1. 서 론
국어사전에서 정의하는 ‘전통한지’는 ‘우리나라 고유의 전통적인 방식대로 만든 종이’이며, 지식백과 산림임업 용어사전에서는 ‘전통한지’를 ‘우리나라에서 생산된 닥나무 인피섬유를 주원료로 이용하고 반드시 목재펄프는 사용하지 않아야 되며 각 제조공정을 전통식 방법에 따르되 고해와 건조 공정만 동력을 이용해 제조한 한지’로 정의된다. 이와 같이 ‘전통한지’ 제조법에 있어 ‘전통적 방식’에 대한 정의는 비교적 명확하지 않다고 할 수 있다.
통상적으로 ‘전통한지’라 함은 국내산 닥나무 인피섬유를 잿물로 증해하여 섬유화한 후 황촉규 점질물을 넣은 지료를 흘림뜨기(외발뜨기)로 초지한 종이를 말한다. 반면에 ‘개량한지’는 주원료인 국내산 닥나무 인피섬유를 대체하여 수입산 닥나무 인피섬유를 사용하거나 목재펄프를 혼합하여 화학 약품인 Na2CO3, NaOH로 증해 후 황촉규 점질물 대신 PAM(polyacrylamide)을 첨가하여 가둠뜨기(쌍발뜨기)로 초지한 종이를 말한다. 하지만 앞서 언급한 바와 같이 ‘전통적 방식’에 대한 명확한 개념의 부재로 ‘전통한지’로서 허용되는 재료의 범주가 나날이 확대되고 있는 실정이다. 국내의 많은 한지공방에서 재료 단가나 공정 일률을 위해서 현대의 초지공정을 도입함에 따라 전통한지의 제작기술이 날로 쇠퇴하는 현 상황에서 전통한지의 명맥을 유지하기는 쉽지 않다.
따라서 본 연구에서는 통상적으로 정의되는 ‘전통한지’의 제조 단가를 낮추고 공정 일률을 높이기 위한 연구의 일환으로 잿물 증해법의 증해 효율을 높이는 방안을 제시하고자 하였다. 잿물 증해법의 증해 효율을 높이는 방안으로 크게 두 가지를 고려할 수 있다.
첫 번째는 잿물 제조 시 사용되는 원재료의 고수율화법이다. 잿물 제조 시 사용되는 농업 부산물의 경우 단가가 낮고 근처에서 손쉽게 구할 수 있다는 장점이 있지만, 주변 농가에 의지해야 하여 선택의 폭이 크지 않다. 하지만 그중에서도 농업 부산물의 회분 함량이 많고 잿물의 수율이 높은 재료를 사용하여 잿물을 제조한다면 증해 효율을 높일 수 있을 것이라 생각된다. 이에 따라, 본문에서는 잿물 제조에 가장 많이 사용되는 농업 부산물 4종(고춧대, 콩대, 깻대, 메밀대)의 회분 함량과 성분 분석을 실시하였으며, 이를 바탕으로 잿물의 수율이 높은 재료를 판단하였다.
두 번째는 알칼리도가 높은 원재료를 사용하는 방법이다. 즉, 동일한 양의 재를 사용했을 경우 저알칼리도의 잿물보다 고알칼리도의 잿물을 사용해 섬유를 증해할 때, 증해 시간이 짧아지고 효율이 높다. 그러나 고알칼리도를 갖는 원재료의 확보가 어렵거나 원재료의 알칼리도가 낮을 경우를 대비하여, 잿물의 알칼리도를 향상시키기 위한 방안을 알아보고자 하였다. 이에 회분 함량은 높지만 잿물 제조 시 저알칼리도를 띠는 메밀대 잿물의 증해 효율을 높이기 위한 방법으로 고춧대, 콩대, 깻대 재를 혼합하여 제조한 잿물로 닥나무 인피섬유를 증해한 후, 초지된 수초지의 지합, 백색도, 내절도 특성을 비교·분석하여 저알칼리도를 띠는 원재료의 증해 효율을 높이기 위한 방안을 제시하였다.
2. 재료 및 방법
2.1 공시 재료
2.1.1 닥나무 인피섬유
본 연구에 사용된 닥나무 인피섬유는 경상도 지역에서 생산 및 가공이 완료된 닥나무 백피를 A 한지공방에서 수급하였으며, autoclave를 이용한 효율적인 증해 공정을 위해서 5 cm 내외로 잘라서 사용하였다.
