STEAM R&E 연구결과보고서 ( 천연염료로염색된기능성해조류종이의제 작및활용방안탐구 ) 부산일과학고등학교

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1 STEAM R&E 연구결과보고서 ( 천연염료로염색된기능성해조류종이의제 작및활용방안탐구 ) 부산일과학고등학교

2 < 연구결과요약 > 과제명 연구목표 천연염료로염색된기능성해조류종이의제작및활용방안탐구 해양폐기물인해조류를이용해종이를제작하고 이종이에식물체로부터추출한천연염료를이용하여채색이아름다운종이를만들고기능성을높인종이를만든다 얻어진종이를실생활에응용해사용할수있도록대형창작미술품을만들어종이의가치를홍보하고자한다 섬유의재질과해조류에서얻은종이의재질을비교하여해조류로부터종이뿐아니라다양한활용방안의가능성에대해탐구하고자한다 주요어 결과를얻었다 측정결과는 정도로중성을웃도는기존의종이들과달리해조류 종이는 정도로약산성을띄었다 나무를대체할수있어자원을절약할수있고기존의 화학약품을처리하여만들어진종이에비해화학처리과정이적어친환경적이라는점을감안한다면해조류종이의앞으로의개선을통한발전가능성은무궁무진하다고본다 또한천연염색을하여다양한색채감이가미된해조류종이는현재미술품으로활용되어진 것외에도그활용분야에있어더욱그범위가넓다고판단되어추후이의활용방안을모색해볼계획이다 환경보호 해조류 섬유소 종이펄프 우뭇가사리 천연염색 기능성 미술작품 연구내용 연구성과 해조류채집및선정인근바닷가에서흔히구할수있는해조류를여러종채집해와각각의표본을만들어 도감을참고하고도감을집필하신전문가의자문을얻어종을분류한다 분류한종을기준 으로각각을임의로종이를제작해보고추출되어지는섬유질의굵기나종이의특성을 고려하여종이제작에적절하다고판단되어지는해조류를선별한다 이렇게선별되어진해조류가 우뭇가사리 이다 종이제작 우뭇가사리에서 을이용하여 등의불순물을제거하고 를이용하여 우뭇가사리의겔성분인아가로스와아가로펙틴성분을제거하여섬유질을얻어냈다 이 과정에서적절한 의농도를얻기위해농도에따른비교실험을하였다 또한규격화 된종이를얻기위해우뭇가사리섬유질의특성을고려한정형화된틀을직접제작하여종이를제작하였다 염료추출이미천연염색의염료로사용되어지는재료외에도주변에서흔히볼수있는식물등에서 염료를채취해와직접동결건조를시켜가루형태로만든뒤 염료로이용하였다 각염료에 따른색소추출방법과매염처리방식이다르기때문에이를충분히고려하여각특성에 맞는염색방법을고안하였다 추출한염료를이용하여섬유질을염색하여천연염료자체가 가진항균성과같은특성을종이에부여하여기능성을증진시키고다양한색채감을가진종이를얻을수있다 종이기능성비교해조류종이와기존의일반화되어사용되어지고있는종이의기능성을비교하기위해과학적인탐구방법을통해기능성을증명하였다 우리는종이의기능성중인장강도 색감 물흡습성등을측정하였다 미술품제작염색을통해다양한색채감을가진해조류종이를이용하여학교미술선생님께조언을 얻고우리의연구동기에맞도록 환경보호 를주제로하여미술작품을제작한다 이를 학교에전시한다면학생들에게환경보호의식을널리퍼뜨릴수있을뿐만아니라우리가 만든해조류종이의우수성을알리는홍보효과또한얻을수있다 또한이과정에서학생들에게작품감상평과해조류종이의다양한활용가능성에관한의견을수립할계획이다 우뭇가사리를펄프로한종이를만든결과겉으로느껴지는질감과촉감에있어서는 우리의전통한지와별반다를바가없었다 하지만그기능성을측정하여본결과인장강도 와같은종이에주어진힘을견디는정도에있어서일반종이에비해조금떨어진다는

3 < 연구결과보고서 > 1. 개요 연구목적 1. 연구동기및필요성우리의일상생활속에서종이의존재는필수적이며하루에도어마어마하게많은양의종이가사용되어지고있다. 하지만낭비되는종이의양이많으면필요이상의종이펄프의원료를얻기위한산림파괴로인하여환경오염의문제가될것이라는점에생각에미치게되었고이것을조금이라도해결할수있는방안을찾게되었다. 그러던중부산이라는지역의특성상바다에관심을가지게되었고현재우뭇가사리나구멍갈파래와같은해조류가적조, 녹조현상을유발하는바다의쓰레기로인식되고있다는사실을접하게되었다. 우뭇가사리를비롯한여러해조류의폐기물에는적지않은섬유소가있음을알게되어이를종이의원료로사용할수있지않을까라는생각이들었다. 폐기되고있는자원을활용하여질좋은종이를만들고펄프로이용되는나무도보존한다면일석이조의효과를거둘수있을것이라판단되었다. 따라서과학적탐구과정을통해해조류펄프로종이를만들어기능성을과학적으로증명하고, 천연염료로염색한다면염료자체에가미된성분으로기능성을더할뿐만아니라다양한색깔을얻을수있을것이므로다양한색채감과종이의독특한질감을활용하여환경보호를주제로하여미술품을제작해보기로하였다. 2. 연구목적본연구의목적은다음과같다. 1) 버려지는우뭇가사리를포함한각종해조류를이용해기능이뛰어난종이를제작한다. 해조류를이용한종이가만들어지기도했지만현재사용중인펄프와는동떨어진재질로간단한종이장난감을만드는정도였으며벤처기업에서상용화되었다는소식지는있었으나아직까지도일반화되지는않고있다. 이번연구에서체계적인방법으로종이를제작하여이종이의흡습정도, 강도, 먼지날림, 섬유의조직등을상세히조사하여전통한지와비교연구하고자한다. 2) 해조류종이가얻어지면이종이에기능성을더하고자한다. 자신을보호하기위해 2차대사산물을생산하는식물의잎, 뿌리, 줄기, 열매, 꽃등으로부터천연염료를추출하여종이를염색하고자한다. 적절한추출용매와매염제를찾아알맞은염색법을사용하여아름답게채색된종이를얻은다음검증실험을통해이를확인할것이다. 3) 천연염색되어채색이아름다운종이를미술품제작에필요한재료로이용하고자한다. 직접만든종이를이용하여연구동기에맞게 환경보호 를주제로하여미술작품을만들 고친환경적감성을키워나가고자하며또한이를학교나인근지역에전시하여환경보호에힘쓸뿐만아니라작품의홍보효과로우리가만든종이가미술품의소재로널리이용될수있도록하고자한다. 연구범위 1. 활용가능한해조류선정및종이제작 - 인근바닷가에서해조류채취, 분류하여종이제작에적합한해조류선정후전문가의조언을얻어체계적인종이제작 2. 염색에필요한염료선정및추출 - 예로부터천연염색에활용되어지고있는염료외주변에서흔히볼수있는식물을채취후염료추출방법고안, 추출 3. 종이의기능성측정 - 견뢰도, ph, 흡습성등해조류종이와기존종이의기능성측정및비교 4. 미술품제작및홍보 - 해조류종이를이용한미술품제작후학교에전시하여홍보 2. 연구수행 이론적배경및선행연구 1. 해조류채집법 1) 조간대채집조간대에는많은해조류가생육하므로간조시간에맞추어채집을하면몸을다적시지않고도가능하다. 이런방법은저조선이하에생육하는해조류를채집하는데는적당하지않다. 조간대채집은채집시기및시간이한정되지만, 비교적가볍게할수있는, 기본적채집방법이다. 조간대에서해조류를채집할때에는조체를끌어당기지않고끌칼등으로부착기를떼어낸다. 잘떨어지지않는것은암반과표본을같이채집한다. 종류에따라서는부착기부분이없으면동정이어려운것이있다. 다만, 다시마류와모자반류등전체를채집하기어려운것은특징적인부분만잘라채집한다. 산호조류는부착하고있는돌의일부를깨서가져오기도한다. 소형해조류중에는다른대형해조류와해초위에착생하는것도있다. 특히, 다시마류와모자반류등의대형갈조류에는다양한착생종을볼수있다. 채집한해조류는해수를털어서비닐팩에담고해수에담근상태로가지고온다. 생체로운반하기때문에병을이용하여해수를함께넣는경우에는엽상체는극히소량으로넣는다. 2) 떠밀려온개체채집조간대의모래위에는해조류가파도에밀려올라온것이많아서, 수고스럽지않게깊은조하대식물을채집할수가있으며, 도구도특별히필요하지않다. 파도가심하게친경우에는

