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문제 정의
- 본 연구에서는 전통적으로 수침하여 삭힌 밀가루 전분과 제지용 옥수수 변성전분인 산화전분 및 양성전분의 성상과 이들을 이용하여 제조한 풀들의 접착특성을 비교 검토하여 배접용 풀로서의 이용 가능성을 평가하였다.
- 본 연구에서는 지류문화재 보존처리용 풀로서의 이용 가능성을 평가하기 위하여 제지용 옥수수 변성전분및 수침하여 삭힌 밀가루의 성상과 이들 풀들의 접착특성을 비교 검토하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
제안 방법
- 공시전분을 백금으로 코팅한 다음, Scanning Electron Microscope (HITACHI, S-2500C)을 이용하여 1000X에서 입자형태를 관찰하였다.
- 무처리, 촉진열화처리, 수침처리 한 시료를 3 cm ×7 cm 크기로 재단하고, 재단 시료의 한 쪽 끝으로부터 3.5 cm를 박리한 후 박리된 양 끝을 인장강도 시험기 (Hounsfield, DYMT-10A)에 물려서 완전 박리까지의 인장강도를 측정하여 박리지수로 표시하였다.
- 2 N I2 solution 2 mL을 가해 혼합한 후 증류수를 이용하여 100 mL로 정용하였다. 반응액 1 mL을 취하고 spectrophotometer(Scinco, S-3100)를 이용하여 620 nm의 파장에서 흡광도를 측정하여 아밀로오스 함량을 구하고 100에서 아밀로오스 함량을 뺀 값을 아밀로펙틴의 함량으로 하였다. 검량선(Fig.
- 배접지와 접착 후 건조한 시료를 촉진열화시험기(Q-PANEL Lab, QUV/SE)를 이용하여 KS M ISO 5630-3에 의거하여 온도 60℃, UVA-340, 자외선 조사량 0.77 W/m2/nm의 조건으로 24시간, 48시간, 72시간 촉진열화 처리하였다.
- 제조된 풀의 점도는 25℃에서 Brookfield viscometer (LVDV Ⅱ+, USA)를 이용하여 측정하였으며, pH meter (Horiba, F-53)를 사용하여 제조된 풀의 pH를 측정하였다.
- 제지용 전분 및 삭힌 밀가루의 아밀로오스와 아밀로펙틴 함량은 Juliano의 방법5)을 변형하여 분석하였다. 건조한 제지용 옥수수 전분 및 삭힌 밀가루를 각각 100 mg씩 50 mL 시험관에 넣고 95% ethanol 1 mL와 1 N NaOH 9 mL을 가해 중탕하여 8분간 호화시킨 후 흐르는 물에서 3분간 냉각시켰다.
- 크기 15 cm × 20 cm로 재단한 공시한지에 Bar coater(Akashi, KCC-101)를 이용하여 rod bar No. 5, 속도 2로 풀을 도포한 후 배접지와 접착하였다.
대상 데이터
- 반응액 1 mL을 취하고 spectrophotometer(Scinco, S-3100)를 이용하여 620 nm의 파장에서 흡광도를 측정하여 아밀로오스 함량을 구하고 100에서 아밀로오스 함량을 뺀 값을 아밀로펙틴의 함량으로 하였다. 검량선(Fig. 1) 작성에 사용된 아밀로오스는 Sigma 사의 감자로부터 제조된 제품을 사용하였다.
- 공시 한지인 순지 화선지 및 SP 화선지는 천양제지에서 제조한 것을, 전통한지 및 전통한지 배접지는 문경한지에서 제조한 것을 구입하여 사용하였으며, Table 1에 공시 한지의 특성을 나타냈다.
- 삭힌 밀가루는 은실문물연구소로부터 1988년, 2003년, 2005년, 2007년 및 2009년에 수침하여 제조한 삭힌 밀가루를 분양 받아 건조하여 사용하였다.
- 삼양제넥스사에서 산화전분 2종 (10 cps, 60 cps), 양성전분 2종 (치환도 0.04, 0.08) 및 미변성 옥수수전분을 분양받아 사용하였다.
성능/효과
- 1. 아밀로펙틴의 함량은 산화전분이 가장 높았으며, 양성전분, 미변성 옥수수 전분 및 삭힌 밀가루 전분의 함량은 유사하였다. 삭힌 밀가루의 경우 삭힘 기간이 증가할수록 아밀로펙틴의 함량은 증가하고 아밀로오스의 함량이 감소하는 경향을 나타냈다.
