글로벌 세계 대백과사전/기술·통신/재료기술/유기재료기술/종이와 필름
종이와 문명[편집]
－文明
경험을 통해서 얻은 선인(先人)들의 지식을 다음 대의 사람들이 계승함으로써 다음 대의 사람들은 그것을 바탕으로 하여, 여러 가지 사실들을 경험하기 이전에 판단할 수가 있다. 이와 같은 반복이 곧 교육이고, 또한 그 축적이 인류의 문화를 형성하는 것이다. 이러한 의미에서 자신의 의지나 감정을 말로써 표현하거나, 또는 문자라고 하는 부호를 써서 그 지식을 전달한다는 것은 인간과 동물을 구별짓는 중요한 요소인 것이다. 종이는 이러한 문화의 전승을 담당하는 수단으로서 역사적으로 커다란 역할을 해 왔다. 오늘날에는 서적·잡지·신문·지폐 등을 비롯하여 포장재료·건축재료 혹은 산업용 재료로서 그 용도는 극히 광범위하며, 그에 따라 종류도 매우 풍부해서 우리들의 일상생활에 없어서는 안 될 중요한 것이 되어 있다. 종이의 소비량은 문화의 정도를 나타내는 척도라고 할 수 있을 만큼 문화와 종이는 밀접한 관계를 가지고 있다.
한편, 문명의 발달과 더불어 나날이 새로운 재료가 개발되고 있는 지금도 아직 종이에 대신할 만한 새로운 재료는 등장하지 않고 있다.
종이의 역사[편집]
－歷史
문자를 글로 남겨 두기 위해 고대 이집트에서는 양피지(羊皮紙)가, 아시아에서는 얇은 죽편(竹片)이 사용되었다. 또 고대 이집트(B.C.3000년경)에서는 파피루스(papyrus)라고 하는 풀(草)의 섬유로 종이와 비슷한 것을 만들었는데, 이것이 오늘날 영어의 'paper'의 어원(語源)이 되었다.
현재 사용되고 있는 종이(식물에서 셀룰로오스를 뽑아 내 이것을 체 같은 것으로 걸러서 만든 것)를 처음으로 만든 사람은 중국의 채륜(蔡倫, 105년)인데, 그는 삼·아마(亞麻) 등에서 섬유를 분리하여 이것을 얇은 막상(膜狀)으로 걸러서 떠내어 종이를 만들었다. 이 방법은 후에 710년경 중국인 포로에 의해 사마르칸드(Samarkand)에 전파되었으며, 12세기에 이르러 무어(Moor)인이 에스파냐에 도입하여 점차로 유럽에 퍼지게 된 것이다. 그 후 7세기 동안 유럽에서는 식물섬유·넝마를 원료로 하는 수공적인 제지가 행해졌고, 19세기에 이르러서야 기계화가 시작되어 1798년에 로베르(L. Robert)가 연속식초조기(抄造機)를 고안하고, 1808년 푸르드리니어(H. Fourdrinier) 형제가 개량·제작에 성공하였으며, 또한 이와 거의 동시에 디킨슨(D. Dickinson)이 환망식초지기(丸網式抄紙機)를 발명하였다. 인쇄술의 발달은 제지기술의 발달을 초래하였으며, 이에 따른 원료의 대량생산이 요구됨으로써 1840년 켈러(F. G. Keller)의 쇄목펄프 발명을 효시로 1854년에는 소다 펄프가, 1866년엔 아황산 펄프가, 1884년엔 크래프트 펄프가 발명되었다.
우리나라는 예부터 닥나무의 인피섬유를 이용한 한지(창호지)가 사용되었으며, 1902년에 기계에 의한 제지술이 일본으로부터 도입되어 오늘에 이르고 있다.
펄프[편집]
pulp
종이의 원료로서는 여러 가지 목재가 사용되며, 그 중에서 가장 많이 사용되는 침엽수는 약 50%가 셀룰로오스(cellulose)며, 그 밖에 리그닌(lignin) 25%, 펜토산(pentosan) 20%, 기타의 것이 소량 함유되어 있다.
