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문제 정의
- 본 연구에서는 역사적으로 많이 사용되어 왔으나 섬유를 얻는 과정에 대한 연구가 미흡하기에 우리나라에 자생하는 섬유 식물 가운데 어저귀, 칡, 닥, 실유카, 신서란마, 옥수수의 식물에서 섬유를 채취하고 레팅을 한 후 각 섬유들의 물리적인 특성을 살펴보았다. 그 결과는 다음과 같다.
- 본 연구에서는 이와 같이 역사적으로 많이 사용되 었으나 섬유를 얻는 과정에 대한 연구가 미흡하기에 식물 섬유 중에서 어저귀（박태선 외, 1997; 정선화, 2001）를 비롯하여 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 칡, 종이로 밖에 쓰이지 못하는 닥（이일로, 2000; 임금태, 2000; 조현진, 1996）과 헤네켄과 같은 용설란과 섬유 식물인 신서란과 실유카, 주변에서 쉽게 얻을 수 있는 옥수수 껍질을 섬유화 하려고 한다. 섬유화하는 방법으로는 전통적으로 예전에 주로 행해져 왔을 듯 싶은 물레팅과 현대에 손쉽게 섬유를 얻는 방법으로 많이 쓰이는 화학적 레팅을 한 후 이들 식물 섬유에 대한 강도, 결정화도, 섬유의 단측면, 색상 등의 특성을 살펴보고자 하였다.
- 新西蘭 마（New Zealand flax）는 백합목 용설란과 폴리미움속 다년생 목류로서 뉴질랜드가 원산지이며 학명은 Phormium 招刀効이며 우리나라에서는 오래 전부터 제주도에 자생하고 있다. 실유카와 신서란 마는 멕시코가 원산지인 헤네켄을 닮아 살펴보기로 하였다. 옥수수（Com）는 벼 목 벼과에 속하는 한해살이풀이며 옥수수 껍질 잎은 아주 오래전부터 실로 짠 부작이나 인형 등의 민속품 재료를 만드는데 쓰였으므로 포함하였다.
제안 방법
- 0053g, 길이 140 mm의 번들을 fiber bundle tenacity로 측정하였으며 굵기가 불균일함을 고려하여 단위 섬도(d)를 대신하여 단위무게(g)를 사용하였다. 길이 140mm의 섬유번들의 절단하중을 각각 5회씩 측정하여 평균값을 구한 뒤 단위무게(g)당 절단하중(gf)의 평균값으로 환산하여 번들강도를 비교하였다. 인장시험기(Testometric, Rocholale Type, England)를 이용하여 KS K 0520 Test Method에 준하여 측정하였다.
- 물은 지하수를 사용하였으며 수온 25±2℃ 상태에서 레팅하였다. 레팅 기간은 섬유의 특성에 따라 10일에서 30일까지 실시하며 진행 상태를 살펴보았다. 레팅 이 종료되면 흐르는 물에 수차례 세척하여 섬유만을 얻었다.
- 마섬유 식물에서 섬유를 얻기 위한 레팅방법으로 물레팅이 전통적으로 많이 사용되었으므로(송경헌 외, 2003; 우지형 , 1970) 본 연구에서는 물레팅과 근대 대량생산을 위해 많이 쓰이고 있는 화학적 레팅（이미경 외, 2005; 이혜자 외, 2003; 한영숙 외, 2003）을 병행하여 섬유화 과정을 살펴보았다. 레팅은 섬유 다발들 사이를 연결하고 있는 펙틴질을 용해시키고 제거하는 일이다.
- 물레팅 시료에 대한 주관적 평가는 연구자 5명이 겉껍질의 펙틴질이 벗겨지는 정도를 A등급(아주 잘 벗겨짐), B등급(잘 벗겨짐), C등급(보통), D등급(벗겨 지지 않는 부분이 있음), E등급(거의 벗겨지지 않음)의 5단계로 평가하였다.
- 섬유의 결정화도는 X-Ray 회절분석기(XD-S-2000, Scintact)를 이용하여 측정하였다.
