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문제 정의
- 확산속도, 치수안정성, 습윤↔건조 특성을 상호 비교하고 이를 실제 유물의 보존처리에 참고하고자 한다.
제안 방법
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- )이며 최대함수율과 전건비중은 Table 1과 같다. 길이가 각각 35, 40cm의 줄기부분 목재를 섬유 방향으로 두께 10 mm로 연속 절단하여 각각 21개씩 만들어 사용하였다.
- 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.
- 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.
- 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.
- 5% 붕산 . 붕사(7:3)와 1% E.D.T.A.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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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).
- 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.
- 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).
- 함침처리하고 약제의 침투 . 확산성과 치수 안정성 그리고 처리 후 다양한 습도변화에서의 습윤~건조 특성을 비교하였다. 함침처리 중 약제의 침투 .
성능/효과
- 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 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.
- 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.
- 두 수종의 약제 함침 처리 후 기건 수축율은 상수리나무류의 경우 2단계 PEG처리를 제외한 다른 약제 처리에서 수죽율이 단풍나무류보다 2~3% 높게 나타났다. 상수리나무류는 Fig.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 확산됨을 알 수 있었다. 약제의 종류와 수종에 따른 치수안정성은 상수리나무류의 경우 2단계 PEG처리, 단풍나무류의 경우 PEG#4000으로 처리한 시험재가 가장 높은 것으로 나타났다.
- 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.
- 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.
- 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.
- 이것은 일정기간동안 PEG보다 저분자량의 Lactit이과 Sucrose가 쉽게 침투 . 확산됨을 확인시켜주었다.
후속연구
- 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.
- 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.
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