< 구두-A-11 > 과열증기 건조-열처리된 낙엽송재의 화학 및 해부학적 특성 평가

국문 초록 (Abstract)

과열증기를 이용한 목재 건조-열처리 복합공정은 단일 공정을 통해 생재를 건조하면서 동시에 열처리할 수 있는 방법으로 공정 소요 시간과 에너지 사용량을 크게 줄일 수 있는 목재 열처리 방법이다. 선행 연구에서는 lab scale에서 그 이용가능성이 제시되었으며, pilot scale에서의 연구가 수행되고 있다. 본 연구에서는 pilot scale의 과열증기 목재 열처리 장치를 이용하여 낙엽송 판재를 건조-열처리하고 공정의 에너지 효율을 평가하였다.
또한, 과열증기 건조-열처리에 의한 낙엽송재의 세포벽 주성분의 화학적 조성 변화와 세포벽 구조 변화를 평가하였다. 소요 열에너지 측정 결과 열기 건조 후 열기 열처리하는 관행 열처리 방법에 비해 과열증기 건조-열처리 공정에서 약 94,000 kJ만큼의 에너지가 적게 사용되었고, 이에 따라 에너지 효율 또한 약 2배 높게 평가되었다. 세포벽 주성분의 화학적 조성 변화를 평가한 결과, 과열증기 건조-열처리에 의해 낙엽송재의 헤미셀룰로오스구성 당(xylan, mannan, arabinan, galactan)의 함량비가 크게 감소하였고, klason 리그닌의 함량비는 크게 증가하였으며, glucan과 추출물의 함량비는 유사하게 측정되었다. 이는 관행 열처리된 낙엽송재에서도 유사하게 나타났다. 열처리에 의해 헤미셀룰로오스로부터 분해된 furan계 화합물의 일부가 리그닌과 결합하여 거대 리그닌 고분자화되면서 klason 리그닌의 함량비가 증가한 것으로 생각된다. 또한, 과열증기 건조-열처리 공정을 통해 응축기에서 회수된 화합물에는 furfural, acetic acid, formic acid, 5-HMF, levulinic acid 등의 헤미셀룰 로오스 분해산물과 glucan, xylan, mannan, galactan, arabinan과 같은 당 성분도 포함되어 있어 고온의 열처리에 의해 헤미셀룰로오스가 분해되었음을 알 수 있었다.
세포벽 구조 변화를 광학현미경, 주사전자현미경 및 투과전자현미경으로 분석한 결과 건조에 의한 할렬과 벽공폐색 및 열처리에 의한 세포벽 각 층(중간층-일차벽-이차벽)간의 갈라짐을 확인할 수 있었다. 특히, 세포벽각 층간 경계면이 휘어지거나 끊어지는 등의 불연속 구간을 확인할 수 있었고, 이차벽 내 S3층에서 고온의 열처리에 의한 손상이 있었음을 확인할 수 있었다.
1) 이 연구의 일부가 Drying Technology저널 35권 12호와 Journal of Wood Science저널 63권 6호에 이미 발표되었음.