농업생명과학연구 48(2) pp.31-37 Journal of Agriculture & Life Science 48(2) pp.31-37 http://dx.doi.org/10.14397/jals.2014.48.2.31 닥나무로제조된세라믹을이용한한지벽지의특성 박성철 1 주용찬 1 오승원 2* 1 한지산업지원센터, 2 전북대학교목재응용과학과 접수일 (2014 년 1 월 9 일 ), 수정일 (2014 년 2 월 19 일 ), 게재확정일 (2014 년 3 월 7 일 ) Characteristics of Hanji Wallpaper using Ceramics from Broussonetia kazinoki Sieb. Seong-Cheol Park 1 Yong-Chan Ju 1 Seung-Won Oh 2* 1 Hanji Industry Support Center, 2 Dept. of Wood Science & Technology, Chonbuk National University, Received: JAN. 9. 2014, Revised: FEB. 19. 2014, Accepted: MAR. 7. 2014 초록 본연구는우리나라의전통문화인한지의다양한용도를개발하고, 인피섬유를주원료로하는한지의특성상폐기되어져왔던닥나무목질부를이용하여기능성재료인세라믹의제조및한지벽지에이용되는데기초자료를제공하고자하였으며다음과같은결론을얻었다. 다양한조건에서제조된닥나무세라믹을첨가한수초지는세라믹제조시의수지함침율, 탄화온도및세라믹의첨가량에따라전반적인물리적성질은감소하였으나인열지수는거의변화가없었다. 또한투기도의경우에서는세라믹이닥섬유의섬유결합을저해하여크게증가하였다. 한편, 한지벽지로서습윤인장강도, 일광견뢰도, 습윤마찰견뢰도, 은폐성등은 KS 벽지규격을만족시켰으나건조마찰견뢰도는규격에미달되어이에대한보완이요구되었다. 따라서폐기성닥나무목질부를활용하여세라믹을제조및한지벽지에이용함으로서닥나무목질부의다양한활용도개발과양호한품질의한지벽지를제조하는데충분한가능성을확인하였다. 검색어 - 한지벽지, 닥나무, 목재세라믹, 물리적성질 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. Key words - Hanji wallpaper, Paper Mulberry, Woodceramic, Physical properties * Corresponding author: Seung-Won Oh Tel: +82-63-270-2626 Fax: +82-63-270-2631 E-mail: ohsw@jbnu.ac.kr
32 Journal of Agriculture & Life Science 48(2) Ⅰ. 서론 현대인의생활패턴에따라건축물의실내에서생활하는시간이많아지고포름알데히드와같은휘발성유기화합물 (VOCs) 등으로야기되는새집증후군에대한우려속에주거의가장큰면적을차지하는벽지에대한관심도높아지고있다. 벽지의종류에는종이벽지, 갈포나황마로짠초경벽지, 천을소재로한직물벽지, 종이로만든지사벽지, 일반적으로가장많이사용하고흔히실크벽지로불리는 PVC벽지등다양하다. 그러나이러한다양한벽지의종류에도불구하고좋은벽지라는개념은외관상의장식적인면, 즉디자인에대한소비자의욕구뿐만아니라환경및건강에악영향을미치는유해물질의배출이없고각종기능성물질의작용으로건강에유익한작용을할수있는적극적인개념으로변화하고있다 (Chung, 2005). 한편우리나라고유의전통종이인한지는질적 미적아름다움과강인함을갖추고친환경적재료로서원적외선및음이온의방사, 높은항균성, 습기에대한높은흡 배기성으로실내습도조절에유익한특성을가지고있다고알려져있다. 또한상기에서도언급한포름알데히드나휘발성유기화합물에대한염려가없고사용중이나폐기시에도환경에유해한물질을방출하지않는다. 이에따라한지의장점들을최대한활용하고이에더불어다양한기능성천연재료를첨가하여높은기능성을가진한지벽지의개발은최근의소비자요구와부합된다. 그러나한지는닥나무의인피섬유만을이용하고목질부는부산물로발생한다. 이러한닥나무목질부는밭에버려지거나가정의화목용등활용도가매우낮다. 최근한지의소비증가와닥나무의집단재배를고려하여닥나무목질부를이용하기위한다양한연구가진행되고있다. 