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WOOD AND TREE FUNGI Biology, Damage, Protection, and Use Chapter 7. Wood rot

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WOOD AND TREE FUNGI Biology, Damage, Protection, and Use Chapter 7. Wood rot

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  1. WOOD AND TREE FUNGIBiology, Damage, Protection, and UseChapter 7. Wood rot Dept. of Forest Sciences Seoul National University 2009-23264 Hye–Yun Kim

  2. 7. Wood Rot • 목재 부후균의 종류 : 갈색 부후균, 백색 부후균, 연부후균 • 구 명명법: • Destruction rot (파괴 부후균) = 갈색부후균 • Red rot (적색 부후균) = • Heterobasidionannosum에 의한 백색부후균 • Marble rot = 검은 경계면을 갖는 백색부후균 • Blue rot = 청변균

  3. 7. Wood Rot • 고전학파의 주장 • : 서로 다른 부후 형태를 가진 균주는 같은 속에 포함되지 않는다 (한 종의 균은 한가지 형태로만 부후) • : Exception : • Coniophoraputeana • : 갈색부후균이면서도연부후균과 같이 동공 형성 • : 백색부후균과 같이 세포을 얇게 만들고, 침식시킴 • Fistulinahepatica (소혀 버섯) • : syringly lignin이 많은 경우: 연부후균 모방 • : guaiacyl lignin이 많은 경우 : 갈색 부후균 모방 • 일부 백색부후균(담자규류) • : 세포 형태 나이테 위치에 따라 다른 형태 • 함수율이 높은 목질부에서 백색부후균보다연부후성이 먼저 나타낸다는 가설 존재

  4. 7. Wood Rot 7.1. Brown Rot (갈색부후균) • 목재 부후균의 정의 (pp.135-136) • 담자균류 • Cellulose, hemicellulose와 같은 세포 • 벽의 carbohydrates를 이용해 효소적 • /비효소적 활성에 의해 대사활동을 • Lignin을 거의 변화시키지 않고 남김 • 리그닌 분해효소 분비하지않음 • 갈색화현상 • (부후가 진행됨에 따라 목재가 갈색의 가루 형태로 남게됨) • 일부 갈색부후균은lignin peroxidase, manganaseperoxidase분비하는 것을 알려짐 Fig.7.1 C. Wood cell wall showing remaining lignin ,after carbohydrate degradation (TEM) pp.136

  5. 7. Wood Rot 7.1. Brown Rot (갈색부후균) • 목재부후균의분해기작(pp. 137) • 부후 초기 단계 : • 부후균이 분비하는 비효소적/저분자량 물질이 세포벽 공격 • (부후 초기에 carbohydrate가 빠르게 분해, pp.138) • 후기 단계 : • 리그닌화된세포간층과일차벽을 공격 • 구멍을 뚫고 세포벽을 침투하는 과정에서 리그닌이 분해 • : 일부 갈색부후균이리그닌 분해 저분자량 물질과 리그닌 분해 효소를 분비하기도 하며, 그 양이 국부적인 활동(localized activity)에서 최대양이 된다. • ex) laccasefrom Conoophora, Gloeophyllutrabeun, Loigoporus placenta

  6. 7. Wood Rot 7.1. Brown Rot (갈색부후균) • 목재부후균의분해기작(pp.138) • 갈색부후균이 목재의방사조직 속으로 들어가 생장 • 미세균사들이 벽공을 통해 목재의 길이방향 조직으로 침투 • 세포내강의 내부에 정착, 삼차벽에 접촉 가능 (Lumina / S3 / S2 / S1 ) Fig.7.1 B. Brwon cubical rot by Oligoporusamarus. MP : middle lamella / primary walls, S secondary wall, L lumen

