KR101885006B1 - 머위 성분을 포함하는 펄프 조성물 및 이를 이용한 머위 종이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 머위 성분을 포함하는 펄프 조성물 및 이를 이용한 머위 종이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 펄프 및 종이 제조 시 머위 성분을 이용함으로써 머위 특유의 색상과 함께 머위가 가지는 항산화 및 항균효과가 부가되어 탈취효과 및 항균효과를 나타내며, 버려지던 머위의 껍질 및 속대의 재활용이 가능하며, 친환경적인 머위 성분을 포함하는 펄프 조성물 및 이를 이용한 머위 종이의 제조방법에 관한 것이다.
[대표도]
도 13

Description

머위 성분을 포함하는 펄프 조성물 및 이를 이용한 머위 종이의 제조방법{Pulp composition containing Petasites japonicum and method for preparing paper using it}
본 발명은 머위 성분을 포함하는 펄프 조성물 및 이를 이용한 머위 종이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 식물 원료를 기계적 또는 화학적으로 처리하여 얻어진 섬유를 펄프라고 한다. 실제로, 펄프 원료로는 목재 외에도 면, 대마, 아마, 황마, 저마, 마닐라삼, 삼지닥나무, 닥나무, 볏짚, 에스파르토, 대나무, 바가스 등이 사용되고 있다. 그러나, 공업 원료로서 갖추어야 할 요건으로 물량이 풍부하고, 수집, 운반 및 저장이 용이하며, 가격이 저렴하여야 하며, 품질이 우수하여야 한다.
펄프 원료로는 주로 목재 원료가 사용되고 있으나, 전 세계적으로 목재 자원 고갈이 심각해짐에 따라, 삼림과 환경을 보호하면서 종이 원료 펄프를 생산하는 것이 당업계가 직면하고 있는 과제이다. 이러한 과제를 해결하기 위한 방안으로서, 1, 2년생 식물을 위주로 하는 비목질계 식물 섬유로부터 제지용 펄프를 생산하는 기술이 주목을 받게 되었다.
제지 원료로 이용 가능한 비목질계 식물로는 닥나무 인피(靭皮), 아마, 대마, 목면, 마닐라삼, 볏짚, 바가스(bagasse) 등이 있다. 일반적으로, 비목질계 식물은 펙틴, 헤미셀룰로오스, 무기물의 함량이 많고, 리그닌이 적게 함유되어 있으며, 펄프화할 때 화학(chemical), 반화학(semichemical), 기계(mechanical) 펄프화법이 이용되고, 목재에 비해 매우 온화한 조건으로 미표백 혹은 표백 펄프를 얻을 수 있다.
비목질계 펄프는 그 섬유 형태, 화학적 조성, 비목질계 섬유 세포의 종류와 양에 따라 상이한 특성을 가지게 된다. 따라서, 비목질계 펄프 단독, 혹은 목재 펄프와의 적정 배합에 의해 만들어지는 종이는 강도, 내구성, 전기적 특징, 광택, 치수 안정성 및 인쇄 성능을 용이하게 조절할 수 있어서, 다양한 용도로 이용될 수 있고, 따라서 이용 범위도 넓다.
그러나, 비목질계 식물 섬유로부터 제지용 화학 펄프를 제조하는 데에는 소다법, 아황산염법, 크라프트법이 주로 이용되고 있다.
예를 들어, 옥수수를 이용한 펄프의 제조 방법도 제안된 바 있으나, 제지용 펄프 원료로서 옥수숫대를 사용하여 펄프를 제조할 때에는 독성이 강한 화학물질이 사용되므로 환경이 오염되며, 옥수수를 필요한 만큼 확보하는 데 있어 지역적인 면이나 비용적인 측면에 있어 어려움이 있다는 단점이 있다.
한편, 머위(Petasites japonicum)는 식용으로 활용 가능한 엉거시과에 속하는 다년초로서, 근경(根莖)은 몹시 짧고 땅위로 나오지 않으며 땅속에서 가지가 생기는 것인데, 머위 잎과 잎 꼭지는 몹시 쓴맛을 갖고 있다. 이러한 머위에는 무기질, 비타민 등의 성분이 풍부하여 항산화 및 항균 효과가 있음이 알려져 있다.
