[논문]기능성 섬유를 활용한 한지의 제조

민춘기; 조중연; 신준섭; 류운형

문제 정의

3)에서 보는 바와 같이 텐셀은 섬유의 횡단면이 구형으로 이루어져 있어서 , 섬유의 횡단면이 타원형의 형태를 갖고 있고, 섬유의 유연성이 상대적으로 높은 닥섬유에 비해 섬유간 결합 면적이 작을 수 밖에 없다. 본 연구에서는 고해기로 Valley Beater를 사용하였는데 피브릴화를 유도하기 위하여 고해시간을 증가시킬 경우 섬유장의 급속한 저하가 발생하여 고해도를 증가시키는데 제한이 있었다. 따라서 텐셀을 한지에 성공적으로 적용시키기 위해서는 섬유의 길이는 유지하면서 점상고해를 통해 충분한 피브릴화를 유도하는 고해 방법을 개발하는 것이 무엇보다도 중요한 과제로 판단된다.
한편 한지의 원료로 사용되는 닥섬유를 100% 사용시 섬유장이 길어 제반 강도는 우수하지만, 서화특성이 저하되는 문제가 발생되므로 이를 해결하기 위해 단섬유를 일부 혼합하여 서화용지를 제조하는 것이 일반적이다. 본 연구에서는 이제까지 섬유용 신소재로 사용되어 왔던 텐셀의 높은 흡수성과 피브릴 효과에 착안하여 , 텐셀을 닥섬유와 혼용하여 한지의 필기성, 서화특성을 향상시키는 동시에 원료수급의 원활성을 부여할 수 있는 가능성을 파악하기 위한 기초 연구를 수행하였다.
섬유용 신소재로 최근에 개발된 텐셀의 특성을 응용하여 한지의 소재로서의 가능성을 모색하였다. 이를 위해 닥섬유와 텐셀을 혼합하여 한지를 제조하고 이들의 서화특성을 조사한 결과는 다음과 같다.

제안 방법

닥섬유는 칼 비터를 사용하여 섬유가 완전히 해리될 때 까지 고해시켰다. 고해된 두 섬유를 일정 비율로 혼합하고 분산제로 PAM을 첨가 후, 소형 초지발로 가로뜨기(쌍발뜨기)하여 평량이 약 30 g/m²이 되도록 초지하였다. 제조된 한지는 압착기로 24시간 가압 탈수시킨 후 열판건조기로 건조하였다.
공시재료의 흡수속도를 파악하기 위해 시험편을 15mm X 200mm의 스트립으로 재단하여 상단을 고정하고 시험편의 끝을 묵즙에 담궈 10분 후에 묵즙의 흡수 형태와 높이를 비교하였다.
상기의 조습 처리된 한지의 평량, 두께, 밀도, 열단장, 열단장종횡비, 신장율, 인열지수, 비파열강도, 내절도, 백색도 및 지합을 TAPPI 표준시험방법에 준해서 측정하였다. 또한 공초점 레이저 주사현미경(Confocal Laser Scanning Microscope, CLSM)과 주사 전자현미경(SEM)을 사용하여 한지 내의 섬유 분포, 개별 섬유의 형태 및 크기를 파악 하였다.
이 문제를 해결하기 위해 실험실용 VaUey 비터를 사용하여 섬유의 길이를 손상시키지 않는 범위 내에서 고해시간을 단계별로 증가시켜 적정 고해 시간을 선정하였다. 또한 텐셀섬유를 분산시켜 고해를 촉진 시킬 목적으로 PAM(polyacryamide)과 PEO(polyethylene oxide)를 첨가하여 고해 효과를 관찰하였다. 텐셀의 섬유특성을 고해 진행중 1분 간격으로 확인한 결과 고해 시간이 약 8분 정도를 경계로 해서 섬유장이 급격히 저하됨을 알 수 있었다.
텐셀을 일반 닥섬유와 동일한 조건으로 칼 비터로 고해를 실시하고자 하였으나 섬유가 비터내에서 뭉쳐 고해가 진행되지 않았다. 이 문제를 해결하기 위해 실험실용 VaUey 비터를 사용하여 섬유의 길이를 손상시키지 않는 범위 내에서 고해시간을 단계별로 증가시켜 적정 고해 시간을 선정하였다. 또한 텐셀섬유를 분산시켜 고해를 촉진 시킬 목적으로 PAM(polyacryamide)과 PEO(polyethylene oxide)를 첨가하여 고해 효과를 관찰하였다.
화상분석에는 범미유니버스 제품인 BMI plus를 이용하였다. 이 프로그램은 CCD 카메라가 장착되어 있어 CCD 카메라를 통해 먹을 떨어뜨린 종이의 화상을 capture하 였으며, capture된 화상은 흑백전화->이치화 ->색반전 -> 자동계측의 과정을 거쳐 면적과 평균직경, 최대 최소 반지름, 원형비율, 이형율 등의 값을 얻었으며 다음과 같이 정의할 수 있다.
10 cc 주사기에 먹을 채운 후 5 cm 높이에서 한방울씩 한지에 떨어뜨려 먹이 완전히 퍼질 때까지 방치한다. 이것을 화상 분석기를 이용해 면적과 평균직경, 최대 최소 반지름, 원형비율, 이형율을 측정하였다.
영국 Courtaulds사에서 제조한 텐셀섬유를 5, 12, 30 mm의 섬유장 별로 구입하여 사용하였다. 텐셀 섬유는 Valley Beater를 사용하여 고해를 실시하였으며 고해 시간에 따른 고해도를 CSF 방식으로 측정하였고, 고해 효율을 높이기 위해 PAM과 PEO를 첨가하여 무첨가와 비교하였다. 닥섬유는 칼 비터를 사용하여 섬유가 완전히 해리될 때 까지 고해시켰다.
붓이 쉽게 미끄러지는 종이와 잘 미끄러지지 않는 종이를 사용자는 구별할 필요가 있다. 현재까지 종이의 먹퍼짐성은 먹의 번짐의 형태를 육안으로 관찰하여 평가하는 방식을 사용하였으나 본 연구에서는 Image Analyzer를 사용하여 먹퍼짐 면적, 먹퍼짐 직경, 최소반지름, 최대반지름, 원형비율 및 이형율 등을 통해 보다 정확하고 과학적인 방법에 의해 먹퍼짐성을 평가하였으며 그 결과를 Table 2에 나타내었다. T5-10%의 경우 기존 한지에 비해 원형 비율과 이형율 모두 다소 우수하게 나타나, 섬유장이 작은 텐셀섬유를 소량(10% 내외) 닥섬유와 혼합초지하여 한지의 서화특성을 개선시킬 수 있을 것으로 판단된다.