특히닥나무목질부를이용하여파티클보드및우드세라믹을제조한연구가대표적으로닥나무 목질부를기능성의재료인세라믹으로의전환은폐기성닥나무목질부의활용성을높일수있는하나의대안이될수있다 (Byeon et al., 2010). 목질계세라믹은목재또는목질재료에경화성플라스틱을주입후고온에서탄화시켜제조한다공질성탄소재료로서전자파차폐, 원적외선방사의특성으로건강을위한재료로활용될수있고내부식성등의성질은공업적으로도다양한이용성을갖추고있어숯및목탄과같은일반적인탄소재료와첨단의탄소섬유의중간적성질을갖는신소재로평가받고있다 (Okabe and Saito, 1995; Okabe et al., 1995; Okabe et al. 1996). 이에따라본연구는전통소재인한지를건축재료의마감재인벽지로사용하는데있어서한지제조부산물인닥나무목질부를활용하여다양한조건에서제조된세라믹을이용하여한지벽지를제조하고물리 광학적성질을측정하여한지제조부산물을한지벽지로활용하는데필요한기초자료를제공하고자하였다. Ⅱ. 재료및방법 2.1 공시재료세라믹제조에사용된닥나무 (Broussonetia kazinoki Sie.) 는전북완주군소양면에서재배한것으로한지를제조하는데필요한인피부를제거한목질부만을사용하였고, 펄프는태국산표백닥펄프를사용하였다. 2.2 실험방법 2.2.1 세라믹분말의제조닥나무목질부의톱밥은크기를 1mm이하로선별하고함수율을 6% 이하로조절하고분말페놀수지 ( 코오롱유화 ( 주 ), KNB-100PL) 와톱밥을충분히혼합하여열압기를이용하여보드를제조한후제조된보드를액상페놀수지 ( 코오롱유화 ( 주 ), KPD-L777) 에함침하였다. 이때수지함침율을각각
Park et al : Characteristics of Hanji Wallpaper using Ceramics from Broussonetia kazinoki Sieb. 33 40, 50, 60, 70% 로조절후건조및경화시켰다. 건조된함침보드는진공소결로를이용하여탄화온도 600, 800, 1,000, 1,200 에서승온온도 4 /min., 최고온도유지시간 2시간의조건으로탄화시켜닥나무세라믹을제조하였고, 한지벽지제조를위해분쇄후 sieve를이용하여 120mesh 이하크기로분쇄하였다. 2.2.2 세라믹의첨가한지를제조하기에앞서닥펄프는태국산백닥을 20% 의슬러리농도에서 20분동안칼비터 (knife beater) 로해섬하여사용하였다. 다양한수지함침율 (40-70%) 및탄화온도 (600-1,200 ) 에따라제조한닥나무세라믹분말은한지전건중량의 10% 를첨가하여수초지하였고, 적정첨가량을구명하기위해수지함침율 50%, 탄화온도 600 의닥나무세라믹분말을 0, 5, 10, 15% 첨가하였다. 또한세라믹의첨가는최대한정착을위해닥펄프와혼합시가정용믹서를이용하여 3분동안교반하였다. 2.2.3 한지벽지의제조균일한한지를제조하기위해수분산성과점착성을고려하여 PAM(polyacrylamide) 수용액을 0.01% 를첨가하였고 25cm 25cm크기의사각수초지기를사용하여평량 100 g/ m2으로초지한후 2.5kg/cm 2 의압착및탈수과정을거쳐일반적인한지의건조방법과동일하게 80 열판에서건조하였다. 2.2.4 물리 광학적성질의측정제조된한지는항온항습실 (23.0±1.0, 상대습도 50.0±2.0%) 에서 24시간이상의조습과정을거친후 TAPPI Test Methods 에의거백색도, 평량, 밀도, 열단장, 인열지수, 파열지수, 내절도및투기도등기본적인물성을측정하였다. 한지벽지로서의활용을위해필요한일광견뢰도, 마찰견뢰도, 습윤인장강도, 은폐성은한국생활환경시험연구원 (KS M 7305) 에의뢰하여측정하였다. 또한 Image analyzer(bmi plus) 를이용하여한지의표면과이면의상태를관찰하였다. Ⅲ. 