제지술
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1. 개요
제지술은 펄프나 폐지를 주원료로 하여 종이 및 종이 제품을 생산하는 기술과 산업을 의미한다. 고대 중국에서 시작되어 이슬람 세계를 거쳐 유럽으로 전파되었으며, 19세기 기계의 발명으로 대량 생산이 가능해졌다. 수작업 제지 방식은 섬유를 물에 풀어 스크린으로 걸러내고 압착하여 종이를 만드는 과정을 거치며, 산업적 제지는 포드리니어 기계 등을 활용하여 대량 생산한다. 한국은 일부 특수지를 제외하고 자급 체제를 갖추고 있으나, 펄프의 원료 수입 의존도가 높다.
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- 제지업 - 판지
판지는 종이 섬유를 압축하여 만든 평평한 재료로, 포장재 등 다양한 용도로 사용되며, 1817년 영국에서 처음 생산된 후 기술 발전을 거쳐 현재 다양한 종류와 등급으로 생산되는 전 세계적인 산업이다. - 제지업 - 크라프트법
크라프트법은 1879년 카를 F. 달에 의해 개발된 펄프 제조 공정으로, 수산화나트륨과 황화나트륨을 사용하여 목재 칩에서 리그닌을 제거하며, 강도가 높은 펄프를 생산하지만 악취와 환경 오염 문제를 발생시키기도 한다. - 종이 - 판지
판지는 종이 섬유를 압축하여 만든 평평한 재료로, 포장재 등 다양한 용도로 사용되며, 1817년 영국에서 처음 생산된 후 기술 발전을 거쳐 현재 다양한 종류와 등급으로 생산되는 전 세계적인 산업이다. - 종이 - 크라프트지
크라프트지는 강도를 뜻하는 독일어에서 유래되었으며, 침엽수 펄프를 사용하여 크라프트법으로 제조되어 골판지, 포장재 등 다양한 용도로 사용되는 종이이다.
| 제지술 | |
|---|---|
| 제지술 | |
 | |
| 다른 이름 | 수초술, 조지술 |
| 분야 | 산업 |
| 기술 | 공학 화학 기계 |
| 역사 | |
| 기원 | 중국 |
| 발명 시기 | 2세기 |
| 발명가 | 채륜 |
| 최초의 종이 | 채후지 |
| 전파 경로 | 한국 일본 중앙아시아 유럽 |
| 재료 | |
| 주요 재료 | 닥나무 삼 아마 목재 |
| 기타 재료 | 짚 갈대 넝쿨 식물 헌 옷 어망 |
| 제지 과정 | |
| 기본 과정 | 재료 준비 끓이기 섬유 분리 뜨기 말리기 다듬기 |
| 상세 과정 | 해리 고해 초지 압착 건조 도공 |
| 종이 종류 | |
| 전통 종이 | 한지 화지 일본 종이 파피루스 양피지 |
| 현대 종이 | 신문 용지 인쇄 용지 포장 용지 특수 용지 |
| 관련 기술 | |
| 연관 기술 | 펄프화 표백 사이징 코팅 |
| 같이 보기 | |
| 관련 항목 | 종이 펄프 제지 공장 종이의 역사 필기구 인쇄 |
2. 역사
제지술은 고대 중국에서 시작되어 이슬람 세계, 아시아, 서양으로 퍼져나갔다. 기원전 8세기부터 중국에서 대마 종이가 포장 및 완충재로 사용되었고, 기원전 8년경에는 글을 쓸 수 있는 종이가 발명되었다. 이후 각 지역에서 독자적인 제지술이 발전하였다. 19세기 초 유럽에서 포드리니어 기계가 개발되면서 현대적인 제지술이 시작되었다.
2. 1. 고대 중국
기원전 8세기부터 중국에서 대마 종이가 포장 및 완충재로 사용되었다.[1] 기원전 8년경에는 중국에서 글을 쓸 수 있는 종이가 발명되었다.[2]
한나라(기원전 202년 – 서기 220년) 시대의 조정 관리였던 채륜은 105년경 닥나무와 다른 인피 섬유, 어망, 헌 헝겊, 대마 폐기물을 사용하여 종이를 발명한 것으로 알려져 있다.[3] 3세기경 종이가 필기 매체로 널리 사용되기 시작했고,[4] 6세기에는 화장지도 중국에서 사용되기 시작했다.[5] 당나라(618–907 CE) 시대에는 종이를 접어 사각형 티백으로 꿰매어 차의 향을 보존했으며,[1] 송나라(960–1279 CE)는 종이 인쇄 지폐를 발행한 최초의 정부였다.
