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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.48 No.2 pp.31-37
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2014.48.2.31

Characteristics of Hanji Wallpaper using Ceramics from Broussonetia kazinoki Sieb.

Seong-Cheol Park1, Yong-Chan Ju1, Seung-Won Oh2*
1Hanji Industry Support Center,
2Dept. of Wood Science & Technology, Chonbuk National University,
Corresponding author: Seung-Won Oh, Tel: +82-63-270-2626; Fax: +82-63-270-2631; E-mail: ohsw@jbnu.ac.kr
January 9, 2014 February 19, 2014 March 7, 2014

Abstract

This study utilized paper mulberry xylem to make functional ceramic materials and to manufacture Hanji wallpaper. Conclusions obtained from the results of this study were as follows.

After manufacturing the ceramic with the paper mulberry xylem, it was added to the paper mulberry pulp and Hanji was produced with various conditions. When making the ceramic, overall physical properties of Hanji were decreased depending on resin impregnation rate, carbonization temperature and amount of ceramic content, but tearing index was not changed nearly. However, because ceramic hinders the fiber bonding of the paper mulberry pulp, air permeability was considerably increased. Hanji wallpaper which paper mulberry ceramic was added satisfied the wallpapers regulated in KS(Korean Standard) and the use of the wallpaper made of Hanji was expected as the environment friendly natural material.


닥나무로 제조된 세라믹을 이용한 한지벽지의 특성

박 성철1, 주 용찬1, 오 승원2*
1한지산업지원센터
2전북대학교 목재응용과학과

초록

본 연구는 우리나라의 전통문화인 한지의 다양한 용도를 개발하고, 인피섬유를 주원료로 하는 한지의 특성상 폐기되어져 왔던 닥나무 목질부를 이용하여 기능성 재료인 세라믹의 제조 및 한지벽지에 이용되 는데 기초 자료를 제공하고자 하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다.

다양한 조건에서 제조된 닥나무 세라믹을 첨가한 수초지는 세라믹 제조 시의 수지함침율, 탄화온도 및 세라믹의 첨가량에 따라 전반적인 물리적 성질은 감소하였으나 인열지수는 거의 변화가 없었다. 또한 투 기도의 경우에서는 세라믹이 닥섬유의 섬유결합을 저해하여 크게 증가하였다. 한편, 한지벽지로서 습윤 인장강도, 일광견뢰도, 습윤마찰견뢰도, 은폐성 등은 KS 벽지 규격을 만족시켰으나 건조마찰견뢰도는 규 격에 미달되어 이에 대한 보완이 요구되었다.

따라서 폐기성 닥나무 목질부를 활용하여 세라믹을 제조 및 한지벽지에 이용함으로서 닥나무 목질부의 다양한 활용도 개발과 양호한 품질의 한지벽지를 제조하는데 충분한 가능성을 확인하였다.


    I.서론

    현대인의 생활패턴에 따라 건축물의 실내에서 생활하는 시간이 많아지고 포름알데히드와 같은 휘발성 유기화합물(VOCs) 등으로 야기되는 새집증후군에 대한 우려 속에 주거의 가장 큰 면적을 차지하는 벽지에 대한 관심도 높아지고 있다. 벽지의 종류에는 종이벽지, 갈포나 황마로 짠 초경벽지, 천을 소재로 한 직물벽지, 종이로 만든 지사벽지, 일반적으로 가장 많이 사용하고 흔히 실크벽지로 불리는 PVC벽지 등 다양하다. 그러나 이러한 다양한 벽지의 종류에도 불구하고 좋은 벽지라는 개념은 외관상의 장식적인 면, 즉 디자인에 대한 소비자의 욕구뿐만 아니라 환경 및 건강에 악영향을 미치는 유해물질의 배출이 없고 각종 기능성 물질의 작용으로 건강에 유익한 작용을 할 수 있는 적극적인 개념으로 변화하고 있다(Chung, 2005).

    한편 우리나라 고유의 전통종이인 한지는 질적․미적 아름다움과 강인함을 갖추고 친환경적 재료로서 원적외선 및 음이온의 방사, 높은 항균성, 습기에 대한 높은 흡․배기성으로 실내 습도조절에 유익한 특성을 가지고 있다고 알려져 있다. 또한 상기에서도 언급한 포름알데히드나 휘발성 유기화합물에 대한 염려가 없고 사용 중이나 폐기 시에도 환경에 유해한 물질을 방출하지 않는다. 이에 따라 한지의 장점들을 최대한 활용하고 이에 더불어 다양한 기능성 천연재료를 첨가하여 높은 기능성을 가진 한지벽지의 개발은 최근의 소비자 요구와 부합된다.