결과및고찰 3.1 수지함침율에따른변화닥나무세라믹의제조시액상페놀수지의함침율을 40, 50, 60, 70% 로조절하고탄화온도 600 에서소성한세라믹을분쇄, 10% 첨가하여한지의초지및건조후각종물성을측정한결과는 Table 1과같다. Table 1. Physical properties of Hanji by mixing with ceramics made in the various rates of resin impregnation Rate of resin impregnation(%) None 40 50 60 70 Based weight(g/ m2 ) 97.4 95.9 96.9 95.5 95.7 Apparent density(g/ m3 ) 0.30 0.24 0.25 0.24 0.26 Breaking length( km ) 5.60 4.50 4.62 4.78 4.71 Tear index(mn m2 /g) 22.65 23.61 23.92 24.70 21.79 Burst index(kpa m2 /g) 5.38 4.30 4.51 4.33 4.02 Folding endurance(times) 817 382 437 435 392 Air permeability(sec.) 31.1 15.6 14.7 16.5 19.8
34 Journal of Agriculture & Life Science 48(2) 다양한수지함침율의닥나무세라믹을이용한한지의물성측정결과평량은수지함침율에따른변화는거의없었고섬유와세라믹과의자체적인결합력이없어혼합과정에서믹서로세라믹이섬유에최대한분산될수있도록하였으나닥섬유간의결합을세라믹이저해하여낮은밀도값을나타낸것으로이같은결과는톱밥 / 왕겨의세라믹을이용한한지벽지의연구결과와도일치한다 (Oh et al., 2006). 열단장, 인열 파열지수및내절도등기본적인물성역시수지함침율에따른변화는거의없었으나무첨가한지와비교하여볼때인열지수를제외하면전체적으로낮은값을나타내었다. 한편일반적인 PVC벽지는비닐코팅으로마감처리되어기공이전혀없는반면한지벽지는미세한공극의형성으로흡 배습의장점을가진것으로알려져있고미세한크기의세라믹을첨가함으로서투기도는상승하는결과하였는데이는한지에첨가한닥나무세라믹이섬유들간의결합에악영향을끼쳐더많은공극을생성케하는것과투기도가밀도와밀접한관계를가진다는것을감안한다면세라믹을첨가함으로서낮아진밀도에기인하는것으로사료된다. 보드를액상페놀수지함침율 50% 로조절하고탄화온도 600, 800, 1,000, 1,200 에서소성하여세라믹제조 분쇄하였다. 분말세라믹을 10% 첨가하여초지및건조후각종물성을측정한결과는 Table 2와같다. 탄화온도를달리하여제조한닥나무세라믹을투입한한지의평량은무첨가보다낮았고, 세라믹의제조시탄화온도가상승함에따라서도약간감소하였다. 이는탄화온도가상승할수록세라믹에유리질탄소가많이존재하여결국섬유간에세라믹의정착이불량함에기인한것으로여겨진다. 이와같은원인으로첨가된세라믹의탄화온도가상승할수록열단장, 파열지수및내절도가저하되는결과를나타내었는데, 특히내절도는 80% 이상의감소율을보였다. 그러나인열 파열지수는무첨가보다비슷하거나약간낮았으나탄화온도의변화에따른영향은매우적었다. 한편투기도의경우세라믹첨가한지는무첨가및세라믹의탄화온도상승에따라비교적양호한결과를나타내었는데, 이는상기에서도언급한밀도의저하와세라믹이섬유간의양호한지합을형성하는데저해요소로작용하는것으로여겨진다. 3.2 탄화온도에따른변화 분말페놀수지와닥나무톱밥을혼합 성형한 3.3 세라믹의첨가량및한지벽지의특성 액상페놀수지의함침율 50%, 탄화온도 600 의 Table 2. Physical properties of Hanji by mixing with ceramics made in the various carbonization temperatures Bruning temperature( ) None 600 800 1,000 1,200 Based weight(g/ m2 ) 97.4 96.96 95.2 94.8 95.0 Apparent density(g/ m3 ) 0.30 0.25 0.25 0.25 0.25 Breaking length( km ) 5.60 4.62 4.27 4.65 4.13 Tear index(mn m2 /g) 22.65 23.92 20.95 21.97 22.05 Burst index(kpa m2 /g) 5.38 5.51 4.84 4.98 4.79 Folding endurance(times) 817 437 241 189 130 Air permeability(sec.) 31.1 14.7 19.8 19.2 21.4