그러나 종래 머위를 섭취하는 방법으로는 머위 잎을 끓는 물에 데쳐서 쌈으로 먹거나 혹은 껍질을 벗겨 토막을 친후 이를 설탕을 탄 장물에 넣어 조려서 머위 짱아지로 조미하여 섭취되었을 뿐, 잎 외의 껍질 속대 등은 그래도 버려진다는 단점이 있었다.
국내등록특허 제10-1547101호
본 발명은 펄프 및 종이 제조 시 머위 성분을 이용함으로써 머위 특유의 색상과 함께 머위가 가지는 항산화 및 항균효과가 부가되어 탈취효과 및 항균효과를 나타내며, 버려지던 머위의 껍질 및 속대의 재활용이 가능하며, 친환경적인 머위 성분을 포함하는 펄프 조성물 및 이를 이용한 머위 종이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 머위(Petasites japonicum) 성분을 포함하는 펄프 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 머위 성분을 펄프화하여 머위 펄프 조성물을 제조하는 단계, 상기 머위 펄프 조성물을 지필형태로 초지하는 단계 및 상기 초지한 지필을 압착 및 건조하는 단계를 포함하는 머위 종이의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 방법으로 제조된 머위 종이를 제공한다.
본 발명에 따르면 펄프 및 종이 제조 시 머위 성분을 이용함으로써 머위 특유의 색상과 함께 머위가 가지는 항산화 및 항균효과가 부가되어 탈취효과 및 항균효과를 나타내며, 버려지던 머위의 껍질 및 속대의 재활용이 가능하며, 친환경적인 잇점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 소다 펄프화법과 유기용매 펄프화법에 의해 펄프화 시킨 각각의 머위껍질 펄프의 펄프화 수율을 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 소다 펄프화법과 유기용매 펄프화법에 의해 펄프화 시킨 각각의 머위속대 및 껍질 펄프의 펄프화 수율을 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 소다 펄프화법과 유기용매 펄프화법에 의해 펄프화 시킨 각각의 머위껍질 펄프를 이용하여 수초지 제조 시 탈수시간을 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 소다 펄프화법과 유기용매 펄프화법에 의해 펄프화 시킨 각각의 머위속대 및 껍질 펄프를 이용하여 수초지 제조 시 탈수시간을 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 소다 펄프화법과 유기용매 펄프화법에 의해 펄프화 시킨 각각의 머위껍질 펄프를 이용하여 제조한 수초지의 두께 및 밀도를 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 소다 펄프화법과 유기용매 펄프화법에 의해 펄프화 시킨 각각의 머위속대 및 껍질 펄프를 이용하여 제조한 수초지의 두께 및 밀도를 나타낸 도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 소다 펄프화법과 유기용매 펄프화법에 의해 펄프화 시킨 각각의 머위껍질 펄프를 이용하여 제조한 수초지의 거칠음도를 나타낸 도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 소다 펄프화법과 유기용매 펄프화법에 의해 펄프화 시킨 각각의 머위속대 및 껍질 펄프를 이용하여 제조한 수초지의 거칠음도를 나타낸 도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따라 소다 펄프화법과 유기용매 펄프화법에 의해 펄프화 시킨 각각의 머위껍질 펄프를 이용하여 제조한 수초지의 인장강도를 나타낸 도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따라 소다 펄프화법과 유기용매 펄프화법에 의해 펄프화 시킨 각각의 머위속대 및 껍질 펄프를 이용하여 제조한 수초지의 인장강도를 나타낸 도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따라 소다 펄프화법과 유기용매 펄프화법에 의해 펄프화 시킨 각각의 머위껍질 펄프를 이용하여 제조한 수초지의 파열강도를 나타낸 도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따라 소다 펄프화법과 유기용매 펄프화법에 의해 펄프화 시킨 각각의 머위속대 및 껍질 펄프를 이용하여 제조한 수초지의 파열강도를 나타낸 도이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따라 소다 펄프화법과 유기용매 펄프화법에 의해 펄프화 시킨 각각의 머위껍질 펄프를 이용하여 제조한 수초지의 지합 특성을 나타낸 도이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따라 소다 펄프화법과 유기용매 펄프화법에 의해 펄프화 시킨 각각의 머위속대 및 껍질 펄프를 이용하여 제조한 수초지의 지합 특성을 나타낸 도이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따라 소다 펄프화법과 유기용매 펄프화법에 의해 펄프화 시킨 각각의 머위껍질 펄프를 이용하여 제조한 수초지의 광학적 특성(백색도 및 불투명도)을 나타낸 도이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따라 소다 펄프화법과 유기용매 펄프화법에 의해 펄프화 시킨 각각의 머위속대 및 껍질 펄프를 이용하여 제조한 수초지의 광학적 특성(백색도 및 불투명도)을 나타낸 도이다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따라 머위종이와 인쇄종이(복사지)의 물성비교를 나타낸 도이다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 머위(Petasites japonicum) 성분을 포함하는 펄프 조성물과, 상기 펄프 조성물을 지필 형태로 초지하는 단계 및 상기 초지한 지필을 압착 및 건조하는 단계를 포함하는 머위 종이의 제조방법을 제공한다.
