초임계 이산화탄소를 이용한 한지의 아세틸레이션

Abstract

한지는 중국에서 제지기술이 전파된 이후 우리나라만의 독특한 방식으로 발전하여 오랜 세월 동안 우리 문화 전반에서 사용되어 왔다. 하지만 한지의 제조는 가내 수공업의 형태로 제작되어 낮은 생산성을 가지고 있어 영세성을 벗어나지 못하고 있다. 그리고 영세업체는 경제성을 맞추기 위해 한지의 원료로 쓰이는 닥나무를 저렴하지만 품질이 떨어지는 중국이나 동남아시아의 닥나무로 대체하거나 섞어 사용하여 한지의 품질을 낮추고 있다. 이러한 이유로 양지에 비해 경쟁력을 잃었으며 낮은 수요로 현재의 한지 산업은 침체되어 있다. 이를 극복하기 위해서 문제점을 해결하고 양지에 비해 한지가 가지고 있는 많은 장점들을 부각시켜야 한다. 더욱이 서화용으로만 사용되는 한지의 용도를 다양화하고 고부가가치화를 통하여 경쟁력을 키울 필요가 있다. 조선 시대의 역사뿐만 아니라 정치, 경제, 문화 등을 기술하고 있는 조선왕조실록의 복원사업이 진행 중이며, 이 중에 밀랍본으로 된 조선 왕조실록은 훼손이 심하며 이를 복원하기 위하여 원인으로 지목되는 밀랍을 제거하는 연구가 진행되었다. 밀랍이 제거될 조선왕조실록의 보존처리를 위해 표면처리를 하는 연구가 진행 중에 있다. 이러한 상황에서 한지의 용도의 다양화 및 고부가가치화, 조선왕조실록의 보존처리기술 개발을 위해 한지에 소수성기를 도입하는 화학적 개질 방법인 아세틸레이션을 고려하였다. 아세틸레이션은 종이에 대해 오래 전부터 사용되어 왔으며 방법으로는 액상법과 기상법이 알려져 있다. 아세틸레이션의 반응속도가 느리기 때문에 황산과 같은 촉매를 사용하는 액상법을 주로 사용한다. 그러나 액상법의 경우 촉매의 사용으로 종이의 물성저하를 초래하고, 많은 양의 무수아세트산이 요구되며, 반응물의 제거를 위한 세척단계를 필요로 하여 많은 양의 폐수를 발생한다. 따라서 본 연구는 기존 아세틸레이션 방법의 단점을 극복하기 위해 초임계 이산화탄소를 반응매개로 한지를 아세틸레이션 하여 효율적으로 한지에 내수성을 부여하고자 하였다. 초임계 아세틸레이션을 진행하기에 앞서 기초연구로 반응물인 무수아세트산과 이산화탄소간의 상 평형 실험을 진행하여 초임계 아세틸레이션을 위한 실험 조건을 설계하였다. 설계를 바탕으로 한지의 초임계 아세틸레이션을 실시하였고 이와 더불어 기존의 아세틸레이션 방법을 병행하여 비교하였다. 아세틸레이션의 정도와 한지의 물리적 성질 및 내수성을 비교한 결과 초임계 아세틸레이션의 경우가 좀 더 좋은 결과를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 최종적으로 온도, 시간, 무수아세트산의 몰분율 등의 공정변수를 변화시키면서 최적화를 시도하여 한지의 본연의 물성은 향상되거나 유지하면서 균일한 내수성을 가지는 조건을 선정하였다