1900년대 초반에는 얇은 책의 제본에 스테이플러를 많이 이용하였다. 이러한 책들에서는 스테이플러의 심주위로 종이의 변색 및 바스라짐 현상이 관찰된다. 본 연구는 종이의 변색을 일으키는 물질의 동정 및 원인 규명을 목적으로 한다. 종이의 상태 관찰에는 광학현미경, SEM, 원소분석에는 EDX, 화학구조의 파악에는 FT-IR을 이용하였다. 또한 변색 원인 규명을 위하여, 5종류의 종이에 스테이플러 심을 박아 열화 실험을 행하였다. 그 결과, 스테이플러 심으로 사용되는 철의 산화물의 일종이 종이를 갈색으로 변색 시키며, 종이의 섬유를 짧아지게 하였다. 종이가 변색된 부분에서는 Fe가 높게 검출되었으며, FT-IR 분석 결과 $Fe_2O_3$로 밝혀졌다.
1900년대 초반에는 얇은 책의 제본에 스테이플러를 많이 이용하였다. 이러한 책들에서는 스테이플러의 심주위로 종이의 변색 및 바스라짐 현상이 관찰된다. 본 연구는 종이의 변색을 일으키는 물질의 동정 및 원인 규명을 목적으로 한다. 종이의 상태 관찰에는 광학현미경, SEM, 원소분석에는 EDX, 화학구조의 파악에는 FT-IR을 이용하였다. 또한 변색 원인 규명을 위하여, 5종류의 종이에 스테이플러 심을 박아 열화 실험을 행하였다. 그 결과, 스테이플러 심으로 사용되는 철의 산화물의 일종이 종이를 갈색으로 변색 시키며, 종이의 섬유를 짧아지게 하였다. 종이가 변색된 부분에서는 Fe가 높게 검출되었으며, FT-IR 분석 결과 $Fe_2O_3$로 밝혀졌다.
Since its development in the United Kingdom, the stapler has been used extensively to bind books. Staples comprising almost entirely of iron, first made in the early 1900s, are used to staple the cores of books. These staples change the colour of paper to brown and this browned paper ultimately crum...
Since its development in the United Kingdom, the stapler has been used extensively to bind books. Staples comprising almost entirely of iron, first made in the early 1900s, are used to staple the cores of books. These staples change the colour of paper to brown and this browned paper ultimately crumbles. Basic research is being performed on solutions to prevent the deterioration in the quality of paper in the area around the staples. In this study, the cause of this browning of paper in the area was investigated. SEM-EDS, optical microscopy and FT-IR were used to analyze a browned area of three paper samples. It was found that the browned area had shortened fibres. In addition, iron was detected in this area. The corrosion of this iron led to this area of the paper being partially covered by iron(III) oxide, the product of the corrosion, as determined by FT-IR spectroscopy.
Since its development in the United Kingdom, the stapler has been used extensively to bind books. Staples comprising almost entirely of iron, first made in the early 1900s, are used to staple the cores of books. These staples change the colour of paper to brown and this browned paper ultimately crumbles. Basic research is being performed on solutions to prevent the deterioration in the quality of paper in the area around the staples. In this study, the cause of this browning of paper in the area was investigated. SEM-EDS, optical microscopy and FT-IR were used to analyze a browned area of three paper samples. It was found that the browned area had shortened fibres. In addition, iron was detected in this area. The corrosion of this iron led to this area of the paper being partially covered by iron(III) oxide, the product of the corrosion, as determined by FT-IR spectroscopy.
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문제 정의
본 연구는 위와 같은 현상을 보이는 시료의 분석을 통해 종이에 악영향을 미치는 스테이플러 심 부식물의 동정 및 변색 원인 규명을 목적으로 한다. 또한, 앞으로 스테이플러로 제본된 책의 보존처리 방법 연구의 기초 데이터를 얻는 것을 목적으로 한다.
본 논문에서는 변색이 가장 많이 진행된 조선의 물산을 중심으로 연구 결과를 서술하겠다. 이미 변색 된 종이의 섬유를 현미경으로 관찰한 결과를 Figure 2에 나타내었다.
