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문제 정의
- 본 연구는 뽕나무에 대한 기초적인 자료와 인피부 및 전 간부 펄 프로 초지한 한지의 특성을 분석하기 위해서 실행되었다. 한지의 물리적, 광학적, 기계적인 특성을 분석하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 본 연구에서는 한지 제조를 위한 대용섬유자원으로 사용한 2계통의 뽕나무에 대한 해부학적 성질 및 화학적 조성분을 조사하고, 펄프화방법이 인피부 및 전 간부로부터 제조한 한지의 물성에 미치는 영향을 구명코자 하였다.
제안 방법
- I Meter (Model MKU)를 사용하여 측정하였다. 광학적 성질로서 백색도는 TAPPI T452 om-92에 의거, 강도적 성질로서 파열강도는 TAPPI T220 om-88 및 T403 om-91, 인열강도는 TAPPI T220 om-88 및 T414 om-88, 인장강도는 TAPPI T220 om-88 및 T494 om-88, 내절도는 TAPPI T220 om-88 및 T511 om-88에 의거하여 측정하였다.
- 다른 펄프화법으로 제조된 인 피부 및 전 간부 펄프를 장당 18.75 g 에 해당하는 지료를 0.03%의 polyacrylamide(PAM: 분자량 수백만, 중림상사)용액 5 £ 에 넣고 고르게 분산되도록 교반하여 특수 제작한 한지초지기로 초지하였으며, 초지용발 은 화선지 제조용(발 규격 97x66.7 cm)을 사용하였다. 초지된 습지는 스테인레스 스틸판에 종이면 이 안쪽, 면포가 바깥쪽을 향하도록 붙이고 실온에서 약 6시간 자연탈수 및 건조를 행한 다음, 60℃로 조절된 열풍항온 건조기에서 2시간 건조하였다.
- 두 품종의 인피부 펄프와 전 간부 펄 프로 초지한 한지의 강도적 특성을 측정하여 지료 조성에 따른 한지의 강도적 특성을 분석하였다. 백상계 및 노상계 한지의 파열지수, 인열지수, 열단장, 인장에너지 흡수내 절도를 Table 4 및 Table 5에 각각 나타냈다.
- 백상계(M a)와 노상계(M Ihou), 두뽕나무 품종의 인피부와 전 간부를 각각 알칼리, 알칼리-과산화수소, 설포메틸화법으로 펄프화하였다. 수율, Kappa No.
- (3%)를 첨가한 증해 약액을 사용⑹ 150t 및 17 0℃에서 소정시간증해하였다. 설포메틸화 펄프화법 증해 약액(1 M Na2SO3에 0.3 M 카르보닐 화합물을 첨가)을 사용하여19) 액비 1:6으로 170℃ 및 1&TC에서 소정시간증해하였다. 증해가 끝난 펄프를 해리기를 이용하여 해리 후 세척한 후 105℃의 항온 건조기에서 소정시간 건조하여 전수율을 구하였다.
- 수고에 대하여 근원부, 중앙부, 상부의 3부위로 부터 시료를 채취, Schurz용액 (KC1O3:HNO3:H2O =1:2:1)에 침지, 해섬하고, safranin으로 염색한 후 Measuring microscope를 이용섬유장, 섬유폭 및 내강폭을 측정하였다.
- 증해 약액으로 알칼리법(NaOH사용, 인피섬유: 활성알칼리농도 18%, 액비1:7, 전 간부:활성알칼 리 농도 20%, 액비를 사용, 알칼리-과산화수소법 (인피섬유: 활성알칼리농도 18%, 액비1:7, 전 간부:활성알칼리 농도 20%, 액비1:6)에 H2O2 (3%)를 첨가한 증해 약액을 사용⑹ 150t 및 17 0℃에서 소정시간증해하였다. 설포메틸화 펄프화법 증해 약액(1 M Na2SO3에 0.
- 3 M 카르보닐 화합물을 첨가)을 사용하여19) 액비 1:6으로 170℃ 및 1&TC에서 소정시간증해하였다. 증해가 끝난 펄프를 해리기를 이용하여 해리 후 세척한 후 105℃의 항온 건조기에서 소정시간 건조하여 전수율을 구하였다. 펄프의 리그닌 함량은 TAPPI T236 cm-85에 의거하여 Kappa No.
- 초지된 습지는 스테인레스 스틸판에 종이면 이 안쪽, 면포가 바깥쪽을 향하도록 붙이고 실온에서 약 6시간 자연탈수 및 건조를 행한 다음, 60℃로 조절된 열풍항온 건조기에서 2시간 건조하였다. 초지한 한지는 TAPPI T402 om-88에 의거 관계 습 도 50.0±2.0%, 온도 23.0±1.0℃ 에서 24시간 조습 처리 하였다.
