1. 서 론
사과, 배, 복숭아, 포도 등의 과실을 재배하는 경우, 과실을 병해충으로부터 보호하고 과실의 외관을 아름답게 하기 위해 오래 전부터 봉지 씌우기가 행해지고 있다. 봉지 씌우기를 하면 과실이 햇볕에 과도하게 노출되어 손상을 입지 않도록 방지하며, 병의 침투를 막고, 약제 살포로 인한 과실의 오염과 과실 표면에 콜크층이 나타나 외관을 손상시키는 것 등을 방지할 수 있다. 이와 같이 과실에 씌우는 봉지를 과수봉지라고 한다.1-3)
일반적으로 과수봉지 제조에는 신문용지, 왁스가공지, 염화비닐시트지 등이 이용되고 있으며, 원지의 평량은 일반적으로 30-60 g/m2 정도의 것이 사용되고 있다. 과수봉지는 과실의 생육기간 중에 비, 바람, 일광에 노출되어도 과실과 반응성이 없어야 하며, 그 기간 동안 발수성이 지속되어 과실을 보호하는 내구성을 지녀야 한다. 과수봉지의 요구특성을 만족시키기 위해 통기성, 투습성, 발수성, 내수성, 방충·방균성 등의 기능이 요구된다. 이러한 기능을 부여하기 위해 다양하게 가공한 과수봉지가 제안되고 있다.1-4)
과실의 양호한 생육을 위해서는 과실표면이 어느 정도 외부 기후에 노출되는 것이 중요하다. 또 습도 변화와 살수 등에 의해 과수봉지가 물에 젖고 과실도 젖게 되는 경우가 있다. 그러므로 이와 같은 경우에도 비교적 단시간에 건조되고 봉지 내의 수분을 투과하여 습도를 조절하는 투습성·흡방수성이 필요하다. 또한 봉지의 투기도, 투습도와 같은 물리적 특성의 차이는 봉지 내 온도, 습도 등 미기상 차이를 유발하는 것으로 생각되며 내수성 또는 방수성과 같은 특성은 봉지의 내구성과 관련이 있는 것으로 생각된다.1-6)
배나무는 서양배와 동양배로 구분되며 동양배는 북방형과 남방형배로 나눈다. 이들 중 우리나라에서 재배되고 있는 배는 남방형배로 세계에서 우리나라와 일본에서만 재배되어 왔다. 따라서 오래전부터 고온다습한 기후에 자생되어 적응해 왔던 과수로 고온다습한 기후를 좋아하는 작물이라 할 수 있다. 한국과 일본에서는 배 재배 시 병충해 방제와 과피 미려도를 증진시키기 위해 봉지를 적용하고 있으나 과수봉지의 특성에 대한 체계적인 보고가 미흡한 실정이다.
본 연구에서는 상업용으로 제조된 오일 코팅지(배봉지) 7종과 실험실에서 제조된 2종의 오일 코팅지를 이용하여 배봉지에 요구되는 기본 물성을 평가하고, 오일의 특성이 오일 코팅지 물성에 미치는 영향을 분석하여 과수봉지 제조 및 개발에 필요한 기초 자료로 활용하고자 하였다.
2. 재료 및 방법
2.1 공시재료
2.1.1 오일 코팅지
상업용으로 시판되어 과수농가에서 사용되고 있는 7종의 2중형 오일 코팅지(배봉지, sample No. A-I)를 채취하여 물성을 평가하였다. 또한 오일의 특성이 오일 코팅지 물성에 미치는 영향을 분석하기 위해 평량 60 g/m2의 원지에 오일 코팅을 실시하여 코팅지를 제조하였다.
2.1.2 오일의 종류
건조피막 특성이 다른 2종류의 식물유(홍화씨유, 텅오일)를 이용하여 오일 코팅지의 물성에 미치는 영향에 대해 검토하였다. 오일 코팅지의 물성에 대한 비교가 좀 더 용이하도록 2종류의 식물유를 혼합한 Oil-A와 Oil-B를 제조하였고 이것을 오일 코팅지 제조에 이용하였다(Table 1).
2.2 실험방법
2.2.1 항온항습조건
시판되고 있는 7종의 2중형 오일 코팅지(배봉지)와 실험실에서 제조된 오일 코팅지 2종에 대한 물성을 평가하였다. 시험용 시편을 온도 23±1.0°C, 상대습도 50±2%의 항온항습 조건에서 4시간 이상 방치하였고 물성을 평가하였다.
