[논문]칡 섬유의 특성 및 제지용 원료로의 활용방안에 대한 연구

곽혜정; 이지영; 김철환; 이희진; 백경길; 서정민; 박현진; 김성호; 강하륜

칡 섬유의 특성 및 제지용 원료로의 활용방안에 대한 연구
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곽혜정 (경상대학교 환경산림과학부 환경임산학) , 이지영 (경상대학교 환경산림과학부 환경임산학) , 김철환 (경상대학교 환경산림과학부 환경임산학) , 이희진 (경상대학교 환경산림과학부 환경임산학) , 백경길 (경상대학교 환경산림과학부 환경임산학) , 서정민 (경상대학교 환경산림과학부 환경임산학) , 박현진 (경상대학교 환경산림과학부 환경임산학) , 김성호 (경상대학교 환경산림과학부 환경임산학) , 강하륜 (경상대학교 환경산림과학부 환경임산학)

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문제 정의

매년 1000톤이상의 칡뿌리 생산량 중 잔사가 600톤 이상에 달한다.勿 이러한 버려지는 식물성 섬유인 칡뿌리 잔사를 이용해 제지용 신규 원료로 이용하고자 한다.
본 연구는 칡 섬유의 펄프화 특성을 목적으로 섬유의 특징 그리고 펄프화 특성을 검토하였다. 칡 섬유의 섬유장은 활엽수 수준의 섬유장 크기를 나타내었는데 이는 종이 제조 시 섬유간 결함 측면에서 유리 할 것으로 예상할 수 있다.
본 연구에서는 칡뿌리를 잔사를 이용하여 제지용 원료로서의 사용가능성에 대한 분석을 위한 기초연구들이 수행되었다. 신규 원료로서의 가치를 분석하기 위하여 펄핑 조건에 따른 수율을 탐색하고 표백 및 칡 섬유의 특성을 연구하였다.
위한 기초연구들이 수행되었다. 신규 원료로서의 가치를 분석하기 위하여 펄핑 조건에 따른 수율을 탐색하고 표백 및 칡 섬유의 특성을 연구하였다.

제안 방법

칡 섬유의 펄프화 특성을 알아보기 위하여 크라프트 펄핑 (kraft pulping)을 조건을 달리하여 실시하였다. 그 결과 Table 4와 같은 수율을 알 수 있었다.
펄프화 후 칡 섬유는 이산화염소(CIO, 와 과산화수소(氏。2)를 이용한 2단 표백 (bleaching)을 하였다.'輩)
표백된 칡 섬유, Hw-BKP와 Sw-BKP를 해리기를 이용하여 20분 해리 후 시료를 채취하고 여수도 450±10 mIQSF의 수준으로 고해 후 한번 더 시료를 채취하였다. 시료는 약 300배 희석하여 Metso사의 FiberLab을 이용하여 섬유장(fiber length)을 측정하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 칡 섬유의 펄프화 특성을 알아보기 위하여 칡즙을 짜고 남은 것을 건조하여 시료로 사용하였으며 화학 조성 분석은 건조된 칡뿌리를 블렌더로 분쇄하여 세분화하고 60~80 mesh 크기의 분말을 사용하였다. 섬유장 측정에서 대조군 공시펄프로 활엽수 BKP(Bleached Kraft PWp)와 침엽수 BKP를 사용하였다.
60~80 mesh 크기의 분말을 사용하였다. 섬유장 측정에서 대조군 공시펄프로 활엽수 BKP(Bleached Kraft PWp)와 침엽수 BKP를 사용하였다.
시료는 약 300배 희석하여 Metso사의 FiberLab을 이용하여 섬유장(fiber length)을 측정하였다.
제지용 원료로는 목재펄프, 충전제, 기타첨가제들이 있는데 이 중 목재펄프가 주원료로 사용된다. 펄프의 원료로는 목재, 대나무, 에스파르토, 린터, 인피 펄프 등이 있고 오늘날 공업적으로 생산되는 펄프의 약 90% 이상이 목재를 원료로 한다.

성능/효과

A 30%, sulfidity 30%, 액비 1:4이고 증해 시간이 3시간 일 때는 펄프의 과도한 증해로 인해 16%의 매우 낮은 수율을 나타내었으며 소량의 이물질을 볼 수 있었다. 각각의 펄프화 조건에서 펄프화 조건이 A.A 30%, sulfidity 20%, 액비 1:4이고 증해시간이 3시간일 때 수율이 3(广35%대 이었는데 이는 칡 섬유의 비셀룰로오스를 제거하는 정도에 따른 가장 적합한 펄프화 조건으로 판단된다.
그 결과 Table 4와 같은 수율을 알 수 있었다. 우선 기존의 다른 비목재 펄핑 조건과 유사한 조건인 A.A 20%, sulfidity 25%, 35%, 액비 1:6이고 2시간 증해하였을 때 세척 후 얻어진 칡 펄프에서 외부 수피로부터 기인되는 미증해물질 덩어리 및 흑색 오염물질과 같은 눈으로도 현저하게 확인되는 이물질이 다량 포함되어 있었다. 반면 매우 강한 펄핑 조건인 A.
칡 펄프를 이산화염소로 1단 표백한 후에는 진한 갈색을 띄던 칡 펄프가 연한 갈색으로 표백 되었고 과산화수소로 2단 표백한 후에는 연한 살색을 띄었다. 칡 펄프에서 볼 수 있었던 미증해 이물질들이 2단 표백을 거치는 동안 일부 제거 되는 것을 알 수 있었고, 2단 표백 과정 동안 펄프 수율은 약 15%대 까지 낮아지는 것을 알 수 있었다.

후속연구

비목질계 섬유자원은 단기간에 재생산이 가능하며 생산성이 높은 장점이 있고 목재와는 다른 화학 구성을 가지고 있다.2 비록 대부분의비목질계 섬유자원들이 목재 섬유보다 수율과 품질면에서 다소 낮은 특성을 지니고 있지만 목재펄프를 대체할 신규원료로서의 특성을 탐색하는 연구가 필요하다고 판단된다. 비목질계 섬유자원 중에서 특히 칡의 경우 번식력이 강하고 생장력이 왕성하려 우리나라 곳곳에서 번성하며 특히 뿌리가 크고 길다.
펄프화는 비셀룰로오스의 제거 정도에 따른 적당한 펄프화 수준이 펄프 수율이 3(广35%일 때로 판단된다. 칡 섬유의 제지용 원료로서의 사용가능성에 대한 분석을 위해서는 칡 섬유로 제조된 종이의 물성에 대한 추가적인 연구가 필요할 것이다.

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