4 더욱많은종류를채집할수있다. 다만밀려온개체들은장시간이지나면손상되어서엽상체의색이빠지므로파도에밀려떠다니는것들을긴뜰채로떠서채집하는것이좋은표본이된다. 이방법으로얻은엽상체는생육지가명확하지않으므로표본라벨에는떠밀려온것으로기록해두어야한다. 2. 압착표본제작법대부분의해조류는무거운돌로눌러건조하여압착표본으로만드는것이가능하다. 해조류는열을가하면변색되기쉽기때문에, 선풍기로건조한다. 특히, 밝은색의해조류 ( 조간대의녹조류등 ) 와손상되기쉬운종류 (Desmarestia 류등 ) 를먼저시작하는것이좋다. 해조류를풀어서동정할때는보통녹조류 홍조류 갈조류순으로하고냉장고에보관한다. 빛에의해색이바래므로하루동안보관시에도신문등으로덮어둔다. 3. 염색염료각색깔별로염색할염료를정하였다. 염료에따라매염제와매염방식이다르다. - 적색계 : 홍화, 코치닐 - 황색계 : 치자, 메리골드, 양파 - 녹색계 : 쑥, 팔손이, 개망초 - 청색계 : 쪽, 자초 - 흑색계 : 오배자, 밤송이 4. 분광색도계원래인간의눈에대응하는분광감도를나타내는등색함수 x(λ) 는적색의파장역, y(λ) 는녹색파장역, z(λ) 는청색의파장역에서각각큰감도를가지고있다. 분광측색계도비슷한원리를사용하는데, 분광측색방법은 40개정도되는복수센서로시료에서반사된빛을분광하여각파장마다반사율을측정한다. 그리고그데이터를근거로컴퓨터에서적분계산을하여삼자극치값 X, Y, Z의세가지값을산출해낸다. 이세가지수치를근거로하여 L*a*b* 와같은각종표색계에의해서색의수치를표시할수있게된다. 이번실험에서는 Spectrophotometer ColorMate (Scinco, Co., Ltd, Korea) 를사용했고, 표준광 D65의 10 시야조건에서측정하였다. 5. 종이성능검사 1) 인장강도 : 종이에힘을가하여당기면점차로늘어나종이는힘의방향으로신장되어결국파단된다. 이때종이에가한단위폭당힘을인장강도 (N/m) 라한다. 사용하는 기기는 소형인장시험기 이다. 힘 인장강도 폭 2) 인장인덱스 : 다른종류의종이와인장강도를비교하기위한수단이다. 인장강도 단위면적당무게 3) 인열강도 : 일정한길이의종이의한쪽끝중앙에서미리 20mm 를자른후종이 를 30mm 까지계속적으로찢어가는데소요되는힘의평균값이다. 힘 두께 4) 인열인덱스 : 다른종류의종이와비교하기위한수단이다. 연구주제의선정 1. 문제의착안점 인열강도 단위면적당무게 자원을절약하고자연을보존해야한다는이야기는어제오늘있어온것이아니다. 늘 상학교교육이나미디어를통해들어온내용이지만언제들어도중요한과제임은틀림없다. 융합주제로연구주제를정할때도폐자원을활용한연구라는주제를잡는데는시간이 오래걸리지않았다. 폐자원으로무엇을이용할것인가는학교에서가까운곳에바다가 있음을생각하고, 바다로부터자원을얻자는데의견을모으고자료를찾아나갔다. 거대조류 인우뭇가사리, 다시마를이용한바이오에너지연구가활발히진행되고있었으며해조류에 섬유소가풍부하다는사실도널리알려져이미많은체험학습이나지역홍보, 탐구주제로 해조류를이용한바이오에탄올얻기, 해조류를이용한종이만들기가성행하고있었다. 그러 나고등학교수준에맞게탐구내용을심화하여과학적탐구과정을실천할수있는기회가 되도록연구를진행해볼생각이다. 이에희망을갖고물리, 화학, 생물에관한지식을활용하 여탐구계획을설계하여질좋은종이를제작하고전통적방법으로만들어진전통한지와의 비교연구도겸하기로하였다. 해양폐기물로이용될해조류는종류별로그특성과쓰임새를 조사하고종을구분해볼생각이다. 물리, 화학적처리방법으로종이로쓰일부분만을골라 종이제작법에따라종이를제작하려고한다. 해조류를원료로만든종이를식물로부터추출한색소추출물로천연염색하여다양한 색깔을내기로하였다. 염색에관해서는지역대학의미술대학염색전공교수로부터자문을 구할생각이다. 화학지식을토대로각종식물로부터색소를추출하고자한다. ph 와용매에

5 따라추출물의질을평가하고매염제사용에따른색의변화와착색을유지할수있는기법도개발하려고한다. 채색이잘된종이가준비되면이를포장지등으로활용하여제품의성능을확인하고. 종이를미술품소재로하여팀원간의이견을조율하고종합하여대형미술작품을제작하여협업정신을드높이고자한다. 주제는자연생태보존, 친환경적감성살리기로하여작품을제작하고종이그자체를밑그림종이로사용하거나또는창작물의소재로종이를사용할계획이다. 작품제작에활용해보고해조류종이를널리홍보하고자한다. 2. 연구주제의선정과정팀원이모두생명과학분야에관한주제로 R&E 프로그램에참여하고있지만그밖의과학교과에개인별로관심있는분야가다를수있으므로융합적인주제를선정, 협업하여문제를해결해나가는능력을기른다는점에서본연구를계획하는것만으로도무척의미있었다. 바닷가에쓰레기더미처럼널려있는해조류를이용해바이오에탄올을얻고자하는바이오산업이무척활발하게진행되고있고, 2014 년도의완도의해조류박람회에서해조류를이용한종이만들기나각종대회에초등학교의해조류로부터종이를만들어참가하는등의활발한활동이이어지고있으므로해조류로부터종이를만드는일은전혀새로운것은아니다. 페가서스리서치는충남대학교교내벤처기업으로해조류종이를개발하고있으며, 김병현 (2008 년 ) 의연구에서는해조류섬유질을펄프종이제작에혼합하여그성능을알아본것이므로본연구에서는해조류섬유질만으로먼저종이를만들어그성능을알아보고부족한점은조금씩자료를찾아가며보완해나가는식으로연구를진행하려고한다. 일차적으로자료를찾는중알게된바이오에탄올을만드는중간과정인당화과정을거치면서섬유소가든부산물이남는걸알게되었고이섬유질을종이재료로하여예비실험을먼저해보기로하였다. 이후시행착오를통해일상에활용할수있는재질의종이가만들어지면섬유소의성긴정도, 장력, 빛에대한투과성등의종이성능을여러과학적방법을통해알아보기로한다. 종이의제조과정이끝나고나면여러식물의꽃, 열매, 줄기, 뿌리와잎을여러용매로추출하여재료마다적합한추출법을찾고이에따라천연염색물을이용해종이를염색할계획이다. 지도교사가식물로부터천연추출물을추출해섬유를염색하는연구과정의학생을지도한적이있어많은자료를얻을수있었다. 식물에서추출한친환경적염색액으로머리염색이나섬유염색에대해서는고등학생들의탐구활동이굉장히많았다. 이또한직접만든종이를염색해본다는취지에서밀고나가기로하였다. 제작된종이는일상생활에널리이용되는포장지나편지지로활용하거나서예에이용하는한지대용으로시험적으로사용해보려고한다. 특히 7명이합심하여대형미술품을제작해볼것이다. 학교특성상입학후미술교과를접하지않았기에적극적으로제작에힘쓸수있을것같다. 작품제작이끝나면학교의동의를얻어적절한장소에비치하고급우들로하여금해조류종이에대해관심을끌수있도록할것이다. 시행착오를거쳐기능성종이가 만들어진다면 I&D 프로그램으로눈을돌려이연구를계속이어볼생각이다. 여러차례의견을모으다보니꽤괜찮은연구라여겨져이주제를선정하기에이르렀다. 연구방법 1. 해조류종이제작가. 해조류특성을조사 1) 학교근처의송도를중심으로바닷가에서해조류채집 2) 해조류표본을만들고분류동정하기 3) 현미경을통한해조류표면관찰나. 과학적방법으로해조류종이제작하기 1) 과학적방법으로해조류로부터종이의재료가되는펄프얻기 2) 해조류펄프를이용해종이만들기 3) 채집한해조류의종이재질로써의기능성탐구 4) 시중에서구입한해조류를이용한종이와비교하기 2. 해조류종이의천연염색가. 각종식물의잎, 줄기, 뿌리, 열매로부터염재선택 : 참고서적을통해전통적으로천연염색에사용되어온생물체탐구나. 용매, ph, 온도등을고려한맞춤식염료추출기법탐구다. 종이제조하는기법탐구라. 천연염색된종이의성능확인 3. 해조류종이의실생활응용가. 포장지, 편지지, 한지대용으로의가능성확인나. 대형미술창작물을제작하여교내홍보후비치하고친환경적종이파급효과얻기다. 대외적으로홍보하기등을통해실생활에응용할수있는방안모색 연구활동및과정 1. 가설설정가. 우뭇가사리를공정하는과정에서 NaOH와 HCl의용액의적정농도가존재할것이다. 나. 같은우뭇가사리더라도종이의성능이염재의종류에따라차이를보일것이다. 2. 실험설계가. 우뭇가사리공정용액종이를제작할때사용될우뭇가사리를공정하는과정에서처리하는용액의종류, 농도, 양에따라서우뭇가사리의질이달라질것이라판단하여다음과같이용액의농도를다르게하여우뭇가사리를공정해보고질을비교해보기로하였다.

