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문제 정의
- 경북 포항시 장기면 뇌성산 일대에서 산출되는 뇌록에 대한 광물학적 특성을 연구하기 위하여 야외조사와 실내연구를 실시하였다. 제4기현무암 지대에서 화산쇄설암 내에 맥상 또는간극충진상으로 산출되는 뇌록의 시료를 채취하여 박편을 제작하였으며, 구성광물의 광학적특성을 연구하기 위하여 편광현미경 관찰을 실시하였다.
- 것이 시급한 단계에 와 있다. 그래서 본연구에서는 우리나라 고유의 전통 색상 중에서조선시대 건축물의 바탕칠(가칠)에 사용되었던뇌록의 광물학적, 화학적 및 발색 특성과 함께전통 뇌록안료를 제작하여 이에 대한 재료과학적 특성을 연구하였으며, 또한 뇌록안료가 바탕칠로서 이용된 이유를 찾기 위하여 뇌록의 항균성에 대한 연구도 시행하였다.
- 우리나라 고유의 전통 색채가공법을 적용하여 뇌록석상 가운데에서 조선시대 건축물의 바탕칠(가칠)에 사용되었던 녹색 안료인 뇌록의 특성과 활용성을 연구하였다. 고문헌에 수록되어있는 뇌록의 생산지에서 뇌록을 채취하여 뇌록의 광물학적 특성과 뇌록의 발색특성을 연구하였다.
가설 설정
- 3. Microphotographs of the Noerog stone, (a) Celadonite showing dark green color (×60) (b) Celadonite showing pale green color (×l20), (c) The large celadonite grains are green (lower half), but nano-sized celadonite grains are yellowish green (upper half). Irregular mordenite thread and thin silica veinlet are seen (×120).
제안 방법
- 시편, 그리고 3) 표면 채색을 하지 않은시편으로 구분하여, 각 시편에 대하여 10종의 곰팡이 배양액 일정량을 표면에 접종한 후 28℃로유지되는 배양기에서 20일간 배양하여 접종 전과 후의 변화를 비교하였다.
- 뇌록의 미세구조와 광물조성을 밝히기 위하여 주사전자현미경 관찰 및 X-선회절분석을 실시하였다. UV-VIS, FT-IR 분광분석과전자현미분석을 실시하여 뇌록의 발색원인과구성광물의 화학성분을 분석하였다.
- 건축물의 표면에 채색을 하는 경우 자연광 또는 조명 환경에 노출되므로 내광성은 안료의 중요한 기능 중의 하나로, 이에 대한 뇌록의 성질을 자외선 조사로 인한 색상변화로서 살펴보았다. 자외선 조사시험을 위해 착색력과 은폐력이가장 우수한 것으로 판단된 32 |im 이하의 뇌록 분말을 선택하여 아교액을 혼합하여 홍송에 채색하였다.
- 활용성을 연구하였다. 고문헌에 수록되어있는 뇌록의 생산지에서 뇌록을 채취하여 뇌록의 광물학적 특성과 뇌록의 발색특성을 연구하였다. 또한 전통 광물안료를 단청에 사용 가능성을 알아보기 위하여 뇌록을 그 산출지에서 채취하여 이것으로부터 분쇄, 수비, 가공 등 과정을 거쳐 뇌록안료를 제작하여 홍송 표면에 시헌시공한 결과 우리나라 고유의 색감을 재현할 수 있었다.
- 뇌록을 약연기로 분쇄하여 수비작업을 거친 후 입자 크기별로 구분하였다(그림 7). 전통방식으로 제작된 뇌록분말은 전자현미경하에서 수백 ㎛에서 수십 ㎛ 크기 의 입자 크기 분포를 가지는 것으로 확인되었으며, 특히 수 nm 이하의 입자들이 응집하여 형성되어 있는 것으로 나타났다(그림 8).
- 제4기현무암 지대에서 화산쇄설암 내에 맥상 또는간극충진상으로 산출되는 뇌록의 시료를 채취하여 박편을 제작하였으며, 구성광물의 광학적특성을 연구하기 위하여 편광현미경 관찰을 실시하였다. 뇌록의 미세구조와 광물조성을 밝히기 위하여 주사전자현미경 관찰 및 X-선회절분석을 실시하였다. UV-VIS, FT-IR 분광분석과전자현미분석을 실시하여 뇌록의 발색원인과구성광물의 화학성분을 분석하였다.
