1. 서 론
삼국시대부터 약 1천 년 이상 지속되어 온 한지는 질기고 빛이 희고 좋아서 신라 때부터 그 명성이 동아시아 문화권까지 널리 알려졌다.1) 그 이유는 사계절이 뚜렷하고 높은 일교차를 가진 우리나라에서 1년 동안 자란 닥나무 인피섬유는 강도가 우수하고 광택이 뛰어나며,2) 점성이 높은 한해살이풀인 황촉규와 도침가공을 사용했기 때문이다. 따라서 한지는 주로 농한기인 겨울철에 재료를 수급하여 제작되었다. 오늘날에는 닥나무의 보관 용이, 농업부산물로 제조되는 잿물의 대체제인 화학 약품의 개발, 황촉규근의 냉동 보관 등의 기술 발달로 인해 계절에 상관없이 재료의 확보 및 제작이 가능하게 되었다.
하지만 천연 재료의 사용은 전통 한지 제작에 있어 제약이 따를 수밖에 없다. 여름철에 한지를 뜨게 되면, 겨울철에 비해 지료를 자주 교체하거나 황촉규근 점질물을 다량 투입하게 된다. 또한, 여름에 제작된 한지는 겨울철 한지에 비해 쉽게 늘어지며 섬유의 뭉침 현상 등이 나타나기도 한다. 이러한 차이는 황촉규근 점질물의 사용에서 의심해 볼 수 있다. 황촉규근 점질물의 사용은 닥 섬유의 침전 방지로 인한 고른 분산 유도, 탈수 시간 조절, 저평량의 한지 제작 가능, 한지의 강도 증가, 습지 박리 용이 등 많은 기능이 존재한다.3) 따라서 일종의 부유제(浮遊劑) 또는 표부제(飄浮劑) 역할을 한다고 알려져 있다.4) 황촉규근 점질물은 물과 황촉규근을 혼합한 뒤 점짐물을 추출하기 때문에 저장 및 정량화하기 어려워 사용하기 까다롭다. 특히, 온도, 경시 변화, 물리적인 힘(기계적 충격), 공기 중의 산소, CO2, 초음파 처리 등 다양한 요인들에 의해 점도가 감소하는 것으로 알려져 있다.5) 냉동 저장 중 점도가 저하 및 여름철과 같이 고온 다습한 환경에서는 급격한 점도 저하가 발생된다.6) 이러한 특성은 한지의 물성 변화를 일으킬 가능성이 존재한다. 이를 극복하고자 다량의 황촉규근 점질물을 투입하고 있으나, 이에 대한 물성 변화가 정확히 파악되어 있지 않고, 온도에 따른 점질물의 점도 변화가 한지에 미치는 영향에 대해 확인되지 않았다.
따라서 본 연구에서는 황촉규근 점질물의 특성을 파악하고, 제작 조건을 달리하였을 때, 나타나는 한지의 물성 변화를 확인하고자 하였다. 첫째, 황촉규근 점질물의 투입량에 따른 수초지의 물성 변화를 파악하고자 하였다. 이에 따라 투입량을 조절하여 탈수 시간을 평가하고, 양에 따른 차이가 수초지에 나타나는지 확인하고자 지합과 강도 특성을 파악하였다. 둘째, 황촉규근 점질물의 점도 차가 한지에 미치는 영향 확인하고자 하였다. 온도에 따라 변화된 점질물의 점도를 확인하였으며, 이를 수초지 제작시 투입하여 지합과 강도 변화를 분석하였다.
이 결과를 통해 황촉규근 점질물의 투입 조건에 따라 나타나는 한지의 물성 변화를 파악하고, 전통 한지의 제작 방법 및 품질 연구의 기초자료로 활용하고자 한다.
2. 재료 및 방법
2.1 공시재료
2.2 실험방법
2.2.1 황촉규근 점질물의 제조 및 평가
물 3 kg에 황촉규근 2 kg을 혼합하여 점질물을 추출하였다. 정제된 황촉규근 점질물을 얻기 위해 wire(400 mash)와 홑겹 천(80 수)으로 여과하여 실험에 사용하였으며, 제조된 황촉규근 점질물의 특성은 다음의 Table 1과 같다.
Table 1.
Characteristics of Hibiscus manihot root mucilage
| Contents | Attributes |
|---|---|
| Ionic character | Anionic |
| Streaming potential (mV) | -892.7 |
| Temperature (℃) | 20 |
| Viscosity (cPs) | 9.81 |
| pH | 4.69 |
황촉규근 점질물의 온도와 점도의 상관관계를 파악하고자 다음의 Table 2에 나타낸 바와 같이 항온수조를 이용하여 점질물의 온도를 변화시킨 후 점도와 pH를 측정하였다. 항온수조의 조건은 예비 실험을 통해 황촉규근 점질물의 특성 변화가 나타나는 온도 조건으로 설정하였다. 점도 측정은 저전단 점도계 (DV-E Viscometer, Brookfield, USA)로 No. 61 spindle을 이용하여 회전수는 100 rpm으로 측정하였다. pH 측정은 pH Meter (pH/Temp Meter pH-200L, iSTECK, Korea)를 사용하였다.