6 표 1. 펄프제작에이용될시약의종류와농도용액의종류용액의농도 1N 0.5N NaOH 0.25N 0.1N 0.75N NaOH+1N HCl NaOH+HCl 0.75N NaOH+1N HCl 0.75N NaOH+1N HCl 나. 해조류펄프제작공정과정을통해얻어진결과를바탕으로해조류로부터펄프를얻는데알맞은조건에구하고이에맞추어펄프를제작한다. 다. 해조류종이염색색깔별로천연염재를정하고이를얻기위해학교주변의식물을직접채집하였으며, 채집이곤란한경우는염색재료상에서구입하였다. 추출용매로는물, 메탄올, 아세톤을이용하였ㅇ느며각염재에맞는용매를선택하여염료를추출하고적합한염색법, 매염제등을사전조사하고해조류펄프를염색한다. 사. 미술작품을통한해조류종이홍보활동해조류종이를이용하여대형미술작품을제작하고, 해조류종이의우수성을담은포스터를제작하고미술작품을특정장소에서일정기간전시하여학생들로하여금환경보전의중요성과친환경적감성을기를수있도록한다. 3. 연구과정가. 해조류채집 1) 장소 : 송도바닷가 2) 채집과정아침에물이빠지기시작하는시간에맞추어바닷가에가기위해 R&E 팀원들은 8시반에학교에서먼저모였다. 예상되는해조류의종류를기반으로어떤종류의해조류를채집할것인지에리스트를생각해보고몇가지종류로분류하여표본을만들어보고종이를만들것인지에대해미리정해두었다. 돌에해조류부착기로붙어있는해조류를채집하기위해조각칼을준비하기도하는등미리여러해조류를예상하여준비해갔다. 바닷가에도착하였을때물살에떠밀려오는해조류를최대한채집하여옆에바위에계속쌓아모았다. 그중에서도자신들이종이로만들어보고싶은해조류를위주로채집하였다. 그외에도특이하게생긴해조류나색깔이예뻤던해조류등을더채집하였다. 라. 종이제작 종이를뜨기에알맞은뜰채를직접제작하고종이를뜨는법, 종이를건조시키는방법등을 탐구하여성능좋은종이를제작한다. 마. 성능검사종이의기본적인성능인인장강도, 물흡습성, ph, 색감등을과학적탐구과정을통해기존에시중에서판매되는복사지, 갱지, 한지등과해조류종이를비교하여성능을증명한다. 바. 미술작품제작우뭇가사리를이용하여종이를만들게되면필요없는자원을효율적으로이용하게될것이고, 생산이지속되게된다면현재나무를이용해서종이를생산할때보다자연의파괴가줄어들것이다. 이러한모습을설치미술로표현을해보는것이좋을것이라는생각에미술전공자의자문을얻어작품제작에필요한기초지식을습득한후철사와초배지, 창호지및해조류종이를이용해서미술작품을제작해보기로하였다. 그림 1부산송정그림 2 수영구백운포 나. 해조류표본제작 1) 바닷가에서채취해온해조류를몇번담수로헹군다음비슷한형태를지닌것끼리구분하여물에넣어하룻밤을둔다. 2) 다음날담수로해조류를다시헹군후새로운물이든수조에넣는다. 3) 해조류표본지를해조류가든물에넣고해조류를건져낸다. 4) 표본지에해조류를얇게펴고, 잘펴지지않는부분은핀셋을이용하여꼼꼼하게뭉쳐있는부분까지고르게펴서표본을만든다. 5) 신문지들사이에표본지를놓아신문지들이해조류의수분을잘흡수할수있도록

7 하고무거운것을올려두어잘펴질수있도록한다. ( 이때, 수분제거가잘되기위해신문지를여러겹쌓고표본을쉽게찾기위해라벨로표시해두면더간편하다.) 6) 신문지를몇번갈아주며표본이완전히마를때까지 1 주일정도기다려면표본이완성된다. 멸균한다. ( 불순물제거과정을거치지않고 NaOH에바로넣어당화작용만거치는경우는각해조류부피의 7배정도의 1 N NaOH를비커에넣는다.) 다 ) 위의처리과정을거친해조류를물에헹구고체에내려펄프를얻는다. 마지막헹금물로증류수를사용하면색이밝은펄프를얻을수있다. ( 그림 ) 다. 해조류특징조사및분류앞서만들어놓은표본과물에담가보관해놓은해조류를이용하여 제주의바닷말 이라는도감을이용하여우리가채집한해조류가어떤것인지분류및조사를하였다. 책에제시되어있는특징을이용하여분류를하려고하였으나분류가쉽게되지않아현미경을이용하여서해조류를관찰한뒤현미경으로관찰된모습을이용하여해조류를분류해보려고하였다. 하지만이것또한분류가쉽게되지않아서우리는 제주의바닷말 을직접작성하신저자이용필교수님께메일을보내어자문을구했다. 라. 해조류펄프만들기바다에서직접채집한해조류를이용해종이를제작하여어떤종류가종이제작에적합한지판단하고시중에서구입한우뭇가사리로만든종이를대조군으로종이로써의활용가능성을가늠해본다. 1) 해조류불리기시중에서구입한건조된해조류는하룻동안물에담구어불려서사용한다. 2) 산처리해조류에 1N HCl 용액을해조류의약 7배정도의분량으로넣고 40 로맞추어놓은항온기에 24시간담아둔다. 이후에해조류를건져내고체에내려여러번물로헹구어 HCl을씻어준다. 마지막단계에서는증류수를사용한다. (HCl을사용했던이유는해조류가포함하고있는 Mg 2+, Ca 2+ 를제거하기위해서이다.) 3) 당화작용화학적당화방법인 NaOH(Extra Pure Grade, DUKSAN) 용액으로처리하되 1N, 0.5N, 0.25N, 0.1N NaOH 용액을농도별로사용하여해조류로부터당류를제거하고종이의원료가될수있는섬유질을얻는최적의조건을찾고자한다. 종이소재로는바다에서채집한녹조류, 갈조류, 홍조류를모두사용하였고이중에서종이에적합한해조류를선택하고자한다. 3) 해조류펄프제작과정은다음과같다. 가 ) 불순물 (Ca 2+, Mg 2+ ) 이제거된해조류를 3L 비커에넣고이들이잠길정도의 NaOH 용액을넣는다.( 위와같은과정을거치는이유는해조류가가지는젤성분인아가로스와아가로펙틴을제거하기위해서이다 ) 나 ) 알루미늄코일로비커의입구를덮고고온멸균기를이용하여 121 에서 30분간 마해조류펄프염색 1) 준비물 : 염재분말 ( 매리골드, 팔손이, 모란, 배롱나무잎, 단풍잎, 남천, 미국능소화, 개망초, 쑥, 맥문동꽃, 열매등은학교와학교주변에서직접채집했고, 홍화, 코치닐, 치자, 괴화는향토학교에서구입했다.), 증류수, 메탄올, 아세톤, 명반 (Aluminum potassium sulfate dodecahydrate, SAMCHUN), 철매염제, 탄산칼륨, 구연산, 하이드로설파이트, 소석회, 교반기, 마그네틱바, 비커, 채, 전자저울, 진공감압기, 여과지 ( 15cm), 온도계, 유리막대 2) 각염재의종류와색소성분종이염색에이용된염재중일부의염재와이에포함된색소성분을표 2에표시하였다.

