KR20030065916A - 미생물섬유소 한지 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 미생물섬유소 한지 및 그의 제조방법은, 초산균류와 같은 미생물에 의해 식물로부터 분해 해리한 미생물섬유소를 인피섬유에 일정 비율 첨가시켜 제조한 한지 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 제조방법은 (1) 발효시킨 식물부산물을 수거 정제하여 파쇄한 다음 여과해리하여 미생물균류에 의해 생산된 미생물섬유소를 전처리하는 과정, (2) 목재의 인피섬유를 전처리하여 준비하는 과정, (3) 해리한 인피섬유에 미생물섬유소를 일정비율로 첨가한 다음 분산시켜 혼합하는 과정, (4) 소정 초지용 망에 분산시킨 혼합액을 초지하는 과정, 및 (5) 초지한 혼합액을 건조하여 미생물섬유소 한지를 완성하는 과정을 포함하여 수행된다.

따라서 본 발명은 한지 자체의 물성과 품질을 향상시키게 되며, 본 발명에 따른 양질의 미생물섬유소 한지는 전통한지산업의 발전 그리고 양지 및 저가 수입품에 의해 직면한 위기를 타게하는 데 기여할 것으로 예상된다.

Description

미생물섬유소 한지 및 그의 제조방법{Hanji with microbial cellulose and the method of manufacturing that}

본 발명은 한지에 관한 것으로, 자세하게는 초산균류와 같은 미생물에 의해 식물로부터 분해 해리한 미생물섬유소를 한지제작을 위한 인피섬유에 일정 비율 첨가시켜 자체 물성과 품질을 향상시킨, 미생물섬유소 한지 및 그의 제조방법을 제시한 것이다.

오랜 역사만큼이나 독특한 민족문화로 이어져 오고 있는 것 중의 하나가 한지이다. 고구려 시대에 일본에 제지술을 전수했다는 기록 등으로 미루어 볼 때, 한반도에는 삼국시대 이전부터 제지술이 발달했음을 짐작할 수 있다.

한지는 과거 동양 3국 중에서 독특하고 우수한 품질로 삼국시대부터 조선시대까지 각광 받아왔고, 명성을 떨쳐 당대 문인과 화백들의 상용품이었으며 오늘날까지도 우수한 글과 작품이 보존되어 전해져 내려오고 있다. 아울러 이러한 오랜 역사를 갖는 전통의 한지는 멀티미디어 및 인쇄매체의 발달에도 불구하고 실생활에서 꾸준히 사용되고 있다.

한지는 원료와 제조과정에서 양지와 많은 차이점을 가지고 있으며, 이것은 양지와는 다른 한지만의 독특한 장점을 형성한다. 한지의 질기고 강한 품질은 닥나무 인피섬유에서 기인되고 제조 과정의 여러 단계를 거치면서 구체화된다. 닥나무를 삶을 때 잿물을 사용하면 강도를 향상시킬 수 있고, 내구성과 보존성이 월등한 종이를 제조할 수 있다.

그러나 천년 이상의 보존성을 지니는 한지는 조선말 이후부터 양지(기계지)산업이 도입되면서 사양화되기 시작했다. 생산성에서는 양지는 초지기를 사용하는데 비해 한지는 수록지를 생산하므로 한지의 생산성이 현저히 떨어진다.

또한 일반적으로 닥섬유를 염료로 염색한 후 초지하는 단순한 공정에 의해 한지를 제작하기 때문에 한지의 용도와 품질이 제한적이며, 근래에는 화선지, 창호지 정도의 한지 생산에 한정되게 되었다.

그럼에도 불구하고 인쇄매체의 발달과 감각을 강조하는 경향에 따라 세련되고 고급화된 한지가 요구되고 있다. 아울러 한지의 장점을 최대한 유지하고 기계적 강도를 향상시켜 다양한 용도로 응용될 수 있도록 인장강도, 파열강도 등을 증가시킬 수 있는 기술의 개발이 필요하다. 이러한 기술개발을 통하여 한지 공예품, 한지 의상, 한지 인화지 및 각종 산업용 재료로써 그 활용 가능성이 높이는 것이 요구되고 있다.

따라서 전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 초산균류와 같은 미생물에 의해 식물로부터 분해 해리한 미생물섬유소를 한지제작을 위한 인피섬유에 일정 비율 첨가시켜 자체 물성과 품질을 향상시킨, 미생물섬유소 한지 및 그의 제조방법에 관한 기술을 제공함에 있다.

