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종이

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목차

1. 개요

종이는 기록, 인쇄, 포장 등 다양한 용도로 사용되는 얇은 시트 형태의 물질이다. 중국에서 기원전 2세기에 종이가 발명되었으며, 105년 채륜에 의해 제지 기술이 개선되었다. 제지 기술은 이슬람 세계를 거쳐 유럽으로 전파되었고, 19세기 산업 혁명으로 종이 제조 비용이 감소했다. 종이는 재료, 제조 방법, 용도에 따라 다양하게 분류되며, 펄프화, 조성, 초지, 가공 공정을 거쳐 생산된다. 종이의 주요 특성은 강도, 인장강도, 내마모성 등이며, 용도에 따라 다양한 특성을 가진 종이가 생산된다. 현대 사회에서 종이는 디지털 기술의 발전에도 불구하고 여전히 널리 사용되지만, 산림 벌채 및 환경 오염 문제와 관련되어 있으며, 친환경적인 대체 소재 개발이 이루어지고 있다.

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종이
기본 정보
"종이 제품"
유형얇은 재료
밀도10 gsm ~ 3000 gsm
기체 투과 온도20 °C

2. 역사

종이는 기록 매체의 발달과 함께 발전해 왔으며, 정보의 저장과 전달 방식에 혁명적인 변화를 가져왔다. 종이 이전에는 거북이 등껍질, 동물 뼈, 점토판, 양피지, 파피루스, 나무껍질 등에 기록했다.[72] 기원전 2세기경 중국에서 종이가 발굴되었고, 105년경 후한의 채륜은 근대 종이와 거의 비슷한 종이 제작법을 기록했다.[72] 종이 제작법은 중국에서 이슬람 문화권을 거쳐 유럽으로 전파되었다. 1282년경 아라곤 왕국에 수력을 이용한 제지 공장이 운영되었다는 기록[73]을 기점으로 유럽 전역에 수력 제지 공장이 확산, 발전했다.

751년 탈라스 전투 이후 제지 기술이 사마르칸트에서 시작되었고,[3] 13세기에는 중동에서 중세 유럽으로 전파되어 최초의 수력 제지 공장이 건설되었다.[4] 19세기 산업화로 종이 제조 비용이 크게 감소했고, 1844년 찰스 페너티와 프리드리히 고틀롭 켈러는 목재 섬유를 펄프화하는 공정을 독자적으로 개발했다.[6]

일본에서는 1871년 최초의 제지 회사인 서양식 화피 제지 상사가 설립되었으나, 실제 제조는 이루어지지 않았다. 1872년 유항사가 설립되었고, 1873년에는 초대 오지제지가 설립되었다.

2. 1. 종이 발명 이전의 기록 매체

고대에는 거북이 등껍질, 동물 뼈, 점토판, 양피지, 파피루스, 나무껍질 등에 기록했다.[72] 한국에서는 고조선 시대부터 나무, 뼈, 돌 등에 기록하는 방식이 존재했고, 삼국시대에는 중국의 영향을 받아 파피루스, 양피지 등도 제한적으로 사용되었을 것으로 추정된다.

종이가 발명되고 널리 보급되기 이전에도 인류는 전 세계적으로 다양한 재료를 글 등을 기록하는 매체로 사용해 왔다.

기록 매체지역설명
돌전 세계인류는 전하고 싶은 내용이나 간절한 기원을 그림이나 글자로 새겼다. 자연 동굴이나 절벽의 벽면, 인공적으로 다듬은 돌덩이 또는 휴대할 수 있는 작은 돌 등이 사용되었다.
점토판고대 메소포타미아진흙을 판 모양으로 만들어 말린 것
파피루스고대 이집트
이후 서아시아·유럽		파피루스(식물)의 줄기를 얇게 벗겨 직각으로 교차시켜[63] 눌러 접착한 것. "papyrus"는 영어로 종이를 의미하는 "paper"의 어원이 된다.
오스트라콘고대 그리스, 고대 이집트주로 도자기 파편을 이용한 것. 짧은 메모부터 장문에 이르기까지 다양하게 존재했다.
양피지서아시아·유럽동물의 가죽을 필기에 적합하도록 가공한 것. 양, 송아지, 염소, 사슴, 돼지 가죽을 원료로 한 것.[64]
베다라엽(베잎)인도, 동남아시아주로 야자 잎을 필기에 적합하도록 가공한 것.
아마테중남미
(아즈텍, 마야, 올멕 문명 등)		Ficus insipida 등 뽕나무과 또는 무화과나무속 나무의 나무껍질을 삶아 돌로 두들겨 펴서 모양을 만든 것.
기타 나무껍질각지동남아시아에서는 뽕나무 껍질이, 유럽 북부에서는 자작나무 껍질이 사용되었다.
목간·죽간·경목중국·한국·일본나무나 대나무를 먹으로 필기할 수 있도록 긴 판으로 만든 것.
비단 문서중국·한국·일본비단 천. 고가이기 때문에 희귀했으며, 나중에는 고급 서적이나 공예품에 사용되었다.


2. 2. 종이의 발명과 발전 (중국 중심)

삼(Hemp) 포장지, 중국, 기원전 100년경


세계에서 가장 오래된 종이는 1986년 중국 감숙성 방마탄(放馬灘)에서 출토된 방마탄지(放馬灘紙)로 여겨진다.[42] 이 종이에는 전한(前漢) 시대의 지도가 그려져 있으며, 기원전 150년경의 것으로 추정된다. 다음으로 오래된 것은 기원전 140년~기원전 87년경의 것으로 여겨지는 하교지(灞橋紙)(하교지)이다. 하교지는 섬서성 서안시 하교진(灞橋鎮)에서 출토되었다. 이것은 동경(銅鏡)을 감싼 상태였기 때문에, 포장 또는 장식 목적의 포장지로 사용되었을 것으로 추정된다.

