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 셀룰로오스 이야기(Ⅰ)

 

 

 

 

안녕하세요. 유쾌발랄 화통이입니다. 오늘은 자연의 먹이사슬의 시작인 식물이 무엇으로 구성되었는지 알아볼까해요.

 

식물은 햇빛을 통해 광합성을 하고 포도당을 합성하는데요. 이 포도당의 일부는 셀룰로오스로, 일부는 녹말의 형태로 생성이 됩니다. 녹말은 식물의 생존을 위한 에너지원으로 쓰이고 셀룰로오스는 식물의 줄기나 잎 등을 만드는 성장의 역할을 담당하고 있어요.

 

셀룰로오스는 어떻게 생겼을까?

 

셀룰로오스는 식물이 살아가는데 있어서 세포 내부에서 세포벽을 미는 힘인 팽압에 저항하는 힘을 제공하기도 하고, 크기와 모양을 유지시키면서 식물세포가 분열하는데 도움을 주어서 식물의 성장방향을 결정하는 중요한 역할을 합니다. 이 셀룰로오스는 베타 포도당이 모여서 결합된만든 고분자 물질인데요.

포도당에 있는 1번 탄소의 OH기의 위치로 알파인지 베타인지 구분한답니다. 1번 탄소의 OH기가 도면 위에 위치한것을 베타 포도당, 아래에 위치한 것을 알파 포도당이라고 불러요.

 

 

 

베타포도당 두 개 이상이 만나면 물이 빠져나가면서 글리코시드 결합이 형성되고 이와 같은 방법으로 베타포도당이 나열되면 비로소 셀룰로오스가 만들어집니다. 셀룰로오스는 곁가지가 없는 일직선 구조인데요. 셀룰로오스 분자끼리 만나게 되면 이웃한 OH기에 의해 수소결합을 형성하게 됩니다. 분자간의 힘 중에서도 매우 강한 힘이죠. 바로 이 힘 때문에 셀룰로오스는 질긴 성질을 가지게 됩니다.

 

 

 

 

쉽게 말씀드리면, 목화 솜으로부터 실을 만들어서 옷감을 만들잖아요? 면직물은 땀 흡수도 잘되고 빨래 시 물을 굉장히 잘 빨아들이는 것을 볼 수 있는데요. 꿉꿉한 장마철에 면 티 입고 나가면 옷이 다소 무거워지는 것을 금방 느낄 수 있어요. 물분자 역시 H2O로 수소와 산소를 포함하고 있고, 셀룰로오스의 OH기도 수소, 산소를 포함하여 수소결합을 형성하기 때문에 쉽게 잡아당기는 힘이 작용하기 때문이죠.

 

 

 

 

토끼가 자기 똥을 먹는다고?

 

사람은 녹말을 분해하여 포도당으로 만든 뒤 에너지원으로 사용하는데요. 셀룰로오스를 섭취하였을 경우에는 셀룰로오스의 글리코시드 결합을 분해할 수가 없어서 몸 밖으로 내보내거나 장에 있는 미생물들이 셀룰로오스를 이용하여 에너지원으로 사용하곤 합니다.

식이섬유 중에 불용석 식이섬유에 이 셀룰로오스가 포함되는데요. 적절한 식이섬유의 섭취는 장내 환경 개선과 혈당의 리듬을 안정적으로 만들어주기 때문에 꼭 필요하죠. 그러나 토끼의 경우에는 대장에 셀룰로오스를 분해하는 미생물을 가지고 있다고 해요. 그래서 자기의 대변을 먹어서 에너지원을 섭취하기도 한다고 하네요. 토끼의 대변에는 토끼 대장 에 사는 미생물이 셀룰로오스를 분해한 포도당이 들어있어요.

 

 

 

헤미셀룰로오스는 물질은 셀룰로오스와 같은 물질인가요?

 

헤미셀룰로오스는 식물 세포벽에 존재하는 셀룰로오스와 펙틴질을 제외한 다당류를 말합니다. 즉 셀룰로오스와는 다른 물질입니다.

이 다당류는 알칼리 용액에 녹는다는 특징이 있고 이를 이용해 추출하기도 합니다. 이 헤미셀룰로오스는 셀룰로오스 표면에 결합하여 응집력이 생기도록 밧줄역할 해주기도 하는데요. 주성분에는 자일란, 글루칸, 자일로글루칸, 글루코만난 등이 있습니다.

