Se를 이용하여 소나무 및 너도밤나무의 색상 및 항균 특성을 향상시키는 새로운 접근법

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12972(2023) 이 기사 인용

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소나무(PW)와 너도밤나무(BW)는 독특한 특성과 낮은 가공 비용으로 인해 가구 및 기타 용도로 가장 많이 사용되는 목재입니다. 그러나 생분해성과 다양한 수분 함량으로 인해 사용 범위와 내구성이 제한됩니다. 따라서 본 연구에서는 목재의 내구성, 항균성, 색상 등을 향상시키기 위한 새로운 친환경적 접근방법으로 나노기술을 활용하였다. 셀레늄 나노입자(Se-NPs)는 각각 35-80 및 40-155 nm 범위의 친환경 방법을 사용하여 다양한 농도(25 및 50 mM)에서 구형 형태로 제조되었습니다. UV/Vis 분석, 투과전자현미경(TEM) 및 X선 회절(XRD)을 사용하여 나노 규모의 Se-NPs 형성을 확인했습니다. 준비된 Se-NP는 2시간에서 1주까지 다양한 기간 동안 PW와 BW에 함침되었습니다. 그런 다음 처리된 목재를 증류수에서 14일 동안 침출하여 목재 표면에서 과도한 Se-NP를 제거했습니다. 처리된 목재 표면을 에너지 분산형 X선 분광법(EDX) 및 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 검사했습니다. 또한, 접선 및 방사형 측면 모두에서 처리된 목재에 Se-NPs 침투 깊이가 결정되었습니다. 처리된 목재의 색상 특성, 밀도, 수분 함량 및 항균 활성에 대한 Se-NPs 영향을 평가했습니다. Se-NPs 처리된 PW는 처리된 BW보다 우수한 항균 및 색상 특성을 나타냈습니다. 50mM Se-NPs에 2시간 동안 담근 PW 샘플은 가장 높은 K/S 값을 보인 반면, 동일한 농도에 2일 및 1주 동안 침지된 PW 샘플에서는 가장 높은 항균 값이 ​​얻어졌습니다.

목재는 탁월한 품질로 인해 여러 가지 이유로 수세기 동안 사용되어 왔습니다. 높은 강도, 낮은 무게, 상대적인 내구성으로 인해 주요 원료로 사용됩니다. 따라서 효율적인 재료로 처리하면 실내 및 실외 응용 프로그램과 같은 다양한 응용 분야에 사용할 수 있습니다1,2. 모든 목재는 식물학적 분류에 따라 소나무(Pinus sylvestris) 및 너도밤나무(Fagus sylvatica)3,4와 같은 침엽수 또는 견목인 나무에서 파생됩니다. PW는 강도 대 중량 비율이 좋기 때문에 가구에 사용됩니다. 따라서 일반적으로 매력적인 목재로 간주됩니다5. BW는 기계 가공이 잘되는 견고한 목재이며 스팀 벤딩에 이상적입니다6. 또한, 가공비용이 저렴하여 합리적인 가격의 소재입니다7. 그러나 수분 함량 변화로 인한 생분해성 및 치수 불안정성을 포함하여 주로 사용 범위와 내구성을 최소화하는 두 가지 단점이 있습니다8,9,10. 또한, 페인트, 얼룩, 바니시, 광택제, 접착제 등 전통적인 목재 처리 방법을 적절하게 취급하지 않으면 환경과 인간에게 해를 끼칠 수 있습니다11.

이러한 점에서 나노기술을 활용하면 목재의 내구성을 향상시킬 수 있으며, 100 nm 이하 범위의 나노입자 고유의 특성으로 인해 가구 등 목재 제품의 사용 수명을 늘릴 수 있습니다12. 나노기술에는 생물학, 물리, 재료, 화학의 개념이 융합되어 다양한 기술의 발전이 이루어지고 있습니다13. 목재 보호를 위해 서로 다른 NP를 사용하면 수분 흡수를 줄이고 자외선 차단, 기계적 특성 및 내화성을 향상시킬 수 있습니다14,15,16,17. NP는 다양한 항균 클래스를 제공하며 독성이 거의 없는 지속적인 항균 작용을 제공합니다. 또한 기판의 고유 특성을 손상시키지 않으면서 재료에 다기능 특성과 착색을 부여하는 능력이 있습니다19,20. 표면 플라즈몬 공명, 양자 구속 효과 및 NP 구조 색상과 같은 NP의 광학적 특성으로 인해 광범위한 색상 조정 가능성이 가능합니다. 크기, 모양, 구성 및 표면 기능을 변경함으로써 NP는 다른 색상을 가질 수 있습니다.