j046 2000 1135 - 국립중앙과학관 · 2014-01-06 · e£1E1 -fS1E1 1 f S1E1 1f S1E1& f S1E1& &f...

제 46회 전국과학 전람회

한지의 물리적 특성에

관한 집중 탐구

출품 분야 학생부 출품부문 물 리

시․도학 교

(소 속)학 년 성 명

광주광역시 문산중학교 2학년 김효진

지도 교사 문산중학교 교 사 김금화

< 목 차 >

Ⅰ. 탐구 동기 및 목적 ··································································1

Ⅱ. 탐구의 기초 ··············································································1

Ⅲ. 탐구 내용 ···················································································4

탐구 주제 (1) : 종이의 밀도 측정 ····················································4

탐구 주제 (2) : 종이의 수분 흡수량 비교 ······································7

탐구 주제 (3) : 종이의 조직 관찰 ··················································11

탐구 주제 (4) : 종이의 강도 비교 ··················································13

탐구 주제 (5) : 종이의 냄새 제거력 조사 ····································16

탐구 주제 (6) : 종이의 투과력 비교 ··············································19

탐구 주제 (7) : 종이의 채광성 비교 ··············································25

탐구 주제 (8) : 종이의 난 투과성 비교 ········································29

Ⅳ. 결 론 ·························································································33

Ⅴ. 발전 및 활용성 ······································································34

Ⅵ. 제 언 ·························································································36

● 참고 문헌 ·················································································36

- 1 -

Ⅰ. 탐구 동기 및 목적

1학년 겨울 방학 기간에 민속 박물관으로 봉사활동을 나갔었다. 그 곳에서 박물

관 내부를 청소한 후 안내인으로부터 전시물에 대한 설명을 들었다. 그 중 유리

전시관 안에 시중에서 판매되는 물먹는 하마 제품이 있어 사용 용도를 여쭸더니

습기를 제거하기 위함이라고 말씀해 주셨다. 그 때 ‘지금처럼 습기 제거용품이 없

는 옛날에는 어떻게 유물을 보관할 수 있었을까?’ 궁금했으나 그냥 지나쳐 버렸는

데 2학년이 되어 국사 수업시간에 현존하는 가장 오래된 목판 인쇄물 「무구정광

대다라니경」이 한지에 인쇄되어 보존이 잘 될 수 있었다는 설명을 듣고 한지의

어떤 특성 때문인지 알고 싶었다.

또, 지난 3월 11일 한 TV 방송 프로그램에서 기자가 소문난 된장국 전문 식당

을 찾아갔는데 식당 내부에서 냄새가 별로 안나 살펴보니 천장과 창문, 심지어는

냉장고 문에까지 한지를 발라놓았기 때문이라는 보도를 접하고 ‘과연 한지가 실내

냄새를 줄여줄 수 있을까?’ 의문이 생겨 알아보았지만 한지에 관한 기초 지식이

없어서 궁금증을 풀기 어려웠다.

이에 선생님께 자문을 구하고, 한지를 포함한 생활 주변의 여러 종이들의 흡수

성, 통기성 등을 비교해 보고, 과학적인 탐구 활동 전개로 한지의 물리적 특성을

집중적으로 분석해 보기로 하였다.

Ⅱ. 탐구의 기초

● 한지의 독특한 특성이 원료와 제조 방법을 통해서 나타나리라 생각되어 다음

과 같은 방법으로 자료를 수집하고 한지에 대한 기본 지식을 쌓음.

가) 인터넷 자료 검색 및 관련 서적 조사

: 한지의 과학 및 원료, 한지 제조 이론과 실제 등

나) 한솔 종이 박물관 견학(전주시 덕진구 팔복동 소재)

1) 한지란 무엇인가?, 제조 과정 실습

2) 제조 기술자와의 면담 : 제료의 특성, 한지와 양지의 차이점 비교

- 2 -

다) 한지 전문가의 자문

: 닥섬유 (천연 섬유)의 특징, 한지의 흡습성, 통기성에 대해

● 선행 조사 결과 알게된 점

가) 한지란?

: 닥나무의 긴 섬유를 충분히 고해하여 균일하게 만든 우리 나라 전통 종이

[ 고해 (Beator) ; 원료를 두들겨 부드럽게 하는 과정 ]

< 비교 - 중국의 종이 제조법 : 섬유를 잘게 갈아서 만듦 >

나) 한지의 원료

1) 주원료 : 닥나무

① 양지의 원료가 되는 목재 펄프에 비하여 섬유가 길며, 강인하고 보존성

이 좋은 특징이 있다.

② 그 외에도 산닥나무, 삼지닥나무, 산뽕나무, 마 등이 있다.

2) 부원료 : 닥풀

① 한지를 제조할 때 점제 (액체에 끈끈한 힘을 주기 위해 쓰는 물질)로 사

용

② 지통(종이를 뜰 때 쓰는 큰 나무통)에서 지료액(제지의 원료액)이 점성

을 가죠 긴 섬유가 침강하는 것을 방지한다.

③ 초지(종이를 뜸)를 용이하게 해 지질을 고르게 한다.

④ 닥풀액은 수용성 천연 고분자 물질로서 주성분은 갈락 토산의 다당류를

많이 함유하고 있어 장섬유를 물에 엉키지 않게 분산시킨다.