8 표 2. 염재의종류와염재에포함된색소성분 염재 염재염재색소염재분말분말색소 황 소목 브라질레인 색계 치자 크로신 적녹쿨로로색코치닐카민색쑥필계계 홍화 카르타민 청 쪽 인디고 황 괴화 루틴 자색계 자초 시코닌 색계 양파껍질 케르세틴 흑색계 오배자 탄닌 3) 염료추출및해조류펄프염색 가 ) 적색계 (1) 코치닐 코치닐 : 원산지가열대와아열대아메리카인선인장을먹고사는밀깍지벌레과의 Dactylopius Coccus ( 연지벌레 ) 암컷을말려서분쇄한가루로만든붉은염료. 염료추출 ( 가 ) 증류수 1 L에동결건조시킨코치닐을 10 g 을넣고 35, 280 rpm에서 10분 동안끓여준다. ( 나 ) 무명천이나거즈로코치닐가루를걸러준다. ( 다 ) 진공감압을통해 2차적으로코치닐가루를걸러내고염료를추출한다. 염색과정 ( 가 ) 증류수 1 L에명반을 5 g 을넣어서 35 에 10분동안끓여준다. ( 나 ) 명반용액에펄프를 20분동안선매염시킨다. ( 다 ) 물에충분히헹군뒤코치닐염료에 30분동안염색시킨다. (2) 홍화 홍화 : 국화과의잇꽃을건조시킨것을홍화라하며적색염료로사용한다. 염료제조 ( 가 ) 홍화를무명자루에넣고물에하루정도담가둔다. ( 나 ) ( 가 ) 의무명자루를주물러자루색이붉게될때까지주무르고물갈아주기를반복한다. ( 다 ) 무명자루에서홍화를꺼내어동결건조시켜홍화분말을얻는다. ( 라 ) 따뜻한물 (30~40 ) 3L에홍화분말 90 g을넣고 1시간정도교반기에얹어저어준다. ( 마 ) ( 라 ) 에 Na 2CO 3 10 g을넣고 30분간교반한후구연산 10 g을넣는다. 온도는그대로유지한다. ( 바 ) ( 마 ) 의용액을감암여과시켜홍화염료를얻는다. 염색과정 ( 가 ) 해조류펄프를홍화염료에잠길정도로넣고 1시간이상둔다. ( 나 ) 여러번수세후아세트산용액 10 ml를넣고린스하듯헹군다. 나 ) 황색계 (1) 매리골드 매리골드 : 멕시코등의남아메리카에서자생하는꽃으로선명한오렌지색을띤다. 염료추출 ( 가 ) 녹색을띠는꽃받침을제외한꽃을동결건조시켜분쇄기로갈아분말을만든다. ( 나 ) 10 g/l의비율로물에매리골드꽃분말을넣고 100 에서 20분간처리하여 1차추출액을제조한다음 1차와동량의물을붓고 2차추출액을제조한다. ( 다 ) 1, 2차추출액을혼합하여감압여과시켜염료로사용한다. 염색과정 ( 가 ) 매염의경우매염제는 3 % 농도의백반을이용하였고펄프에백반용액을잠길정도로넣고 40 에서 60분간선매염하였다. ( 나 ) 선매염한펄프를 2~3회수세한다음펄프가잠길만큼염료를넣고 1시간정도염색한다. (2) 양파껍질 양파 : 수선화과의부추속에속하는두해살이채소로잎은파처럼가늘고길며속이비어있다. 땅속의비늘줄기는공모양으로생겼으며, 겉에갈색의얇은겉껍질은염색에쓰인다. 염료추출 ( 가 ) 비커를 3000 ml 의증류수로채운후 70 가량으로가열한다. ( 나 ) 적정온도가되면양파껍질분말 30 g을천천히넣고잘섞어준다. ( 다 ) 마그네틱바를넣고, 핫플레이트의회전수를 150 rpm정도로맞춘후 3시간가량계속가열한다. ( 라 ) ( 다 ) 를식힌후감압여과시켜양파껍질염료를얻는다.

9 염색과정 ( 가 ) 선매염일경우해조류펄프를수조에넣고펄프가완전히잠기도록 10 % 명반용액을부어준후 20~30분가량을기다린다. ( 나 ) ( 가 ) 에양파껍질염료를부어준후펄프전체에잘스며들도록섞어준다. 충분히기다린후펄프를체에내려 3회정도수세한다. ( 후매염일경우이과정에서우뭇가사리가충분히잠길만큼 3 % 명반용액을부어준후 20~30분가량둔다.) (3) 괴화와치자 치자 : 치자나무는대한민국, 중국, 일본에서식하는상록관목으로꽃의향기가강하며노란색열매는자연염색에이용된다. 괴화 : 회화나무는콩과에속하는나무로학명은 Sophora japonica이다. 회화나무의꽃을괴화라하여옛날에는부적을만드는종이의염색에이용했다. 염료추출 ( 가 ) 비커에물 600 g, 괴화또는치자 30 g 을넣는다. ( 나 ) ( 가 ) 의비커를교반기에올리고마그네틱바를넣은후약 700 rpm 정도로돌린다. ( 다 ) 진공감압장치를통해혼합물을여과시켜괴화염료를얻는다. 염색과정 ( 가 ) 해조류펄프 400 ml 정도가담긴비커에추출한염료 400 ml을넣고 20분간둔다. ( 나 ) ( 가 ) 의비커에명반 3 % 용액으로 30분간동시매염한다. 다 ) 녹색계 (1) 개망초 개망초 : 망초와매우유사하게생겼으나다른속에속한다. 망초의키가더크고개망초의꽃이더크다. 지금은한국의산과들에매우흔한아름다운들꽃이지만구한말에북미에서들어온귀화식물이다. 염료추출 ( 가 ) 물 3 L에개망초분말 90 g을넣고교반기로저어주면서 100 로끓인다. ( 나 ) 1시간정도염료액을우려낸후감압여과시켜염료를추출한다. 염색과정 ( 가 ) 펄프를 5 % 백반으로선매염한후수세한다. ( 나 ) ( 가 ) 에다시펄프가충분히잠길만큼염료를넣고염색한다. (2) 쑥 쑥 : 한국, 일본, 중국등의초목지에서흔하게볼수있는국화과쑥속에속하는다년생식물이다. 식용과약욕으로쓰이며독특한향과맛이난다. 염료추출 ( 가 ) 메탄올 400 g과에탄올 200 g을섞어서추출용매를만든다. ( 나 ) 비커에 ( 가 ) 의용매를넣고, 쑥 30g를넣는다. ( 다 ) 비커를교반기에올리고마그네틱바를넣은후, 30분간 400~500 rpm, 50~60 로돌린다. ( 라 ) ( 다 ) 를감압여과하여염료를얻는다. 염색과정 ( 가 ) 증류수 1 L에명반을 1 g을넣어서 35 에 10분동안끓여준다. ( 나 ) 해조류펄프를 30분간명반용액으로선매염한다. ( 다 ) 해조류펄프를채로내린후, 증류수로 3~4회행군다음 20분동안쑥염료에둔다. 라 ) 청자색계 (1) 쪽 쪽 : 중국과인도가원산지인한해살이풀로써줄기는붉은빛이도는자주색을띤다. 어긋나기로달리는잎은잎자루가짧고, 긴타원또는달걀모양이며, 마르면검은빛이도는파란색을띠며염료의원료로쓰인다. 염료추출 ( 가 ) 핫플레이트에 2000 ml 증류수가든비커를올려놓고열을가하여 40 가되면쪽 20 g 을넣는다. 유리막대로잘저어준다. ( 나 ) 50 가될때까지가열한후 Ca(OH) 2 20 g 을넣는다. 유리막대로잘저어준다. ( 다 ) 60 가될때까지가열한후하이드로설파이트 20 g 을넣는다. 유리막대로잘저어준다. ( 라 ) 온도를 60 로유지하면서교반기를이용하여 10분간저어준다. ( 마 ) 감압여과시켜쪽염료를추출한다. 염색과정 : 해조류펄프를쪽염료에넣는다. (2) 자초 자초 : 지치, 지초, 지혈, 자근등의여러이름으로불리는여러해살이풀이다. 사람들은뿌리를말려서한약재로사용하며보라색염료, 홍주등의첨가물로도쓰인다. 염료추출 ( 가 ) 분말로만든자초의부피를측정하고그의 3배가량에해당하는에탄올을붓고상온에서 24시간방치한다. ( 나 ) 감압여과시켜염료를추출한다. 염색과정 ( 가 ) 해조류펄프를염료에 30분가량담가색이충분히스며들게한다. ( 나 ) 매염제를사용하지않으며염색이이루어진다. 마 ) 흑색계

10 (1) 오배자 오배자 : 붉나무의잎에울퉁불퉁하게생긴벌레주머니가생겨그속에자잘한벌레들이많이들어있는데이것을오배자또는염부자라고하며염료나약으로쓴다. 염료추출 ( 가 ) 비커에증류수 1 L와오배자 ( 밤송이 ) 가루 18 g 그리고탄산나트륨 2 g을넣어준다. ( 나 ) 마그네틱바를넣어교반하면서 60 에서 30분간유지한다. ( 다 ) ( 나 ) 를감압여과하여오배자염료를추출한다. 염색과정 ( 가 ) 해조류펄프에오배자염료를붓고 10분간기다린후 3~4회정도수세하여염료를씻어낸다. ( 나 ) 철매염제를부어색을검게만들어준다. ( 매염제를부어주면검은색으로바뀌기때문에적절히섞어주기만하면된다.) (2) 밤송이 밤송이 : 밤나무열매인밤을싸고있는껍데기로가시가많이돋고, 밤이여물면벌어진다. 밤이여물기전에는가시가부드러우며이시기에딴밤송이를염재로이용한다. 염료추출과염색과정은오배자와동일한방법을사용한다. 아래그림 6은물, 에탄올, 아세톤과같은용매로동식물로부터염료를추출한다음이를해조류펄프를염색하는과정을나타낸것이다. 그림 7. 뜰채제작과정 ( 좌 ) 과완성된뜰채모습 ( 우 ) 2) 해조류종이제작가 ) 위에서언급한염색과정을마치면공통적으로염료의색이빠지고맑은물이나올때까지여러번수세하여염색된해조류펄프를얻는다. 나 ) 큰수조에물과우뭇가사리의비율이 10 : 1이되도록넣은후뜰채를이용해해조류펄프를떠서신문지위에놓고 1차적으로물기가빠지도록한다. 다시새신문지를물이빠지도록하는작업을 2번정도반복한다. 그냥물에풀어둔상태로해조류펄프를뜨게되면종이가균일하지않게만들어진다. 따라서물에서뜰채를올릴때상하로흔들어서상하의우뭇가사리퍼짐이고루퍼지게하고좌우로도흔들어서좌우의우뭇가사리퍼짐도고루퍼지게하여사방으로고루퍼지게한다. 3) 해조류종이건조실온에서물기를뺀종이를뜬뜰채를신문지위에얹고여러겹의신문을포개얹은다음 80 의드라이오븐에넣고무거운것을신문지위에올려압력을가하여건조시킨다. 두껍게뜰경우후에건조과정에서종이가구겨지는등의문제가발생할수있으며, 얇을경우채에서한조각으로떼어내기에다소어려움이있다. 또한, 염재나용매의양의조절에따라색깔의진하기는차이가날수도있다. a. 염료추출 b. 남천염료 c. 해조류펄프염색 그림 6. 해조류펄프제작및염색 바. 해조류종이제작및건조 1) 뜰채제작가 ) 준비물 : 나 ) 제작과정직경 6. 5 μm의크기를가진망을 B5 크기보다사방 2cm가량더크게자른다. 자른망위에폭5 mm의나무막대를 4면에글루건을이용해접착시켜뜰채를완성한다. 그림 8. 왼쪽부터시계방향으로뜰채로종이뜨 는모습, 종이건조시키는모습.

