폴리비닐알콜/셀룰로오스 트리아세테이트 전기방사 섬유 이중층에 의한 종이 강도 보강

Abstract

본 연구에서는 종이의 강도를 보강하기 위하여 종이 표면에 나노 섬유와 마이크로 섬유 이중층을 전기방사 기법으로 도입하였다. 종이 위에 폴리비닐알콜 (Polyvinyl alcohol, PVA) 나노 섬유를 먼저 방사하고 그 위에 셀룰로오스 트리아세테이트 (Cellulose triacetate, CTA) 마이크로 섬유를 방사하였으며 최종적으로 종이/PVA 나노 섬유/CTA 마이크로 섬유 세 개의 층으로 이루어진 다층 구조를 형성하였다. 전기방사로 제조된 섬유의 구조는 전계방출주사현미경을 이용하여 관찰하였으며 박리 강도, 인장 지수, 내절도, 가역성 및 보존성을 평가하여 종이 강도 보강 능력을 평가하였다. PVA 섬유 단일층을 종이 위에 전기방사한 경우, 접촉 가능한 비표면적의 증가에 따른 종이 섬유와 PVA 나노 섬유 간 fiber/fiber joint의 생성으로 인해 결합력이 발생하였으나 인장 지수 및 내절도의 향상은 관찰되지 않았다. CTA 섬유 단일층을 동일한 방법으로 종이에 도입한 경우에는 마이크로 단위의 직경을 가지는 섬유가 생성되었다. 그러나 종이의 무게 및 두께의 증가가 급격하게 발생하여 내절도는 증가하였으나 인장 지수는 CTA 섬유의 방사 시간이 길어질수록 감소하였다. 또한 종이와 CTA 마이크로 섬유간 결합력이 없어 안정적인 복합체를 형성하지 못하였다. PVA 나노/CTA 마이크로 섬유 이중층을 종이에 도입한 경우, PVA 나노 섬유 방사 시간이 증가함에 따라 박리 강도가 향상되었고 CTA 마이크로 섬유 방사 시간이 증가함에 따라 인장 지수와 내절도가 향상되었다. 이에 따라 종이 복합체의 물리적 강도 및 무게, 두께 등의 요소를 함께 고려하여 최적의 방사 조건을 확립하였다. 최적 조건에서 제조된 나노/마이크로 섬유 이중층은 짧은 시간 수분에 노출시켜 종이에서 쉽게 제거할 수 있었고 105 ℃의 고온에서도 인장 지수와 내절도를 유지하였다. 인공 가속 노화시킨 열화 종이를 제조하여 최적 조건하에서 이중층 을 복합화 하였으며 동일한 강도의 향상을 확인할 수 있었다. 이를 바탕으로 실제 구입한 고문서에 적용하여 전기방사에 의한 섬유 이중층 도입이 향후 문화재 복원 및 보강 기술로 응용 가능함을 살펴보았다.