대상 데이터

제조된 한지는 압착기로 24시간 가압 탈수시킨 후 열판건조기로 건조하였다. 건조된 한지는 항온항습실(65% RH, 20℃)에서 24시간 보관 후 물성 시험용 시편으로 사용하였다.
영국 Courtaulds사에서 제조한 텐셀섬유를 5, 12, 30 mm의 섬유장 별로 구입하여 사용하였다. 텐셀 섬유는 Valley Beater를 사용하여 고해를 실시하였으며 고해 시간에 따른 고해도를 CSF 방식으로 측정하였고, 고해 효율을 높이기 위해 PAM과 PEO를 첨가하여 무첨가와 비교하였다.

이론/모형

상기의 조습 처리된 한지의 평량, 두께, 밀도, 열단장, 열단장종횡비, 신장율, 인열지수, 비파열강도, 내절도, 백색도 및 지합을 TAPPI 표준시험방법에 준해서 측정하였다. 또한 공초점 레이저 주사현미경(Confocal Laser Scanning Microscope, CLSM)과 주사 전자현미경(SEM)을 사용하여 한지 내의 섬유 분포, 개별 섬유의 형태 및 크기를 파악 하였다.
화상분석에는 범미유니버스 제품인 BMI plus를 이용하였다. 이 프로그램은 CCD 카메라가 장착되어 있어 CCD 카메라를 통해 먹을 떨어뜨린 종이의 화상을 capture하 였으며, capture된 화상은 흑백전화->이치화 ->색반전 -> 자동계측의 과정을 거쳐 면적과 평균직경, 최대 최소 반지름, 원형비율, 이형율 등의 값을 얻었으며 다음과 같이 정의할 수 있다.