⑤ 닥풀의 중성초지의 결과로 한지는 1000년이 지나도 열화되지 않고 그 본

래의 모습을 간직하고 있는 것이다.

- 3 -

< 그림 1 > 닥나무 < 그림 2 > 닥풀

다) 한지 만드는 과정

거두기 → 찌기 → 벗기기(1차) → 말리기 → 벗기기 → 씻기 → 말리기 → 티

고르기→ 두드리기 → 쓰레질과 거르기 → 닥풀섞기 → 종이뜨기 → 말리기 →

다듬이질

라) 한지와 양지의 차이점

1) 한지 : 닥나무와 닥풀을 원료로 하여 전통적인 제지 방식에 의해 만들어

진 흡습성이 뛰어난 전통종이이다.

(선행 조사에 의하면 한솔 제지 공장에서 손으로 제조되는 전통 한지류는

닥섬유 100%, 시중에서 판매되는 기계 한지류는 닥섬유 20% ～ 30% 정도

함유한다.)

2) 양지 : 소나무 등의 일반 목재를 기계로 갈아 버리므로 흐물거리고 섬유

길이가 짧다.

- 4 -

Ⅲ. 탐구 내용

탐구 주제 (1) : 종이의 밀도 측정

[실험 모형]

< 그림 3 > 종이의 두께 측정

가) 실험 방법

1) 서로 다른 성분의 9가지 종이를 준비한다.

구분 닥섬유 함유량 종류

전통 한지류 100% 도침지, 전통한지, 전통색한지

기계 한지류 20%～30%화방화선지, 문구화선지, 문구

한지, 문구색한지

양지 목재펄프 신문용지, 복사용지

2) 각 종류별로 종이를 30mm×250mm 크기로 200장을 준비한다.

3) 버니어 캘리퍼스로 종이 두께를 측정하여 종이 1장의 평균 두께를 구함

- 5 -

(1장의 두께 = 200장의 두께/200)

4) 종이 1장의 부피(㎣) = (종이 1장의 두께 × 1장의 면적)으로 구한다.

5) 종이 1장의 질량(mg)을 측정한다. (종이의 20장의 질량/20)

6) 종이의 밀도(mg/㎣) = (종이 1장의 질량/종이 1장의 부피)로 구한다.

7) 9종류의 종이의 밀도를 ② ～ ⑥ 과정을 거쳐서 구한다.

[가설설정] 전통 한지류의 밀도가 다른 종이의 밀도보다 작을 것이다.

나) 실험 결과

< 표 1 > 9종류 종이의 밀도

종이의 종류

구 분도침지

전통

한지

전통

색한지

화방

화선지

문구

화선지

문구

한지

문구

색한지

신문

용지

복사

용지

200장 두께(mm) 10.76 10.14 10.40 12.66 13.12 12.90 12.00 14.66 18.20

1장의 두께(mm) 0.0538 0.0507 0.0520 0.0633 0.0656 0.0645 0.0600 0.0733 0.0910

1장의 부피(㎣) 403.5 380.3 390.0 474.8 492.0 483.8 450.0 549.8 682.5

1장의 질량(mg) 180 130 130 200 310 325 285 400 560

1장의 밀도(mg/㎣) 0.446 0.342 0.333 0.421 0.630 0.672 0.633 0.728 0.821

- 6 -

< 그림 4 > 종이의 밀도 비교

1) 전통 색한지와 전통 한지의 밀도가 가장 적다.

2) 종이의 밀도는 전통 한지류 < 기계 한지류 < 양지 순으로 나타났다.

3) 가장 품질이 좋은 도침지는 도침 처리로 인해 전통 한지류 중에서도 밀도

가 크다. 도침 처리란, 종이를 뜬 후 충분히 두드려 고르게 펴서 장섬유가 촘

촘촘하게 엉키는 것을 뜻한다.

[의문점] 밀도가 작을수록 내부에 빈 공간이 많음을 확인할 수는 없을까?

- 7 -

탐구 주제 (2) : 종이의 수분 흡수량 비교

[실험 모형]

< 그림 5 > 종이의 수분 흡수량 측정

[가설 설정]

밀도가 작은 종이일수록 내부에 물질을 저장할 수 있는 빈 공간이 크므로 수

분 흡수량이 많을 것이다.

[통제 조건]

각 종류의 종이별로 같은 부피당 수분흡수량을 비교한다.

(각 종이의 면적은 동일하므로 부피의 비 = 두께의 비)

- 8 -

가) 실험 방법

1) 같은 부피 (=두께)에 해당하는 각 종이의 개수의 비는 다음 식으로써 구한

다.

(어떤 종이의 두께) × 개수 = 일정

즉, 0.0538n1 = 0.0507n2 = 0.0520n3 =0.0633n4 = 0.0656n5 = 0.0645n6 =

0.0600n7 = 0.0733n8 = 0.0910n9

(n1, n2, n3, n4, n5, n6, n7, n8, n9는 각 종이의 개수이다 여기서 n1 = 도침지로

함)

2) 같은 부피만큼의 종이를 2분 동안 물 속에 담근 후의 흡수량을 산출한다.

