생칠(L), 정제칠(TL), 생칠과 아교를 배합한 천연접착제(LG), 우루시올과 아교를 배합한 천연접착제(UG)의 자외선에 의한 노화 특성을 비교 분석하기 위해 도막 시편에 자외선을 조사하고 광택도, 주사전자현미경분석, 적외선분광분석, 인장전단 접착강도 측정을 수행하였다. 천연접착제 LG, UG의 광택 저하 속도는 생칠보다 다소 느렸고 손실률도 생칠보다 낮았다. 또한 생칠 도막의 표면은 자외선 노출 시간에 따라 다당류 층이 드러나 구형이 손상되면서 크랙이 발생한 것으로 관찰되었고 천연접착제 LG와 UG는 매끄러운 표면이 계속 유지됨을 관찰하였다. FT-IR 분석 결과 생칠과 정제칠 도막에서 자외선 조사 시간이 증가할수록 전체적으로 피크 세기가 감소하였고 천연접착제 LG는 변화가 없는 것으로 나타났다. 천연접착제 UG에서는 일부 피크가 사라졌고 전체적으로 세기가 감소했다. 생칠의 인장전단 접착강도는 자외선 노출 600시간 이후로 강도 값이 크게 떨어지는 것에 비해 천연접착제 LG와 UG의 접착강도는 다소 감소하거나 유지되었다. 선행연구 결과와 비교하면 옻과 아교를 이용한 천연접착제는 생칠에 비해 고온 고습에서도 큰 변화를 나타내지 않았고 자외선 조건에서도 물성을 유지하므로 생칠에 비해 내구적인 것으로 나타났다.
본 연구는 옻과 아교를 배합한 천연 접착제의 투명성을 높이기 위해 옻에서 추출한 우루시올과 아교를 배합하여 천연 접착제를 제조하고 물성 및 접착특성을 파악하였다. 우루시올과 아교를 배합한 천연 접착제는 아교의 배합비율이 증가할수록 아교 단백질과 관련된 N-H 피크들이 생성되고 강도가 증가하는데 반해 우루시올의 메틸렌 결합과 연관된 C-H 피크는 줄어들어 아교의 IR spectra와 유사해지는 경향을 나타냈다. 배합에서 아교의 비율이 증가할수록 색이 밝고 투명해지며 경화 과정 중에도 검게 산화하지 않아 투명성을 높이는 동시에 하루 이내에 건조하며 옻과 아교를 배합한 천연 접착제의 특성은 유지하였다. 배합비율에 따라 Cemedine C부터 에폭시 수지까지 다양한 범위의 점도와 접착 강도를 나타내며 그 중 토기를 피착재로 한 실험에서 우루시올과 아교를 6:4로 배합한 시료가 밝고 투명한 색을 가지는 동시에 Araldite AY103-1/HY956과 유사한 강도를 보여 토기 유물에 적용 가능한 천연 접착제로서의 가능성이 기대된다.
본 연구는 현재 목공예품 제작 시 사용성이 편하고 경제적이라는 이유로 합성 PVAc계 접착제가 주로 사용된다. 본 연구는 합성 PVAc계 접착제의 단점 중 작업자나 사용자에게 미치는 인체 안정성과 환경 유해성 등에 대한 문제점을 개선해보고자 하는 연구에서 시작되었다. 본 연구의 목적은 이러한 문제점이 대두되기 시작하면서 친환경에 대한 사회적 관심이 증대되고 수요도 급격히 증가되고 있는 상황으로 천연 접착제에 대한 연구를 통해 친환경 접착제를 개발하는 것이다. 따라서 본 논문은 목공예용 천연 접착제의 개발을 위해 천연 접착 소재인 셀룰로오스계 목재 추출물을 이용해 목공예용 천연 접착제를 개발하기 위한 기반 연구를 시도하였다. 연구결과 및 내용은 다음과 같다. 첫째, 목공예용 천연 접착제 개발을 위한 기반 물성인 접착 강도에서 기존 재료 보다 약 0.2 ~ 4 배 증진된 효과를 보여주었으며, 기존 재료와 유사하거나 안정적인 pH 값을 확인하였다. 또한 우수한 가역성을 나타내어 목공예용 접착제로서의 기초적인 물성은 확인되었으며, 자외선 열화에 대한 내구성도 약 1.5 ~ 8.5 배 우수한 결과값을 확인하였다. 이러한 연구결과를 바탕으로 셀룰로오스계 목재 추출물의 정제 기술 개발과 기능성 부여를 통한 접착강도, 항균성, 보존성 등에 대한 지속적인 연구가 이루어진다면 기존에 사용되어온 재료에 비해 성능이 개선된 목공예용 천연 접착제가 개발될 수 있을 것으로 기대한다.