    그러나 한지는 닥나무의 인피섬유만을 이용하고 목질부는 부산물로 발생한다. 이러한 닥나무 목질부는 밭에 버려지거나 가정의 화목용 등 활용도가 매우 낮다. 최근 한지의 소비증가와 닥나무의 집단재배를 고려하여 닥나무 목질부를 이용하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 특히 닥나무 목질부를 이용하여 파티클보드 및 우드세라믹을 제조한 연구가 대표적으로 닥나무 목질부를 기능성의 재료인 세라믹으로의 전환은 폐기성 닥나무 목질부의 활용성을 높일 수있는 하나의 대안이 될 수 있다(Byeon et al., 2010). 목질계 세라믹은 목재 또는 목질재료에 경화성 플라스틱을 주입 후 고온에서 탄화시켜 제조한 다공질성 탄소재료로서 전자파 차폐, 원적외선 방사의 특성으로 건강을 위한 재료로 활용될 수 있고 내부식성 등의 성질은 공업적으로도 다양한 이용성을 갖추고 있어 숯 및 목탄과 같은 일반적인 탄소재료와 첨단의 탄소섬유의 중간적 성질을 갖는 신소재로 평가받고 있다(Okabe and Saito, 1995; Okabe et al., 1995; Okabe et al. 1996).

    이에 따라 본 연구는 전통소재인 한지를 건축재료의 마감재인 벽지로 사용하는데 있어서 한지제조 부산물인 닥나무 목질부를 활용하여 다양한 조건에서 제조된 세라믹을 이용하여 한지벽지를 제조하고 물리․광학적 성질을 측정하여 한지제조 부산물을 한지벽지로 활용하는데 필요한 기초 자료를 제공하고자 하였다.

    II.재료 및 방법

    2.1.공시재료

    세라믹 제조에 사용된 닥나무(Broussonetia kazinoki Sie.)는 전북 완주군 소양면에서 재배한 것으로 한지를 제조하는데 필요한 인피부를 제거한 목질부만을 사용하였고, 펄프는 태국산 표백 닥펄프를 사용하였다.

    2.2.실험방법

    2.2.1.세라믹 분말의 제조

    닥나무 목질부의 톱밥은 크기를 1mm 이하로 선별하고 함수율을 6% 이하로 조절하고 분말 페놀수지(코오롱 유화(주), KNB-100PL)와 톱밥을 충분히 혼합하여 열압기를 이용하여 보드를 제조한 후 제조된 보드를 액상 페놀수지(코오롱 유화(주), KPD-L777)에 함침하였다. 이때 수지함침율을 각각 40, 50, 60, 70%로 조절 후 건조 및 경화시켰다. 건조된 함침 보드는 진공 소결로를 이용하여 탄화온도 600, 800, 1,000, 1,200°C에서 승온온도 4°C/min., 최고온도 유지시간 2시간의 조건으로 탄화시켜 닥나무 세라믹을 제조하였고, 한지벽지 제조를 위해 분쇄 후 sieve를 이용하여 120mesh 이하 크기로 분쇄하였다.

    2.2.2.세라믹의 첨가

    한지를 제조하기에 앞서 닥펄프는 태국산 백닥을 20%의 슬러리 농도에서20분 동안 칼비터(knife beater)로 해섬하여 사용하였다. 다양한 수지함침율 (40-70%) 및 탄화온도(600-1,200°C)에 따라 제조한 닥나무 세라믹 분말은 한지 전건중량의 10%를 첨가하여 수초지 하였고, 적정 첨가량을 구명하기 위해 수지 함침율 50%, 탄화온도 600°C의 닥나무 세라믹 분말을 0, 5, 10, 15% 첨가하였다. 또한 세라믹의 첨가는 최대한 정착을 위해 닥펄프와 혼합 시 가정용 믹서를 이용하여 3분 동안 교반 하였다.

    2.2.3.한지벽지의 제조

    균일한 한지를 제조하기 위해 수분산성과 점착성을 고려하여 PAM(polyacrylamide) 수용액을 0.01%를 첨가하였고 25cm × 25cm 크기의 사각 수초지기를 사용하여 평량 100 g/m2으로 초지한 후 2.5kg/cm2의 압착 및 탈수과정을 거쳐 일반적인 한지의 건조방법과 동일하게 80°C 열판에서 건조하였다.