목재로부터 셀룰로오스 이외의 성분을 화학처리로써 녹여 제거하고 셀룰로오스만을 남게 한 것을 펄프라고 한다.
펄프를 만드는 데는, 먼저 목재를 잘게 부수고(이것을 chip이라고 한다), 이것을 아황산수소칼슘의 수용액 중에서 130∼160℃의 온도로 약 8시간 동안 쪄서 리그닌·펜토산, 그밖의 것을 제거하면 된다.
그리고 다시 표백 등의 처리를 거치게 된다. 이렇게 해서 만들어진 펄프를 아황산 펄프라고 한다. 이것 외에도 가성소다법·황산소다법 등의 방법이 있다. 황산소다법에 의한 펄프를 크래프트(kraft) 펄프라고 하는데, 이것은 그 질이 견고하여 포장지(크래프트지)로 사용된다.
또 이상과 같은 약품처리를 하지 않고, 물과 함께 치프를 갈아 부수기만 한 것도 있다. 이것을 쇄목(碎木) 펄프라고 하는데 리그닌과 그 밖의 성분을 함유하고 있어 값이 싸기는 하나 변색되기 쉬워 신문용지 등으로 사용된다.
제지[편집]
製紙
펄프에 다량의 물을 가해 고해기(叩解機)라고 하는 기계로 죽처럼 만들어서 섬유의 결체력(結締力)을 좋게 한다. 이어서 로진(rosin) 비누나 황산알루미늄을 가하는데(이것을 sizing이라고 한다), 이렇게 하면 로진(樹脂)은 작은 입자로 되어 섬유 표면에 흡착, 종이의 내수성(耐水性)을 높여 잉크 등이 번지는 것을 방지한다. 그리고 여기에 다시 충전제(充塡劑)로서 백토(白土)·활석(滑石)·탄산칼슘·황산바륨 등을 가하는데, 이것은 섬유의 틈을 메워서 지면을 매끄럽게 해 준다. 또한 이 때에 착색제를 가하면 종이에 여러 가지 색을 들일 수가 있다. 이와 같이 해서 종이를 뜰 준비가 끝난 액을 지료액(紙料液)이라고 부른다.
지료액을 초지기(抄紙機)의 금망(金網：screen) 위에 흘려보내면 이 액은 초지기의 금망과 함께 진동하면서 이동해 가는 동안 지료액의 수분은 그물(screen) 눈의 틈새기를 통해 밑으로 떨어지고, 그물 위에는 섬유만이 얽혀서 남게 된다. 이것을 열(熱)롤러 사이에 넣어서 건조시키면 종이가 된다. 양질의 종이를 만들 때는 열롤러를 통과시킨 후 광택 롤러를 통과시켜 지면에 광택이 나게 하고 또 수지 등을 써서 표면처리를 한다(〔그림〕－1).
한지[편집]
韓紙
한국 고래의 한지(창호지)는 삼지닥나무·안피나무·닥나무·뽕나무 등의 수피(樹皮)의 섬유를 뜬 것이다.
먼저 이들 나무의 수피를 야적(野積)하여 발효시키거나 수산화나트륨액에 담그면 섬유가 풀어진다. 이 섬유를 물에 섞어 휘젓고, 황촉규(黃蜀葵)의 뿌리에서 채취한 점액(粘液：닥풀)을 섞어 죽 같은 액으로 만든 다음 대발 위로 흘려 보내 종이를 뜬다.
한지에 사용되는 섬유는 양지에 사용되는 섬유보다 그 길이가 길고 섬유의 얽힘도 좋으며, 섬유 사이에 적당한 공간이 있어 보온성도 좋다. 품질에 따라 크게 나누어 백지(白紙)·장지(壯紙)·각지(角紙)의 3종류가 있다.
종이의 용도[편집]
－用途
종이는 처음에는 문자를 기록하기 위해 만들어진 것이다. 그러나 오늘날에는 본래의 용도 이외에 여러 가지로 가공이 되어 인쇄물은 물론 포장·건축·산업용 재료로도 쓰여져 광범위(光範圍)한 분야에서 이용이 되고 있다.