2.1.2 농업 부산물
닥나무 백피의 증해에 필요한 잿물을 제조하기 위해서 Fig. 1에 나타낸 기건 상태의 농업 부산물 4종(고춧대, 콩대, 깻대, 메밀대)을 충청도 S 한지공방에서 수급하였다.
2.2 실험 방법
2.2.1 재 제조 및 분석
기건 상태의 농업 부산물 4종을 각각 20 kg씩 스테인리스 용기에 넣고 10분 내외로 연소시켜 수율 분석을 실시한 후, 체 분급기를 이용하여 425 µm 이하의 재를 잿물 제조에 사용하였다. 또한 잿물에 사용된 재의 구성 성분을 확인하고자 XRD(D-MAX-2500V, Rigaku, Japan) 분석을 실시하였다. XRD 분석에 사용된 시료는 회화로(Wisd, FPX/FHPX, Digital Muffle Furnace, Korea)를 이용하여 300℃, 525℃, 700℃1,2)에서 회화 후 남은 농업 부산물 4종의 연소 잔류물이다.
2.2.2 잿물 제조 및 분석
전통한지를 제조하기 위한 잿물 증해법의 효율 증대를 위한 방안을 탐색하고자 Table 1에 나타낸 다양한 조건으로 아스피레이터와 여과 장치를 이용하여 여과, 추출하여 잿물을 제조하였다. 이후 조건별 잿물의 특성을 비교·분석하기 위하여 KS I ISO 9963-2에 의거한 알칼리도 분석과 pH(Horiba, JP/D-51, Japan) 분석을 실시하였다.
2.2.3 닥나무 백피의 증해 및 초지
증해 방법은 닥나무 백피를 조건별로 제조한 증해액에 1시간 동안 침지하여 연화시킨 후 autoclave를 사용하여 120℃에서 90분, 180분간 증해하였다. 증해가 완료된 섬유는 세척 후 표준해리기를 이용하여 해리한 뒤 KS M ISO 5269-1에 의거하여 평량 30 g/m2으로 수초지를 제작하였다.
2.2.4 닥나무 백피의 증해 조건에 따른 수초지의 분석
다양한 조건의 증해액이 닥나무 인피섬유의 섬유화(증해)에 미치는 영향을 비교·분석하기 위하여 증해 조건별로 초지한 수초지의 물성 평가를 실시하였다. 백색도, 지합, 내절도 등의 수초지 물성 평가는 다음의 Table 2에 나타낸 KS 규격에 의거하여 수행하였다.
3. 결과 및 고찰
3.1. 잿물 분석
잿물은 농업 부산물을 태운 재에 물을 부어 침전시킨 후 걸러서 사용한다. 이처럼 잿물을 제조함에 있어서 농업 부산물의 연소 온도와 연소 시간은 재와 잿물의 수율에 밀접한 영향을 미치게 된다. 따라서 KS M ISO 1762에 의거하여 농업 부산물 4종을 회화로를 사용해 동일한 연소 온도 및 시간으로 회화 후 회분 함량을 분석하여 원료별 재의 수율 분석을 대체하고자 하였다. 이에 Fig. 2에 농업 부산물의 회분 함량 결과를 나타냈으며, Fig. 3에 농업 부산물 연소 잔류물을 대상으로 XRD 분석을 실시한 결과를 나타냈다.
농업 부산물 원재료 4종의 회분 함량을 분석한 결과 고춧대, 메밀대, 콩대, 깻대 순으로 크게 나타났다. 이와 같은 결과는 선행 연구 결과3)와 다소 차이는 보이며, 앞서 언급한 바와 같이 연소 조건의 제어 유무에 따른 결과로 판단된다.
연소 잔류물의 XRD 분석 결과, 연소 온도가 고온일수록 결정성이 높아지는 것으로 나타났다. 또한 4종의 잔류물 모두 K2CO3의 결정 구조가 보이며, 깻대의 경우 추가적으로 KCl이 함께 나타나는 것으로 확인되었다(Fig. 3).
국내의 많은 한지 제조 공방에서 잿물의 알칼리도를 확인하는 척도로 pH 분석을 실시하고 있으며, pH 10 이상의 잿물을 닥나무 인피섬유의 증해에 사용하고 있다. 그러나 기 연구된 결과1)에 따르면 유사한 pH 값을 나타내는 잿물 조건에서 전혀 다른 증해 효율이 나타나므로 전통한지의 제조에 사용되는 잿물의 알칼리도를 정확하게 분석할 필요가 있다. 이에 동일한 조건하에서 제조한 원재료별 잿물의 알칼리도와 pH를 분석한 결과를 Fig. 4에 나타냈다.