2. 2. 이슬람 세계
8세기경 제지술이 이슬람 세계로 전파되어 그 과정이 개선되었으며, 대량 생산을 위한 기계가 설계되었다. 사마르칸트, 바그다드, 다마스쿠스, 카이로, 모로코, 무슬림 스페인에서 생산이 시작되었다.[6] 바그다드에서는 대재상 자파르 이븐 야흐야의 감독 아래 제지술이 발전했다. 무슬림들은 더 두꺼운 종이를 만드는 방법을 발명했는데, 이는 제지술을 예술에서 주요 산업으로 변화시키는 데 도움이 되었다.[7][6] 제지용 펄프를 준비하기 위해 펄프 공장을 사용하는 등 제지 생산에 수차를 처음 사용한 것은 8세기 사마르칸트에서였다.[8] 제지 공장에 대한 가장 초기 언급도 이슬람 황금기 시대의 중세 이슬람 세계에서 비롯되었으며, 9세기에 중세 이슬람의 지리학과 지도 제작의 아랍 지리학자들이 다마스쿠스에서 처음 언급했다.[9]2. 3. 아시아
전통적인 아시아의 제지술은 식물의 속껍질 섬유를 사용한다. 이 섬유는 담가서 삶고, 헹군 후 전통적으로 손으로 두드려 종이 펄프를 만든다. 긴 섬유를 겹겹이 쌓아 튼튼하고 반투명한 종이를 만든다. 동아시아에서는 마닐라 삼, 고조 및 간피가 세 가지 전통 섬유이다. 히말라야에서는 로크타 종이가 로크타 식물로 만들어진다.[10] 이 종이는 서예, 인쇄, 북아트, 오리가미를 포함한 3차원 작업에 사용된다. 다른 동남아시아 국가에서는 코끼리에게 많은 양의 전분 음식을 먹여 그 배설물로 종이를 만들기도 한다. 미얀마의 코끼리 보호 캠프에서 이러한 사례를 발견할 수 있으며, 그곳에서 종이는 조직 운영 자금으로 판매된다.2. 4. 서양
서양의 제지술에서는 1300년경 금속 와이어를 사용한 제지틀이 개발되었고, 워터마크와 같은 특징이 확립되었다.[10] 대마와 린넨 헝겊이 펄프의 주요 원천이었으나, 남부 농장이 대량으로 생산하면서 면이 결국 그 자리를 차지했다.[10] 제지술은 파피루스와 양피지보다 많은 이점이 없었기 때문에 유럽에서는 인기가 없었다. 15세기 활판 인쇄술의 발명과 종이에 대한 수요가 생기면서 많은 제지 공장이 생산에 참여하게 되었고 제지술은 산업이 되었다.[11][12]2. 5. 현대
현대 제지술은 19세기 초 유럽에서 포드리니어 기계가 개발되면서 시작되었다. 포드리니어 기계는 개별 시트가 아닌 연속적인 종이 롤을 생산한다. 이 기계는 매우 커서, 길이가 150미터, 너비가 10미터에 달하는 종이를 생산하기도 한다. 또한 시속 100km의 속도로 종이를 생산할 수 있다. 1844년, 캐나다의 찰스 페너티와 독일의 프리드리히 고틀로프 켈러는 목재 펄프를 사용하는 제지 기계와 관련 공정을 발명했다.[13] 이 혁신으로 거의 2,000년 동안 사용된 펄프 처리된 헝겊 대신 나무 펄프를 사용하게 되었고, 신문 용지 생산의 새로운 시대가 열리면서 결국 거의 모든 종이가 펄프 처리된 나무로 만들어지게 되었다.3. 수작업 제지
목판화는 고대 중국 제지술의 다섯 가지 중요한 단계를 묘사하고 있다. 1637년 명나라의 ''천공개물''에서 발췌.[14]
수동 제지 방법은 기술 발전에도 불구하고 시간이 지나도 거의 변하지 않았다. 수제 종이 제조 과정은 다음과 같이 일반화할 수 있다.
