신규한 재료 및 그것의 제조방법

신규한 재료 및 그것의 제조방법{NOVEL MATERIAL AND PROCESS FOR ITS PRODUCTION}

휘어진 목재의 제조 및 목재제품은 옛날부터 인간에 의해 사용되어 왔다. 목재는 단단한 물질이기 때문에, 그것이 쪼개지지 않도록 하기 위해 성형하고 구부리기 전에 연화시켜야 한다. 종래에는, 이 연화가 열, 또는 대체방법으로 열과 수분의 조합(예를 들면 수증기의 사용)을 이용하여 달성되었다. 목재는 암모니아, 폴리에틸렌 글리콜 및 피리딘 등의 화학약품을 주입함으로써 또한 연화시켜 왔다.

근년에는, 고 굽힘가공도 및 성형 유연성을 가진 대체 목재재료가 또한 개발되어 왔다. 방법의 한 형태는 가소성이 원료 목재재료의 그것보다 더 큰 층상구조를 형성하는 아교로 붙인 얇은 목재 디스크에 기초를 두고 있다. 이 실시예는 JP, A, 9/70804 및 JP, A, 7/246605에 설명되어 있다. 그러나, 이들 문서에 설명된 재료의 유연성 또한 완전히 만족스럽지는 않다. 열이 굽힘가공 단계와 관련해서 요구된다. 마지막으로, 목재재료는 바람직한 변형이 발생한 후에 그것의 정상 강성을 회복할 수 없다. 그러므로, 목재재료의 탄성을 임시로 증가시키고 바람직한 굽힘가공이 일어난 후에 이 탄성을 다시 정상수준으로 감소시키는 향상된 방법이 필요하다.

발명의 개요

다음의 단계를 포함하는 방법에 의해 산공재(diffuse-porous wood)의 탄성 및 굽힘성을 현저히 증가시킬 수 있음이 현재 밝혀졌다:

a) 산공재의 견본을 제공하는 단계; 및

b) a)의 견본을 적어도 500 바의 압력으로 등압 가압하는 단계.

강성은 액이 목재견본 전체에 스며들 수 있도록 충분히 오래동안 목재견본을 액에 담그고 그 후 견본을 건조함으로써 다시 증가된다.

정의

용어 "등압가압"은 여기서 모든 공간 방향으로 동일 압력을 가하는 것과 관련해서 사용된다. 이러한 성질의 압력으로 목재를 가압하는 것이 WO 95/13908에 설명되어 있다. "산공재"는 도관이 평행하게 분포해 있고 나이테 전체에 대해 거의 균일한 크기인 목재이다. 산공재를 가지는 나무의 예는 오리나무, 아스펜, 자작나무, 너도밤나무, 단풍나무, 유칼립투스, 캐나다 설탕 단풍나무, 베툴라 펜둘라(Betula pendula), 에이서 수도플란타누스(Acer pseudoplantanus), 에이서 루브룸(Acer rubrum), 니사 실바티카(Nyssa sylvatica), 리퀴드암바 스티라시플루아(Liquidambar styraciflua), 포폴루스 발사미페라(Popolus balsamifera), 파구스 실바티카(Fagus sylvatica), 방크시아 프리오노츠(Banksia prionotes) 및 방크시아 일리시폴리아(Banksia ilicifolia)이다.

용어 "목재 견본"은 여기에서 산공재의 견본을 나타내는데 사용된다. "복합 목재 견본"은 구성견본에서 파이버 방향에 평행하게 함께 붙여진 몇가지 좀더 작은 산공재 견본들로 이루어진 견본을 칭한다. 원칙적으로, 목재에 적당한 대부분의 형태의 아교가 복합 목재 견본을 제조할때 사용될 수 있다. 언급될 수 있는 예는 냉수 아교, 열용해 아교, 용매계 아교, 에멀션계 아교 및 하나이상의 성분을 갖는 중합계 아교이다. 특히, 폴리비닐 아세테이트 에멀션, PVC, 폴리스티렌, 우레아, 멜라민, 멜라민포름알데히드, 페놀 및 폴리우레탄을 포함하는 아교의 사용이 있을 수 있다. 당업자가 주어진 조건을 기초로해서 적당한 아교 형태를 선택하는 것은 간단하다.

용어 "액"은 여기에서 산공재로 스며들 수 있는 액을 나타내는데 사용된다. 그러한 액의 예는 1/100-100/1 중량 비율의 물과 아마인유/테레빈유이다. 액은 또한 염료 및 부패와 화재에 대한 저항성이 증가한 물질 등의 다른 물질을 포함할 수 있다.