  7. 7. Wood Rot 7.1. Brown Rot (갈색부후균) • 갈색부후균의분해기작(pp.138) • 저분자량물질들 및 셀룰로오스 분해 효소들이 삼차벽을 관통하여 이차벽으로확산, • Carbohydrates가 완벽히 분해됨 • 일반적으로 갈색부후균은, 백색부후균과 달리 세포의 용해존(lysis zone)을 균사 주위에 형성하지않고, 균사가 점질층에 의해 둘러쌓이게된다. • 부후 초기에 carbohydrate가 빠르게 분해. • 치수 안정성 감소 • 건조에 의한 수축 : 목재가 직사각형 형태 • 의 block으로 파괴 (by destrcution rot) • Serpulalacrymans : • 목재의 압축강도 45% 감소/ 부피 감소 10% / 헤미셀룰로오스20% 부피감소 • 리그닌의 상대적 함량 증가 Fig.7.1 Cubic crack

  8. 7. Wood Rot 7.1. Brown Rot (갈색부후균) • 목재부후균의서식 (pp.137) • 대부분의갈색부후균은침엽수에 침투 (백색부후균: 활엽수 침투) • 갈색부후균은 서있거나 쓰러진 목재, 성장중인 나무의 심재, 변재에서 발견 • 갈색 부후균은 기질에 균등 분포 • Brown cubical pocket rot (갈색입방상 함몰 부후) : • Laureliataxodii(cypress) , Oligoporusamarus(cedar) • 부후주머니 (Decay pocket)로 견고한 나무에 정착 • : 하나의 목재 기질에서 백색부후균과갈색부후균이 모두 나타나기도 함; • ex) 미국 가문비 나무 (Piceaengelmannii) : 심재에백색부후균 • 바람에 의해 쓰러진 후, 건강한 부위도 갈색 부후진행 (천이현상) • 갈색부후균이 침투한 잔재는 변형된 리그닌 때문에 안정성이 높으며, 흙속에서 변형되지 않은 상태로 수 세기동안 남겨질 수 있다.

  9. 7. Wood Rot 7.1. Brown Rot (갈색부후균) • 주요 갈색 부후균(pp.137)

  10. 7. Wood Rot 7.2. White Rot (백색부후균) • 백색부후균의 정의 (pp.138) • 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌 분해 • 대부분 담자균류, 극히 일부의 자낭균류 • 주로 활엽수재 부후(갈색 부후균은 침엽수) • Macroscopic (육안으로 관찰가능한) 특징들에 의해 분류 • 1) white-pocket • 2) white-mottled (흰 얼룩 썩음) • 3) white stringy (흰색의 섬유질이 많이 퍼진 형태) • 각기 다른 균사, 나무 종류, 생태계적 상태에 따라 분류 • Microscopic (현미경으로 관찰), ultrastructural (초미세 구조)에 의해 두가지 종류로 분류

  11. 7. Wood Rot 7.2. White Rot (백색부후균) • Microscopic (현미경으로 관찰), ultrastructural (초미세 구조)에 의해 분류된 두가지 종류 • Simultaneous white rot fungi (corrosion rot, 부식 부후균) • Succesive (Sequential) white rot fungi 연속적 백색 부후균 • Simultaneous white rot (corrosion rot, 부식 부후균) • - Formentarius, Phellinusigniarius, Phelliniusrobustus, Trametesversicolor 등 - Formentarius, Trametesversicolor에 의해 부후된 목재에는 검은 경계선(Demarcation lines )이 보임. : 서로 다른 종, 혹은 같은 종일지라도 친화적이지 않은 균사체, 아직 colonized되지 않은 목재로부터 분리된 균사체 등과 분리 Fig.7.2. White rot : a. Simultaneous white rot by Trametesversicolor in beech wood with black demarcation lines

  12. 7. Wood Rot 7.2. White Rot (백색부후균) • Microscopic (현미경으로 관찰), ultrastructural (초미세 구조)에 의해 분류된 두가지 종류 • 1) Simultaneous white rot (동시부식 부후균) • carbohydrate와 lignin을거의균일하게 동시에, 모든 단계에서 비슷한 속도로 부후 • Demarcation lines의 발생 • : 균사의 페놀 산화효소에 의해 발생, 균사물질이 멜라닌으로 전환 • : 목재의 수분 분포 기능으로써, 혹은 서로다른 종간이나 양립할수없는 유전자형 사이에서 각각의 부후 중심의 구획화가 견고한 구조의 균사의 검은 pseudosclerotic (허위 공막) 층에서부터 유래 Fig.7.2. White rot : a. Simultaneous white rot by Trametesversicolor in beech wood with black demarcation lines