본 연구는 위와 같은 현상을 보이는 시료의 분석을 통해 종이에 악영향을 미치는 스테이플러 심 부식물의 동정 및 변색 원인 규명을 목적으로 한다. 또한, 앞으로 스테이플러로 제본된 책의 보존처리 방법 연구의 기초 데이터를 얻는 것을 목적으로 한다.
제안 방법
종이의 상태를 파악하기 위하여 광학현미경(Nikon Eclips), 주사전자현미경(SEM, Hitachi)을 사용하고, 변색부분의 분석에는 에너지 분산형 X선 분석기(EDX, EMAX)를 이용하였다. SEM관찰을 위하여 종이에는 카본코팅을 행하였고, 가속전압은 20kV의 조건으로 관찰하였다. 변색 부분의 화학구조를 파악하기 위해서는 퓨리에 변환 적외선 분광기(FT-IR, Bruker)를 이용하였다.
)를 이용하였다. 각 종이샘플에는, 증류수에 일주일간 담가 표면 부식이 진행되기 시작한 시판의 스테이플러 심을 찍어 60일간 경과를 지켜보았다. 각 종이의 기본적인 정보는 Table 2에 제시하였다.
다음으로 이미 생성된 철 부식물과 종이 변색의 관계를 알아보기 위하여, 사삼산화철(Fe3O4), 산화제2철(Fe2O3), 주석산 제1철(FeC4H4O6·nH2O)를 종이에 얹어 그 변화를 관찰하였다.
SEM관찰을 위하여 종이에는 카본코팅을 행하였고, 가속전압은 20kV의 조건으로 관찰하였다. 변색 부분의 화학구조를 파악하기 위해서는 퓨리에 변환 적외선 분광기(FT-IR, Bruker)를 이용하였다.
각 종이의 기본적인 정보는 Table 2에 제시하였다. 열화 실험의 환경 조건은, 온도는 5월, 6월의 2개월간의 자연노출 조건(25℃)과 냉장 조건(2℃), 습도는 포화 KNO3(95%RH)와 포화 Mg(NO3)2(55%RH) 으로 제어하였다. 실제 실험을 행한 60일 동안의 온도/습도의 평균값은 Table 3과 같다.
종이 변색의 원인을 파악하기 위하여, 5종류의 종이를 이용하여 열화 실험을 행하였다. 실험에는 배접 및 반수를 행한 한지(WP), 프린트 용지(PP), 신문지(NP), 1879년에 발간 된 책(Scenes Historiques, 1879, Paris), 1932년에 발간된 잡지(The Railway Magazine, 1932, U.
종이 변색의 원인을 파악하기 위해, 5종류의 종이를 이용하여 열화 실험을 행하였다. 4가지 조건의 실험 중 시료 샘플에 가장 변화가 많은 2℃/95%RH 조건과 비교적 변화가 적은 2℃/55%RH 조건을 Figure 7에 나타내었다.
종이의 상태를 파악하기 위하여 광학현미경(Nikon Eclips), 주사전자현미경(SEM, Hitachi)을 사용하고, 변색부분의 분석에는 에너지 분산형 X선 분석기(EDX, EMAX)를 이용하였다. SEM관찰을 위하여 종이에는 카본코팅을 행하였고, 가속전압은 20kV의 조건으로 관찰하였다.
대상 데이터
변색의 원인을 규명하기 위하여 사용된 시료는 ‘조선의 물산(1929)’, 1932년과 1935년에 발간 된 ‘The Railway Magazine’ 의 3점이다.
종이 변색의 원인을 파악하기 위하여, 5종류의 종이를 이용하여 열화 실험을 행하였다. 실험에는 배접 및 반수를 행한 한지(WP), 프린트 용지(PP), 신문지(NP), 1879년에 발간 된 책(Scenes Historiques, 1879, Paris), 1932년에 발간된 잡지(The Railway Magazine, 1932, U.K.)를 이용하였다. 각 종이샘플에는, 증류수에 일주일간 담가 표면 부식이 진행되기 시작한 시판의 스테이플러 심을 찍어 60일간 경과를 지켜보았다.