후한서(後漢書)에는 105년에 채륜(蔡倫)이 나무껍질과 삼베 조각, 어망 등을 사용하여 종이를 만들어 한나라 환제(和帝)에게 바쳤다는 내용이 기록되어 있다.[61] 채륜이 고안한 종이는 얇고 균일하며 매끄러운 표면으로 글씨를 쓰기에 편리했기 때문에 “채후지(蔡侯紙)”라고 불리며, 궁중에서 비단 대신 사용되었다. 따라서 채륜은 글자를 기록하는 매체로서 종이[62] 제조법을 확립한 인물이라는 설이 일반적이다. 서진(西晉) 시대(3세기)에는 좌사(左思)의 삼도부(三都賦)를 베껴 쓰기 위해 종이 값이 폭등했다는 기록이 진서(晉書)에 기재되어 있으며, “낙양의 지가(紙價)가 비싸다”라는 고사성어가 되었다.

그 후에도 종이는 개량되어, 당(唐) 시대(8세기)에는 나무껍질을 주원료로 한 종이와, 대나무와 짚을 원료로 섞은 종이가 만들어졌다. 송(宋)과 명(明) 시대(10세기 이후)에는 출판이 성행했기 때문에 많은 종이가 필요하게 되었고, 대나무 종이가 활발하게 만들어졌다. 명나라 말 1637년에 간행된 천공개물(天工開物)에는 제지 항목에서 대나무 종이와 나무껍질을 원료로 한 종이의 제조법을 다루고 있다.

2. 3. 이슬람 세계로의 전파

751년 탈라스 전투에서 압바스 왕조 군에 사로잡힌 당나라 포로 중에 제지 기술자가 있었다. 이를 계기로 종이 제조법이 중국에서 이슬람 세계로 전래되었다.[42] 757년 사마르칸트에 제지 공장이 세워졌다. 이슬람 세계에는 종이의 원료가 되는 식물이 없었기 때문에, 아마를 원료로 사용하거나 밀가루로 만든 풀을 사용하는 등의 노력이 이루어졌다. 이러한 종이는 이슬람 세계에서 널리 알려지게 되었다.

그 후, 바그다드, 다마스쿠스, 카이로, 페즈 등 이슬람 세계 각 도시에 제지 공장이 세워졌고, 그 기술은 1100년 모로코까지 전해졌다.[42] 종이는 이슬람 세계에서 주요 필기 매체가 되었고, 유럽으로도 수출되었다.

2. 4. 유럽으로의 전파

1102년 시칠리아에 제지 공장이 설립되었고, 1144년에는 이베리아 반도 샤티바에 유럽 최초의 제지 공장이 설립되었다.[42] 1189년에는 프랑스 에로에 제지 공장이 설립되었고,[42] 1276년에는 이탈리아 파브리아노에 제지 공장이 설립되어 워터마크(Filigranait)가 발명되었다.[42] 14세기까지 유럽에서 종이 공급은 이탈리아가 중심지 역할을 하였다. 1690년에는 미국 필라델피아에 제지 공장이 설립되었다.

2. 5. 인쇄술 발달과 종이 수요 증가

1450년경 요하네스 구텐베르크가 활판 인쇄술을 실용화하면서 인쇄물이 대량으로 생산되기 시작했다. 1473년에는 기계로 인쇄된 악보가 처음 등장했고, 1488년에는 이탈리아 손치노(Soncino)의 인쇄소 "Casa degli Stampatori"(:it:Soncino#Musei)에서 히브리어 성서(타나크(Tanakh), 구약성서)가 인쇄되었다. 이처럼 인쇄물이 전 세계로 퍼져나가면서 종이 수요는 증가했지만, 만성적인 종이 원료 부족을 야기했다.[42]

19세기에는 산업화로 종이 제조 비용이 크게 줄었다. 1844년 캐나다 발명가 찰스 페너티와 독일 발명가 프리드리히 고틀롭 켈러는 목재 섬유를 펄프화하는 공정을 독자적으로 개발했다.[6]

2. 6. 한국의 종이 역사

7세기 초, 중국으로부터 제지술이 한국에 전래되었다. 고려 시대에는 제지술이 더욱 발전하여, 송나라에 종이를 수출할 정도였다. 조선 시대에는 닥나무를 주원료로 한 한지가 생산되었으며, 한지는 서적, 문서뿐만 아니라 다양한 생활용품에도 활용되었다.

일제강점기에는 일본의 제지 기술이 도입되면서 한지 생산이 쇠퇴하였다. 해방 이후에는 현대적인 제지 산업이 발전하여, 현재 한국은 세계적인 제지 기술을 보유하고 있다.

3. 분류

종이는 다양한 원료와 제조 방법을 통해 분류될 수 있다. 넓은 의미에서 종이는 지름 100마이크로미터 이하의 가늘고 긴 섬유 형태라면 광물, 금속, 동물 유래 물질, 합성수지 등 거의 모든 원료로 만들 수 있다.[41] 그러나 일반적으로 종이는 식물 섬유를 원료로 하며,[41] 물에 분산시킨 후 발(簀の子)이나 망 위에 펼쳐서 물을 빼고 건조하는 과정을 거쳐 만들어진다. 물을 사용하지 않는 건식 제조법으로 만들어진 종이도 있다.

종이는 그 용도에 따라 다양한 형태로 발전해 왔다. 초기에는 포장 용도로 사용되었으나,[42] 필기가 가능한 종이가 개발되면서 파피루스, 양피지, 목간(木簡) 등을 대신하여 정보를 기록하고 전달하는 매체로 자리 잡았다.[42]

이후 제조 기술이 발달하면서 일본에서는 일본 종이(和紙) 기술이 확립되어 에도 시대에는 장지(襖), 일본 우산(和傘), 등(提灯), 부채(扇子) 등 건축 및 공예 재료로도 활용되었다.[43] 서양에서는 산업적인 대량 생산이 이루어지면서 목재에서 직접 원료를 얻어 펄프를 제조하는 기술이 확립되었다.[42] 19세기 영국에서는 플루트(단)를 붙인 종이가 판매되면서 병이나 유리 제품 포장에 사용되는 골판지가 개발되었고,[44] 크라프트지(クラフト紙袋) 등 포장재로서의 기능도 향상되었다.[44]

종이는 재료의 종류와 가공법이 다양하고 가공 기술이 비교적 용이하며 안전하다는 특징을 가진다.[45] 무기물을 주성분으로 하는 종이는 무기질지, 무기섬유지, 세라믹지 등으로 불린다.[53]

3. 1. 재료에 따른 분류

종이는 섬유의 종류에 따라 크게 식물성, 동물성, 화학, 무기 섬유로 분류할 수 있다.