- 2. 전분입자 형태분석 결과 제지용 옥수수 전분은 비교적 크기가 균일한 다각형의 형태를 하고 있는 반면, 삭힌 밀가루는 둥근 타원형의 소형 및 대형 입자가혼재하였다. 밀가루 전분의 경우 삭힘 기간이 증가함에 따라 먼저 소형 입자들이 감소하고 이어서 대형 입자들의 파괴와 내부 포함 소형 입자들의 노출에 의해 입자의 구성비에 변화가 있었다.
- 이는 삭히는 기간 동안 벌레와 곰팡이의 영향원인 단백질을 제거하고 최대한의 전분만을 얻으려는 것이다.3) 지류문화재 보존용 풀은 짧게는 6개월, 길게는 몇 십년동안 삭혀서 만든 풀을 사용해야 충해로부터 문화재를 보호할 수 있고, 작품이 부드럽게 배접 된다고 한다. 그러나 삭히는 기간이 길고 삭히는 과정 또한 번거로운 것이 현실이다.
- 3. 제조된 풀의 점도측정 결과 제지용 옥수수 전분의 경우 산화전분이 양성전분 및 미변성 전분에 비해 점도가 매우 낮았으며, 삭힌 밀가루 풀의 경우 정제가 불충분한 1년 삭힌 것을 제외 하고 삭힘 기간이 증가할수록 점도가 증가하는 것으로 나타났다.
- 4. pH 측정 결과 제지용 옥수수 전분은 pH 5.2-7.5로 약산성에서 중성을 나타낸 반면, 삭힌 밀가루 풀의 경우 전반적으로 pH 3.6-5.2의 산성을 나타냈다.
- 5. 전분 풀의 접착특성 검토결과 제지용 옥수수 전분의 경우 높은 아밀로펙틴 함량, 낮은 점도, 높은 전분 도포량, 양호한 열화처리 후 박리강도 및 낮은 습박리 강도를 나타낸 산화전분 60 cps가 서화 배접용으로 적합할 것으로 판단되며, 삭힌 밀가루 전분 풀의 경우 높은 아밀로펙틴 함량, 낮은 점도, 지종 및 열화 처리시의 안정된 강도 특성 및 낮은 습박리강도를 나타낸 삭힘 기간 5년인 전분이 다른 삭힌 밀가루에 비해 서화 배접용으로 적합할 것으로 판단되었다.
- 이것은 작은 입자를 싸고 있던 큰 입자가 파괴되면서 내포했던 작은 입자들이 노출되었기 때문이다.7) 따라서 밀가루 전분의 삭힘 공정에 있어 전분 입자의 변화는 삭히는 기간이 증가함에 따라 먼저 작은 입자들이 감소하고 이어서 큰 입자들의 파괴와 내부에 포함된 작은 입자들의 노출이라는 과정을 확인할 수 있었다.
- 이와 같은 현상은 5년 이상 삭힌 밀가루 풀에서 나타나는 경향과 유사하였다. 건조 박리지수가 높았던 치환도 0.08의 양성전분은 열화 처리 후에도 높은 박리강도를 유지하는 것으로 나타났다. 제지용 옥수수 전분 풀의 경우 전통 배접지가 열화처리 후에도 가장 양호한 건조 박리강도를 유지하는 것으로 나타났다.
- 양성전분이 산화전분에 비하여 낮은 도포량에도 불구하고 높은 박리지수를 나타낸 것은 지력 증강제로 개발된 양성전분이 섬유간의 결합을 향상시켰기 때문인 것으로 판단된다. 도포량이 가장 높았던 미변성 전분의 박리지수가 가장 높은 값을 나타냈으나 지종에 따른 편차가 큰 것으로 나타났다.
- 미변성 옥수수 전분의 경우 가공시 발생된 미세분이 세척되지 않고 포함됨으로 인하여 산화 및 양성 전분에 비해 입자의 표면이 깨끗하지 않고 미세입자들을 많이 포함하는 것으로 나타났다.
- 삭힌 밀가루 입자는 제지용 옥수수 전분 입자에 비해 둥글고 다양한 크기의 입자들로 구성되어 있으며, 대형 입자들은 제지용 옥수수 전분 입자보다 크기가 컸다.
- 삭힌 밀가루 전분 풀의 특성 검토결과 높은 아밀로펙틴 함량, 낮은 점도, 지종 및 열화 처리시 안정된 강도 특성 및 낮은 습박리강도를 나타내는 삭힘 기간 5년(FW 2005)인 전분으로 제조한 것이 다른 삭힌 밀가루에 비해 서화 배접용으로 적합한 것으로 사료된다.