종래에는 종이 제품이라고 하면 내수성(耐水性)이 없고 약한 것으로 생각하기 쉬웠으나 최근에는 종이의 가공기술이 진보하게 되어 종이의 용도는 더욱 넓어지게 되었다. 내수지(耐水紙)로 만든 우유용기(牛乳容器)나 상자 혹은 구조 재료·단열재(斷熱材), 이 밖에 의복의 재료에까지 진출하고 있다.
종이와 필름 및 천[편집]
－film－
여기에서는 종이와 마찬가지로 2차원적 용도를 갖는 재료로서 천·종이·필름에 대해 그 표면의 상태와 성질을 비교해 보기로 한다.
폴리에틸렌이나 염화비닐 등의 필름 표면은 아주 고르기 때문에 공기가 전혀 통과하지 못한다. 이에 대해 천은 가느다란 섬유의 다발이 종횡으로 규칙바르게 배열, 면(面)을 구성하고 있기 때문에 표면에는 짠 상태에 따라 제각기 다른 모양의 눈이 있고, 이것이 통기성, 기타 천의 성질을 결정하는 중요한 요인을 이루고 있다. 그러나 그 제조에는 섬유(纖維)를 짠다고 하는 기술(技術)과 인간의 노력이 따른다. 이와는 달리 종이는 비교적 긴 섬유가 불규칙하게 배열되어 얽혀져 있는 것으로서, 외견상으로는 균일한 구조로 되어 있는 것처럼 보인다. 그 때문에 필름이나 천과도 다른 특징을 가지고 있는데 상당한 정도의 강도(强度)를 가지며 천과 마찬가지로 통기성이 있다. 그러므로 천과는 달리 간단하게 연속적으로 제조할 수가 있다.
합성지·부직포[편집]
合成紙·不織布
종이는 얼른 보면 외면이 균일한 것처럼 보이나, 자세히 보면 필름처럼 균일한 구조를 하고 있지는 않다. 그렇다면 필름에 불균일성을 갖게 한다면 종이와 같은 제법으로 천을 만들 수는 없을까 하는 생각에서 만들어진 것이 합성지와 부직포이다.
합성지의 예로서 스틸렌 페이퍼는 발포제(發泡劑)를 가한 폴리에틸렌 수지(발포비이스)를 필름 모양으로 성형(成型)하여 만든 것이다. 성형을 할 때 발포제가 일제히 기화(氣化)하여 필름에 불균일성을 준다. 이와 같이 해서 만든 필름은 미세한 플라스틱포(泡)의 모임을 부순 것처럼 되어 있기 때문에 불투명하고 부드러우며 끈기가 있어 종이 대용으로 쓰인다. 또 거품이 연속되도록 발포시키면 통기성을 가지게 할 수도 있다. 현재 스틸렌 페이퍼는 인쇄용 종이로서보다 그 특징을 살려 1회용 음식그릇 등으로 가공하여 사용하는 것이 보통이다.
부직포(不織泡)는 합성 고분자의 짧은 섬유(短纖維)를 얽히게 하고 적당한 풀로 접착시켜, 종이와 같은 제법을 통해 2차원의 면을 만들려고 하는 것이다. 짧은 섬유를 서로가 얽히게 드럼에 불어 넣어 랜덤웹(random web)를 만든다(〔그림〕－2). 그리고 이것을 메트상(mat 狀)으로 편 후 여러개의 바늘로 꿰뚫어 섬유를 서로 얽혀 붙게 해서 2차원적 평면으로 한다. 그러나 종이의 셀룰로오스처럼 합성섬유가 잘 얽혀붙지 않는다는 점, 적당한 호료(糊料)를 얻기 어렵다는 점 등으로 인해 아직은 천을 대신할 정도까지는 이르지 못하고 있다. 현재로는 양복의 심이나 속감으로서 사용되고 있다.