  • 동물성 섬유: 양모(펠트와 유사한 질감, 명함, 크리스마스 카드, 페이퍼크래프트 등에 사용), 실크, 깃털(케라틴 활용, 포장지, 전단지 등에 사용), 계란 껍질막(파마용 와인딩 페이퍼, 기름종이 등에 사용) 등이 있다.

  • 무기 섬유: 석회석(스톤 페이퍼 원료), 유리 섬유(전기 절연재, 단열재, 방수재 등), 탄소 섬유(자동차, 비행기, 자전거 등 성형재) 등이 있다.
  • 고충전 충전지: 점토를 한지에 붙인 도자지(도예지)는 도자기 제작에 사용된다. 금속 산화물(이산화티타늄 등)은 얇고 튼튼하며 투명하지 않은 종이 제작에 사용되며, 불연지, 방염지, 정전기 제거지 등에도 사용된다.

3. 2. 제조 방법에 따른 분류

종이는 원료에 따라 한지와 양지로 분류된다. 현재는 나무를 원료로 한 펄프를 이용하여 기계로 제조한 양지가 대부분을 차지하고 있다.

한지는 닥나무, 꾸지나무, 뽕나무, 삼 등을 원료로 한다. 양지에 비해 섬유가 길고 튼튼하며 가볍다.[61][60]

양지는 주로 목재를 원료로 하여 기계를 사용하여 제조한다. 한지에 비해 인쇄 적성이 뛰어나다.[61]

3. 3. 경제산업성에 따른 분류 (일본 기준)

일본 경제산업성은 1948년부터 종이, 판지, 펄프의 품종 분류를 담당하고 있으며, "생산동태통계분류"에서 종이를 분류하고 있다. 2002년 이후의 분류는 다음과 같다.[45]

  • '''신문권취지''' - 신문에 사용되는 신문용지를 말한다.
  • '''인쇄용지''' - 인쇄를 전제로 한 종이와 정보 시스템용 종이를 가리킨다. 경제산업성의 분류는 다음과 같다.
  • '''무표면처리 인쇄용지''' - 표면을 안료 등으로 표면처리하지 않은 인쇄용 종이. 전분 등의 약품이 표면에 도포되는 경우가 많다. 화학펄프의 사용 비율에 따라 상질지(100%), 중질지(40%~100%), 갱지(40% 미만)로 분류된다. 인디아지 등의 박엽지도 포함된다.
  • '''표면처리 인쇄용지''' - 상급 인쇄용지나 중급 인쇄용지를 원지로 하여 표면에 도료를 도포한 인쇄용지. 도료의 양 등에 따라 아트지, 코트지, 경량 코트지 등으로 분류된다.
  • '''미표면처리 인쇄용지''' - 1987년경에 등장한 비교적 새로운 품종으로, 도료의 양이 표면처리 인쇄용지보다 적다.
  • '''특수 인쇄용지''' - 색상질지, 관제엽서 등을 가리킨다.
  • '''정보용지''' - 복사용지, 잉크젯용지, 무카본지, 감광지, 감열지 등을 가리킨다.
  • '''포장용지''' - 인쇄용지보다 강도가 있으며, 포장지나 봉투에 사용되는 종이이다. 미표백 포장지는 표백되지 않아 황갈색이다. 중량봉투용 양갱 크라프트지, 양갱 크라프트지 등의 종류가 있다. 표백 포장지는 표백 크라프트펄프가 원료이며, 순백 롤지, 표백 크라프트지 등의 종류가 있다.
  • '''위생용지''' - 티슈, 화장지, 기저귀, 생리대 등의 용도로 사용되는 흡수성이 있는 종이이다.
  • '''잡종지''' - 공업용과 가정용으로 분류된다. 트레이싱페이퍼, 합성지, 절연지, 박리지, 라이스페이퍼(담배의 권취지), 서예용지 등이 해당된다.

3. 4. 기타 분류

판지는 두꺼운 종이로, 주로 포장용으로 사용된다.[44] 19세기 영국에서 플루트(단)를 붙인 종이가 판매되면서 병이나 유리 제품의 포장 용도로 골판지가 개발되었다.[44]

4. 제조 공정

종이 제조는 크게 펄프화, 조성, 초지, 가공 단계로 이루어진다.

넓은 의미에서 종이는 지름 100마이크로미터 이하의 가늘고 긴 섬유 형태라면 광물, 금속, 동물 유래 물질 또는 합성수지 등 거의 모든 종류의 원료로 만들 수 있다.[41] 부직포도 종이의 일종으로 분류되기도 한다. 하지만 일반적으로 종이는 식물 섬유를 원료로 하며, 물에 분산시킨 후 발(簀の子)이나 망 위에 펼쳐서 탈수 및 건조하는 공정을 거쳐 만든다. 물을 사용하지 않는 건식 제조법으로 만든 것도 포함된다.[41]

종이는 식물 섬유로부터 다음과 같은 절차로 만들어진다.

1. 식물 섬유 추출

2. 종이 뜨기

3. 탈수 및 건조

이러한 종이 제작 방법은 고대 중국에서 발명된 이래 기본적으로 변하지 않았다. 1637년 명나라 말기에 쓰여진 『천공개물』에는 대나무 종이 제작 방법이 다음과 같이 기록되어 있다.

1. 斬竹漂塘 - 대나무를 베어 웅덩이에 담근다.

2. 煮楻중국어足火 - 충분히 삶는다.

3. 蕩料入簾 - 대마를 발(簾)로 뜬다.

4. 覆簾壓紙 - 발을 뒤집어 종이를 쌓는다.

5. 透火焙乾 - 불을 통과시켜 종이를 말린다.

양지는 넓은 종이를 기계를 사용하여 연속적으로 뜨기 때문에 대량 생산이 가능하다. 양지 제조 공정은 다음과 같다.

1. 펄프화 공정

2. 조성 공정

3. 초지(抄造) 공정

4. 가공 공정

4. 1. 펄프화 공정

펄프 제조에는 크게 기계 펄프, 화학 펄프, 그리고 고지에서 잉크를 제거한 탈묵 펄프가 사용된다.