- 섬유의 단측면은 SEM(Scanning Electron Microscope, Hitachi S-2500, Japan)을 사용하여 x200~x300의 배율로 관찰하였다.
- 섬유의 특성은 30일 동안 물레팅을 시행한 후 얻은 시료를 중심으로 살펴보았다.
- 본 연구에서는 이와 같이 역사적으로 많이 사용되 었으나 섬유를 얻는 과정에 대한 연구가 미흡하기에 식물 섬유 중에서 어저귀（박태선 외, 1997; 정선화, 2001）를 비롯하여 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 칡, 종이로 밖에 쓰이지 못하는 닥（이일로, 2000; 임금태, 2000; 조현진, 1996）과 헤네켄과 같은 용설란과 섬유 식물인 신서란과 실유카, 주변에서 쉽게 얻을 수 있는 옥수수 껍질을 섬유화 하려고 한다. 섬유화하는 방법으로는 전통적으로 예전에 주로 행해져 왔을 듯 싶은 물레팅과 현대에 손쉽게 섬유를 얻는 방법으로 많이 쓰이는 화학적 레팅을 한 후 이들 식물 섬유에 대한 강도, 결정화도, 섬유의 단측면, 색상 등의 특성을 살펴보고자 하였다.
- 닥은 피닥을 그대로 물에 담갔다. 실유카, 신서란 마, 옥수수 껍질은 물에 통째로 담가 두었다가 2주가 지났을 때 앞뒤 표면을 긁어낸 후 레팅을 계속 진행하였다.
- 어저귀, 칡, 닥, 실유카, 신서란마, 옥수수 껍질을 30일간 물레팅하여 모두 A등급을 얻은 섬유와 화학적 레팅 결과에서 A등급으로 판정된 칡과 어저귀 가운데 수산화나트륨 1%로 화학적 레팅한 시료에 대하여 강도, 결정화도, 섬유의 단측면, 표면색을 측정하였다.
- 어저귀와 칡은 식물을 채취하여 물에 통째로 1~2일정도 담가두었다가 목질부와 인피부를 분리하여 침지하였다. 닥은 피닥을 그대로 물에 담갔다.
- 화학적 레팅시료에 대한 주관적 평가는 연구자 5명이 건조시킨 시료에서 섬유번들을 10개 골라내 가장 긴 것과 가장 짧은 것을 3개씩 제외한 후 남은 섬유의 길이가 모두 150mm 이상일 경우 A등급, 50mm 이상 150mm 미만일 경우 B등급, 10nm 이상 50mm 미만일 경우는 C등급, 10mm 미만이면 D등급, 섬유와 껍질의 분리가 어려운 경우 E등급의 5단계로 평가하였다.
- 화학적 레팅은 각 시료를 40℃의 0.85% TritonX-100수용액에 10분간 침지한 후 냉각기가 설치된 플 라스크에서 각각 1, 2, 4, 6%의 수산화나트륨 수용액에서 100℃로 60분간 처리하였다. 수산화나트륨으로 처리한 시료를 충분히 물로 수세한 후 1%의 초산으로 중화시켜 다시 수세한 후 자연 건조시켰다.
대상 데이터
- 섬유의 인장강도는 섬유 중량 0.0053g, 길이 140 mm의 번들을 fiber bundle tenacity로 측정하였으며 굵기가 불균일함을 고려하여 단위 섬도(d)를 대신하여 단위무게(g)를 사용하였다. 길이 140mm의 섬유번들의 절단하중을 각각 5회씩 측정하여 평균값을 구한 뒤 단위무게(g)당 절단하중(gf)의 평균값으로 환산하여 번들강도를 비교하였다.
- 실유카는 충북일원의 정원에서 잘 자란 잎을 밑 등까지 잘라내어 채취하였고 칡은 7월-8월 충북의 야산에서 덩굴을 채취하여 시료로 사용하였다. 신서란마는 제주시에서 잘 자란 잎을 밑등을 잘라 채취하여 시료로 사용하였다. 옥수수는 8월 시중에 판매하는 대학찰옥수수를 구입하여 열매 부분을 싸고 있는 껍질을 뜯어내 건조시킨 것을 사용하였다.