Fig. 4에 나타낸 바와 같이 원재료별 잿물의 pH는 10.5-11 사이로 유사하게 나타나는 반면에 알칼리도의 경우 깻대, 고춧대, 콩대, 메밀대 잿물 순으로 높게 나타났다.
알칼리도는 산을 중화시킬 수 있는 염기의 총량으로 자연수에서 알칼리도의 구성 성분은 일반적으로 중탄산염(HCO3-), 수산화물(OH-), 탄산염(CO32-)이며, 중탄산염 형태가 가장 많이 나타난다.4,5) 즉, 염기의 양에 의해 알칼리도가 결정되며, 이 밖에 음이온을 띠는 붕산염, 규산염 및 인산염 등의 양도 알칼리도에 영향을 미치기 때문에 일반적으로 pH가 높을수록 높은 알칼리도를 보이나 절대적인 결과가 아님을 보여준다.
3.2 조건별 증해법에 따른 수초지 특성
대체로 펄프의 증해 특성을 알아보기 위해서는 증해 후 펄프의 증해 수율, 리그닌 함량, 점도 및 중합도와1,6) 함께 증해된 섬유 원료를 수초지로 제조한 후 백색도, 지합 특성6) 등 다양한 비교·분석이 필요하다. 이에 조건별 증해제에 따른 펄프의 증해 특성을 알아보고자 원료별 잿물을 사용하여 동일한 조건하에서 닥나무 인피섬유를 증해 후 초지한 수초지의 특성을 분석하였다.
Fig. 5는 원재료별 잿물의 알칼리도와 잿물 조건별로 초지한 수초지 지합과의 관계를 나타냈으며, Table 3에 조건별 수초지의 지합 특성을 이미지로 나타냈다. Fig. 5와 Table 3의 결과를 살펴보면 대체로 잿물의 알칼리도가 높은 경우 수초지의 지합이 균일해지는 것으로 나타났다. 이는 고알칼리의 잿물일수록 높은 소섬유화로 인해 균일해진 지료가 수초지 시트 형성을 용이하게 하여 나타나는 결과로 확인된다. 따라서 닥나무 인피섬유의 증해법에 있어서 고알칼리도 잿물의 사용이 저알칼리도 잿물을 사용하는 것보다 더 효율적인 것으로 판단된다.
Fig. 5.
Relationship between alkalinity and formation of handmade paper-sheet according to the types of lye.
Table 3.
Formation image of handmade paper-sheet according to the types of lye
| Agricultural byproducts | Pepper stem | Bean stalk | Sesame stem | Buckwheat stem |
|---|---|---|---|---|
| Formation image |  |  |  |  |
Figs. 6-9는 증해제 외에 증해 방법에 따른 펄프의 증해 특성을 알아보고자 동일한 증해제로 각각 90분, 180분 증해 후 초지한 수초지의 지합 특성과 백색도, 내절도를 비교·분석하여 나타낸 결과이다.
Figs. 6-7의 결과로 증해제에 따른 차이는 있지만 닥나무 백피의 증해 시간이 길어짐에 따라 증해 효율이 높아짐을 알 수 있다. 특히 닥나무 백피를 메밀대 잿물로 증해할 경우, 고춧대, 콩대, 짚대 잿물을 사용할 때보다 긴 증해 시간이 소요되는 것으로 확인되었다. 이에 따라 메밀대 잿물의 증해 효율은 다른 3종의 증해제보다 낮은 것으로 판단된다.
Fig. 8은 증해제와 증해 시간이 수초지의 백색도에 미치는 영향을 분석한 것으로 Fig. 6 수초지의 지합 결과와 동일하게 나타났다. 증해 시간이 길어짐에 따라 닥나무 인피섬유 내의 리그닌 등과 같이 황색도를 결정짓는 비섬유상 물질이 더 많이 제거되면서 수초지의 백색도가 높아지는 것으로 판단된다.