3) 얻어진 자료값으로 밀도와 수분 흡수량과의 관계를 그래프로 정리한다.

나) 실험 결과

< 표 2 > 종이의 수분 흡수량

구 분 도침지 전통한지전통

색한지

화방

화선지

문구

화선지문구한지

문구

색한지신문용지 복사용지

각 종이의

개수의 비n1라면

n2 =

1.061n1

n3 =

1.035n1

n4 =

0.850n1

n5 =

0.820n1

n6 =

0.834n1

n7 =

0.897n1

n8 =

0.734n1

n9 =

0.591n1

종이의 개수10장

이라면10.61 10.35 8.50 8.20 8.34 8.97 7.34 5.91

쓰이는

종이의 개수10장

10장

+15.25cm

10장

+8.75cm

8장

+12.5cm

8장

+5.0cm

8장

+8.5cm

8장

+24.25cm

7장

+8.5cm

5장

+22.75cm

쓰이는 종이

질량(g)1.8 1.4 1.4 1.6 2.1 2.7 2.5 2.9 3.5

2분 담근

후의 질량(g)14.4 15.0 15.1 13.4 13.2 12.9 13.4 11.3 9.6

수분 흡수량

(g)12.6 13.6 13.7 11.8 11.1 10.2 10.9 8.4 6.1

- 9 -

< 그림 6 > 종이의 수분 흡수량 비교

1) 전통색한지. 전통한지, 도침지 등의 전통 한지류의 수분 흡수량이 가장 많

았다.

2) 앞의 < 표 1 > 밀도 측정값과 관련지어 볼 때 9종류의 종이 중에서 밀도

가 가장 적은 전통색한지의 수분 흡수력이 우수하고 밀도값이 큰 복사용지

의 수분 흡수력이 가장 떨어졌다.

3) 밀도와 수분 흡수량 사이에는 반비례 관계가 성립함을 알 수 있다.

(그림 7 참조)

- 10 -

< 그림 7 > 밀도와 수분흡수량과의 관계

[오차 원인]

1) 종이의 두께 측정시 200겹보다 훨씬 더 많은 종이를 사용하면 종이 1장 두

께의 오차를 줄일 수 있다.

2) 물에서 종이를 건져낼 때 떨어지는 물방울로 인해 흡수량 측정에 오차가

생긴다. 이 오차를 줄이기 위해 최대한 천천히 건져내야 한다.

- 11 -

탐구 주제 (3) : 종이의 조직 관찰

가) 실험 방법

1) 먼저 종이들을 만져보아 재질을 비교하고 돋보기로 표면을 관찰한다.

2) 종이 표면의 전자 현미경(SEM) 관찰 : 전남대학교 공과대학 부속공장에

의뢰, 시료를 진공하에서 Gold coating한 후 주사 전압 10kV, 500배로 확대

관찰하였다.

나) 실험 결과

종

이재 질 조직 사진 특 징

도

침

지

․약간 누렇고, 광택이

있다.

․틈이 크다.

․실(섬유소)이 많이

보인다.

․(닥)섬유 가닥이 길

고 비교적 두껍다.

․섬유 두께가 고른편

이다.

․틈이 크고 많다.

전

통

한

지

․표면이 부드럽고 포

근한 촉감이다.

․틈이 크다.


보인다.


다.

․섬유 두께가 고른편

이다.

․틈이 아주 크고 많

다.

전

통

색

한

지

․표면이 부드럽다.

․틈이 크다.


보인다.


고 가늘다.

․틈이 크고 많다.

화

방

화

선

지

․표면이 조금 거칠다.

․작은 틈이 보인다.

․찢긴 부분에 실들이

한 줄로 연결되어 있

다.

․가는 섬유들이 얽혀

있다.

․틈이 많은 편이다.

- 12 -

종

이재 질 조직 사진 특 징

문

구

화

선

지

․종이 양면의 촉감이

다르고 광택이 없다.

․잘 찢처진다.

․섬유길이가 짧다.

․두께가 고르지 않은

편이나 대체로 두껍

다.

․불순물이 많다.

․틈이 좁고 적다.

문

구

한

지


다르다.

․잔 섬유소가 약간

관찰된다.


․두께가 고르지 않은

편이나 문구화선지보

다 두껍다.

․불순물이 많다.


문

구

색

한

지


다르다.

․잔 섬유소가 약간

관찰된다.


․대체로 두껍다.

․불순물이 있다.


신

문

용

지

․빈틈이 거의 없고

거칠다.

․잘 찢어지지 않는다.

․섬유가 짧고 끊어져

있다.


․틈이 거의 없고 작

다.

복

사

용

지

․촘촘하고 매끄럽다.

․잘 찢어지지 않는다.

․섬유가 짧고 끊어져

있다.


․틈이 거의 없고 촘촘

하다.

< 그림 8 > 종이의 재질 및 조직 관찰

1) 종이 틈의 크기는 전통한지류 > 기계한지류 > 양지 순이다.

2) 밀도는 전통한지류 < 기계한지류 < 양지 순이다.

3) 섬유길이는 전통한지류 > 기계한지류 > 양지 순으로 나타났다.

