[국내논문]수침고목재(水浸古木材)의 보존(保存)을 위한 PEG, Sucrose, Lactitol 처리(處理) 및 습도조건(濕度條件)에 따른 상태변화(狀態變化) 실험(實驗) Experiment on Conservation Treatment Method(PEG, Sucrose and Lactitol) and Degree of State-change with RH of Waterlogged Archaeological Wood원문보기
광주 신창동 저습지 유적에서 출토된 수침목재유물에 적합한 보존처리 방법을 설정하고자 동일유적에서 출토된 2종의 자연목재를 PEG(Poly-Ethylene Glycol), Sucrose, Lactitol로 처리하고 약제별 치수안정성 및 처리목재의 습윤↔건조 특성을 상호 비교하였다. 그 결과 상수리나무류는 저분자의 PEG#200(MW:200)과 고분자량의 PEG#4000(MW:3,350)을 이용한 2단계 PEG처리(PEG-2Step)에서, 단풍나무류는 PEG#4000만을 단독으로 적용한 처리에서 가장 높은 치수안정성을 나타내었다. 또한 처리 후 습윤↔건조 실험에서는 2단계 PEG처리한 시험재의 치수변화가 가장 작게 나타났다. 반면 Sucrose와 Lactitol의 경우 약제 확산속도가 빠르지만 Sucrose처리재는 84%의 높은 습도조건에서 흡습량이 급격히 증가하면서 약제가 다량 용출되었고, Lactitol은 습윤↔건조 후 미세한 할렬과 함께 처리재가 팽창되는 현상이 발생되었다. 또한 습윤↔건조 실험에서 2단계 PEG처리를 제외한 모든 시험재에서 갈라짐이 발생하였다. 이번 실험결과 신창동 저습지 출토수침목재는 2단계 PEG처리법을 적용한 경우에 치수안정성이 가장 높고 습도변화에 대한 적응성도 양호한 것으로 나타났다.
광주 신창동 저습지 유적에서 출토된 수침목재유물에 적합한 보존처리 방법을 설정하고자 동일유적에서 출토된 2종의 자연목재를 PEG(Poly-Ethylene Glycol), Sucrose, Lactitol로 처리하고 약제별 치수안정성 및 처리목재의 습윤↔건조 특성을 상호 비교하였다. 그 결과 상수리나무류는 저분자의 PEG#200(MW:200)과 고분자량의 PEG#4000(MW:3,350)을 이용한 2단계 PEG처리(PEG-2Step)에서, 단풍나무류는 PEG#4000만을 단독으로 적용한 처리에서 가장 높은 치수안정성을 나타내었다. 또한 처리 후 습윤↔건조 실험에서는 2단계 PEG처리한 시험재의 치수변화가 가장 작게 나타났다. 반면 Sucrose와 Lactitol의 경우 약제 확산속도가 빠르지만 Sucrose처리재는 84%의 높은 습도조건에서 흡습량이 급격히 증가하면서 약제가 다량 용출되었고, Lactitol은 습윤↔건조 후 미세한 할렬과 함께 처리재가 팽창되는 현상이 발생되었다. 또한 습윤↔건조 실험에서 2단계 PEG처리를 제외한 모든 시험재에서 갈라짐이 발생하였다. 이번 실험결과 신창동 저습지 출토수침목재는 2단계 PEG처리법을 적용한 경우에 치수안정성이 가장 높고 습도변화에 대한 적응성도 양호한 것으로 나타났다.
In order to studies proper conservation treatment condition of waterlogged archaeological wood excavated from wetland in Shinchang-dong, Kwangju, 2 kinds of wooden objects were treated with PEG(Poly-Ethylene Glycol), sucrose and lactitol and their size stability and relative humidity were analyzed a...
In order to studies proper conservation treatment condition of waterlogged archaeological wood excavated from wetland in Shinchang-dong, Kwangju, 2 kinds of wooden objects were treated with PEG(Poly-Ethylene Glycol), sucrose and lactitol and their size stability and relative humidity were analyzed and compared each other. The result showed that Quercus spp. had the highest size stability in 2 Step-PEG treatment using PEG#200(MW:200) and PEG#4000 (MW:3,350) and Acer spp. was the highest in treatment using only PEG#4000. In relative humidity test after treatment 2 Step-PEG treatment showed the lowest size stability. In the meantime, sucrose and lactitol-treated sample was fast for penetration, sucrose-treated sample showed a sharp increase for penetration in as high as 84% humidity condition and medicine flew out a lot and lactitol-treated sample got enlarged with fine cracking(splitting) in relative humidity test. In relative humidity test, the samples showed cracking(splitting) in all treatment materials except for 2 Step-PEG treatment. This study showed that waterlogged archaeological wood excavated from Shinchang-dong had the highest size stability and highest adaptation to humidity change in case of treatment with 2 Step-PEG.