Park et al : Characteristics of Hanji Wallpaper using Ceramics from Broussonetia kazinoki Sieb. 35 top of base paper back of base paper top of ceramic 5% back of ceramic 5% top of ceramic 10% back of ceramic 10% top of ceramic 15% back of ceramic 15% Fig. 1. Image analysis of Hanji made with various amount of ceramics.
36 Journal of Agriculture & Life Science 48(2) Table 3. Characteristics of Hanji made with addition to various amount of ceramics for wallpaper Addition amount of ceramics(%) 0 5 10 15 Brightness(top/back) 82.0/84.3 58.6/45.4 55.0/36.3 41.8/31.0 Based weight(g/ m2 ) 97.4 96.8 96.9 93.9 Apparent density(g/ m3 ) 0.30 0.29 0.25 0.26 Breaking length( km ) 5.60 4.81 4.62 4.61 Tear index(mn m2 /g) 22.65 23.46 23.92 20.55 Burst index(kpa m2 /g) 5.38 5.61 5.51 5.29 Folding endurance(times) 817 574 437 384 Air permeability(sec.) 31.3 15.3 14.7 14.3 Wet tensile strength(n/1.5 cm ) 2.23 1.97 2.00 1.37 Sunlight resistance(grade) 3 4 4 4-5 Abrasion resistance(grade) dried 4-5 3-4 3 2-3 wetted 4-5 4-5 4 4 Opacity(grade) 2 4 4 4 닥나무세라믹분말을 0, 5, 10, 15% 첨가하여초지한후각종물리 광학적성질과벽지로서의특성을조사하기위해 KS M 7305에의거일광견뢰도, 마찰견뢰도, 습윤인장강도, 은폐성을조사한결과는 Table 3과같고, 제조된수초지의표면과이면의화상분석은 Fig. 1과같다. 닥나무세라믹의첨가량에의한한지의다양한물성을측정한결과백색도는검은색의세라믹첨가량이증가할수록따라크게감소하였다. 특히 Table 3의표면과이면의측정값및 Fig 1의화상분석을살펴보면닥섬유의지필이형성되기전에세라믹이침전되어표면과이면의백색도차이가크게나타났다. 평량과밀도역시백색도와같은경향으로세라믹을첨가함으로서점차감소하여세라믹의정착이좋지않음을간접적으로알수있었다. 또한열단장, 내절도는첨가량에따라지속적으로감소하는경향이었지만인열및파열지수는무첨가와비교하여거의감소가없었다. 투기도는무첨가보다세라믹을첨가함에따라크게 개선되었고, 첨가량에따른변화도거의없어이는상기의탄화온도및수지함침율의결과와비교하면세라믹의투입에따른투기도의영향은세라믹의형상에더크게좌우되는것으로여겨진다. 세라믹을첨가한한지를벽지로활용하기위해벽지의시공에필연적으로요구되는습윤인장강도의결과는세라믹무첨가와비교하여첨가량 10% 까지는큰감소가없었고특히벽지의 KS 규격인 1.96 N/ cm이상의결과를만족시켰다. 일광견뢰도는 KS 규격이 4급이상으로서무첨가외에세라믹을첨가한한지가비교적우수한결과를나타내었는데이는빛에의한탈색이나변화에관계없는세라믹이탄소로이루어졌기때문이라사료된다. 마찰견뢰도는마찰에의해색상이변하는것으로 KS 규격은 4급이상으로세라믹을첨가함으로써점차낮은결과를보였는데벽지로활용하기위해서는세라믹을더욱조분쇄및닥섬유와의견고한결합을유지시킬수있는방법을연구하는등건조마찰견뢰도의보강이필요하였다. 한편은폐성은
