Printed in Korea
특수섬유를 이용한 보안용지의 개발
정선영1․길상혁2․김영욱3․서영범1†
접수일(2011년 12월 17일), 수정일(2012년 1월 27일), 채택일(2012년 2월 21일)
Use of New Fibers for the Development of Security Paper
Sun-young Jung1, Sang-Hyuk Gil2, Young-Wook Kim3 and Yung-Bum Seo1†
(Received Desember 17, 2011, Received January 27, 2012, Accepted February 21, 2012)
1 충남대학교 농업생명과학대학 환경소재공학과 (Dept. of Bio-based materials, College of Agriculture and Life Sciences, Chungnam National University, Daejeon, 305-764, Korea)
2 무림P&P (Dang-wol-ri, Onsan-eup, Ulju-gun, Ulsan, 689-892, Korea)
3 쌍용C&B (Beonam-ri, Jochiwon-eup, Yeongi-gun, Chungcheongnam-do, 339-804, Korea)
†교신저자 (Corresponding author) : E-mail ; [email protected]
ABSTRACT
Use of security papers for monetary papers, gift certificates, and lottery tickets increases every year. As the use of security papers increase, there are more possibility of counterfeits. In this study, we used unique fibers from the sea to increase the difficulties against counterfeiting. The red algae fibers give opacity as much as calcium carbonates, and have unique shape in length (500~900 μm) and width (1~4 μm) to be discerned from other natural fibers such as wood and cotton fibers. We mixed red algae fibers to wood fibers in a series of fixed ratios to make single and multiply papers for making security papers.
Paper with dyed red algae fibers were also used. Paper made without fillers gave enough opacity for print- ing when red algae fibers were used more than 20% of the fiber furnish. Those properties may allow red algae fibers to be a potential candidate for fiber raw materials of security paper.
Keywords : security paper, red algae fibers, multiply paper, smoothness, opacity
1. 서 론 보안용지의 보안성을 높이는 문제는 과학과 기술이 날로 발전하는 상황 하에서는 항상 새로워져야하고 더
Fig. 1. Shape of red algae fibers
a. Red algae fibers b. Wood fibers Fig. 2. Surfaces of white writing papers made of
two different fibers
a. HwBKP 100% b. HwBKP 80% + red algae pulp 20%
Fig. 3. Surfaces of two different papers made of HwBKP 100%, and HwBKP 80% mixed with red algae pulp 20%
욱 위조가 어려워져야할 것이다. 종이를 매체로 하는 보안용지에 있어서는 보안용지 자체의 보안성과 인쇄 방법에 의한 보안성 부여방법으로 크게 나눌 수 있겠다.
인쇄술의 발달로 더욱 정교해진 위조방지 기술의 덕택 으로 점점 위조가 어려워지기는 하지만, 또 위조기술 자체로 날로 발전되어 항상 긴장하고 예의 주시하지 않 고는 보안영역에 커다란 위험을 초래할 가능성이 있 다.1)
본 연구에 있어서는 보안용지 자체에 위조가 쉽게 발 견될 수 있거나, 위조를 실시하고자 하더라도 실제로 실시하기에는 시설과 장치가 너무 크고, 관련된 기술들 이 복잡하여 포기할 수밖에 없는 보안장치를 실시하는 것을 목표로 하고 있다.2) 즉 보안용지 원지에 새로운 섬 유를 상당량 첨가함으로서 그 섬유의 존재여부와 그 섬 유가 첨가된 보안용지의 특성을 구별함으로서 쉽게 타 용지와 구별되도록 하였다.3) 이러한 보안용지 원지는 상당한 규모의 초지기가 아니면 만들기 어렵고, 만들어 지더라도 적절한 시설이 뒷받침되지 못하면 위조를 위 한 보안용지의 제조가 매우 조악해질 수밖에 없을 것이 다.