2.2.2 투습도
투습도 측정은 다양한 측정방법이 제안되고 있다. 본 실험에서는 Japan Tappi No. 7에서 제안하고 있는 측정방법(A, B법)과 ISO 2528:1974, Tappi method T488 on-89를 참고하여 7종의 배봉지 시편에 대한 투습도를 평가하였다. 단위시간 동안 증발된 수증기의 질량을 구하는 방법으로 투습용기(125 mL)에 증류수(60 g)를 넣고 용기의 개방된 부분을 준비된 배봉지 시편으로 밀봉하였다. 시험편 별로 준비된 투습용기의 총중량을 측정한 후 단위시간 동안 증발된 수증기의 질량을 구하였다. 항온항습은 Tappi standard method T448 om-89에서 정하고 있는 상대습도 50±2%, 23±1.0°C의 조건을 유지하였다.
2.2.3 투기도
실험실에서 제조한 오일 코팅지 2종와 상업용 오일 코팅지(배봉지) 7종에 대한 투기도를 측정하였다. 투기도는 Tappi standard method T251 cm-85에 준하여 시료의 일정면적을 일정 압력 하에서 100 mL의 공기가 통과하는데 필요한 시간을 걸리 덴소메터(Gurely densometer, L&W)를 이용하여 측정하였다.
2.2.4 내수성
과수봉지(겉지, 속지)의 내수성은 종이표면과 액체(물방울)의 초기 접촉각을 측정하여 종이표면의 젖음성을 평가하였고 이를 내수성 평가에 사용하였다. 측정 시스템은 카메라와 영상처리 컴퓨터시스템(Pocket Goni-ometer, FIBRO system Co., Ltd.)으로 카메라를 통해 얻어진 액체방울과 기재(원지)의 접촉각을 수치로 나타내었다.
3. 결과 및 고찰
3.1 기존 과수봉지의 물성
3.1.1 투기저항성
Fig. 1에 시판되어 과수 재배용으로 유통되는 7종류의 배봉지(겉지, 속지) 투기저항성 측정 결과를 나타내었다. 투기저항성 값은 5-225 sec 범위에서 다양한 값을 나타냈다. 배봉지의 겉지와 속지의 투기저항성을 비교해 보면, 1) 겉지 또는 속지의 투기저항성이 상대적으로 어느 한쪽이 크게 높게 설계된 경우(sample C, G)가 있고 2) 겉지와 속지의 투기저항성이 거의 비슷한 값을 갖는 경우(sample D, I)가 있다. 그밖에는 3) 겉지의 투기저항성이 다소 높은 경우(sample E, H)와 4) 속지의 투기저항성이 다소 높은 경우(sample A)로 구분되었다.
배봉지 투기도의 적정범위를 5-15 sec/100 mL라고 보고한 경우도 있지만 기본적으로 투기도의 적정범위는 과실의 생리작용을 원활히 하고 과실의 생육, 전분의 당화촉진, 품종 고유의 향기를 숙성시키는 등 과실 생리에 적합한 값을 그 범위로 설정한다. 투기도가 너무 낮으면 외부에서 수분이 들어오기 쉽고, 병원균의 침입도 잦아진다. 한편 적정범위보다 크게 되면 과실에서 발산하는 수분 등 봉지 내에 체류하는 수분이 많아져 미생물이 번식하기 쉬워진다.1-6)
3.1.2 투습도
겉지와 속지를 합지한 배봉지 샘플의 투습도 측정결과를 Fig. 2에 나타내었다. Fig. 1에서 살펴본 바와 같이 배봉지의 겉지와 속지를 합지한 상태에서 얻어진 투기도와 상관성을 나타냈는데, 투기도가 높은 sample C, G는 단위시간에 투과되는 수증기 또는 습기의 양이 적은 것으로 나타났고, 상대적으로 투기도가 낮은 sample A, D, E는 시간당 3-3.7 mg/cm2로 sample C, G와 비교해서 높은 투습도를 나타내었다.
