STEAM R&E 연구결과보고서
(갈조류 펄프 제작 및 그 활용 방안 연구)
2015. 11.
가림고등학교
< 연구결과 요약 >
과 제 명
갈조류 펄프 제작 및 그 활용 방안 연구
연구목표
○ 목재 대체 원료로써 다시마를 사용하여 종이를 제작한다.
○ 다시마 종이의 특성을 탐구하고 목재 펄프와 다른 기능성을 갖고 있는지 의 여부를 확인하여 그 활용 방안을 제시한다.
연구방법
‣과제 1) 다시마 초지 자체 제작(1차)
종이 제작 과정에 대한 이론을 공부하고 제작 과정에 따라 그 원리를 적용하여 학교에 있는 실험도구들을 사용하여 직접 종이를 제작해보았다.
‣전문가 자문(국민대학교 임산생명공학과 제지공정․환경분석 실험실) 학교 실험실에서 종이를 제작하기에는 그 공정 과정의 정확성이 미흡하여 종이의 성질을 분석해볼 수 있는 표준화된 종이 제작이 어려워 전문가의 조언과 실험기구들을 대여하여 종이를 제작해보기로 하였다. 이를 위해 국민대 임산생명공학과 교수님과 제지공학 실험실의 도움을 받았다.
‣과제 2) 다시마 초지 제작(2차)
① 증해 과정을 거치지 않은 다시마와 목재 펄프를 비율별로 혼합하여 초지 제작(다시마:목재 = 0:10, 2:8, 4:6, 5:5, 6:4)
② 증해 과정을 거친 다시마와 목재 펄프를 비율별로 혼합하여 초지 제작 (다시마:목재 = 0:10, 4:6, 5:5, 6:4)
‣과제 3 ) 제작한 초지의 특성 파악
제작한 종이의 특성을 파악하기 위해서 두께, 질량, 투기도(Porocity), 인장 강도(Tensile Strength), 인열강도(Tearing resistance), 내절도(folding endurance), 파열강도(disruptive strength) 등과 같은 물성 측정, 현미경 관찰, 흡수도 측정, 항균성 검증을 진행하였다.
‣과제 4) 다시마 초지의 활용 방안 탐구
과제 3)의 실험 결과를 분석하여 다시마 종이의 특성이 목재 펄프와 다른 기능성을 갖고 있는지 확인하고 그 활용방안을 토론해보았다.
연구성과
다시마 초지 제작 과정에서 다시마 100%만으로는 종이를 제작할 수 없다 고 판단, 목재펄프를 혼합하여 종이를 제작하기로 하였다.
증해의 유무에 따라 각각 같은 비율로 종이를 제작한 결과 둘 다 다시마의 함량이 증가할수록 두께가 얇아지고 그 무게 또한 감소하는 경향을 보였다.
증해를 거친 종이의 경우 인장지수, 내절도, 파열지수가 높은 경향을 보였고 증해를 거치지 않은 종이의 경우 투기도와 인열지수가 높은 경향을 보였다.
항균성 실험에서 증해 과정을 거치지 않은 다시마 종이가 항균성을 가지고 있다는 결론을 내렸으며, 다른 특징들과 종합하여 판단해볼 때 음식포장용 기로 사용할 수 있는 가능성이 있다고 판단하였다.
주요어 (Key words)
갈조류, 다시마, 펄프, 종이, 제지공학
1. 개요
□ 연구 동기 및 목적
기후 변화와 온난화를 주제로 대제전을 준비하면서 지구 온난화의 심각성을 알게 된 우리 는 그 배경에 대한 조사를 하던 중 지구 온난화의 가장 큰 주범은 CO2이며, 이는 화석연료의 사용뿐만 아니라 파괴되는 열대우림에 의해 크게 증가하고 있음을 알 수 있었다.
또한, 열대 우림 파괴의 주된 원인은 대량으로 이루어지고 있는 벌목이며, 벌목되는 원목은 현재 산업 분야에서 42%가 펄프 제작에 사용되고 있었다.
펄프는 종이의 주원료로써 우리가 사용하고 있는 종이가 열대 우림의 파괴를 주도하고 있다는 결론을 내리게 되었다. 종이를 제작에 이용되고 있는 펄프 90%는 목재 펄프로 나무가 주원료지만 펄프의 주성분이 셀룰로오스로 꼭 나무가 아니더라도 섬유질을 통해 만들어질 수 있음을 알게 되었다.
