오래된 책이나 종이가 시간이 지나면 누렇게 변색이 되는 이유는?

Question

오래된 책이나 종이가 시간이 지나면 누렇게 변색이 되는데, 종이의 유기 구성 성분인 셀룰로오스와 리그닌 분자가 공기 중 산소 및 빛에 의해 산화되는 원리가 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

햇빛에 오래 노출된 종이가 누렇게 변하는 황변 현상은 주성분인 리그닌과 셀룰로오스가 빛과 산소에 의해 화학적으로 변형되는 광화학적 산화 반응이라고 할 수 있습니다.

특히 신문지나 잡지, 오래된 책에 많은 리그닌은 전자가 풍부한 벤젠고리와 탄소 이중결합 구조를 가지고 있어, 에너지가 높은 자외선을 흡수하는 역할을 합니다. 빛을 흡수한 리그닌은 화학 결합이 끊어지며 반응성이 큰 자유 라디칼을 형성하고, 공기 중의 산소와 결합하는 연쇄 산화 반응을 일으킵니다.

이 과정에서 푸른빛을 흡수하고 노란빛을 반사하는 퀴논 계열의 발색단 물질이 생성되면서 종이가 누렇게 변합니다.

종이의 뼈대인 셀룰로오스 역시 리그닌이 산화될 때 생긴 라디칼의 공격을 받거나 산소와 결합하여 하이드록시기가 카르보닐기로 산화되며 황변을 심화시킵니다. 수분과 결합해 사슬까지 끊어지면 종이가 누래질 뿐만 아니라 푸석하게 바스러지는 노화 현상이 일어납니다.

제 답변이 도움이 되었으면 좋겠습니다. 끝까지 읽어주셔서 감사합니다.

Answer 2

안녕하세요. 김찬우 전문가입니다.

종이가 시간이 지남에 따라 누렇게 변화하는 현상을 황변 이라고 합니다.

종이는 식물의 주성분인 셀룰로오즈와 리그닌으로 만들어지게 되는데 이것이 햇빛속에 있는 자외선과 주변의 산소와 만나 반응을 하면 분자 구조가 변경되어 색상이 변화하게 됩니다.

리그닌은 세포벽을 이루고 있는 고분자인데 자외선과 반응하면 퀴논이라는 화합물로 변화하는데 퀴논은 푸른색을 흡수하고 노란색을 반사하는 구조를 가지고 있어 종이가 누렇게 보이는 것 입니다.

또한 셀룰로오즈는 자외선에 의해 분해되어 카르보닐기나 카르복실기가 생성되는데 이것 역시도 노란색을 반사하는 구조를 가지고 있으며 수분에 의해 가수분해가 일어나서 중이자체가 부스러질 수 있습니다.

그럼 답변 읽어주셔서 감사드립니다:)