2.2.2 수초지 제조
본 연구에서는 백닥을 기준으로 활성알칼리 농도 15%의 Na2CO3를 사용하여 액비 1:15로 1시간 동안 침지시킨 후 autoclave를 이용하여 120℃로 90분 증해하였다.8) 증해한 섬유는 세척 후 표준해리기를 이용하여 해리한 뒤, KS M ISO 5269-1에 의거하여 실험용 사각 수초지기를 이용하여 평량 45 g/m2의 수초지를 제조하였다. 수초지 제작 시 황촉규근 점질물의 투입량은 Tables 3-4에 나타낸 바와 같이 닥 섬유의 중량 대비 공시 황촉규근 점질물을 0-14배 중량으로 조절하여 투입하였다.
2.2.3 수초지의 물성 평가
황촉규근 점질물의 투입 조건에 따라 제조된 수초지의 물성 변화 측정은 ISO 187에 의거하여 온도 23±1℃, 습도 50±2% RH의 조건에서 24시간 동안 조습처리 후 실시하였다. 조습처리 후, 지합은 지합 측정기(Techpap, USA)를 사용하여 측정하였으며, 본 연구에 사용된 지합측정기는 값이 낮을수록 지합이 우수함을 의미한다. 수초지의 강도적 특성은 KS M ISO 1924-2에 의거하여 Tensile tester(L&W, Sweden)를 이용하여 분석하였고, 이에 신장률과 평량값을 보정해준 인장 지수로 계산하여 표기하였다.
3. 결과 및 고찰
3.1 황촉규근 점질물 투입량에 따른 수초지의 물성 분석
황촉규근 점질물은 한지 제조 시 투입하면 지료의 점도가 증가되고 닥 섬유의 고른 분산을 유도하여 우수한 습윤 지필(wet sheet) 형성을 돕는다.3) 종이 또는 수초지 형성 과정에서 섬유의 분포는 섬유의 형태학적 특성을 비롯하여 탈수성 및 제조과정에서의 전단이나 고분자 투입에 따른 콜로이드 힘 등에 의해 달라지며 이로 인해 시트의 지합이 결정된다.9-11) 따라서 본 연구에서는 황촉규근 점질물의 투입량에 따른 지료의 탈수 시간과 수초지의 지합 특성을 비교 분석하였다(Figs. 1-2).
지료의 탈수 시간은 전반적으로 황촉규근 점질물의 투입량 증가에 따라 증가하는 경향을 나타냈으며, 6-8배 투입 조건에서 급격한 탈수 시간 증가를 확인하였다. 황촉규근 점질물의 투입량이 증가할수록 수초지의 지합은 개선되며 10배의 투입 조건에서 가장 우수한 지합을 나타냈으나 10배를 초과하게 되면 상대적으로 불균일한 섬유의 분포를 나타냈다.
음이온성을 띠는 황촉규근 점질물을 지료에 투입하게 되면, 피브릴화되어 있는 닥 섬유를 감싸 섬유 사이사이에 공간을 형성하고 음이온성을 증가시키므로 섬유의 직접적인 응집을 방지하여 섬유들의 고른 분산을 유도한다고 알려져 있다.3) 그러나 본 연구 결과와 같이 황촉규근 점질물이 과량 첨가될 경우, 반발력이 강해져 섬유의 뭉침 현상이 발생되는 것으로 판단된다.12) 이와 같은 현상은 Table 5의 지합 이미지를 통해 확인하였으며, 10배에서 나타나지 않았던 섬유의 뭉침을 14배의 지합 이미지에서 관찰할 수 있었다.
Table 5.
Formation image depending on the amount of mucilage added to the pulp
| Hibiscus manihot addition (%, w/w) | 0 | 10 | 14 |
|---|---|---|---|
| Formation image |  |  |  |
섬유 간 결합의 균일성을 나타내는 지합은 인장 강도에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.13)Fig. 3은 황촉규근 점질물의 투입량에 따른 인장 강도를 분석한 결과이다. 황촉규근 점질물의 투입량에 따라 인장 강도는 증가하다가 감소하는 경향을 나타냈다. 특히, 10배에서 가장 우수한 강도를 나타냈으며, 약 13% 정도의 강도 개선이 이루어졌다.
황촉규근 점질물이 투입되면 지료 통 안에 닥 섬유의 침전 속도를 늦춰주고, 한지 발 위에서 닥 섬유의 체류 시간을 증가시킨다. 이를 통해 우수한 습윤 지필이 형성되며, 고른 닥 섬유의 결합으로 인해 강도가 있는 한지가 완성된다. 하지만, 황촉규근 점질물의 양이 과도해지면 지합이 불균일해지며 강도가 약한 한지가 제작된다. 황촉규근 점질물의 투입량에 따라 한지 제조 시 탈수성과 지합이 달라지며, 최적의 투입량이 존재하는 것으로 판단된다.
