1. 서 론
국가별 부패인식지수(Corruption Perceptions Index, CPI) 평가기관인 국제투명성기구(Transparency International, TI)의 발표에 의하면 2017년도 우리나라의 CPI는 54점으로 세계 180개국 중 51위에 해당할 만큼 열악할 뿐만 아니라 1995년 부패인식지수 조사 이후 큰 폭으로 추락하고 있기에 국가청렴도 개선을 위한 방안 마련이 시급하다.1) 세계보건기구(World Health Organization, WHO)의 범죄 유형별 국가순위 조사 자료에 의하면 우리나라는 사기범죄 1위(2013년) 국가로 지능형 범죄가 점차 증가하고 있다. 특히 현대 과학기술의 발전과 함께 프린터 및 고성능 복사기 등의 첨단 인쇄기기가 보급되면서 대표적인 지능형 범죄 중의 하나인 위조범죄가 점차 증가하고 있는 추세로 2014년 위조범죄율은 1995년 대비 약 2배 이상 급증하였다.2-4) 위조 유형별로 사문서위(변)조와 공문서위(변)조 등 문서위조 범죄가 63.9%(2012년)로 가장 많았으며, 관련 범죄 또한 점차 증가되고 있어 문서위조 방지를 위한 사전 교육 및 홍보가 필요할 뿐만 아니라 위조문서 감정기술 개발이 요구된다.3) 우리나라의 경우 위조화폐 및 위조문화재에 대한 연구가 주를 이루어 왔으나 위조문서 관련 범죄가 급증함에 따라 근래 들어 국세청, 검찰청, 국립과학수사연구소 등의 국가기관에서 이에 대한 연구가 진행되고 있다. 그러나 현재까지의 문서감정은 이미지 분석, 필적 분석 등의 간접적인 방법에 의한 감정이 주를 이루어 왔으며, 최근 들어 종이의 기본 특성을 분석하는 사례도 있으나 관련 연구는 아직까지 미비한 실정이다. 따라서 과학적인 분석법을 적용한 문서용지 감정기술을 개발하기 위한 보다 깊이 있는 연구가 진행될 필요가 있다. 문서의 근간인 종이는 대내외적 환경변화에 의해 시대에 따라 그 원료 및 제법이 다르기 때문에 연대별 문서용지의 특징이 상이하다. 이에 선진국에서는 문서용지 샘플을 지속적으로 수집하고, 이들을 과학적으로 분석하여 연도별 문서용지에 대한 DB(data base)를 구축하고, 유관기관들 간 공유하여 문서용지 감정에 활용하고 있다.5-8) 그러나 우리나라의 경우 문서용지에 대한 기본적인 물성에 대한 분석에 한하여 연구가 이루어져 왔으며 과학적인 연구 사례는 거의 진행된 바 없다. 따라서 문서용지에 대한 과학적 분석을 통해 관련 DB를 구축, 공유할 필요가 있다.
문서용지의 주원료인 펄프 섬유는 원료 및 제법에 따라 다양하게 분류되는데, 제조연도, 수급현황, 대외환경 등의 조건에 따라 연도별 문서용지 내 섬유의 종류와 배합비율이 다르다. 이에 본 연구에서는 국내의 현대 문서용지에 사용된 섬유의 종류 및 배합비를 분석하고자, 발행년도가 명확한 연도별 학위논문, 도서, 잡지용지 내 간지 시료를 수집하고, Graff “C” stain 시험법과 무게지수법을 적용하여 각 연도별 문서용지에 사용된 섬유의 종류 및 배합비를 분석하였다.
2. 재료 및 방법
2.1 공시재료
2.2 실험방법
2.2.1 Graff “C” stain 정색반응에 의한 섬유식별
ISO standard method 9184-1에 의거하여 문서용지 및 펄프 시료의 섬유 현탁액을 준비하고, ISO standard method 9184-4에 의거하여 Graff “C” stain 정색시약으로 염색시킨 섬유 시료를 현미경으로 분석하여 각 문서용지 시료 내 섬유를 식별하였다. Graff “C” stain 정색시약에 의한 각 섬유들의 정색반응은 Table 1에 나타내었다.
Table 1.