본 연구에서는 합성수지 접착제를 대체하여 토기 유물에 활용할 수 있는 천연접착제를 개발하기 위해 옻과 아교를 배합하여 시료를 제조하였고 이에 대한 구조적 물리적 특성을 분석하였다. 구조분석 결과 옻에 배합하는 아교의 비율이 높아질수록 carbonyl (C=O), amine (N-H), aromatic (C=C) 결합이 증가하는 것을 확인하였다. 또한 제조한 천연접착제를 합성수지 접착제와 비교하였을 때 낮은 접착강도를 가진 Paraloid B-72부터 높은 접착강도의 Araldite rapid type에 상응하는 다양한 점도와 접착강도를 가지고 있음을 확인하였다. 이를 바탕으로 하여 향후 체계적이고 심화된 분석이 이루어 진다면 훼손된 토기 유물의 접착 및 복원을 위한 친환경 천연접착제의 실용화가 가능할 것으로 사료된다.
환경문제의 대두에 따라 포름알데히드를 방산하는 접착제를 대신할 수 있도록 로진을 이용한 천연접착제를 개발하고자 한다. 경화속도와 접착물성을 향상시키기 위해 건조제의 배합에 따라 천연접착제를 제조하였다. 건조제의 배합에 따른 경화속도와 접착물성을 Texture Analyzer를 이용하여 얻어진 tack값과 single lap shear test를 통해 얻어진 접착력을 기반으로 평가하였으며, 외국에서 사용되고 있는 AURO, BioFa, Livos의 식물계 천연접착제와의 성능을 비교 분석하였다. 최적의 배합비는 Co 0.7 part, Zr 1.0 part, Ca 0.5 part, Activ8 0.1 part를 첨가하였을 때이며, 이 때의 접착력은 $93.2{\pm}19.1N/cm^2$의 수준에 도달하였다.
최근 실내공간에서의 안전성을 확보하기 위해 유해물질의 방출이 없는 천연재료의 사용이 요구됨에 따라 음식재료인 마늘을 이용한 도배용 천연마늘접착제의 제조와 그 성능에 관하여 검토하였다. 마늘을 이용한 천연접착제는 생마늘을 물로 추출하여 탄수화물과 단백질을 분리 및 농축하는 방법에 의해 제조가 가능하였다. 제조한 천연마늘접착제의 접착성능은 불휘발분의 양에 의해 크게 영향 받았으며, 최적의 불휘발분은 60% 전후였다. 제조한 천연마늘 수지의 특성은 불휘발분 62%, 밀도 $1.3g/cm^3$, 점도 2,789 mPa s, pH 6.6이었다. 또한, 마늘 접착제의 접착성능은 KS의 기준을 크게 상회하였으며, 방부제의 첨가 없이도 마늘이 가지고 있는 항균성을 유지하고 있었으며, 특히 휘발성유기화합물과 폼알데하이드의 방산이 거의 없는 매우 안전한 천연접착제로서의 이용이 가능할 것으로 기대된다.
