목재와 수분(Wood and Water) VII

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목재는 흡습능력이 뛰어나 실내와 같이 한정된 공간에서 사용될 때 습도를 안정시키는 효과가 있다. 대기 중에 함유된 수분량은 그 온도의 포화수증기압에 의하여 결정되는데, 그 양은 1㎥의 대기 중에 10℃일 때 9.4g, 20℃일 때 17.3g, 30℃일 때 30.4g이다.
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목재의 역학적 성질에 미치는 함수율의 영향

섬유포화점 이하에서, 목재는 건조할수록 미셀 간의 결합력이 강해져 목재의 기계적 성질이 일반적으로 강해진다. 그러나 섬유포화점 이상의 함유수분은 기계적 성질에 거의 영향을 미치지 못한다고 생각해도 좋다. 함수율 1% 감소에 대한 각종 기계적 성질의 증가비율은 다음표와 같다.

또 아래 <그림 2>에는 종압축강도의 함수율별 비중의 관계 및 탄성계수의 변화를 목재의 함수율과 온도의 영향에 대하여 모식적으로 나타내었다. 온도의 영향을 조사한 소나무재의 전단강도특성을 보면 처리시간의 영향보다 고온일수록 강도저하가 큰 것으로 나타났다. 강도는 이와 같이 함수율의 증가에 따라 감소하며, 온도의 증가에 따라서도 급격하게 감소되는 경향을 나타낸다.

수축과 팽윤의 예방법

목재의 수축과 팽윤을 예방하거나 최소화한다면 목재를 절약하고 가공을 용이하게 하는 등 목재산업의 생산성 향상에 큰 도움이 될 것이다. 그동안 많은 연구가 수행되었으나 아직도 여러 가지 문제점이 남아있다. 수축과 팽윤을 최소로 하는 실용적 방법은 다음과 같다.

첫째, 목재를 사용할 장소의 평형함수율에 알맞는 함수율까지 건조하여 가공하는 것이 필요하다.

둘째, 섬유주향이 서로 직교하도록 만들어진 재료를 사용하면 수축과 팽윤을 감소시킬 수 있다.

셋째, 강도를 유지할 수 있는 범위 내에서 가능한한 비중이 작고 가벼운 나무를 사용하는 것이 좋다.

넷째, 판목판재보다는 정목판재를 사용하는 것이 효과적이다.

다섯째, 특수 공예품의 경우 고온처리재를 사용하면 흡습성을 줄일 수 있다.

여섯째, 니스·옻·페인트 등을 표면에 도장하여 수분의 접근을 간접적으로 막거나 약제에 의한 치수안정처리 등으로 흡습성을 줄일 수 있다.

목재의 조습작용

내장재는 습도를 조절한다

목재는 흡습능력이 뛰어나 실내와 같은 한정된 공간에서 사용될 때 습도를 안정시키는 효과가 있다. 대기 중에 함유된 수분량은 그 온도의 포화수증기압에 의하여 결정되는데, 그 양은 1㎥의 대기 중에 10℃일 때 9.4g, 20℃일 때 17.3g, 30℃일 때 30.4g이다.

한편 두께 5㎜, 넓이 1㎡의 목재는 1%의 함수율 변화에 대하여 비중 0.4인 목재는 20g, 비중 0.6인 목재는 30g의 수분을 흡습 또는 탈습한다. 따라서 목재로 둘러싸인 공간에서는 목재의 함수율을 많이 변화시키지 않고 대기 중의 습도를 안정시킬 수 있다.

아래 <그림 4>는 두께 5㎜의 합판으로 내장하고 냉난방을 하지 않은 실내와 외기에 대하여 하루 동안의 온·습도의 변화를 조사한 것이다.

외기의 습도변화보다 실내에서의 습도가 안정되어 있다. 이 때 실내의 절대습도는 겨울에 약 8g/㎥, 여름에 약 16g/㎥ 정도로 변하므로 거의 그 변화량만큼 내장의 목재가 흡습 또는 탈습하고 있는 셈이다.

이와 같이 대기 중에서 내장재료의 조습능력은 재료의 흡습능력(흡습등온선의 경사), 투습성·표면적·두께 및 밀도에 의하여 결정된다. 여기서 실내에 목재가 있고 없는 것에 따라 방안의 습도가 어떻게 다른가를 검토한 보고(Okano, 1978)가 있다.

<그림 5>에서 왼쪽(A동)은 실험주택실내의 벽이 비닐벽지로 마감된 것으로서 목재가 실내에 전혀 드러나지 않은 것이고, 오른쪽(B동)은 보나 기둥의 일부가 모습을 드러내고 있는 진벽조 구조물이다. 이 실험주택의 온도와 습도변동을 약 6개월간 관찰하였다.

그리하여 외기의 온도와 습도가 모두 높은 날, 모두 낮은 날, 온도가 높고 습도가 낮은 날, 온습도가 평균에 가까운 5일을 선택하여 2시간 간격으로 상대습도를 측정했다.

그 결과 A동 습도의 폭은 약 40%인데 비해 B동은 그 절반정도 이하인 18%인 것으로 나타났다. 검은 색 동그라미, 삼각형은 측정 전날에 비가 내린 것을 의미하며, 그 외는 맑은 날을 의미한다.

검은 동그라미는 장마철로서 B동은 A동보다 약 10%정도 낮고 오월의 맑은 날은 거꾸로 10%정도 높은 값을 나타내고 있다. 한겨울에 맑은 날과 비오는 날의 습도가 얼마나 다른가를 비교해 보면, A동에서는 20% 강한 것에 대해 B동에서는 약 10% 약하게 나타난다. 같은 부지에 건축된 실험주택이 이처럼 다른 것은 목재의 조습작용에 의한 결과인 것이다.

목재의 조습작용은 목재의 평형함수율로부터 이해할 수 있다. 아래 그림에서 실내의 온습도가 A점, 즉 25℃, 상대습도 60%라고 하면, 이때 실내에 놓인 목재의 함수율은 약 11.6%가 된다. 실내의 온도가 천천히 20℃로 내려가면 습기의 출입이 없을 경우 상대습도는 B점의 약 82%로 상승한다. 그러나 실제는 그렇게 많이 상승하지 않는다.

왜냐하면 20℃, 상대습도 82%의 목재 평형함수율은 16.8%이기 때문에 실내의 온도가 내려가면 동시에 목재가 흡습하기 시작하여 흡습한 양만큼 습도가 높아지지 않기 때문이다. 실내의 온도가 상승한 경우도 같은 원리이다. 예를 들면, 30℃가 되면 상대습도는 45%로 내려갈 것이다.

그런데 30℃, 45% 상대습도의 목재 평형함수율은 약 8%가 된다. 온도가 상승하기 시작하면 동시에 목재도 방습을 하기 시작한다. 따라서 방습한 양만큼 습도는 낮아지지 않는 것이다. 인테리어에 목재를 잘만 사용한다면 목재는 실내의 습도를 일정하게 유지하는 제·가습기의 역할을 하게 된다. 田 <다음호에 계속>

■ 글 이원희 <경북대학교 임산공학과 교수>