상기 머위 성분은 통상 머위를 모두 사용할 수 있으나, 머위의 가식분위를 섭취하고 남은 머위껍질, 속대 등을 사용하는 것이 버려지는 폐자원의 재활용 측면에 있어서 바람직하다. 특히, 본 발명의 펄프 및 종이 제조 시 탈수와 지필 형성 측면에 있어 점액성 추출물의 함유율이 낮은 머위껍질을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
상기 머위 성분의 펄프화는 목재펄프 제조에 사용될 수 있는 다양한 펄프화법, 즉 소다 펄프화법, 유기용매 펄프화법, 크라프트법, 아황산법 등이 사용될 수 있으며, 특히 소다 펄프화법 또는 유기용매 펄프화법을 사용하는 것이 더욱 좋다.
구체적으로, 상기 소다 펄프화법은 중해에 사용되는 약품으로 NaOH를 사용하여, 3~10%의 활성 알칼리 농도, 10~14:1의 액비, 100~140℃의 온도 및 40~100분의 시간 범위 내에서 증해시키며, 상기 유기용매 펄프화법은 아세톤, 에탄올 등의 유기용매를 사용하여 30~70%의 유기용매 농도, 10~14:1의 액비, 120~200℃의 온도 및 40~100분의 시간 범위 내에서 증해시킬 수 있다.
상기와 같은 펄프화법에 의해 펄프화된 머위 펄프 조성물은 목적하는 종이의 구조적, 강도적, 광학적 성질의 용도에 맞도록 필요에 따라 사이즈제, 보류제, 지력증강제, 습강제, 분산제 등의 첨가제를 추가로 혼합할 수 있으며, 이러한 첨가제의 첨가로 인해 용도에 따라 필요한 다양한 특성을 종이에 부여할 수도 있다.
일반적으로 머위 성분으로 사용되는 부위 중 껍질의 경우에는 점액성 추출물의 함유율이 높지 않으나, 속대의 경우에는 껍질과 달리 점액성 추출물을 다량 함유하고 있어 이후 탈수와 지필 형성에 문제를 야기시킬 수 있다. 따라서, 상기와 같이 펄프화된 머위 성분을 포함하는 펄프 조성물은 이후 점액성 추출물의 함유량에 따라 알칼리 처리에 의한 점액성 추출물 제거단계를 추가로 실시할 수 있다.
상기 알칼리 처리는 펄프 조성물을 150~170℃, 바람직하게 160℃의 온도에서 에탄올 펄핑(pulping)시킨 후 NaOH를 사용하여 10~20%의 활성 알칼리 농도, 50~80℃의 온도에서 50~70분간 처리하여 실시할 수 있다.
이어서, 상기 펄프 조성물은 지필형태로 초지하며, 이때 소량의 고급품을 제조할 경우에는 수작업으로 할 수도 있고, 대량으로 제조할 경우에는 통상의 기계장치를 이용하여 작업을 실시할 수 있다.
상기 초지한 지필은 이후 압착하여 탈수시키고, 건조시켜 종이로 제조한다.
상기와 같은 방법에 따라 제조한 머위를 포함하는 종이는 머위가 가지는 항균효과 및 탈취효과가 우수하고 항산화 활성이 부여되어, 이를 이용하여 다방면의 제품제조에 사용할 수 있다.
즉, 본 발명의 머위 종이는 포장용지, 인쇄용지, 포장박스, 티백용지, 벽지, 서적용지, 특수지, 탈취용지, 항균용지, 식품 포장용지, 실원단용지, 의류용 원단, 홈패션용 원단 등으로 적용될 수 있으며, 상기 종이 제조 이후 절단 및 연사단계를 거쳐 실로 제조하여 사용할 수도 있음은 물론이다.