In order to studies proper conservation treatment condition of waterlogged archaeological wood excavated from wetland in Shinchang-dong, Kwangju, 2 kinds of wooden objects were treated with PEG(Poly-Ethylene Glycol), sucrose and lactitol and their size stability and relative humidity were analyzed and compared each other. The result showed that Quercus spp. had the highest size stability in 2 Step-PEG treatment using PEG#200(MW:200) and PEG#4000 (MW:3,350) and Acer spp. was the highest in treatment using only PEG#4000. In relative humidity test after treatment 2 Step-PEG treatment showed the lowest size stability. In the meantime, sucrose and lactitol-treated sample was fast for penetration, sucrose-treated sample showed a sharp increase for penetration in as high as 84% humidity condition and medicine flew out a lot and lactitol-treated sample got enlarged with fine cracking(splitting) in relative humidity test. In relative humidity test, the samples showed cracking(splitting) in all treatment materials except for 2 Step-PEG treatment. This study showed that waterlogged archaeological wood excavated from Shinchang-dong had the highest size stability and highest adaptation to humidity change in case of treatment with 2 Step-PEG.
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문제 정의
확산속도, 치수안정성, 습윤↔건조 특성을 상호 비교하고 이를 실제 유물의 보존처리에 참고하고자 한다.
제안 방법
이번 실험에서는 이와 같은 목적으로 광주 신창동 유적에서 출토된 2 종의 자연목재를 PEG, Sucrose, Lacti- tol 등의 약제로 처리하여 약제의 종류별 침투 . 확산속도, 치수안정성, 습윤↔건조 특성을 상호 비교하고 이를 실제 유물의 보존처리에 참고하고자 한다.
)이며 최대함수율과 전건비중은 Table 1과 같다. 길이가 각각 35, 40cm의 줄기부분 목재를 섬유 방향으로 두께 10 mm로 연속 절단하여 각각 21개씩 만들어 사용하였다.
각 수종별로 21개씩 만들어진 시험재를 처리약제별로 섬유방향에 따라 3개씩 선정한 후 측정용 핀을 횡단면, 접선방향과 방사방향에 꽂아 처리 전 핀의 간격과 중량을 측정하였다. 최대함수율과 비중을 측정하기 위해 1><1X1 cm 크기로 절단한 시험재를 증류수에 침적한 상태에서 감압탈기하여 포수상태로 만들고 용액 중 중량, 대기 중 중량을 측정하였다.
중량을 측정하였다. 최대함수율과 비중을 측정하기 위해 1><1X1 cm 크기로 절단한 시험재를 증류수에 침적한 상태에서 감압탈기하여 포수상태로 만들고 용액 중 중량, 대기 중 중량을 측정하였다. 이후 105oC 건조기로 전건하여 중량을 측정하고 다음의 식으로 최대함수율과 비중을 구하였다9).
용액에 시험재를 침적하고 45oC 항온수조에서 7일간 전처리하였다. 전처리가 종료된 후시험 재를 각각 PEG, Sucrose, Lactitol 10% 수용액에 침적하고 7일 간격으로 약제의 농도를 10%씩 단계적으로 상승시켜가면서 함침처리하였다. 용액의 온도는 각각의 처리에서 10%~50%까지는 45oC를 유지시켰으며 60%~80%까지는 60oC로 처리하였다.
전처리가 종료된 후시험 재를 각각 PEG, Sucrose, Lactitol 10% 수용액에 침적하고 7일 간격으로 약제의 농도를 10%씩 단계적으로 상승시켜가면서 함침처리하였다. 용액의 온도는 각각의 처리에서 10%~50%까지는 45oC를 유지시켰으며 60%~80%까지는 60oC로 처리하였다. 약제별 최종처리농도는 PEG#4000(MW:3, 350) 단독 처리는 80%, 2단계 PEG처리의 경우 10%~20%까지는 PEG#200으로, 이후 30%~80%는 PEG#4000으로 함침처리 하였다.
