목재용 접착제 연구 동향

[Wood樂]

목재용 접착제 연구 동향
글·그림 _ 이상민 (국립산림과학원 목재가공과)

기존의 접착제는 현재까지 존재하는 목제품에 대해서 요구되는 성능은 대부분 만족시키지만, 새로운 성능이 추가로 요구되거나 엄격해지는 규제를 만족시켜야 하는 새로운 제품에 적용할 수 있는 접착제의 개발이 필요하다.

목제품에 있어서 접착제의 환경적 영향

목제품의 포름알데하이드 방출 문제는 목재접착제 시장의 많은 변화를 이끌어 오고 있다. 1980년대 미국과 유럽에서는 목제품의 포름알데하이드 방출 한계를 자발적 기준으로 설정하도록 하였다. 그 이후 유럽과 일본에서 목질복합재료의 허용 방출한계를 더 강화하였지만 미국은 2010년 캘리포니아 대기위원회(California Air Resources Board, CARB)에 의해 전국적으로 규제가 적용될 때까지 그 상태를 유지하였었다.
CARB 기준에는 실내 사용 접착제에 대한 비포름알데하이드(No-Added Formaldehyde: NAF)와 포름알데하이드 초저방출(Ultra-Low-Emitting Formaldehyde, ULEF)의 두 가지 새로운 제품에 대한 분류가 추가되었다. 따라서, 짧은 기간 내에 방출규제에 맞추기 위해 NAF와 ULEF, 특히 포름알데하이드 초저감 UF 접착제의 개발이 급격히 이루어지고 있다.
더 엄격한 CARB-II에 맞추기 위해서는 접착제 가격이 상승하고 결과적으로 최종 판상제품의 가격도 상승한다. CARB-II는 목제품뿐만 아니라 가구나 캐비넷 같은 최종제품에도 적용된다. 포름알데하이드계 접착제로는 규제에 맞추기가 쉽지 않아 콩(soy), 초산비닐(PVAc), 이소시아네이트(isocyanate) 접착제 등의 사용이 증가하고 있다. 이러한 접착제들은 요소수지에 비해 중량기준으로 값이 비싸지만, 포름알데하이드를 방출하지 않는다. 특히, 콩 접착제(soy adhesives)로 목질복합재료를 제조하였을 때 순수한 목재보다 포름알데하이드 방출량이 더 낮아지는 포름알데하이드 포착기능을 가진다는 연구 결과도 보고되었다.

목재용 접착제

목재 접착제의 가장 큰 응용 분야는 스트랜드, 파티클, 목섬유로 목질판상제품을 제조하는 데 있다. 이러한 제품은 가격이 저렴하고 성능이 좋은 접착제를 필요로 한다. 현재 상용화되어 있는 목재용 접착제는 대부분 화석연료인 천연가스나 석유를 원료물질로 제조한다.
특히 목질판상제품 제조용으로 가장 많이 사용되고 있는 아미노계 접착제는 천연가스를 원료로 제조하는 요소나 멜라민을 역시 천연가스를 원료로 제조하는 포름알데하이드를 가교제로 사용하여 제조하고, 페놀계 접착제나 레조시놀계 접착제는 석유를 원료로 하여 제조하는 페놀이나 레조시놀을 포름알데하이드를 가교제로 사용하여 제조한다.
최근에는 포름알데하이드 방출의 문제가 사회적으로 이슈화되고 있기 때문에 포름알데하이드를 원료로 사용하지 않는 이소시아네이트계 접착제의 목재용 접착제로의 사용이 증가하고 있는데, 이소시아네이트 또한 석유로부터 제조되는 원료물질이다.
실내용 목질판상제품의 제조에 사용되는 아미노계 접착제와 관련된 연구는 포름알데하이드 방출량 저감에 집중되고 있고, 실외용 목재 접착제품의 제조에 사용되는 페놀계나 레조시놀계 접착제 관련 연구는 주로 접착제 원가절감이나 경화속도 향상에 집중되고 있으며, 이소시아네이트계 접착제 관련 연구는 접착제를 사용할 때 발생되는 문제점들을 해결하는 데 집중되고 있다. 최근에는 초산비닐(PVAc) 수지나 폴리우레탄(polyurethane) 수지를 이용하려는 시도가 증가하고 있다.
20세기 초까지 널리 사용되었지만 화석연료로부터 얻어진 원료를 주성분으로 제조한 값싸고 우수한 성능의 합성접착제의 기세에 밀려 현재는 특수한 용도 이외에는 거의 사용하지 않는 단백질계 접착제나 재생 가능한 천연자원을 원료로 접착제를 제조해 이용하려는 관심이 포름알데하이드 방출 문제의 이슈화와 함께 증가하고 있지만 대부분은 접착 성능과 생산비용의 문제로 크게 부각되지 못하고 있는 실정이며, 현재까지 개발되어 이용되고 있는 방법은 콩가루나 콩단백질을 접착제 제조 원료로 첨가하거나 기존의 접착제에 첨가제로 사용하는 것이 대부분이다.
그 중 2004년도에 콩가루와 폴리아미도아민 에피클로로하이드린(polyamidoamine epichlorohydrin, PAE)을 원료로 사용하여 개발된 접착제는 현재 미국에서 주로 치장 합판의 접착에 사용되고 있고, 공학목재 마루판과 파티클보드의 접착에도 사용되고 있다.
그 외에는 탄닌을 페놀수지 제조에 적용하여 페놀의 일정 부분을 탄닌으로 대체하거나, 리그닌을 페놀의 대체원료로 사용하려는 시도는 계속되고 있지만 아직 상용화에 성공한 예는 찾을 수 없다. 하지만 리그닌의 경우에는 가격이 저렴하고 양이 풍부하여 단점인 반응성을 개선시킬 수만 있다면 접착제의 새로운 성분으로 적용 가능성이 있다고 판단된다.
목제품을 생산하는데 있어서 일반적으로 목재보다는 접착제의 가격이 비싸기 때문에 가격경쟁력이 있는 강력한 접착제를 개발하여 사용하는 것이 핵심기술이라고 할 수 있다. 현재까지 많은 종류의 목재용 접착제가 개발되어 접착제품을 장기적으로 이용할 수 있는 성능을 제공하여 소비자의 욕구를 충족시킬 수 있었기 때문에 원목제품보다는 목재 접착제품의 시장이 커져 있다. 이미 대부분의 접착제품이 석유계 원료로부터 제조되는 접착제를 사용하고 있고 이들 접착제들에 대한 기본적인 성질과 이들 접착제를 사용하여 접착제품의 성능을 최대로 발현시킬 수 있는 방법 등이 충분히 알려져 있어 사용상 그다지 큰 문제는 발생하지 않는다.
그러나 목재용 접착제는 새롭게 요구되는 제품의 성능을 충족시키고 환경규제와 소비자의 선호도 변화에 부응하기 위해서는 지속적인 개발 및 개선이 요구되고 있다. 따라서 앞으로는 친환경이나 무공해 제품에 대한 요구 증가로 비석유계나 천연물질을 원료로 하는 새로운 접착제의 시대가 도래할 것으로 예상된다. 

[청출목수]

정보 감사합니다.