XRD법을 이용한 목재 세포벽 내 2차벽의 셀룰로오스 인장거동의 관찰 = Observation of Tensile Behavior for Cellulose of Secondary Wall Using by X-ray Diffraction Method

국문 초록 (Abstract)

목재의 연륜구조는 목재의 역학성능을 해명하기 위한 매우 중요한 해석인자이다. 목재는 (가)도관, 세포벽, 마이크로피브릴 등의 계층구조로 구성되어 있으며, 목재의 역학적 성능은 이와 같은 계층구조 중 미세구조에 의해 큰 영향을 받는다. 따라서 목재의 역학적 성능평가는 목재bulk의 관점에서만 다루어질 것이 아니라 목재를 구성하는 미세적구조 수준의 역학성능과의 관계를 접목시켜 평가할 필요가 있다. 최근 목재과학계 문헌에서는 외부의 하중에 의해 발생되는 목재응력을 XRD(X-ray diffraction)측정법을 통해 셀룰로오스 결정간격의 격자변형에 주목하여 역학적 성능에 관한 해석을 시도하는 연구가 몇몇 보고되고 있다. 그 중, 측정대상으로서는 세포벽 구조 중 가장 두껍고 셀룰로오스 피브릴이 목재의 섬유방향과 근접한 각도로 배향되어 있는 S2층에 관한 연구가 주를 이루고 있으며, 특히 글루코스 베타-1,4 결합방향의 수직방향으로 이루어진 면간격인 ‘셀룰로오스 (004)면’에 집중하고 있다. 그러나 배향방향이 S2층과 거의 수직을 이루는 S1·S3층의 역학성능에 대해서는 검토된 연구는 아직까지 찾아보기 어렵다. 따라서 본 연구에서는 목재 세포벽 내S2층과 S1·S3층의 두 가지 관점으로부터 목재bulk와 미세구조 수준의 역학적 관계를 해명하기 위해 변형계를 이용한 macro수준의 시험과 XRD법을 이용한 micro수준의 시험을 병행하여 실시하였다. 실험방법으로 여러 개의 연륜폭을 가지는 두께 5mm의 소나무 시험편을 이용하여 시험편이 파괴에 이르기까지 인장하중을 단계적으로 부하하였다. 이때, 각 부하단계마다 Synchrotron radiation을 이용하여 XRD측정을 실시하였으며, 목재 세포벽 중 2차벽 내 S2층과 S1·S3층을 분리측정하기 위한 목적으로 In-plane법 및 Out-of-plane 법의 두 가지의 회절법을 채택하였다. 이후 변형계에 의해 측정된 목재bulk의 변형과 XRD법에 의해 얻어진 S2층과 S1·S3층의 셀룰로오스 (004)면의 면간격의 변형을 통해 각각의 강성을 산출하고 이에 대한 인장거동을 관찰하였다.