- 삭힌 밀가루 풀 역시 삭힘 기간 3년(FW 2007)을 제외하고 아밀로오스의 함량이 증가할수록 점도가 증가하는 것으로 나타났다. 아밀로오스의 함량이 23%임에도 불구하고 3년간 삭힌 것(FW 2007)의 점도가 매우 낮은 것으로 나타났다.
- 5는 삭힌 밀가루 풀로 배접한 종이의 건조 박리지수를 나타낸 것이다. 삭힌 밀가루 풀의 박리지수는 삭힘 기간 7년(FW 2003)이 가장 높은 값을 나타냈으며, 점도가 가장 높았던 삭힘 기간 1년(FW 2009)보다 높게 나타났다. 아밀로펙틴의 함량이 가장 높았던 삭힘 기간 5년(FW 2005)의 경우 도포량이 가장 낮았음에도 불구하고 전체 지종에 대하여 비교적 균일한 박리지수를 나타냈다.
- 7은 삭힌 밀가루 풀로 배접한 종이를 촉진노화 시험기에서 72시간 열화처리 후 건조 박리지수를 측정한 결과를 나타낸 것이다. 삭힌 밀가루 풀의 열화처리후 박리강도는 삭힘 기간 3년(FW 2007)과 5년(FW 2005)인 전분으로 제조한 것이 다소 증가하였으며, 삭힘 기간 22년(FW 1988)인 전분으로 제조한 것은 박리 강도에 큰 변화가 없는 것으로 나타났다. 삭힘 기간 1년(FW 2009)인 전분으로 제조한 것의 박리강도 저하가 크게 나타났다.
- 아밀로펙틴의 함량은 산화전분이 가장 높았으며, 양성전분, 미변성 옥수수 전분 및 삭힌 밀가루 전분의 함량은 유사하였다. 삭힌 밀가루의 경우 삭힘 기간이 증가할수록 아밀로펙틴의 함량은 증가하고 아밀로오스의 함량이 감소하는 경향을 나타냈다.
- 점도와 건조 박리강도 및 열화 후 박리강도가 높았던 삭힘 기간 7년(FW 2003)인 전분으로 제조한 것의 습박리강도가 가장 높게 나타냈으며, 삭힘 기간 22년 (FW 1988)으로 제조한 것도 비교적 높은 습박리강도를 나타냈다. 삭힘 기간 1년(FW 2009)인 전분으로 제조한 것의 경우, 점도가 매우 높은 것에 비해 열화처리 후 박리강도가 낮을 뿐만 아니라 전반적인 습박리강도 또한 낮은 것으로 나타났다.
- 삭힌 밀가루 풀의 경우 지종에 따른 도포량 편차가 높게 나타났다. 삭힘 기간 22년(FW 1988)인 밀가루 풀이 비교적 균일한 도포량을 나타냈으며, 삭힘 기간 5년(FW 2005)인 밀가루로 제조한 것이 가장 낮은 도포량을 나타냈다.
- 양성전분 및 미변성 옥수수 전분은 산화전분에 비하여 높은 박리지수를 나타냈으며, 치환도 0.08의 양성전분이 전체 지종에서 비교적 균일한 박리지수를 나타냈다. 양성전분이 산화전분에 비하여 낮은 도포량에도 불구하고 높은 박리지수를 나타낸 것은 지력 증강제로 개발된 양성전분이 섬유간의 결합을 향상시켰기 때문인 것으로 판단된다.
- 원지의 종류에 따른 풀의 도포량은 단섬유인 목재펄프를 혼합 초지하여 밀도가 높고 표면 평활성이 우수한 SP 화선지가 전반적으로 높게 나타났으며, 표백 닥나무 인피섬유로 초지한 순지 화선지가 미표백 닥나무 인피섬유로 초지한 전통한지 및 전통 배접지에 비해 낮은 풀 도포량을 나타냈다.
- 2는 제지용 옥수수 전분 입자의 SEM 사진이다. 원형보다는 각진 형태를 하고 있으며 변성처리에 따른 전분 입자의 변화는 크지 않은 것으로 나타났다. 그러나 산화전분의 경우 가공 처리시 발생한 아세트 알데하이드기에 의한 가교결합으로 입자가 커지는 것을 관찰할 수 있었다.
