셸락: 프리미엄 마감재와 식품 코팅용 천연 수지
배경
락은 아시아, 특히 인도와 태국의 특정 나무에 기생하는 작은 락 곤충(Laccifer lacca)의 수지 분비물을 말합니다. 이 곤충 분비물은 완제품인 셸락의 상업적 가치 때문에 재배·정제됩니다. '셸락'이라는 용어는 셸-락(박편 형태 정제 락)에서 유래했으나, 건조 형태든 알코올 기반 용매에 현탁된 형태든 모든 정제 락을 지칭하게 되었습니다.
오늘날 셸락은 주로 목재 실러와 피니셔로 쓰입니다. 에틸 또는 변성 알코올에 용해되는 큰 장점이 있으며, 이는 환경 친화적 용매입니다. 알코올 용매로 셸락은 속건성입니다. 목재 위 셸락 코팅은 보통 45분 내 건조되는 반면 오일 피니시는 수시간 걸립니다. 또한 셸락은 햇빛에 바래지 않고 시간이 지나도 산화되지 않습니다. 그러나 셸락은 제한된 유통기한이 있어 제조사 권장 기간 초과 시 제대로 건조되지 않을 수 있습니다. 유통기한은 제조사 첨가제에 따라 6개월~3년입니다.
산업용으로는 마루 광택제, 잉크, 연마숫돌, 전기 절연체, 가죽 드레싱에 쓰입니다. 이 천연 수지 실러는 무독성이며 FDA 승인으로 사탕, 의약품, 과일, 유아동 가구 코팅에 사용됩니다.
셸락은 철물점이나 페인트 가게에서 투명/백색 셸락이나 오렌지 셸락(천연 목재에 주황-적색 색조 부여) 형태로 구매 가능. 기타 색조는 염료나 표백제가 아닌 락 벌레가 붙은 나무 수액이 벌레 분비물 색에 영향을 주어 정제 셸락 색을 바꿉니다. 셸락은 목재, 바니시, 페인트, 유리, 세라믹, 심지어 플라스틱에도 우수한 접착력으로 도포 가능하나 폴리우레탄 같은 합성 실러 아래에는 쓸 수 없습니다.
역사
락은 3세기 재배되었습니다. 대부분 기간 동안 락 벌레 분비물은 물에 담가 얻은 보라-적색 염료로 가치를 인정받았습니다. 이 염료는 비단, 가죽, 화장품 염색에 쓰이며 1870년대까지 주목적으로 재배되었습니다. 이후 아닐린이나 화학 염료가 이들과 다른 천연 염료를 대체하기 시작했습니다.
16세기 초부터 락 벌레 분비물이 가구와 고급 악기용 장식 래커로 유용하다는 기록이 있습니다. 극동 원주민들은 수작업으로 락을 재배·가공했습니다: 락 벌레 분비물로 뒤덮인 나뭇가지를 긁어내 분비물을 모슬린에 넣고 긴 모슬린 주머니를 불 위에 올려 액화·정제. 손으로 거대한 시트로 늘린 후 박편으로 부숴 나중에 재수화용으로 보관했습니다.
수작업 공정은 19세기 중반 부분 기계화. 락 유래 염료 인기 시들 무렵, 산업 플랜트들이 락 분비물을 목재 실러와 피니시용으로 가공 시작. 1849년 윌리엄 진저가 뉴욕에 윔. 진저 앤 컴퍼니 설립. 진저의 셸락은 에틸 알코올에 용해되며 미국에서 최초 속건성, 강인한, 무색 피니시였습니다. 19세기 후반과 20세기 초 초고속 주택 건설 붐 때 셸락이 이상적 목재 피니시로 각광, 빠르게 건조돼 하루 여러 코트 도포 가능. 버튼락이라 불리는 매우 어두운 셸락이 저렴한 목공에 깊은 월넛 색을 내 당시 선호되었습니다.
원재료
셸락은 일반적으로 원시 시드락과 에틸 알코올 두 성분으로 만듭니다. 사실 대부분 회사는 셸락을 최대한 순수하게 정제하려 합니다. 벌레, 고치 등 불순물과 천연 왁스 제거. 셸락은 보통 건조 또는 박편 형태로 출하되며 변성 알코올 등 알코올 용매로 재수화합니다. 일부 회사는 유통기한 연장용 독자 첨가제를 넣으나 공개하지 않습니다. 표백(투명 셸락) 셸락은 탄산나트륨에 녹여 원심분리로 불용물 제거 후 차아염소산나트륨으로 표백.
제조 공정
락 벌레의 역할
- 1 셸락은 작은 붉은 곤충이 생산합니다. 떼 지어 주로 인도와 태국 소위 '락 트리'라 불리는 특정 나무에 섭식.
락 벌레 생애주기는 6개월로 이 기간 동안 먹고, 번식하고, 나무에서 흡수한 수지를 분비해 셸락 생산.
일년 중 특정 계절에 이 곤충들이 나무에 대량으로 몰려들어 가지에 정착하고 돌출부를 나무껍질에 박아 수액을 빨아들입니다. 스스로 죽을 때까지 먹고 흡수하는데(원주민들 사이에서 '죽음의 향연'이라 부름), 동시에 번식이 계속돼 암컷 벌레 한 마리가 죽기 전 약 1,000개 알을 낳습니다.
수액은 락 벌레 몸속에서 화학적으로 변형된 후 나뭇가지에 분비됩니다. 공기 접촉 시 배설물이 전체 떼를 덮는 단단한 껍질 같은 덮개 형성. 이 덮개가 잔가지와 곤충 위에 크러스트 형성. 암컷이 섭취한 수액을 분비하며 죽을 준비 중인데 알이 보호 아래 성숙할 유체 제공. 수컷 역할은 암컷 수정, 수정 후 암컷 락 분비량 급증. 성충 수컷과 암컷은 비활성화되고 어린 벌레들이 크러스트 뚫고 나와 떼 지어 나갑니다.