    2.2.4.물리․광학적 성질의 측정

    제조된 한지는 항온항습실(23.0±1.0°C, 상대습도 50.0±2.0%)에서 24시간 이상의 조습과정을 거친 후 TAPPI Test Methods에 의거 백색도, 평량, 밀도, 열단장, 인열지수, 파열지수, 내절도 및 투기도 등 기본적인 물성을 측정하였다. 한지벽지로서의 활용을 위해 필요한 일광견뢰도, 마찰견뢰도, 습윤인장강도, 은폐성은 한국생활환경 시험연구원(KS M 7305)에 의뢰하여 측정하였다. 또한 Image analyzer(BMI plus)를 이용하여 한지의 표면과 이면의 상태를 관찰하였다.

    III.결과 및 고찰

    3.1.수지함침율에 따른 변화

    닥나무 세라믹의 제조 시 액상 페놀수지의 함침율을 40, 50, 60, 70%로 조절하고 탄화온도 600°C에서 소성한 세라믹을 분쇄, 10% 첨가하여 한지의 초지 및 건조 후 각종 물성을 측정한 결과는 Table 1과 같다.

    다양한 수지함침율의 닥나무 세라믹을 이용한 한지의 물성측정 결과 평량은 수지함침율에 따른 변화는 거의 없었고 섬유와 세라믹과의 자체적인 결합력이 없어 혼합과정에서 믹서로 세라믹이 섬유에 최대한 분산될 수 있도록 하였으나 닥섬유 간의 결합을 세라믹이 저해하여 낮은 밀도 값을 나타낸 것으로 이 같은 결과는 톱밥/왕겨의 세라믹을 이용한 한지벽지의 연구결과와도 일치한다 (Oh et al., 2006). 열단장, 인열․파열지수 및 내절도 등 기본적인 물성 역시 수지함침율에 따른 변화는 거의 없었으나 무첨가 한지와 비교하여 볼 때 인열지수를 제외하면 전체적으로 낮은 값을 나타내었다. 한편 일반적인 PVC벽지는 비닐코팅 으로 마감처리되어 기공이 전혀없는 반면 한지 벽지는 미세한 공극의 형성으로 흡․배습의 장점을 가진 것으로 알려져 있고 미세한 크기의 세라믹을 첨가함으로서 투기도는 상승하는 결과하였는데 이는 한지에 첨가한 닥나무 세라믹이 섬유들 간의 결합에 악영향을 끼쳐 더 많은 공극을 생성케 하는 것과 투기도가 밀도와 밀접한 관계를 가진다는 것을 감안한다면 세라믹을 첨가함으로서 낮아진 밀도에 기인하는 것으로 사료된다.

    3.2.탄화온도에 따른 변화

    분말 페놀수지와 닥나무 톱밥을 혼합․성형한 보드를 액상 페놀수지 함침율 50%로 조절하고 탄화온도 600, 800, 1,000, 1,200°C에서 소성하여 세라믹 제조․분쇄하였다. 분말 세라믹을 10% 첨가하여 초지 및 건조 후 각종 물성을 측정한 결과는 Table 2와 같다.

    탄화온도를 달리하여 제조한 닥나무 세라믹을 투입한 한지의 평량은 무첨가보다 낮았고, 세라믹의 제조 시 탄화온도가 상승함에 따라서도 약간 감소하였다. 이는 탄화온도가 상승할수록 세라믹에 유리질 탄소가 많이 존재하여 결국 섬유간에 세라믹의 정착이 불량함에 기인한 것으로 여겨진다. 이와 같은 원인으로 첨가된 세라믹의 탄화온도가 상승할수록 열단장, 파열지수 및 내절도가 저하되는 결과를 나타내었는데, 특히 내절도는 80% 이상의 감소율을 보였다. 그러나 인열․파열지수는 무첨가 보다 비슷하거나 약간 낮았으나 탄화온도의 변화에 따른 영향은 매우 적었다. 한편 투기도의 경우 세라믹 첨가 한지는 무첨가 및 세라믹의 탄화온도 상승에 따라 비교적 양호한 결과를 나타내었는데, 이는 상기에서도 언급한 밀도의 저하와 세라믹이 섬유간의 양호한 지합을 형성하는데 저해요소로 작용하는 것으로 여겨진다.

