Despite the ubiquity of electronic media, paper is still the most generally readable carrier of information. Because paper materials are deteriorated by chemical, biological and physical factors over time, there have been major concerns about the decay of large collections of books, publications, old maps, historical artifacts, and written records. Therefore, manufacture of permanent paper has been a highly debated issue in paper conservation research. Through the use of permanent paper, our new records, journals, library books, art works, and all culturally and historically important documents can be preserved. In this study, handsheets were made of mixture of hemp bast fiber produced by soda pulping and HwBKP varying the amount of hemp. Physical, mechanical and optical properties of each handsheet were examined. As the ratio of hemp bast fiber increased, mechanical properties were improved significantly, but opacity decreased. After aging, the optical properties of the handsheets mixed with the hemp bast fiber more decreased than those of the non-mixed handsheet. The more mixture ratio of hemp bast fiber increased, the more decreasing rate of optical properties increased. As a result, it was confirmed that hemp bast fiber is a very promising resource for the manufacturing of permanent paper.
To conserve wood resources for papermaking, chemical compositions of the hemp (Cannabis sativa L.) bast fiber cultivated in Korea such as holocellulose, ${\alpha}$-cellulose, lignin, alcohol-benzene extractives, hot and cold water extractives, and ash contents were investigated to manufacture the specialty packaging paper effectively. Significantly very low klason lignin content of 3.3% was accomplished by removing of the outer shell of bark. Laboratory soda pulping method which is very useful for the nonwood fiber was adapted, and it was found that there was no significant difference in both kappa number and H-factor between 25% and 30% NaOH charge. Hemp pulp cooked with the laboratory digester in 25% NaOH at $170^{\circ}C$ were mixed together with the wood pulp(NBKP:LBKP=1:1) in order to find the optimum mixture ratio which exhibited acceptable paper strength properties such as tensile index, burst index, and tear strength. When 10% of hemp soda pulps was mixed with 90% of wood pulps comprised of SwBKP and HwBKP (1:1), all physical strength increased significantly. The physical strength decreased as the amount of hemp pulp increased because the cell wall of bast fiber is very thick which causes low conformability and low fiber-fiber bonding. These results showed that paper made of hemp-wood pulp can be used for the specialty packaging paper which requires both the characteristic surface properties and the high physical strength of hemp fiber.
Hemp bast pulp cooked at temperature below $100^{\circ}C$ followed by defibration by the knife and the valley beater, respectively was mixed with softwood pulp varying the amount of hemp pulp in order to find the optimum condition for making hemp-wood paper. Both the knife and the valley beaters contributed to the dispersion of pulp fiber well. Lots of shives were found when the knife beater was applied exclusively, but the fibers were dispersed well when freeness dropped to 600 mL CSF and 500 mL CSF by the valley beater. Air resistance decreased drastically below 500 mL CSF where rapid disrupture of pulp fiber occurred. As the values for freeness and hemp fiber content increased, so did roughness and bulk. It was apparent that the tear strength of hemp-wood paper was on the rise drastically as hemp fiber content increased. Nevertheless the optimum hemp fiber content of hemp-wood paper would be 20% considering the decrease in both tensile and burst strengths as well as sheet formation.
In this study, the effects of chlorine dioxide (D) bleaching conditions on the delignification of hemp bast fiber were elucidated. Chlorine dioxide bleaching was carried out through three stages (DED) and five stages (DEDED), respectively. Applied amounts of chlorine dioxide at $D_1$ and $D_2$ stages were varied to find the optimum bleaching condition. It was found that the optical properties of its handsheet as well as the delignification of hemp bast fiber increased as the concentration of chlorine dioxide at $D_1$ stage increased. It was also notable that the bleachability of the DEDED bleaching stages was slightly more effective than that of the DED bleaching stages. The burst index of the handsheets made with bleached hemp bast fiber was higher than that of the unbleached samples, but the burst index of these samples decreased as their delignification increased. These results indicated that the higher concentration of chlorine dioxide at $D_1$ stage was major factor to improve the bleaching efficiency of hemp bast fiber.
Fiber fineness characteristics are important for yarn production and quality. In this paper, degummed bast fibers such as hemp, flax and ramie have been examined with the Optical Fiber Diameter Analyzer (OFDA100 and OFDA2000) systems for fiber fineness, in comparison with the conventional image analysis and the Wira airflow tester. The correlation between the results from these measurements was analysed. The results indicate that there is a significant linear co-relation between the fiber fineness measurement results obtained from those different systems. In addition, the mean fiber width and its coefficient of variation obtained from the OFDA100 system are smaller than those obtained from the OFDA2000 system, due to the difference in sample preparation methods. The OFDA2000 system can also measure the fiber fineness profile along the bast fiber plants, which can be useful for plant breeding.
Morphological characteristics of hemp fiber were investigated using a light microscope in order to provide fundamental data for the use of hemp as a papermaking law material. Phloem of hemp is composed of cortical parenchyma cells and bast fiber with thick walls while xylem is composed of vessel, wood fiber and ray parenchyma cells. Also there are solitary pore and radial pore multiple which exist in diffuse porous pattern. Ray cells consist of uniseriate rays and thin walled ray parenchyma cells. Wood fibers are composed of three types: a large diameter fiber with longer length; a large diameter fiber with shorter length; a small diameter fiber with medium length. Vessel elements are composed of: a medium length one; a longer length one; the one whose both end walls have ligules or tails. Parenchyma cells in xylem and pit parenchyma cells have completely different size and shape. For bast fiber, the average length is about 4.4 mm and the width is about $30.5\;{\mu}m$; for vessel element, $600.0\;{\mu}m$ in length and $493.6\;{\mu}m$ in width; for wood fiber, $1000\;{\mu}m$ and $38.9\;{\mu}m$; for parenchyma cell, $50\;{\mu}m$ and $26.4\;{\mu}m$.