성능/효과

3) 섬유장이 비교적 짧은 텐셀을 10% - 20% 정도 닥섬유와 혼합하여 초지하므로 묵즙 흡수 속도, 먹퍼짐성 등 한지의 서화특성을 개선할 수 있는 가능성을 확인할 수 있었다.
4) 강도보다는 서화특성이 중요한 품질변수인 화선지에 텐셀을 15% 정도 닥섬유와 혼합하여 제품화가 가능할 것으로 생각되며, 10% 정도의 원료비 절감 효과를 기대할 수 있었다.
현재까지 종이의 먹퍼짐성은 먹의 번짐의 형태를 육안으로 관찰하여 평가하는 방식을 사용하였으나 본 연구에서는 Image Analyzer를 사용하여 먹퍼짐 면적, 먹퍼짐 직경, 최소반지름, 최대반지름, 원형비율 및 이형율 등을 통해 보다 정확하고 과학적인 방법에 의해 먹퍼짐성을 평가하였으며 그 결과를 Table 2에 나타내었다. T5-10%의 경우 기존 한지에 비해 원형 비율과 이형율 모두 다소 우수하게 나타나, 섬유장이 작은 텐셀섬유를 소량(10% 내외) 닥섬유와 혼합초지하여 한지의 서화특성을 개선시킬 수 있을 것으로 판단된다. 참고로 원형비율은 먹퍼짐의 이방성을 나타내주는 계수로 먹퍼짐이 원형이 아니고 타원형으로 나타나게 되는데, 이때 최대반지름을 최소반지름으로 나누어 줄 때 이 값을 원형 비율이라고 부른다.
텐셀의 섬유특성을 고해 진행중 1분 간격으로 확인한 결과 고해 시간이 약 8분 정도를 경계로 해서 섬유장이 급격히 저하됨을 알 수 있었다. 따라서 고유의 섬유장을 유지시키는 최대한의 고해시간을 8분으로 정하여 고해도를 측정한 결과 5, 12, 30mm의 섬유장을 갖는 것이 각각 14, 17, 22 ° SR을 나타내었다. 텐셀을 물과 단독으로 혼합하였을 경우보다 분산제를 소량(0.
섬유장에 관계 없이 텐셀의 함유율이 20% 이상이 되면 습지 상에 텐셀 섬유간 미세 응집이 발생하여 제조된 한지의 지합이 저하되는 것이 관찰되었다. 따라서 현재의 고해 및 분산 방법으로는 텐셀의 혼초 비율을 10 - 20% 정도의 수준으로 유지하는 것이 적당하다고 판단된다.
묵즙의 흡수거동이 화선지의 특성에서 어떠한 현상으로 나타나는가를 서예가와 동양 화가에게 알아본 결과, 붓의 터치(touch) 감각에 큰 영향을 미치고 있음을 알 수 있었다. 즉 묵즙의 흡수력이 지나치게 빠르거나 늦으면 붓 끝에 머물러 있는 묵즙이 빨리 흡수되거나 늦어져 획을 긋는 속도를 조절하는데 어려움이 있음을 알 수 있었고, 표면이 너무 미끄러우면 터치 감각을 느낄 수 없어 강약을 조절하기가 어렵기 때문에 약간 거친 면을 선호하는 경향이 많았다.
섬유장에 관계 없이 텐셀의 함유율이 20% 이상이 되면 습지 상에 텐셀 섬유간 미세 응집이 발생하여 제조된 한지의 지합이 저하되는 것이 관찰되었다. 따라서 현재의 고해 및 분산 방법으로는 텐셀의 혼초 비율을 10 - 20% 정도의 수준으로 유지하는 것이 적당하다고 판단된다.
묵즙의 흡수거동이 화선지의 특성에서 어떠한 현상으로 나타나는가를 서예가와 동양 화가에게 알아본 결과, 붓의 터치(touch) 감각에 큰 영향을 미치고 있음을 알 수 있었다. 즉 묵즙의 흡수력이 지나치게 빠르거나 늦으면 붓 끝에 머물러 있는 묵즙이 빨리 흡수되거나 늦어져 획을 긋는 속도를 조절하는데 어려움이 있음을 알 수 있었고, 표면이 너무 미끄러우면 터치 감각을 느낄 수 없어 강약을 조절하기가 어렵기 때문에 약간 거친 면을 선호하는 경향이 많았다. 묵즙의 흡수속도 시험결과 Fig.
따라서 고유의 섬유장을 유지시키는 최대한의 고해시간을 8분으로 정하여 고해도를 측정한 결과 5, 12, 30mm의 섬유장을 갖는 것이 각각 14, 17, 22 ° SR을 나타내었다. 텐셀을 물과 단독으로 혼합하였을 경우보다 분산제를 소량(0.01%) 첨가할 경우 고해시 섬유의 응집이 현저히 저하되었으며, 분산제 중에서는 PAM이 PEO에 비해 우수한 분산 효과를 나타냈다.
또한 텐셀섬유를 분산시켜 고해를 촉진 시킬 목적으로 PAM(polyacryamide)과 PEO(polyethylene oxide)를 첨가하여 고해 효과를 관찰하였다. 텐셀의 섬유특성을 고해 진행중 1분 간격으로 확인한 결과 고해 시간이 약 8분 정도를 경계로 해서 섬유장이 급격히 저하됨을 알 수 있었다. 따라서 고유의 섬유장을 유지시키는 최대한의 고해시간을 8분으로 정하여 고해도를 측정한 결과 5, 12, 30mm의 섬유장을 갖는 것이 각각 14, 17, 22 ° SR을 나타내었다.
에 나타내었다. 텐셀의 함유량이 증가할수록 한지의 인장강도, 파열강도, 인열강도가 전반적으로 감소하는 경향을 나타내었다. 이는 섬유 자체의 강 도는 텐셀이 우수하나, 섬유의 피브릴화가 충분히 진행되지 못하여 섬유간 결합이 제대로 이루어지지 못한 것이 원인으로 판단된다.

후속연구

1) 텐셀을 한지에 효과적으로 적용하기 위해서는 텐셀의 섬유장을 최대한 유지시키면서 섬유의 피브릴화를 유도하는 새로운 점상 고해(wet beating) 방법의 개발이 필요하다.
2) 텐셀 함유 한지의 강도가 닥섬유만으로 구성된 한지에 비해 전반적으로 저하되었는데, 차후 텐셀의 고해 방법의 최적화를 통해 개선 가능할 것으로 판단된다.

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