조선의 물산은 1929로 표기하였고 1932년, 1935년 발간된 The Railway Magazine은 각 1932와 1935로 표기하였다. 조선의 물산은 1929년 조선총독부에서 제작된 책으로 제본을 위해 스테이플러를 사용하였다. 총 2곳에 스테이플러 심을 사용했으며, 스테이플러 심을 중심으로 금속의 부식과 종이의 변색이 진행되었다.
조선의 물산은 1929년 조선총독부에서 제작된 책으로 제본을 위해 스테이플러를 사용하였다. 총 2곳에 스테이플러 심을 사용했으며, 스테이플러 심을 중심으로 금속의 부식과 종이의 변색이 진행되었다. The Railway Magazine은 1897년부터 영국에서 발간된 월간 잡지로 조선의 물산과 같이 2곳에 스테이플러 심을 박아 고정하였다.
성능/효과
1. 스테이플러 철심에 의한 부식물은 종이를 갈색으로 변색 시키며, 변색된 종이 부분은 섬유의 길이가 짧아져 있다.
2. 종이가 변색된 부분에서는 전체적으로 Fe가 높게 검출되었으며, 분석 결과, 변색을 유발하는 물질은 산화제2철(Iron(Ⅲ) Oxide, Fe2O3)으로 추측된다.
또한 종이의 pH도 금속부식에 많은 영향을 미쳤다. 2℃/95%RH의 사진을 보면 비교적 pH가 높은 WP(한지, pH 6.1), PP(프린트 용지, pH 6.8), NP(신문지, pH 6.8~7.1)보다 pH가 낮은 1932년 종이(pH 4.5~4.7)에 박힌 철심의 부식이 가장 두드러졌으며, 종이의 변색의 확산 또한 눈에 띄게 진행 된 것을 알 수 있다. 즉, pH가 낮을수록 스테이플러심의 부식에 영향을 크게 미치는 것을 알 수 있다.
3. 스테이플러 철 심에 의한 종이의 변색에 영향을 미치는 요인으로는 높은 습도, 종이의 산성도가 있다.
4. 철의 부식물이 아닌, 철이 부식되는 과정에서 종이와 반응하여 변색이 확산되는 것으로 보인다.
Table 4의 EDX분석 결과, 종이의 충전제로 쓰이는 탈크(Mg3(Si4O10)(OH)2)와, 클레이(Al2O3SiO ‧ 2H2O)에서 유래되었다고 보이는 Mg, Al, Si가 각 10.9mass%, 19.3mass%, 62.0mass% 검출되었다. 이에 비해, A의 붉은색 부착물 부분과 B의 변색 종이 부분에서는 Mg, Al, Si가 미량 혹은 소량 검출되었다.
이는 종이의 바스러짐 현상과도 밀접한 관련이 있을 것으로 보이지만, 자세한 메커니즘은 잘 규명되지 않아 더 자세한 연구가 필요하다고 보인다. 또한, 비 변색종이에서 클레이의 피크로 추정되는 3700, 3630cm-1의 피크도 변색 종이에서 그 강도가 줄어들었다. 이도 이유는 알 수 없으나 갈변 과정에서 클레이가 화학적으로 변형된 결과로 보여진다.
종이의 변색 원인 물질을 동정하기 위한 FT-IR분석 결과는 Figure 6과 같다. 분석결과 변색 종이에서, 사삼산화철(Iron(Ⅱ,Ⅲ) Oxide, Fe3O4), 산화제2철(Iron(Ⅲ) Oxide, Fe2O3)의 2925, 2854cm-1 피크가 검출되었다. 이는 Figure 5의 비 변색 종이에서는 검출되지 않았던 피크로, 변색 과정에서 생성되는 원인물질에서 유래된 것으로 보인다.