  13. 7. Wood Rot 7.2. White Rot (백색부후균) • Microscopic (현미경으로 관찰), ultrastructural (초미세 구조)에 의해 분류된 두가지 종류 • Simultaneous white rot (corrosion rot, 부식 부후균) • 세포벽의 부후: • 미세균사에 의한 이차벽에 구멍 생성 • 부후가 진행되면서 더 큰 구멍 형성 • 일반적인 균사들은 삼차벽에 접촉하기 가깝기 위해 세포내강 안쪽에 성장 • 점질층 주위의 균사들은 균사 근접부위에서만 활성을 보이는 분해 물질 (degrading agents) 분비 (표 2.1 참고, 점질층의 역할) • 따라서 균사 아래에 용해 존 (lysis zone) 형성, 세포벽 내에 흠을 만들어 두깨를 점차 감소시킴 Fig.7.2. Clamped hypha of T. versicolor digging into the cell wall (TEM, from Schmid and Liese 1964).

  14. 7. Wood Rot 7.2. White Rot (백색부후균) • Microscopic (현미경으로 관찰), ultrastructural (초미세 구조)에 의해 분류된 두가지 종류 • 연속적 백색 부후균 • : 부후 초기에 hemicellulose와 lignin 분해, 상대적으로 cellulose 함량 증가 • (선택적 부후) • ex) Ceriporiopsissubvermispora, Dichomitussqualens, Inonotusdryophilus, meruliustremellosus • ex) Phellinuspini: • 침엽수 심재에 주로 생장 • 작고, 가늘고 긴 형태의 구멍을 목재 내애 뚫어 • lignin, hemicellulose 선택적 분해 • (selectivewhite rot, selctive delignification, • preferential white rot) • cellulose가 가장 높은 함량으로 남게됨. • 부후된 지역의 주변 조직은 견고한 형태를 함 • (White pocket rot, honey comb), Fig.7.2. d. White pocket rot

  15. 7. Wood Rot 7.2. White Rot (백색부후균) • 연속적 백색 부후균 • 선택적 백색 부후균/ 선택적 delignification • : 반응초기 단계에서 lignin, hemicellulose뿐 아니라 cellulose 역시 일부 분해되어 섬유상 형태로 변화 • 부후가진행되면서 세포간층, 일차벽의부후에 의해, • 목재가 섬유상 형태가 됨 • 검은 spot 야기(S2층, 혹은 점질층) • : 많은 백색부후균들이manganese peroxidase에 의해 lignin이 분해될 때 생성되는 manganese 침전물 생성 Fig.7.2. c Successive white rot by Ganodermaadspersum in the Chilean “palopodrido”

  16. 7. Wood Rot 7.2. White Rot (백색부후균) 건강한 목재의 S2층 균사 아래 S2층 점질층 내부에 고밀도화된 침전물 Secondary wall Slime layer Fig. 7.3. Manganese deposits occurring during decay (Black spots) TEM-micrograph showing electron-dense material in the hyphalslime layer (c) and the secondary wall (b). TEM/EDX spectra of manganese and other elements in different areas of the attacked wood (see B). a. control from a healthy area within the S2, b. spectrum from the S2 beneath a hypha, c. spectrum from dense deposit material within the hyphal slime layer. Copper grid

  17. 7. Wood Rot 7.2. White Rot (백색부후균) • 주요 백색 부후균의 종류

  18. 7. Wood Rot 7.3. Soft Rot (연부후균) • 연부후균의 정의 pp. 142 • : Findlay와 Savory (1954)에 의해 자낭균류와 담자균에 의한 특이적인 목재 부후 형태를 설명하기 위한 용어에서 유래 • 육상, 수상에서 자라는 침엽수, 활엽수의 S2 층에 동공 (cavities) chain 형성 • 300-1600 종의자낭균류와 불완전 균류가 연부후 야기 • 백색부후균, 갈색 부후균과의 차이점 • : 목재의 세포벽 내부에서 생장 • : 목재의 방사조직에 의해 colonized됨. • pp. 145 • 습윤상태의 목재 부후 선호 • 세포벽내에서 cellulose와 hemicellulose, lignin 분해가능 • 갈색부후균만큼 세포벽 깊이 침투하지는 못하며, 균사의 근접 부분부분에서 부후