전통 접착 소재인 아교의 사용성과 해초 추출물 카라기난의 겔화 현상을 개선하기 위해 두 재료를 혼합하여 목재 보존용 액상형 접착제를 제조하였으며, 9종의 천연 및 합성 접착제와의 물성 비교를 통해 적용 가능성을 확인하였다. 제조한 목재 접착제는 15 wt% 아교 수용액과 λ-carrageenan, 항균제, 소포제 등을 혼합하였으며, 1.80 Mpa의 최대 접착 강도를 확인하였다. 비교 결과 5종의 전통 천연 접착 성분(수용액)과 Polyvinyl acetate 기반 접착제 1종보다 우수한 접착 강도가 나타났으며, 총호기성생성균수와 유해성(TVOC, HCHO, 중금속) 시험 결과 불검출로 항균성과 안정성을 확인하였다.
본 연구에서는 목공예품에 사용되는 천연 및 합성 접착제의 특성을 평가하고, 온습도 변화에 따른 접착제와 목재의 열화 양상을 비교하였다. 아교 1종, 폴리초산비닐계 접착제 3종, 에폭시계 접착제 1종와 느티나무 목재를 선정하여 물리적, 화학적 특성평가와 내후성, 건조속도 평가를 진행하였다. 접착제 특성평가를 통해 아교와 폴리초산비닐계 1종의 접착강도가 각각 6.54 N/㎟과 7.01 N/㎟으로 나타났으며, 아교는 pH 7.03, 폴리초산비닐계 접착제는 pH 3.32~3.59으로 접착제로써 사용가능한 범위인 것으로 확인되었다. 내후성 실험결과 에폭시계 접착제는 열화 후 접착강도 감소폭이 가장 높았다. 접착제에 대한 가역성 실험을 통해 에폭시를 제외하고 수용성용매인 NaOH에서 가역성이 높은 것으로 나왔으나 처리 시 목재에 변색이 나타날 수 있으므로 사용 시 주의가 필요하다.
휘발성 유기 화합물 기반의 접착제를 대체하고자 천연 재료에 대한 수요가 늘고 있지만, 제조 및 생산의 전 과정에서 휘발성 유기화합물 사용을 일절 배제할 경우, 제조의 곤란, 생산성 및 보존성의 저하 등의 단점이 나타났다. 본 연구에서는 해조류의 카라기난 성분을 이용해 천연바이오 접착제를 제조하고 종이 접착제로서의 가능성을 확인해보고자 하였다. 카라기난을 이용한 액상형 바이오 종이 접착제의 제조에서 carrageenan의 겔화는 접착제의 제조과정, 발림성, 균일성, 접착 강도의 문제를 나타내게 된다. 이를 위하여 추출된 전체 carrageenan 중에서 λ-carrageenan만을 분리하여 사용하였으며 이로 인하여 매우 안정된 종이 접착제의 제조가 가능하였다. 최종 조성은 λ-carrageenan 52.0 ± 1.0%, polyvinylpyrrolidone 30.5 ± 0.5%, ethylhexylglycerin 1.0 ± 0.05%, glycerin 1.5 ± 0.05%, dextrine 13.5 ± 0.5%, 식품용 소포제 FD330A 0.6 ± 0.05%의 조성이었다. 이들이 나타내는 점도는 1.13 ± 0.07 × 105 cPs (25℃), pH 6.22, 건조속도 15 min, △b* -10.79, △E*ab 8.18의 자외선 열화 결과를 나타내고 있었으며 44.63 kgf/cm2의 매우 우수한 접착 강도를 나타내고 있었다. 이 접착제는 TVOC, HCHO 및 중금속 모두에서 불검출 결과를 나타내었으며 총호기성생균수 측정과 ASTM G 21-15 시험법에 의하여 곰팡이 challenge test에서도 곰팡이에 대한 우수한 저항성 결과를 나타내고 있어서 접착제의 항속성에서도 우수한 결과를 나타내고 있는 것으로 보인다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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