Colour chart for Graff “C” stain
| Type of pulp | Colour | |
|---|---|---|
| Chemical pulp | Softwood Kraft (bleached) Kraft (unbleached) Sulfite (bleached) Sulfite (unbleached) Dissolving (sulfate) Dissolving (sulfite) | Light bluish-gray or gray Shades of yellow and brown Light brownish1) Shades of yellow1) Brownish-purple Light brownish or purples2) |
| Hardwood Kraft (bleached) Kraft (unbleached) Sulfite (bleached) Sulfite (unbleached) Dissolving (sulfate) Dissolving (sulfite) | Intense blue Bluish-green – dark blue Light blue or bluish-gray Yellowish-grayish Blue-purple Light brownish | |
| Semi-chemical pulp | Softwood | Vivid yellowish |
| Hardwood Bleached Unbleached | Intense blue Greenish (different shades) | |
| Mechanical pulp | Softwood/Hardwood | Vivid yellow3) |
| Non-wood pulp | Straw and esparto chemical pulp Bleached Unbleached | Grey-blue, violet-blue, intense blue (like bleached hardwood sulfate) Greenish-blue (many-coloured) |
| Rag (cotton, linen, hemp, ramie, etc.) | Wine or brown-red | |
2.2.2 섬유 배합비 분석
수집한 현대 문서용지 시료의 섬유 배합비를 분석하기 위해 ISO standard method 9184-7을 참조하여 무게지수(weight factor)를 적용한 섬유 배합비 분석을 실시하였으며, 자세한 실험 방법은 Fig. 1에 나타냈었다. 상기 2.2.1항에 기술된 바와 같이 Graff “C” stain 정색방법에 의거하여 문서종이 시료 내 섬유들을 염색한 후 현미경으로 분석하여 섬유의 정색반응 특성 및 세포 모양9)을 관찰하여 펄프 섬유의 종류 및 수종을 식별한 후, 각 섬유의 종류별 개수를 측정하고(측정된 섬유는 최소 500개 이상이어야 함), 무게지수를 적용하여 문서용지 시료 내 섬유를 식별하고 배합비를 분석하였다. 본 연구에서는 Adamopoulos 등의 연구들10,11)을 기초하여 각 섬유들의 무게지수를 적용하였으며, 자세한 내용은 Table 2에 나타내었다.
Fig. 1.
Process for the measurement of fiber mixing ratio within a document paper by using a weight factor.
Table 2.
| Species of pulp | Weight factor | |
|---|---|---|
| Type of pulp | Softwood Kraft and sulfite (bleached) Kraft and sulfite (unbleached) Dissolving grade pulp Semi-chemical pulp Mechanical pulp | 1.0 0.9 0.85 1.4 1.5 |
| Hardwood Chemical pulp Semi-chemical pulp Mechanical pulp | 0.5 0.9 0.9 | |
| Species of pulp | Softwood Abies balsamea Abies grandis Araucaria angustifolia Larix Picea Pinus contorta Pinus resinose, P. banksiana Pinus radiata Pinus taeda, P. elliattii Pinus virginiana Pseudotsuga menziesii (Douglas-fir) Thuja occidentalis Thuja plicata Tsuga heterophylla | 0.85 0.95 1.6 1.1 0.9 0.8 0.9 1.2 1.4 1.0 0.9a (1.4)b 0.6 0.7 1.0 |
| Hardwood Acer Alnus Betula Eucalyptus, Quercus, Populus Fagus Fraxinus Liquidambar styraciflua, Nyssa sylvatica Liriodendron tulipifera | 0.4 0.5 0.6 0.45 0.55 0.4 0.8 0.7 | |
3. 결과 및 고찰
3.1 현대 문서용지 내 섬유식별
수집된 현대 문서용지 시료의 섬유식별 분석에 앞서 국내 문서용지 제조사에서 사용하고 있는 펄프 섬유원료들을 수집하고 Graff “C” stain으로 섬유를 염색시킨 후 현미경으로 분석한 결과를 Fig. 2에 나타내있다. 그림에서 보는 바와 같이 침활엽수 표백열기계펄프(softwood/hardwood bleached thermomechanical pulp, Sw/HwBTMP) 및 침활엽수 표백화학열기계펄프(softwood/hardwood bleached chemi-thermomechanical pulp, Sw/HwBCTMP)등의 기계펄프(mechanical pulp, MP)류의 경우 선명한 노란색을 띄었으며, 화학펄프(chemical pulp, CP)에 비해 파손된 미세 섬유들이 많은 것으로 관찰되었다. 한편 화학펄프인 활엽수 표백크라프트펄프(hardwood bleached kraft pulp, HwBKP)는 남청색을 띄었으며 침엽수 표백크라프트펄프(softwood bleached kraft pulp, SwBKP)는 청회색을 띄는 것으로 나타났다. 또한 수종별 펄프 섬유의 형태학적 특징으로 활엽수 펄프는 도관(vessel)이, 침엽수 펄프는 가도관(tracheid)이 관찰되었다.