- 어저귀는 2006년 8월말 경기도 광주 옥수수밭과 그 근처의 풀밭에서 채취하여 사용하였으며 닥은 껍질을 벗겨 건조시킨 국내산 피닥을 구입하여 사용하였다. 실유카는 충북일원의 정원에서 잘 자란 잎을 밑 등까지 잘라내어 채취하였고 칡은 7월-8월 충북의 야산에서 덩굴을 채취하여 시료로 사용하였다. 신서란마는 제주시에서 잘 자란 잎을 밑등을 잘라 채취하여 시료로 사용하였다.
- 어저귀는 2006년 8월말 경기도 광주 옥수수밭과 그 근처의 풀밭에서 채취하여 사용하였으며 닥은 껍질을 벗겨 건조시킨 국내산 피닥을 구입하여 사용하였다. 실유카는 충북일원의 정원에서 잘 자란 잎을 밑 등까지 잘라내어 채취하였고 칡은 7월-8월 충북의 야산에서 덩굴을 채취하여 시료로 사용하였다.
- 신서란마는 제주시에서 잘 자란 잎을 밑등을 잘라 채취하여 시료로 사용하였다. 옥수수는 8월 시중에 판매하는 대학찰옥수수를 구입하여 열매 부분을 싸고 있는 껍질을 뜯어내 건조시킨 것을 사용하였다.
이론/모형
- 길이 140mm의 섬유번들의 절단하중을 각각 5회씩 측정하여 평균값을 구한 뒤 단위무게(g)당 절단하중(gf)의 평균값으로 환산하여 번들강도를 비교하였다. 인장시험기(Testometric, Rocholale Type, England)를 이용하여 KS K 0520 Test Method에 준하여 측정하였다.
성능/효과
- 1. 어저귀, 칡, 닥, 실유카, 신서란마, 옥수수 섬유식물에서 섬유를 얻는 방법으로는 화학적 레팅보다는 물레팅이 강도, 촉감, 표면색상 측면에서 결과적으로 더 우수하였다. 그러나 실유카, 신서란마, 옥수수 껍질은 오래 걸리는 단점이 있다.
- 2. 섬유의 번들강도는 일반 마섬유에 버금가는 강도를 나타냈으며 칡섬유가 상대적으로 낮은 강도를 나타내었다. 일반적으로 마섬유의 결정화도에 비해 어저귀, 칡, 닥, 실유카, 신서란마, 옥수수의 결정화도가 60% 정도로 낮아 모시나 삼베 만큼 의류에 사용되지 못하고 생활도구에 사용되었다고도 볼 수 있다.
- 3. 섬유의 단측면의 경우 실유카는 중공이 뚜렷이 보이지 않으나, 신서란마는 매끈하고 긴 측면과 중공을 지녔으며 옥수수의 단면은 얇은 막으로 된 스폰지처럼 보인 것이 특징이다. 어저귀는 섬유 집합체들이 직선구조를 한 모시나 삼베와는 달리 망상구조로 얽혀 있는 케냐프와 비슷한 특성을 보였다.
- 6가지 식물 섬유의 채도(C)는 비슷한 정도로 낮게 나타났고 명도(V)는 높은 편인데 특히 실유카의 명도가 높고 신서란마, 닥, 어저귀 순으로 높게 나타났다. H값에 의하면 실유카와 신서 란마는 약간 노랑연두빛 에 가까운 노란빛의 흰색으로 나타났으며 이를 제외한 어저귀, 칡, 닥, 옥수수 껍질 섬유는 노란 빛의 흰색으로 나타났다.
- b값을 보면 신서란마, 어저귀, 칡, 닥은 15 이상으로 실유카나 옥수수 껍질에 비해 붉은 색이 약간 더 나타난다. H, V, C값으로 보았을 때와 달리 L*, a*, b*값을 보면 칡보다 신서란마, 어저귀에서 붉은 색 기운이 더 있는 것으로 나타났으며 실유카보다 신 서란마에서 노랑연두색 기미가 약간 더 강한 것으로 나타났다.
