종이기록물 보존처리를 위한 나노크기의 금속산화물 합성 및 특성 고찰 연구 A study on the synthesis and characterization of nano-sized metal oxide for conservation treatment of paper records원문보기
기록물들은 정보전달을 위한 수단일 뿐만 아니라, 역사적 문화적으로 매우 중요한 가치를 지니고 있어 각각의 기록매체에 적합한 보존대책을 수립하고 적용해야만 한다. 특히 종이기록물은 시간이 지나면 생물손상 및 화학적인 반응에 의해 열화가 진행되며, 안전한 보존을 위해서 탈산 및 살균기능 처리를 필요로 한다. 본 연구에서는 종이기록물의 효과적인 보존처리를 위하여 15~30nm 크기의 나노산화아연(ZnO)과 나노산화마그네슘(MgO)을 합성하였다. 합성한 나노화합물들을 종이기록물에 적용한 결과, 탈산효과와 항균효과가 우수한 것으로 나타났다. 또한, 합성된 나노화합물들은 구성성분이 100%(Pb, Cd, As 비검출)에 가까워 종이기록물에 탈산처리한 후 중금속으로 인하여 발생할 수 있는 기록물의 훼손이 없을 것으로 판단된다.
기록물들은 정보전달을 위한 수단일 뿐만 아니라, 역사적 문화적으로 매우 중요한 가치를 지니고 있어 각각의 기록매체에 적합한 보존대책을 수립하고 적용해야만 한다. 특히 종이기록물은 시간이 지나면 생물손상 및 화학적인 반응에 의해 열화가 진행되며, 안전한 보존을 위해서 탈산 및 살균기능 처리를 필요로 한다. 본 연구에서는 종이기록물의 효과적인 보존처리를 위하여 15~30nm 크기의 나노산화아연(ZnO)과 나노산화마그네슘(MgO)을 합성하였다. 합성한 나노화합물들을 종이기록물에 적용한 결과, 탈산효과와 항균효과가 우수한 것으로 나타났다. 또한, 합성된 나노화합물들은 구성성분이 100%(Pb, Cd, As 비검출)에 가까워 종이기록물에 탈산처리한 후 중금속으로 인하여 발생할 수 있는 기록물의 훼손이 없을 것으로 판단된다.
Recording materials are the valuable historical and cultural parts themselves as well as the methods for exchanging informations. Therefore, the appropriate conservation treatments should be conducted to the recording materials respectively. In case of the paper records, some particular conservation...
Recording materials are the valuable historical and cultural parts themselves as well as the methods for exchanging informations. Therefore, the appropriate conservation treatments should be conducted to the recording materials respectively. In case of the paper records, some particular conservation treatments such as a deacidification and a sterilization are necessary to prevent both bio and chemical deteriorations. In this research, the nano-scaled ZnO and MgO with 10~30nm size were prepared for the effective and stable conservation treatment of the paper records. Deacidification and sterilization effect of nano compounds were excellent and since nano compounds had almost 100% purity(free from Pb, Cd, As), the additional damages caused by the heavy and toxic metals should not be occur to the books and papers.
Recording materials are the valuable historical and cultural parts themselves as well as the methods for exchanging informations. Therefore, the appropriate conservation treatments should be conducted to the recording materials respectively. In case of the paper records, some particular conservation treatments such as a deacidification and a sterilization are necessary to prevent both bio and chemical deteriorations. In this research, the nano-scaled ZnO and MgO with 10~30nm size were prepared for the effective and stable conservation treatment of the paper records. Deacidification and sterilization effect of nano compounds were excellent and since nano compounds had almost 100% purity(free from Pb, Cd, As), the additional damages caused by the heavy and toxic metals should not be occur to the books and papers.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 종이기록물의 훼손을 방지, 완화하기 위해 산화방지(MgO) 및 항균 특성(ZnO)을 갖는 나노크기의 금속산화물을 합성하고 특성 분석을 하였다.