- 13 -

탐구 주제 (4) : 종이의 강도 비교

《 실험 A 》건조한 종이의 강도 조사

[실험 모형]

< 그림 9 > 건조상태의 종이 강도 측정

가) 실험 방법

1) 9종류 각각의 종이를 폭 1.5cm, 길이 25cm인 크기로 잘라 준비한다.

2) 종이의 양 끝에 같은 폭의 종이테이프를 붙인 후 펀치로 구멍을 낸다.

3) 구멍에 용수철 저울을 걸어 종이를 천천히 당겨서 끊어질 때의 저울 눈금

(힘)을 측정한다.

4) 10회 반복 실험 후 평균값을 구해 종이의 강도로 정한다.

- 14 -

나) 실험 결과

< 표 3 > 건조한 종이의 강도 비교

종이의

종 류도침지

전통

한지

전 통

색한지

화 방

화선지

문 구

화선지

문 구

한 지

문 구

색한지

신 문

용 지

복 사

용 지

강도(N) 19.7 6.7 8.5 8.5 10.0 12.5 15.2 11.5 15.7

1) 도침지의 강도가 가장 세고 전통한지의 강도가 가장 약하다.

2) 일반적으로 건조한 종이의 강도는 양지 > 기계한지 > 전통한지류의 순으

로 나타났다.

《 실험 B 》물에 젖은 종이의 강도 조사

[실험 모형]

< 그림 10 > 물에 젖은 종이의 강도 측정

가) 실험 방법

1) 수평면 위에 같은 높이의 벽돌 두 장을 약간 거리를 두고 놓는다.

- 15 -

2) 2분 동안 물에 담가 놓았다가 꺼낸 10cm × 15cm 면적의 각 종이를 펴서

벽돌 위에 놓고 벽돌을 얹어 종이를 고정시킨다.

3) 50g 짜리 분동을 종이 한가운데에 올려놓고 종이가 찢어질 때까지 시간을

측정하여 종이의 강도를 비교한다.

4) 같은 방법으로 9가지 종이의 강도를 비교한다.

나) 실험 결과

< 표 4 > 50g 짜리 분동을 이겨내는 강도

종이의 종류

50g 분동을 올렸을 때도침지

전통

한지

전 통

색한지

화 방

화선지

문 구

화선지

문구

한지

문 구

색한지

신문

용지

복사

용지

2분 담근후의 버티는 시간 30분 이상 1″59 1″34 0″ 4″62 54″02

100g 짜리 분동을 올려 놈 30분이상 1″55 1″25 1″09 ․

1) 건조 상태에서와 마찬가지로 젖었을 때에도 도침지의 강도가 가장 세게 나

타났다.

2) 젖은 종이의 강도는 전통한지류 > 양지 > 기계한지 순으로 나타났다.

3) 전통 한지류는 수분이 빠르게 증발하므로 버티는 시간이 훨씬 더 길어졌

다.

4) 전통 한지류는 50g 짜리 분동을 올려 놓으면 모두 30분 이상 견뎌냈으며,

다시 종이를 준비해 2분간 담근 후 100g 분동을 올려 놓으면 버티는 시간

이 달라 강도에 다소 차이가 나타났다.

다) 알게된 점

1) 일반적으로 건조상태에서는 강도가 약했던 전통 한지류가 젖은 상태에서는

기계한지와 양지에 비해 훨씬 더 강도가 세다.

2) 시간이 흐를수록 전통 한지류의 수분이 빠르게 증발되는 것으로 보아 통기

- 16 -

성이 좋다는 것을 알 수 있다.

3) 전통 한지류는 닥섬유 자체가 질기고, 조직의 틈이 커 통기가 잘 되므로

다른 종이보다 강도가 더 세다.

탐구 주제 (5) : 종이의 냄새 제거력 조사

《 실험 A 》 끓인 된장국을 넣었을 때

가) 실험 방법

1) 본 연구 동기에 맞추어 실제로 된장국을 끓여 종이의 흡습 및 냄새 줄이는

효과가 있는지 비교한다.

2) 사각수조 5개를 준비하고 수조 내부를 종류가 다른 종이 (도침지, 전통 한

지, 문구 화선지, 문구 한지, 복사 용지)로 도배하듯 붙인다.

3) 끓인 된장국을 50ml 비커 5개에 나누어 담고 수조를 덮은 후 20분 동안

경과시킨 후 수조를 열고 코로 내부의 냄새를 확인․비교한다.

4) 푸른색 염화코발트 종이가 수분(또는 수증기)가 접하면 붉은색으로 변하는

성질을 이용하여 변색 차이로 흡습 정도를 비교한다.

- 17 -

나) 실험 결과

반 응 도침지 전통 한지 문구 한지 문구 화선지 복사용지

용기 윗면

습기 여부

○ ○ ○ ○ ○

축축함 가장 축축함 축축함 덜 축축함 비교적 건조함

냄새 정도수조를 열면 내부에 모두 된장국 냄새가 나고 정도 차이가 잘

구분 안됨

염화코발트

종이와의

반응속도

③ ① ② ④ ⑤

모두 푸른색 염화코발트 종이와 반응하여 붉게 변하나 속도가

약간씩 차이남

< 표 5 > 종이의 흡습력 비교

1) 전통 한지의 흡습력이 가장 뛰어나다.