미생물섬유소는 식물 유래 섬유소와는 달리 초미세 섬유 망상구조, 고순도, 높은 결정성 및 배향성 등 독특한 물리적 성질을 가지고 있어 한지의 물성을 향상시키게 되며, 본 발명은 식물로부터 얻어지는 미생물셀룰로오스를 전처리한 후에 이를 인피섬유에 첨가하여 한지를 제작하게 된다.

아울러 본 발명에 따라 양질의 한지를 제조함으로써 세계적으로 우수성을 인정 받아온 전통 한지가 양지와 저가 수입품에 밀려 단절 위기에 직면에 있는 어려움을 타게하고, 전통 한지산업의 발전에 일조하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에서 사용하는 미생물섬유소의 마이크로 사진.

도 2는 본 발명에 따른 미생물섬유소 한지의 제조과정을 나타낸 도면.

도 3은 본 실시예의 방법에 따라 제조한 미생물섬유소 한지의 특성 실험결과를 나타낸 도면.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 미생물섬유소 한지는,

미생물균류에 의해 생산되는 미생물섬유소를 인피섬유에 일정비율로 포함시켜 제조한 한지이다.

아울러 또 다른 본 발명의 목적을 달성하기 위한 미생물섬유소 한지의 제조방법은,

(1) 발효시킨 식물부산물을 수거 정제하여 파쇄한 다음 여과해리하여 미생물균류에 의해 생산된 미생물섬유소를 전처리하는 과정, (2) 목재의 인피섬유를 전처리하여 준비하는 과정, (3) 해리한 인피섬유에 미생물섬유소를 일정비율로 첨가한 다음 분산시켜 혼합하는 과정, (4) 소정 초지용 망에 분산시킨 혼합액을 초지하는 과정, 및 (5) 초지한 혼합액을 건조하여 미생물섬유소 한지를 완성하는 과정을 포함하고 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 미생물섬유소 한지 및 그의 제조방법을 자세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에서 사용하는 미생물섬유소의 마이크로 사진이다.

도시한 바와 같이 미생물섬유소는 아주 미세한 섬유의 망상구조를 가지고 있으며 섬유폭은 0.1㎛정도이다. 일반적인 침엽수 펄프의 폭이 약 32∼42㎛임에 비하여 본 발명에서 이용하는 미생물섬유소는 매우 미세한 형태이며 두께에 대한 길이의 비율이 상당히 큰 특징이 있다. 아울러 미생물 섬유소는 일반 식물 유래 섬유소와 달리 헤미셀룰로오스나 리그닌을 포함하고 있지 않은 순수한 형태이며 초미세 망상구조, 높은 생분해성, 그리고 우수한 기계적 강도 등의 특성이 있다.

이러한 미생물섬유소는 초산균류(Acetobacter xylinum)와 같은 미생물 균류에 의해 생산되는 섬유소(cellulose, 셀룰로오스)이다. 본 실시예에서는 이러한 미생물섬유소로서 식초공장에서 얻어진 부산물을 이용하며, 이외에도 초산균류에 의한 섬유소는 이용할 수 있게 된다.

본 발명의 미생물섬유소 한지는 이러한 미생물섬유소를 인피섬유에 일정비율로 첨가 혼합시켜 제조한 한지이다.

도 2는 본 발명에 따른 미생물섬유소 한지의 제조과정을 나타낸 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 미생물섬유소 한지의 제조과정은, 도시한 바와 같이 먼저 미생물섬유소를 전처리하여 준비하는 과정을 진행하게 된다.

이 과정에서는 식물이나 작물 또는 이의 부산물 등에 초산균류(Acetobacter xylinum)를 이용하여 미생물섬유소를 수거하게 되며, 전술한 바와 같이 본 실시예에서는 자연발효 방법으로 감식초를 제조하는 공장의 정치 배양 용기 표면에 형성된 젤상의 물질을 수거, 정제한 것을 이용하게 된다[P202].

미생물 섬유소를 해섬, 정제해서 얻어지는 현탁액은 펄프의 현탁액과 같아 보이지만 상당히 가는 원세섬유(fibril)이기 때문에 그 성질이 펄프와는 상당히 다르다.