- 제조하였다(송응성, 1997). 문헌에 따라 약 연기를 이용하여 뇌록광석을 분쇄한 후 수비 과정을 거쳐 입자크기 별로 분리하였으며, 수분을 건조시킨 후 주사전자현미경을 이용하여 입자크기를 확인하였다.
- 바탕칠로 이용된 뇌록안료의 기능성을 연구하기 위하여 곰팡이균을 이식하여 생장 상태를조사하는 항균성 시험을 실시하였다. 뇌록안료의 항균성 시험을 위하여 홍송 시편(3 X 3 cm) 을 제작하여 1) 뇌록분말과 증류수를 혼합하여채색한 시편, 2) 뇌록분말과 아교액을 혼합하여채색한 시편, 그리고 3) 표면 채색을 하지 않은시편으로 구분하여, 각 시편에 대하여 10종의 곰팡이 배양액 일정량을 표면에 접종한 후 28℃로유지되는 배양기에서 20일간 배양하여 접종 전과 후의 변화를 비교하였다.
- 접종하고 28 ℃ 에서 배양하였다. 배양하는 과정에서 곰팡이의 생장을 원활하게 하기 위하여 멸균 배양액 일정량을 주기적으로 목재 시편에 처리하였다. 항균기능성 조사 결과, 뇌록 안료로 채색한 시료와 채색하지 않은 시료 모두 곰팡이균이 성장 속도가 매우 느린 것으로 나타났으나, 곰팡이균 접종 후 42일과 190일이 경과한후 살펴본 결과, 뇌록안료에 의한 곰팡이균의성장이 더 저지되는 경향이 확인되었다(그림 11).
- 509이며, IR 흡수스펙트럼에서 3610-3530 cm-1에서 예민한 OH stretching 흡수곡선을 보여주고 있어서셀 라도나이 트가 확실하다. 셀 라도나이 트의 화학조성을 알기 위하여 전자현미분석(표 1 중 1~3 번) 및 광석 중 불순물이 적은 종합시료에 대한습식분석(표 1의 4번, 한국지질자원연구원에서분석수행)을 시행하였다. 화학분석 중 전자현미분석값은 셀라도나이트 입자들의 경도가 낮아서 연마편 제작시에 연마편의 연마면이 평탄하지 못하게 제작되어 분석값이 다소 적게 나왔지만 전반적인 원소들의 경향을 보여주기 위하여 습식분석값과 함께 표시하였다.
- 이때 뇌록은 현대 안료분말가공법과 같이처리하여 100~315 ㎛, 71-100 ㎛, 32~71 ㎛와 32 ㎛ 이하의 입자크기 등 입자크기를 4 단계로 분리하였으며, 150 nm 크기의 초미분으로도 가공하여 입자크기별 채색성을 살펴보았다. 입자가 큰 뇌록분말로 채색된 것은 상대적으로 어두운 색상을 보였으며, 71 |im 이상의입자크기는 채색이 불가능한 결과를 보였다.
- 입자 크기별로 분리된 뇌록시료는 색차계(Spec trophotometer CM-2600d, Japan)를 이용하여 입자크기에 따른 색상특성을 조사하였다. 제작된 뇌록 분말과 아교액을 혼합하여 목조건축물의 자재로 사용되고 있는 홍송(紅松) 표면에 바탕칠(가칠)을 하여 입자크기에 따른 색상 특성과 그리고 자외선조사기를 이용하여 채색한 뇌록 안료의 내광성을 연구하였다.
- 전통방식에 의하여 가공한 뇌록안료의 색상을 색차계를 이용하여 L*, a*, b* 값으로 표현하였으며 도출된 색상은 표 2와 같다. L*a*b* 색 좌표에서 L* 는 명도를, a*, b* 는 색의 방향을 나타낸다(b* 는 노란색 방향을 표시하고 -b* 는 청색 방향을 표시한다).