  • 기계 펄프 (Mechanical Pulp): 목재를 기계적으로 분쇄하여 섬유를 추출한다. 열기계 펄프(TMP)와 그라운드우드 펄프(GW) 두 가지 주요 방식이 있다.
  • 열기계 펄프 (TMP): 목재 칩을 증기로 가열한 후, 두 개의 강철 디스크 사이에서 압착하여 섬유로 만든다.
  • 그라운드우드 펄프 (GW): 껍질을 벗긴 통나무를 그라인더에 넣어 회전하는 돌에 눌러 섬유를 만든다.


기계 펄프는 리그닌을 제거하지 않아 수율이 95% 이상으로 매우 높지만, 리그닌 때문에 시간이 지나면 종이가 황변하고 부서지기 쉽다. 섬유가 짧아 종이 강도가 약하지만, 생산 비용이 저렴하고 많은 전력이 필요하다.

  • 화학 펄프 (Chemical Pulp): 화학적 펄핑 공정을 통해 리그닌을 셀룰로오스 섬유에서 분리한다. 리그닌을 용해시키는 약품을 사용한 후 셀룰로오스에서 씻어내어 섬유 길이를 유지한다. 화학 펄프로 만든 종이는 목재 없는 종이라고도 불리며, 시간이 지나도 열화되는 리그닌이 없어 보존성이 좋다. 펄프를 표백하여 백색 종이를 만들 수도 있지만, 이 과정에서 섬유가 5% 정도 손실된다.


화학적 펄핑 공정에는 세 가지 주요 방법이 있다.

  • 황산염 펄프법: 1840년대에 시작되어 제2차 세계 대전 이전까지 주요 방법이었다.
  • 크라프트법: 1870년대에 발명되어 1890년대부터 사용된 현재 가장 일반적인 방법이다. 리그닌과의 화학 반응에서 발생하는 열을 이용하여 발전기를 가동할 수 있다는 장점이 있다. 크라프트법을 사용하는 대부분의 펄핑 작업은 전력망에 순 기여를 하거나 인접 제지 공장에 전력을 공급한다. 또한, 이 공정은 모든 무기 화학 시약을 회수하고 재사용한다.
  • 소다 펄프법: 짚, 바가스 및 규산염 함량이 높은 경재를 펄프화하는 데 사용되는 특수 공정이다.

  • 탈묵 펄프 (De-inked Pulp): 종이 재활용 과정에서 사용되는 펄프로, 물과 혼합하여 기계적 작용을 가하면 종이의 수소 결합이 끊어져 섬유가 다시 분리된다. 대부분의 재활용 종이에는 품질 향상을 위해 일정 비율의 순수 섬유가 포함된다. 일반적으로 탈잉크 펄프는 원료가 된 수집 종이와 동일하거나 낮은 품질을 가진다.


재활용 섬유는 크게 세 가지로 분류된다.

  • 공장 내 폐기물 (내부 공장 폐기물)
  • 소비 전 폐기물
  • 소비 후 폐기물


근대적인 펄프 제조 공장에서는 일반적으로 증해솥이 사용된다. 1950년대까지는 증기로 가열한 칩을 증해솥에 투입하는 1베셀 방식이 주류였으나, 스웨덴의 카미야(Kamyr)사가 개발한 연속식 펄프화 방식이 실용화된 이후로는 증기로 가열한 칩을 침투 타워를 거쳐 증해솥에 투입하는 2베셀 방식이 주류가 되었다. 2베셀 방식은 약액 침투가 어려운 수종에도 증해약액(백액)을 칩에 충분히 스며들게 할 수 있다는 장점이 있으며, 1970년대에 개발되었다.[65]

오른쪽 높은 탑이 증해솥

4. 2. 조성 공정

조성 공정에서는 여러 종류의 펄프를 혼합하고, 해리(두드림) 과정을 거쳐, 약품을 첨가한다.[61] 해리에는 예전에는 비터(ビーター)가 사용되었으나, 현재는 리파이너라는 기계가 사용된다. 조성 공정을 거친 펄프는 종이 원료(紙料)가 된다.

다음은 다양한 종류의 서양지에 첨가되는 주요 약품이다. 약품은 제조 공정에서 펄프에 혼합되거나, 코팅 공정에서 종이 표면에 코팅된다.

약품 종류기능 및 설명
사이즈제수성 잉크 등의 번짐을 방지한다. 과거에는 송진(로진)과 황산알루미늄이 널리 사용되었으며, 이러한 종이는 산성지라고 한다. 산성지는 수명이 50년에서 100년으로 짧아 도서관 장서 보관 등에 문제가 되었다. 중성지는 황산알루미늄 대신 AKD나 ASA 등의 중성 사이즈제를 사용하며, 수명은 산성지의 4배에서 6배라고 한다. 현재 인쇄용지나 PPC 용지에는 중성지가 많이 사용되고, 산성지는 신문이나 잡지 등 장기 보관이 필요 없는 용도로 사용된다.
충전제섬유 사이의 틈을 메우고, 불투명도, 백색도, 평활도, 잉크 흡수성을 향상시킨다. 종래부터 카올린 등의 점토(백색 점토)나 활석이 사용되는 외에, 중성지에서는 탄산칼슘이 사용된다. 충전제는 인쇄용지나 PPC 용지 등에 5%에서 20% 정도, 사전 등에 사용하는 얇은 인쇄용지에는 25% 정도 포함된다.
강도 증강제종이의 강도를 높인다. 종이가 건조된 상태에서의 강도를 높이는 건조 강도 증강제와 젖은 상태에서의 강도를 높이는 습윤 강도 증강제로 나뉜다. 주로 전분이나 폴리아크릴아마이드가 사용된다.
염료종이에 색을 칠하거나, 백색도를 높이는 데 사용한다. 백색도를 높이기 위해서는 섬유의 노란색의 보색인 청색 염료가 사용된다. 또한, 서적 등에서는 글씨를 읽기 쉽게 하기 위해 옅은 황색 염료를 사용한다. 형광 염료는 백색도를 특히 높이기 위해 사용한다.
도료고급 인쇄용지 등의 미관과 평활도를 높이는 목적으로 종이 표면에 도포되는 경우가 있으며, 이러한 종이를 코팅지라고 한다. 도료는 카올린이나 탄산칼슘 등의 백색 안료와, 전분이나 라텍스 등의 바인더(접착제)를 혼합하여 만든다.