2) 예상과는 달리 코로 수조 내부의 된장국 냄새를 맡아보았을 때 모두 냄새

가 났고 그 정도 차이는 잘 구분되지 않았다. 그러므로 더 넓은 공간에서

더 긴 시간동안 실험을 진행하면 좀 더 확실한 결과를 얻을 수 있을 것이

다.

《 실험 B 》암모니아 기체와 페놀프탈레인의 반응 조사

가) 실험 방법

1) 한지가 실내 음식 냄새를 줄여주는 효과가 있다면 어떤 원인인지 살펴보기

위해 냄새 물질을 암모니아 기체로 대체하여 실험을 진행시킨다.

2) 앞선 실험(A)때 처럼 사각 수조를 다시 준비한다.

3) 5개의 시계 접시에 일정량의 암모니아수를 묻힌 솜을 넣고 수조를 덮어 밀

폐시킨 후 15분 동안 경과시킨다.

4) 15분 후 수조를 열고 분무기로 종이에 페놀프탈레인 용액을 뿌려 변색 반

- 18 -

응을 살펴봄으로써 종이의 기체 물질 함유 여부를 판단해 본다.

5) 다시 암모니아가 든 시계 접시를 넣고 수조를 덮은 후 종이 내부의 반응을

살펴 4)과정의 결과와 비교한다.

나) 실험 결과

1) 15분 후, 종이에 페놀프탈레인 용액을 반응시키면 모든 종이의 색깔이 변

하지 않고 그대로이다.

2) 시계 접시를 빼고 수조를 다시 덮어두면 복사용지, 문구 한지, 문구 화선지

는 아주 연한 분홍색으로 변하지만 전통 한지 색은 그대로이다.

3) 이번엔 암모니아가 담긴 시계 접시를 수조 내부에 다시 넣고 덮어두면 시

간이 지날수록 종이가 붉은색으로 변하는데 진하기가 전통한지 > 도침지 >

문구 화선지 > 문구 한지 > 복사용지 순으로 나타났다.

4) 실험 마무리 후 수조를 열어두면 바로 붉은색이 탈색되는데 전통한지와 도

침지의 탈색 속도가 가장 빠르다.

다) 알게된 점

1) 한지가 기체 물질을 함유하고 있다면 방법 4)에서 페놀프탈레인을 뿌렸을

때 바로 반응했을텐데 그렇지 않았다. 그러므로 본 실험에서 종이의 물리적

인 구조상 특징으로는 종이가 냄새 물질(기체)을 흡수하는 지를 확인할 수

없었다. 한지 성분과 냄새 물질과의 반응 여부는 화학적인 방법으로 실험을

더 거쳐 확인해 보아야겠다.

- 19 -

2) 실험 결과 4)를 통해 전통한지가 다른 종이들보다 통기성이 뛰어남을 알

수 있었다.

3) 전통 한지는 조직의 틈이 커 눈에 보이지 않는 작은 구멍이 많이 있어서

공기중의 습기를 잘 흡수하고, 안팎의 공기 유통이 잘 되어 실내 공기를 환

기시키는 능력이 있다.

탐구 주제 (6) : 종이의 투과력 비교

《 실험 A 》액체 투과력 조사

[실험 모형]

< 그림 12 > 종이의 육수 투과량 측정

가) 실험 방법

1) 5종류의 종이와 거름종이를 깔대기에 접어 넣고 거름장치를 한다.

2) 물 30ml를 부은 후 모두 투과될 때까지의 시간을 측정하여 투과력을 비교

한다.

- 20 -

3) 육수 10ml를 부은 후 1분 간격으로 투과되는 육수량을 측정하여 종이의

투과성을 비교한다.

4) 시간에 따른 종이의 투과력과의 관계를 그래프,로 정리한다.

나) 실험 결과

< 표 6 > 물 투과력 비교

종 이 도침지 전통한지 문구 화선지 문구 한지 복사용지 거름종이

투과시간 23″17 1″73 2′02″39 1′48″881시간 동안

투과량 : 4.3ml44″18

< 표 7 > 육수 투과력 비교

종이

투과량(ml)도침지 전통 한지

문구

화선지문구 한지 복사용지 거름종이

1분후 2.20 4.50 0.50 0.50

전혀 투과

가 되지 않

고 40분이

경 과 해 도

0.3ml만 투

과됨

3.40

2분후 2.40 4.80 0.70 0.70 3.90

3분후 2.60 4.85 0.80 0.80 4.20

4분후 2.80 5.00 0.90 0.90 4.40

5분후 2.85 5.00 1.00 1.00 4.70

6분후 3.00 5.10 1.00 1.00 4.75

7분후 3.10 5.15 1.00 1.00 4.85

8분후 3.15 5.20 1.10 1.10 4.90

9분후 3.20 5.30 1.15 1.15 5.10

10분후 3.25 5.50 1.20 1.20 5.20

- 21 -

< 그림 13 > 시간에 따른 육수 투과량

1) 전통 한지는 물과 육수의 투과력이 가장 뛰어나다.

2) 복사용지는 물과 육수 모두 투과가 거의 되지 않는다.