본 발명은 조절가능한 굽힘가공 성질을 갖는 목재재료의 제조방법에 관한 것이다. 상기 방법은 고 탄성도 및 고 굽힘가공도를 갖는 목재재료를 제조하는데 사용될 수 있다. 결과적인 목재재료은 바람직한 형태로 쉽게 변형될 수 있으며, 그 후 그 형태를 영구히 변형시킨채로 목재재료가 정상의 굽힘가공성을 회복하도록 간단한 방법으로 이 형태를 또한 고정시킬 수 있다. 발명은 또한 상기한 방법을 사용하여 제조된 목재재료에 관한 것이다.

발명이 첨부된 도면과 관련해서 이제 좀더 상세히 설명될 것이며:

도 1은 청구항 1 항에 따른 방법에 의해 탄성이 어떻게 변형 되었는지를 나타내며;

도 2a는 나무 줄기로부터 직접 잘라낸 디스크를 나타낸다. 도 2b는 디스크의 수평 단면을 나타낸다. 나이테가 표시되어 있다. 도 2c는 물에 담그는 것과 관련하여 디스크의 성형을 나타내며(수평단면으로), 도 2d는 건조후에 얻어진 오목한 디스크의 수평단면을 나타낸다.

도 3은 고 탄성도를 갖는 복합 목재 견본이 특정 패턴으로 톱질되고 아교로 붙여진 등압 가압된 산공재에 의해 어떻게 제조될 수 있는지를 나타낸다. 나이테가 이 도면에 자세히 표시되어 있다; 그리고

도 4는 발명에 따른 방법에 의해 탄성이 증가된 산공재 견본으로부터 제조된 복합 목재 견본을 사용한 굽힘가공 실험의 결과를 나타낸다. 도 5는 발명에 따른 목재재료의 탄성계수를 측정하는데 사용된 장치의 간략한 윤곽을 나타낸다. 측정은 European Standard EN 310에 따라 실시되었다.

도 6-8은 휘어짐의 함수로서의 힘을 나타내는 선도이다. 도 7 및 8은 발명의 목재 재료에 대한 결과를 개시하며, 도 6은 등압으로 압축되지 않은 목재 재료의 결과를 제시한다.

이미 상기한 것처럼, 본 발명은 목재를 적어도 500 바의 압력으로 등압 가압한 후 산공재 견본의 탄성이 현저하게 증가된 뜻밖의 발견에 기초하고 있다. 발명을 어떤 특정 이론에 맞추려고 하지는 않았으나, 등압 가압 후의 탄성의 증가는 산공재내에서 상당히 크고 균일하게 분포되어 있는 도관 또는 소공이 정렬된 구조에서 붕괴하기 때문인 것으로 생각된다. 파이버의 강도는 변하지 않는 것으로 보이며, 파이버를 파괴하는데 필요한 힘은 보통의 목재재료와 동일하다. 그러므로 증가된 탄성은 모든 방향에서 발생하지는 않는다.

도 1은 발명에 따라 등압 가압한 후에 탄성이 산공재내에서 어떻게 변형 되는지를 나타내고 있다. 도 1a는 파이버가 표면 (ABCD)로부터 표면 (EFGH)까지 배향되어 있는 산공재 견본을 나타낸다. 나이테는 표면 (ABCD)에 표시되어 있다. 도 1b는 목재견본의 옆면 (DCGH)을 나타낸다. 그러므로, 여기서 파이버는 옆면 (DC)로부터 옆면 (GH)까지 배향되어 있다. 압력이 신장된 길이(DH)의 중간에 가해지면, 탄성에 있어서의 어떤 증가도 관찰할 수 없다. 도 1c는 상기한 견본의 옆면 (ABCD)을 나타낸다. 대조적으로, 압력이 신장된 길이(AD)의 중간에 가해지면, 탄성에 있어서의 뚜렷한 증가를 관찰할 수 있다. 이것의 결과를 도 1d에 나타내었다. 도 1e에 나타낸 방법으로 평행하게 산공재 견본들을 함께 붙임으로써, 매우 높은 유연성도를 갖는 목재재료가 얻어진다.