이하에서는 실시예를 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세하게 설명할 것이나. 이들 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예 1. 재료 준비
본 시험에 사용된 머위(Patasites japonicum)는 속대와 껍질부분을 조건에 따라 분리 또는 함께 사용하였다.
머위는 펄프화에 앞서 200 메시 와이어(wire)에서 물로 충분히 세척하였으며, 면포에 담아 일정시간 동안 원심탈수기를 이용하여 탈수시킨 후 켰다. 이후 밀폐된 용기에서 24시간 동안 조습하여 고형분 함량이 15% 정도가 되도록 하였다.
실시예 2. 머위껍질의 펄프화
머위껍질의 펄프화는 소다 펄프화법과 유기용매 펄프화법을 통해 진행하였다. 소다 펄프화법은 약품으로 NaOH를 사용하여 활성알칼리(active alkali) 농도를 3%, 5%, 10%로 달리하여 하기 표 1의 조건으로 실시하였으며, 유기용매 펄프화법은 에탄올과 아세톤을 물과 1:1로 혼합하여 온도를 140℃, 160℃, 180℃로 달리하여 하기 표 2의 조건으로 실시하여 머위껍질 펄프 조성물을 제조하였다. 머위 펄프화는 동일하게 15분의 승온시간을 포함하여 60분간 실시하였다.
온도(cooking temperature) 120℃
시간(cooking time) 60min
액비(liquid/solid ratio) 12:1
활성알칼리(NaOH) 3%, 5%, 10%
에탄올 아세톤
온도(cooking temperature) 140℃, 160℃, 180℃ 140℃
시간(cooking time) 60min 60min
액비(liquid/solid ratio) 12:1 12:1
유기용매 농도 50% 50%
실시예 3. 머위속대 및 껍질 혼합물의 펄프화
머위속대 및 껍질 혼합물의 펄프화 또한 소다 펄프화법과 유기용매 펄프화법을 통해 진행하였다. 소다 펄프화법은 약품으로 NaOH를 사용하여 활성알칼리(active alkali) 농도를 3%, 5%, 10%, 15%로 달리하여 하기 표 3의 조건으로 실시하였으며, 유기용매 펄프화법은 에탄올, 메탄올 및 아세톤을 물과 1:1로 혼합하여 온도를 140℃, 160℃로 달리하여 하기 표 4의 조건으로 실시하였다. 머위 펄프화는 동일하게 15분의 승온시간을 포함하여 60분간 실시하였다.
온도(cooking temperature) 120℃
시간(cooking time) 60min
액비(liquid/solid ratio) 12:1
활성알칼리(NaOH) 3%, 5%, 10%, 15%
에탄올, 메탄올, 아세톤
온도(cooking temperature) 140℃, 160℃
시간(cooking time) 60min
액비(liquid/solid ratio) 12:1
유기용매 농도 50%
상기 머위속대 및 껍질의 혼합물은 펄프화 이후 점액성의 추출물이 제거되지 않아 탈수와 지필 형성에 문제를 야기할 수 있다. 이에, 상기 펄프화한 머위속대 및 껍질의 펄프 조성물을 에탄올을 이용하여 160℃에서 펄프화(ethanol pulping)시킨 후 하기 표 5의 조건으로 알칼리 처리를 부가하여 머위속대 및 껍질 펄프 조성물을 제조하였다.
처리 온도 70℃
처리 시간 60min
활성알칼리(NaOH) 10%, 20%, 100%, 200%
실시예 5. 머위 종이 제조
상기 실시예 2의 머위껍질 펄프 조성물 및 실시예 4의 머위속대 및 껍질 펄프 조성물을 KS M ISO 5269-1에 의거하여 실험실용 사각수초지기에서 평량 60g/㎡으로 수초시켜 지필형태로 초지하였다. 이어서, 상기 초지한 지필은 압착 및 건조하여 머위 종이를 제조하였다.
실험예 1. 펄프방법에 따른 수율
펄프방법에 따른 펄프화 수율을 확인하기 위하여 각각 소다 펄프화법과 유기용매 펄프화법에 의해 펄프화 시킨 상기 실시예 2의 머위껍질 펄프 조성물 및 실시예 4의 머위속대 및 껍질 펄프 조성물의 수율을 확인하고, 그 결과를 도 1 및 도 2에 나타내었다. 수율은 펄프화 전 전건중량과 펄프화 후의 전건 중량을 비교하여 계산하였다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 2의 머위껍질에 대한 펄프화 수율은 유기용매 펄프화법의 수율이 소다 펄프화법보다 우수하게 나타났으며, 펄프화 조건이 가혹해질수록 소다 펄프화법과 유기용매 펄프화법 모두 펄프화 수율이 큰 폭으로 감소함을 확인할 수 있었다.