- 6은 제지용 옥수수 전분 풀로 배접한 종이를 촉진노화 시험기에서 72시간 열화처리 후 건조 박리지수를 측정한 결과를 나타낸 것이다. 전반적으로 열화처리 후 건조 박리지수는 감소하는 경향을 나타냈으나 건조 박리지수가 가장 낮았던 산화전분 60 cps의 열화 후 건조 박리지수가 상승한 것으로 나타났다. 이와 같은 현상은 5년 이상 삭힌 밀가루 풀에서 나타나는 경향과 유사하였다.
- 전분의 종류에 따른 풀의 도포량은 제지용 옥수수 전분 풀이 삭힌 밀가루 풀에 비해 전반적으로 높게 나타났다. 제지용 옥수수 전분 풀의 경우 치환도 0.
- 아밀로펙틴의 함량이 가장 높았던 삭힘 기간 5년(FW 2005)의 경우 도포량이 가장 낮았음에도 불구하고 전체 지종에 대하여 비교적 균일한 박리지수를 나타냈다. 전체 지종에 균일한 도포량을 나타냈던 삭힘 기간 22년(FW 1988)의 것은 지종간 박리지수의 편차가 크게 나타났다.
- 삭힘 기간 5년(FW 2005)인 전분으로 제조한 것의습박리강도가 전반적으로 가장 낮은 값을 나타냈다. 점도와 건조 박리강도 및 열화 후 박리강도가 높았던 삭힘 기간 7년(FW 2003)인 전분으로 제조한 것의 습박리강도가 가장 높게 나타냈으며, 삭힘 기간 22년 (FW 1988)으로 제조한 것도 비교적 높은 습박리강도를 나타냈다. 삭힘 기간 1년(FW 2009)인 전분으로 제조한 것의 경우, 점도가 매우 높은 것에 비해 열화처리 후 박리강도가 낮을 뿐만 아니라 전반적인 습박리강도 또한 낮은 것으로 나타났다.
- 08의 양성전분은 열화 처리 후에도 높은 박리강도를 유지하는 것으로 나타났다. 제지용 옥수수 전분 풀의 경우 전통 배접지가 열화처리 후에도 가장 양호한 건조 박리강도를 유지하는 것으로 나타났다.
- 전분의 종류에 따른 풀의 도포량은 제지용 옥수수 전분 풀이 삭힌 밀가루 풀에 비해 전반적으로 높게 나타났다. 제지용 옥수수 전분 풀의 경우 치환도 0.04의 양성전분이 지종에 관계없이 균일한 도포량을 나타냈으며, 산화전분 60 cps와 미변성 옥수수 전분 풀의 도포량이 높게 나타났다. 삭힌 밀가루 풀의 경우 지종에 따른 도포량 편차가 높게 나타났다.
- 제지용 옥수수 전분 풀의 특성 검토결과 높은 아밀로펙틴 함량, 낮은 점도, 높은 전분 도포량, 양호한 열화처리 후 박리강도 및 낮은 습박리강도를 나타내는 산화전분 60 cps가 서화 배접용으로 적합한 것으로 사료된다.
- 제지용 옥수수 전분의 경우 산화전분의 아밀로펙틴 함량이 95%이상으로 가장 높았으며, 산화전분에 비해 양성 전분과 미변성 옥수수 전분은 아밀로펙틴의 함량이 낮고 아밀로오스의 함량이 높은 것으로 나타났다. 삭힌 밀가루의 아밀로펙틴 함량은 전반적으로 양성전분 및 미변성 옥수수 전분과 유사하였다.
- 제지용 옥수수 전분의 경우 수침처리 함으로써 전체적으로 박리강도가 평균 10배 이상 감소하는 것으로 나타났다. 특히, 산화전분의 강도 감소가 현저하였으며, 산화전분 10 cps는 습윤 처리만으로 접착면이 분리되어 박리강도를 측정할 수 없었다.
- 제지용 옥수수 전분의 경우 아밀로오스의 함량이 높은 미변성 전분과 양이온성 작용기를 도입시킨 양성전분의 점도가 높게 나타났다. 특히 치환도 0.
- 지종 중에서는 높은 전분 도포량을 나타냈던 SP 화선지의 열화 후 박리강도 감소가 낮은 것으로 나타났다.
- 지종에 따른 박리지수는 화선지류가 낮은 값을 나타냈으며, SP 화선지는 도포량이 가장 높았음에도 불구하고 불량한 것으로 나타났다. SP 화선지의 이와 같은 현상은 밀도가 높고 표면 평활성이 우수하여 표면에 도포한 풀이 지층 내부로 이행되지 못하고 표면에만 존재 하여 내부 결합강도 발현에 기여하지 못했기 때문인 것으로 사료된다.
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