산림기능사 필기대비 - 목재의 화학적 구조

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산림기능사 필기대비

 목재의 화학적 구조

출처 : 산림청자료

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목재의 화학적 조성

목재의 원소 조성은 아래 사진에서 보는 것처럼
탄소(C)- 약 50%,
수소(H) - 약 6%
산소(O) - 43%
질소, 무기질인 회분등이 1% 이하를 점하고 있다.

 

목재의 화학 성분은 크게 주성분과 부성분으로 구분할 수 있다. 이들 성분은 세포벽과 세포간층을 구성하는 물질이며 목재의 형성에 직접 관여하는 물질이다.

주성분은

- 셀룰로오스(섬유소),

- 헤미셀룰로오스,

- 리그닌(접착물질)등으로서 수종이나 생육지에 따라 차이가 있다. 

 

침엽수재는
셀룰로오스 40~50%,
헤미셀룰로오스 11~20%,
리그닌 27~30%

활엽수재는 
셀룰로오스 45~50%,
헤미셀룰로오스 15~20%,
리그닌 20~25% 이다.

목재의 횡단면을 보면, 나무의 축방향으로 평행하게 길게 배열된 수많은 셀룰로오스가 리그닌이라는 아주 강력한 자연 접착물질로 접착되어 있다.

철근 콘크리트 복합재와 비교하여 설명하면,
셀룰로오스(섬유소)는 철근에 해당하고,
헤미셀룰로오스는 자갈,
리그닌은 시멘트와 같은 역할을 하는 것이다.

이 주성분은 모두 수종에 90%이상 다량으로 존재한다. 부성분인 수지, 정유, 유지, 타닌 등의 추출물과 무기물 등을 포함하면 그 양은 10% 이하이다. 이 성분의 대부분이 세포 내강 혹은 특수한 조직에 존재하는 물질로서 수목의 생리작용에 관여하며, 부성분의 종류와 양은 수종에 따라 차이가 크며 특정의 수종과 부위에 존재하는 경우가 많다.

**주성분들은 수목의 몸체를 이루고 부성분들은 수목의 생리작용 물질이다.

수목의 관공

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침엽수재의 현미경적 구조

 

목재의 조직은 침엽수재와 활엽수재에 따라 매우 다르게 구성되어 있다. 침엽수재는 활엽수에 비하여 진화 단계적으로 하등에 속하며 구성세포의 종류 및 형태가 단순한 편이다.

침엽수재를 구성하는 중요한 세포의 종류에는 수분 이동 통로 및 수체를 강고하게 지지해주는 역할을 함께 수행하고 있는 가도관과, 수평방향으로 양분을 저장하거나 이동시켜주는 역할을 하고 있는 방사조직을 공통 기본조직으로 하여 수종에 따라 축방향 유세포와 수지를 유동시키는 수지구 등이 있다.

수지구는 수종에 따라 존재하는 경우와 존재하지 않는 경우가 있다.

소나무, 잣나무, 낙엽송, 리기다소나무, 가문비나무 등은 잣나무에서 보는 것처럼 수지구를 가지지만, 전나무와 삼나무, 편백및 측백, 향나무 등의 나무는 아래 우측 사진과 같이 수지구를 가지지 않으므로 목재의 수종을 식별하는데 중요한 식별 인자의 역할을 하기도 한다.

 

 

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활엽수재의 현미경적 구조

활엽수재는 침엽수재에 비하여 구성 세포의 종류가 많을 뿐 아니라 그 형태와 배열상이 아주 복잡하고 다양하다. 

활엽수재는 거의 대부분 도관을 가지고 있는 것이 침엽수재에 비하여 가장 큰 특징, 도관은 구성요소 비율이 대개 20~30%로서 수분의 통도 기능만 담당하고 있다. 앞서 언급한바와 같이 침엽수재에서는 가도관이 수분의 통도 기능과 수체의 지지기능을 겸하고 있는 반면에 활엽수재는 수분의 통도 기능은 도관이 맡고 수체의 지지기능은 목섬유가 있어 이를 담당하고 있다.

목섬유는 구성비율이 50~70% 정도이며, 도관과 함께 활엽수재의 중요한 구성세포요소이다. 그 외에도 수평방향으로 양분을 저장하거나 이동시켜주는 역할을 하고 있는 방사조직이 5~15%, 양분을 저장하고 분비하는 축방향 유세포가 대체적으로 5~10% 정도를 차지하고 있으며, 아주 한정된 수종에서 수지구와 타일 세포, 결정 세포 등의 특수 세포가 관찰되기도 한다.

** 수분이동 -도관(활엽수), 가도관(침엽수)

** 수목의 지지 기능 - 목섬유(활엽수), 가도관(침엽수)

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활엽수재의 관공(도관)

활엽수재의 횡단면을 유심히 살펴보면 무수히 많은 구멍들이 수종에 따라 여러 가지 형태로 서로 다르게 배열되어 있는 것을 볼 수있다. 이 구멍들을 관공이라고 표현하는데  도관이 횡단 방향으로 절단된 단면이라고 보면 된다. 이 관공의 배열은 수종마다 차이가 나기 때문에 목재의 수종 식별에 중요한 지표가 된다.