수집된 문서용지 시료들의 섬유식별을 위해 Graff “C” stain으로 섬유를 염색시킨 후 현미경으로 분석한 결과는 Figs. 3과 4에 나타내었다. 그림에서 보는 바와 같이 연도별 문서용지 시료에 사용된 섬유의 종류가 다르게 나타났다. 먼저 최근 40년간(1978년-2017년) 학위논문 간지 시료의 섬유 식별 결과를 살펴보면 Fig. 3에서 보는 바와 같이 1970년대 후반의 종이 시료에는 SwBKP와 기계펄프가 주로 사용된 것으로 나타났으며, 1980년 이후부터는 간혹 기계펄프가 혼합 사용되기도 하였으며, HwBKP와 SwBKP가 주로 사용된 것으로 나타났다. 1946년에서 1977년 사이에 발행된 1970년대 이전의 도서 간지 시료들의 경우에는 Fig. 4에서 볼 수 있듯이 학위논문 간지 시료의 경우와 마찬가지로 기계펄프와 SwBKP가 주로 사용된 것으로 나타났다. 한편 1955년에서 2012년 사이에 발행된 잡지용지 시료들의 섬유식별 결과, 학위논문 간지 시료와 마찬가지로 1980년대 이전에는 주로 기계펄프와 SwBKP가 사용된 것으로 나타났으며, 1980년대 이후부터는 HwBKP와 SwBKP가 주로 사용된 것으로 나타났다(Fig. 4). 이와 같은 결과로 볼 때 1980년대를 기점으로 HwBKP가 기계펄프를 대체한 것으로 판단된다.
3.2 현대 문서용지 내 섬유 배합비
무게지수법에 의해 수집된 현대 문서용지의 원료로 사용된 기계펄프, SwBKP, HwBKP 섬유들의 연대별 배합비를 분석하여 Fig. 5에 나타내었다. 그림에서 보는 바와 같이 SwBKP의 경우 1940년대 중반 이후부터 현대 문서용지 제조 시 약 23% 정도가 꾸준히 혼합 사용되어 왔다. 문서용지는 장기간 보관 사용되기 때문에 일정 수준 이상의 내구성을 가져야 하며 강도를 부여하기 위해 SwBKP가 혼합 사용된 것으로 볼 수 있다. 또한 문서용지는 인쇄공정에서 발생되는 인장력에 견디기 위한 강도를 가지고 있어야 하므로 문서용지 제조 시 SwBKP 섬유를 혼합할 필요가 있다. SwBKP 섬유 이외에 기계펄프나 HwBKP가 주로 사용되었는데, 1980년대 이전에는 기계펄프(소나무류인 침엽수가 주로 사용된 것으로 분석됨)가 약 70% 내외로 주로 사용되었으며, 1980년 이후에는 HwBKP가 약 77% 내외로 기계펄프를 대체하여 사용된 것으로 나타났다. 이는 기계펄프를 사용한 문서용지의 심각한 내구성 저하와 관련된 것으로 판단된다. 우리나라의 문서용지의 보존성에 대한 요구사항(KS M ISO 9706)을 살펴보면, 강도 인열저항 350 mN(평량 70 g/m2 이상 기준), 알칼리 보존물 2% 이상, 카파값 5 이하, pH 7.5-10을 기준으로 하며, 얼룩 등의 광학적 특성의 결함이 있으면 안 된다. 기타 국내외 문서용지들에 대한 요구사항 또한 이와 유사하다.12) 즉 문서용지로 사용되는 종이의 경우 일정 수준 이상의 내구성과 보존성을 필요로 한다. 특히 정부 문서 및 도서 등의 장기간 보존되는 문서용지들의 경우에는 보다 높은 보존성과 내구성이 요구된다. 따라서 현대 문서용지의 경우 이를 만족시킬 수 있는 섬유 원료를 사용해야 한다. 