- 본 연구는 뽕나무에 대한 기초적인 자료와 인피부 및 전 간부 펄 프로 초지한 한지의 특성을 분석하기 위해서 실행되었다. 한지의 물리적, 광학적, 기계적인 특성을 분석하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 한지의 특성으로서 평량, 두께 및 밀도는 TAPPI T220 om-88, T410 om-88 및 T411 om-89에 의거하여, 시이트의 formatione Noram사의 REED N.U.I Meter (Model MKU)를 사용하여 측정하였다. 광학적 성질로서 백색도는 TAPPI T452 om-92에 의거, 강도적 성질로서 파열강도는 TAPPI T220 om-88 및 T403 om-91, 인열강도는 TAPPI T220 om-88 및 T414 om-88, 인장강도는 TAPPI T220 om-88 및 T494 om-88, 내절도는 TAPPI T220 om-88 및 T511 om-88에 의거하여 측정하였다.
대상 데이터
- 국내에서 가장 많이 재배 중인 품종으로서 백상계 (Morus alba Linne)는 개량 뽕, 노상계 (Ikforus Ihou Koidz)는 대륙뽕을 5월 초순에 채취하여 전 간 부는 음건하고, 인피부는 목질부와 분리한 다음, 음건하여 공시하였다. 인피부는 4~5 cm 길이로 절단하고, 전 간부는 칩으로 제조하여 펄프 제조용 시료로 하였다.
성능/효과
- 1.인 피부 펄프화의 경우 알칼리법 및 알칼리-과산화수소법은 150℃, 60&, 설포메틸 화법은 170℃, 60분으로, 전 간부 펄프화의 경우 알칼리법 및 알칼리-과산화수소법은 170℃, 60분, 설포메틸 화법은 180℃, 240분 처리로 95% 이상의 높은 탈리그닌율을 나타냈으며 전 간부 펄프의 수율이 인피부 펄프의 수율보다 높았다.
- 2.두 품종 모두 전간부펄 프로 초지한 한지가 인 피부펄 프로 초지한 한 지보다 백색도와 불투명도가 높게 나타났다. 설포메틸 화법에 의한 전간부펄 프로 초지한 한지의 백색도는 62~63%로 다른 펄프화법에 비해 상당히 높게 나타났다.
- 3.기계적 강도 특성은 두 품종 모두 인피부펄 프 로 초지한 한지가 전간부펄 프로 초지한 한 지보다 전반적으로 높게 나타났다. 펄프화법별로는 설포 메 틸화법에 의한 인피부펄 프로 초지한 한지는 다른 펄프화법에 비해 다소 강도 특성이 낮게 나타났고, 전간부펄 프로 초지한 한지는 다소 높게 나타났다.
- 백상계 및 노상계인 피부 섬유의 해부학적 특성을 Table 2에 나타내었다. 노상계의 인피섬유는 백상계 인피섬유보다 길이가 1.5 mm, 섬유폭은 1.2 mm 내강폭은 0.7 ㎛ 정도 더 큰 것으로 나타났다. 백상계 및 노상계인 피섬유의 SEM 사진 측정 결과, 인피섬유의 특징인 투명막(transparent membrane) 이 관찰되었다.
- 67 J/H로 나타났다. 두 품종 모두 상대적으로 인피섬유를 많이 함유하고 있는 인피부 펄프로 초지한 한지가 전 간부 펄프로 초지한 한지보다 높은 값을 나타냈으며, 전 간부 펄 프로 초지한 한지의 경우 설포 메틸화법으로 초지한 한지가 가장 높은 값을 나타냈으며, 알칼리-과산화수소법, 알칼리법으로 순으로 감소하였다.
- 06 kPa・m7g으로 나타났다. 두 품종 모두 인 피부 펄 프로 초지한 한지가 전간부 펄프로 초지 한 한지보다 높은 파열지수를 나타냈는데, 그 이유는 전 간부 펄프에는 장섬유인인피섬유의 양이 30% 정도로 적고 상대적으로 단섬유가 70% 정도로 많이 있기 때문이라 사료된다. 펄프화법별로는 인피부 펄프로 초지한 한지의 경우 설포 메틸 화법이 다른 펄프화법에 비해 낮은 값을 나타냈고, 전 간부 펄 프로 초지한 한지의 경우 설포 메틸화법이 다른 펄프화법에 비해 낮은 값을 나타냈고, 전간부 펄프로 초지한 한지의 경우 설포메틸화법이 다른 펄프화법에 비해 높은 값을 나타냈다.