본 연구에 사용된 새로운 섬유는 바다의 홍조류에서 추출한 홍조류 섬유이다. 표백 홍조류 섬유는 세계 최 초로 한국의 충남대학교에서 처음으로 개발되어 종이 를 만들게 되었고, 이 홍조류 섬유는 그 모양과 그 특성 이 매우 독특하여, 종이개발에 새로운 지평을 여는 획 기적인 물질로 파악되고 있다.4) 홍조류 섬유의 제조는 먼저 홍조류의 일종인 우뭇가사리를 사용하여 열수추
출로 우무를 제거하고, 나머지 고형분에서 탈색, 표백 시켜 완성하게 된다.5) Fig. 1은 완성된 홍조류 섬유의 모양을 보이고 있으며, 이러한 홍조류 섬유를 100% 사 용하여 만든 백상지의 모습을 Fig. 2에서 목재펄프로 만든 백상지와 비교해서 보이고 있다. 또한 홍조류 섬 유와 목재펄프를 일정량씩 혼합하여 초지하였을 때의 표면사진을 Fig. 3에서 보이고 있다. 이와 같이 홍조류 섬유를 혼합사용하는 종이에는 그 표면이 독특하게 나 타남으로서 타 보안용지들과 비교될 수 있다.
홍조류 섬유는 그 형태적 특성 이외에도 타 섬유와 혼합하여 사용할 때, 평활도의 급격한 증대와 불투명도 의 증대가 매우 특징적이다.4,5) 불투명도의 증대는 매 우 중요한 점인데, 모든 인쇄용지는 뒤비침 현상을 극 복하기 위해 항상 광물성 충전제 혹은 특수한 고급용지 에 유기질 충전제를 사용하기도 한다.6,7) 대부분의 충 전제는 섬유간의 결합을 방해함으로서 불투명도를 증 대시키는 원리를 가지고 있다. 또 충전제의 밀도가 목 재섬유들보다 훨씬 높음으로서 충전제의 사용량 증가 는 원지의 강도저하 및 밀도증가를 함께 가져온다. 반
Ply SwBKP +HwBKP (500csf)
Red algae fibers addition,%
Overall red algae fibers addition,%
Single ply
Single-Control(Control) Single-10 Single-20 Single-30
100 0 0
90 10 10
80 20 20
70 30 30
Multiply
Control Single-10 Single-20 Single-30 Overall red algae fibers addition,%
Multiply-C1 Multiply-C2 Multiply-C3 Multiply-12 Multiply-13
70 30 0 0 3.3
70 0 30 0 6.6
70 0 0 30 9.9
0 70 30 0 13
0 70 0 30 16
Table 1. Red algae fiber mixed handsheets and their multiply handsheets
Ply SwBKP +HwBKP
(500csf)
Red algae fibers
addition,% Red algae, % Single ply
Dye-Single-0.1 (MSingle) 99.9 0.1 0.1
Multiply
Multiply-CM Dye-Multiply-10 Dye-Multiply-20 Dye-Multiply-30
Control* MSingle Single-10 Single-20 Single-30
70 30 0 0 0
0 70 30 0 0
0 70 0 30 0
0 70 0 0 30
(* : SwBKP:HwBKP=3:7, 500csf)
Table 2. Compositions of single and multiply handsheets mixed with dyed red algae fibers.
면에 홍조류 섬유는 불투명도를 증가시키면서 동시에 섬유간의 결합을 촉진시키는 특성이 있으며, 밀도도 일 반 목재펄프와 비슷함으로서 강도증대 및 벌크향상효 과를 지니고 있음으로 매우 독특하다고 할 수 있겠다.8) 본 연구에서는 홍조류 펄프의 이러한 성질을 충분히 이 용하여 보안용지 개발에 유용한 연구 성과를 이룩하고 자 하였다.
2. 재료 및 방법
2.1 공시재료
본 실험에서 사용한 섬유원료는 SwBKP, HwBKP, 홍조류 섬유를 사용하였으며 SwBKP와 HwBKP는 여
수도 500 mL CSF로 고해하여 사용하였다. 염색제는 K 사에서 분양받은 Casulfon black을 사용하였다.