4. 3. 초지 공정

펄프는 제지에 공급되어 종이 웨브(web) 형태로 만들어지고, 압착 및 건조 과정을 통해 물이 제거된다.[45]

초지 공정은 제지기를 사용하여, 원료로 약 1% 정도의 농도로 물에 희석한 펄프를 사용하며 다음과 같다.

# 와이어 파트 - 펄프를 망(와이어) 위에 흘려 얇고 평평하게 하여 습윤지(濕紙)를 만든다. 중력에 의해 수분이 제거되어 펄프의 수분 함량은 99%에서 약 80%로 감소한다.

# 프레스 파트 - 습윤지에 펠트(모포)를 대고 상하에서 압축하여 수분을 짜낸다. 이 과정에서 습윤지의 수분 함량은 약 55%가 된다.

# 드라이어 파트 - 습윤지를 가온하여 수분을 증발시켜 수분 함량이 약 8%가 될 때까지 건조시킨다.

압착 과정은 힘을 가하여 종이에서 물을 제거한다. 물이 종이에서 제거되면, 특수한 종류의 펠트가 물을 모으는 데 사용된다. 수작업으로 종이를 만들 때는 흡수지가 대신 사용된다.

건조는 종이에서 물을 제거하기 위해 공기 또는 열을 사용하는 과정이다. 제지의 초기에는 빨랫감처럼 종이를 걸어 말렸지만, 현대에는 다양한 형태의 가열 건조 장치가 사용된다. 제지기에서는 증기 가열 캔 드라이어(can dryer)가 가장 일반적이다. 이 드라이어는 약 93.3°C 이상의 온도에 도달할 수 있으며, 40개가 넘는 캔이 길게 연결된 형태로 사용되어 이들 캔에서 발생하는 열로 종이를 6% 미만의 수분 함량으로 쉽게 건조할 수 있다.

4. 4. 가공 공정

펄프는 제지기에 공급되어 종이 웨브(web) 형태로 만들어지고, 압착 및 건조 과정을 통해 물이 제거된다. 그 후 다양한 용도에 맞게 물리적 특성을 변경하기 위해 사이징 공정을 거칠 수 있다. 이 시점의 종이는 코팅되지 않은 종이이다. 코팅지는 고해상도 하프톤 스크린에 더 적합한 표면을 만들기 위해 한쪽 또는 양쪽에 탄산칼슘 또는 카올린과 같은 얇은 층의 재료가 적용된 종이이다. 코팅 또는 비코팅 종이는 캘린더링에 의해 표면을 광택낼 수 있다. 코팅지는 무광택, 반무광택 또는 실크, 유광으로 나뉜다. 유광 용지는 인쇄 이미지에서 가장 높은 광학 밀도를 제공한다.[45]

도공지의 경우, 코터(coater)를 사용하여 종이의 표면을 안료 등으로 도공한다. 코터에는 제지기와 직결하여 제지·도공을 1공정으로 하는 온머신(on-machine)식과, 제지와 별도 공정으로 하는 오프머신(off-machine)식이 있다.

건조되고, 抄紙기(초지기) 또는 코터에서 나온 종이는 다음 공정에서 마무리 및 가공된다.

# 캘린더링

# 릴에 의한 감기

# 와인더나 커터로 절단

# 포장

# 출하

그 후 종이는 웹 인쇄기에 사용될 경우 롤에 공급되거나, 다른 인쇄 공정이나 다른 목적을 위해 시트로 절단된다.

5. 주요 특성

종이의 주요 특성은 다음과 같이 나눌 수 있다.[67]


  • '''강도''': 종이가 자체 무게나 외부 힘에 견디는 정도를 나타내는 특성이다.
  • '''인장강도''': 종이가 찢어지는 힘에 저항하는 성질이다.
  • '''내마모성''': 종이끼리 또는 종이와 다른 물질이 반복해서 마찰될 때 발생하는 종이 표면의 벗겨짐을 나타낸다.
  • '''인열강도''': 종이가 가로 방향으로 찢어질 때의 강도를 의미한다.
  • '''파열강도''': 내용물이 있는 종이봉투가 파열되는 것에 대한 강도이다.
  • '''충격 인장강도''': 종이에 강한 충격이 가해졌을 때 저항하는 강도이다.
  • '''내곡강도''': 종이를 반복해서 접고 폈을 때 견디는 강도를 뜻한다.

5. 1. 기본 물성

종이의 기본 물성과 평가에는 다음과 같은 항목이 있다.[67]

  • '''강도(こわさ)'''


: 종이가 자체 무게를 지탱하는 성질(종이의 코시)을 나타낸다. 폭 2cm의 테이프 모양으로 자른 종이를 수평으로 유지하고, 처지기 시작하는 길이로 측정한다. 또한, 수직으로 유지하여 좌우로 기울이고, 각 방향으로 처지는 각도의 합이 직각이 되었을 때의 길이를 cm 단위로 측정하여, 길이의 3승을 100으로 나눈 값을 클라크 강도라고 한다. 종이 상자 등 종이만으로 형태를 유지하는 경우에는 강한 강도가 요구된다.

  • '''인장강도(引張り強さ)'''


: 종이가 찢어지는 힘에 저항하는 성질을 나타낸다. 폭 15mm, 길이 20cm의 시험편을 준비하여, 양 끝 각 1cm 폭을 잡고 인장 시험기로 측정한다. 파단 시의 하중과 에너지 및 종이의 신장을 측정하고, 단위 면적당 일의 양을 인성(タフネス)으로 나타낸다. 또한, 이 결과로부터 파단 길이를 유도하기도 한다. 이것은 종이를 매우 긴 테이프 모양으로 해서 매달았을 경우 파단이 일어나는 길이로 환산한 것으로, km 단위로 표시된다.