    3.3.세라믹의 첨가량 및 한지벽지의 특성

    액상 페놀수지의 함침율 50%, 탄화온도 600°C의 닥나무 세라믹 분말을 0, 5, 10, 15% 첨가하여 초지한 후 각종 물리․광학적 성질과 벽지로서의 특성을 조사하기 위해 KS M 7305에 의거 일광견뢰도, 마찰견뢰도, 습윤인장강도, 은폐성을 조사한 결과는 Table 3과 같고, 제조된 수초지의 표면과 이면의 화상분석은 Fig. 1과 같다.

    닥나무 세라믹의 첨가량에 의한 한지의 다양한 물성을 측정한 결과 백색도는 검은색의 세라믹 첨가량이 증가할수록 따라 크게 감소하였다. 특히 Table 3의 표면과 이면의 측정값 및 Fig 1의 화상분석을 살펴보면 닥섬유의 지필이 형성되기 전에 세라믹이 침전되어 표면과 이면의 백색도 차이가 크게 나타났다. 평량과 밀도 역시 백색도와 같은 경향으로 세라믹을 첨가함으로서 점차 감소하여 세라믹의 정착이 좋지 않음을 간접적으로 알 수 있었다. 또한 열단장, 내절도는 첨가량에 따라 지속적으로 감소하는 경향이었지만 인열 및 파열지수는 무첨가와 비교하여 거의 감소가 없었다. 투기도는 무첨가보다 세라믹을 첨가함에 따라 크게 개선되었고, 첨가량에 따른 변화도 거의 없어 이는 상기의 탄화온도 및 수지함침율의 결과와 비교하면 세라믹의 투입에 따른 투기도의 영향은 세라믹의 형상에 더 크게 좌우되는 것으로 여겨진다.

    세라믹을 첨가한 한지를 벽지로 활용하기 위해 벽지의 시공에 필연적으로 요구되는 습윤인장강도의 결과는 세라믹 무첨가와 비교하여 첨가량 10%까지는 큰 감소가 없었고 특히 벽지의 KS 규격인 1.96 N/cm 이상의 결과를 만족시켰다. 일광견뢰도는 KS 규격이 4급 이상으로서 무첨가 외에 세라믹을 첨가한 한지가 비교적 우수한 결과를 나타내었는데 이는 빛에 의한 탈색이나 변화에 관계없는 세라믹이 탄소로 이루어졌기 때문이라 사료된다. 마찰견뢰도는 마찰에 의해 색상이 변하는 것으로 KS 규격은 4급 이상으로 세라믹을 첨가함으로써 점차 낮은 결과를 보였는데 벽지로 활용하기 위해서는 세라믹을 더욱 조분쇄 및 닥섬유와의 견고한 결합을 유지시킬 수 있는 방법을 연구하는 등 건조 마찰견뢰도의 보강이 필요하였다. 한편 은폐성은 세라믹 첨가로 벽지의 조건을 충족시켰지만 무첨가는 높은 백색도로 인하여 낮은 은폐성를 가진 것으로 추정된다(Yoon et al. 1996).

    상기의 결과를 토대로 닥나무 세라믹을 첨가한 한지가 벽지가 요구하는 KS규격을 대부분 만족시켜 향후 한지벽지로의 개발이 기대되고 친환경 천연재료로서의 세라믹 및 한지가 더욱 더 다양한 형태로 개발․연구가 이루어져야 할 것으로 사료된다.

    IV.결론

    인피섬유를 주원료로 하는 한지의 특성상 폐기되 어져 왔던 닥나무 목질부를 기능성 재료인 세라믹으 로 변환시켜 닥나무 인피섬유와 혼합하여 한지벽지 에 이용하는데 필요한 물성을 검토한 결과는 다음과 같다.

    1. 세라믹 제조 시의 수지함침율, 탄화온도 및 세 라믹의 첨가량에 따라 한지의 물성은 전반적으 로 감소하였으나 인열지수는 거의 변화가 없었 고, 투기도의 경우에서는 세라믹이 닥섬유의 섬 유결합을 저해하여 크게 증가하였다.

    2. 한지벽지로 활용하기 위한 조건으로 습윤인장 강도, 일광견뢰도, 습윤마찰견뢰도, 은폐성 등 은 KS의 벽지 규격을 만족시켰으나 건조마찰 견뢰도는 규격에 미달되어 이에 대한 보완이 요구되었다.

    Figure

    JALS-48-31_F1.gif

    Image analysis of Hanji made with various amount of ceramics.

    Table

    Physical properties of Hanji by mixing with ceramics made in the various rates of resin impregnation

    Physical properties of Hanji by mixing with ceramics made in the various carbonization temperatures

    Characteristics of Hanji made with addition to various amount of ceramics for wallpaper

    Reference

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