용액의 온도는 각각의 처리에서 10%~50%까지는 45oC를 유지시켰으며 60%~80%까지는 60oC로 처리하였다. 약제별 최종처리농도는 PEG#4000(MW:3, 350) 단독 처리는 80%, 2단계 PEG처리의 경우 10%~20%까지는 PEG#200으로, 이후 30%~80%는 PEG#4000으로 함침처리 하였다. Sucrose 처리는 70% 농도까지, Lactitole 80% 농도까지 함침처리 하였다.
약제별 최종처리농도는 PEG#4000(MW:3, 350) 단독 처리는 80%, 2단계 PEG처리의 경우 10%~20%까지는 PEG#200으로, 이후 30%~80%는 PEG#4000으로 함침처리 하였다. Sucrose 처리는 70% 농도까지, Lactitole 80% 농도까지 함침처리 하였다.
또한 Sucrose는 60oC로 가온 하여도 80%이상 용해되지 않아 70%까지 처리하였으며 Lactitol처리는 약제처리 후 건조과정에서 수화물 결정의 성장으로 인한 목재의 균열과 팽창을 방지하기 위해서는 가능한 한 고농도 처리가 유리하므로 80% 농도로 처리하였다. 약제처리가 종료된 후 시험재를 처리용액에서 꺼내어 표면에 남아있는 과량의 약제를 흡수포로 닦아 제거한 후 실내에 방치하여 자연건조하였다.
약제처리가 종료된 후 시험재를 처리용액에서 꺼내어 표면에 남아있는 과량의 약제를 흡수포로 닦아 제거한 후 실내에 방치하여 자연건조하였다. 시험재의 중량변화가 없을 때까지 건조 한 후 중량과 치수변화를 측정하였다.
이번 실험에서는 이와 관련하여 PEG, Sucrose, Lactitol 각각의 약제로 처리한 후 자연 건조한 시험재를 다양한 습도조건 하에 놓아두고 시험재의 치수와 중량변화율을 측정하고 시험재의 외형적 상태변화를 관찰하여 목재 수종과 처리약제별 흡습↔건조 특성을 상호 비교하였다. Table 3에서와 같은 각각의 염포화용액을 이용하여 데시케이터 내부의 습도를 조절하고 Table 4에서처럼 수종에 따라 서로 다른 습도조건으로 실험하였다12).
상수리나무류의 경우 전건 후 낮은 습도에서 높은 습도로 다시 낮은 습도의 순으로 습도를 조절하였으며 단풍나무류의 경우 전건된 시험재를 높은 습도에서 낮은 습도로 다시 높은 습도 후 자연건조 하였다. 각각의 습윤 ↔건조 실험은 시험재를 실온(25oC)에서 20일간씩 데시케이터 내에 방치한 후 중량변화와 치수변화를 연속적으로 측정하는 방법으로 진행하였다.
001 g 단위까지 측정하였으며 중량변화율은 식 A로 구하였다. 또한 약제 함침처리 후 각 약제별 치수 안정성을 비교하기 위해 수죽율을 즉정하였다. 수죽율즉정은 시 험재 의 횡단면상에 측정용 핀(직경 0.
습윤↔건조 실험에서는 20일간으로 제한된 각 습도 조건의 시점과 종료점 사이에 4일 간격으로 시험 재의 중량을 측정하였다. 또한 습도변화에 따른 시험 재의 치수 변화를 알아보기 위해 각 습도조건의 시점과 종료점마다 기준핀의 간격을 측정하였다.
측정하였다. 또한 습도변화에 따른 시험 재의 치수 변화를 알아보기 위해 각 습도조건의 시점과 종료점마다 기준핀의 간격을 측정하였다. 습윤↔건조 실험에서의 중량변화율과 수축율은 앞의 식 A, B로 구하였다.
광주 신창동 저습지에서 줄토된 수침고목재(최대함수율 :443%)의 알맞은 처리법을 설정하기 위해 자연목 시험 재를 PEG(Poly-Ethylene glycol), Sucrose, Lactitol 수용액에 함침처리하고 약제의 침투 . 확산성과 치수 안정성 그리고 처리 후 다양한 습도변화에서의 습윤~건조 특성을 비교하였다.
