한지의 제조에 있어서 부원료인 점질물은 초지시 매우 중요한 역할을 하는데 그 주된 역 할은 다음과 같다. 먼저 점질물은 섬유의 분산을 용이하게 하고 종이의 강도를 증가시키며, 양지와는 달리 박엽지의 제조가 편리하고, 종이의 경도를 증가시키며, 습지의 처리를 용이하 게 하며, 점성으로 인하여 섬유의 침전올 방지하고, 종이의 광택을 향상시키는 둥 매우 중요 한 역할을 한다. 그러나 한지 제조시 이러한 식물성 점제의 미묘한 작용은 현재 대다수의 한지 제조 공장에서 사용하고 있는 합성점제인 PAM이나 PEO 등의 합성 고분자 화합물에 서는 기대하기 어려운 작용이라 여겨진다. 이와 같은 사실에서 본 연구에서는 전통적인 천 연점질물인 황촉규근의 점질물과 합성점제인 PAM 및 우리 나라에서 전혀 사용되지 않고 있는 나무수국 내수피의 점질물을 이용하여 한지를 제조하고 이들 한지의 특성을 SEM 및 A AFM(Atomic Force Microscopy)를 이용하여 분석하였다. 먼저 각각의 점질물로 제조한 한지를 SEM으로 관찰한 결과 닥나무 인피섬유의 최외층에 투명막이 존재하는 사실을 발견할 수 있었다. 이러한 투명막은 닥나무나 뽕나무 인피섬유에 만 존재하고 삼지닥나무나 산닥나무 둥과 같은 기타 인피섬유에는 존재하지 않으므로 한지 의 원료 섬유의 식별에 매우 중요한 요소가 된다. 또한 이러한 투명막은 섬유간 결합을 증 대시켜 한지의 강도 발현에 기여한다고 사료된다. 천연점질물인 황촉규근과 나무수국 점 질물을 이용하여 제조한 한지를 SEM 및 SEM-EDXA를 이용하여 분석한 결과, 황촉규근 점질물로 제조한 한지에는 상당량의 전분입자가 폰재하고 있었으며 나무수국 점질물로 제 조한 한지에는 침상의 수산칼슐 결정이 상당량 존재하고 있는 사실을 발견하였다. 이러한 사실은 한지 제조시 사용된 점질물의 식별에 중요한 요소라 사료된다. 한지의 원료인 닥나무 인피펄프와 침엽수 미표백 크라프트 펄프를 AFM을 이용하여 분석 한 결과, 닥나무 인피펄프의 마이크로피브릴 폭은 5-10nm로 Sw-UKP의 마이크로피브릴 폭 lO-20nm보다 매우 가늘고, 치밀한 세포벽 구조를 하고 있었다. 닥나무 인피펄프의 이러 한 세포벽 구조 및 마이크로피브렬의 형태가 Sw-UKP보다 높은 섬유강도를 나타내는 원인 이라 사료된다. 각각의 점질물을 이용하여 제조한 한지의 섬유표면을 AFM을 이용하여 관 찰한 결과, 원료펄프의 표면관찰에서와는 달리 초지시 사용된 점질물이 섬유표면을 피복하 고 있어 명확한 형태의 마이크로피브렬을 관찰할 수 가 없었다. 따라서 점질물의 이러한 역 할이 한지의 강도 및 보존성 향상에 기여하리라 사료된다.
본 연구에서는 국산닥, 태국닥, 중국닥의 원료를 사용하여 펄핑, 표백, 고해, 초지, 건조의 방식을 변화시켜 총 3500 여장에 이르는 한지를 한지제조 전문가가 일정한 방법에 따라 제 조하였고 그 특정들을 조직적으로 검토하였다. 이러한 연구는 한지의 물성이 닥섬유의 처 리공정에 의해 어떻게 영향을 받는지 연구를 통계적으로 가능하게 하였다. 본 연구에서는 육재펄핑과 일광표백의 효과, 외발뜨기와 쌍발뜨기의 효과, 고해방식의 차이, 먹퍼집성에 대 해 결과들을 보이 고 있다. 육재 펄핑과 일광표백이 한지의 물성에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기로 하였다. 현 재는 많은 한지 업자들이 육재펄핑보다는 가성소다 펄핑 (그림에서는 약품펄핑으로 표기), 일광표백보다는 차아염소산 나트륨 (그림에서는 약품표백으로 표기)을 사용하는 것이 보통 이다. 육재펄핑과 일광표백을 실시한 한지는 열단장, 인열강도, 내절도를 약품펄핑이나 약 품표백보다 높이는 효과가 있음을 알 수 있었다. 하지만 약품을 사용하는 경우 리그닌의 용출이 더 수윌하므로 백색도는 약품을 사용하는 경우가 더 유리하였다. 