3) 육수 투과량은 시간이 지날수록 점점 줄어드는데 이는 육수 기름이 종이에

얇은 막을 형성하여 틈이 막히기 때문으로 판단된다.

4) 실험실용 거름종이보다 전통 한지의 투과력이 더 우수하다.

다) 알게된 점

1) 전통 한지류는 공극률이 높아 액체 물질의 투과성이 뛰어나다.

즉, 밀도와 투과성은 서로 반비례한다.

《 실험 B 》기체 투과력 비교

- 22 -

[실험 모형]

< 그림 14 > 종이별 기체의 투과 측정

가) 실험 방법

1) 지름이 약 1.8cm. 길이가 50cm인 유리관 3개를 준비한다.

2) 한 개의 유리관 양 끝은 전통 한지를, 다른 관은 복사용지로 막을 씌운 후

테이프로 고정시키고, 또 다른 관 하나는 그냥 둔다.

3) 유리관보다 지름이 조금 큰 2개의 시험관(ø 21mm) 속에 암모니아(NH3)

와 염산(HCl)을 넣고 일정량의 솜을 넣어 막는다.

4) 이 시험관을 긴 유리관의 좌․우 눈금 5cm 위치까지 동시에 끼워 넣는다.

5) 관 속에서의 변화를 검은 종이를 대고 관찰하고, 염화암모늄(NH4Cl)의 생

성 시간을 측정한다.

- 23 -

나) 실험 결과

< 표 8 > 종이막에 따른 기체의 투과 비교

종이막

반 응막이 없을 때 전통 한지막 복사용지막

염화암모늄의

생성 시간4′18″(=258초) 5′35″(=335초) 9′10″(=550초)

염화암모늄의

생성 위치

NH3로부터 52.7cm

HCl로부터 27.3cm

NH3로부터 53.8cm

HCl로부터 26.2cm

NH3로부터 60.0cm

HCl로부터 20.0cm

염화암모늄의

모양

＊사막의 사구 모양으로 형성됨

＊시계 방향으로의 대류가 HCl 쪽으로 이동함

＊NH3쪽 연기 바닥은 높고, HCl 쪽 바닥은 낮음

1) 암모니아와 염화수소 기체가 스스로 운동하여 종이막을 투과한 후 관속으

로 퍼져나가다가 서로 만나 염화암모늄의 흰 연기를 만든다.

NH3 + HCl → NH4Cl

(암모니아 + 염화수소 → 염화암모늄)

2) 기체 투과에 따른 확산 속도는 종이막이 없을 때 > 전통 한지막 > 양지막

의 순으로 나타났다.

3) 전통 한지막의 경우 염화암모늄의 생성 시간이 복사 용지막에서보다 더 짧

게 걸리고 생성량은 더 많다. 이로써 NH3와 HCl 기체는 전통 한지막을 더

잘 투과한 후 확산됨을 알 수 있다.

- 24 -

< 그림 15 > 기체 투과 및 확산 결과

다) 알게된 점

1) 전통 한지가 다른 종이보다 기체 투과성이 뛰어나고 통기성이 우수하다.

- 25 -

탐구 주제 (7) : 종이의 채광성 비교

[실험 모형]

< 그림 16 > 종이의 채광성 측정

가) 실험 방법

1) 전통 한지, 도침지, 문구 한지, 문구 화선지, 복사용지를 같은 크기로 준비

하고, 셀로판지(빨강, 노랑, 초록, 파랑)와 조도계, 전등을 준비한다.

2) 전등과 조도계 사이의 거리를 30cm로 유지한다.

3) 전구에 불을 켜고 복사광의 조도를 측정한다.

4) 각각의 종이로 전구를 가렸을 때의 조도를 측정하여 채광성을 비교한다.

5) 셀로판지 색깔별로 전구를 가렸을 때의 조도를 측정한다.

6) 여러 셀로판지를 이용하여 빛의 색깔(파장)별 종이를 투과하는 조도를 측

정, 비교한다.

- 26 -

7) 빛의투과율= 투과후빛의조도투과전빛의조도 ×100(%) 로써 구한다.

나) 실험 결과

< 표 9 > 종이별 복사광의 투과 조도 (단위 : 10Lux)

종이별 투과 조도

(투과율)

복사광의 조도

전통 한지 도침지 문구 한지 문구 화선지 복사용지

700587

(83.9%)

535

(76.4%)

423

(60.4%)

400

(57.1%)

283

(40.4%)

< 그림 17 > 종이별 채광성 비교

- 27 -

< 표 10 > 종이별 빛의 색깔에 따른 투과 조도 (단위 : 10Lux)


(투과율)

복사광의 조도

전통 한지 도침지 문구 한지 문구 화선지 복사용지

빨강 355280

(78.9%)

260

(73.2%)

198

(55.8%)

193

(54.4%)

135

(38.0%)

노랑 575457

(79.5%)

420

(73.0%)

327

(56.9%)

310

(53.9%)

222

(38.6%)

초록 12993

(72.1%)

84

(65.1%)

63

(48.8%)

61

(47.3%)

43

(33.3%)

파랑 200144

(72.0%)

131

(65.5%)

100

(50.0%)

96

(48.0%)

69

(34.5%)

< 그림 18 > 종이의 빛의 색깔(파장)별 채광성 비교

1) 복사광에서 빛의 투과율은 전통 한지 > 도침지 > 문구 한지 > 문구 화선

지 > 복사용지 순으로 나타났다.