 

 

어떠셨나요? 셀룰로오스라고 하면 그저 단순이 종이나 목재를 떠올리시는 분들이 많았을 것 같은데요.

생각보다 어렵지는 않죠? 다음주에는 셀룰로오스 이야기 2탄으로 활용되는 다양한 분야를 소개할까합니다. 기대해주세요~^^

 

 

 

 

 

 

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소통이와 화통이가 전하는 화학 이야기. 세상에 빛을 더하는 정밀화학 이야기를 들려 드립니다 :) Leading Fine Change

 


전통 한지 속에 숨어있는 화학이야기


<출처 : 문화체육관광부 문화제청>


안녕하세요. 롯데정밀화학 유쾌발랄소화제의 화통이입니다.

우리 고유의 방식으로 만든 독특한 종이, 한지. 역사의 사료이자 소중한 문화유산인 고문서에 사용된 종이도 바로 한지입니다. 또한 전주 한옥마을을 여행하다 보면 한지로 만든 공예품들을 종종 확인할 수 있는데요. 이런 한지 속에도 재미있는 화학이야기가 숨겨져 있다고 합니다. 천년 동안 사용할 수 있는 우리 전통 한지에는 어떤 화학이야기가 있는지 지금 바로 확인해 보세요!



 전통 한지의 제작 방법

 

우리의 전통 한지는 닥나무의 껍질을 주 원료로 사용하고 있습니다. 닥나무 껍질의 섬유는 길이가 균등하고 서로 간의 폭도 매우 좁아요. 섬유의 방향도 직각으로 교차하여 그물 같은 구조를 띠고 있어 견고합니다. 그렇다면 전통 한지는 어떻게 만들어 질까요?


우선 닥나무를 삶은 뒤에 껍질을 벗겨내고, 검은 겉껍질을 긁어내게 됩니다. 그리고 속껍질을 잿물에 넣고 다시 한번 삶는 과정을 거쳐요. 그 다음 닥풀과 잿물에 삶은 닥섬유를 물에 넣고 함께 섞어줍니다. 닥품은 섬유가 엉키지 않게 하여 한지의 질을 고르게 하는 역할을 해요. 그 다음 대나무 발을 사용해서 닥풀과 섬유가 섞인 물에 넣어 종이를 뜨게 됩니다. 이 방식을 흘림뜨기 방식이라고 하는데 섬유를 서로 잘 얽히게 해서 강도를 우수하게 만들죠. 떠낸 종이를 차곡차곡 쌓아서 물기를 빼준 뒤에 건조대에 말립니다. 그리고 더 촘촘하고 매끄럽게 하기 위해 다듬이나 디딜방아로 두드려줘요. 이 모든 방식을 거쳐야 한지가 만들어지게 된답니다!


> 전통 한지 만드는 방법 보기 : https://youtu.be/JnhvJLOHZB8



 전통 한지의 화학적 특성, 셀룰로오스



종이를 구성하는 식물성 섬유는 대부분이 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌 및 추출물(의 화학 성분을 지니고 있습니다. 특히 셀룰로오스는 식물섬유에서 대부분을 차지하며, 섬유의 특성과 제지 원료로서의 적합 여부를 좌우해요. 셀룰로오스는 탄소와 수소, 산소로 구성된 탄수화물 분자가 길게 결합되고, 많은 양의 당 단위로 이루어진 다당류의 일종입니다. 셀룰로오스는 위의 그림과 같이 셀로바이오스가 측면결합을 해 직선상의 사슬을 이루고, 셀로바이오스는 물과의 친수성이 높은 자유 수산기를 포함하고 있어 쉽게 수소결합을 이루어요. 수소결합은 화학적 결합보다는 약하지만 길고 많은 수소결합으로 강한 결합력을 갖습니다. 이와 같이 보존성과 관계 깊은 종이의 강도는 섬유의 강도라기보다 섬유 사이의 수소결합에 의한 것이라고 할 수 있어요. 