국산닥의 경우 육 재펄핑과 일광표백을 한 경우 먹퍼짐성이 약품사용 한지보다 크지 않음을 볼 수 있었다. 한국의 전통적인 외발뜨기 초지방식은 일본의 쌍발뜨기 방식에 비해 많은 물리적 우수성 을 보이고 있다. 외발뜨기가 쌍발뜨기에 비해 열단장, 신장율, 인열지수 및 내절도 모두가 우수함을 잘 보이고 있다. 섬유의 성질과 관련하여 전체적으로 조명해 보면, 열단장, 인열 지수는 국산닥이 가장 높으며, 내절도는 태국닥이 우수하였고, 중국닥의 경우 모두 매우 불 량함을 알 수 있다. 이것은 아마도 처리중에 과도한 표백을 실시하지 아니하였는가 하는 의구심을 들게한다. 열단장과 신장율 역시 국산닥이 우수하였다. 글씨를 쓸 때, 붓이 나가 는 정도를 마찰게수로 짐작해 보았다. 동 마찰계수와 정 마찰계수는 국산닥이 낮은 편이였 다. 마찰계수가 낮다는 사실은 한지의 표면이 더 매끄럽다고 표현될 수 있는데, 역시 국산닥 으로 제조한 한지가 붓이 나가는데 유리하지 않을까 하는 추측을 할 수 있다. 본 실험결과 는 한지 사용자들의 느낌과 상관관계를 얻어내어서 확인해야 할 것이다. 닥방망이로의 고해나 칼비터에 의한 고해나 큰 물성적으로 큰 차이를 보이지는 않고 있 었다. 단지 섬유의 차이가 고해방식의 차이보다 월등히 크다는 사실을 보이고 있다 이러한 점은 섬유장의 길이에서도 볼 수 있다. 칼비터가 섬유를 절단하기만 하고 닥방망이 고해가 섬유장의 변화를 일으키지 않는다면 틀림없이 평균 섬유장의 차이가 생길것이다.
본 연구에서는 닥섬유 함량에 따른 한지의 핸드드립용 커피필터로서의 적용가능성을 평가하기 위해 한지를 제조하고 실험을 실시하였다. 백색도 측정결과 목재펄프에 따른 기존 필터지와 한지간에 차이가 있었으며, 닥섬유 함량이 증가할수록 백색도가 감소하는 경향을 보였다. 닥섬유 함량이 증가할수록 닥섬유 내 장섬유에 의한 표면의 불균일성이 높아졌으며, 두께 값은 증가하고, 밀도는 감소하였다. 또한 닥섬유 함량이 증가할수록 인장강도와 습인장강도, 파열강도와 내절도는 모두 증가하였다. 특히 닥섬유 함량이 30%(w/w) 이상인 한지의 경우 기존 필터지보다 우수한 강도 값을 보여주었다. 화상분석장치를 이용한 한지필터 표면분석을 통하여 장섬유와 단섬유가 적절히 분포되어 공극을 메운 것을 확인할 수 있었다. 모든 한지필터는 식품용 기구 및 용기·포장재로서 적합 판정을 받았다. 닥섬유의 함량이 10%(w/w)인 한지 필터의 경우 기존 필터지보다 강도 값이 상대적으로 낮은 것으로 나타내어 커피 추출량 비교에서는 제외되었다. 동일한 드리퍼를 이용하여 같은 방법으로 추출한 커피의 추출수율은 유의적으로 차이가 없음을 확인하였다. 본 연구를 통해 닥섬유 함유량이 30%(w/w) 이상인 한지를 이용하여 커피를 추출했을 때, 시판 필터지와 유사한 강도와 추출속도를 가지는 것을 확인하였다. 추가적으로 한지필터를 이용하여 추출한 커피의 향미 평가를 통하여 닥섬유가 커피필터에 미치는 영향에 대한 연구가 필요할 것으로 보인다.
인류문명과 같이 시작한 천연염색은 생산량의 한정 염색물의 견뢰도 불량, 염색시 얼룩생성의 용이 등의 문제점으로 인해 화학염료가 발명되면서 점차 쇠퇴되었다. 그러나 천연염료로 염색한 염색물은 합성염료로 염색한 염색물에 비하여 그 색상이 자여스럽고 우아하며, 염색재료 대부분 한약재인 것이 많아 약리 효과를 갖는것이 많고, 최근 대두되고 있는 공해문제 해소에도 많은 장점을 가지고 있어 이에 대한관심이 점차 높아지고 있다. 일반적으로 동물성 섬유(견, 모)는 단백질 섬유로서 매여제를 쓰지 않고도 염색이 잘되는 편이지만, 식물성 섬유인 면, 마 등은 섬유소이므로 색소의 흡착이 불량하여 염색보조제로 전처리 한 다음, 주매염제를 처리해야 좋은 결과를 얻을 수 있다ㅣ. 식물성 섬유의 일종인 인피섬유로 이루어진 한지의 천연염색 효과 향상을 위해 염색 보조제로 전처리 한 것과 무처리 한지의 염색특성을 구명하기 위해 본 실험을 실시하였다.