2.2 실험방법 2.2.1 다층지 제조
홍조류를 이용한 보안용지를 제조하기위하여, 먼저 홍조류 혼합종이와 혼합종이의 다층지를 제조하였다.
Table 1은 홍조류 종이의 구성을 나타내고 있다. 홍조 류 혼합지의 표면에는 홍조류 섬유의 존재로 인하여 현 미경으로 측정 시 홍조류 특유의 모양이 나타나게 된다.
이러한 홍조류 섬유를 2-ply 다층지 (multiply) 로 만드 는 경우, 홍조류 섬유 특유의 모양이 다층지의 경우 한 쪽에만 나타나거나, 특정한 방향에 더욱 많거나 적게 된다. 이러한 다층지는 5가지로 제조하였으며, 그 구성
Density (g/cc)
Breaking Length
(km)
Tear Index (mN m2/g)
Folding Endurance
(number)
Smoothness (Bekk) Top Bottom
Before calendering
Control 0.74 5.79 10.29 630 12.3 1.6
Single-10 0.72 5.08 10.22 625 14.8 1.8
Single-20 0.74 4.96 9.90 256 20.4 2.2
Single-30 0.72 4.88 9.59 209 24.7 3.2
Multiply-C1 0.73 6.69 9.97 163 13.0 1.7
Multiply-C2 0.74 5.83 9.38 161 17.9 1.7
Multiply-C3 0.75 5.59 8.88 175 12.2 1.4
Multiply-12 0.75 5.77 9.30 766 26.3 2.7
Multiply-13 0.75 5.53 9.15 1222 39.8 2.4
After calendering
Control 0.84 5.83 11.53 1757 31.9 10.2
Single-10 0.85 5.40 12.36 1602 35.3 13.6
Single-20 0.81 5.32 10.47 1358 78.4 20.5
Single-30 0.81 5.09 10.01 1302 104.6 32.5
Multiply-C1 0.83 6.96 11.61 2087 38.4 16.3
Multiply-C2 0.83 6.03 10.80 1540 51.4 17.2
Multiply-C3 0.83 5.74 10.40 1279 55.0 10.8
Multiply-12 0.84 5.89 10.71 1254 59.4 15.1
Multiply-13 0.84 5.89 10.36 1211 66.7 20.7
Table 3. Single and multiply paper made of the mixture of wood pulp and red algae fiber 은 Table 1에 나타내고 있다.
홍조류 섬유를 염색하여 염료가 번지지 않도록 조절 하고, 이와 같은 방법으로 염색된 검은색 홍조류 섬유 를 일정량 첨가하여, 종이의 백색도가 전혀 영향을 받 지 않도록 조절된 보안용지를 개발하였다.9,10) 또 이러 한 염색 섬유가 포함된 종이를 홍조류가 섞인 지료와 함 께 다층지로 제조하였다. 한 면은 염색된 독특한 모양 의 홍조류 섬유들이 보안유지를 위해 존재하고, 다른 면은 백색의 홍조류 섬유들이 일정량씩 포함되어 보안 기능과 평활도 증대, 불투명도 증대에 역할을 하는 종 이가 개발되었으며, 그 구성을 Table 2에 나타내었다.
2.2.2 종이 물성 분석
제조한 수초지를 TAPPI Standard T402 om-88에 따 라 24시간 조습처리한 후 TAPPI Test Methods에 의거 하여 칼렌다링 전․후의 인장강도, 내절도, 인열강도, 평 활도, 백색도, 불투명도를 측정하였다.
3. 결과 및 고찰
3.1 홍조류 섬유를 포함한 보안용지의 물리적 성질
샘플들의 물리적 성질을 Table 3과 Table 4에 나타내 었다. Table 3에서 보면 칼렌다링 후의 열단장과 인열 지수, 내절도에는 적은 변화가 보이지만 평활도에 있어 서는 매우 커다란 변화가 있음을 알 수 있다. 이와 같이 홍조류의 첨가는 종이의 물리적 성질에 변화를 주지 않 으면서 보안적인 성질을 부여하고, 인쇄용지에 필요한 평활도를 현저히 증가시키는 효과를 나타내고 있다
Table 4는 염색섬유가 일부 들어간 보안용지들의 관 계를 나타내고 있다. 역시 물리적 성질에는 작은 변화 들이 있음을 알 수 있고, 평활도는 홍조류 섬유의 첨가 량이 커질수록 더욱 평활도가 향상되는 것을 볼 수 있 다.
