철기 유물 복원에 사용되는 에폭시 수지 내후성 연구 Study on the Resistance for Atmospheric Corrosion of Conventional Epoxy Resins applied to the Restoration of Iron Relics원문보기
본 연구에서는 현재 철기 유물의 복원에 일반적으로 사용되고 있는 5종의 상용 에폭시 수지(Araldite rapid, Araldite AW 106, Araldite SV 427, Devcon, CDK)를 선택하여 온도, 자외선, 그리고 철기 유물의 부식인자 중 하나인 수분에 대한 내후성을 조사하였다. 각각의 에폭시 수지는 온도 상승에 따라 일정하게 부피가 변화되는 것을 알 수 있었으며, 특히 $40^{\circ}C$와 $70^{\circ}C$ 사이에서 급격한 변형이 일어나는 것을 확인하였다. UV에 노출시켰던 에폭시 수지는 모두 표면의 색상이 큰 폭으로 변화되었다. 실내조건의 경우는 모든 시험편의 색차(${\Delta}E$)가 2미만으로 색상의 변화가 약하였다. 에폭시 수지 시료 표면의 수분에 대한 평형 접촉각은 Araldite rapid>AW 106>Devcon>SV 427>CDK의 순서로 나타났다. 에폭시 수지를 UV에 노출시킨 경우 평형접촉각은 전반적으로 모두 감소하였으나, SV 427이 가장 안정적인 것으로 나타났다.
본 연구에서는 현재 철기 유물의 복원에 일반적으로 사용되고 있는 5종의 상용 에폭시 수지(Araldite rapid, Araldite AW 106, Araldite SV 427, Devcon, CDK)를 선택하여 온도, 자외선, 그리고 철기 유물의 부식인자 중 하나인 수분에 대한 내후성을 조사하였다. 각각의 에폭시 수지는 온도 상승에 따라 일정하게 부피가 변화되는 것을 알 수 있었으며, 특히 $40^{\circ}C$와 $70^{\circ}C$ 사이에서 급격한 변형이 일어나는 것을 확인하였다. UV에 노출시켰던 에폭시 수지는 모두 표면의 색상이 큰 폭으로 변화되었다. 실내조건의 경우는 모든 시험편의 색차(${\Delta}E$)가 2미만으로 색상의 변화가 약하였다. 에폭시 수지 시료 표면의 수분에 대한 평형 접촉각은 Araldite rapid>AW 106>Devcon>SV 427>CDK의 순서로 나타났다. 에폭시 수지를 UV에 노출시킨 경우 평형접촉각은 전반적으로 모두 감소하였으나, SV 427이 가장 안정적인 것으로 나타났다.
The resistance for atmospheric corrosion of the conventional 5 epoxy resins (Araldite rapid, Araldite AW 106, Araldite SV 427, Devcon, and CDK), those were used to restoration of the iron relics, were investigated in this study. Temperature, UV light, and water were chosen for the factors of the atm...
The resistance for atmospheric corrosion of the conventional 5 epoxy resins (Araldite rapid, Araldite AW 106, Araldite SV 427, Devcon, and CDK), those were used to restoration of the iron relics, were investigated in this study. Temperature, UV light, and water were chosen for the factors of the atmospheric corrosion. The drastic voluminous changes of the epoxy resins were found at the temperature range between $40^{\circ}C$ and $70^{\circ}C$ After UV exposure, the colors of the epoxy resins were severely changed. In case of the indoor exposure the chroma value(${\Delta}E$) of the resins were less than 2, which showed a little changes of the colors. The result of the water contact angle test was Araldite rapid>AW 106>Devcon>SV 427>CDK. Although the contact angles of the resins were reduced by UV exposure, SV 427 was stable comparatively.
The resistance for atmospheric corrosion of the conventional 5 epoxy resins (Araldite rapid, Araldite AW 106, Araldite SV 427, Devcon, and CDK), those were used to restoration of the iron relics, were investigated in this study. Temperature, UV light, and water were chosen for the factors of the atmospheric corrosion. The drastic voluminous changes of the epoxy resins were found at the temperature range between $40^{\circ}C$ and $70^{\circ}C$ After UV exposure, the colors of the epoxy resins were severely changed. In case of the indoor exposure the chroma value(${\Delta}E$) of the resins were less than 2, which showed a little changes of the colors. The result of the water contact angle test was Araldite rapid>AW 106>Devcon>SV 427>CDK. Although the contact angles of the resins were reduced by UV exposure, SV 427 was stable comparatively.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 현재 철기 유물의 복원에 일반적으로 사용되고 있는 에폭시 수지 5종을 선택하여 온도 변화에 따른 팽창/수축 거동, 광원(UV, 실외, 실내에 따른 색상 변화, 그리고 철기 유물의 부식인자 중 하나인 수분에 대한 평형접촉각을 조사함으로써 각각에 대한 내후성을 살펴보았다.