  • '''내마모성(耐磨耗強さ)'''


: 종이끼리 또는 종이와 다른 물질이 반복해서 마찰될 때 발생하는 종이 표면의 벗겨짐 등을 조사한다. 테이퍼형 마모 시험 등을 사용하여 일정 시간·속도·압력으로 마찰시키고, 단위 질량의 감소로 측정한다.

  • '''인열강도(引裂強さ)'''


: 종이가 가로 방향으로 찢어질 때의 강도를 나타낸다. 4매를 겹쳐 양 끝을 고정한 종이의 중앙 하단에 2mm의 칼집을 넣고, 한쪽에 추를 달아 흔든다. 이에 따라 발생하는 인열 저항값을 측정한다. 이 수치를 16매 겹친 것에 상당하는 값으로 환산한 값을 엘레멘돌프 인열강도(내부 인열강도)라고 한다.

  • '''파열강도(破裂強さ)'''


: 내용물이 있는 종이봉투의 파열에 대한 강도를 나타낸다. 중앙에 원형의 구멍이 있는 도넛 모양의 억제판으로 종이를 끼우고, 구멍 부분에 고무 풍선을 대고 부풀린다. 이윽고 종이가 찢어질 때의 압력을 파열강도라고 한다.

  • '''충격 인장강도(衝撃引張り強さ)'''


: 종이에 강한 충격이 가해졌을 때 저항하는 강도를 나타낸다. 아이조드 충격 시험을 실시한다.

  • '''내곡강도(耐折れ強さ)'''


: 반복해서 접고 펴는 것에 대한 종이의 강도를 나타낸다. 실제로 접고 펴는 것을 반복하여 종이의 강도를 측정한다. 또한, 접힘에 의해 발생하는 종이의 파단은, 뒷면에 균열이 생겨 발생하는 경우가 많다. 그래서, 종이에 罫線(표면에만 가해진 칼집)을 넣어, 그것을 뒷면에 접어 균열 상태를 관찰하는 방법도 있다.

5. 2. 용도별 요구 특성

종이는 용도에 따라 요구되는 특성이 다르다. 인쇄용 종이는 잉크를 잘 흡수해야 하며, 흡수도는 크레임법이나 컵법 등으로 측정한다. 반면 포장재는 물이나 습기에 강해야 한다. 식품 포장용은 기름이나 지방에 대한 내성이, 벽지는 불에 잘 타지 않는 난연성이 요구된다.[67]

또한, 작업성과 기계 적성도 중요한데, 제함(製函)이나 골판지 제조 시 종이가 컬링(curl)되면 사용하기 어렵다. 인쇄에서는 종이 표면의 경도와 평활성, 잉크와의 적성, 종이 분진 발생, 오프셋 인쇄 시 블리스터링 등이 문제가 된다. OA 용지는 급배지 기능, 주행 기능, 내후성, 토너/잉크 정착 및 해상도 등이 중요하다.[67]

다음은 용도별 주요 종이 종류와 요구 특성을 나타낸 표이다.

용도종이 종류요구 특성
가치 표현지폐, 은행권, 수표, 증권(증권용지 참조), 증서, 입장권위조 방지, 내구성
정보 저장책, 공책, 그림용지, 펀치 카드, 사진 용지보존성, 기록성, 가독성
출판물, 간행물 및 읽을거리책, 신문, 잡지, 포스터, 팜플렛, 지도, 간판, 라벨, 광고, 전광판인쇄 적성, 가독성, 내구성
개인적인 용도일기장, 공책, 편지지, 메모지, 일기, 계획표, 밑그림 용지필기 적성, 휴대성
사업 및 전문적인 용도복사 용지, 원장 용지, 타자 용지, 컴퓨터 프린터 용지, 송장, 영수증, 티켓, 증서, 청구서, 계약서, 공문서인쇄 적성, 보존성, 내구성
소통편지, 엽서, 항공편지, 전보, 신문 용지, 카드 용지필기 적성, 내구성
문서 정리 및 발송봉투, 파일 폴더, 포장재, 포켓 폴더, 파티션 폴더내구성, 보관성
예술 작품 및 용도드로잉 용지, 파스텔, 수채화, 스케치북, 목탄 그림묘사 적성, 보존성
특별 인쇄물편지지, 양피지고급스러운 질감, 보존성
포장용골판지 상자, 종이봉투, 봉투, 포장지, 종이끈강도, 내구성, 완충성
청소용화장지, 종이 타월, 티슈흡수성, 부드러움
식품 용기 및 식기류왁스페이퍼, 종이 접시와 종이컵, 음료용 카톤, 티백, 조미료, 식품 포장재, 커피 필터, 컵케이크 용기내수성, 내유성, 안전성
건축용종이접기, 오리가미 용지, 종이비행기, 페이퍼 퀼링, 종이벌집, 사포, 복합재료의 코어 재료, 페이퍼 엔지니어링, 색종이, 종이실, 종이 의류강도, 내구성, 가공성
기타유리 사포, 흡취지, 리트머스 시험지, 만능 지시약 종이, 종이 크로마토그래피, 절연지(피시페이퍼 참조), 여과지, 벽지특수 기능 (흡수, 반응, 절연, 여과 등)



종이에 첨가되는 주요 약품은 다음과 같다.


  • '''사이즈제(サイズ剤):''' 수성 잉크 등의 번짐을 방지한다. 송진(로진)과 황산알루미늄(황산반드)을 사용한 산성지는 수명이 짧아 도서관 장서 보관에 문제가 되었다. 알킬케텐다이머(AKD)나 알케닐무수코하크산(ASA) 등의 중성 사이즈제를 사용한 중성지는 수명이 더 길다.
  • '''충전제(填料):''' 섬유 사이 틈을 메워 불투명도, 백색도, 평활도, 잉크 흡수성을 높인다. 카올리나이트(카올린) 등의 점토, 활석(탈크), 탄산칼슘 등이 사용된다.
  • '''강도 증강제(紙力増強剤):''' 종이 강도를 높이며, 건조/습윤 강도 증강제로 나뉜다. 전분(데ンプン)이나 폴리아크릴아마이드(아크릴아미드)가 주로 사용된다.
  • '''염료(染料):''' 종이에 색을 칠하거나 백색도를 높인다. 백색도 향상을 위해 청색 염료, 글씨를 읽기 쉽게 하기 위해 옅은 황색 염료, 형광 염료 등이 사용된다.
  • '''도료(塗料):''' 고급 인쇄용지 등의 미관, 평활도를 높이기 위해 종이 표면에 도포하는 코팅지(塗布紙)에 사용된다. 카올린, 탄산칼슘 등의 백색 안료와 전분, 라텍스 등의 바인더를 혼합하여 만든다.