- 닥은 30일 이후에 섬유가 얻어져 A등급을 나타냈으나 이미 섬유에 강도가 없이 섬유길이가 많이 짧아지고 세섬화되어 의류의 재료로서 사용하기보다 종이의 원료로 활용되는 것이 적절한 것으로 판단되었다.
- 어저귀는 섬유 집합체들이 직선구조를 한 모시나 삼베와는 달리 망상구조로 얽혀 있는 케냐프와 비슷한 특성을 보였다. 닥은 섬유가 짧고 가늘게 되어 의류에 필요한 강도 있는 긴 섬유를 얻지 못하여 종이의 원료로 가장 알맞은 재료임을 알 수 있었다.
- 실유카, 신서란마, 옥수수 껍질은 물에 통째로 담가 두었을 때 레팅 진행속도가 상당히 느렸으며 2주가 지났을 때도 일부분만 부분적으로 레팅이 진행되었고 20일 경에 C등급이 되었다. 레팅이 진행된 부분과 그렇지 않은 부분을 비교해 본 결과 실유카, 신서란마, 옥수수 껍질은 두께가 얇은 반면 앞뒷면에 반 투명하고 치밀하며 얇은 막이 도포되어 있어 물의 침투가 어려웠기 때문이었으므로 표면을 긁어내서 물의 침투가 쉽도록 하여 레팅을 계속 진행하였으며 30일이 지나면서 섬유 다발을 분리할 수 있었다. 그러나 오래 동안 침지해 두면서 냄새가 많이 발생하였다.
- 이를 해결하기 위해 섬유식물 표면의 필름을 제거하거나 줄기를 두드리는 것, 효소를 이용하므로서 레팅시간을 단축시킬 수 있을 것으로 생각된다. 수산화나트륨을 사용한 화학적 레팅에서는 칡과 어저귀만이 좋은 등급의 섬유를 얻을 수 있었다.
- 실험을 통해 물레팅보다 짧은 시간 내에 섬유를 얻는 화학적 레팅방법을 찾으려고 시도하였으나 닥, 실유카, 신서란마, 옥수수 껍질에서는 오히려 촉감이 뻣뻣해지고 섬유장이 너무 짧아졌다. 어저귀와 칡을 제외한 닥, 실유카, 신서란마, 옥수수 껍질에서 의류용 섬유를 얻기 위한 방법으로 수산화나트륨을 이용한 화학적 레팅은 그리 적절하지 않은 것으로 보인다.
- 어저귀와 칡은 미생물의 작용이 쉽게 이루어져 10일 정도 후부터 섬유를 얻을 수 있었다. 섬유상태를 등급과 그림으로 ＜Table 1＞과 ＜Fig.
후속연구
- 섬유의 결정화도는 분자가 규칙적으로 배열된 집합체영역의 비율로 섬유 내부에 결정이 발달되어 있 으면 섬유의 강도, 탄성, 내열성 등이 좋아지는 반면 비결정영역의 발달은 섬유의 흡습성, 염색성과 함께 유연성을 좋게 해준다(송경헌 외, 2003). 6가지 식물 섬유의 결정화도는 일반 마섬유보다 많이 낮아 마섬유이면서도 유연한 특성을 가진 의복재료로서 개발될 수 있는 가능성을 나타낸다고 할 수 있다.
- 이와 같은 결과로 역사적으로 거친 베, 갈포로 쓰여 왔고 주로 생활도구에 많이 사용되어왔던 어저귀와 칡 섬유는 물레팅과 화학적 레팅이 모두 가능한 천연 소재이므로 새로운 의류소재나 혼방부직포, 한지 등으로 개발할 여지는 충분하다고 판단된다. 신서란 마와 실유카는 린넨의 생산에서 hackling과 같이 기계화로 빗질을 하여주면 손쉽게 섬유화가 가능하다고 할 수 있다.
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