기계펄프의 경우 제조 시 기계적 처리에 의해 섬유 손상이 발생되어 화학펄프에 비해 강도가 낮을 뿐만 아니라 리그닌을 제거하여 제조되는 화학펄프와 달리 리그닌을 거의 그대로 함유하고 있기 때문에 기계펄프 종이는 쉽게 산화되어 황색화될 뿐만 아니라 강도가 저하되어 보존수명이 현저히 낮다.13,14) 따라서 문서용지에서 요구하는 강도적 특성 및 보존성을 만족시키기 위해서 기계펄프가 화학펄프로 대체된 것으로 판단된다. 또한 소비자들의 니즈에 부합되는 문서용지 제조를 위해 SwBKP보다 상대적으로 광학적 특성 및 표면특성이 우수한 HwBKP를 주요 사용한 것으로 판단된다.15) 한편, 기계펄프의 경우에는 단섬유들이 많아 기계펄프 종이의 경우 인쇄특성이 우수하기 때문에 보존성을 요구하지 않는 카탈로그 등의 단기 인쇄용지를 위해 주로 사용되고 있다. 그러나 그림에서 볼 수 있듯이 1980년대 이후에도 BCTMP가 소량 혼합되기도 하였는데, 이는 1980년대 후반의 펄프가 급등에 의한 영향으로 판단된다. 최근 들어 산림자원 절감 및 환경적 측면에서 기계펄프나 재생펄프의 혼합율을 높이기 위한 노력이 시도되고 있는데, 특히 우리나라의 경우 펄프의 대부분을 수입에 의존하고 있어 이와 같은 노력이 더욱 활발히 이루어지고 있다. 이에 Fig. 6에서 보는 바와 같이 현재 국내 유통 중인 복사용지들의 경우 기계펄프들이 소량 혼합되어 있는 것으로 나타났다. 중국이나 인도네시아 등에서 제조된 복사용지 또한 기계펄프를 혼합한 경우가 관찰되었으나 혼합율은 상대적으로 국내에 비해 낮게 나타났다. 이는 앞에서 언급한 바와 같이 우리나라의 경우 펄프의 대부분을 수입에 의존하기 때문에 상대적으로 산림자원이 풍부한 인도네시아 등의 수입산들보다 기계펄프 혼합율이 보다 높은 것으로 판단된다.
4. 결 론
문서 감정기술 개발을 위한 국내 문서용지의 연도별 성상 분석 연구의 일환으로 발행연도가 확실히 명시된 학위논문 및 도서 간지, 잡지 미인쇄부분 시료 등 현대 문서용지 시료를 수집하고, 염색법 및 무게지수법에 의거하여 각 문서용지 시료 내 섬유 및 섬유 배합비를 분석하였다. 분석 결과, 현대 문서용지 시료 내 사용된 섬유 및 섬유 배합비는 연대에 따라 다르게 나타났다. 각 문서용지 시료의 섬유 원료로서 SwBKP, HwBKP, MP 섬유가 주로 사용되었는데, 1980년 이전에는 기계펄프가, 이후에는 HwBKP가 주로 사용되어 1980년대를 전후하여 HwBKP가 기계펄프 섬유를 대체하는 것으로 나타났다. 이러한 변화는 기계펄프 종이의 현저히 낮은 보존성에 기인된 결과로 판단된다. 또한 광학, 표면특성, 인쇄특성 등의 소비자의 니즈가 높아진 것도 영향을 미쳤을 것으로 판단된다. 한편, 현대 문서용지를 위한 섬유원료로 SwBKP가 약 23% 내외로 꾸준히 사용되었는데, 이는 문서용지에 강도를 부여하기 위해 사용된 것으로 판단된다. 국내의 경우 1980년대 이후에도 종종 소량의 기계펄프가 사용된 사례가 관찰되었는데, 이는 우리나라의 높은 펄프 수입 의존도와 관련하여 생산단가를 저감시키기 위한 노력과 밀접한 관련이 있는 것으로 볼 수 있다. 그러나 이와 같은 결과는 현대 문서용지 일부 시료에 국한된 분석 결과로서, 향후 보다 다양하고 많은 문서용지 시료를 지속적으로 수집, 분석하여 국내 문서용지에 대한 DB를 계속 구축할 필요가 있다.