또한 머위속대를 제거하지 않고 진행한 실시예 4의 머위속대 및 껍질에 대한 펄프화는 도 2에 나타낸 바와 같이 실시예 2의 머위껍질 펄프화와 대비하여 다소 낮은 수율을 나타내었으며, 이는 머위속대와 껍질의 구성성분의 차이 때문으로 사료되었다. 또한 소다 펄프화법 및 유기용매 펄프화법 모두 조건이 가혹해짐(활성알칼리, 온도)에 따라 수율이 감소하는 경향을 나타내었다.
실험예 2. 수초 시 탈수시간
상기 실시예 2의 머위껍질 펄프 조성물 및 실시예 4의 머위속대 및 껍질 펄프 조성물을 이용하여 사각수초지기를 이용하여 수초지를 제작할 때의 지필이 형성되고 물이 탈수되는 탈수시간을 측정하고, 그 결과를 도 3 및 도 4에 나타내었다.
머위는 점액성의 추출물을 다량 함유하고 있으며, 이러한 점액질은 수초지 제조 시 탈수에 방해인자로 작용한다. 도 3에 나타낸 바와 같이 실시예 2의 머위껍질 펄프 조성물은 소다 펄프화법으로 펄프화 시킨 경우 유기용매 펄프화법으로 펄프화 시킨 경우와 대비하여 비교적 탈수가 잘 되었으며, 이는 소다 펄프화 시 알칼리에 의해 점액성 추출물이 다소 제거됐기 때문으로 사료되었다.
또한 실시예 4의 머위속대 및 껍질 펄프 조성물의 탈수시간은 도 4에 나타내었다. 도 4에 나타낸 바와 같이 머위속대 및 껍질 펄프 조성물의 경우에도 소다 펄프화법 및 유기용매 펄프화법의 결과가 비교적 유사하게 나타났으며, 특히 소다 펄프화법에 의한 펄프화 시 활성알칼리 농도 15%에서는 점액성 추출물의 추가적인 제거로 탈수성이 현저히 향상되는 경향을 나타내었다.
실험예 3. 펄프화 조건에 따른 수초지의 물리, 강도적 특성
상기 실시예 5에서 머위껍질과 속대 및 껍질로 제조된 각각의 수초지는 물성 평가에 앞서 KS M ISO 187에 의거하여 23(ㅁ1)℃의 온도와 50(ㅁ2)%의 항온ㅇ항습조건에서 24시간 동안 조습처리를 실시하였다. 수초지의 평량은 KS M ISO 536에 의거하여 측정하였으며, 두께측정과 밀도계산은 KS M ISO 534에 의거하여 실시하였다. 수초지의 거칠음도는 Bendtsen Tester(L&W, Sweden) 로 KS M ISO 8791-2에 의거하여 측정하였으며, 투기도는 Air Permeability Tester(L&W, Sweden)로 KS M ISO 5636-3에 의거하여 측정하였다. 수초지의 강도적 특성으로 인장강도는 Tensile Tester(L&W, Sweden)로 KS M ISO 1924-2에 의거하여 측정하였으며, 파열강도는 Bursting Strength Tester(L&W, Sweden)로 KS M ISO 2758에 의거하여 측정하였다. 지합은 2D Lab Formation Sensor(Techpap, USA)로 측정하였다.
3-1. 두께 및 밀도
펄프화 조건에 따른 두께 및 밀도의 변화를 도 5 및 도 6에 나타내었다. 머위껍질로 제조한 수초지의 경우 도 5에 나타낸 바와 같이 소다 펄프화법과 유기용매 펄프화법 모두 펄프화 조건이 가혹해질수록 두께의 변화가 나타났으나, 이는 평량의 차이에 의한 영향으로 밀도의 변화는 크게 나타나지 않았다.
또한 머위속대 및 껍질로 제조한 수초지의 경우 도 6에 나타낸 바와 같이 소다 펄프화법보다 유기용매 펄프화법에서 전체적으로 높은 밀도를 보였는데, 이는 섬유화 되지 않은 머위속대 및 껍질로 인한 중량 증가로 사료되었다.