이 후 미생물섬유소를 파쇄 및 세척하게 된다[P204]. 즉 젤상의 미생물섬유소를 기계적으로 파쇄하고 물로 여러 차례 세척한 다음, 약 4% 수산화나트륨 수용액에서 100℃로 20분간 정도 가열한다. 이후 이를 증류수로 반복 세척한 후 5% 초산용액으로 중화하고 다시 세척 여과하게 되며, 이를 통해 미생물섬유소 특유의 색깔을 제거할 수 있다. 따라서 이렇게 색이 제거된 미생물섬유소의 수분함량을 조절하여 한지제조시 첨가할 수 있게 된다.

이 후 칼날비이터(knife beater)를 사용하여 미생물섬유소를 해리하게 된다[P206].

이렇게 미생물섬유소를 준비하는 동안 다른 한편으로는 한지제조를 위한 인피섬유를 전처리하여 준비하는 본 실시예의 제(2)과정을 실행하게 되며, 본 실시예에서는 한지제작을 위한 인피섬유로 닥나무의 닥섬유를 사용한다. 즉 닥나무의 내수피에 의한 인피섬유를 물에 풀어서 현탁액을 만든다[P208]. 그리고 칼날비이터(knife beater)를 사용하여 닥섬유를 해리하여 준비하게 된다[P210].

이 후 위와 같이 전처리한 미생물섬유소와 고해된 상태의 닥을 이용하여 미생물섬유소 한지를 본격적으로 제조하게 되며, 위에서 해리한 인피섬유에 미생물섬유소를 일정비율로 첨가한 다음 분산시켜 골고루 혼합하는 본 실시예의 제(3)과정을 진행한다.

닥나무의 인피섬유에 첨가하는 미생물섬유소는 그 혼합비율을 잘 고려하여야 한다. 후술하겠지만 이는 완성될 미생물섬유소 한지의 품질 및 특성에 관련된 것으로, 완성될 미생물섬유소 한지의 건조중량비를 고려하여 미생물섬유소의 혼합비율을 약 2∼10 % 정도로 혼합하는 것이 바람직하다[P212].

이 단계에서는 종이를 뜰 때 수분산을 용이하게 하고 섬유간의 점착성을 향상시키기 위하여 분산제 등을 이용하여 혼합된 섬유소 분산액을 분산시킨 다음 교반하는 것도 바람직하다. 본 실시예에서는 이러한 분산제로 폴리아크릴아미드(polyacrylamide) 수용액을 조제한 다음, 섬유소 혼합분산액에 첨가하여 격렬하게 교반시킨다[P214].

이 후 소정 초지망에 교반한 섬유소 혼합분산액을 올려 초지하는 본 실시예의 제(4)과정을 수행한다.

즉 완성될 미생물섬유소 한지의 상태를 고려하여 두께와 평량이 일정하도록초지하게 되며, 본 실시예에서는 약 30±3g/m³정도의 평량이 되도록 조절하여 실시하였다[P216].

그리고 마지막으로 본 실시예의 제(5)과정을 수행하여 초지한 혼합분산액을 탈수건조하여 본 미생물섬유소 한지를 완성하게 된다[P218].

도 3은 본 실시예의 방법에 따라 제조한 미생물섬유소 한지의 특성 실험결과를 나타낸 도면이다.

먼저 도 3 (A)의 인장강도 시험은 KS M 7014에 의하여 시험편에 하중을 걸어 파단되었을 때의 하중 지시 결과로, 가로축은 미생물섬유소의 첨가율(%)을, 세로축은 인장하중(kg_f)를 각각 나타내고 있다. 본 실험에서는 가로 및 세로 방향으로 채취한 한지를 각각 10매 이상 시험하여 평균값으로 인장강도 즉 인장하중(kg_f)을 측정하였다.

도시한 바와 같이, 미생물섬유소를 첨가한 한지의 인장강도 실험결과 건조 중량 기준으로 미생물섬유소를 약 2% 첨가하였을 때 인장강도는 1.5배 증가하였으며 그 이상 첨가해도 크게 증가하지 않다가 약 8∼9% 이상에서는 오히려 감소하는 경향을 보여준다. 이는 미생물섬유소가 알맞은 비율로 혼합되어야 함을 보여주는 것으로 본 실시예의 한지 제조시 최적의 비율이 있음을 시사하는 것이라 할 수 있다. 따라서 전술한 바와 같이 한지 제조과정에서 혼한비율을 고려하는 것이 중요하다.