Chemical composition and enzymatic saccharification characteristics of hemp woody core were investigated by their chemical composition analysis and enzymatic saccharification with commercially available cellulases (Celluclast 1.5L and Novozym 342). Hemp woody core have higher xylan and lower lignin contents than its bast fiber. Based on hemicelluloses and lignin composition, hemp woody core is similar with hardwood biomass. However, cellulose was more easily converted to glucose than xylan to xylose and this trend was confirmed both hemp woody core and yellow poplar. Hemp woody core biomass shows higher saccharification than yellow poplar (hardwood biomass) based on cellulose and xylan hydrolysis. With easier enzymatic saccharification in cellulose and xylan, and similar chemical composition, hemp woody core have better biorefinery feedstock characteristics than hardwood biomass.
The new alkali pulping process combined with electron beam treatment was applied to utilize hemp bast tissues as a new valuable fibrous resource. Hemp bast tissues have some chemical properties with high lignin contents and holocellulose not to be defiberized by alkali pulping only, compared with the bast tissue of paper mulberry. To make up for the weakness of traditional alkali pulping process, electron beams were directly irradiated into the swelled bast tissue of hemp in NaOH solution and distilled water, and then facilitated the defiberization of hemp bast tissues. The papermaking from hemp bast fibers manufactured by the combination pulping process showed good apparent density, formation structure and air permeability, and had some mechanical properties with lower tensile, tear, burst strength and folding endurance. It is finally concluded that the combination pulping process with electron beam treatment could be suggested a new alternative for non-woody fibers.
Because of acute or chronic intoxication by carbon disulfide, viscose rayon industry is strictly subjected to environment regulatory approval. Recently, non-wood fibers are frequently considered as a raw materials for the manufacture of specialty paper for the higher physical strength and functionality. Among the non-wood fibers, hemp bast fiber is one of the most widely used materials in viscose rayon yarn industries. In this study, the handsheet for manufacturing the viscose rayon yarn was prepared with wood pulp fibers and hemp bast fibers. The proper mixing ratio of wood fibers and hemp bast fibers with dry-strength agent and nano-celluloses was analysed in terms of physical and mechanical strength of sheet for viscose rayon yarn. The papermaking conditions for high mechanical strength of sheet were obtained by mixing the SwBKP and HwBKP fibers with freeness level of 200 mL CSF. The dual polymer system by controlling the addition ratio of PVAm and anionic PAM was also important. The addition of nano-cellulose into wet-end furnishes increased the physical strength of sheet, and improved the paper structure for the production of viscose rayon yarn.
제섬(製纖)이란 원료에서 섬유를 갈라내거나 뽑아내는 일로 식물의 섬유질을 추출하는 과정을 일컫는다. 용어의 정의에서 알 수 있듯이 제섬은 식물 재료에 행해지는 1차 재료 가공 기술로 인피 섬유가 발달한 식물에 행해진다. 대표적인 인피식물로는 모시풀(苧麻), 삼(大麻), 아마(亞麻), 닥나무(楮) 등이 있는데 그 중 삼은 재배의 역사가 길고 분포 지역도 광범위하여 인류의 생활과 문화의 재료로서 매우 보편적이고 일반화된 식물이다. 본 연구는 『오주연문장전산고』에 기술되어 있으나 현재 국내에서 전승되고 있지 않은 자연건조쇄경식 제섬 기술을 재현 실험하여 기술의 이행 가능성과 특징을 살펴보고자 하였다. 문헌에 기록된 방식으로 인피를 채취하고 실험한 결과, 실제로 삼 섬유를 얻을 수 있었다. 삼 줄기에서 속대와 껍질을 분리하기 위한 요인은 변색으로 확인할 수 있는 건조의 정도였으며, 완전히 누렇게 변색된 면적에 한해서 속대와 껍질을 분리할 수 있었다. 일조량과 기온은 건조를 보다 가속시키는 조건이었다. 다만 오랜 시간 동안 노출되기만 한다면 일조량과 기온에 상관없이 인피를 채취하기에 적합한 상태가 되는 것으로 확인되었다. 도리깨질의 물리적 힘을 이용하는 자연건조쇄경식은 함경도 육진 지역 제섬 기술의 핵심 공정으로 여겨진다. 삼의 껍질과 속대는 두드릴수록 분리되었고, 인피는 가늘게 쪼개지며 외피는 벗겨져 실로 채취하기에 적합한 상태가 되었다. 물리적인 힘을 가하여 섬유를 채취하는 방식은 섬유에 잔털이 피는 현상을 유발하는 탓에 인피섬유직물인 삼베나 모시제작에서는 일반적으로 지양되었다. 그러나 함경도 육진의 제섬법은 이 원리를 역이용하여 섬세한 직물을 만드는 방식에 적용시킨 것으로 보인다. 이러한 방식은 현재 우리나라 안동 지역에서 확인되는 증열식 피마 제섬법과는 구분되며, 삼을 방적하여 직물을 제작하는 서양의 사례와 유사함을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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