제안 방법
1. 나노금속산화물은 환경규제에 따라 Pb, Cd, As 등의 중금속 검출을 최소화하기 위하여 순도 93% 이상의 무수금속염화물을 원료물질로 선정하고, 탈할로겐화산 방법(DHC)으로 합성하였다.
나노산화마그네슘은 나노산화아연과 같은 DHC 방법을 사용하였으나, 출발 원료물질을 염화마그네슘(MgCl2)으로 하였으며, 첨가한 물의 양은 나노산화아연 합성시 입자형성이 우수했던 1.1～1.2M을 첨가하여 생성된 나노금속산화물의 특성을 확인하였다.
, 미국)를 사용하여 확인하였다. 또한 금속산화물의 순도 및 중금속 검출에 대한 분석을 위해 ICP-MS(Agilent 7500a, Agilent Technologies, 미국)을 사용하여 정성분석을 하였다.
또한 염기물질로 n-methylmorpholine 대신 적은 양이 소요되는 ethylenediamine을 사용하여 합성하였다. 합성된 나노산화마그네슘은 샘플 B-1의 경우 20～30㎚ 이었으며, B-2의 경우 입자크기와 모양이 다소 불규칙하게 관찰되었다.
생물손상에 의한 종이훼손을 막기 위하여 종이훼손에 영향을 미치는 대표적인 균주인 staphylococcus aureus(황색포도상구균), escherichia coli(대장균), pseudomonas aeruginosa(녹농균)을 선정하여 합성된 나노산화아연에 대한 살균(항균)력 평가를 (주)바이오테카에 의뢰하였다.
합성한 금속산화물의 미세구조는 FE-SEM(S-4800, Hitachi, 일본), TEM(JEM-2010, JEOL, 일본)으로 분석하였고, 물성분석 중 pH는 pH meter(HI 99171N, HANNA Instruments Inc., 미국)를 사용하여 확인하였다. 또한 금속산화물의 순도 및 중금속 검출에 대한 분석을 위해 ICP-MS(Agilent 7500a, Agilent Technologies, 미국)을 사용하여 정성분석을 하였다.
합성한 나노산화아연의 미세구조 이외의 특성을 고찰하기 위하여 순도, pH측정을 수행하였으며, 그 결과를 Table 3에 정리하였다.
대상 데이터
과거부터 현재에 이르기까지 다양한 내용을 기록하기 위해 바위, 동물뼈, 죽간과 같은 나무, 동물 가죽, 종이, 마이크로필름, 광디스크 등의 기록매체를 사용하였다.
금속산화물 합성시 사용한 시약 및 수득 과정은 아래와 같으며, 시약은 zinc chloride(ZnCl2 99%, 대정화금), magnesium chloride(MgCl2 95%, 대정화금), n-methylmorpholine(C5H11NO 99%, 대정화금), ethylenediamine(C2H8N2 99%, 덕산이화학), ethyl alcohol(C2H5OH 99.9%, Burdick& Jackson), sodium hydroxide(NaOH, 동양제철화학)을 사용하였다.
우선 나노금속산화물을 합성하기 위하여 95%이상 순도의 원료물질을 선정하였으며, 수분에 따른 영향을 고려하여 원료나 염기물질은 수분이 제거된 시약을 사용하였다.
이론/모형
산화아연은 KS J 4206에 준용하여 staphylococcus aureus(황색포도상구균), escherichia coli(대장균), pseudomonas aeruginosa(녹농균)에 대한 살균력 평가를 하였다.
성능/효과
2. 나노금속산화물 합성시 사용한 물의 양이 1M 일 경우 입자형성의 편차가 심하고, 물의 사용량이 늘어남에 따라 입자크기가 작아지는 경향이 파악이 되었으며, 1.3M 이상에서는 입자가 5㎚ 이하로 너무 작게 형성되어 수세 후 탈수가 잘 되지 않아 최종산물을 얻기 어려웠다.
