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문제 정의
- 따라서 불에 타기 이전의 대웅전은 1674년 직후에 건축된 건물이었으며, 건축이 되고 얼마 지나지 않아 불이 나서 1703년 직후에 중건한 것으로 추론되었다. 본 연구에서는 탄화 목부재 중 장여 1점 (Fig. 2)을 대상으로 재질 분석을 실시하여 보존처리 방법을 선정하기 위한 기초 자료로 사용하고자 하였다.
제안 방법
- 공시 재료의 셀룰로오스 결정성은 X선 회절장치 (XRD, X-Ray Diffractometer, PHILIPS社의 X'Pert - MPD)를 사용하여 측정하였다. X선은 Cu Ka 선을 사용하였으며 , 분석 조건은 40 kV, 30 mA이었다.
- 분석하였다. 덜 탄화된 목재(내부), 완전히 탄화된 목재(외부)를 건전한 소나무재(新材)와 비교하였다.
- 전건법으로 함수율을 측정하였다. 먼저 3개의 시료를 평량병에 넣고 0.001 g 단위까지 측정한 다음 100〜 105℃의 건조기에서 항량에 도달할 때까지 건조시켜 전건상태로 만들었다. 전건 후 실리카겔이든 데시케이터에 넣어 실온까지 냉각시킨 후 전건 무게를 측정하여 함수율을 계산하였다.
- 목탄의 원소 조성은 자동 원소분석기 (Elemental Analysis)를 사용하여, C, H, 0, N, S의 함량을 조사하였다.
- 목탄의 작용기 확인 및 구조분석을 위해 FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy)을 이용하여, 건전한 목재, 덜 탄화된 목재(내부), 완전히 탄화된 목재(외부)를 비교하였다(Fig. 8〜 10).
- 목탄의 화학적 특징은 FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy, Nicolet Impact 410 DSP)을이용하여 분석하였다. 덜 탄화된 목재(내부), 완전히 탄화된 목재(외부)를 건전한 소나무재(新材)와 비교하였다.
- 셀룰로오스의 결정성 변화를 알아보기 위해 건전한 목재(소나무), 덜 탄화된 목재(내부), 완전히 탄화된 목재(외부)를 비교하였다. Fig.
- 001 g 단위까지 측정한 다음 100〜 105℃의 건조기에서 항량에 도달할 때까지 건조시켜 전건상태로 만들었다. 전건 후 실리카겔이든 데시케이터에 넣어 실온까지 냉각시킨 후 전건 무게를 측정하여 함수율을 계산하였다.
- 관찰하였다. 탄화 목부재의 완전히 탄화된 바깥 부분과 내부의 덜 탄화 된 부분의 무기 성분은 SEM-EDX를 사용하여 분석하였다.
- 탄화된 목재의 세포 형태를 관찰하기 위하여 임계점 건조 후 주사전자현미경 (SEM-EDX, HITACHI S-2500C)으로 관찰하였다. 탄화 목부재의 완전히 탄화된 바깥 부분과 내부의 덜 탄화 된 부분의 무기 성분은 SEM-EDX를 사용하여 분석하였다.
- 탄화된 목재의 원소 조성을 알아보기 위 해 원소분석을 실시하였다. 일반적으로 건조 목재의 경우 탄소 50%, 수소 6%, 산소 44% 정도로 구성되어 있으며, 이 같은 조성은 침엽수재나 활엽수재 또는 수종에 따라서 차이가 없다(신 등, 1983).
대상 데이터
- MPD)를 사용하여 측정하였다. X선은 Cu Ka 선을 사용하였으며 , 분석 조건은 40 kV, 30 mA이었다.
- 4에 나타내 었다. 낙엽송의 탄화 온도별 원자비는 조 등(2005)의 자료를 사용하였다. 낙엽송은 탄화 온도 600℃까지 비교적 빠르게 탄소 함량이 증가하나 그 이상의 온도에서 큰차이는 나타나지 않는다.
- 또한 X-ray 회절 분석 결과 해석에 도움을 준 강원대 김남훈교수, 기기분석에 협조하여 준 충북대학교와 창원대학교의 공동실험실습관에 감사드린다. 본 연구에 사용된 소재는 한국과학재단지정 충북대학교 목재 연륜 소재 은행에서 분양받은 것이다.
- 본 연구에 사용된 재료는 충북 영동군 소재 영국사 대웅전(중청북도 유형문화재 제 61호) 해체 보수공사 과정중 건물 하부에서 발굴된 탄화목이다(Fig. 1). 연륜연대 측정 결과, 현존 대웅전 건물은 1704년 중건되어 주요 부재의 교체 없이 원형이 현재까지 유지 된 약 300년 된 건물임이 밝혀졌다(손 등, 2006a).
- 본 연구에 사용된 탄화목은 충청북도 영동군청, 충청대학 박물관, (주)칠화건설의 협조로 발굴된 것이다. 관계자 여러분께 감사드린다.