11 사. 종이의성능검사 1) ph 검사가 ) 준비물 : 드라이오븐, 전자저울, ph meter, 100 ml비커, 파라필름, 거름종이, 유리막대, 알코올램프, 삼발이, 초시계나 ) ph 측정과정 (1) ph 측정을위한샘플종이, 대조군으로복사지, 갱지, 한지를 99 건조기에서 3 시간가량건조시킨다. (2) 각각의종이를 1 g씩잘게찢어비커에넣고증류수 100 ml를부은다음종이가잘잠길수있도록유리막대로저어준다. (3) 종이의성분이잘우러나올수있도록 10분간가열한다, (4) 가열한혼합물을거름종이를이용해거른다. (5) 거른용액을항온수조를이용해 25 로유지한다. (6) ph 미터기를이용해각용액의 ph를측정한다. 2) 종이강도측정가 ) 종이두께측정인장강도실험에사용된종이를상, 중간, 하 3 구간으로나누어두께를잰후평균을낸다. 측정도구는버니어캘리퍼스를이용한다. 나 ) 종이단위무게재기인장인덱스와인열인덱스를재기위하여종이의단위무게를측정한다. 종이의단위무게는전자저울을이용하여 m 2 당무게를구한다. 다 ) 종이강도측정 (1) 인장강도측정종이에는배향성이라는것이존재하는데, MD와 CD로표시하며 MD는종이가만들어질때의결의방향이고, CD는이에수직한방향이다. 인장강도는 MD, CD 각각 3번씩실험하여평균을내었다. 인장강도에사용될종이의규격은 TAPPI T494 om-01 Test 방법에의해그림 ( ) 와같이정했다. 그림9. 인장강도시험종이규격 (2) 인열강도측정인열강도시험종이규격은 TAPPI T220 sp-01 및 ASTM D2261 방법에의해정했 다. 그림 10. 인열강도시험종이규격이번실험에서는각실험을 3번씩실행하여평균값을내어종이의성질을비교해보기로하였다. 그림 11은이번실험에서사용한소형인장시험기 (H5KS, Tinus Olsen) 와실험하는모습을나타낸것이다. a. 소형인장기 b. 실험하는모습 (1) c. 실험하는모습 (2) 그림 11. 인장실험 3) 상하흡습성측정가 ) 준비물 : 종이샘플, 눈금실린더, 자, 연필, 테이프, 전등, 타이머나 ) 과정 (1) 종이를 2.5 cm 25 cm로자른다. (2) 0.5 cm 간격으로점을찍는다. (3) 눈금실린더에증류수를담아종이샘플의하단선 1 cm까지물이닿도록한뒤테이프로고정시킨다. 그후에물이올라간높이가잘보이도록전등을설치한다. (4) 종이샘플을넣는동시에타이머를켜서증류수가종이샘플에흡수되는높이를 10분동안 1분간격으로측정하고결과를기록한다. (5) 3회반복후, 속력을구하여평균값을계산한다. 4) 전방향흡습성측정

12 가 ) 준비물 : 종이샘플. 피펫팁, 마이크로파이펫, 컴퍼스, 15 cm 이상의자, 기록계, 비커, 잉크나 ) 과정 (1) 종이를 10 cm 10 cm 의정사각형으로자른다. (2) 두대각선을그어그교점을표시하고, 이를중심으로반지름이 1cm, 2cm, 3cm, 4cm의원을그린다. (3) 타이머를 90초로맞춘후, 중심에마이크로파이펫을이용하여 250μL의잉크를떨어뜨린다. 시간측정시작. ( 주의 : 이때아래에다른종이등흡습성이있는것을두면오히려잉크가컴퍼스끝이만든구멍을통해일부흡수될수있으니주의한다.) (4) 시간이끝나면최대이동지점 / 최소이동지점을표시하고, 사진을찍는등기록한다. 5) 종이표면관찰사용된기기는전자현미경으로 SEM (Quanta 250, FEI) 이며관찰과정은다음과같다. 가 ) 시료 SEM을이용하기위해서는전자총을이용하여시료를관찰할때뿐만아니라이온코팅을진행할때에도진공상태를계속유지해야한다. 그렇기때문에살아있는생물을관찰할수없으며주로마른시료혹은전처리를가한시료를관찰할수있다. 나 ) 이온코팅기이용스터브위에탄소테이프를붙여둔다. 탄소테이프위에마른시료혹은전처리를가한시료를얹는다. 스터브를이온코팅기내부의홈에끼워넣고, 뚜껑을단단히닫아둔다. 일정한전류와시간을결정하여시작버튼을눌러시료를코팅한다. 다 ) SEM은관찰시뿐만아니라평상시에도기계의최적상태를유지하기위해진공상태를유지하고있으므로벤트버튼을눌러기계내부기압을대기압과맞춰끼운후에 Nav-Cam을이용하여시료의대략적인위치를찍어둔다. 기압이같아진후에는 SEM의 stage 위에관찰하고자하는시료를놓고 SEM을닫은후, 내부를진공상태로만들기위해 Pump 버튼을누른다. 진공상태가되고나면 z 좌표를 10 으로맞추어최적의높이를먼저맞추어둔다. 사용할시료에맞는전자총의전압과 Point를조정한후 Beam On 버튼을눌러전자총을발사한다. 시료의위치로이동하며 Auto Focus혹은 Auto Contrast Brightness 버튼을눌러가며초점을맞춘다. 그림 12. SEM(Quanta 250, FEI) 아. 미술작품제작 1) 준비물 : 철사, 초배지, 창호지, 목공풀, 해조류종이 2) 작품제작과정가 ) 철사로튼튼한나무와나무밑동형태의틀을만든다. 이때철사의경우처음에원형을만들어준뒤그곳에철사를꼬아서이어가면서철사사이의간격이사각형을이루도록하여기둥의형태가완성되도록한다. 끝의부분의경우나뭇가지와잎을연상시켜주기위해철사를꼬아주지않고원래의형태그대로둔다. 나 ) 형태의틀을완성한다음에는철사사이의간격마다초배지를붙여주면명확한형태를드러나게함과동시에작품을단단하게해준다. 초배지의경우처음종이로철사와종이사이의고정과안정감을준뒤에 2번정도더덧붙여주어야한다. 다 ) 창호지를붙여준다. 창호지의경우외관상으로도물체의부드러운느낌을줄뿐만이아니라실질적으로얇고부드러운탓에다른종이와도쉽게붙을수있는특성을이용하기위해서사용을하는것이다. 창호지는얇기때문에여러번덧발라주는것이좋다. 라 ) 창호지를바른것까지다마르게되면튼튼한나무의경우나무의밑부분은어두운색깔로무게감을주고윗부분은밝은색깔과녹색, 적색계열의종이를이용해건강한나무를연상시키도록꾸며준다. 나무밑동의경우어두운색깔을이용하여아파가고황폐화되어가는나무를연상시키도록우뭇가사리종이를붙여준다. 그리고윗부분은적색계열의종이를조금붙여준다. 나무밑동의경우주변에실제의나무막대를조금씩놓아두면서파괴된자연을연상시키는분위기를만들어준다. 마 ) 두조형물이같이있으면서하나의작품을완성하게되는데이것이우리환경에서친환경적인 ( 우뭇가사리 ) 종이를사용했을때와환경파괴적인 ( 나무 ) 종이를사용했을때의결과차이를보여주는작품이라고볼수있다. 이작품을우리학교친구들과선생님들께보여주면서우뭇가사리의효율을실감나고흥미가높도록전달하였다.

