목재의 수축과 팽윤

목재의 수축과 팽윤

 

목재중의 결합수 증감은 셀룰로오스 결정영역 사이의 간격을 변화시키게 된다.
이것에 의해 세포벽의 부피가 커지거나 작아지게 되고 그 결과 목재 전체의 팽윤과 수축 현상이 일어나게 된다. 목재의 수축은 건조에 따른 뒤틀림이나 할렬 또는 각종 가공처리에 있어서의 내부응력 발생 등 목재가공이나 이용상 장해의 원인이 되고 있다.
수축율은 생재시의 치수에 대한 수축된 치수의 비율로 그리고 팽윤율은 전건시의 치수에 대한 팽윤된 치수의 비율로 나타내게 된다.

목재의 수축 및 팽윤은 방향에 따라 차이가 나타나는데 접선방향: 방사방향: 섬유방향 = 100 : 60 : 4 정도이다.
섬유방향의 수축율이 매우 작은 이유는 세포벽 가운데 가장 많은 부피를 차지하고 있는 중층(S₂층)의 마이크로피브릴(microfibril)이 세포의 길이 방향으로 거의 평행하게 배열되어 있기 때문에 그렇다.
방사방향의 수축 및 팽윤이 접선방향의 것보다 작은 이유는 방사조직에 의한 수축 및 팽윤 억제 효과에 의한 것으로 여겨지고 있다.
즉, 접선방향과는 달리 방사단면에 있어서는 방사조직이 축방향 세포를 가로지르는 띠 모양으로 배열되어 있고 이 방사조직을 구성하는 세포는 그 마이크로피브릴 배향이 세포의 길이 방향, 즉 나무의 줄기에 대해 직각인 방향으로 누워있기 때문에 수축 및 팽윤을 억제하게 되는 것으로 받아들여 지고 있다.
춘재와 추재의 비중 차이가 또 다른 원인이 되는 것으로 여겨지고 있다.
일반적으로 추재는 춘재보다 비중이 높기 때문에 더 큰 수축과 팽윤을 일으키게 되므로 추재에 붙어 있는 춘재 역시 추재의 수축 및 팽윤을 따르게 된다.
결국 연륜은 접선방향으로 배열되어 있기 때문에 결국 접선방향의 수축 및 팽윤이 방사방향의 것보다 커지게 되는데 이러한 설명은 춘재와 추재 사이의 비중 차이가 큰 목재에 특히 적용될 수가 있다.
또한 세포벽의 두께는 방사벽의 것이 더 두껍고 또한 방사조직의 존재로 인하여 접선방향으로의 세포벽이 더 많아지게 되므로 방사방향보다는 접선방향의 수축 및 팽윤이 커지는 원인으로 작용하게 된다.

<표1> 춘재와 추재의 수축율

수종	춘재		추재
	접선방향(%)	방사방향(%)	접선방향(%)	방사방향(%)
젓나무(White fir)	5.8	2.4	8.8	6.3
구주적송(Scots pine)	8.1	2.9	11.3	8.2
미송(Douglas-fir)	5.7	2.9	10.9	9.9
잎갈나무(Larch)	7.1	3.2	12.3	10.2

그리고 목재의 비중이 높을수록 수축과 팽윤이 커지는데 이는 고비중의 목재일수록 실질의 양이 많아지기 때문, 즉 세포벽의 두께가 두꺼워지기 때문이다.
고비중의 목재일수록 그들의 세포벽에 많은 양의 수분이 포함될 수 있기 때문에 비중과 수축 및 팽윤 사이의 관계는 함수율과 수축 및 팽윤 사이의 관계와 밀접한 연관성이 있다.
그리고 목재의 수축 및 팽윤 이방성 계수(T/R율: 방사방향에 대한 접선방향의 수축 및 팽윤율 비)는 비중의 증가에 따라 작아지게 되는데 이는 비중이 높은 목재일수록 방사방향과 접선방향 사이의 수축 및 팽윤 차이가 작아짐을 의미하게 된다.
목재내의 추출물 함유량이 많을수록 수축 및 팽윤이 작아지게 되는데 이러한 이유로 인해 심재가 변재보다 수축 및 팽윤이 작은 특성을 나타내게 되는 것이다.
또한 리그닌의 양이 많아질수록 수축 및 팽윤이 작아지게 되는데 동일 비중의 목재인 경우 활엽수재가 침엽수재보다 더 큰 수축을 나타내게 되는 이유는 침엽수재에 비해 활엽수재의 리그닌의 양이 더 적기 때문에 그런 것이다.

<표 2> 목재 1% 건조당 평균 수축율

수종	기건비중	접선방향(%)	방사방향(%)
젓나무 일본잎갈나무 편백 삼나무 너도밤나무 느티나무 피나무 참오동나무	0.44 0.50 0.44 0.28 0.65 0.69 0.50 0.30	0.26 0.28 0.23 0.25 0.41 0.28 0.31 0.23	0.12 0.18 0.12 0.10 0.18 0.16 0.20 0.09