따라서 우리는 이러한 자료조사를 토대로 하여 지구 온난화 방지를 위해 목재 대체 원료 탐색 및 종이 제작에 대한 연구를 진행하기로 하였다.
2. 연구 수행 내용
□ 연구주제의 선정
세계적으로 하루에 사용되는 종이의 양은 100만 톤에 이르고, 전 세계에서 하루 소비하는 종이를 생산하기 위해서는 1200만 그루의 나무가 베어져야 한다고 한다. 따라서 종이의 원료로 쓰이고 있는 나무를 얻기 위해 원시림들이 파괴되고 그 피해는 고스란히 다시 우리에 게 전해지고 있다.
기존에는 펄프의 주성분이 셀룰로오스이므로 셀룰로오스를 원료로 가져올 수 있는 초본류 에서 펄프를 제작하는 과정이 많이 연구되다가 2009년 세계 최초로 우리나라에서 홍조류(우 뭇가사리)를 이용해 펄프를 만드는데 성공하였고 현재 특허 출원되어 상용중이다. 반면 우리 나라 우뭇가사리는 종이를 제작하기 위해 그 크기 등에서 적합하지 않고 양식양도 적다.
따라서 현재 홍조류의 이용을 위한 우뭇가사리는 해외 양식장을 이용하여 양식하고 원료를 공급받고 있다.
그에 반해 우리나라 해조류 양식은 다시마의 생산량이 약 65%로 가장 많으며 김(약15%), 미역(약18%), 톳(약2%)로 주로 갈조류의 양식에 국한되어 있다. 대부분의 해조류는 식용으로 몸체 자체를 먹는 반면, 다시마는 주로 국물용으로 사용되며 국물을 내고난 다시마 몸체는 버려지는 경우가 많다. 다시마의 약 9.8%는 섬유소로 구성되어 있어 종이를 제작하기 위한 셀룰로오스를 함유하고 있는 데다가, 우리나라에서도 자체적으로 원료를 공급할 수 있을 뿐만 아니라 버려지는 폐자원을 재활용할 수 있다는 점에 주목하여 우리는 연구의 목재 대체원료로써 다시마를 선정하였다.
또한, 다시마 종이의 물성을 측정하여 종이로써의 가치를 판단한 후, 다른 종이들과 차별되 는 특성을 이용할 수 있는 활용방안을 탐색하는 것 또한 연구의 목표로 하고 있다.
□ 이론적 배경 및 선행 연구
○ 이론적 배경
가. 셀룰로오스
분자식 (CHO). 고등식물의 세포벽의 증요 성분을 구성하는 당류. 섬유소(纖維素)라고도 한 다. 펄프의 원료인 목재는 약 40~50%의 셀룰로오스를 함유한다. 목재를 원료로 할 때는 셀룰로 오스 이외에 다량의 리그닌(20~30%)·헤미셀룰로오스(10~30%)를 함유하므로 리그닌은 염소 가스 또는 이산화염소로 염소화하여 아황산나트륨 또는 에탄올아민에 용해시키고 또 헤미셀룰 로오스는 알칼리로 추출하여 제거한다. 셀룰로오스 섬유의 강인성은 주로 결정영역에, 유연성 과 팽윤성은 주로 무정형 영역에 의한 것이다.
나. 다시마
다시마속 식물은 태평양 연안에 20여 종이 자라고 있으며 옛날부터 한국을 비롯하여 일본·중 국에서 식용해왔다.
다시마에는 탄수화물과 세포벽의 성분인 알긴산이 많이 들어 있고, 요오드·비타민 B2·글루탐 산 등의 아미노산이 들어 있다. 성분은 종류에 따라서 다르지만, 대체로 수분 16%, 단백질 7%, 지방 1.5%, 탄수화물 49%, 무기염류 26.5% 정도이며, 탄수화물의 20%는 섬유소이고 나머지 는 알긴산과 라미나린 등 다당류이다. 특히 요오드·칼륨·칼슘 등 무기염류가 많이 들어 있으므 로, 다시마를 조금씩 자주 먹는 것은 무기염류의 공급을 위해서 좋다. 다시마에 들어 있는 라미닌이라는 아미노산은 혈압을 낮추는 효과가 있다.