한편, 추가적인 알칼리 후처리의 경우 밀도는 거의 변화 없었으며, 껍질만 펄프화할 때와 속대 및 껍질을 같이 펄프화할 때의 두께나 밀도의 차이는 크게 나타나지 않았다.
3-2. 거칠음도
머위껍질 펄프로 제조한 수초지와 머위속대 및 껍질의 펄프로 제조한 수초지의 거칠음도를 도 7 및 도 8에 나타내었다.
도 7에 나타낸 머위껍질 펄프로 제조한 수초지의 경우에는 소다 펄프화법에서 활성알칼리 농도가 3%에서 5%로 증가함에 따라 거칠음도의 변화가 없었으나, 10% 활성알칼리 농도로 펄프화 시킨 경우 수초지의 거칠음도가 다소 감소하는 경향을 나타내었다. 반면, 유기용매 펄프화법에서는 대체적으로 소다 펄프화법보다는 거칠음도가 낮아 수초지 표면이 평활하게 나타남을 확인할 수 있었다.
또한 머위속대 및 껍질 펄프로 제조한 수초지의 경우 도 8에 나타낸 바와 같이, 머위껍질과 대비하여 전체적으로 높은 거칠음도를 나타내었다. 소다 펄프화법에서는 활성알칼리 농도 10% 수준까지는 비슷한 수치를 나타냈으나, 15% 활성알칼리 농도에서 높은 거칠음도를 나타내었다. 반면, 유기용매 펄프화법에서는 전체적으로 소다 펄프화법에 비해 낮은 거칠음도를 나타냈으며, 펄프화 온도가 높아질수록 더욱 평활한 수초지를 얻을 수 있었다.
3-3. 인장강도
머위껍질 펄프로 제조한 수초지와 머위속대 및 껍질의 펄프로 제조한 수초지의 인장강도는 평량 보정을 위해 인장지수로 평가하였으며, 그 결과를 도 9 및 도 10에 나타내었다.
도 9에 나타낸 머위껍질 펄프로 제조한 수초지의 경우 소다 펄프화법에서는 활성알칼리 농도 3%와 5%에서는 유사한 수치의 인장강도를 나타냈으며, 활성알칼리 농도가 10%수준에서 인장강도가 큰 폭으로 증가하였다. 반면, 유기용매 펄프화법에서는 펄프화 온도 140℃보다 160℃에서 우수한 인장강도를 나타내었다.
또한, 머위속대 및 껍질 펄프로 제조된 수초지의 인장강도는 도 10에 나타낸 바와 같이, 소다 펄프화법에서는 활성알칼리 농도 10%이상에서 인장강도가 증가했으며, 유기용매 펄프화법에서는 펄프화 온도가 증가함에 따라 인장강도가 증가하는 경향을 나타내었다. 특히, 유기용매 중 아세톤을 이용하여 160℃에서 펄프화시켜 제조한 수초지의 경우 가장 우수한 인장강도를 나타내었다.
3-4. 파열강도
머위껍질 펄프로 제조한 수초지와 머위속대 및 껍질의 펄프로 제조한 수초지의 파열강도는 평량 보정을 위해 파열지수로 평가하였으며, 그 결과를 도 11 및 도 12에 나타내었다.
도 11에 나타낸 머위껍질 펄프로 제조한 수초지의 경우 소다 펄프화법에서 활성알칼리 농도가 증가할수록 수초지의 파열강도가 큰 폭으로 증가하였다. 반면 유기용매 펄프화법에서는 모든 조건에서 파열강도가 활성알칼리 농도 5%의 소다 펄프화 조건보다 우수했지만, 활성알칼리 농도 10%의 소다 펄프화 조건보다는 다소 낮게 나타났다.
또한, 머위속대 및 껍질을 이용하여 제조한 펄프로 초지된 수초지의 파열강도는 도 12에 나타낸 바와 같이, 소다 펄프화법의 경우 활성알칼리의 농도가 증가할수록 파열강도가 큰 폭으로 증가하였다. 또한 유기용매 펄프화법의 경우 유기용매 펄프화 온도조건이 높아질수록 파열강도가 향상되었으며, 특히 유기용매로 메탄올을 이용하여 160℃에서 펄프화시킨 수초지에서 가장 우수한 파열강도를 나타내었다.
3-5. 지합특성
머위껍질 펄프로 제조한 수초지와 머위속대 및 껍질의 펄프로 제조한 수초지의 지합특성은 도 13 및 도 14에 나타내었다.