- 3%로 나타났다. 두 품종 모두 전 간부 펄 프로 초지한 한지의 백색도가 인 피부 펄프로 초지한 한지보다 다소 높은 값을 나타냈고, 펄프 화법별로는 설포메틸 화법이 알칼리법, 알 칼리-과산화수소법보다 높은 값을 나타냈다. 알칼 리법과 알칼리-과산화수소법으로 초지한 한지는 알칼리에 의한 quinone methide 구조가 많이 형성되어 섬유의 착색으로 백색도가 낮게 나타났으며, 설포 메틸법은 펄프화 과정에서 서서히 알칼리가 생성되고 소비되므로 착색 구조의 발생이 적고 sulfite 이온의 표백 작용 등으로 인하여 제조된 한지의 백색도가 높게 나타났다.
- 탈리그닌은 세 가지 펄프화법 모두 95% 이상으로 우수하였다. 두 품종 모두 전 간부 펄프의 수율이 인피부 펄프의 수율보다 다소 높게 나타났다.
- 일반적으로 불투명도는 평량 및 충전제의 양이 증가할수록 증가하며, 고해, 습압, 밀도가 증가하면 감소한다. 또한 불투명도는 섬유장의 영향은 거의 받지 않으나 미세섬유 및 섬유의 직경에 영향을 받는데, 섬유의 크기가 감소할수록 불투명도는 증가하고 표백펄프보다는 미표백펄프의 불투명도가 높다.”'
- 7 ㎛ 정도 더 큰 것으로 나타났다. 백상계 및 노상계인 피섬유의 SEM 사진 측정 결과, 인피섬유의 특징인 투명막(transparent membrane) 이 관찰되었다.
- 두 품종 모두 전간부펄 프로 초지한 한지가 인 피부펄 프로 초지한 한 지보다 백색도와 불투명도가 높게 나타났다. 설포메틸 화법에 의한 전간부펄 프로 초지한 한지의 백색도는 62~63%로 다른 펄프화법에 비해 상당히 높게 나타났다. 펄프화법 간의 불투명도의 차이는 미미하였다.
- 인피부 펄프화의 경우 알칼리법 및 알칼리-과산화수소법은 150℃, 60분 설포메틸 화법은 170℃, 60분 처리로 모두 해섬이 용이하였다. 수율은 설포 메틸 화법이 다른 펄프화법보다 다소 높았고, 탈리그닌은 92~96%로 세 가지 펄프화법에서 거의 동등한 탈리그닌을 나타냈다. 전 간부 펄프화의 경우 알칼리법 및 알칼리-과산화수소법은 170℃, 60분, 설포 메틸 화법은 180℃, 240분 처리로 모두 해섬이 용이하였다.
- 두 품종 모두 전 간부 펄 프로 초지한 한지의 백색도가 인 피부 펄프로 초지한 한지보다 다소 높은 값을 나타냈고, 펄프 화법별로는 설포메틸 화법이 알칼리법, 알 칼리-과산화수소법보다 높은 값을 나타냈다. 알칼 리법과 알칼리-과산화수소법으로 초지한 한지는 알칼리에 의한 quinone methide 구조가 많이 형성되어 섬유의 착색으로 백색도가 낮게 나타났으며, 설포 메틸법은 펄프화 과정에서 서서히 알칼리가 생성되고 소비되므로 착색 구조의 발생이 적고 sulfite 이온의 표백 작용 등으로 인하여 제조된 한지의 백색도가 높게 나타났다. 특히 설포메틸화법으로 전 간부 펄프를 초지한 한지의 경우, 높은 백색도를 요구하는 제품을 제외하고는 표백을 하지 않아도 이용이 가능할 정도로 백색도가 높았다.
- 종이의 파열강도는 섬유장과 섬유 간 결합이 깊이 관여하는 강도로서 섬유장이 길고 질긴 원질로부터는 밀도가 낮고 파열강도가 높은 종이가 제조되고, 섬유장이 짧고 잘 수화된 원질로부터는 밀도가 높고 파열강도 또한 높은 종이가 제조된다 5° Fig. 5는 백상계 및 노상계한지의 파열지수를 나타낸 것으로서, 백상계의 파열지수는 인피부 펄프로 초지한 한지가 1.21 ~2.25 kPa-m7g, 전 간부 펄프로 초지한 한지가 0.38-1.43 kPa・m7g으로 나타났 다. 노상계의 파열지수는 인피부 펄프로 초지한 한지가 1.
- 수율은 설포 메틸 화법이 다소 낮았는데 이는 다른 방법보다 펄프화 조건이 심하여 과도한 증해가 일어났기 때문이라고 사료된다. 탈리그닌은 세 가지 펄프화법 모두 95% 이상으로 우수하였다. 두 품종 모두 전 간부 펄프의 수율이 인피부 펄프의 수율보다 다소 높게 나타났다.