- 제4기현무암 지대에서 화산쇄설암 내에 맥상 또는간극충진상으로 산출되는 뇌록의 시료를 채취하여 박편을 제작하였으며, 구성광물의 광학적특성을 연구하기 위하여 편광현미경 관찰을 실시하였다. 뇌록의 미세구조와 광물조성을 밝히기 위하여 주사전자현미경 관찰 및 X-선회절분석을 실시하였다.
- 제작된 뇌록 분말과 아교액을 혼합하여 목조건축물의 자재로 사용되고 있는 홍송(紅松) 표면에 바탕칠(가칠)을 하여 입자크기에 따른 색상 특성과 그리고 자외선조사기를 이용하여 채색한 뇌록 안료의 내광성을 연구하였다.
대상 데이터
- 경북 포항시 장기면 뇌성산 동남쪽 사면의 현무암 지대에서 전통 녹색 안료로 사용되었던 뇌록이 산출된다. 이 뇌록은 채굴 흔적으로 보아과거에 수차례에 걸쳐 채굴되었던 것으로 추측된다.
- 뇌록은 경북 포항시 지행면 학계리에 위치한 뇌성산 동남쪽 사면 저]4기 현무암 지대에서 화산쇄설암 내에 맥상 또는 간극충진상으로 산출한다. 뇌록은 지질작용에 의하여 생성된 일종의 광물자원으로서 녹색을 띠고 있고 쉽게 분말로 제작할 수 있어서 전통 무기안료로 사용되어 온 광물 안료이며, 주로 셀라도나이트(celadonite)라는 점토광물로 구성되어 있다.
- 자외선 조사시험을 위해 착색력과 은폐력이가장 우수한 것으로 판단된 32 |im 이하의 뇌록 분말을 선택하여 아교액을 혼합하여 홍송에 채색하였다. 시료에 대하여 96시간 자외선조사 후의 색상을 측정하여, L*, a*, b* 색좌표로 나타냈으며 도출된 색상결과를 표 4에 나타내었다.
- 이 뇌록은 채굴 흔적으로 보아과거에 수차례에 걸쳐 채굴되었던 것으로 추측된다. 채굴적은 가로 약 40 m, 세로 약 20 m, 깊이 약 15 이로 관찰되며, 채굴 및 선광 작업 후에 폐기한 폐석더미로 보아 오랫동안 많은 채광작업이 이루어졌던 것으로 추정된다(그림 1). 뇌록은 저!4기 현무암질 화산쇄설암 내에 맥상또는 간극 충진상으로 산출되며, 뇌록의 균열 충진 정도는 광화대 중심부에서는 높지만 가장자리로 갈수록 낮아진다(그림 2).
성능/효과
- 시료에 대하여 96시간 자외선조사 후의 색상을 측정하여, L*, a*, b* 색좌표로 나타냈으며 도출된 색상결과를 표 4에 나타내었다. 자외선 조사시험 전과 후 뇌록분말의 L*, a*, b* 색차 △E는 2.97로 측정되어, NBS (National Bureau of Standard in USA) 규격에 따른 색차정도는 "눈에 띌 정도"이며 비전문가에 의해서도 색 차가 식별이 가능한 것으로 판정되었다. 이 수치의 상대적 평가를 위하여 현재 건축물의 단청에 사용되고 있는 시판 녹색안료 4가지를 대상으로 자 외 선조사시 험 을 실 시 하여 시 판안료의 L*, a*, b* 색차 가 19.
- 4) 결과, 주로 녹색의 셀라도나이트 (celadonite)로 구성되어 있으며 그 외 녹니석/스멕타이트 혼합층광물, 모데나이트 및 단백석을 포함하고 있다. 셀라도나이트는 2 : 1 층상구조를 가진 점토광물의 일종으로서 이팔면체형 (dioctahedral) 층상구조를 가지고 있고 Fe가 풍부한 운모의 일종이며 단사정계이다.