13 a. 철사로토대를만드는과정 b. 초배지를적당한크기로 자르는과정 c. 철사토대에초배지를덧대는 과정 h. 해조류종이로덮는과정 (2) i. 해조류종이로덮는과정 (3) d. 다시창호지를덧대는과정 e. 창호지까지덧댄후의모습 (1) f. 창호지까지덧댄후의모습 (2) g. 해조류종이로덮는과정 (1) j. 해조류종이를다덮은모습 k. 해조류종이를다덮은모습

14 4. 시행착오극복및한계점가 ) 염색 1) 홍화염색홍화의경우일반적인식물들과다르게동결건조를시킨꽃을용매에바로섞는다고색이추출되는것이아니었다. 앞에언급한바와같이실험을진행하게될경우에는노란색을추출할수있지만노란색마저도색깔이고정되지않는다. 그래서무명천으로만든주머니에홍화를넣고여러번치대고헹구는과정을거쳐홍화의노란색물을다빼준다음에홍화를다시동결건조시키고그상태의홍화에서빨간색물을추출하여구연산과탄산칼슘을이용하여 ph를조절하고적색으로고정시켜준다. 끝부분이정확한모양이나오지않아서다른틀을생각해보았다. (2) 직접나무막대를자르고틈이조금넓은망에 B5 사이즈가되도록나무막대를붙여준것으로틀을사용한다. 큰틈사이로우뭇가사리가다걸림 (3) (2) 에서사용한망보다틈이좀더조밀하지만튼튼한망을이용하여겹쳐서쓴다. 겹쳐서사용하는경우 2겹사이에펄프가들어가거나종이가골고루펴지지않는단점이있다. 최종적으로한겹의망으로만들어진뜰채를사용하였다. 2) 오배자염색처음에 450 ml에 50 g 을이용하여염색을하려고하였지만실질적으로그렇게염색을하다보니까감압기로가루를걸러내주는과정에서가루가너무많이나와서처리를하는데에손이많이갔지만 1 L 에 18 g 을넣어도같은결과를얻을수있어서작은양을이용하여도처리를하는데에손이적게가서효율을높일수있었다. 나. 안토시아닌안토시아닌을함유하고있는식물의경우물을용매로사용하여염료를추출을하게되면후에매염제를사용하거나염룔를충분히씻어주는과정에서색깔이고정되지않는다. 따라서유기용매를사용해서색소를추출시켜준다. 또한색소를추출하더라도안토시아닌자체가매우불안정하기때문에염색을하는과정에서색소의고정이쉽지않아실패를거듭하던도중매염처리를다르게할경우색고정이가능하다는것을발견하여그방법에있어서는아직더연구중에있다. 다 ) 청색계열을경우청색계열의경우천연염색재료를찾기가어려웠다. 쪽의경우는인도에서수입한분말을시중에서구입하여사용하였는데워낙색이진하여다루기가까다로웠다. 닭의장풀의경우청색계열염재로좋은재료이지만꽃의크기가워낙작고반나절에꽃이지기때문에채집이힘들었다. 특히수술, 암술과함께따서염재로사용하는경우녹색빛이돌기때문에작은꽃잎 2장만을사용한다는점도채집이어려웠다. 꽃도무척예쁘고해서다음기회에꼭염료를제조하여염색에이용해보고싶다. 라 ) 뜰채의변천사 (1) 옷걸이를정사각형의형태로바꾸어서사용하지않는스타킹망으로씌운다음에바느질을하여고정시킨것으로틀을사용한다. (5) 염색하는구간변경처음에느종이를제작한후에완성된종이에염색을하려고하였지만직접시행해본결과만들어진종이를가지고염색을위해염료에종이를투여할시종이가다풀어져서다시섬유질의상태로돌아가게되므로염색된종이를만들어낼수가없었다. 그래서해조류펄프상태에서염색한후종이를만들었다. (6) 종이제작및건조과정처음에는무명천에알루미늄박지를깔고종이펄프를검지손가락으로일일이펴서제조하였다. 처음에시험실험에서는해조류의양이적었기때문에가능했으나대량이경우문제가되어새로운방버을떠올려야했다. 최종적으로 1겹의망으로이루어진뜰채로종이펄프를떠서신문지위에놓고실온에서물기를뺀다음 80 건조기에서신문지사이에차곡차곡쌓아놓고무거운것으로압력을가하면서건조시켰다. 5. 월별연구추진실적 7월 - 해조류채집 - 표본제작 - 해조류특징조사 - 종이제작에적합한해조류선별하기위해소형종이제작 - 염재구하기 - 해조류분류관련자문요청

15 8월 - 종이틀제작 - B4 용지크기의종이제작 - 염색종이제작 - 염색및종이제작관련교수님자문요청 - 염재구하기 9월 - 염색종이제작 - 미술작품아이디어구상 - A4 용지크기의틀및종이제작 10월 - 미술작품관련자문요청 ( 미술선생님 ) - 미술작품제작 - 염색종이제작 7. 시설활용실적가 ) 부산대학교생활환경대학의류학과장정대교수님연구실사용기기 : Spectrophotometer ColorMate(Scinco, Co., Ltd, Korea) 를사용하였다. 표준광 D65의 10 시야조건에서측정하였다. 나 ) 부경대학교공과대학안전공학과권오헌교수님연구실사용기기 : 소형인장시험기 H5KS 다 ) 부산일과학고생명과학과 SEM 전자현미경실사용기기 : 주사전자현미경 (Quanta 250, FEI) 11월 - 효과적인미술작품홍보방법고안 - 미술작품제작 - 염색종이제작 - 미술작품홍보 6. 연구비사용내역 비목 항목 산출내역 금액 사업장비 재료비 재료비 원 a. 전자현미경외부 b. 전자현미경내부그림 15. 전자현미경 8. 외부전문가자문내역가 ) 우리가직접바닷가에서채집한해조류의이름을알기위하여사진과도감을이용하여어느정도해조류를구분한다음에확실하게알기위해도감의저자로부터자문을얻었다. 사업활동비 전문가자문수당 원 회 원 참고도서구입비 원 직접비 사업수당책임지도교사수당 원 개월 원 나 ) 염색에대한정보를얻기위해부산대학교의류학과교수를찾아가서염색과종이 사업추진비 시내 국내출장비 원 회의비 회 회 원 간식비 원 회 원 합계 제작등에대한정보를얻었다. 다 ) 종이강도실험에관한자문을얻기위해부경대학교안전공학과교수를찾아가자문을얻고실험을하였다. 라 ) 미술품제작에관한자문을얻기위해본교미술선생님을방문하여설치미술에관한

16 기본 지식과 제작 방법을 익혔다. 표 4. 해조류의 종류와 그 특성 종류 특성 3. 연구 결과 및 시사점 1 연구 결과 세포 표면 자주빛을 띠는 작은 자주빛을 띠며 부드 알갱이 모양의 세포 럽다. 가 조밀하게 모여 있 1. 해조류 건조 표본 음. 부산의 송도, 대변, 일광 바닷가에서 채집한 조류를 종이에 건조시켜 표본을 만들었 다. 직접 채집할 수 있는 것은 채집하고 그렇지 못한 것은 해안에 밀려들어온조류들을 건져 올렸다. 이들 중 종이를 만들어 볼 수 있을 만큼의 양을 얻은 6가지(1~6)의 해조 자주색빛의 얇고 미 2 끌미끌한 엽상체를 가짐. 류의 건조 표본을 만들고 기타 특징을 알아보았다 (표 3) 건조 자주색빛을 띠는 얇 에 옅은 노란색의 알 고 넓으며 미끌미끌 갱이가 박혀있는 형 한 엽상체를 가짐 태의 세포로 이루어 짐. 표본 사진 4 채집 장소 부산 남구 용호동 백운포 부산 해운대구 송정 부산 서구 송도 붉은빛을 띠는 엽상 붉은색과 체가 억세며 부드럽 섞인 세포들이 벌집 지 않음. 형태를 이룸. 엽상체가 매우 넓고 녹색을 띰. 세포내에 녹새을 띠 는 알갱이를 볼 수 황색을 띄는 세포들 표본 6 사진 장소 주황색이 있음. 건조 채집 포들이 넓게 분포함. 자주색을 띠는 입자 표 3. 해조류 표본 1 붉은빛을 띠는 큰 세 엽상체가 진한녹색 과 갈색을 띰. 이 모여 있으며 세포 군데군데 황갈색을 띰. 부산 서구 송도 부산 기장군 일광 부산 서구 송도 3. 종이재료로 적합한 해조류 찾기 채집한 해조류로 종이를 만들어 특징을 살피고 광학현미경으로 400배 확대하여 종이를 2. 해조류 특징 조사 실물을 직접 눈으로 보고 만져보며 오감을 이용하여 특징을 조사하였고 광학현미경을 이용하여 배율을 1,000배로 높여 표면의 관찰하여 세포를 볼 수 있었다. 해조류(1~6)의 실물과 세포의 특징은 표 4에 나타내었다. 이루고 있는 셀룰로스의 상태를 관찰하여 표 5에 나타냈다. 실험 결과 녹조류(5번), 갈조류(6 번)으로부터는 종이를 만들어 어려웠고 홍조류의 경우도 2번과 3번의 경우 섬유질을 볼 수가 없었으며 1번과 4번을 비교해보면 겉모양도 흡사하게 생겼으며 실모양의 섬유질이 보였으나 4번이 더 굴게 보였다. 이를 보아 1번의 경우, 얇은 실모양의 섬유질이 많이 보였고 종이가 두껍고 단단하여 잘 부스러지지 않았다. 그러나 백운포에서 그물과 함께 쌓여있던 조류를 채집했던 터라 대량으로 구하기 어려워 이번 실험에서는 시중에서 판매하는 우뭇가사 리를 구입하여 해조류 종이를 만들기로 하였다