# 나머지 원료에서 유용한 섬유를 분리한다. (예: 나무, 면 등에서 셀룰로오스)
# 섬유를 펄프로 두드린다.
# 특수 화학 프리믹스를 첨가하여 종이의 색상, 기계적, 화학적, 생물학적 및 기타 특성을 조절한다.
# 결과 용액을 스크리닝한다.
# 실제 종이를 얻기 위해 압착하고 건조한다.
섬유 스크리닝은 부식되지 않고 불활성인 재료(예: 황동, 스테인리스강 또는 합성 섬유)로 만들어진 메쉬를 사용하여 수행되며, 이는 창문과 유사한 나무 틀인 종이 틀에 팽팽하게 고정된다. 종이의 크기는 틀의 열린 영역에 의해 결정된다. 그런 다음 틀을 퍼니시(furnish)에 완전히 담그고, 당기고, 흔들고, 배수하여 스크린에 균일한 코팅을 형성한다. 여분의 물을 제거한 다음, 젖은 섬유 매트를 "쿠칭(couching)"이라는 과정으로 축축한 천이나 펠트 위에 놓는다. 이 과정은 필요한 종이 수만큼 반복된다. 이 젖은 매트 묶음을 유압 프레스에서 압착한다. 꽤 축축한 섬유는 진공 건조 또는 단순히 공기 건조와 같은 다양한 방법을 사용하여 건조된다. 때로는 개별 시트를 굴려서 표면을 평평하게 하고, 굳히고, 정제한다. 마지막으로, 종이를 원하는 모양이나 표준 모양(A4, 레터, 리갈 등)으로 자르고 포장한다.[16][17]
나무 틀은 "데클(deckle)"이라고 한다. 데클은 종이의 가장자리를 약간 불규칙하고 물결 모양으로 남기는데, 이를 "데클 엣지(deckle edge)"라고 하며, 종이가 수작업으로 만들어졌다는 것을 나타내는 지표 중 하나이다. 데클 엣지 종이는 오늘날 구식 고급스러움의 인상을 주기 위해 기계적으로 모방되기도 한다. 스크린의 와이어가 옆으로 지나가면서 종이에 생긴 자국은 "레이드 라인(laid lines)"이라고 하며, 일반적으로 위에서 아래로 옆으로 지나가는 와이어를 고정하는 와이어에 의해 생긴 자국은 "체인 라인(chain lines)"이라고 한다. 워터마크는 틀의 와이어에 디자인을 짜 넣어서 만들어진다. 수제 종이는 일반적으로 레이드 라인을 따라 더 균일하게 접히고 찢어진다.
국제 수제 종이 예술가 협회(IAPMA)는 수제 종이 예술가들을 위한 세계 최고의 협회이다.
수제 종이는 또한 제지술을 연구하기 위해 실험실에서, 그리고 생산 공정의 품질을 확인하기 위해 제지 공장에서 준비된다. TAPPI 표준 T 205에 따라 만들어진 "핸드시트(handsheets)"[18]는 15.9cm의 원형 시트이며, 밝기, 강도 및 사이징 정도와 같은 종이 특성을 테스트한다.[19]
4. 산업적 제지
현대식 제지 공장은 수제 종이 제작과 관련된 공정에 따라 여러 구획으로 나뉜다. 펄프는 정제되고 물과 다른 첨가제와 혼합되어 펄프 슬러리를 만든다. 포드리니어 기계라고 불리는 제지기의 헤드 박스는 슬러리를 움직이는 연속 스크린 위로 분산시키고, 물은 중력 또는 진공 상태에서 슬러리에서 배수되며, 젖은 종이 시트는 압착기를 통과하여 건조되고, 마지막으로 큰 롤로 감긴다. 그 결과물의 무게는 종종 수 톤에 이른다.