본 연구에서는 국내의 보존처리 현장에서 철기 유물의 접착복원단계에서 일반적으로 사용하는 5종의 에폭시 수지를 선정하여 각각에 대한 내후성을 조사하였다. 이를 위해 접착복원재료에 대한 설문 문항을 작성하여 국립기관, 학교 박물관, 그리고 각급 발굴기관 등 문화재 보존처리 현장에서 종사하고 있는 각급 기관의 보존처리 전문가들의 의견을 종합하여 연구 범위를 설정함으로써 현재 철기 유물의 보존처리에 적용하고 있는 접착복원 재료와 적용 방법에 대한 신뢰도를 확보하였다.
제안 방법
또한, 실험실 광원과 실제 옥외 광원 사이의 노화 가능성에 대한 비교를 위해 동일한 실험시편을 옥외와 실내에 노출시켰으며, , 한쪽을 검은색 테잎으로 막아서 광원에 노출되는 면과 노출이 차단된 면으로 구분을 지었다. 각각의 광원에 노출하기 전과 후에 색차계(CR-300, Minolta, Japan)를 이용하여 색도변화율'을 측정하였다. 그리고 철기 유물의 부식에 가장 큰 영향을 미치는 부식인자의 하나인 수분에 대한 안정성을 살펴보기 위하여 수분에 대한 평형접촉각 (접촉각과 표면장력 측정장치, Phoenix 300, (주)에스이오, Korea)을 측정하였다.
각각의 광원에 노출하기 전과 후에 색차계(CR-300, Minolta, Japan)를 이용하여 색도변화율'을 측정하였다. 그리고 철기 유물의 부식에 가장 큰 영향을 미치는 부식인자의 하나인 수분에 대한 안정성을 살펴보기 위하여 수분에 대한 평형접촉각 (접촉각과 표면장력 측정장치, Phoenix 300, (주)에스이오, Korea)을 측정하였다.
UV 시험기의 내부온도는 33℃로 유지하였으며, 적산조도는 239/(<10초), 자외선(UV)의 전체조사 시간은 288시간으로 설정하였다. 또한, 실험실 광원과 실제 옥외 광원 사이의 노화 가능성에 대한 비교를 위해 동일한 실험시편을 옥외와 실내에 노출시켰으며, , 한쪽을 검은색 테잎으로 막아서 광원에 노출되는 면과 노출이 차단된 면으로 구분을 지었다. 각각의 광원에 노출하기 전과 후에 색차계(CR-300, Minolta, Japan)를 이용하여 색도변화율'을 측정하였다.
따라서 색상의 변화가 야기되는 것이다. 본 연구에서는 색차계를 이용하여 자외선과 산염기에 노출하기 전과 노출 후, 접착복원재료 표면의 색도변화율을 측정하였으며, L, a, b값을 이용하는 아래의 계산식으로 색차 값을 산출하였다.
X 이용하여 온도 변화에 따른 에폭시수지의 팽창과 수축 거동을 조사하였으며 , 자외선에 의한영향을 조사하기 위하여 KS M ISO 4892°에 준한 방법으로 노화촉진실험을 행하였다. 에폭시 수지의 자외선 노화 실험을 위해 UV 시험기(miki-01, 고려자외선)을 사용하였고, 이때 기기의 순간발광강도는 44nW/cnf(파장범위 : 320nm ~ 380mn)이며, 장착된 lamp iypee UV- A 365이다. UV 시험기의 내부온도는 33℃로 유지하였으며, 적산조도는 239/(<10초), 자외선(UV)의 전체조사 시간은 288시간으로 설정하였다.
이를 위해 접착복원재료에 대한 설문 문항을 작성하여 국립기관, 학교 박물관, 그리고 각급 발굴기관 등 문화재 보존처리 현장에서 종사하고 있는 각급 기관의 보존처리 전문가들의 의견을 종합하여 연구 범위를 설정함으로써 현재 철기 유물의 보존처리에 적용하고 있는 접착복원 재료와 적용 방법에 대한 신뢰도를 확보하였다.6 설문조사를 통해서 철기 유물의 복원에 가장 일반적으로 사용하고 있는에폭시계 수지는 Araldite rapid, Araldite AW 106, Araldite SV 427, Devcon, 그리고 CDK를 사용하는 것으로 확인되었으며 이 재료들을 실험 대상으로 선정하였다(Fig.
대상 데이터
이를 위해 접착복원재료에 대한 설문 문항을 작성하여 국립기관, 학교 박물관, 그리고 각급 발굴기관 등 문화재 보존처리 현장에서 종사하고 있는 각급 기관의 보존처리 전문가들의 의견을 종합하여 연구 범위를 설정함으로써 현재 철기 유물의 보존처리에 적용하고 있는 접착복원 재료와 적용 방법에 대한 신뢰도를 확보하였다.6 설문조사를 통해서 철기 유물의 복원에 가장 일반적으로 사용하고 있는에폭시계 수지는 Araldite rapid, Araldite AW 106, Araldite SV 427, Devcon, 그리고 CDK를 사용하는 것으로 확인되었으며 이 재료들을 실험 대상으로 선정하였다(Fig. 1.). 각각의 에폭시 수지의 특성을 Table 1에 나타내었다.
