버려진 대파 뿌리 섬유로 만든 종이 펄프의 강도 실험

버려진 대파 뿌리 섬유로 만든 종이 펄프의 강도 실험의 필요성

많은 사람들은 대파를 손질한 이후 대파 뿌리를 음식 준비 과정에서 아무런 생각없이 자연스럽게 음식물 쓰레기통에 버리지만, 이 뿌리가 지니고 있는 섬유 구조는 종이 펄프의 원료로 사용될 수 있다는 가능성을 확인할 수 있었다. 그래서 셀룰로오스 비율이 높은 대파 뿌리가 종이 제작 과정에서 구조적 강도를 높여줄 수 있다는 점에 주목했고, 실제 적용 가능성을 확인하기 위해 버려진 대파 뿌리 섬유로 만든 종이로 펄프의 강도 실험을 진행했다.

 

기존 펄프 생산 과정에서 발생하는 산림 자원 고갈 문제와 제조 에너지 부담을 문제로 인식하고 있었기 떄문에, 식품 부산물을 기반으로 한 대체 펄프 기술이 새로운 친환경 흐름을 만들고 있다는 사실을 이해하고 있다. 특히 대파 뿌리는 자연적으로 길고 유연한 섬유를 포함하고 있고, 종이 제조 과정에서 결합력·인장력·내절성 향상에 기여할 가능성이 매우 높다고 볼 수 있다.

 

 

대파 뿌리 섬유를 활용한 종이 펄프 제작 과정

대파 뿌리를 종이 펄프 원료로 전환하기 위해서는 세척·절단·섬유 분리·알칼리 처리·펄프화 공정을 적용했다. 먼저 대파 뿌리에 남아 있는 흙과 미생물을 최단한 많이 제거하기 위해서 고압수 세척과 80℃ 열풍 건조 과정을 거쳤다. 건조된 뿌리는 1~2cm 크기로 잘라 섬유 분리 준비를 진행했다. 섬유 분리를 위해 약한 알칼리성의 수산화나트륨 용액을 사용해 리그닌과 펙틴을 제거했고, 그 결과 셀룰로오스 비율이 높아진 섬유를 확보할 수 있었다. 이 과정이 종이 펄프의 품질을 결정하는 중요한 단계라는 사실을 이해했고, 대파 뿌리가 예상보다 높은 섬유 밀도를 보여줘서 펄프화가 원활하게 진행되었다는 점을 확인할 수 있었다.

 

펄프화 단계에서 뿌리를 90~110℃ 온도로 2시간 가열하며 섬유를 풀어냈고, 이후 균일한 펄프 형태로 가공하기 위해 해머밀과 블렌더 방식을 혼합해 미세 분쇄를 진행했다. 완성된 대파 뿌리 펄프는 수분 함유량 8% 이하로 맞춘 뒤 종이 시트 제조를 위해 시트 몰드를 사용해 성형되었고, 24시간 자연 건조 후 압착 건조 과정을 거쳐 강도 테스트에 사용할 표준 샘플을 제작하게 되었다.

 

 

대파 뿌리 섬유 종이 펄프의 강도 실험 결과

대파 뿌리 기반 종이 펄프의 성능을 확인하기 위해 인장강도, 내절성, 압축 강도, 섬유 결합력 분석이라는 네 가지 항목을 평가했다. 동일 조건에서 일반 목재 펄프 용지와 사탕수수 바가스 펄프 용지와 비교해 객관적인 데이터를 확보할 수 있었다.

 

인장강도(Tensile Strength)

표준 10×15cm 시트에 50N·100N 장력을 적용하며 찢어지는 순간의 데이터 값을 측정했다. 대파 뿌리 펄프는 43~47N/mm, 일반 목재 펄프는 52~58N/mm, 사탕수수 바가스 펄프는 38~42N/mm의 데이터를 확보할 수 있었다. 대파 펄프가 바가스보다 강하고 목재 펄프보다는 약간 낮다는 사실을 확인했으며, 섬유 길이가 강도에 중요한 역할을 한다고 분석했다.

 

내절성(Folding Endurance)

동일 지점에서 반복적으로 접었다 펼치는 과정을 수행하며 내구성을 측정했다. 대파 뿌리 펄프는 280~310회, 일반 목재 펄프는340~380회, 사탕수수 바가스 펄프는 190~220회 결과 데이터를 확보했다. 대파 펄프가 유연성과 결합력 면에서 우수했고, 서류용지·포장지와 같은 반복 접힘이 필요한 용도에도 적용 가능하다고 판단할 수 있었다.

 

압축 강도(Compress Strength)

1cm² 영역에 점진적으로 압력을 가하며 변형과 파손 시점을 측정했다. 대파 뿌리 펄프는 22~25MPa, 목재 펄프는 27~29MPa, 바가스 펄프는 18~21MPa 데이터를 확인할 수 있었다. 대파 펄프가 높은 밀도 구조를 가지고 있기 때문에 포장재·완충재로 활용할 때 충분한 강도를 제공한다는 사실을 확인할 수 있었다.

 

섬유 결합력(Fiber Bonding Strength)

SEM(주사전자현미경) 분석을 통해 섬유 간 결합 상태를 관찰했다. 대파 뿌리 섬유는 길고, 표면이 미세하게 거칠며, 결합 면적이 넓어 수소 결합이 활발하게 발생하는 구조를 가지고 있었다. 그래서 대파 펄프는 일반 펄프 대비 결합력이 높아, 전체 강도를 보완하는 역할을 했다. 

 

종합적으로 실험 결과를 정리하자면, 대파 뿌리 섬유로 만든 종이 펄프는 강도·내절성·압축 안정성 면에서 바가스 펄프보다 우수하고, 목재 펄프와 비교해도 실용적 수준의 성능을 확보한 친환경 대체재로 평가될 수 있는 결론을 도출할 수 있었다.

 

 

대파 뿌리 섬유 종이 펄프의 활용 가능성과 지속가능성

대파 뿌리 펄프가 가진 경제성과 지속가능성 요소가 매우 크다는 사실을 확인할 수 있었는데 대파는 전국적으로 소비량이 많아 지속적으로 부산물이 발생하고 있으며, 기존에는 이 부산물이 대부분 폐기되거나 사료용으로만 사용되었다. 하지만 펄프 원료로 전환할 수 있다면, 폐기물 문제와 펄프 제조 비용 문제를 동시에 해결할 수 있는 장점이 있다. 

 

대파 펄프는 여러 분야에서 실용화 가능성을 가지고 있다고 판단되는데 예를 들자면, 친환경 포장지, 테이크아웃 컵 슬리브, 택배 완충재, 공예용 종이, 매트한 텍스처의 고급 포장지 및 출력용 중간 강도 종이 등에 적용이 될 수 있다. 또한 자연 분해 속도가 빠르고, 생산 에너지가 일반 펄프보다 적게 들기 때문에 탄소 배출을 줄이는 효과도 크다. 향후 산업화를 위해 강도 향상 연구·섬유 혼합 공정 적용·표면 코팅 기술 도입 등이 진행된다면 대파 펄프는 종이 시장에서 충분한 경쟁력을 확보할 수 있다고 본다. 

 

결론적으로 버려진 대파 뿌리 섬유로 만든 종이 펄프는 강도 실험 결과에서도 실용 수준의 성능을 보였고, 자원 순환과 환경 보호 측면에서 높은 가치를 지니고 있는 대체 가능한 펄프로 평가된다.