도 3 (B)의 한지 투기도 시험은 KS M 7020에 의하여 공기 100㎖가 645㎟의시료 종이를 통과하는 시간을 측정하여 미생물섬유소를 첨가하지 않은 한지의 투과시간을 기준으로 하여 상대투기도 결과로, 가로축은 미생물섬유소의 첨가율(%)을, 세로축은 상대투기도를 각각 나타내었다. 본 결과에서 상대투기도 값이 클수록 공기 투기성은 감소됨을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 미생물섬유소를 전처리하고 해리하여 닥섬유소에 첨가한 한지의 공기 투기도는 미생물섬유소의 양이 증가함에 따라 크게 감소하고 있으며, 약 6% 첨가시 미첨가한 한지에 비하여 공기투기도가 약 1/10정도 감소하는 것을 알수 있다. 이러한 결과는 미세섬유의 혼합에 의한 공극율 저하로 섬유조직이 치밀해짐을 보여주는 것으로 여과지 등의 제조에 응용될 수 있음을 보여주는 결과다.

도 3 (C)의 파열강도시험은 KS M 7017에 의하여 시험편이 파열될 때의 압력과의 관계로, 압력기(Mullen pressure tester)를 이용하여 측정한 미생물섬유소 첨가율에 따른 단위센티미터당 파열압력을 세로축에 kgf로 나타내었다.

도시된 바와 같이, 미생물섬유소 함유량이 약 1.5∼7.5% 범위에서 한지의 파열강도는 2배 정도 증가하였으며, 그 이상에서는 약간 감소하는 경향을 보였다. 따라서 소량만 첨가해도 상당한 한지의 파열강도를 증가시킬 수 있게 된다.

도 3 (D)의 인열강도 시험은 KS M 7016에 의하여 시험편이 인열될 때 흔들이가 한 일 양을 기준으로 측정하였으며 시험편은 76mm×63mm로 제단하였으며 가로와 세로 방향으로 10매 이상 측정한 결과를 나타낸 것이다.

도시한 바와 같이 인열강도의 경우 미생물섬유소의 첨가가 다른 특성에 비해 큰 영향이 없는 것으로 나타나고 있다.

본 실시예의 미생물 섬유소 한지는 트레싱페이퍼와 같이 조직이 치밀하고 반투명한 상태의 한지가 된다. 아울러 목재 펄프와 혼합해서 한지를 제조하면 탄성율, 인장강도 등의 역학적 성질이나 치수안정성 등이 크게 향상된다. 또한 분리막, 투석막과 제지첨가제 이외에도 겔 상태의 얇은 껍질(pellicle)로도 이용이 가능하여 스피커진동판으로도 응용하는 것이 가능할 것으로 예상된다.

전술한 바와 같이 본 실시예의 미생물섬유소 한지는 미생물섬유소의 첨가비율에 따라 한지의 특성을 향상시키게 되며, 한지의 사용용도에 따라 제조과정에서부터 그 첨가비율을 변화시킬 수 있는 등, 본 발명의 기술 개념을 바탕으로 보다 양질의 미생물섬유소 한지를 제조할 수 있다.

본 발명은 한지의 제조시 미생물균류에 의한 미생물섬유소를 인피섬유에 일정비율 첨가함으로써 한지의 물성과 품질을 향상시키는 효과를 제공한다. 따라서 본 발명에 따른 양질의 미생물섬유소 한지는 전통한지산업의 발전에 기여함은 물론 양지 및 저가 수입품에 의해 직면한 위기를 타게하는 데 일조하리라 예상된다.

Claims (4)

1. 미생물균류에 의해 생산되는 미생물섬유소를 인피섬유에 일정비율로 포함시켜 제조한 것을 특징으로 하는, 미생물섬유소 한지.
2. 한지의 제조에 있어서,

   (1) 발효시킨 식물부산물을 수거 정제하여 파쇄한 다음 여과해리하여 미생물균류에 의해 생산된 미생물섬유소를 전처리하는 과정;

   (2) 목재의 인피섬유를 전처리하여 준비하는 과정;

   (3) 상기 해리한 인피섬유에 미생물섬유소를 일정비율로 첨가한 다음 분산시켜 혼합하는 과정;

   (4) 소정 초지용 망에 상기 분산시킨 혼합액을 초지하는 과정; 및

   (5) 상기 초지한 혼합액을 건조하여 미생물섬유소 한지를 완성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 미생물섬유소 한지의 제조방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 인피섬유에 미생물섬유소를 2∼10%의 비율로 첨가 혼합하는 것을 특징으로 하는, 미생물섬유소 한지 및 그의 제조방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 미생물균류는

   초산균류인 것을 특징으로 하는, 미생물섬유소 한지 및 그의 제조방법.