이론/모형
내후성 조사를 위한 실험 방법으로는 열 . 기계적 특성분석기(Thermo Mechanical Analyzer, TMA 2940, TAInstrument, U.S.X 이용하여 온도 변화에 따른 에폭시수지의 팽창과 수축 거동을 조사하였으며 , 자외선에 의한영향을 조사하기 위하여 KS M ISO 4892°에 준한 방법으로 노화촉진실험을 행하였다. 에폭시 수지의 자외선 노화 실험을 위해 UV 시험기(miki-01, 고려자외선)을 사용하였고, 이때 기기의 순간발광강도는 44nW/cnf(파장범위 : 320nm ~ 380mn)이며, 장착된 lamp iypee UV- A 365이다.
성능/효과
1. 철기 유물의 접착복원에 사용되는 에폭시 수지의 경우 온도 상승에 따라 일정하게 부피가 변화되는 것을 알 수 있었다. 그러나 CDK를 제외한 에폭시 수지들은 특히 40℃와 70P 사이에서 급격한 변형이 일어나는 것을 확인하였다.
2. UV에 노출시켰던 에폭시 수지는 모두 표면의 색상이 큰 폭으로 변화되었다. 실외조건과 실내조건에서는 UV조건과 비교할 때 작은 변화 폭을 나타내었다.
3. 접착복원재료의 수분에 대한 시료 표면의 평형 접촉각을 측정한 결과 Epoxy계수지 자체의 수분에 대한 안정성은 Araldite rapid>AW 106>Devcon>SV 427> CDK의 순서로 나타났다. 에폭시 수지를 UN에 노출시킨 경우 평형접촉각은 전반적으로 모두 감소하였으나, SV 427이 가장 안정적인 것으로 나타났다.
Hg. 3에서 UV 환경에 노출 전과 후의 실험에 사용한 5종의 에폭시 수지의 표면에서 모두 색상이 변화하였다는 것을 알 수 있다. Fig.
UV 조건(Table 4)에서는 Araldite SV 42 7의 색차{E) 값이 7.92로 5종의 에폭시 수지 중에서 색상의 변화가 가장 적었으며, 상대적으로 Devcon(4E=21.04), CDK(Z1E=18), 그리고 Araldite rapid(4E=15.27)의 색상이 현저하게 변화하는 것을 알 수 있었다. 실외조건(Table 5)에서는 CDK(/E=3.
7는 에폭시 수지를 UV 환경에 노출하기 전과 후의 수분접촉각의 변화를 나타낸 것이다. UV 환경에 노출하기 전의 에폭시 수지의 표면은 약 56° ~ 약 70°의 평형 접촉각을 형성하였으나, UW에 노출 후에는 약 24° ~약 5(T로 접촉각이 줄어든 것을 알 수 있었다(Table 7). 이와 같은 평형접촉각의 감소 현상은 UV 광원에 노출된 에폭시 수지의 표면이 손상되었기 때문인 것으로 판단된다.
4는 UV, 실외, 그리고 실내의 광원을 조사한 후 색상 변화를 측정한 결과이다. 색도분석 결과 UV 조건에 노출시킨 시편의 색상 변화가 가장 큰 것을 알 수 있었으며, 실내 광원의 조건에서도 소량의 색상 변화가 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
접착복원재료의 수분에 대한 시료 표면의 평형 접촉각을 측정한 결과 Epoxy계수지 자체의 수분에 대한 안정성은 Araldite rapid>AW 106>Devcon>SV 427> CDK의 순서로 나타났다. 에폭시 수지를 UN에 노출시킨 경우 평형접촉각은 전반적으로 모두 감소하였으나, SV 427이 가장 안정적인 것으로 나타났다.
이 결과에서 부식된 철기 유물에 적용하는 에폭시 수지는 접착복원이 완료된 단계에서는 부식인자인 수분에 대한 안정성을 나타내지만, UV와 같은 광원에 노출되면 에폭시 수지 표면의 손상에 의해 수분의 차단 효과가 감소하게 되는 것으로 판단된다.
이 결과에서는 측정에 사용한 모든 에폭시 수지들이 온도가 상온에서 150℃까지 증가함에 따라 일정하게 부피가 팽창이 되는 것을 알 수 있었다. 그러나 AW 106과 CDK를 제외한 에폭시 수지는 40℃와 70℃의 온도 범위 사이에서 급격하게 수축 현상이 일어나다가 그 이후 다시팽창하는 것으로 나타났다.
이와 같은 팽창/수죽의 반복은 부식에 의해 약해져 있는 철기 유물인 피착재와 에폭시 수지의 탈락을 야기 시킬 수 있을 것으로 생각된다. 철기 유물의 복원재료인 에폭시 수지 중에서 CDK의 경우에는 온도 변화에 따른 부피 변형이 68.4(m/mC로서 가장 적은 것으로 나타났으며, Table 2에서 알 수 있듯이Araldite AW 106(148(m/mC)과 Devcon(132/mC)의치수 변형이 큰 것으로 확인되었다.
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