함침처리하고 약제의 침투 . 확산성과 치수 안정성 그리고 처리 후 다양한 습도변화에서의 습윤~건조 특성을 비교하였다. 함침처리 중 약제의 침투 .
성능/효과
1에서처럼 모든 처리약제가 점진적인 중량 증가를 보였다. 또한 약제 종류별 중량증가를 살펴보면 두 수종 모두 Lactitol의경우가 가장 큰 중량증가를 나타내었으며, 다음은 Sucrose로 나타났다. PEG처리의 경우 PEG#4000만으로 처리한 경우나 PEG#200, PEG#4000의 2단계 PEG 처리에서 거의 같은 중량변화율을 보이며 60~70% 이후에는 중량 증가폭이 완만한 것으로 나타났다.
또한 약제 종류별 중량증가를 살펴보면 두 수종 모두 Lactitol의경우가 가장 큰 중량증가를 나타내었으며, 다음은 Sucrose로 나타났다. PEG처리의 경우 PEG#4000만으로 처리한 경우나 PEG#200, PEG#4000의 2단계 PEG 처리에서 거의 같은 중량변화율을 보이며 60~70% 이후에는 중량 증가폭이 완만한 것으로 나타났다. 이와 같이 PEG 함침처리에서 시험재의 중량증가율이 10~15%인 반면 Lactit이과 Sucrose 경우에는 PEG의 2배 이상인 25- 30%의 중량증가율을 나타내었다.
이것은 일정기간동안 PEG보다 저분자량의 Lactit이과 Sucrose가 쉽게 침투 . 확산됨을 확인시켜주었다.
4b에서처럼 기건에서 고습(84%RH)으로 급격히 조습한 시험재의 흡습량은 낮게 나타났다. 이것은 처리 후 목재 및 목재내부의 약제가 습도조건에 따라 빠른 흡습보다는 낮은 습도에서 높은 습도로 그리고 일정 기간이 요구됨을 확인할 수 있었다. 고습(84%)에서 흡습에 따른 약제별 중량증가율은 Sucrose 가 흡습량이 많아 중량증가율이 가장 높았으며 다음이 PEG처리로 PEG#4000처리와 2단계 PEG처리는 거의 같은 흡습 특성을 보였고 Lactitol의 경우 흡습량이 가장 적은 것으로 나타났다.
이것은 처리 후 목재 및 목재내부의 약제가 습도조건에 따라 빠른 흡습보다는 낮은 습도에서 높은 습도로 그리고 일정 기간이 요구됨을 확인할 수 있었다. 고습(84%)에서 흡습에 따른 약제별 중량증가율은 Sucrose 가 흡습량이 많아 중량증가율이 가장 높았으며 다음이 PEG처리로 PEG#4000처리와 2단계 PEG처리는 거의 같은 흡습 특성을 보였고 Lactitol의 경우 흡습량이 가장 적은 것으로 나타났다. 특히 Sucrose의 경우 다른 약제와 달리 습도 84%RH 에서 보다 고습 (94%RH) 조건에서 오히려 중량이 감소된 것은 Photo 1에서 보듯이 습도 84% RH에서 약 10일이 경과 후 흡습량이 증가되면서 시험재로부터 처리약제가 용출되었고 이것이 기건 후 큰폭의 중량감소로 나타난 것으로 판단된다.
두 수종의 약제 함침 처리 후 기건 수축율은 상수리나무류의 경우 2단계 PEG처리를 제외한 다른 약제 처리에서 수죽율이 단풍나무류보다 2~3% 높게 나타났다. 상수리나무류는 Fig.
81%로 높게 나타났다. 특히 수종에 따라 PEG#4000처리와 2단계 PEG처리의 치수안정화효과가 서로 다르게 나타남을 보여주고 있으며 두 수종 모두 Sucrose 처리 시험재의 치수안정성은 낮게 나타났다.
습도변화에 따른 시험재의 수종별 치수변화는 Fig. 5 와 Fig. 6에서처럼 습도조건에 따라 치수변화에 차이가 있었으며 상수리나무류 보다 단풍나무류 시험재의 습도 조건에 따른 치수변화가 적은 것으로 나타났다. 또한 PEG, Sucrose, Lactitol로 각각 처리된 상수리나무류의 경우 Fig.