봉지내부와 외부의 온도 차이로 내부의 습기가 응축되어 봉지 내지의 안쪽 면으로 물방울이 형성되면 과일의 표면에 봉지가 달라붙어 표피호흡을 방해하는 문제가 있다. 이와 같은 내부 습도변화 이외에도 살수 등에 의해 과수봉지가 물에 젖는 경우와 같이 과실이 항상 물에 젖어 있는 경우가 생기게 될 때, 비교적 단시간에 건조되고 봉지 내의 수분이 봉지를 투과하여 대기 중으로 방출됨으로서 습도 조절이 유연하게 이루어지도록 적절한 투습성이 필요하다.1-6)
3.1.3 발수성
과실의 생육을 촉진하기 위해서는 봉지의 통기성, 투습성 뿐 만 아니라 발수성도 요구된다. 봉지 씌운 과실을 보호하기 위해 과수봉지는 내수성이 있어야 하며 이를 위해 발수성이 요구된다. 특히 과실의 일반적인 생육기간인 2-4개월 동안 생육 중인 과실을 보호하기 위해 발수효과가 지속되는 발수 지속성이 요구되는데, 이와 같은 발수성은 과실의 생육기간 중 비바람을 맞아도 봉지가 파괴되지 않는 습윤강도, 내수성 등에 영향한다.1-6)
Figs. 3과 4에 과수봉지 겉지와 속지의 물방울 접촉각 측정 결과를 나타내었다. 과수봉지 샘플의 물방울 접촉각을 분석하는 것으로는 오일 배합조건과 과수봉지에 코팅된 오일의 양에 대한 정확한 정보를 얻을 수 없기 때문에 내수성의 차이를 분석하고 비교 평가하는 데 어려움이 있다. 과수봉지의 앞면과 뒷면의 물방울 접촉각이 각각 다르게 나타난 결과를 통해 오일 코팅방법, 오일 배합조건, 오일 코팅량 등이 이와 같은 차이에 영향하였을 것으로 생각되었다.
오일의 코팅량이 증가할수록 과수봉지용 원지의 공극을 메우기 때문에 제조된 오일 코팅지의 투기저항성은 증가하게 된다. 오일의 코팅량이 증가되면 섬유시트를 충분히 함침시켜 소수화도가 증가되기 때문에 내수성도 높아질 것으로 예상되었으나 Fig. 1에서 높은 투기저항성을 나타낸 sample C 속지와 sample G 겉지는 Fig. 3의 sample G, Fig. 4의 sample C에 대한 접촉각 측정 결과로 볼 때 다른 과수봉지 샘플과 비교하여 발수성이 높지 않았다. 오일 코팅량 이외에 소수성을 증가시킬 수 있는 다른 영향인자를 생각할 수 있으며 왁스 등이 포함된 오일 배합 등이 고려될 수 있는 것으로 판단되었다.4-6)
3.2 오일 코팅지의 물성
오일에 의한 건조 피막의 특성이 코팅용 원지의 물성에 잘 반영되고 오일의 특성이 오일 코팅지에 미치는 영향에 대한 검토가 용이하도록 홍화씨유와 텅오일을 일정 비율로 혼합하여 사용하였다.
3.2.1 투기저항성
요오드가가 130 이상인 건성유는 건조에 의해 피막을 형성하는데 요오드가가 높을수록 건조속도가 빠르고 강도적인 성질도 우수한 피막을 형성하게 된다. 홍화씨유는 요오드가가 140-150, 텅오일은 163-173으로 건조된 피막의 특성에 있어서 차이를 나타낸다. 특히 본 연구에 사용된 텅오일은 폴리머화된 오일로서 건조 속도가 보다 빠르고 피막의 강도가 더욱 우수한 특성을 나타내었다.7-9)
일반적으로 오일 코팅량이 증가되면 원지의 공극을 메워 투기도는 저하된다. 때문에 오일 코팅량을 적절히 조절하여 투기도, 투습도가 과수봉지로서 사용에 적합한 값을 얻도록 제어해야한다. Fig. 5에 평량 60 g/m2의 코팅용 원지와 2종류의 오일 코팅지의 투기도를 나타내었다.
원지에 대한 오일 코팅량이 다른 경우는 오일 코팅량이 증가되면 원지의 공극을 메우는 비율이 증가하기 때문에 투기도는 저하되는데 Fig. 5에 나타낸 2종류의 오일 코팅지(Oil-A, Oil-B)는 오일 코팅량이 동일함에도 불구하도 서로 다른 투기도 값을 나타내고 있다. 이는 전술한 바와 같이 오일의 건조 속도의 차이와 연속피막의 형성능력과 관련된 것으로 생각된다.7-9)
홍화씨유(요오드가: 140-150)의 혼합비율이 높은 Oil-A를 이용한 경우, 코팅된 오일에 의해 건조피막을 형성하거나 원지의 공극을 메우는 역할을 하기 보다는 섬유로 함침되는 비율이 높은 것으로 생각되었다. 한편, Oil-B는 텅오일의 혼합비율이 높아 상대적으로 건조피막을 형성하기 쉽고 오일에 의한 건조피막이 공극을 메우는 역할을 하기 때문에 Oil-A를 이용한 오일 코팅지보다 공기가 투과하는데 상대적으로 오랜 시간이 걸리고 투기도는 저하되는 결과를 나타내었다.