3. 합성된 나노산화아연은 백색을 띄며, 대략 10㎚의 크기로 pH 7.3의 특성을 가지며, 성분 분석결과, Pb, Cd, As 같은 중금속이 검출되지 않고 나노산화아연의 구성성분이 100%에 가깝게 나타났으며 staphylococcus aureus(황색포도상구균), escherichia coli(대장균), pseudomonas aeruginosa(녹농균)이 99% 이상 제거되었다.
4. 합성된 나노산화마그네슘은 백색을 띄고, 대략 10～30㎚의 크기로 pH 9.03의 특성을 가지며, 성분 분석결과, Pb, Cd, As 같은 중금속이 검출되지 않고 나노산화마그네슘의 구성성분이 93.8%로 확인되었으며, 향후 종이기록물에 탈산처리를 한 후 중금속으로부터 발생할 수 있는 기록물의 훼손이 없을 것으로 판단된다.
또한 염기물질로 n-methylmorpholine과 ethylenediamine 을 사용하여 실험한 결과, n-methylmorpholine 보다 염기당량이 높아 적은 양이 소요되는 ethylenediamine을 사용하여 합성을 할 때, 15～40㎚의 입자가 생성되었으나 n-methylmorpholine을 사용하여 합성된 나노입자 보다 크기가 커지는 경향을 보였다.
2M(A-1～3) 첨가하여 입자크기를 형성시킬 때, 15～20㎚ 크기의 비교적 고른 분포를 보이는 나노산화아연을 합성하였다. 또한 염기물질로 n-methylmorpholine와 ethylenediamine을 사용(A-5, 6)하여 실험한 결과, n-methylmorpholine 보다 염기당량이 높아 적은 양이 소요되는 ethylenediamine을 사용하여 합성을 할 때, 입자가 15～40㎚의 크기로 생성되었으나 n-methylmorpholine을 사용하여 합성된 나노입자보다 크기가 커지는 경향을 보였다.
시험은 KS J 4206 에 준용하여 접종균(1%의 시료농도)을 1, 4, 8시간 동안 진탕배양을 한 후 평가하였으며, 진탕배양 시간과 관계없이 3가지 균주에서 99.9%의 균 감소율을 보였다.
이러한 결과로부터 나노산화아연 합성시 염기물질과 물의 양이 입자크기와 모양에 영향을 미친다는 것을 확인할 수 있었으며, 물의 양이 1.1M일 때 좀 더 고른 크기의 산화마그네슘이 합성되었음을 확인할 수 있었다.
특성고찰 결과, 100%에 가까운 순도(99.96), 중성에 가까운 pH(7.3)을 갖으며, 연구 결과에서 나타난 초미세 결정입자는 세균과 곰팡이 등을 억제하여 항균효과를 나타낼 것으로 기대한다[6].
특성고찰 결과, 순도는 93.8%, 약알칼리성(pH 9.03)을 띄는 것으로 나타났으며, 연구 결과에서 나타난 95%에 가까운 순도는 중금속이나 미량의 불순물에 의한 기록물의 훼손을 방지할 수 있으며, 약알칼리성의 pH는 산성화된 종이기록물의 중화반응에 영향을 미칠 것으로 기대한다[7,8].
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
기록물들을 보존하기 위한 적합한 보존대책을 수립하고 적용해야 하는 이유는?
기록물들은 정보전달을 위한 수단일 뿐만 아니라, 역사적 문화적으로 매우 중요한 가치를 지니고 있어 각각의 기록매체에 적합한 보존대책을 수립하고 적용해야만 한다. 특히 종이기록물은 시간이 지나면 생물손상 및 화학적인 반응에 의해 열화가 진행되며, 안전한 보존을 위해서 탈산 및 살균기능 처리를 필요로 한다.
종이기록물을 탈산 및 살균기능 처리하는 이유는?
기록물들은 정보전달을 위한 수단일 뿐만 아니라, 역사적 문화적으로 매우 중요한 가치를 지니고 있어 각각의 기록매체에 적합한 보존대책을 수립하고 적용해야만 한다. 특히 종이기록물은 시간이 지나면 생물손상 및 화학적인 반응에 의해 열화가 진행되며, 안전한 보존을 위해서 탈산 및 살균기능 처리를 필요로 한다. 본 연구에서는 종이기록물의 효과적인 보존처리를 위하여 15~30nm 크기의 나노산화아연(ZnO)과 나노산화마그네슘(MgO)을 합성하였다.