조선 말기와 일제강점기에 일본 종이가 대량 수입되고, 해방 후 양지가 대중화되어 전통 한지의 사용량이 줄어들게 되었는데요. 하지만 한지의 우수성은 세계적으로 인정을 받고 있답니다. 천 년의 세월이 지나도 삭지도, 썩지도 않는 우리의 전통 한지. 벽지나 실내등과 같이 실내 인테리어에 한지를 사용해 보는 것은 어떨까요?



 

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종이가 노랗게 변하는 이유

 

 

안녕하세요. 롯데정밀화학 유쾌발랄소화제의 화통이입니다.

여러분 책상 서랍이나 책들 사이에 꽂아두었던 예전 편지들 꺼내보신적 있나요?

전체가 누렇게 변색된 경우도 있고 테두리만 변색되는 경우도 있죠. 오늘은 종이의 변색의 원인에 대해 알아볼까합니다.

먼저 종이는 언제부터 어떻게 만들어지는지 말씀드릴게요.

 

 

종이의 기원

 

종이, paper라는 단어는 라틴어 파피루스(papyrus)에서 기원했다고 알려져있는데요. 실제 파피루스는 이집트 나일강 유역에 많은 식물로 고대 이집트인의 정보와 역사를 기록해주는데 큰 역할을 담당했습니다. 파피루스의 줄기 안쪽을 벗겨 격자로 놓고 압력을 가한뒤에 종이처럼 기록하고 그림을 그려서 정보를 전달했으며 한장씩 돌돌 말아서 보관을 했다고 합니다. 기원전 기록들이 오늘날 우리가 볼 수 있을 정도로 보관력이 좋았던 것은 이집트의 건조한 기후도 한 몫 했습니다.

 

 

종이를 만드는 방법

  

 

종이는 간편하게 집에서 우유팩으로도 만들 수 있을만큼 원리는 간단합니다. 우선 종이를 만들기 위해서 목재로부터 펄프를 만들고 하얗게 만들기 위해 화학약품을 통해 불순물을 제거하여 표백을 하는 과정을 거칩니다. 이 작업까지 하게 되면 위에서 보시다시피 표면이 울퉁불퉁한 상태인데요. 열과 압력을 가해 매끈하게 하는 공정을 거쳐 비로소 우리가 사용하는 종이와 같은 형태를 얻는 것이랍니다.

 

 

종이가 누렇게 변하는 이유?!

 

종이의 대부분은 셀룰로오스로 이루어져있는데요. 펄프는 목재로부터 만들어지기 때문에

목재에 있던 리그닌이라는 성분을 포함하고 있습니다. 리그닌의 구조는 명확하게 알려져있지 않으나 세포간에 접착하는 역할을 담당하는 고분자 물질이라고 밝혀져 있습니다. 페놀기가 있는 리그닌이 종이에 남게되면 산소와 반응하여 산화되거나 자외선에 의해 광화학 반응이 일어나서 퀴논과 같은 물질로 변하게 됩니다. 다른구조로 변하면서 변색을 유발하는 것이죠. 신문이나 재생지의 경우에는 리그닌이 많이 남아있어 상대적으로 탁한 색깔을 띄는 것이랍니다.

 

 

종이의 변색을 막고 흰색을 유지하기 위해 리그닌을 없애거나 화학약품 처리를 하기도 합니다. 그리고 이에 쓰이는 약품은 대부분 산성인 경우가 많은데 산성약품이 종이에 남아있는 경우 직사광선에 취약하기 때문에 책이나 종이는 빛이 안들고 습기가 적은 곳에 보관해야합니다.

또 고분자 중합에 많이 사용되고 있는 마그네슘 산화물, 티타늄 산화물도 종이의 변색을 막기위해 사용하기도 합니다. 가끔 종이가 푸른 빛을 띄는 경우도 있는데 형광증백제를 처리하여 노란의 보색으로 종이가 누렇게 보이는 현상을 줄이는 역할을 한다고 합니다.

 

우리나라 폐지 재활용율은 약 92%로 세계에서 상위권 수준이라고 합니다. (2014년 기준)

하지만 매년 200만톤 이상의 종이가 소비되고 있고 재활용하는 비율보다 원목으로부터 생산하는 종이의 양이 훨씬 많다고 하니 오늘부터라도 사무실, 학교에서 종이를 절약하는 생활을 실천해보는게 어떨까요? 

 

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