4가지 조건의 실험 중 시료 샘플에 가장 변화가 많은 2℃/95%RH 조건과 비교적 변화가 적은 2℃/55%RH 조건을 Figure 7에 나타내었다. 실험 결과, 2℃/95%RH의 경우, NP(신문지)를 제외한 시료샘플에서 종이 변색이 관찰되었으며, 그 중에서도 1932년도 종이의 변색 범위와 그 정도가 가장 심하였다. 그에 반해 2℃/55%RH의 경우, 종이의 변색은 관찰되지 않았고, 철심 자체의 색 변화 혹은 부식의 진행도 거의 관찰 할 수 없었다.
후속연구
Fe는 셀룰로오스와 산화 할 가능성이 있으며(Nayak and Singh, 2007), Fe가 산화하는 과정에서 종이 내의 수분과 반응하여 고분자인 종이의 분자구조에 영향을 미친 것으로 여겨진다. 이는 종이의 바스러짐 현상과도 밀접한 관련이 있을 것으로 보이지만, 자세한 메커니즘은 잘 규명되지 않아 더 자세한 연구가 필요하다고 보인다. 또한, 비 변색종이에서 클레이의 피크로 추정되는 3700, 3630cm-1의 피크도 변색 종이에서 그 강도가 줄어들었다.
이는 온도가 금속부식에 큰 영향을 미치지 않는다는 것을 나타내며, 공기중의 습도와 종이가 머금고 있는 수분이 철심의 부식을 촉진시킨 것으로 추측된다. 즉, 온도의 영향에 대해서는 앞으로 좀 더 다양한 온도조건의 실험이 필요하다고 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
스테이플러의 심을 만드는 방법은?
스테이플러의 심은 일반적으로 철이 사용되며 만드는 방법은 다음과 같다. 먼저 재료가 되는 철선(鐵線) 에 방식(防食) 도금을 한다. 그 뒤 철선을 가늘게 뽑아 철심의 모양으로 다듬는다. 그 뒤, 접착제를 이용하여 철선끼리 붙인 후 스테이플러 심 모양으로 프레스 하면 완성된다 (Max Kabushikigaisha and Hotchkiss Monogatari, 1992).
현재 우리가 사용하는 스테이플러의 디자인의 시초는?
스테이플러라고 하나 정확한 문헌 등은 남아있지 않다. 일본에서는 1903년 이토키상점(伊藤喜商店)에서 처음 판매되기 시작하였으며, 현재 우리가 사용하는 스테이플러의 디자인은 1952년에 당시 야마다 항공 공업 주식회사(山田空港工業(株))에서 제작된 SYC·10이 시초이다(Max Kabushikigaisha and Hotchkiss Monogatari, 1992). 한국에 정확히 언제 스테이플러가 유입되었는지에 관한 문헌은 남아있지 않으나, 한반도가 1910년에서 1945년까지 일제강점기시대였던 점을 감안하면 일본에서 유입되었을 가능성이 높다고 생각된다.
종이의 변색을 일으키는 물질의 동정 및 원인 규명을 목적으로 실험한 결과는?
또한 변색 원인 규명을 위하여, 5종류의 종이에 스테이플러 심을 박아 열화 실험을 행하였다. 그 결과, 스테이플러 심으로 사용되는 철의 산화물의 일종이 종이를 갈색으로 변색 시키며, 종이의 섬유를 짧아지게 하였다. 종이가 변색된 부분에서는 Fe가 높게 검출되었으며, FT-IR 분석 결과 $Fe_2O_3$로 밝혀졌다.
참고문헌 (8)
Kolar, J., Strlic, M., Budnar, M., Malesic, J., Selih, V.S. and Simcic, J., 2003, Stabilisation of corrosive iron gall inks. Acta Chimica Slovenica. 50, 763-770.
Rouchon, V., Durocher, B., Pellizzi, E. and Stordiau-Pallot, J., 2009, The Water Sensitivity of Iron Gall Ink and its Risk Assessment. Studies in Conservation, 54, 236-254.
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