2) 빨강 , 노랑, 초록, 파랑색의 단색광에서도 빛의 투과성은 전통 한지 > 도

- 28 -

침지 > 문구 한지 > 문구 화선지 > 복사용지의 순으로 나타났다.

3) 모든 종이에서 빨강, 노랑과 같은 장파장 빛의 투과성 (78 ～ 79%)이 초

록, 파랑과 같은 단파장 빛의 투과성(72%)보다 더 좋게 나타났다.

다) 알게된 점

1) 전통 한지류의 채광성이 기계 한지, 양지보다 훨씬 더 뛰어나다.

2) 모든 종이는 가시광선 영역에서 단파장에 비해 장파장의 투과율이 더 뛰어

나다.

[예측]

1) 가시광선 중 단파장 투과율이 적은 것으로 보아 자외선 차단 효과가 있을

것이다.

2) 장파장 투과율이 높으므로 적외선(열)을 잘 투과시킬 것으로 예상된다.

- 29 -

탐구 주제 (8) : 종이의 난 투과성 비교

[실험 모형]

< 그림 19 > 종이의 난 투과성 측정

가) 실험 방법

1) 전통 한지, 복사용지를 같은 크기로 준비하고, 셀로판지(빨강, 파랑)와 조도

계, 전등을 준비한다.

2) 전등과 조도계 사이의 거리를 30cm로 유지한다.

3) ① 복사광/ 전통 한지/ 복사용지 / 복사용지/ ...와

② 복사광 / 복사용지 / 복사용지/ 복사용지/ ... 순으로 종이를 배치하고

①, ②의 각영역 1/1 에서의 조도를 측정한다.

4) 위 3)의 실험에서 복사광 대신 빛의 색깔(파장)에 따른 조도를 측정한다.

① 빨간 셀로판지 / 전통 한지 / 복사용지 / 복사용지 / ...

② 파란 셀로판지 / 복사용지 / 복사용지 / 복사용지 / ...

5) 전통 한지 및 복사용지를 투과한 빛의 재투과율을 측정하므로써 초기 빛의

난 투과성을 비교한다.

- 30 -

나) 실험 결과

< 표 11 > 빛에 대한 한지의 난 투과성 ( 단위 : 10Lux)


(투과율)

복사광의 조도

전통 한지 한지/복사지한지/복사지/

복사지

한지/복사지/복사

지/복사지

한지/복사지/복사지/

복사지/복사지

700

588

(84.0%)

242

(41.2%)

120

(49.6%)

70

(57.3%)

41

(58.5%)

복사지복사지/복사

지

복사지/복사

지/복사지

복사지/복사지/복

사지/복사지

복사지/복사지/복사지

/복사지/복사지

264

(37.7%)

136

(51.1%)

79

(58.5%)

46

(58.2%)

27

(58.7%)

< 표 12 > 빛의 색깔(파장)별 한지의 난 투과성 ( 단위 : 10Lux)


(투과율)

복사광의 조도


복사지


지/복사지


복사지/복사지

303

237

(78.2%)

98

(41.4%)

52

(53.1%)

31

(59.6%)

20

(64.5%)


지

복사지/복사

지/복사지


사지/복사지



108

(35.6%)

58

(53.7%)

35

(60.3%)

22

(62.9%)

14

(63.6%)


(투과율)

복사광의 조도


복사지


지/복사지


복사지/복사지

200

126

(74.6%)

49

(38.9%)

28

(57.1%)

17

(60.7%)

11

(64.7%)


지

복사지/복사

지/복사지


사지/복사지



57

(33.7%)

31

(54.4%)

19

(61.3%)

12

(63.2%)

8

(66.7%)

- 31 -

<그림 20 > 전통 한지의 난 투과성

- 32 -

1) 전통 한지를 투과한 복사광과 복사용지를 투과한 복사광을 또 다른 복사용

지에 재투과 시켰더니 전통한지를 투과한 복사광의 재투과율(41.2%)이 복사

용지 재투과율(51.1%)보다 적었다.

2) ① 복사광/전통한지/복사용지/복사용지/...와 ② 복사광/복사용지/복사용지/

복사용지/... 순으로 측정한 투과 조도값이 점점 일치되어 갔다.

(58.5%≒58.7%)

3) 1)의 실험을 빛의 색깔별로 실시한 결과 역시 전통한지를 투과한 빛의 재

투과율(빨강 : 41.4%, 파랑 : 38.9%)이 복사용지를 투과한 빛의 재투과율(빨

강 : 53.7%, 파랑 : 54.4%)보다 적었다.

4) 전통한지를 투과한 빛은 재투과시 복사용지를 투과한 빛보다 입사각이 더

커져서 반사율은 더 높고, 재투과율은 낮아짐을 알 수 있다.

다) 알게된 점

1) 전통한지를 투과한 빛들은 방향성이 일정하니 않고, 투과각이 큰 난 투과

성 빛들이기 때문에 눈부심이 적고 은은하며, 조도가 균일하다.

2) 전통한지를 투과한 빛들은 빛이 물에체 가려져도 심한 그늘이 생기지 않는

다.