이미 상기한 것처럼, 발명에 따라 등압 가압된 목재재료의 탄성을 감소시킬수 있음이 또한 밝혀졌다. 목재재료는 그것을 목재견본 전체에 액이 스며들 수 있도록 충분히 오랜기간동안 액에 담그고난 후 그것의 강성을 회복한다. 목재재료가 그것의 강성을 다시 회복하기 위해 침지되어야 하는 시간은 성형될 견본의 크기에 의존한다. 20 ×40mm의 단면적을 갖는 비교적 작은 견본에 대해, 5-15분의 침지시간이 전체적으로 알맞으며, 반면에 2시간까지의 침지시간은 큰 견본에 대해 요구될 수 있다. 원칙적으로, 침지는 목재재료가 손상되지 않고 액이 여전히 유체라면 어떤 온도에서도 실시될 수 있다. 침지단계는 실온에서 실시하는 것이 적당하다. 간단한 실험에 의해, 당업자는 각각의 개별적인 경우에서의 적당한 침지시간 및 침지온도를 쉽게 결정할 수 있다.

발명을 어떤 특정 이론에 맞추려고 하지는 않았으나, 침지하는 동안 액이 삼투압 및/또는 소수성 상호작용의 도움으로 앞서 붕괴된 소공으로 스며들어서 소공이 처음의 부피로 회복된다고 생각된다.

이미 언급된 것처럼, 본 발명은 예를 들면 가구제조와 관련하여 목재재료를 성형하는 것과 관련해서 매우 유용하다. 심지어 상당히 복잡한 형태도 얻을 수 있다. 증가된 탄성도를 갖는 목재재료가 먼저 제조된다. 그 후 필요하다면, 적당한 가공품이 상기물질로부터 톱질되어 잘려진다. 그 후 가공품은 바람직한 형태, 예를 들면 사용 틀 및/또는 클램프로 성형된다. 그 후 이 바람직한 성형물은 적당한 조건하에서 적당한 액에 침지하고, 이어서 건조함으로써 고정될 수 있다(상기한 것처럼).

채택된 가압장치의 크기와 관련된 것외에 목재견본의 크기에 관해서는 제한이 없다. 그러나, 디스크 형태의 목재견본을 가압하는 것이 특히 유리하며, 2m ² 보다 큰 표면적을 갖는 목재견본은 압력의 크기가 이것을 허용하는 한 어려움 없이 가압될 수 있다. SE-C-452 436에 설명되어 있는 압력 셀 형태의 프레스는 적당한 가압장치의 예를 나타내며, 목재의 등압가압과 관련해서는 위에서 인용된 WO 95/13908을 참조할 수 있다.

목재견본은 등압가압을 실시하기 전에 건조되어야 한다. 수분함량이 살아있는 나무의 함량의 최대 50%로 감소된다면 유리하다. 그러나, 눌려나온 액이 예를 들면 흡수에 의해서 제거되거나 또는 가압장치로부터 처리된다면, 또한 습윤 목재를 등압 가압할 수 있다. 습윤목재를 등압 가압하는 기술은 WO 97/02936에 설명되어 있다.

발명이 다음의 실시예와 관련해서 이제 좀더 상세히 설명될 것이며, 그것은 설명의 목적으로 주어진 것이며 발명을 제한하도록 의도되지는 않는다.

실시예 1

19.3cm의 직경 및 1cm의 두께를 갖는 디스크 형태의 목재 견본을 아스펜 줄기로부터 톱질해냈다. 디스크의 껍질을 벗기고 건조시켜 수분함량이 원래의 48%가 되게 했다(도 1a 및 1b 참조). 그 후 WO 95/13908의 실시예 1에 설명된 방법으로 압력 셀 형태의 프레스(ABB Pressure Systems, Vasteras, Sweden)에서 등압 가압시켰다. 최대 압력은 850바였으며 온도는 33℃였다. 총 가압시간은 2분이었다.

다음 단계를 실온에서 실시하였다. 결과적인 탄성 디스크를 최대 4cm 깊이를 갖는 사발형 틀에 놓고 그것이 틀의 형태를 갖추도록 밀착시켰다(도 1c). 그 틀과 목재 디스크를 10분간 물에 담그고 그 후 건조시켰다. 디스크의 탄성이 현저하게 감소되었고 그것을 틀로부터 떼낸 후에도 그것은 사발 모양을 유지했다(도 1d).