- 알칼 리법과 알칼리-과산화수소법으로 초지한 한지는 알칼리에 의한 quinone methide 구조가 많이 형성되어 섬유의 착색으로 백색도가 낮게 나타났으며, 설포 메틸법은 펄프화 과정에서 서서히 알칼리가 생성되고 소비되므로 착색 구조의 발생이 적고 sulfite 이온의 표백 작용 등으로 인하여 제조된 한지의 백색도가 높게 나타났다. 특히 설포메틸화법으로 전 간부 펄프를 초지한 한지의 경우, 높은 백색도를 요구하는 제품을 제외하고는 표백을 하지 않아도 이용이 가능할 정도로 백색도가 높았다.
- 두 품종 모두 전 간 부 펄프로 초지한 한지의 내절도가 낮은 것은 인피섬유에 비해서 섬유벽이 얇고, 길이가 짧은 목질부섬유가 다량으로 포함되어 있기 때문으로 사료된다. 펄프화법별로 두 품종 모두 인 피부 펄프로 초지 한 한지의 경우 설포 메틸화법이 다른 펄프화법에 비해 다소 낮은 값을 나타냈고, 전 간부 펄프로 초지 한 한지의 경우 설포 메틸화법이 다른 펄프화법보다 다소 높은 값은 나타내고 있다.
- 열단장이 낮은 이유는 한지의 제조시 습압(wet press) 이 제대로 일어나지 못하여 지층의 형성(consolidation)을 향상시키지 못해 밀도 및 강도의 증가를 도모하지 못했기 때문이라 사료된다. 펄프화법별로 두 품종 모두 인 피부 펄프로 초지한 한지 의 경우, 설포메틸 화법이 다른 펄프화법에 비해 다소 낮은 값을 나타냈고, 전 간부 펄프로 초지한 한지 의 경우 설포 메틸화법이 다른 펄프화법보다 높은 값을 나타내고 있다.
- 기계적 강도 특성은 두 품종 모두 인피부펄 프 로 초지한 한지가 전간부펄 프로 초지한 한 지보다 전반적으로 높게 나타났다. 펄프화법별로는 설포 메 틸화법에 의한 인피부펄 프로 초지한 한지는 다른 펄프화법에 비해 다소 강도 특성이 낮게 나타났고, 전간부펄 프로 초지한 한지는 다소 높게 나타났다.
- 두 품종 모두 인 피부 펄 프로 초지한 한지가 전간부 펄프로 초지한 한지보다 높은 값을 나타내는데, 이와 같은 이유는 전 간부 펄프에는 인피섬유가 상대적으로 적은 양을 가지고 있기 때문인 것으로 사료된다. 펄프화법별로는 인피부 펄프 로 초지한 한지의 경우 알칼리법이 다른 펄프화법보다 높은 값을 나타냈고, 전간부 펄프로 초지한 한 지의 경우 펄프화법 간의 차이는 미미하였다.
- 두 품종 모두 인 피부 펄 프로 초지한 한지가 전간부 펄프로 초지 한 한지보다 높은 파열지수를 나타냈는데, 그 이유는 전 간부 펄프에는 장섬유인인피섬유의 양이 30% 정도로 적고 상대적으로 단섬유가 70% 정도로 많이 있기 때문이라 사료된다. 펄프화법별로는 인피부 펄프로 초지한 한지의 경우 설포 메틸 화법이 다른 펄프화법에 비해 낮은 값을 나타냈고, 전 간부 펄 프로 초지한 한지의 경우 설포 메틸화법이 다른 펄프화법에 비해 낮은 값을 나타냈고, 전간부 펄프로 초지한 한지의 경우 설포메틸화법이 다른 펄프화법에 비해 높은 값을 나타냈다.
후속연구
- 따라서 우수한 섬유자원임 에도 불구하고 현재 거의 이용되지 못하고 폐기되고 있는 양잠의 부산물인 뽕나무 자원을 이용하여 부가가치가 높은 공산품을 개발함으로써 잠업농가 의 새로운 소득원 개발 및 양잠업의 활성화를 가져 올 수 있다. 나아가서 뽕나무 줄기의 인피섬유뿐만 아니라 줄기 전체를 그간의 발달된 펄프 제조 기술 4-7)을 이용하여 새로운 한지 제조용 원료로서 개발함은 부족한 펄프 원자재의 수입 대체는 물론, 국내 부존자원 및 잠업부산물 이 용의 극대화라는 측면에서 효과를 기대할 수 있어 그 개발의 의의는 매우 크다고 할 수 있다.
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