17 표 5. 해조류종이의특성 종류종이특징 종이표면 ( 현미경사진 ; 400) 특징 표 6. 우뭇가사리공정 1 종이가두껍고단단하여잘부스러지지않는다. 섬유질처럼얇은실들이주변에많이보인다. 2 따갑고해조류의모습이그대로남아있다. 종이가군데군데뭉쳐져있어펼쳐지지않은모습이다. 섬유질의끈은볼수없었다. 나. 해조류종이제작시중 ( 부산시구포시장, 부전시장 ) 에서구입한우뭇가사리를원료로펄프를제조하고뜰채로물에풀어져있는펄프를떠서건조시켜종이를얻었다. 그림 16은해조류펄프를 400배로관찰한것이고그림 17은건조된해조류종이를나타낸다. 3 부드럽지만너무얇다. 하나의층처럼얇게펼쳐져있으며검은색점들이보인다 해조류종이만들기 가. 우뭇가사리공정 꺼칠꺼칠하며조직이엉성하다. 바삭바삭하며노란색을띄며비교적잘뭉쳐져있다. 눈으로봤을때는 1 번에서나타난실모양의섬유보다굵은실같은모양이뭉쳐있으며광학현미경으로관찰했을때는더욱굵게느껴졌다. 해조류의결이남아있고뭉쳐진사이틈으로빈공간이보인다. 실험결과 NaOH 의농도가낮아짐에따라추출된섬유질의두께가굵어지고, 제작된종이도 색이어둡고질감이거칠어졌다. 특히 0.5 N 농도대이하로내려가면농도에따른차이가 심했으며 0.5 N 과 1.0 N 의농도차이는미세했다. 따라서이번실험에서는그사잇값인 0.75 N 농도에서실험을진행했다. 그림 16. 종이의겉모그림17. 매염처리하지않은해조류양 ( 400배) 종이 5. 염료별염색 30여가지의염료를만들어해조류펄프를염색했으나실험에서는코치닐, 홍화, 소목을염료로한적색계통의종이를, 괴화, 양파껍질, 치자를염료로한황색계열의종이를, 쑥, 개망초를염료로한녹색계열을, 쪽과자초를염료로한청자색계열을, 그리고밤송이와오배자를염료로하는흑색계열해조류종이를소재로하였다. 6. 종이의성능검사가. 종이의 ph 각각다른염료로염색된종이의성분을우려낸물의 ph를 ph 미터기로측정한결과는그림와같이. 각염료에따른우뭇가사리종이의 ph가다양하게나타난다는것을알수있었고, 이는염색과정에서사용한매염제와염료의성분때문이라고판단된다. 쪽과팔손이염료로만든종이가시중종이와 ph가비슷하며, 전체적인 ph가약산성으로치우쳐져있긴하지만우리가현재사용하는복사지와같은여타종이와크게차이가나지않는것으로보아 ph 면에서는큰문제가없을것이라생각된다.

18 표7. 해조류종이의 ph 염료 홍화 치자 쑥 쪽자 초팔손이밤송이오배자양 파 대조군 갱지 복사지 한지 ph ) 종이의단위무게재기 표 9 는종이의단위무게를잰값을나타낸다. 표 9. 종이의단위무게 단위 :mm 염료대조군양파팔손이밤송이오배자치자쪽쑥홍화갱지평균 단위무게 (g/m 2 ) ) 인장강도측정그래프를분석할때에는먼저, 인장강도실험일경우에는가장높은값을사용한다. 그림 19는홍화의인장강도실험을나타낸것으로그래프를분석할때인장강도의경우가장높은값을사용한다. 그림 8. 각각의염료로만든종이의 ph 측정값나. 인장강도및인열강도 1) 종이두께측정종이의두께는염료또는우뭇가사리의차이보다는종이의제작과정에서발생하였다. 두께를측정한이유는앞으로실험할인장강도와인열강도에서두께에의해생기는오차를줄이기위해서이다. 표 8. 염료에따라달리염색된종이두께측정 종류 위치 상 중 하 평균 홍화 치자 쑥 쪽 자초 팔손이 오배자 양파 control 밤송이 전체평균 표 10 은염재종류에따른인장강도의결과를, 그림 21 과 22 는인장강도인덱스를나타낸 것이다. 표 10. 염료종류에따른인장강도 홍화 치자 쑥 쪽 자초 밤송이 양파 오배자 팔손이 대조군 한지 갱지 복사지 MD CD

19 단위 : N/m 그림 20. 인장강도인덱스 (MD) (N m/g) 그림 21. 인장강도인덱스 (MD) (N m/g) 염재에따른 MD 인장인덱스의결과는공통적으로복사지의인덱스값이큰것을볼수있다. 다음으로갱지가높으며해조류종이중에서는쪽이가장높은수치를나타내고있다. CD 인덱스의경우는한지가그다음으로높으며해조류종이중에는종이중에서는쪽이가장높은수치를나타내고있다. 4) 인열강도인열인덱스는배향성이라는것에영향을받는데, 인열인덱스는인열강도를비교하기위한수단이다. 인열강도실험은전체적으로빠르게끝나기때문에 1장으로할경우정확한비교를할수없으므로종이를 3겹으로하여실험을진행한후, 3으로나누어측정하였다. 그래프를분석할때에는크게눈에띄는값이있으면그값을사용하며, peak 값들이 5개이상일경우 5개를평균을내어사용한다. 그림 22는홍화염색종이의인열강도실험값을, 표 11은염료의종류에따른인열강도값을, 그리고그림 23은인열인덱스를나타낸것이다. 그림 22. 홍화염색종이의인열강도표 11. 염료종류에따른인열강도홍화치자쑥쪽자초밤송이양파오배자팔손이대조군한지갱지복사지인열 강도 그림 23.. 염재에따른염색된종이의인열인덱스 (N mm/g) 인열인덱스의결과로쑥이가장크고오배자가가장작은수치를나타내고있음을알수있다. 5) 종이강도실험결론인장및인열실험을통해제작되어진우뭇가사리종이의강도특성을파악하였다. 인장인덱스는 MD,CD 방향모두쪽, 양파, 홍화순으로컸으며, 인열인덱스는쑥이독자적으로띄어나다는것을알수있다. 전체적인경향을봤을때, 우뭇가사리종이가상용지인갱지, A4 용지에비해서는강도가작았다. 또한인장, 인열강도실험의그래프의형태는각각의경우에유사한경향을나나타내었다. 종이의인열및인장실험결과가두께에비례할것으로예측했으나, 그렇지않은경우가많았다. 홍화와쪽같은경우에는두께가치자와쑥보다얇았지만인장및인열인덱스가높게나타나강도가더큰것을알수있다. 인장, 인열인덱스를비교해보았을때, 이결과는종이의두께및단위무게당의영향이외에염재로사용된재료에따라영향을받으며또한염재의종류및농도를조절함으로써, 필요한종이의강도를얻을수있을것으로여겨지며차후연구가필요하다. 다 ) 상하방향흡습성해조류종이의상하방향흡습성은 3번실시하여나온번짐정도 (cm) 의평균값을종이의평균두께로나눈값으로정하였다. 그림24 는각해조류종이에따른시간 ( 분 ) 당번짐정도를, 표 12와그림 25는각염료종류에따른종이의상하방향흡습성을나타낸것이다.

20 각염재종이의시간당번짐의정도만보면오배자의흡습성이가장높고그다음으로자초, 밤송이, 팔손이, 자초순이었으나평균두께를고려할경우실제흡습성의정도는자초가가장높았다. 자초를염료로한종이의흡습성은한지, 갱지보다약간높았고, 양파를염료로종이의흡습성은복사지보다더낮게나타났다. 흡습성이낮은양파나치자를염료로한종이는포장지나필기용메모지를만들수있고, 흡습성이큰팔손이는낮았다. 퍼짐도가작은양파와치자와같은것들은포장지나필기용메모지를만들수있고퍼짐도가큰쪽이나팔손이는미술용종이와같은것들을만들수있다고판단된다. 그림 24. 각염재종이의시간 ( 분 ) 당번짐정도 (cm) 최종평균속력평균두께종이의상하방향흡습성 홍화 치자 쑥 쪽 자초 팔손이 밤송이 오배자 양파 대조군 A 갱지 한지 표 21. 종이의상하방향흡습성 : 평균속력에서평균두께를나눈 값 (mm/min/mm) 라. 전방향흡습성전방향물의흡습성실험에대해서는실험전해조류종이와실험후해조류종이를비교하여정및특징을정리한표이다. 1) 실험전해조류종이의모습표 13. 전방향흡습성전해조류종이홍화치자쑥쪽자초팔손이밤송이오배자양파대조군 (1) 복사지갱지한지 2) 실험후해조류종이의모습 그림 25. 염료에따른종이의흡습성