  19. 7. Wood Rot 7.3. Soft Rot (연부후균) • Soft rot type 1. • 침엽수에서 가도관 세포내강으로 균사가 침투 • Cf. brown, white rot fungi는 middle lamella/primaray wall ⇒ 이,삼차벽 침투 • ⇒0.5μm 이하의 얇은 균사가 삼차벽으로 침투 • ⇒ 섬유방향(L-bending)과방사방향(T-branching) 으로 방향 전환:이차벽 침투 Fig.7.4. b 소나무 심재의추재가도관의2차 세포벽에 구멍 모양 부후 Fig.7.4. c 섬유 내 동공

  20. 7. Wood Rot 7.3. Soft Rot (연부후균) • 균사의 목재 섬유방향에 대한 영향pp.143-144 • Cavity chain : 2차벽에각기 다른 크기와 배열의 마름모 형태의 구멍 형성 (알알이 연결) • 효소(주로 endoglucanase)의 분비 • ⇒ 균사의 생장 중단, 동공 형성 • 동공 내균사의 두께 5 μm • ⇒동공의끝에서 또다른 균사의 생장 시작 • 연속적인 확대와 동공 형성 : S2층 파괴 • 목재의 횡단면에 대한 영향 pp.144 • ① 초기 : 세포벽의 개열 증가 • ② 진행기: 3차벽의 원형 모양으로 분리 (detaching) • ③ 후기 : 높은 lignin 비율을 가진 3차벽과1차벽 공격 • ④ 해체기 : 세포간층/ 1차벽의 불완전한 골격만 잔류

  21. 7. Wood Rot 7.3. Soft Rot (연부후균) • Soft rot type 2. • 활엽수에서의 부후 • 균사에 의한 3차벽 내강 부후, 세포간층과일차벽까지 침투 • 불규칙하게 분포된 동공이 이차벽에 드물게 생성 • Cf. Soft rot Type1. • 침엽수에서 내강⇒3차벽⇒2차벽 침투 • 동공 chain 형성, S2층 붕괴 • 목재의 3차벽, 세포간층, 1차벽은 강한 리그닌 결합을 하여, 균사의 공격에 저항 • : 연부후균이 침투한 목재는 육안 및 Hammer test로 식별 불가

  22. 7. Wood Rot 7.3. Soft Rot (연부후균) • pp. 145 • 연부후균에 의한 리그닌의 분해 • 세포벽내에서 cellulose와 hemicellulose분해 • 초기에 리그닌은 분해되지 않음. • : Demethylation에 의해 갈색부후균과 같은 분해 양상 관찰 (β-O-4 결합 및 aromatic 구조의 물질 개열) • 리그닌의양과 형태에 영향 받음 • Ex) 침엽수보다 활엽수를 더 잘 분해 • 상대적으로 리그닌 함량이 적고, cellulose 함량이 높은 침엽수 추재에서부후 시작 • (Fig.7.4. b) • Cellulose, hemicellulose, lignin의 광범위한 carbohydrates 분해 가능 • : 치수안정성 감소, 할렬 발생

  23. 7. Wood Rot 7.3. Soft Rot (연부후균) • 연부후균의서식pp. 145 -146 • 속이 빈 목재, 외장재에서 발견 • 담자균류가 살지 못하는 극단적인 생태환경(낮은 pH, 높은 온도 등)에서 생장 가능 • ⇒ 산소요구량이 적음 (수분으로 포화된 목재로부터 산소 공급) • : 호열성연부후균⇒ 열에 대한 저항성이 큼, 목재의 열에 의한 파괴 방지 • Ex)Chaetomiumglobosum, pH 3-11에서 성장 가능 • Chrome fluorine salt에 대한 저항성은 높으나, copper에 민감 • ⇒ 토양에 접촉하는 나무의 부후 방지를 위해 구리 보존제 처리 필요 • Ex) 호주에서 목재 수종에 따른 알맞은 보존처리방법을 간과하고, 연부후균침투 방지를 위한 구리보존제 처리 : 경제적 손실 • ⇒ 목재의 수종 및 용도에 따라 적당한 보존 처리 방법 적용 필요

