한 열화환경로 여겨지는 지상 상태에서, 방수 마감은 나무의 좋은 보호성을 보장할 수 있습니다. 보통에서 지면접촉환경과같은 극단적인 위치들, 화학처리된 목재(예를들어 살생물제로써의 주입 처리)와 같은 내구성 좋은 나무 및 적목질heartwood를 포함한 자연적으로 저항성 좋은 나무 종들에서부터 온 샘플은 열화되는 나무를 성공적으로 대체할 수 있습니다.
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※본 자료는 아래와 같은 citation의 미국 공식 논문을 토대로 작성하였습니다※
Citation: Teaca, C.-A., Roşu, D., Mustaţă, F., Rusu, T., Roşu, L., Roşca, I., and Varganici, C. D. (2019). "Natural bio-based products for wood coating and protection against degradation: A Review," BioRes. 14(2), 4873-4901.
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