21 표 14. 전방향흡습성실험후해조류종이 마 ) SEM 전자현미경을통한섬유간의응집성과분포측정 홍화치자쑥쪽 홍화치자쑥쪽자초 얇은실이거미줄같 조금덩어리졌다. 넓게덩어리가퍼져 불규칙하게굵은실 이엉켜있다. 있다. 이여러개보인다. 자초팔손이밤송이오배자 팔손이밤송이오배자양파대조군 복사지갱지한지 얇게퍼져있다. 얇은실과덩어리가 서로엉겨붙어있다. 얇은실이엉켜투명 한막을형성, 평평하 다. 실뭉치가잔뜩있다. 균일하지못하다. 3) 특징및결과 다음은종이종류별잉크퍼짐정도 (cm) 를측정한값이다. 표 14. 종이종류별전방향잉크퍼짐정도최댓값과최솟값 (cm) 양파대조군한지복사지 종이종류홍화치자쑥쪽자초팔손이밤송이 퍼짐정도최대 / 최소 (cm) 2.9 / / / / / / / 2.1 종이종류오배자양파대조군 A4 갱지한지 얇은실이막을형성 굵은덩어리가있다. 실이한방향으로나 얇은막형성, 평평하 퍼짐정도최대 / 최소 (cm) 2.7 / / / / / / 2.1 했다. 열되어있다. 다. 위표에서는염재및종이종류별로전방향잉크퍼짐정도의최댓값과최솟값을볼 수있다. 최솟값이가장작은종이는양파이며우리가가장흔히사용하는복사지와유사한 종이는양파임을알수있다. 또한갱지와한지는나머지다른종이들과비슷한정도의 잉크퍼짐정도를가지고있다는것을확인할수있다. 불규칙하게굵은실 이엉켜있다.

22 SEM을통한해조류종이의섬유소응집성이나분포를관찰한결과, 염료에따른각해조류종이마다차이는조금씩있었으나큰차이는없었다. 하지만우리가일반적으로사용하는한지나복사지, 갱지에비해서는응집성이떨어지는것으로판단된다. 바 ) 분광측색계를이용한색도측정표 15는각천연염료로부터추출한염액을이용하여염색한해조류종이의명도 (L*) 와색의좌표 (a*, b*) 를 SCINCO 분광측색계 Colormate 를이용해분석한결과이다. 해조류종이의명도는염색을하지않은대조군과오배자를제외하고는대략 55~70사이로유사하게나타났다. 오배자의경우흑색계열로명도가낮게나타난것으로판단된다. 여기서 a* 의값은 red-green의색상을나타내며값이 (+) 일경우붉은색, (-) 의값일경우초록색과유사하다는것을나타낸다. 반면, b* 의값은 yellow-blue의색상을나타내며값이 (+) 일경우노란색, (-) 값일경우푸른색과유사하다는것을나타낸다. 측정결과녹색계열의쑥과청색계열의쪽은 a* 값이 (-) 로붉은색보다는초록색과유사하며, 이를제외한염료들의 a* 값은 (+) 로붉은색을더많이띈다는사실을알수있다. 특히붉은색계열인홍화의경우다른염료들에비해 a* 값이확연히 (+) 에가깝게나타나붉은색은강하게띈다는것을알수있다. b* 의값또한대조군을포함한쪽과보라색계열의자초의경우그값이 (-) 에가깝게나타나노란색보다는푸른색에더가깝다는사실을알수있고, 그외의경우값이 (+) 로노란색을더많이띈다. 그중특히황색계열의치자나양파의경우 b* 의값이눈에띄게높아노란색을강하게띈다는사실을알수있다. 표15. Color Scale & Difference Scale 7. 학교내미술품전시그림 ( ) 는해조류종이를이용해만든설치미술품, 해조류표본, 천연염료와염색한해조류종이와이를설명한홍보물과함께학교내학생들이많이다니는곳에설치하고전시및홍보하는전경을나타낸것이다. STEAM R&E 활동부원들이설명하고있는모습을볼수있다. b. 채집한해조류의표본전시사진 a. 해조류종이로만든미술품전시 Name L* a* b* CIE ΔE*ab Δ*L Δ*a Δ*b color Target 홍화 치자 쑥 쪽 자초 팔손이 밤송이 오배자 양파 대조군 c. 해조류종이및미술품을설명 하는모습 (1) d. 해조류종이및미술품을설명 하는모습 (2)

23 4. 홍보및사후활용 e. 전시물을구경하고있는학생들의모습 f. 해조류종이및미술품의목적홍보그림 26. 전시회전경다음은전시물을구경하고난후학생들이작성한감상문중일부이다. 그림27. 감상문 시사점연구과정중난관을겪었던과정중한부분은맥문동, 연산홍, 고구마줄기, 검은콩껍질등안토시아닌색소를이용한염색이었다. 안토시아닌은색소가불안정하여염색과정중색소의고정이잘이루어지지않았고이를위해서는별도의매염처리가필요하다. 우리가흔히색소고정을위해쓰는매염제로는화학약품이적게들어간명반을사용하고있었지만이런안토시아닌을고정하기위해서는탄산칼륨이나구연산과같은화학약을매염제를사용해야하므로환경오염의문제가생길수있어아직고려중인사안이다. 또한해조류로만든종이를성능검사를통해종이로써의기능을알아보았지만실제종이와의제조과정에서의차이를정확히알아보지못한점이아쉽다. 기회가된다면부산에위치한 지성페이퍼 라는회사에방문하여우리가현재사용하고있는종이펄프의전문적제조과정을알아보고우리의제작과정과어떻게다른지에대해좀더구체적으로알아보고싶다. 추후연구내용을게재할수있는논문이나기타게재할기회가있다면참여하여좀더많은사람들이볼수있도록하고자한다.. 또한이번연구에서제작한미술작품을학교에기증하고잘보이는곳에설치하여학교학생들뿐만아니라학교를방문하는외부인들에게해조류종이의우수성등의연구성과를알리도록한다. 작품을감상한사람들의작품에대한감상평뿐만아니라해조류종이의활용가능성에대한의견을수립하여참고할수있도록한다. 현재미술품의재료로활용한것이외에도향후, 각염료에따라달라지는종이의특성을고려하여종이를개선하고다양한방면에서활용되어지도록할수있도록한다. 특히흡습성실험에서흡습성이낮게나온양파를염료로한종이의경우그특성을살려포장지로이용할수있도록종이를개발하고생활용품으로부채나필통등을제작하거나한지벽지와비슷하게벽지로사용할방안을모색중이다. 5. 참고문헌국립중앙과학관 ( 과학전람회출품작. 김병헌, 서영범 (2008). 활판인쇄용지의압축성및물리적특성향상을위한해조류섬유의적용연구, Journal of Korea TAPPI. 김종덕, 윤양호, 신태선, 김민용, 변헌수, 오석진, 서효진 (2011). 해조류구멍갈파래 (Ulva pertusa ) 의친환경적이용을위한바이오에탄올의생산, KSBB Journal 26(4), 라채운, 이현준, 신명교, 김성구 (2013). 해조류우뭇가사리 (Gelidium anmansii ) 의분리당화발효를이용한바이오에탄올생산. KSBB Journal 28(5), 신윤숙, 조아랑, 개망초추출물을이용한천연염색 ( 제2보 ), 2004, 8(12) 임형탁외 (2009). 식물염색입문, 전남대학교출판부. 이성목, 유병조, 김영민 (2009) Saccharamyces cerevisiae에의한 Agar로부터바이오에탄올생산. J. Korea Ind. Eng. Chem., (3) 임형탁, 박수영 (1996 ) 쉽게구할수있는식물염료정옥기 (2010). 오방색으로하는천연염색, 들녘. 이나율, 우리가정말알아야할천연염색향토학교 ( 제 26회서울학생탐구발표대회, 해조류종이가숲을지킬수있을까?. 서울목운초등학교강호준

24 종이나라박물관홈페이지 페가서스인터네셔널. 바다식물로목재펄프를대체할수있는펄프를생산할수있는기업. 페가서스인터네셔널 (2011). 해조류이용펄프등생산을위한해외양식적지선정및종자선택연구, 해조류연구용역보고서, 농림수산식품부. 한국천연염색박물관홈페이지, 나주. Kyeong-Eun Choi, Jeon-Sook Rhie, Woo-Young Jung, A study on dyeabilities of silk fabric using Tagetes patula extract, p Seung Bum Lee, Hye Jin Kang, Myung Sun Park, Chromaticity analysis of natural dyes extracted from Sappan Wood, Gardenia, and Mugwort. Appl. Chem Eng., Vol 27, No 3, p , Weisberg, R. W. (1999). Creativity and knowledge: A challenge to theories. In Sternberg, R. J. (Ed.), Handbook of creativity. Cambridge University Press. MA, Takasugi, H. (2006). The theory of problem solving. (Mondai Kaiketsu no theory. 현창혁옮김. 맥킨지문제해결의이론. 서울 : 도서출판일빛 ).