  24. 7. Wood Rot Fungi Summary

  25. 7. Wood Rot 7.4. Protection (보호) • pp. 146 • 넓은 의미에서의 보호: 환경에 영향을 주지않는 비화학적 방법 • Ex) 내부 조직의 형태 이용, 내구성있는 목재의 사용, 길항 작용적용 , 목재 변형 • 보존:화학적 처리 방법 Table 7.4. 목재부후균의 발달을 위한 필수 조건과 이로부터 알 수 있는 목재 보호법 충분한 수분 함량 감소, 분리목재 건조, 건축자재목 보호, 목재 개질 양분소화 방지내구성있는 목재의 사용, 화학적 보존 길항작용을 이용한 목재 변형 산소 공급분리건조, 습윤 보관, 이산화탄소/질소 상태 보관, water level 이하 사용

  26. 7. Wood Rot 7.4. Protection (보호) • 균으로부터의 침투 보호 방법pp. 147 • 조직적인 보호 (짧고 적당한 목재 보관) • 내구성있는목재 수종 사용 (천연적 방법) • 구조용목재의 수분으로부터 격리 : 적당한 표면, 기후 보호, 증기장벽 사용, 방열로 인한 응축의 회피, 통나무를 비로부터 보호할 salient roof, 배수시설, 지표로부터의 수분 상승을 억제할 벽 • 화학적 목재 보존 • 치수안정, 수분 흡수 감소, 균의 소화 저해 등을 위한 목재 변형 • 길항 작용 사용

  27. 7. Wood Rot 7.4. Protection (보호) • 목재 부후에 영향을 미치는 것으로 알려진 인자 • [수분, 내구성, 벌목시기, 달] • pp.147 • 목재의수분 함량 • : 목재 부후균의 생육에서 결정적인 중요 인자 • : Table 7.5. 내구성목재의 적용 및 화학적 보존법의 최소 요구량과 관련된 목재의 함수율에 대한 목재의 위험 수준 • (독일 기준 DIN 68800, part 2 and 3) Table 7.5. 내구성목재의 적용 및 화학적 보존법의 최소 요구량과 관련된 목재의 함수율에 대한 목재의 위험 수준

  28. 7. Wood Rot 7.4. Protection (보호) • pp.147 • (2) 내구성 (Natural durability) • : 박테리아, 목재부후균, 딱정벌레, 흰개미 및 해양 천공충에 대한 목재 자체의 저항력 • 내구성은 심재에서만 나타난다 • (목재의 내구성을 갖게 하는 화학물질이 변재가 심재로 전환되는 과정에 생성되어 심재에 축적) • 유럽 EN 350-2에서 분류한 128개 수종의 수종별부후균에 대한 내구성 및 등급 (5등급) • 등급 1 Green heart (녹심목) : 흰개미, 해양 천공충에도 내구성을 가짐 (durable) • 등급 2 Oak (참나무) • 등급 3 Walnut (호두나무) • 등급 4 Norway spruce (독일 가문비) • 등급 5 European beech (너도밤나무) (least durable)

  29. 7. Wood Rot 7.4. Protection (보호) • pp.147 • (3) 벌목 시기 • : 겨울에 벌채 시 수분, 건조, 기후 변화에 영향을 적게 받음 • : 건조목에 대해서는 차이 x • (4) 달(moon)의 영향 (비과학적인 기준으로 사료됨) • : 죽은 세포 및 가도관으로 구성된 목재의 물성 변화가 영향을 받을 수 없음 • 열화에 대한 저항성 향상 인자 • : 좋은 목재의 선택, 적절한 건조와 저장, 목재 설계, 목재 가공, 이용

  30. 7. Wood Rot 7.4. Protection (보호) • pp.148 • 미처리 목재의 저항성과 균 저항성에 대한 규격, 보존제 효능 시험 • - 유럽에서는 European Committee 관리