5에서처럼 2단계 PEG처리재는 모든 습도 조건에서 접선 . 방사방향의 치수변화가 적어 습도 변화에 대한 적응성이 양호한 것으로 나타났다. Lactitol처리 시험 재는 접선방향으로 팽창되면서 큰 치수변화를 보였다.
단풍나무류의 경우 Sucrose처리 시험재는 큰 폭의 중량변화에도 불구하고 기건 수축율이 가장 낮게 나타났으며 PEG#4000처리 시험재는 고습도(94%)에서 수축율이 가장 낮게 나타났다. 모든 수종에서 2단계 PEG 처리 시험재는 전건, 고습(94%), 기건조건에서 2%이하의 평균수축율을 나타내었다. 다만 Lactitol처리 시험 재의 경우 습윤~건조실험이 종료된 단계에서 상수리나무류와 단풍나무류 시험재가 동일하게 접선, 방사 양방향으로 팽창된 것으로 나타났으며 횡단면상에서 미세한 할렬이 다수 관찰되었다.
모든 수종에서 2단계 PEG 처리 시험재는 전건, 고습(94%), 기건조건에서 2%이하의 평균수축율을 나타내었다. 다만 Lactitol처리 시험 재의 경우 습윤~건조실험이 종료된 단계에서 상수리나무류와 단풍나무류 시험재가 동일하게 접선, 방사 양방향으로 팽창된 것으로 나타났으며 횡단면상에서 미세한 할렬이 다수 관찰되었다.
확산은 저분자량인 Sucrose와 Lactit이처리가 동일한 조건에서의 고분자량인 PEG#4000처리에서 보다 2배 이상의 중량증가를 보여 이들 약제가 보다 쉽게 침투.확산됨을 알 수 있었다. 약제의 종류와 수종에 따른 치수안정성은 상수리나무류의 경우 2단계 PEG처리, 단풍나무류의 경우 PEG#4000으로 처리한 시험재가 가장 높은 것으로 나타났다.
확산됨을 알 수 있었다. 약제의 종류와 수종에 따른 치수안정성은 상수리나무류의 경우 2단계 PEG처리, 단풍나무류의 경우 PEG#4000으로 처리한 시험재가 가장 높은 것으로 나타났다.
수침고목재의 보존처리 후 보관환경과 관련한 습윤~ 건조 실험에서는 상수리나무류의 경우 2단계 PEG 처리한 시험재, 단풍나무류는 Sucrose 처리한 시험재의 치수 변화가 가장 적어 습도변화에 대한 적응성이 비교적 양호한 것으로 나타났다. 그러나 Sucrose처리재의 경우 84%RH 이상의 고습환경에서 약제가 다량 용출되고 건조 후 큰 할렬이 발생하였으며 PEG#4000과 2단계 PEG 법으로 처리한 시험재의 경우에도 84%이상의 습도 조건에서 흡습량이 증가하면서 시험재의 표면이 축축 해지는 현상은 피할 수 없었다.
3a에서처럼 2단계 PEG처리의 수축율은접선 . 방사방향 모두 0.5%로 가장 낮아 치수 안정성이 우수하며 Sucrose처리의 경우 수축율이 접선방향 5.13%, 방사방향이 3.28%로 높아 치수안정성이 낮게 나타났다. Fig.
후속연구
PEG#4000처리 단계에서의 침투 . 확산성 저하가 단점으로 지적될 수 있지만 PEG#200과 PEG#4000을 혼용한 2단계 PEG처리에서 비교적 양호한 보존처리 결과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다. 한편 수종에 따른 약제별 치수안정성과 중량증가율에 따른 수축율이 서로 다른 결과를 나타내므로 수침고목재의 보존처리에 있어서 수종과 약제종류, 분해상태와 함침기간 등 다양한 조건들에 관한 지속적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.
확산성 저하가 단점으로 지적될 수 있지만 PEG#200과 PEG#4000을 혼용한 2단계 PEG처리에서 비교적 양호한 보존처리 결과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다. 한편 수종에 따른 약제별 치수안정성과 중량증가율에 따른 수축율이 서로 다른 결과를 나타내므로 수침고목재의 보존처리에 있어서 수종과 약제종류, 분해상태와 함침기간 등 다양한 조건들에 관한 지속적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.
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