3) 전통한지의 불규칙하고 거친 조직은 특정 방향성이 없는 광원을 만들며,

상대적으로 복사용지는 치밀한 조직을 가지고 있다.

- 33 -

Ⅳ. 결 론

가) 종이의 주원료인 나무의 섬유질이나 펄프가 흡수하는 성질이 있어 일반적으

로 종이는 습기를 빨아들일 수 있다.

나) 전통 한지류는 밀도가 작아 내부에 빈 공간(틈)이 많다.

다) 닥섬유 100%로 이루어진 전통 한지류가 기계 한지와 양지보다 수분 흡수력

이 훨씬 더 뛰어나다.

라) 밀도와 수분 흡수량 사이에는 반비례 관계가 성립한다.

마) 전통한지의 닥나무 인피섬유 길이가 양지의 원료인 목재펄프보다 더 길다.

바) 전통 한지류는 젖은 상태에서 다른 종이에 비해 강도가 더 세고 질겨 보존성

이 뛰어나다.

사) 전통 한지는 액체 투과력이 탁월하고, 통기성이 뛰어나 공기 유통을 원활하게

하므로써 실내 공기를 환기시킬 수 있는 능력이 있다.

아) 전통 한지류는 다른 종이보다 빛의 투과율이 높아 채광성이 우수하다.

자) 전통 한지는 가시광선의 장파장에 비해 단파장 빛의 투과율이 낮으므로 창호

지로 쓰면 자외선을 차단하고 태양열을 잘 투과시킬 수 있다.

차) 전통 한지는 빛의 난 투과성이 커서 조도가 균일하고, 눈부심이 적은 은은한

빛을 만들 수 있다.

- 34 -

Ⅴ. 발전 및 활용성

가) 과거의 한지

: 닥섬유의 특성을 활용하여 일상 생활용품(부채. 창호), 주거 생활재로로 이용

됨

나) 근대의 한지 : 다음과 같은 방면으로만 활용되고 있음.

1) 창작 예술의 소재(서화용, 공예용) 및 귀중 문서 보존용

2) 고급 건축 재료 : 창호지, 장판지

다) 현대의 일상 생활에서 한지의 활용 가능성

1) 흡수성 이용

① 수분이나 기름기 있는 음식물 보관시 이용

② 일회용 한지 기저귀 제품, 행주 등

2) 강도성 이용 : 약탕기의 덮개, 일회용 차(티백) 포장

3) 통기성 이용

① 아파트 실내용 창호지

② 한지 의류(한복, 모자 등)

4) 습기 조절력 이용 : 전자 제품 덮개(컴퓨터 등)

5) 투과성 이용 : 육수 거를 때, 원두 커피 필터

6) 채광성 이용 : 창호지, 실내 인테리어 소품 등

- 35 -

7) 난 투과성 이용

① 조명 기구, 양산, 버티컬

② 직사광선을 피해야 하는 의약품 포장용으로 이용

- 36 -

Ⅵ. 제 언

우리 나라의 전통 한지는 흡수성, 강인성, 통기성, 채광성 등의 기능이 일반 양

지보다 훨씬 더 우수함에도 불구하고 값비싼 닥원료와 손질이 많이 가는 생산 공

정 등으로 인해 양지보다 가격 경쟁력에서 뒤떨어져 수요가 줄고 있는 실정이다.

그러므로,

가) 한지 생산 비용 단가를 낮추는 공정을 설계해 보자.

나) 한지의 뛰어난 흡수성을 이용해 현대인의 감각에 맞게 일회용 의류, 씻고

닦기용 등의 가격 경쟁력이 있는 제품의 생산․홍보에 힘쓰자.

다) 한지는 섬유가 너무 부드러워 인쇄기에 달라붙어 버려 양지처럼 대량으로

찍어낼 수 없는 한계점이 있어 일반 도서나 신문 등의 출판물 용지로는 활용

되지 못하는 실정이므로 닥섬유가 달라붙지 않는 기술을 고안하자.

라) 미래를 위해 전통 한지에 대한 체계적인 자료 정리 작업이 필요하다.

● 참고 문헌

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2. 김종오 욕, 「물리학 총론」, 교학사, 1996, pp 986 ～ 995

3. 물리학 교재 편찬 위원회, 「기초 물리학」, 이우 출판사, 1989, pp 530 ～ 573

4. 백윤선 옮김, 「재미있는 물리 여행」, 김영사, 1991, pp 483 ～496

5. 송인명 외 1명, 「물리(고등학교)」, 1991, pp 260 ～ 310

6. 오국주 외 16명, 「물리학」, 전남대학교 출판부, 1992, pp 251 ～ 287

7. 전철, 「한지 제조 이론과 실제」, 원광대학교 출판국, 1996

8. 정창희 외 11명, 「중학교 과학」, (주)교학사, 1998, pp 167 ～ 184

9. 최상돈 외 6명 「대학 물리학」, (주)범한서적, 1992, pp 683 ～ 689

10. Grant R. Fowles, 「Introduction to Modern Optics」, University of Utah,

1975, pp 339 ～ 341

11. Tipler, 「일반 물리학」, 1991, pp 265 ～ 267

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