종이기록물 보존처리에 사용할 수 있는 친환경 나노금속산화물 합성 연구로부터 어떤 결론을 유추할 수 있는가?
1. 나노금속산화물은 환경규제에 따라 Pb, Cd, As 등의 중금속 검출을 최소화하기 위하여 순도 93% 이상의 무수금속염화물을 원료물질로 선정하고, 탈할로겐화산 방법(DHC)으로 합성하였다.
2. 나노금속산화물 합성시 사용한 물의 양이 1M 일 경우 입자형성의 편차가 심하고, 물의 사용량이 늘어남에 따라 입자크기가 작아지는 경향이 파악이 되었으며, 1.3M 이상에서는 입자가 5㎚ 이하로 너무 작게 형성되어 수세 후 탈수가 잘 되지 않아 최종산물을 얻기 어려웠다.
또한 염기물질로 n-methylmorpholine과 ethylenediamine 을 사용하여 실험한 결과, n-methylmorpholine 보다 염기당량이 높아 적은 양이 소요되는 ethylenediamine을 사용하여 합성을 할 때, 15～40㎚의 입자가 생성되었으나 n-methylmorpholine을 사용하여 합성된 나노입자 보다 크기가 커지는 경향을 보였다.
3. 합성된 나노산화아연은 백색을 띄며, 대략 10㎚의 크기로 pH 7.3의 특성을 가지며, 성분 분석결과, Pb, Cd, As 같은 중금속이 검출되지 않고 나노산화아연의 구성성분이 100%에 가깝게 나타났으며 staphylococcus aureus(황색포도상구균), escherichia coli(대장균), pseudomonas aeruginosa(녹농균)이 99% 이상 제거되었다.
4. 합성된 나노산화마그네슘은 백색을 띄고, 대략 10～30㎚의 크기로 pH 9.03의 특성을 가지며, 성분 분석결과, Pb, Cd, As 같은 중금속이 검출되지 않고 나노산화마그네슘의 구성성분이 93.8%로 확인되었으며, 향후 종이기록물에 탈산처리를 한 후 중금속으로부터 발생할 수 있는 기록물의 훼손이 없을 것으로 판단된다.
참고문헌 (9)
K. H. Choi, "Paper aging by acid and metal and its conservation", Kangwon National University, 2004.
H. K. Son, "Investigation and improvement of the preservation environment for paper records", J. of Korean Library and Information Science Society, Vol. 31, No. 3, pp. 213-241, 2000.
B. Shard and J. O. Leary, "Effect of filling and sizing materials stability of book paper", J. of research of the NBS, RP 1149, Vol. 21, 1938.
S. Y. Chung, "Conservation of information II -deacidification of paper materials", J. of the Korean Society for Library and Information Science, Vol. 25, pp. 265-294, 1993.
J. S. Shin, "Effect of Properties of Fiber and Mineral Filler on Aging of Archival Documents", J. of the Korean printing society, Vol. 30, No. 3, pp. 13-21, 2012.
J. Sawai, "Quantitative evaluation of antibacterial activities of metallic oxide powders (ZnO, MgO and CaO) by conductimetric assay", J. of Microbiological Methods, Vol. 54, pp. 177-182, 2003. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0167-7012(03)00037-X
K. B. Lee, "The improvement of aged paper materials permanence through deacidification and strength reinforcement", Chungnam National University, 2006
J. S. Shin, C. H. Choi, "Effect of alkali chemical compound on paper properties for acidic papers preservation(I)", J. of the Korean printing society, Vol. 29, No. 3, pp. 130-140, 2001.
W. J. Myoung, "Preparation of metal oxide by supercritical hydrothermal synthesis", Prospectives of Industrial Chemistry, Vol. 9, No. 1, pp. 28-40, 2006.
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