6. 규격

종이는 ISO 등에 의해 규격화되어 있다. 종이 규격에는 크기, 수량, 질량 단위 등이 있으며, 환경 및 안전 관련 규격도 존재한다.


  • 환경 및 안전 관련 규격
  • RoHS 지침: 특정 유해 물질 사용 제한 지침.
  • PRTR 제도: 오염물질 배출 및 이동 등록제도.
  • MSDS 제도: 물질안전보건자료. 화학물질의 안전한 사용을 위한 정보를 제공한다.
  • ICP 데이터: 유도결합플라즈마에 의한 분석 데이터. 특정 유해 물질 등의 원소 분석에 사용되며, RoHS 지침 미사용 증명으로 요구되는 경우가 많다.
  • 용기포장재 재활용법: 일본의 용기 및 포장재 재활용 관련 법률.
  • 녹색구매법: 일본의 친환경 제품 구매 촉진을 위한 법률.
  • 산림 인증 제도: 지속 가능한 방식으로 관리되는 산림에서 생산된 종이 제품을 인증하는 제도.

6. 1. 크기 규격

종이 크기에는 절단 여백을 포함한 원지 크기와, 제품 완성 후의 크기인 종이 가공 마무리 크기가 있다. 이러한 크기는 일본공업규격(JIS) 및 ISO에 의해 규격화되어 있다.

원지 크기는 다음과 같다.

종류크기(mm)
A판625×880
B판765×1085
사륙판788×1091
국판636×939
하트론판900×1200



마무리 크기에는 A판과 B판이 있다.

6. 2. 수량 단위

1연(連)은 일정한 치수로 마무리된 종이 1,000매(판지는 100매)를 말하며, 종이 거래의 기준이 되는 매수이다.[1] 2.5연(2,500매)처럼 소수점을 사용하여 표기하는 경우도 있다.[1]

6. 3. 질량 단위

종이는 종종 무게로 특징지어진다. 미국에서는 무게는 용지가 최종 고객에게 판매되는 크기로 절단되기 전의 다양한 "기본 크기"의 한 림(500매 한 묶음)의 무게를 나타낸다. 예를 들어, 20lb, 8.5x 용지 한 림의 무게는 더 큰 용지에서 네 조각으로 잘랐기 때문에 5파운드이다.[21] 미국에서는 인쇄 용지는 일반적으로 최대 20lb, 24lb, 28lb 또는 32lb이다. 표지 용지는 일반적으로 68lb이며, 110lb 이상은 카드 용지로 간주된다.

ISO 216 용지 크기 시스템을 사용하는 유럽 및 기타 지역에서는 무게가 종이의 제곱미터당 그램(g/m2 또는 일반적으로 gsm)으로 표시된다. 인쇄 용지는 일반적으로 60gsm과 120gsm 사이이다. 160gsm보다 무거운 것은 카드로 간주된다. 따라서 한 림의 무게는 용지의 크기와 두께에 따라 달라진다.

평량은 종이와 판지의 기준이 되는 무게를 단위 면적인 1m2당 질량으로 나타낸다. 단위는 g/m2이다. 평량은 종이의 기본 품질을 나타내는 중요한 항목이다. 미터법 평량이라고도 한다.

연량은 일정한 치수로 마무리된 종이 1,000매(1련)의 질량을 말한다. 일본의 경우, 판지(板紙)는 실제로 거래되는 종이의 치수를 사용하고, 판지 이외에는 46판(四六判)(788mm×1,091mm)이 일반적이다. 1련이 1,000매가 아닌 경우(예: 100매)에는 연량도 달라진다.

연량은 종이의 무게뿐만 아니라 두께를 비교하는 기준으로도 여겨진다. 두꺼운 종이는 엽서(郵便はがき)[68] 209.3kg이고, 얇은 것은 순백색 롤지(純白ロール紙) 34kg이다. 하지만 종이 재질에 따라 같은 두께라도 밀도는 다르므로 어디까지나 기준이다. 같은 종류의 종이끼리 두께를 비교할 때는 좋은 참고가 된다.

7. 현대 사회와 종이

현대 사회에서 종이는 다양한 용도로 사용되며, 기술 발전과 환경 문제와도 밀접하게 관련되어 있다.

유엔 식량농업기구(FAO)의 조사에 따르면, 아시아가 북미를 제치고 최대 펄프 및 제지 생산 대륙이 되었다.[36] 2021년 기준 인쇄용지 생산량은 감소 추세지만, 골판지 및 위생 용품 등 기타 종이 및 판지 생산량은 증가하고 있다.[36] 이는 전자상거래 확산과 COVID-19 관련 봉쇄 조치의 영향으로 분석된다.[36][37]

7. 1. 종이와 컴퓨터 (페이퍼리스)

컴퓨터 등 전자 기술이 보급되면 종이를 사용하지 않는 페이퍼리스가 실현되어 인쇄, 배포, 종이 보관 등의 비용을 절감할 수 있을 것이라는 예상이 있었다.

그러나 컴퓨터가 고도로 보급된 현대에도 종이 사용량은 감소하지 않았다. 종이를 대체하는 디지털 문서 시스템에서 이전에 드는 수고 등 역시 큰 비용이 발생하는 것, 종이의 어포던스를 재현하기 어려운 것 등이 그 원인으로 꼽힌다.[69]

7. 2. 종이와 환경 문제

초기 목재 펄프로 만든 종이 대부분은 사이징(종이에 잉크가 번지는 것을 막는 공정)에 사용되는 명반(황산알루미늄 염의 일종) 때문에 산성을 띠었다.[24][25] 제지업자들은 명반을 과다하게 사용했고, 이는 결국 종이를 구성하는 셀룰로오스 섬유를 산성으로 가수분해시켜 종이가 부서지는 "느린 불(slow fire)" 현상을 일으켰다. 면 섬유 종이는 훨씬 더 안정적이었지만, 현대에는 산성이 아닌 첨가제를 사용한 종이 생산이 보편화되면서 이러한 문제는 줄어들고 있다.