이론/모형
- 전건법으로 함수율을 측정하였다. 먼저 3개의 시료를 평량병에 넣고 0.
성능/효과
- SEM-EDX 분석 결과 철, 칼슘 성분이 다량 검출되었는데 이는 토양에서 흡착된 것으로 보인다. IR 분석 결과 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스가 탄화 정도에 따라 다른 수준의 열분해가 나타났다. 탄화 정도가 다른 부분이 동일한 부재에 존재하기 때문에 보존 처리시 분자량과 농도를 달리한 PEG 처리 방법이 필요한 것으로 시사되었다.
- SEM 관찰 결과 접선단면의 단열 방사조직이 세포벽 내의 성분들이 열분해로 인해 탄화되어 유세포세포벽이 수축되어 관찰되었다. X-ray 회절 분석 결과에서 셀룰로오스 결정구조가 거의 붕괴되었음을 알 수 있었다. 공시재료의 탄소는 약 80% 정도였으며 H/C와 O/O비로부터 공시재료는 약 500도 정도의 고온에서 화재가 일어났음을 나타내 주었다.
- 5는 기건상태의 건전한 소나무의 X~ray 스펙트럼이다. 건전한 소나무와 비교했을 때 완전히 탄화 된 목재는 회절 강도가 배향성을 잃으며 목재 셀룰로오스 결정 구조가 거의 붕괴되어 나타났다(Fig. 7). 반면 덜 탄화된 목재 또한 육안적인 관찰로는 목질 부분이 남아 있었지만 분석 결과 셀룰로오스 결정구조는 완전히 탄화된 목재와 마찬가지로 붕괴되어 나타났다(Fig.
- 권과 김(2004)은 탄화 온도 300℃까지는 세포간층, 1차벽 , 2차벽 이 모두 관찰이 되어 목재 세포벽 의 흔적을 발견할 수 있지만, 탄화 온도 340℃ 이상에서는 세포벽층이 매끄러운 비결정형으로 관찰되었음을 XRD분석으로 보고한 바 있다. 따라서 이번 실험에 사용된 시료의 조직학적 특징으로부터 공시재료는 적어도 300℃ 이상에서 탄화된 것으로 1차로 판단되 었다. 탄화목은 수지구를 가지 고 있고 창상벽공과 거치상비후가 있는 것으로 보아 소나무속중 경송류로 식별되었다(Fig.
- 7). 반면 덜 탄화된 목재 또한 육안적인 관찰로는 목질 부분이 남아 있었지만 분석 결과 셀룰로오스 결정구조는 완전히 탄화된 목재와 마찬가지로 붕괴되어 나타났다(Fig. 6).
- 발굴된 탄화 목부재의 함수율은 85.9%로 비교적 낮았다. 이는 탄화목의 건조에 따른 표면할렬을 방지하기 위하여 신속한 보존처리가 필요함을 제시해주었다.
- 낙엽송은 탄화 온도 600℃까지 비교적 빠르게 탄소 함량이 증가하나 그 이상의 온도에서 큰차이는 나타나지 않는다. 본 연구에서 공시된 출토 탄화목은 낙엽송의 제탄 환경 조건과는 다르지만, 셀룰로오스 원자비를 낙엽송 원자비와 비교했을 때 탄화 온도 약 500℃ 범위에 있었다. Haddenham 유적에서 출토 뇐 숯은 300〜400℃ 범위로 나타났다 (Caple and Murray, 1994).
- 일반적으로 건조 목재의 경우 탄소 50%, 수소 6%, 산소 44% 정도로 구성되어 있으며, 이 같은 조성은 침엽수재나 활엽수재 또는 수종에 따라서 차이가 없다(신 등, 1983). 완전 탄화된 목부 재의 탄소 함량은 약 50%에서 80%까지 증가하였으며, 산소 함량은 급격히 감소하였고, 수소. 질소, 황 성분도 감소하였다(Table 1).
- 탄화목의 SEM 관찰 결과 소나무류로 식별되 었으며 , 가도관 세포벽의 층상 구조가 없어져 얇고 매끄럽게 관찰되었다(Fig. 3). 접선단면의 단열 방사조직은 유세포 간의 세포벽층이 분리되어 관찰되었다.
- 함수율은 75.8%, 81.4%, 100.5%(평균 85.9%) 로열화가 많이 진행된 수침 목재의 함수율 보다는 낮았다. Caple & Murray (1994)는 Haddenham 유적에서 출토된 탄화목의 경우 함수율은 215〜235%이었다고 보고한 바 있다.
후속연구
- 화학적 성분의 분석을 통해 어느 정도의 온도에서 탄화되었는지를 추정할 수 있다. 또한 탄화 온도에 따라 탄화목의 보존처리 제 흡착성 이 달라짐으로 탄화목의 이화학적 분석은 보존처리의 기초자료로 활용될 수 있다.
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