○ 선행 연구
가. 다시마 종이 제작 가능성 탐구 선행 실험 1) 선행 실험 과정
① 28% 농도의 과산화수소 100mL, 물 400mL 와 다시마 35g을 넣고 20분간 끓여 표백한다.
② 약 30분정도 식힌 후 다시마를 건져내어 흐르는 물에 3회 세척한다.
③ 다시마를 막자사발로 빻은 후 얇게 편다.
④ 얇게 편 다시마를 건조기에 섭씨 55도의 온도로 약 3시간 동안 건조시킨다.
[표백과정] [세척하기] [막자사발로 빻는 모습]
2) 다시마 종이 제작 가능성 탐구 결과
=> 다시마의 섬유소가 펄프로 이용되어 종이가 만들어질 수 있는 가능성을 알 게 되었다.
나. 관련 선행 연구 조사
○ 박영규(2009), 홍조류를 이용한 고밀도지 제조 연구
=> 홍조류(우뭇가사리) 펄프를 만드는 과정을 연구한 논문으로 그 제작과정이 자세히 서술되어 있다.
=> 선생 실험에서 과산화수소 표백으로도 충분히 표백이 가능 했으므로 본 연구에서 오존표백공정과 그를 위한 전처리 공정은 생략하고 이산화염소 표백과 과산화수소 표백만 실시하기로 하였다.
=> 초지를 제작하여 그 물성을 비교할 때는 평량을 통제 변인으로 두어야 하며 이를 위해 TAPPI Standard 원형수초기를 이용하지만 기계를 이용할 수 없는 경우 탈수와 압축과정을 룰러나 프레스 등을 이용하고 일반 종이 뜰채를 이용하여 제작이 가능하다.
○ 유학철(2010), 해조류이용 펄프 등 생산을 위한 해외 양식적지 선정 및 종자 선택연구
=> 홍조류 펄프를 제작한 후 그 물성과 광학적 성질을 측정하는 방법이 자세히 서술되 어 있다.
□ 연구 방법
문헌조사
➡
다시마 초지 제작(1차)
➡
전문가 조언➡
다시마 초지 제작(2차)
➡
다시마 초지 특성
탐구
➡
다시마 종이 활용방안
논의
□ 월별 연구 진행 과정
주요 활동 5월 6월 7월 8월 9월 10월 11월 주제 선정을 위한 탐색
주제 선정을 위한 선행 실험 자료 수집 및 문헌 조사 실험 방법 조사
실험에 사용할 방법, 기기 선정 실험 준비물 준비
연구 과제 1 (다시마 초지 자체 제작)수행 전문가 섭외 및 기기 대여 기관 조사 연구 과제 2 (다시마 초지 제작) 수행 연구 과제 3 (제작한 초지의 특성 탐구)수행 연구 과제 4 (다시마 종이의 활용 방안 탐구)수행 결과 정리 및 분석
보고서 작성 발표 준비
□ 연구 과정 및 결과
◯ 다시마 초지 자체 제작
가. 연구 과정
선행연구에서 확인한 펄프와 초지 제작방법의 원리를 이용하여 종이 제작 과정에 따라 종이를 직접 제작해 보았다.
종이 제작 과정 원리 우리의 실험 과정
이물질 제거 염분 및 이물질 제거 물에 담궈 여러 번 반복적으로 씻어 줌 증해 다른 물질을 분해시키고 섬유소만 분리 물에 3시간 끓임 해리 분리된 섬유소를 잘게 잘라줌 믹서기로 갈기 분급 크기별로 분류하여 해리되지 않은 큰
조직을 분리해 줌
종이 뜨기 틀에 놓고 일정한 힘을 주어 여러
번 흔들어 줌 초지뜨기 평량에 따라 규격화된 종이 초본 뜨기 평량을 계산하여 틀에
놓고 얇게 펴 줌 건조 및 압착 고온, 고압으로 수분 제거 룰러로 밀고 다리미로
눌러 줌 조습 종이에 남아있는 수분을 제거 건조시킴 자연 건조 1) 염분 및 이물질 제거
약 24시간 정도 깨끗한 물에 담궈 놓아 원료가 충분히 팽윤되도록 한 후 흐르는 물에 여러 차례 세척한다.