1809년 존 디킨슨이 발명한 또 다른 유형의 제지기는 희석된 펄프 통에 부분적으로 담가진 채로 회전하는 실린더 몰드를 사용한다. 펄프는 와이어 메쉬에 의해 수집되어 통에서 올라오면서 몰드를 덮는다. 코치 롤러는 몰드에 눌러 펄프를 매끄럽게 하고 젖은 시트를 몰드에서 떼어낸다.[20][21]
5. 대한민국 제지 산업
한국 제지 산업은 내수 중심이었으나, 1986년 이후 수출입 비중이 점차 증가하고 있다. 제지공업은 펄프·폐지를 주원료로 하여 각종 종이·종이제품을 생산하는 산업으로 경제 규모 및 소득 수준과 밀접한 관계가 있어, 일반 경기 동향에 크게 좌우되지만 GNP 성장에 비례하는 특성을 지닌다. 한국은 일부 특수지를 제외하고는 전반적인 자급체제를 실현하고 있으며 지류의 총수요량 중 90% 이상을 내수가 차지하는 등 내수 산업으로서의 기반을 구축해 왔다.
1986년 이후 업계의 기술 향상과 3저 현상에 따른 국제 경쟁력 제고로 아트지·백상지 중심의 수출이 크게 증가하며 수출입 비중이 점진적으로 높아지는 구조적 변화가 일어났다. 또한, 1980년대 전반까지 감소 추세를 보였던 수입도 소비 패턴의 고급화 및 각종 수입 자유화 조치에 따라 일부 특수지를 중심으로 증가하고 있다.
1986년 이후 국내 경기 활성화와 선거, 올림픽 특수, 언론·출판 규제 완화 등 산업 환경 부양에 힘입어 제지공업이 제조업에서 차지하는 비중은 총수요와 생산이 점차 높아지는 추세를 보였다. 반면 공장 자동화 진전으로 산업별 종업원 수는 낮아지고 있다.
그러나 국민 1인당 지류 소비량은 여전히 낮은 수준이며, 펄프 생산량은 부존자원 부족으로 원재료 대부분을 수입에 의존하고 있다. 영세기업이 전체의 80% 이상인 업계 구조와 내수 중심의 수급 구조 등은 규모의 경제성과 국제 경쟁력에 있어 취약점으로 작용하고 있다.
5. 1. 펄프 수급
지류 생산 및 소비가 급증하면서 주원료인 펄프 생산량도 증가했다. 1985~1989년 연평균 3.9% 증가했고, 1989년 총생산량은 163904000ton에 달했다. 지역별 생산 비중은 북미 지역이 48.8%, 북유럽 지역이 13.2%, 동유럽 지역이 8.9%로 이들이 전체 생산량의 70.9%를 차지했다. 아시아 지역의 생산 비중은 1985년 13%에서 1989년 14.6%로 증가했다.같은 기간 펄프 소비량은 연평균 4.1% 증가하여 1989년 총 소비량은 165332000ton에 달했다. 북미(43.1%), 북유럽(13.2%), EC(11.5%) 등이 주요 소비 지역으로 전체 소비량의 67.8%를 차지했다. 북미·북유럽 지역은 생산과 소비가 균형을 이루었으나, 동유럽 지역은 소비 비중이 낮고 EC는 소비 비중이 높았다. 아시아 지역의 1989년 소비 비중은 25.3%로, 생산 비중보다 소비 비중이 높았다.
전반적으로 펄프 생산 증가율이 소비 증가율에 미치지 못했다. 이는 지류 수요의 예상 외 신장과, 고액의 설비 투자 및 설치 기간 장기화가 요구되는 자본 집약적 장치 산업이라는 제지 공업의 특성 때문이었다. 이로 인해 만성적인 펄프 가격 상승이 발생했다.