3.2 온도 변화에 따른 황촉규근 점질물이 수초지의 물성에 미치는 영향
황촉규근 점질물은 일년생 초본식물인 황촉규의 뿌리를 사용하여 제조됨으로 제약이 존재한다. 가을에 수확하여 1년분을 비축해야 함으로 저장 기간 동안 발생하는 경시 변화(시간이 지남에 따라 변화), 균에 의한 부패 가능성, 온도 상승에 따른 점도 저하 등이 야기된다.
이러한 현상을 파악하고자, 앞서 밝힌 황촉규근 점질물의 최적의 투입 조건인 10배를 기준으로 항온수조의 온도를 달리하여 황촉규근 점질물 점도 및 pH 변화를 측정하였다(Fig. 4). 황촉규근 점질물은 온도가 높아질수록 점도는 저하되었음을 확인하였으며, pH의 변화는 미미하였다. 황촉규근 점질물의 점성을 이용하여 우수한 한지가 제조되므로 온도에 따른 점도 저하는 수초지의 물성을 변화시킬 가능성이 있는 것으로 판단된다.
Fig. 5는 수초지의 지합 변화를 나타낸 그래프이다. 황촉규근 점질물의 온도가 상온보다 높은 30℃부터 수초지의 지합이 불량해져 상대적으로 불균일한 섬유의 분포를 나타내는 것을 확인하였다. 또한, 30℃ 이상의 온도에서도 유사한 지합을 나타냈다. 이러한 결과로 미루어 봤을 때, 황촉규근 점질물의 점도가 저하될 경우, 섬유의 분산 유도 기능이 저하되어 지합이 나빠진 것으로 판단된다. 또한, 높은 온도의 점질물을 투입할 경우, 지료의 온도가 상승하여 균일한 수초지 형성이 어려운 것으로 판단된다.1)
Fig. 6은 황촉규근 점질물의 온도 변화에 따른 수초지의 인장 강도 변화를 나타낸 그래프이다. 투입된 황촉규근 점질물의 온도 30℃에서 인장강도가 급격히 감소하였으며 60℃까지 지속적으로 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 60℃까지 온도가 상승하였을 때, 인장강도가 약 15% 저하됨을 확인하였다.
여름철에 제작된 한지는 다른 계절에 제작된 한지 비해 늘어진다고 알려져 있다. 신장률은 종이가 응력을 받는 동안 변형을 일으키는 성질이며,14) 이를 통해 복원용 한지가 충격에 견딜 수 있는 저항성을 파악하고자 하였다. 황촉규근 점질물의 온도에 따른 신장률 변화는 Fig. 7과 같다. 30℃에서 신장률은 급격히 증가하였으며 60℃까지 유사한 수치를 나타냈다. 또한, 60℃에서 제조된 한지의 신장률이 약 7% 증가됨을 확인하였다.
황촉규근 점질물의 온도가 상승하면 점도는 감소한다. 온도가 상승된 황촉규근 점질물은 최적의 양을 투입하더라도 섬유 분포는 불균일하며 수초지의 강도는 감소하고 신장률은 증가하게 된다. 이와 같은 현상을 통해 여름철 한지의 물성 변화가 예상되며, 황촉규근 점질물 사용에 있어 투입량뿐만 아니라 온도의 변화에도 민감하게 대처해야함을 확인할 수 있었다.
4. 결 론
황촉규근 점질물의 온도와 투입량에 따른 한지의 물성 변화를 분석하기 위해 점질물의 투입량과 온도 조건을 달리하여 수초지를 제작하였으며, 물성 평가를 통해 다음과 같은 결론을 도출하였다.
황촉규근 점질물의 성능이 발현되기 위해서는 일정량 이상의 투입량이 필요하다. 황촉규근 점질물의 투입량이 증가할수록 탈수 시간은 증가하며 지필은 균일해져 강도도 증가하였다. 그러나, 과량 투입되면 불균일한 지합으로 강도는 감소하는 경향을 나타냈다. 이를 통해 황촉규근 점질물은 최적의 투입량이 존재함을 확인하였다.
황촉규근 점질물은 온도 상승에 따른 pH의 변화는 미미하였으나 점도는 지속적으로 감소하였다. 지합 및 강도적 특성에서는 온도가 상승할수록 황촉규근 점질물의 성능 저하를 확인할 수 있었다. 이를 통해 여름철에 제작되는 한지는 황촉규근 점질물에 의한 물성 변화가 예상된다.
따라서 황촉규근 점질물의 투입량과 온도에 따른 한지의 물성 변화를 파악할 수 있었으며, 문화재 복원용 한지 품질 기준 마련의 기초자료로써 활용하고자 한다.