2) 점액성 다당류 제거(증해)
다시마를 3시간 동안 끓여 점액성 다당류를 제거한 후 세척한다.
3) H2O2 표백
H2O2에 물과 다시마를 넣고 pH12~13정도로 조절하기 위하여 NaOH을 투입한다.
그 후 냄비를 이용하여 20분간 끓인다.
4) 해리
표백한 다시마의 껍질을 벗겨내고, 믹서기를 이용해서 입자를 곱게 만들어 다시마 펄프를 만든다.
5) 분급 및 초지 뜨기
종이 틀에 만들어진 펄프를 놓고 물 안에서 여러 번 흔들어 분급한 후 손수건을 깔고, 그 위에 다시마 펄프 또는 다시마, 닥 혼합 펄프를 고르게 편다.
6) 압착 및 건조, 조습
다리미를 이용해서 압착 후 건조기를 이용해서 건조시킨다.
▲ 다시마 초지 자체 제작 과정
나. 연구 결과
다시마 100% 다시마 80% + 닥 20%
다시마 100%로 자체적으로 제작한 종이에 몇 가지 문제점이 있음을 알 수 있었다.
1) 일반적으로 통용되는 평량을 적용시킬 수 없었다.
보통 종이를 제작할 때는 60g~80g/m의 평량을 맞추어 종이를 제작한다. 따 라서 평량대로 우리가 만든 펄프로 종이를 제작하기 위해서는 약 2g의 펄프가 필요하다. 하지만 그 양을 가지고는 총이 반 장도 채 제작하지 못하였고 실질적 으로 종이 한 장을 제작하는 데에 약 15g의 펄프를 사용하였다. 이를 평량으로 계산하면 약 450g/m이다.
2) 전문적 기기의 부족으로 인한 한계점이 있었다.
종이를 제작하는데 있어서 최대한 기계의 힘을 빌리지 않고 자체적으로 제작 하고자 해리기의 원리를 적용하여 믹서기를 사용하였고 press기의 원리를 적용 해 다리미와 룰러로 사용하는 등의 노력을 하였다. 하지만 이와 같은 과정에서 한계점이 드러났다. 믹서기로는 완전한 해리가 불가능 하여 다시마가 여전히 뭉 쳐저 있는 모습이 관찰되었고 다리미와 룰러로는 완전하게 평평한 모습으로 종 이를 펴서 제작할 수 없었다.
3) 일상생활에서 사용되는 종이와는 상당히 다른 특성들을 가지고 있었다.
일반적으로 우리가 사용하는 종이는 불투명하고 빳빳함 등의 특징들을 가지고 있다. 하지만 다시마 초지의 경우 투명한 색을 띠고 있었고 만져보았을 때 미끌 미끌하고 종이가 아닌 튀각같다는 생각이 들었다. 또한 그 강도가 매우 약하였 기 때문에 앞서 말했던 것처럼 종이를 떼어내는 과정에서 찢어지고 말았고 그 뿐만 아니라 조금의 힘만 줘도 쉽게 바스라지는 결과가 발생하였다.
이러한 문제점을 해결 하기 위해 제작한 닥 펄프 혼합 초지 역시 많은 문제점 이 있었다.
닥펄프의 경우에는 다시마 100%보다는 적은양의 펄프를 사용하였지만 이 역 시 평량으로 계산하면 약 315g/m의 펄프가 사용되었다. 또한, 다시마의 양을 닥 펄프의 양보다 더 많게 하여 혼합하였으나 제작된 종이의 결과는 닥펄프의 모습밖에는 보이지 않았다.
◯ 전문가 자문
(국민대 임산생명공학과 제지공정․환경분석 실험실) 가. 연구 과정학교에서 자체적으로 초지를 제작하는 데에는 어려움이 있음을 느끼고 이를 해 결하기 위해 종이 관련 협회, 대학에 대해 알아보던 중, 통학이 가능한 거리에 있는 국민대학교 임산생명공학과에 제지공정 · 환경 분석 연구실이 있다는 것 을 알게 되었다. 우리는 해당 학과 교수님께 우리의 연구와 현재 마주한 문제점 등에 대한 자문을 구하는 내용의 이메일을 보내 연락을 했고 그 결과 연구실로 부터 자문을 받을 수가 있었다.