Fig. 9는 증해제와 증해 시간에 따른 수초지의 내절도를 분석한 결과로 증해제에 따른 내절도 차이는 크게 없는 것으로 나타났으며, 증해 시간이 길어짐에 따라 내절도가 감소하는 경향을 보였다. 이는 증해 시간이 길어짐에 따라 닥나무 인피섬유의 단섬유화 및 소섬유화로 나타난 결과로 생각된다. 이와 같이 고농도 증해제의 사용이나 오랜 시간 증해는 섬유의 손상 원인이 되어 내구성이 떨어지고, 수초지의 강도를 떨어지게 할 수 있다.
3.3 잿물의 증해 효율 증대 방안
회분 함량이 많고 잿물의 수율은 높으나7) 저알칼리도로 섬유의 증해 효율이 낮은 메밀대 잿물의 증해 효율을 높이는 방안을 알아보고자 하였다. Figs. 10-11은 메밀대 재에 다른 농업 부산물(고춧대, 콩대, 깻대) 재를 혼합하여 잿물로 제조한 후 섬유를 증해하여 제작된 수초지의 지합, 백색도, 내절도를 분석한 결과이다.
Fig. 10.
Formation and brightness of handmade paper-sheet by lye types (P: pepper stem, B: bean stalk, S: sesame stem).
Fig. 11.
Folding endurance of handmade paper-sheet by lye types (P: pepper stem, B: bean stalk, S: sesame stem).
Fig. 10은 메밀대 재에 다른 농업 부산물 3종의 재를 각각 혼합하여 제조한 잿물로 닥섬유를 증해 후 초지된 수초지의 지합과 백색도를 비교·분석한 결과로 메밀대 잿물을 사용하여 제조한 수초지에 비해 균일한 지합을 형성하며, 백색도가 향상되는 것을 확인하였다. 이는 메밀대 잿물에 비해 다른 농업 부산물 재를 혼합하여 잿물을 제조할 경우, 알칼리도가 높아지면서 섬유의 증해 효율이 높아짐에 따른 결과로 해석된다. 이와 마찬가지로 Fig. 11의 내절도 결과는 고알칼리도 잿물을 사용한 섬유의 증해법이 섬유 간 결합력을 높여 나타난 결과로 판단된다.
4. 결 론
전통한지 제작기술 연구의 일환으로 전통한지 제조 시 사용되는 잿물 증해법의 증해 효율을 높이기 위한 방법을 연구하고자 하였다. 이에 잿물 제조 시 사용되는 농업 부산물 4종의 원료 분석과 각각의 잿물로 증해 후 초지한 수초지의 물성을 비교·분석한 결과는 다음과 같다.
1) 농업 부산물 4종의 회분 함량은 고춧대, 메밀대, 콩대, 깻대 순으로 나타났다. 이와 같은 결과는 회화로를 사용하여 가열 온도 및 시간이 제한된 결과로, 국내 한지 공방에서 농업 부산물을 태워 얻는 재의 수율 결과와 다를 수 있다.
2) 농업 부산물 4종으로 제조한 잿물의 pH는 10.5-11 사이로 나타났으며, 깻대, 고춧대, 콩대, 메밀대 잿물 순으로 높은 알칼리도를 나타냈다.
3) 고알칼리도의 잿물을 사용하여 제조한 수초지일수록 균일한 지합을 형성했으며, 높은 백색도를 가지고, 내절도가 증가하는 경향을 나타냈다.
4) 농업 부산물 중 가장 낮은 알칼리도를 나타내었던 메밀대 잿물은 깻대, 고춧대 등의 고알칼리도를 나타낸 재와 혼합하여 잿물을 제조할 경우 알칼리도를 증가시키는 효과를 얻을 수 있으며, 섬유 증해 효율이 높아져 균일한 지합 형성과 높은 백색도, 강한 내절도를 지니는 수초지를 제조할 수 있다.
이와 같은 결과로 ‘개량한지’의 화학 약품 증해법에 비해 섬유의 증해 효율이 낮은 ‘전통한지’의 잿물 증해법의 효율 증대를 위해서는 고수율을 갖는 원재료를 사용해야 하며, 고알칼리도를 갖는 잿물을 제조하여 증해를 실시하여야 한다. 따라서 원재료의 회분 함량이 높고, 높은 알칼리도를 갖는 고춧대, 콩대 잿물을 사용해 닥나무 인피섬유를 증해하는 것이 좋을 것으로 생각되나, ‘전통한지’ 잿물 증해법에 적용하기에 앞서 원재료의 단가, 수급과 전처리의 용이성 등 다양한 면을 좀 더 살펴볼 필요가 있을 것으로 판단된다.