본 연구의 목적은 수분이 함유된 한지의 수분을 에탄올, 메탄올, 펜탄 등과 같은 비극성물질로 치환하여 한지 여과지를 만드는데 있다. 실험은 적정 비극성물질의 선택 및 적정 건조방법 그리고 제조된 한지여과지의 물리화학적 특성을 알아보기 위하여 수행되었다. 한지 종이필터를 제조하기 위하여 한지에 함유된 수분을 치환하기 위한 최적 물질은 에탄올이었으며 적정한 건조방법은 냉동 후 진공에 의해 수분을 건조하는 냉동건조방법이었다. 냉동건조에 의해 제조된 필터의 겉보기 밀도는 0.11-0.13 g/mL 으로 자연건조방법의 절반 이었으며 공극율은 약 90%로서 다공성을 나타내었다. 전자현미경 관찰결과 자연건조 및 열건조에 의해 제조된 여과지의 섬유는 섬유끼리 매우 가깝게 밀착되어 있었으나 냉동건조에 의해 제조된 섬유는 섬유간에 간격이 이격되어 있었다. 제조된 여과지의 압력손실은 자연건조 및 열건조 여과지보다 냉동건조에 의해 제조된 한지가 매우 낮았으며 BTEX제거효율은 한지의 수분을 비극성 물질에 의해 치환한 것보다 자연건조시킨 한지가 우수하였다.
일반적으로 동물성 섬유(견, 모)는 단백질 섬유로서 매염제를 쓰지 않고도 염색이 잘되는 편이지만, 식물성 섬유인 면, 마 등은 섬유소이므로 색소의 흡착이 불량하여 염색성이 우수한 염색 보조제로 전처리 한 다음, 주매염제를 처리해야 좋은 결과를 얻을 수 있다. 식물성 섬유의 일종인 인피섬유로 이루어진 한지의 천연염색 효과 향상을 위해 염색 보조제로 콩즙, 탈지분유 및 키토산을 한지에 전처리를 한 다음, 황벽나무 수피, 찔레나무 지엽, 꼭두서니 및 자초 뿌리로부터 염료를 추출하고 $Al_2(SO_4)_3$와 $Fe(OH)(CH_3COO)_2$를 매염제로 사용하여 염색한 한지의 염색특성과 견뢰도를 분석하였다. 천연염색 한지의 색상 및 색차 분석결과 염색 보조제를 사용한 것이 모든 염료에서 무처리 시료보다 염색이 양호하였으며, 사용한 염색 보조제 중에서는 콩즙으로 전처리한 시료가 가장 우수한 염색 효과를 나타내었다. 촉진노화 시험을 통한 천연염색 한지의 견뢰도를 분석한 결과 자초가 가장 불량한 것으로 나타났으며, 꼭두서니가 비교적 우수한 것으로 나타났다.
본 연구에서는 닥나무 인피섬유와 이를 이용하여 제조한 한지의 FT-NIR및 FT-MIR 스펙트럼 데이터를 각각PLS-DA에 적용하여 닥나무 인피섬유 및 한지의 원산지 판별 모델을 개발하고자 하였다. 본 연구를 위하여 서로 다른 원산지의 국내산 닥나무 인피섬유 10점을 채취하여 한지로 제조하였다. 상기시료의 FT-NIR 및 FT-IR 스펙트럼 데이터는 데이터 전처리 과정을 거쳐 PLS-DA를 수행하였다. 모델링 결과, 닥나무 인피섬유와 한지의 NIR 스펙트럼 데이터가 판별모델의 교차 검증결과 및 성능평가(정확도, 민감도, 특이도)에서 모두 100 %로 MIR 스펙트럼 데이터보다 우수한 판별 성능을 나타냈다. 또한 지역별로 4 개의 그룹을 형성하는 것을 확인 할 수 있었으며, 닥나무 인피섬유와 한지의 원산지 판별 모델 간 score 형태가 유사하게 나타내는 것을 확인하였다.
안개나무 목질부의 열수추출물을 사용하여 한지를 염색하였다. 안개나무 목질부의 추출물을 동결건조하여 만든 염료 분말을 사용하여 제조한 0.0002%(wt) 농도의 염액은 198 nm에서 0.39의 흡광도를 278 nm 에서 0.10의 흡광도를 가지는 자외가시광선 흡수 피크를 나타내었으며 무매염으로도 한지에 염색이 잘 되었다. 염색된 한지는 황색 계열의 색을 나타내었으며, 명반 매염을 하면 $a^*$ 값과 $b^*$ 값이 동시에 증가하여 주황색을 띠는 것을 알 수 있고, 초산동 매염을 하면 $a^*$ 값이 증가하지만 $b^*$ 값이 감소하여 적색을 좀 더 많이 띠게 되었다. 염화철 매염을 하면 $b^*$ 값만 크게 감소하여 녹색계열의 색을 나타내었다. 닥섬유에 염색시 온도가 증가함에 따라서 염착량은 감소하는 경향을 보였고, 양이온화 섬유를 사용하면 염착량이 크게 향상되나, $a^*$값이 더 크게 증가하여 색상이 적황색으로 변하였다. 표면 전하밀도와 염착량은 정비례의 관계를 나타내었으며, 양이온화 정도가 높아질수록 제조한 색한지의 광견뢰도는 악화되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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