  31. 7. Wood Rot 7.4. Protection (보호) • pp.148 • 미처리 목재의 저항성과 균 저항성에 대한 규격, 보존제 효능 시험 • 유럽에서는 European Committee 관리 • 화학적 보존 처리 • : 목재의 장기 사용 • 충분하지 않은 내구성을 지닌 수종, 변재 • 양품을 목재에 충분한 깊이로 침투시키는 것이 필수 • 1) 예방적 차원의 목재 보존/ 2) 피해 이후의 목재 보존을 위한 관리 로 구분

  32. 7. Wood Rot 7.4. Protection (보호) • pp.151 • 목재의 보존에 대한 독일의 시험, 허가, 적용 용례 • DIBt: deutschesInstitut fur Bautechnik • 최고필수조건 (효능성, 부작용)의 관점에서 시험 시행 • BfR : The federal institute for Risk Assessment, BfR : 위생, 독성적 측면 평가 • UBA : The federal environmental office : 연방환경부, 환경 독성적 거동 평가 • Table. 7.7 DIBt가 검증한 보존제의 중요 특성 균의 예방 벌레의 예방 벌레 통제 영구적인 흙과 물의 접촉없이공기중에 노출 흙과 물의 접촉없이공기중에 노출 및 접합부의 먼지 누적 벽돌을 통과해 자랄 수 있는 Serpulalacrymans의 예방

  33. 7. Wood Rot 7.4. Protection (보호) • pp.149 • Kolle flask 시험법 • European standard EN 113 • Agar 배지에 키워진 담자균류에 대한 목재 보존제의 독성 평가및 결정 • 목재 수종의 내구성 평가에도 적용 가능

  34. 7. Wood Rot 7.4. Protection (보호) • pp.151 • DIBt에서 제시한 주요 예방용 목재 방부제 • 크롬산염이 없는 수용성 붕소염 • 크롬함유 방부제 • Preservatives without chrome • 용매계보존제, Creosotes

  35. 7. Wood Rot 7.4. Protection (보호) • pp.151 표 7.8 참조 • 방부제의 종류 및 특징 • 크롬산염이 없는 수용성 붕소염(Water based boron salt without chromate) • 크롬함유 방부제 • CCA(Chrome copper arsenic salt) • Preservatives without chrome • 용매계보존제 • Creosotes

  36. 7. Wood Rot 7.4. Protection (보호) • pp.151 • 방부제의 종류 및 특징 • 크롬산염이 없는 수용성 붕소염 • (Water based boron salt without chromate) • 용탈성: 내장제에적합, 단백질-붕산염보존체로 붕소의 용탈 지연 • 크롬함유방부제 • 크롬산염은목재 세포에 살균제 고정 역할 • 6가 크롬 ⇒ 고정 : 독성이 적은 3가 크롬으로 환원, 목재 내 다른 보존 성분 안정화 • 실외 사용에 적합 • CFB (Chrome fluorine boron 염) : 실외 사용 가능, 수분과 격리 • CC (Chrome copper 염) : 실내 사용, 용탈 및 지면 접촉이 잦은 경우 사용 가능 (냉각탑, 해양 구조물) • CCB (Chrome copper salts), CCF (Chrome copper salt) : 실내외 사용

  37. 7. Wood Rot 7.4. Protection (보호) • pp.152 • 방부제의 종류 및 특징 • 3) CCA(Chrome copper arsenic salt) • 외부 사용 제한, 방음벽 사용 가능 • 용탈: 캐나다, 미국 CCA 처리 목재의 자발적 회수 • 수용성 고정염으로 처리된 목재 : 보호 감소, 환경 오염, 용탈 심화 • (방수처리된CCA의 사용) • 몰리브덴(Mo), 텅스텐 (W)가 비소 대체제로 제시 • 지면 접촉을 위해 구리, 산화 구리 등으로 대체 가능