산공재(散孔材) - diffuse-porous wood

자작나무에서 보이는 것 처럼 지름이 거의 비슷한 크기의 관공이 연륜 전체에 고르게 분포하고  나이테를 이루는 조재와 만재(춘재와 추재)도 거의 같고, 나이테 가운데에 평등하게 분포한다. 그래서 연륜의 경계가 명백하지 않다. 주요 수종으로는 버드나무 속, 사시나무 속, 자작나무 속, 오리나무 속, 단풍나무 속, 피나무 속, 층층나무 속, 플라타너스, 녹나무, 희양 목, 호두나무, 감나무 속 등이 있다.

산공재

 

 

환공재(環孔材) - ring-porous wood

느티나무에서 처럼 지름이 큰 물관구멍(관공)이 1열~수열씩 열을 지어 연륜 주위를 따라 동심원 모양으로 나있는 형태, 낙엽활엽수에서 수목이 비대생장을 할 때 해마다 비대 초기에 특히 지름이 큰 물관을 몇 층 형성하고 나이테 중에서 그 후에 만들어진 부분과 확실히 구별이 될 경우에 나이테 마다 있는 큰 물관의 구멍이 동심원 상으로 형성되는 목재이다.  우리나라산 수종으로는 밤나무 속, 가시나무류를 제외한 참나무속, 느릅나무 속, 아까시아나무 속, 물푸레나무 속, 음나무, 오동나무, 물참나무, 느티나무 등이 이에 해당한다.

환공재

 

 

방사공재(放射孔材) - radial-porous wood

붉가시나무에서 보이는 것처럼 나이테의 조재와 만재(춘재와 추재)에 있어서 도관의 크기에는 큰 차이가 없고 관공이 방사상으로 배열하는 것을 말하며 쌍자엽식물(쌍떡잎) 예로서  오리나무, 감나무, 버드나무 속, 가시나무류와 꽝꽝나무가 대표적이다.

방사공재

 

 

잡공재(雜孔材) - miscellaneous-porous wood

도관의 분포양식이 환공재, 방사공재, 산공재 이외의 분포를 보이는 것을 말한다.

 

 

유공재(有孔材) - porous woods

활엽수대중 도관을 가진 목재를 뜻한다.

 

무공재(無孔材) - non-porous wood

도관이 없는 대부분의 침엽수. 활엽수보다 부드러운 재질이다.

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목재의 수분

목재의 함유 수분은 비중과 더불어 목재의 물리적 성질 및 역학적 성질에 중요한 영향을 미치므로 목재의 가공이나 이용에 대단히 중요하다. 목재가 생재생 상 일 때에 함유되어 있는 수분의 양은 수종이나 심·변재 및 목재 내의 위치, 그 밖에도 생육환경이나 계절 등에 의하여 변화한다.

 

보통 수분의 양은 만재보다 조재가, 심재보다 변재가 더 많다. 목재의 함수율은 일반적으로 건량기준으로 표시한다.

 

** 목재의 수분함량, 조재>만재, 변재>심재 

** 조재,심재는 여기를 참조,  산림기능사 필기대비 - 목재의 물리적 구조 

 

목재 중의 수분은 함유 상태에 따라서

전건 상태,

기건 상태,

섬유포화상태,

생재상태

포수상태

 

 

주로 재료로서 목재를 이용할 때 가장 빈번하게 고려하는 것은 전건상태, 기건상태 및 생재 상태이다. 

 

전건 상태는 100~105℃에서 항량에 달한 건조된 수분이 전혀 없는 상태이며, 기건 상태는 목재가 대기의 조건과 균형을 유지하도록 수분을 함유한 상태를 말하며, 이때의 함수율은  대체로 평균 15%로 하고 있다. 목재를 일반재료로서 이용하고자 할 때는 가급적 함수율이 이 범위를 넘지 않을 때까지 잘 건조하여 사용하여야 할 것이다.

 

** 전건상태 -함수율 0%

** 기건상태 - 함수율 15% 내외

** 생재상태(Green wood) - 입목 상태의 함수율이 섬유포화점 이하로 건조된 적이 없는 목재

** 섬유포화점(Fiber saturation level) - 섬유 중의 결합수가 증가되어 극한에 도달하고, 자유수가 포함되어 있지 않는 함수율 상태를 말한다. 포화점을 경계로 하여 그 이하에서는 수분의 증감에 따라 팽창, 수축하고, 그 이상에서는 변화가 없다.

 

 

▶산림기능사 필기대비 - 목재의 물리적 구조

산림기능사 필기대비 - 목재의 물리적 구조

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