Density (g/cc)
Breaking Length
(km)
Tear Index (mN m2/g)
Folding Endurance
(number)
Smoothness (Bekk) Top Bottom
Before calendering
MSingle 0.76 6.55 9.57 533.50 10.08 1.78
Multiply-CM 0.76 6.65 8.96 126.13 12.10 2.25
Dye-Multiply-1 0.72 5.73 9.17 119.88 12.73 1.90
Dye-Multiply-2 0.75 5.56 8.70 105.60 12.30 2.20
Dye-Multiply-3 0.75 5.40 8.23 220.00 23.53 2.55
After calendering
MSingle 0.86 6.93 10.15 560.38 48.50 15.76
Multiply-CM 0.83 7.15 10.55 467.43 45.90 16.46
Dye-Multiply-1 0.86 6.82 10.74 607.00 51.43 25.89
Dye-Multiply-2 0.85 6.51 9.86 687.63 71.80 28.59
Dye-Multiply-3 0.86 6.24 9.57 525.38 78.60 25.70
Table 4. Single and multiply papers mixed with dyed red algae fiber
Red algae fiber
addition (%) Opacity (%)
Control 0 87.23
Single-10 10 89.56
Single-20 20 91.19
Single-30 30 93.62
Multiply-C1 3.3 88.38
Multiply-C2 6.6 89.01
Multiply-C3 9.9 88.33
Multiply-12 13 90.70
Multiply-13 16 91.52
Table 5. Opacity of sample papers
Fig. 5. Bekk smoothness of red algae containing papers after calendering
Fig. 4. Bekk smoothness of red algae containing papers before calendering
3.2 홍조류 섬유를 포함한 보안용지의 광학 적 성질
홍조류 섬유가 20% 이상 첨가된 종이의 불투명도는 95% 이상이 되므로 더 이상 불투명도의 증대를 위해 충 전제를 첨가할 필요가 없다. 광물성 충전제나 합성 고 분자 충전제가 포함되지 않은 불투명한 보안용지는 세 계 최초로 판단된다.
불투명도의 경우 Table 5에 나타내었다. 불투명도 증가는 충전제의 사용 없이는 불가능하지만 본 연구에 서는 가능함을 나타내 보이고 있다. Fig. 6에서는 Table 5에 나타난 홍조류 섬유의 첨가량과 불투명도의 증가 에는 직선적인 관계가 있음을 나타내 보이고 있다. 특
Fig. 6. Relationship between the amount of red algae fiber addition vs. opacity of paper samples
a. 10% Red algae fiber b. 30% Red algae fiber Fig. 9. Surfaces of multiply paper containing red
algae fibers in different amount : (a) 10% RAF, (b) 30% RAF
a. SwBKP + HwBKP b. 30% Red algae fiber Fig. 8. Surfaces of multiply paper containing red
algae fibers on only one side
a. Control b. Single-10
c. Single-20 d. Single-30 Fig. 7. Papers mixed with 0, 10, 20, and 30%
of red algae fibers
별히 Single-20 과 Single-30 샘플들은 불투명도가 매 우 높아서 충전제를 전혀 사용하지 않아도 뒤비침 방지 효과가 충분한 것으로 판단된다.