- 분쇄한 뇌 록분말입 자들은 입 자크기 가 감소할수록 뇌 록 원석에 비하여 명도가 증가하여 밝아지는 경향을 띠었으며, 단청안료로서 채색성과 은폐력이적합한 안료로서의 뇌록분말 입자크기 범위는 71 ㎛ 이하, 특히 32 ㎛ 이하에서 우수한 것으로 나타났으나, 초미분 입자는 투명함을 띄었다. 뇌 록안료의 자외 선, 조사에 대한 내광성 시 험결과 색차변화가 미미하였으며, 항균기능성 조사 결과 뇌록안료로 채색한 시료에서 채색하지 않은 시료에 비해 곰팡이균이 성장 속도가 느린 것으로 나타나 뇌록이 채색안료로서의 뛰어난 특성을 지니고 있음이 확인되었다
- 이와 같은 결과는 200 nm 이하 초미분 입자의 입자 크기는 빛의 파장보다 작아서 투명성이 증대되었기 때문에 도출된 것으로 보인다. 뇌록 분말은 입자의 크기가 32 ㎛ 이하일 때 착색력과 은폐력 등 채색성이우수하여 안료로서 적합하다고 판정되었다.
- 뇌록광석이 가지고 있는 녹색의 발색원인을살펴보기 위하여 UV-VIS 분광분석을 실시한결과, 뇌록의 흡수스펙트럼은 결정장 분리에 의하여 Fe2+의 3d 오비탈에서 생긴 에너지 차이에 해당하는 스펙트럼의 흡수가 주로 적색영역 (737 nm)에서 일어나고 있다는 것을 보여주고있다. 그리고 자외선 영역에서의 강한 흡수가보라-남색-청색 영역에까지 연장되고 있어서 백광 중의 녹색 파장이 통과되어 Fe2+의 특징적 인녹색을 띠는 것으로 해석된다(그림 6).
- 각 방향으로 수치가 커짐에 따라서 색도는 증가하게 되고, 0에 가까울수록 무채색으로 된다. 뇌록은 L* 값에 비하여 분쇄한 뇌록 분말의 L* 값은 증가하였으나, a* 값은 감소하는 경향을 보였으며, 이러한 결과는 그림 9의 분광 반사율 곡선에서도 동일하게 확인되 었다. 따라서 분쇄한 뇌록분말들은 입자크기가 작아질수록 뇌록 원석에 비하여 명도가 증가하여 밝아지는 경향을 보여주며, a* 값의 - 증가는 녹색 색상에 더욱 근접하는 경향을 보이는 것으로 해석할수 있다.
- 광화대 중심부의 품위는 약 2 ~3%로 가장자리의 1% 이하보다 높다. 뇌록이관찰되는 노두의 발달 상황을 고려하면 지하심부로 내려갈수록 뇌록 광물자원의 부존이 현지표보다는 더 잘 발달될 것으로 추정된다. 지하에서의 뇌록석의 발달 상황에 대한 정확한자료를 얻기 위해서는 좀 더 정밀한 지질조사와 함께 시추조사를 실시해야 할 것이다.
- 뇌록은 L* 값에 비하여 분쇄한 뇌록 분말의 L* 값은 증가하였으나, a* 값은 감소하는 경향을 보였으며, 이러한 결과는 그림 9의 분광 반사율 곡선에서도 동일하게 확인되 었다. 따라서 분쇄한 뇌록분말들은 입자크기가 작아질수록 뇌록 원석에 비하여 명도가 증가하여 밝아지는 경향을 보여주며, a* 값의 - 증가는 녹색 색상에 더욱 근접하는 경향을 보이는 것으로 해석할수 있다.