나. 연구 결과
국민대학교에서 자문을 받은 내용은 다음과 같다.
1) 종이를 제작하는 과정의 순서에 있어서 오류가 발생하였다.
일반적으로 제지를 공정하는데 있어 가장 먼저 증해를 통해 펄핑 과정을 거치 고 해리한 후 표백과정을 거치게 되는데 우리는 표백을 먼저 실시하고 그 후 해 리의 과정을 거쳤기 때문데 전반적인 실험과정에서 오류가 발생하였다.
2) 전문적인 기기의 부족이었다.
제지를 공정하기 위해서는 증해기, 해리기, 수초지기, 압착기 등의 기기들이 필 요한데 그 기기들의 원리를 이용하여 종이 뜰채를 사용하거나 룰러를 이용하였 지만, 이러한 방식에는 한계가 있다는 점이었다.
이와 같은 자문을 통해 실험 방법에 있어서 대대적인 수정과정을 거치게 되었 고, 전문 기기 부족과 같은 문제를 해결하기 위해서 교수님의 도움으로 국민대 학교 제지공정 실험실에서 연구를 진행할 수 있게 되었다.
◯다시마 초지 제작
가. 연구 과정
1) 목재 펄프와 다시마 펄프의 제작 - 대조군: 목재 펄프(침엽수 : 활엽수 = 7 : 3)
- 실험군: 증해를 거치지 않은 다시마 펄프(다시마:목재 = 0:10, 2:8, 4:6, 5:5, 6:4) 증해를 거친 다시마 펄프(다시마:목재 = 0:10, 4:6, 5:5, 6:4)
증해 -> 해리 -> 분급(Screen)
가) 증해
증해는 알칼리성 수용액을 첨가해 삶아서 비섬유상 물질을 용해 제거해 섬유소 만 분리하는 공정이다. 자세한 과정은 다음과 같다.
➀ 건조된 다시마 100g을 증해기에 넣는다.
➁ 수산화 나트륨 10%용액을 100ml넣는다.
➂ 1시간 30분동안 증해를 시킨다.
▲ 증해 기계와 증해 된 다시마
나) 해리
해리는 분자가 그 분자를 구성하고 있는 각각의 원자나 이온보다 작은 분자로 나뉘는 현상을 의미하며, 침엽수, 활엽수, 다시마를 각각 30000번씩 해리하여 사 용하였다.
▲ 해리 과정과 해리된 다시마
다) 스크린 (Screen)
다시마의 경우 스크린을 이용하여 미해리 섬유와 이물을 제거하고 크기에 따 라 분급을 하였다. 스크린은 펄프의 정제 공정에 있어서 펄프에 섞여 있는 이물 을 흔들어 분리하는 장치로, 홀 타입의 와이어를 이용하였다.
▲ 스크린(Screen) 과정
2) 다시마 초지 제작
펄프 혼합 -> 초지 뜨기 -> 건조 및 압착 -> 조습 처리
가) 다시마 펄프와 목재 펄프의 혼합
증해를 거치지 않은 다시마 초지 다시마 (함유율 100%, 60%, 50%, 40%, 20%), 증해를 거친 다시마 초지 다시마 (함유율 100%, 60%, 50%, 40%, 20%) 를 각각 제작하였다. 다시마 함유율 80% 초지의 경우 탈수과정에 문제가 있어 제작하지 못하였다. 펄프 혼합을 위한 농도 계산에 사용된 식과 과정은 이와 같다.
용매처음에 뜬 용액의 무게
용질 거름종이 위에 남은 무게
× 농도
➀ 스티어링 (Stirring) ➁ 용액의 무게 측정 ➂ 아스피레이터로 용액 거름
➃ 전자레인지를 이용해 수 분 제거
⑤ 거름종이 위에 남은 용
질 무게 측정 ⑥ 농도 계산
나) 수초지기를 이용하여 초지 뜨기
수초지기는 종이를 제작할 때 사용되는 기구로써 물을 넣어 펄프를 균일하게 펴 종이를 뜨는 기구이다. 우리는 TAPPI Standard 사각수초기를 이용하여 초지 를 제작하였다.