껍질 수지 정제
- 2 작업자들이 수백만 개 크러스트 뒤덮인 가지(스틱락)를 잘라 정제소(수작업 또는 기계 정제)로 운반. 일부 작업자는 망치로 크러스트 코팅을 떼어내는데 겨울 나뭇가지 얼음 떼듯 합니다(그레인락이라 부름).
- 3 정제 센터에서 스틱락 긁어내 가지에서 분비물 분리. 스틱락과 그레인락 회전 맷돌로 분쇄. 결과물은 수지, 곤충 잔해, 나뭇가지, 잎 등 상당히 불순. 스크린 통과시켜 최대 불순물 제거.
- 4 체질된 수지 혼합물을 큰 항아리에 담고 작업자가 밟아 과립 분쇄, 락 씨앗과 곤충 잔해에서 붉은 염료 분리. 염료 물, 거품, 기타 불순물 여러 번 헹굼으로 씻어냄. 혼합물 콘크리트 바닥에 펴 말려 씨앗 닮았다고 시드락이라 부름. 시드락이 오렌지 셸락과 표백/투명 셸락 생산 원료.
시드락에서 셸락은 수작업이나 현대 기계 장비로 제작 가능. 미국용 거의 모든 셸락은 기계 도움으로 열/용매 기반 공정으로 정제.
열 공정
- 5 시드락을 증기 가열 그리드에 녹임. 용융 락을 유압 압력으로 체나 스크린(천 또는 고운 메쉬) 통과시켜 여과. 여과된 셸락 수집해 증기 가열 주전자 이송, 용융액 롤러 위로 떨어뜨림. 액체 롤러 사이 압착돼 대형 얇은 셸락 시트 형성. 건조 후 시트 박편으로 부숴 다른 구역 이송, 박편을 변성 알코올과 결합해 소비자용 셸락 생산.
용매 공정
- 6 이 공정에서 시드락과 용매(보통 에틸 알코올) 용해 탱크에서 혼합, 약 1시간 환류 후 여과해 불순물 제거. 여과된 수지 증발기로 보내 알코올 용매 제거, 점성 액체 생성. 이 액체 롤러 위로 떨어뜨려 시트 형성. 시트 건조 후 박편 분리.
표백 셸락
정제 과정에서 락 씨앗 붉은 염료 많이 제거되나 공정 완료 후 셸락 여전히 주황빛 용액. 일부 소비자는 투명 셸락 마감 선호해 제조사들 색상 제거법 개발.
- 7 표백은 알칼리 용해성 시드락을 탄산나트륨 수용액에 녹이는 것으로 시작. 용액을 고운 스크린 통과시켜 불용성 락, 흙, 나뭇가지 등 제거. 수지를 희석 차아염소산나트륨으로 원하는 색까지 표백. 희석 황산 첨가로 용액에서 셸락 침전, 여과, 물 세척. 진공 건조기서 건조 후 백색 분말로 분쇄해 액체 첨가할 플랜트 출하 준비.
소비자용 셸락 혼합
- 8 대형 셸락 제조사들에 건조 셸락 박편 출하. 변성 에틸 알코올 첨가해 재수화. 셸락은 박편 형태나 변성 알코올 현탁액으로 소비자 제공. 후자가 소비자 선호. 제조사들은 셸락 박편과 변성 알코올 농도를 '파운드 컷' 단위로 표시: 변성 알코올 1갤런에 녹인 셸락 박편 파운드 수. 즉 1파운드 컷은 1갤런 알코올에 1파운드 박편 녹인 것(매우 희석). 제조사 표준 사전 혼합 컷은 3파운드 컷. 소비자 원하면 변성 알코올로 추가 희석 가능.
사전 혼합 최고 인기 색상은 오렌지 셸락이나 투명/백색 셸락도 사전 혼합 제공. 제조사들은 항상 캔에 셸락 혼합 날짜 찍음. 각 제조사 권장 유통기한 있어 소비자 준수해야. 권장 기간 초과 사용 시 셸락 완전히 마르지 않을 수 있음.
가넷 셸락이나 버튼락의 깊고 풍부한 색상 선호 목공인들은 해당 셸락 건조 박편을 제조사에서 구매해 변성 알코올로 직접 혼합 가능.
부산물/폐기물
셸락 제조 공정용 변성 에틸 알코올은 엄격 규제 부산물로 휘발성 유기 물질(VOC) 알려짐. 가장 위험하고 오염 우려 큰 부분은 스틱락과 그레인락에서 정제된 불용물(나뭇가지, 고치, 잎, 벌레 몸체 등 알코올 포화). 셸락 업계는 거대 증발기 구축해 이 불용물에서 알코올 전부 제거해 휘발성 문제 해소 노력 중. 셸락 박편은 모두 천연 무독성. 규제 대상은 알코올 용매.
품질 관리
화학 분석은 셸락 품질 판정에 도움 안 됨. 더 중요한 건 고객들이 큰 관심 표명한 유동성과 유통기한 같은 경험적 테스트. 또한 스틱락 내 천연 불순물 최대한 제거해 셸락 순도 면밀히 검토하는 것 최우선(불용물은 수지 화합물 뜨거운 알코올과 혼합시 남는 미용해 물질로 정의). 모든 정제 공정은 이들 바람직하지 않은 물질 제거 효과 모니터링.