Park et al : Characteristics of Hanji Wallpaper using Ceramics from Broussonetia kazinoki Sieb. 37 세라믹첨가로벽지의조건을충족시켰지만무첨가는높은백색도로인하여낮은은폐성를가진것으로추정된다 (Yoon et al. 1996). 상기의결과를토대로닥나무세라믹을첨가한한지가벽지가요구하는 KS규격을대부분만족시켜향후한지벽지로의개발이기대되고친환경천연재료로서의세라믹및한지가더욱더다양한형태로개발 연구가이루어져야할것으로사료된다. Ⅳ. 결론 인피섬유를주원료로하는한지의특성상폐기되어져왔던닥나무목질부를기능성재료인세라믹으로변환시켜닥나무인피섬유와혼합하여한지벽지에이용하는데필요한물성을검토한결과는다음과같다. 1) 세라믹제조시의수지함침율, 탄화온도및세라믹의첨가량에따라한지의물성은전반적으로감소하였으나인열지수는거의변화가없었고, 투기도의경우에서는세라믹이닥섬유의섬유결합을저해하여크게증가하였다. 2) 한지벽지로활용하기위한조건으로습윤인장강도, 일광견뢰도, 습윤마찰견뢰도, 은폐성등은 KS의벽지규격을만족시켰으나건조마찰견뢰도는규격에미달되어이에대한보완이요구되었다.» Literature cited Byeon, H. S., J. M. Kim, K. K. Hwang, S. C. Park and S. W. Oh. 2010. The Effect of Resin Impregnation Ratio on the Properties of Woodceramics Made from Broussonetia Kazinoki Sieb, Journal of the Korea Wood Science and Technology, 38(3):178-184. Chung, Y. S. 2005. A Study on the Materials and Functions of the Wallpaper by the Trend of LOHAS. Journal of the Korean Society of Design Culture, 8(2):169-188. Oh, S. W., H. A. Lim and J. H. Kang. 2006. Properties of Hanji Wallpaper by incorporating Ceramics from Wood and Rice-husk. Journal of the Korea Furniture Society, 17(1):24-32. Okabe, T. and K. Saito 1995. Development of woodcermics. Transactions of the Material Research Society of Japan, 18:681-984. Okabe, T. and K. Saito 1995. The examination of the manufacturing method of woodceramics(Ⅰ) -Structural changes affected by burning temperature-. International Ecomaterial Conference, Xian China pp. 1-4. Okabe, T., K. Saito, H. Togawa and Y. Kumagai 1995. Electromagnetic shielding characteristic of porous carbon material "woodceramics". International Ecomaterial Conference, Xian China pp. 9-12. Okabe, T., K. Saito, H. Togawa and Y. Kumagai 1996. Development of porous carbon material "woodceramics" -Electromagnetic shielding characteristic-. Journal of the Society of Materials Science Japan, 44(498):288-291. Yoon, S. L., H. J. Jo, S. B. Park, H. J. Kim, J. K. Kim and S. L. Kim. 1996. Making and Properties of Hanji for Wallpaper(Ⅰ). Journal of the Korea Wood Science and Technology, 24(4):15-21.