  38. 7. Wood Rot 7.4. Protection (보호) • pp.152 • 방부제의 종류 및 특징 • 4) Preservatives without chrome • ACQ (Alkaline copper quaternary ammonium salts) • CopperHDO (bis-(N-cyclohexyl-diazeniumdioxy)-copper) • Cu-triazoles등 • Quaternary ammonium compounds • Quaternary ammonium-boron compounds • 용매계보존제 • AI-HDO[tris (N-cyclohexyl-di-azenuimdioxy-aluminum) • 살균제 triazoles (e.g. tebuconazole, propiconazole) • 살충제 (pyrethroides) • 금지 시약 (pentachlorophenol (pcp), hexachlorocyclohexane (lindane))

  39. 7. Wood Rot 7.4. Protection (보호) • pp.152 • 방부제의 종류 및 특징 • Creosote • Tar oil을 증류하여 만든 Polycyclic aromatic hydrocarbons 혼합물 • 사람과 닿지않는 영구적인 땅에서의 실외 사용 허가 • 철로, 전신주에 사용

  40. 7. Wood Rot 7.4. Protection (보호) • pp.153, 155 • 압력 처리 • (full-cell process, empty cell process, vacuum process) 및 creosote를 사용하기 위해서 반드시 • 섬유포화점 이하의 함수율을가져야한다. • 방부제 이용시 고려 사항 (함수율에 따른 목재 보존제 및 처리 공정의 응용 가능성)

  41. 7. Wood Rot 7.4. Protection (보호) • pp.153 • 방부제 이용시 고려 사항 (주요 방부제 처리 공정 4단계) (진공 유/무) 0.8 N/mm2까지 압력 차이 간격을 이용하여 열압처리 후, 목재와 보존제에 따라서 각기 다른 처리를 진행한다.높은 보유도와 깊은 침투력이 중요. 장기 처리에서, 목재 혹은 그 일부가 완벽하게 보존제에 의해 침지되고(soaking), 몇일의기간동안 목재 내부로 천천히 침투되도록 한다 (Penetrate). 단기 처리에서 (dipping (압을 가하여 침투시킴), spraying (표면 도포), deluging (침수), brushing (솔질))과같은 표면 처리는 침투를 거의 시키지 못하며, 보류시간이 작다. 구멍난 건축목과 같은 목재를 보조하는 특별한 처리로 말뚝박기, 장대 대기, 덧대기, 막대를 이용한 지반선 처리를 사용한 덧대기 등이 있다.

  42. 7. Wood Rot 7.4. Protection (보호) • pp.154 • 화학적 보존 처리 이전의 필수 사항 • ① 수피와체관부의 제거 • ② 수액 치환 : 심재의 수액을 방부제로 하여, 갓 벌목된 나무에 저압에서 수용성 방부제 처리 가능 • ③ 섬유포화점 이상의 함수율을 가진 목재 : 수용성 보존제를 높은 농도로 투입하거나, 혹은 장기간 침지시켜 목재 내 화학물질의 확산 : 균등분포 • ④ 이동 : 외압, 내부모세현상에 의한 영향 • 절삭, 톱질, 천공, 주형 등의 목재작업은 방부제 처리 이전에 끝나야 함 • ⑤섬유포화점 이하의 함수율을 가진 목재 선호

  43. 7. Wood Rot 7.4. Protection (보호) • 보존제의 필요 보유량 : pp.155 • 목재의 위험도, 활성 요소, 처리 공정의 효율성에 따라 결정, DIBt허가에 제시 • 합성 목재(WPC)의 사용 : 표면 목질 성분의 높은 함수율(균에 의해 분해) • 보존제 회수의 중요성 : • 1935년 pentachlorophenol (PCP) 사용 : 변색, 부후 방지 • : 환경 오염 물질 ⇒ 독일에서 pcp처리목의 수출입, 사용 금지 • 보존제 처리 목재의 처분 : 높은 처리 비용⇒ 독성물질 제거와 재활용 중요 • 대안 : ① 복합재료 제조로 인한 직접 재활용 • ② 저온 열분해로 인한 CCA 제거 • ③ 용매 추출 (ex : polyglycol), ④ 과산화수소 추출, ⑤ 전기 투석 개선 • ⑥ 생분해ex) Antrodiavaillantii(CCA, CCB), bacilluslicheniformis(CCA) • ⑦ 생분해와 화학추출 2step