➀ 물 채우기 ➁ 펄프 넣기 ➂ 물빠지기 기다리기 ➃ 함습지 올리기 ⑤ 밀기
다) 건조 및 압착
건조기에 넣어 압착하며 건조하고, 프레스기로 5분 동안 수분을 물리적으로 열 압착 건조한다. 그 후 압착된 종이를 다시 건조기에 넣어 건조하며 압착한다.
▲ 건조기와 프레스기
라) 조습 처리
습도 50% 온도 23℃의 조건에서 초지를 조습 처리 하였다.
나. 연구 결과
1) 증해를 거치지 않은 다시마 초지 제작 결과
비율 다시마 0% 다시마 20% 다시마 40% 다시마 50% 다시마 60%
제작한 초지
=> 초지에 포함된 다시마의 비율이 높아질수록 초지의 색이 진한 초록색에 가까워 지며, 두께가 점차 얇아짐을 느낄 수가 있었다.
2) 증해를 거친 다시마 초지의 제작 결과
비율 다시마 20% 다시마 40% 다시마 50% 다시마 60%
제작한 초지
=> 증해를 거친 초지는 대체적으로 흰색에 가까운 연초록빛을 띄었으며, 초지에 포함된 다시마의 비율이 높아질수록 두께가 얇아짐을 느낄 수가 있었다.
◯제작한 초지의 특성 탐구
가. 연구 과정
제작한 다시마 초지의 여러 특성을 측정하여 목재 초지와 비교하여 어떠한 장 단점을 지니는지 알아보았다. 또한, 증해를 거친 초지와 거치지 않은 초지의 특 성을 비교하였다.
▲ 물성 측정
1) 물성 측정
측정한 물성과 기계, 측정 내용은 다음과 같다. 질량을 이용하여 평균 평량을 구하였으며, 두께와 질량을 이용하여 각 초지의 밀도를 계산하였다. 또한 인장강 도, 인열강도, 파열강도는 각 수치를 평균 평량으로 나누어 인장지수, 인열지수, 파열지수로 나타내었다.
물성 측정 기계 측정 내용
두께
L&W 사의 Micrometer 51
한 종이 당 5번의 측정을 하여 평균을 계산한다.
질량
Precisa 사의 XT 220A
제작한 초지의 질량을 소수점 4째 자리까지 측정 한다.
투기도 (Porocity)
L&W 사의 투기도 측정기
종이에 공기를 투과 시켰을 때 1분에 통과하는 공기의 양을 측정 한다.
인장강도 (Tensile Strength)
L&W 사의 인열강도 측정기
양 끝으로 종이를 당겨 종이가 끊어지는 시점의 힘을 분석하여 측정 한다.
인열강도 (Tearing resistance)
L&W 사의 인열강도 측정기
종이 가운데에 힘을 주어 종이가 찢어지는 시점의 힘을 측정한다.
내절도 (folding endurance)
L&W 사의 내절도 측정기
일정한 인장력 하에서 몇 번의 접힘을 견딜 수 있는 가를 측정 한다.
파열강도 (disruptive
strength)
L&W 사의 파열강도 측정기
초지의 특정한 면적에 균일하게 수직으로 작용하는 압력을 터뜨렸을 때 저항하는 힘을
측정 한다.
2) 현미경 관찰
100배, 250배 배율의 현미경을 이용하여 제작한 종이 표면의 섬유 모습과 다 공성 구조를 관찰한다.
▲ 현미경 관찰
3) 흡수도 측정 가) 클렘 흡수도
클렘 흡수도는 종이의 아래 끝을 수직으로 물 속에 담갔을 때, 모세관 현상에 의해 10분간 물이 상승한 높이를 의미하며, 측정 방법은 한국 산업 규격에서 지 정한 ‘종이 및 판지-흡수도 시험 방법 (클렘법)’을 따른다. 자세한 과정은 다음과 같으며, 총 3번을 진행하여 평균을 계산하였다.
➀ 장치는 수평으로 조절한다.
➁ 매다는 장치에 측정할 종이를 매단다.