3.3 홍조류 섬유를 첨가한 보안용지의 표면 형태
홍조류 섬유들이 종이의 표면에 나타난 모습으로 보 안용지의 구별이 가능한 것으로 판단되었다. 먼저 single ply 인 Control 과 Single-10, Single-20, Single-30 샘플들의 표면사진 모습을 Fig. 7에 나타내었다. Fig.7 에서 보듯이 홍조섬유들의 독특한 모습들이 첨가량에
따라 사진에 잘 나타나 있다. 이러한 홍조류 섬유들은 보안용지에 보안성을 높여주었고, Single-20 과 Single-30 의 경우 홍조류 섬유가 제공하는 형태적 보 안성 이외에도 충전제를 사용하지 않아도 충분한 불투 명도를 제공하고 있었다. 충전제를 전혀 사용하지 않 는 보안용지의 개발은 최초일 것으로 판단된다.
다층지를 만드는 경우 홍조류의 특징들을 좀 더 극적 으로 나타낼 수 있을 것이다. Fig. 8은 Multiply-C1, Multiply-C2, Multiply-C3 중에서 Multiply-C3의 앞 면과 뒷면을 보이고 있다. 한쪽 면과 다른 쪽 면이 분명 히 다르게 나타나므로, 위조가 매우 어려운 특징을 보 일 수 있을 것이다. Fig. 9 은 Multiply-12, Multiply-13 중에서 Multiply-13 의 앞면과 뒷면을 보이고 있다. 샘 플의 앞, 뒷면 사이에는 홍조류 섬유의 함량차이가 나 타나므로 역시 위조에 어려움을 초래할 수 있게 될 것이 다.
3.4 염색된 홍조류 섬유를 첨가한 보안용지의 표면 형태
홍조류 섬유에 염색을 실시하여 소량 첨가하는 경우
a. No red algae fibers +dyed fiber b. Red algae fibers + dyed fiber
Fig. 11. Dyed red algae fibers on both sides, but no addition of red algae fibers in one side (Dye-Multiply-30 in Table 2, x300)
a. No red algae fibers + no dyed fiber b. No red algae fibers + dyed fiber
Fig. 10. Dyed red algae fiber in one side, and no red algae fibers in the other side (MSingle in Table 2, x300)
(>0.05%), 종이의 색상이나 백색도에 전혀 영향을 미 치지 않았으며, 다만 현미경으로 확인 하는 경우 홍조 류 섬유의 독특한 모습들이 나타남을 확인 할 수 있었 다. Fig. 10은 Table 2의 MSingle 에서 쉽게 포착된 홍조 류의 모습이며, Fig. 11은 Multiply-CM, Dye-Multiply- 10, Dye-Multiply-20, Dye-Multiply-30 중에서 Dye- Multipy-30의 앞, 뒷면을 보이고 있다.
4. 결 론
홍조류 섬유를 이용하여 보안용지의 보안성을 높이 는 연구를 진행한 결과 다음과 같은 보안용지들의 개발
이 가능함을 확인하였다.
* 홍조류 섬유들은 그 길이와 폭이 타 섬유들에 비해 매 우 독특하여 홍조류 섬유들이 소량 들어있기만 하여 도 현미경적으로 타 용지들과 구별될 수 있는 특징이 있었다.
* 홍조류 섬유의 불투명성을 이용하여 충전제가 들어 가지 않은 독특한 보안용지의 개발이 가능하였다.
* 다층지에 홍조류 섬유를 이용하는 경우 한 쪽과 다른 쪽에 홍조류 섬유를 넣거나 넣지 않는 방식이 가능하 였고, 혹은 서로 다른 양을 넣어줌으로서 그 구별이 분명히 나타날 수 있도록 하는 것이 가능하였다.
* 홍조류 섬유에 독특한 염색을 실시하여 매우 적은 양
을 투입하는 경우, 보안용지에 독특한 섬유의 모습이 나타남으로서 타 용지와 구별될 수 있는 보안성을 제 공할 수 있었다. 이 때 보안용지의 색상이나 백색도 의 변화는 전혀 감지되지 않았다.
홍조류 섬유를 이용하는 경우 상기와 같은 보안성위 에 보안용지의 종이로서의 특성을 우수하게 만드는 특 성이 제공되었다. 즉 보안용지의 강도가 높아지며, 평 활도가 현저히 증대됨으로서 인쇄성의 개선이 예상되 었다.
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