  44. 7. Wood Rot 7.4. Protection (보호) • 신목재 보호방법 byRapp and Muller (2005) pp.156 • 1) 목재 개질 (Wood modification) • 2) 목재수소화 (wood hydrophobization) • 3) 초임계수 처리 (supercriticalfluid treatment) • 4) 기타

  45. 목재 개질 • - 목재 세포벽 팽윤 감소 ⇒ 균 접근성 감소 • ① Acetylation : 세포벽 고분자의 수산화기와 반응, 치환 • 환경 친화적이나 좋지않은 냄새 동반 • ② Melamine resin 침지 : 세포벽의 레진 축적 ⇒ 수산기 봉쇄 • 기계물성 및 목재 내구성 향상 • ③ 1,3-dimethylol-4,5-dihydroxyethylen urea (DMDHEU) 침지 • : 균에 의한 부후 방지 (etherification ) • ④ 열 처리에 의한 개질 • : 부분적 분해 및 변색 가능 • 낮은 산소 함량 조건, 160-260℃ 처리 • 주요 4가지 기술 : 공기를 통해 목재 내에 열이 전달되어, 연소 기체, 질소 배출 • Thermo wood (핀란드), Plato wood (네덜란드), Retification (프랑스) • Oil heat treatment (독일) (식물성 오일이 열 전달 매개)

  46. 목재 수소화 • - oil, wax, paraffin, silicon 등 이용 • ① Oil : 세포 내강에 축적, 수분 흡수 감소 • ② Wax: 원목말단 코팅, 변색/갈라짐 억제 • ③ Silane monomer 침지 : 세포벽 내부 고분자 중합, sodium silicate-boron 사용 • ④ 기타 (isocyanate, carboxyl anhydried, oxirane function) • : OH기의반응과 monomer (styrene or methylmethacrylate) 혼합으로 고분자화 • 목재밀도 증가 • 3) 초임계수 처리 • : CO2와 같은 보존담체가 특정 온도, 압력에서 기체와 액체의 성질을 동시에 가짐 • 처리 물질의 용해도 증가, 낮은 표면장력으로 목재에 깊숙이 침투 가능 • 초임계점이하로 온도 하락 ⇒ 보존제에 대한 담체의용해력 상실, 목재에 침전 • 목재의 최소 팽윤 (치수안정성 상승)

  47. 기타 • ① chitosan • : Chitin의 alkaline deacetylation에 의해 상업적으로 생성 • 높은 결정화도, 물/유기용매에 불용성, 약산에 용해 • cf. Chitin과 chitosan에 의한 금속이온과 킬레이트 화합물의 형성 : 방부목의CCA 용탈 촉진 • ② 항산화제 첨가 • : 유기 살균제의 효능 향상 • ③ 캐슈넛 껍질 추출 페놀화합물 • : 균 생장 감소 • ④ 2-hydroxylpyridine-N-oxide • : 킬레이트 화합물, 효소 시스템에 관여 / 금속제한 조건 생성 • 생물학적 목재 보호 (미생물 제어) 시도 활발 (Lab-scale) • 야외에서의 낮은 효능

  48. 7. Wood Protection Summary • 보호 : 환경에 영향을 주지않는 비화학적 방법cf.보존 : 화학적 처리 방법 • 균으로부터의 침투 보호 방법 연구 활발 • 목재 부후에 영향을 미치는 것으로 알려진 인자 : 수분, 내구성, 벌목시기 • 미처리 목재의 저항성과 균 저항성에 대한 규격, 보존제 효능 시험 존재, 관리 엄격 • 유럽에서는 European Committee (독일 DIBt : deutschesInstitut fur Bautechnik보존체 처리 기준 제시) • 방부제의 종류 :크롬산염이없는 보존제, 크롬 함유 방부제, 용매계보존제, Creosotes • 방부제 이용시 고려 사항 : 섬유포화점 이하의 함수율을 가진 목재 선호 • 보존제의 용탈 가능성 높음 • 보존제 처리 목재의 처분 : 높은 처리 비용 ⇒ 독성물질 제거와 재활용 중요 • 신 목재 보호방법 by Rapp and Muller (2005) pp.156: 목재 개질, 목재 수소화, 초임계수 처리

  49. THANK YOU