도 13에 나타낸 바와 같이 머위껍질 펄프로 제조된 수초지의 경우 활성알칼리 농도 10%의 소다 펄프화법에서 지합 특성이 다소 개선되었으며, 유기용매 펄프화법의 경우 펄프화 온도에 따른 수초지의 지합 변화는 크게 나타나지 않았다.
또한 머위속대 및 껍질 펄프로 제조된 수초지의 경우 도 14에 나타낸 바와 같이 높은 활성알칼리 소다 펄프화법이나 높은 온도의 유기용매 펄프화법에서 유사한 지합 특성을 나타내었으며, 이는 속대 성분이 비교적 많이 제거된 결과인 것으로 사료되었다.
실험예 4. 펄프화 조건에 따른 수초지의 광학적 특성
수초지의 광학적 특성은 머위 내 잔존하는 추출물 성분에 의해 결정된다. 따라서 펄프화 조건에 따른 수초지의 광학적 특성에 미치는 영향을 평가하기 위하여, 상기 실시예 5에서 머위껍질과 속대 및 껍질로 제조된 각각의 수초지를 Elrepho 백색도 측정기(L&W, Sweden)를 이용하여 KS M ISO 2470-1에 의거하여 백색도를 측정하였으며, KS M ISO 2471에 의거하여 불투명도를 측정하였다. 그 결과는 도 15 및 도 16에 나타내었다.
머위껍질 펄프로 제조된 수초지의 광학적 특성은 도 15에 나타내었으며, 소다 펄프화법의 경우 활성알칼리 농도가 증가할수록 백색도 값이 증가한 반면 유기용매 펄프화법의 경우에는 펄프화 온도가 증가할수록 백색도 값이 감소하는 경향을 보였다. 불투명도는 모든 조건에서 90% 이상으로 나타났다.
또한 머위속대 및 껍질 펄프로 제조된 수초지의 광학적 특성은 도 16에 나타내었다. 소다 펄프화법의 경우 머위껍질 펄프로 제조된 수초지보다 높은 백색도를 나타내었으며, 활성알칼리 농도가 증가함에 따라 백색도가 다소 감소하는 경향을 나타내었다. 유기용매 펄프화법의 경우에서도 유사하게 나타났으며 펄프화 온도가 높아질수록 백색도가 감소하는 경향을 나타내었다. 이는 머위속대의 높은 백색도에 기인한 것으로 사료되며, 가혹한 조건의 펄프화를 통해 속대의 펄프화 수율이 감소하면서 나타난 결과로 판단되었다.
이같은 결과를 통하여, 머위껍질만을 사용하여 펄프화를 진행한 경우 속대와 껍질을 함께 펄프화 시킨 경우와 대비하여 수율, 탈수성, 물리, 강도적 특성 및 광학적 특성에 있어 전반적으로 우수한 결과를 나타내었다. 또한, 펄프화법이나 조건에 따라 수초지의 특성이 다소 상이하게 나타나는 바, 본 발명의 목적하는 종이의 용도에 따라 머위 펄프 제조 시 소다 펄프화법과 유기용매 펄프화법을 적절히 적용한다면 목적에 적합한 특성을 가지는 종이를 제조할 수 있을 것임을 확인할 수 있었다.
뿐만 아니라, 본 발명은 기존 머위의 가식부위를 제외하고 버려지는 머위껍질 및 속대를 활용할 수 있어 자원의 재활용 측면에 있어 환경친화적이며, 펄프 및 종이에 머위가 가지는 항산화 및 항균기능을 부여할 수 있어 기능성 펄프 및 종이의 제조가 가능하다는 특징이 있다.
비록 본 발명이 상기에 언급된 바람직한 실시예로서 설명되었으나, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 또한 첨부된 청구 범위는 본 발명의 요지에 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함한다.

Claims (8)

  1. 머위의 껍질을 3 내지 10 % 농도의 NaOH를 활성알칼리로 사용하여 10~14:1의 액비, 100 내지 140 ℃의 온도 및 40 내지 100 분의 시간 동안 머위의 껍질을 펄프화하여 머위 펄프 조성물을 제조하는 단계,
    상기 머위 펄프 조성물을 지필형태로 초지하는 단계 및
    상기 초지한 지필을 압착 및 건조하는 단계
    를 포함하는 머위 종이의 제조방법.
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