➂ 담금 용기에 증류수를 넣고 장치를 내린 후 바로 초시계를 작동 시킨다.
➃ 10분 후 상승한 물의 높이를 측정한다.
나) 잉크 번짐 측정
종이 위에 50㎕의 잉크를 마이크로 피펫을 이용하여 떨어뜨리고 잉크가 마른 후에 잉크의 번짐 정도를 확인한다.
▲ 클렘 흡수도 ▲ 잉크 번짐 측정
4) 항균성
항균성이 있는 것으로 알려진 다시마로 제작한 다시마 초지의 항균성을 알아 보기 위한 실험을 진행하였다. 사용한 균주는 E.coli(대장균)이며, 사용한 배지는 TSA배지이다. 모든 실험도구는 소독 후 사용하였다.
① 시료를 증류수에 침지시킨 후 섭씨 105도씨의 오븐에서 건조시켜 전처리한다.
② 교반한 E.coli 100㎕를 TSA배지에 접종시키고 루프를 사용하여 도말한다.
③ 배지에 종이 5조각을 올려놓는다.
④ 배지를 섭씨 37도씨 항온기에 보관한다.
▲ 항균 실험 과정
나. 연구 결과 1) 물성 측정
▲ 밀도 ▲ 투기도
▲ 인장 지수 ▲ 인열 지수
▲ 내절도 ▲ 파열 지수
증해를 거친 다시마 초지의 경우 초지에 포함된 다시마의 비율이 높아질수록 밀도 역시 높아짐을 보였으며, 다시마 비율 40%이상에서는 목재 초지보다 높은 밀도를 보였다. 이에 비해 증해를 거치지 않은 초지는 다시마의 비율이 높아질 수록 밀도가 낮아짐을 보였다.
증해를 거치지 않은 초지의 투기도는 목재초지나 증해를 거친 초지보다 훨씬 낮게 측정되었으며, 증해를 거친 초지의 투기도는 20%를 제외하고는 목재 초지 보다 높은 수치를 기록했다.
인장지수는 20%의 증해를 거치지 않은 초지가 매우 높은 값을 기록했고, 60%
초지를 제외한 초지에서 증해를 거치지 않은 초지가 더 높은 값을 기록했다.
증해를 거치지 않은 초지는 다시마의 비율이 높아질수록 인열 지수가 낮아졌으 나, 대체로 목재 초지보다 높은 값을 기록했으며, 증해를 거친 초지는 모두 목재 초지보다 높은 값을 기록했으며, 다시마 비율이 높아질수록 인열지수도 높아짐 을 보였다.
증해를 거치지 않은 초지는 모두 목재 초지보다 매우 높은 값을 기록했다. 특 히 40%의 다시마 초지는 80.3으로 매우 높은 값을 기록했다. 증해를 거친 초지 는 내절도 값이 5이하로 계속 측정되어 유효하지 않은 것으로 판단되어 그래프 에 나타내지 않았다.
파열강도는 증해를 거치지 않은 다시마 20%, 40% 초지를 제외한 다른 초지는 모두 목재 초지보다 낮은 값을 기록했다. 20%와 40%에서는 증해를 거치지 않은 초지가 증해를 거친 초지보다 높은 값을 기록했으나, 그 이상의 비율에서는 증 해를 거친 초지가 미세하나 더 높은 값을 기록했다.
2) 현미경 관찰
증해를 거치지 않은 초지는 다공성 구조를 거의 찾아 볼 수가 없었다. 하지만 증해를 거친 다시마 초지의 경우 목재 초지보다 다공성 구조가 더 발달한 것을 관찰할 수 있었다. 이 다공성 구조에 의해 높은 투기도를 기록한 것으로 보인다.
가) 100배
비율 증해를 거치지
않은 초지 증해를 거친 초지 비율 증해를 거치지
않은 초지 증해를 거친 초지
0%
50%
20%
60%
40%
나) 250배
비율 증해를 거치지
않은 초지 증해를 거친 초지 비율 증해를 거치지
않은 초지 증해를 거친 초지
0%
50%
20%
60%
40%
3) 흡수도 측정 가) 클램 흡수도
▲ 클램 흡수도
증해를 거치지 않은 초지의 클램 흡수도는 매우 낮은 것으로 나타났으며, 증해를 거친 초지는 목재 초지보다는 떨어지지만 꽤 인접한 클램 흡수도를 기록하였다.