기계 펄프로 만든 종이는 리그닌(목재의 주요 구성 성분)을 많이 함유하고 있는데, 리그닌은 빛과 산소에 노출되면 노란색으로 변한다.[26] 신문용지가 시간이 지나면서 누렇게 변색되는 것이 이 때문이다. 표백된 크래프트 또는 황산염 펄프로 만든 종이는 리그닌 함량이 적어 책이나 문서 등 높은 백색도가 필요한 용도에 적합하다.

목재 펄프 종이가 면 섬유 종이보다 반드시 내구성이 떨어지는 것은 아니다. 종이의 노화는 섬유의 출처보다는 제조 방법에 따라 결정된다.[27] 미국 의회도서관의 연구에 따르면, 셀룰로오스 자체가 포름산, 아세트산, 젖산, 옥살산 등을 생성하기 때문에 모든 종이는 산성화될 위험이 있다.[28]

기계 펄프는 사용된 건조 목재 1톤당 거의 1톤의 펄프를 생산하여 "고수율 펄프"라고도 불리며, 화학 펄프보다 수율이 거의 두 배 높아 저렴하다. 대량 판매되는 페이퍼백 책과 신문은 주로 기계 펄프 종이를 사용하며, 출판사는 양장본 및 고급 페이퍼백 책에 산성이 없는 종이(acid-free paper)를 사용하는 경향이 있다.

종이의 생산과 사용은 산림 벌채를 유발하고 환경에 부정적인 영향을 미친다. 전 세계 종이 소비량은 지난 40년 동안 400% 증가했으며, 벌채된 나무의 35%가 종이 제조에 사용된다. 대부분의 제지 회사들은 숲을 다시 조성하기 위해 나무를 심지만, 원시림 벌채는 여전히 논란거리이다.[29]

미국에서는 매년 전체 폐기물의 최대 40%가 종이 폐기물이며, 이는 연간 7,160만 톤에 달한다.[30] 평균적인 사무직 근로자는 매일 31장의 종이를 인쇄하며,[31] 미국인들은 연간 약 160억 개의 종이컵을 사용한다.

원소 염소를 사용한 전통적인 목재 펄프 표백은 다량의 염소화 유기 화합물(다이옥신 포함)을 생성하여 환경에 방출한다.[32] 다이옥신은 지속적인 환경 오염 물질로, 스톡홀름 협약에 의해 국제적으로 규제되고 있다. 다이옥신은 독성이 강하여 생식, 발달, 면역, 호르몬 문제 등을 일으키고 발암 물질로도 알려져 있다. 다이옥신은 동물의 지방 조직에 축적되어 먹이 사슬을 통해 인체에 노출되며, 인체 노출의 90% 이상은 육류, 유제품, 생선 및 조개류 섭취를 통해 이루어진다.[33]

2010년 종이펄프 및 인쇄 산업은 전 세계 온실가스 배출량의 약 1%를 배출했으며,[34] 2012년에는 약 0.9%를 배출했다.[35]

일본제지연합회 조사에 따르면, 2012년 세계 종이 및 판지 생산량은 약 4억 톤이었다. 국가별 생산량은 중화인민공화국(1억 250만 톤), 미국(7,438만 톤), 일본(2,608만 톤) 순이다. 1인당 소비량은 벨기에(약 318kg), 오스트레일리아(약 252kg), 독일(약 243kg) 순이며, 일본은 약 218kg이다.

2017년 세계 종이 및 판지 생산량은 4억 2천만 톤으로 증가했으며, 아시아 지역의 종이 펄프 산업 비중이 커지고 있다.[66]

일본에서 생산되는 종이의 원료 중 약 60%는 고지(재활용 종이)이지만, 나머지 약 40%는 목재 등을 원료로 한 버진 펄프이다. 버진 펄프의 원료는 주로 2~3cm 크기로 부순 목재칩이며, 국내산보다 해외 수입이 많다. 목재칩의 원료로는 유칼리나 아카시아 등의 조림목이 주로 사용되지만, 조림을 위해 천연림을 벌채하는 경우도 있다는 지적이 있다. 또한, 목재칩 원료의 일부에는 천연림에서 벌채된 통나무도 사용되며, 환경 단체들은 천연림 벌채 대상에 생물다양성이 풍부한 원시림도 포함된다고 지적한다.

7. 3. 종이의 미래

유엔 식량농업기구(FAO)의 2022-2024년판 연례 "펄프 및 제지 생산량 조사"에 따르면, 아시아가 북미를 제치고 최대 펄프 및 제지 생산 대륙이 되었다.[36]

FAO의 2021년 수치는 인쇄용지 생산량이 2000년대 중반 정점에서 계속 감소하여 연간 1억 톤 이하로 유지되고 있음을 보여준다. 반면 골판지와 위생 용품을 포함한 기타 종이 및 판지 생산량은 계속 증가하여 3억 2천만 톤을 초과했다.[36]

FAO는 2010년대 이후 전자상거래 확산에 따라 종이 및 판지의 골판지 생산이 증가하고 있으며, COVID-19 관련 봉쇄 조치로 인해 더욱 증가했다고 밝혔다.[36][37]

일부 제조업체에서는 발포 플라스틱 포장재를 대체할 친환경적인 새로운 소재를 사용하기 시작했다. PaperFoam이라는 종이 포장재는 일부 발포 플라스틱 포장재와 매우 유사한 기계적 특성을 가지지만, 생분해성이며 일반 종이와 함께 재활용할 수도 있다.[38]

과불화옥탄산과 같은 합성 코팅에 대한 환경적 우려가 커지고 탄화수소계 석유화학 제품의 가격이 상승함에 따라, 팝콘 봉투와 같이 기름기가 많은 용도의 종이 코팅제로 제인(옥수수 단백질)에 대한 관심이 높아지고 있다.[39]

또한, 종이보다 내구성이 뛰어난 인쇄 매체로 타이벡(Tyvek)과 테슬린(Teslin)과 같은 합성 소재가 도입되었다.

참조

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