실시예 2

550 ×170 ×35mm의 크기를 갖고 수분함량이 살아있는 나무의 48%인 아스펜 견본(도 3a, 나이테가 표시됨)을 시작물질로서 사용하였다. 견본을 실시예 1에서와 동일한 방법으로 등압 가압하였다. 최대 압력은 1000바 이었고, 온도는 34℃ 그리고 가압시간은 2분이었다. 가압한 후, 견본의 크기는 438 ×136 ×22mm였다. 그것을 전체적으로 손대패질하여 완전히 매끄럽게 하였다. 그 후 견본을 길이를 따라 톱질하여 146 ×136 ×22mm 크기를 갖는 세개의 견본을 만들었다. 이들 견본을 약 20mm 폭의 박판으로 번갈아 톱질하여 잘라내고; 표면을 손대패질하여 평평하게 하고; 그 후 박판들이 톱질하기 전과 동일한 방법으로 놓여지도록(도 3b), 그리고 또한 세개의 원래의 견본이 서로 마주보게 놓여지도록 서로 마주보게 배치했다. 따라서, 21개의 박판이 도 3c에 나타낸 방법으로 각각 서로 마주보도록 놓여진다. 냉수 아교(Casco 3305, Casco, Sweden)를 가장 오른쪽에 있는 부분으로부터 떨어져 있는 모든 박판의 상부표면에 엷게 바른다(도 3d). 그 후 모든 박판을 시계방향으로 1/4 만큼 회전시키고(도 3e) 연이어서 클램프를 사용하여 각각 서로 마주보게 밀착시키고(도 3f); 그 후 아교를 건조시켰다. 이렇게 하여 146 ×410 ×22mm 크기를 갖는 복합 목재 견본(도 3g)을 만들었다. 견본을 길이를 따라 15mm마다 잘라내어, 15 ×410 ×22mm의 크기를 갖는 견본을 만들었다. 그 후 이 견본을 125mm의 내경을 갖는 편자모양이 될때까지 손으로 구부렸다(도 4). 쪼개짐은 관찰되지 않았다.

실시예 3

이 실시예는 본 발명의 목재재료의 탄성계수를 측정하는 것에 관한 것이다. 산공재인 아스펜 목재를 1000바의 압력으로 등압 압축시켰다. 그 후에, 목재를 20mm ×20mm ×200mm의 조각들로 톱질해내었다. 조각의 파이버 방향은 조각의 길이방향에 수직이었다. 그 후 그 조각을 세 군, A, B, 및 C로 나누었다.

20mm ×20mm ×200mm의 조각의 제 1 군(A)이 제공되었다. 이 군의 조각을 톱질해내고 D군의 조각과 동일한 방법으로 접착시켰으나, 목재를 등압 압축시키지는 않았다.

제 2 군(B) 조각은 톱질하지도 않고 다시 함께 접착시키지도 않았다.

제 3 군(C) 조각은 20mm ×20mm ×60mm, 20mm ×20mm ×80mm, 그리고 20mm ×20mm ×60mm의 3 조각으로 각각 톱질해냈다. 그 후 20mm ×20mm ×200mm의 새롭게 조합된 조각이 얻어지도록 그리고 조각의 파이버의 방향이 조각의 길이방향에 수직이 되도록 하는 방법으로 실시예 2에서와 동일한 아교를 사용하여 이들 조각을 다시 함께 접착시켰다.

제 4 군(D)의 조각을 20mm ×20mm ×40mm의 5조각으로 톱질해내었다. 그 후 20mm ×20mm ×200mm의 새롭게 조합된 조각이 얻어지도록 그리고 조각의 파이버의 방향이 조각의 길이방향에 수직이 되도록 하는 방법으로 실시예 2에서와 동일한 아교를 사용하여 이들 조각을 다시 함께 접착시켰다.

탄성계수를 모든 군의 조각에 대해 측정하였다. 측정은 European Standard EN 310:1993(European Committee for Standardization, Brussels, BE)에 따라 실시하였다. 이 실험에서 사용된 장비를 도 5에 나타내었다. 두개의 지지대 (2와 3) 사이의 거리 (l ₁ )는 150mm였다. 휨 부재(F)는 지지부재(2와 3) 사이의 중간에 정확하게 위치하는 지점에서 테스트될 조각(1)을 휘게 한다.

얻어진 결과를 표 1에 요약해 놓았다.

표 1에 표시된 휨 테스트에 관계되고 휨 함수로서의 힘을 나타내는 세가지 선도가 또한 도 6(테스트 군 A), 도 7(테스트 군 C) 그리고 도 8(테스트 군 D)로서 제공된다.

발명의 목재재료(C군 및 D군)가 대조군(A군 및 B군)의 재료에 비해서 훨씬 낮은 탄성계수를 갖는 것을 주목해야 한다. 또한 D군의 테스트 조각이 너무 유연해서 휨 테스트를 하는 동안 균열이 생기지 않음을 도 8로부터 주목해야 한다. A - C군으로부터의 모든 테스트 조각은 균열이 생겼다.