3.2.2 인장강도
Fig. 6에 평량 60 g/m2의 코팅용 원지와 2종류의 오일 코팅지의 인장강도를 나타내었다. 식물유의 요오드가가 높을수록 건조 필름의 형성이 용이하고 가교화가 높아지기 때문에 강한 필름을 형성하게 된다. 원지에 오일 코팅 후 건조하면 텅오일의 비율이 높은 Oil-B의 경우가 가교화도가 높은 건조피막을 형성함으로 오일 코팅지의 강도를 개선시켜 상대적으로 인장강도가 높아지는 것으로 판단되었다.7-9) 한편, 강도의 개선정도는 오일의 특성에 의해서도 크게 영향함을 알 수 있었다. 2종류의 오일 코팅지는 원지에 동일한 양의 오일을 코팅하였지만 코팅된 오일의 종류(Oil-A, Oil-B)에 따라 서로 다른 결과를 나타내었다. 건조피막의 강도가 Oil-A보다 상대적으로 높은 Oil-B를 사용한 경우, 오일 코팅지의 인장강도가 가장 우수한 결과를 나타내었다. 일반적인 종이의 인장강도는 섬유의 수소결합 정도와 섬유 자체강도에 크게 의존하는데, 오일 코팅지는 건조된 오일성분이 인장력에 의해 발생한 내부응력을 분산, 완화시키는 역할을 함으로써 강도향상에 기여하는 것으로 생각되었다. 하지만 그 개선 폭은 파열강도와 비교할 경우, 그다지 크지 않은 것을 알 수 있었다(원지: 2.18 kN/m, 오일 코팅지(Oil-B): 3.25 kN/m).
3.2.3 파열강도
Fig. 7에 평량 60 g/m2의 코팅용 원지와 2종류의 오일 코팅지의 파열강도를 나타내었다. 원지 위에 코팅된 오일의 양은 동일하지만 오일의 특성에 따라 오일 코팅지의 파열강도는 큰 차이를 나타내는 것을 알 수 있었다.
3.2.2 항에서 언급한 바와 같이, 오일 코팅지의 인장강도는 건조된 오일성분이 인장력에 의해 발생한 내부응력을 분산, 완화시키는 역할을 함으로써 강도향상에 기여하는 것으로 생각되지만 이와 달리 파열강도는 오일 코팅에 의한 강도 개선 효과가 인장강도의 경우보다 높고 특히 건조피막에 의한 영향이 큰 것으로 판단되었다(원지: 120.9 kPa, 오일 코팅지(Oil-B): 296.4 kPa). 원지의 경우는 파열강도 측정 시 섬유장의 길이와 수소결합정도, 종이의 밀도에 따라 다소 차이는 있지만 섬유가 결합된 부분에 상당부분 응력이 집중되는 구조를 형성하기 때문에 응력 분산에 유리한 구조를 갖는 오일 코팅지에 비해 파열강도가 떨어지는 것으로 생각되었다. 특히 이와 같은 경향은 오일 코팅에 사용된 식물유의 종류와 배합형태, 오일의 요오드가를 고려해서 분석하면 쉽게 확인할 수 있다. 식물유의 요오드가는 불포화 이중결합의 개수를 의미하는데, 불포화 이중결합이 많이 존재할수록 반응성이 높아 건조속도가 빠르고 가교화도가 높은 경화필름을 형성한다.7-9) 홍화씨유 보다는 텅오일의 배합비율이 높은 오일 코팅지(Oil-B)가 높은 파열 강도를 나타내었다.
4. 결 론
1. 상업용으로 시판되는 오일 코팅지(배봉지)의 투습도를 측정한 결과, 투기저항성과의 상관관계가 높은 것으로 나타났다. 투기저항성이 높은 sample C, G는 단위시간에 투과되는 수증기 또는 습기의 양이 적은 것으로 나타났고, 상대적으로 투기저항성이 낮은 sample A, D, E는 시간당 3-3.7 mg/cm2로 sample C, G와 비교해서 높은 투습도를 나타내었다.
2. 오일의 코팅량이 높아질수록 코팅용 원지의 공극을 메우기 때문에 제조된 오일 코팅지의 투기저항성은 높아지게 되는데, 오일의 코팅량이 동일한 경우는 오일의 건조 속도와 오일피막의 특성에 의해 차이를 나타내었다. 홍화씨유의 혼합비율이 높은 Oil-A를 이용한 경우보다 텅오일의 혼합비율이 상대적으로 높은 Oil-B가 오일 코팅지의 투기저항성을 저하시키는 결과를 나타내었다.
3. 오일 코팅지는 건조피막이 형성되어 응력분산에 유리한 구조를 나타냄으로써 오일 코팅지의 강도가 높아지는 것으로 판단되었다. 특히 텅오일의 배합비율이 높고 건조피막의 강도가 상대적으로 우수한 Oil-B를 이용한 경우가 높은 인장강도와 파열강도를 나타내었다.