국제 원자재 시장에서 펄프 가격은 1985년 톤당 370USD에서 1989년 초 870USD로 급등했다. 이는 수급 불균형이 주요 원인이지만, 펄프-제지 일관 생산 체제 구축과 부가가치 제고를 위해 기존 수출국들이 펄프 수출에서 지류 제품 수출 위주로 전환하고 있는 것도 한 요인으로 작용하고 있다.[1]
5. 2. 제품 수급
1986년 이후 세계적인 경기 호황으로 종이 소비가 빠르게 늘면서, 1985년부터 1989년까지 종이 생산량은 연평균 4.8% 증가했다. 1989년의 총생산량은 2억 3,317만 톤에 달했다. 지역별로는 삼림 자원이 풍부하고 문화 수준이 높은 북미, EC, 노르웨이, 스웨덴, 핀란드 등 북유럽 3국, 일본 등이 전체 생산량의 70% 정도를 차지했다. 특히 NICS와 중국 등의 생산이 급증한 아시아 지역의 생산 비중은 같은 기간 동안 19.8%에서 23%로 증가했다. 종이 종류별로는 관련 산업의 발전과 국민 소득 수준의 향상으로 포장용지, 판지, 인쇄용지의 생산이 높은 증가율을 보였다. 지역별 종이 소비를 보면 생산 비중과 마찬가지로 북미, EC, 노르웨이, 스웨덴, 핀란드 등 북유럽 3국, 일본 등이 전체의 70% 정도를 차지했는데, 아시아 지역의 경우 1985년 21.8%에서 1989년에는 25.3%로 높아졌다.5. 3. 한국의 펄프 생산
1980년대 중반 이후 한국에서는 종이 수요가 늘면서 종이 생산 능력은 크게 증가했지만, 펄프 생산 능력은 오히려 감소했다. 반면 펄프 생산 시설의 가동률은 높아졌다. 이는 국내에서 생산되던 쇄목 펄프(GP)가 고급 종이 수요 감소로 인해 설비가 줄었고, 표백 크라프트 펄프(BKP)의 증설이 이루어지지 않았기 때문이다. 전체 펄프 생산 능력은 1985년 40만 3천 톤에서 1989년 말 39만 톤으로 감소했고, 가동률은 66.3%에서 77.2%로 높아졌다.[1]신문용지 제조에 사용되는 쇄목 펄프는 거의 자급이 가능하지만, 화학 펄프는 자급률이 20% 내외로 낮아 80% 정도를 수입에 의존해야 하는 상황이다. 이에 제지 업계에서는 화학 펄프 증설을 검토하고 해외 합작 투자를 계획하는 등 다각적인 대책을 강구하고 있다. 또한, 종이 및 판지 원료의 70%를 차지하는 폐지 사용을 확대하기 위해 탈묵(脫墨) 방법 개선과 탈묵 약품 개발에도 힘쓰고 있다.[1]
5. 4. 한국의 지류 생산
1980년대 중반 이후 관련 산업의 경기 호조에 따른 내수 증대와 인쇄용지 및 판지를 중심으로 한 수출 증대에 따라 설비 신·증설 투자가 활발해져 1985∼1989년 중 연평균 16.7% 증가를 보였으며, 1996년 말에는 888만 M/T에 달하고 있다.[1] 지종별로는 판지가 가장 높은 신장세를 보였고 신문용지, 기타지, 인쇄용지 등도 높은 신장세를 보인 반면에 크라프트지는 종이제품의 소비 구조 변화로 생산 시설의 일부 지종 변경이 일어나 감소하였다.[1]1993∼1994년에는 일부 업체의 신·증설이 가동되기 시작했으며 신호, 아세아 등 15개 사가 인쇄용지, 라이너지 등을 연간 2334000ton 생산할 수 있는 설비를 완성했다.[1]
6. 주요 제지 기술자
제임스 왓먼, 앙리 푸르드리니에, 하인리히 푀르터, 카를 다니엘 에크만 등은 주요 제지 기술자들이다.
19세기 중반까지 미국에서 손으로 종이를 만드는 기술은 사라졌다.[22] 1912년, 고급 도서 인쇄업자이자 출판업자인 다드 헌터는 고급 수제지 제작 기술을 다시 확립했지만, 1930년대에 이 기술에 대한 관심은 다시 사라졌다.[22] 제2차 세계 대전 참전 후 뉴욕으로 돌아와 고급 예술 판화가로 자리 잡은 예술가 더글러스 하우웰은 미술용 종이가 부족하다는 것을 발견했다.[22] 1940년대와 1950년대에 하우웰은 헌터의 제지 기술 관련 서적을 읽기 시작했고, 수제지 역사, 제지 연구, 인쇄된 책에 대해 배우게 되었다.[23][24]
참조
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네이버 지식백과
채륜 [蔡倫] - 문자를 쓸 수 있는 종이를 개발하다 (인물세계사, 김정미)
https://terms.naver.[...]
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