- 고문헌에 수록되어있는 뇌록의 생산지에서 뇌록을 채취하여 뇌록의 광물학적 특성과 뇌록의 발색특성을 연구하였다. 또한 전통 광물안료를 단청에 사용 가능성을 알아보기 위하여 뇌록을 그 산출지에서 채취하여 이것으로부터 분쇄, 수비, 가공 등 과정을 거쳐 뇌록안료를 제작하여 홍송 표면에 시헌시공한 결과 우리나라 고유의 색감을 재현할 수 있었다. 전통 녹색 광물안료인 뇌록에 대하여 시행한 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
- 분쇄한 뇌 록분말입 자들은 입 자크기 가 감소할수록 뇌 록 원석에 비하여 명도가 증가하여 밝아지는 경향을 띠었으며, 단청안료로서 채색성과 은폐력이적합한 안료로서의 뇌록분말 입자크기 범위는 71 ㎛ 이하, 특히 32 ㎛ 이하에서 우수한 것으로 나타났으나, 초미분 입자는 투명함을 띄었다. 뇌 록안료의 자외 선, 조사에 대한 내광성 시 험결과 색차변화가 미미하였으며, 항균기능성 조사 결과 뇌록안료로 채색한 시료에서 채색하지 않은 시료에 비해 곰팡이균이 성장 속도가 느린 것으로 나타나 뇌록이 채색안료로서의 뛰어난 특성을 지니고 있음이 확인되었다
- 97로 측정되어, NBS (National Bureau of Standard in USA) 규격에 따른 색차정도는 "눈에 띌 정도"이며 비전문가에 의해서도 색 차가 식별이 가능한 것으로 판정되었다. 이 수치의 상대적 평가를 위하여 현재 건축물의 단청에 사용되고 있는 시판 녹색안료 4가지를 대상으로 자 외 선조사시 험 을 실 시 하여 시 판안료의 L*, a*, b* 색차 가 19.7 이상, 특히 명도수치 L* 이 큰 값으로 변화하였음을 확인하였다. 이와 같은 비교시험 결과로 볼 때 뇌록분말을 이용한 뇌록 안료는 상대적으로 내광성이 뛰어난 것으로 평가할 수 있다.
- 7 이상, 특히 명도수치 L* 이 큰 값으로 변화하였음을 확인하였다. 이와 같은 비교시험 결과로 볼 때 뇌록분말을 이용한 뇌록 안료는 상대적으로 내광성이 뛰어난 것으로 평가할 수 있다.
- 이때 뇌록은 현대 안료분말가공법과 같이처리하여 100~315 ㎛, 71-100 ㎛, 32~71 ㎛와 32 ㎛ 이하의 입자크기 등 입자크기를 4 단계로 분리하였으며, 150 nm 크기의 초미분으로도 가공하여 입자크기별 채색성을 살펴보았다. 입자가 큰 뇌록분말로 채색된 것은 상대적으로 어두운 색상을 보였으며, 71 |im 이상의입자크기는 채색이 불가능한 결과를 보였다. 입자가 커지면 굴절률이 커지기 때문에 어두운색상을 나타내는 것으로 보이며, 큰 입자의 경우 바인더인 아교액과의 혼합에서 분산성이 급격하게 저하되어 채색성이 떨어지는 것으로 해석된다.
- 전통방식으로 제작된 뇌록분말은 전자현미경하에서 수백 ㎛에서 수십 ㎛ 크기 의 입자 크기 분포를 가지는 것으로 확인되었으며, 특히 수 nm 이하의 입자들이 응집하여 형성되어 있는 것으로 나타났다(그림 8). 이와 같은 응집현상은 뇌록석을 수비와 건조를 거치는 과정에 자연적으로 형성되는 것으로서, 미분 원료의 콜로이드 현탁액은 일반적으로 높은 표면적과 비교적 낮은 용해도를 가지며 수계에서 수화에 의해 입자표면이 전하를 띠게 되므로 콜로이드 현탁액 내부에서 반데 르발스 힘과 정전기적 힘으로 인한 입자간 인력에 의해 이러한 응집체들이 자발적으로 생성된다(Reed, 1988).
- 배양하는 과정에서 곰팡이의 생장을 원활하게 하기 위하여 멸균 배양액 일정량을 주기적으로 목재 시편에 처리하였다. 항균기능성 조사 결과, 뇌록 안료로 채색한 시료와 채색하지 않은 시료 모두 곰팡이균이 성장 속도가 매우 느린 것으로 나타났으나, 곰팡이균 접종 후 42일과 190일이 경과한후 살펴본 결과, 뇌록안료에 의한 곰팡이균의성장이 더 저지되는 경향이 확인되었다(그림 11). 이와 같은 결과는 뇌록안료가 항균 기능이 있다는 것을 입증하는 것으로 뇌록이 건축물의 바탕칠로서 이용된 주된 이유 중의 하나로 설명될 수 있다.
후속연구
- 뇌록이관찰되는 노두의 발달 상황을 고려하면 지하심부로 내려갈수록 뇌록 광물자원의 부존이 현지표보다는 더 잘 발달될 것으로 추정된다. 지하에서의 뇌록석의 발달 상황에 대한 정확한자료를 얻기 위해서는 좀 더 정밀한 지질조사와 함께 시추조사를 실시해야 할 것이다.
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