나) 잉크 번짐 측정
증해를 거치지 않은 초지의 경우 다시마의 비율이 높아질수록 잉크가 잘 번지 지 않는 것으로 나타났고, 증해를 거친 종이는 다시마의 비율이 커질수록 잉크 번짐이 크게 나타났다. 또한, 증해를 거치지 않은 다시마 초지에 비해 증해를 거 친 초지의 잉크 번짐이 크게 나타났다.
4) 항균성
목재 초지와 증해를 거친 초지의 경우 E.coli의 주변에 아무런 변화가 없었으 나, 증해를 거치지 않은 초지의 경우 시료 주변의 E.coli가 사라진 모습을 관찰 할 수 있었다.
초지 목재 초지 증해X 20% 증해X 40% 증해X 50% 증해X 60%
결과
초지 증해O 20% 증해O 40% 증해O 50% 증해O 60%
결과
◯다시마 종이의 활용 방안 탐구
증해를 거치지 않은 초지는 김이나 기름류의 식품 포장 용기로서 사용될 수 있을 것으로 보인다. 증해를 거치지 않은 초지는 내절도 값이 뛰어나 잘 찢어지지 않기에 포장 용기로서 적합하며, 다른 초지에 비해 클램흡수도 값이 매우 낮았기에 기름 흡 수도 역시 낮아 기름류의 포장 용기로 사용되었을 때 효과적일 것으로 보인다. 또한 증해를 거치지 않은 초지는 다른 초지와 달리 항균성이 있음도 확인되었기에 김과 같 은 식품들의 포장 용기로 쓰면 적합할 것이다. 무엇보다도 증해를 거치지 않은 초지 는 증해의 과정을 거치지 않기 때문에 공정과정이 친환경적이면서 간단하다는 장점을 가지고 있다.
증해를 거친 초지는 필터로서 사용될 수 있을 것으로 보인다. 증해를 증해를 거친 초지의 경우 목재 초지와 증해를 거친 초지에 비해 투기도가 매우 높게 측정되었고, 현미경으로 관찰하였을 때 그 다공성구조가 뛰어난 모습을 볼 수 있었다. 이러한 점 을 감안하였을 때, 필터로서 사용될 수 있을 것이다.
3. 시사점
□ 우리가 얻은 학습효과
저희는 이 연구를 통해 일단 종이가 만들어 지는 과정을 확인 할 수 있었고, 종이 를 만드는 과정에는 많은 노력과 시간도 필요하고, 물 또한 많이 필요하다는 것을 다 시 한 번 느낄 수 있었다. 그래서 저희는 종이를 아껴써야 겠다고 종이를 제작할 때 마다 다짐하기도 하였다. 그리고 다시마가 많이 들어갈수록 종이가 얇아지는 것과 종 이를 제작하는 과정에서 다시마가 많이 들어갈수록 탈수가 덜 되는 것도 느낄 수 있 었고, 흡수는 작아지는 것을 볼 수 있었다. 이렇게 다시마를 넣어 종이를 제작하면서 다시마 종이를 제작할 때의 장점, 단점을 확인해 볼 수 있었다.
□ 다른 사람이 얻을 수 있는 학습효과
이 연구의 결과를 통해서 다른 사람들은 다시마를 넣었을 때의 종이를 확인해 볼 수 있다. 증해를 하지 않은 다시마를 보면 알 수 있듯이 다시마 40%가 두께,무게,투기 도,인열지수,인장지수,클램흡수도는 제작한 종이 중에 가장 낮았지만 내절도에서는 가 장 크다는 것을 알 수 있다. 이것을 보고 내절도가 강해야 하는 종이에서는 다시마 40%의 비율이 가장 좋다는 것을 알 수 있을 것이다.
4. 참고문헌
□ 사이언스 올 과학백과사전
□ 두산백과
□ 박영규(2009), 홍조류를 이용한 고밀도지 제조 연구
□ 유학철(2010), 해조류이용 펄프 등 생산을 위한 해외 양식적지 선정 및 종자 선택연구
□ 맨디 하기스, 종이로 사라지는 숲 이야기, 상상의 숲
