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문제 정의
- 이 연구는 문화재에 가해진 인위적인 페인트 오염물의 제거에 대한 객관적인 방안을 정립하는 것과 다양한 실험을 비교분석하여 오염물의 세척효과를 검증하는 것을 목적으로 하였다. 따라서 대표적인 사례라 할 수 있는 삼전도비의 긴급보존처리에 적용된 습포법을 기준으로 비교대상을 선정하여 예비실험을 실시하였다.
- 이후 체계적인 연구를 통하여 상황에 따라 다양한 세척방법이 적용되었다2. 이 연구는 인위적으로 발생된 페인트낙서에 대한 보존처리 사례연구로서 예비실험과 현장적용으로 나누어 상세히 보고하고자 한다.
- 이 연구에서는 습포법을 이용한 석조문화재의 오염물 제거 방법 중 페인트 오염물 제거 방안을 정립하는 것을 목적으로 크게 두 가지 주제로 나누어 논의하고자 한다. 첫째로 습포법을 이용한 석조문화재의 페인트 오염물질에 대한 실험적인 제거 방안에 대한 고찰이다.
- 이 연구에서는 습포법을 이용한 석조문화재의 오염물 제거 방법 중 페인트 오염물 제거 방안을 정립하는 것을 목적으로 크게 두 가지 주제로 나누어 논의하고자 한다. 첫째로 습포법을 이용한 석조문화재의 페인트 오염물질에 대한 실험적인 제거 방안에 대한 고찰이다. 둘째는 현장적용을 위한 실험 및 제거방법의 효과와 검증을 통한 실제적 적용 사례이다.
제안 방법
- 2. 삼전도비의 긴급 보존처리에 적용된 페인트 오염물 제거는 다양한 예비실험과 이를 적용하기 전에 실시한 스팟 테스트를 통하여 삼전도비에 직접 적용 가능한 습포법을 선정하여 수행하였다. 삼전도비 표면의 붉은색 페인트 낙서를 효과적으로 제거하기 위해 유기용제를 혼합한 겔 타입으로 변형시킨 메틸셀룰로오스 습포팩과 수용성 겔 형태의 라포나이트 습포팩을 이용하였다.
- 3. 미세한 틈 사이에 남아있는 페인트 입자와 습포팩 잔류물을 제거하기 위해 저압 스팀세척 및 라포나이트를 이용한 수용성 습포법을 실시하였다. 또한 보존 처리 후 페인트 잔류물을 확인하기 위해 실시한 표면분석에서도 페인트 오염물은 비교적 완벽하게 제거된 것으로 나타났다.
- 이 연구는 문화재에 가해진 인위적인 페인트 오염물의 제거에 대한 객관적인 방안을 정립하는 것과 다양한 실험을 비교분석하여 오염물의 세척효과를 검증하는 것을 목적으로 하였다. 따라서 대표적인 사례라 할 수 있는 삼전도비의 긴급보존처리에 적용된 습포법을 기준으로 비교대상을 선정하여 예비실험을 실시하였다. 예비실험은 레이저, 아이스블라스터, 다양한 유기용매를 이용한 오염물 제거실험과 유기용재의 반응실험, 처리 후 잔류용제에 대한 검증실험 등을 적용하였다.
- 이를 풍화지수 등급으로 산출하면 보통 풍화단계(MW; moderately weathered)에 포함된다. 따라서 부분적으로 균열 및 박리박락의 진행이 예상되는 부분을 자세히 살펴보기 위해 응용 프로그램을 이용한 2D 모델링을 실시하였다(Figure 4).
- 이 외에도 귀부에는 왼쪽 눈 부위에 일(一)자 형태로 낙서가 되어 있었다. 따라서 손상된 삼전도비를 대상으로 오염물을 세척하기 위한 임상실험을 바탕으로 약 5개월간의 긴급 보존처리를 통하여 낙서를 제거하였다. 삼전도비의 상태는 비문 자체에 풍화가 진행되어 있기는 하지만 암석 표면은 비교적 양호한 상태였다.
- 처리효과를 검증하기 위해 처리 후 페인트 제거의 정도를 확인하였다. 미량합금함량검출기(Model No: Alpha 4000/mnov-x, 규격: GAT Gamma Analysentechik, DE/GAT-TEA 4000 MP)를 이용하여 페인트가 도포되어있던 부위와 도포되어 있지 않았던 부위를 비교하여 분석하였다.
- 보존처리를 위해 먼저 삼전도비 주변에 가설집을 설치하였다. 오염물 제거에 앞서 예비실험을 토대로 용제의 용해력을 알아보기 위해 비신의 뒷면 하단 부위에 스팟 테스트(spot test)를 한 결과(Figure 7), 락카 신너와 Methyl Ethyl Ketone는 용해되지 않았으며 디클로로메탄(dichloromethane)이 주성분인 페인트 제거제에 대해서만 반응을 보였다.
- 오염물의 동정을 위한 시료채취는 화강암으로 제작된 귀부의 눈 옆에 낙서된 페인트를 대상으로 아세톤을 이용하여 용해한 다음 면봉으로 일정량을 채취하였다. 분석은 FT-IR 과 SEM-EDX를 이용하여 각 시료의 수지 성분과 안료 성분을 확인하였다.
- 삼전도비 구성재질의 물성을 파악하고자 초음파 전달속도를 측정하여 강도를 산출하였다. 초음파 탐사는 석조문화재의 풍화와 훼손에 대하여 육안관찰을 통한 현상적 연구로부터 얻어진 결과를 보완하고, 이를 검증하여 정량화하는데 유용한 방법이다.
- 실질적 보존처리 과정은 위 실험을 종합적으로 판단한 결과를 토대로 디클로로메탄과 메틸셀룰로오스를 혼합한 팩을 이용하여 제거하기로 하였다. 메틸셀룰로오스 팩을 비문표면에 5mm 두께로 바른 후 그 위에 거즈를 한 겹 붙이고 다시 팩을 도포 후 24시간 정도를 완전히 건조시킨 다음 제거하였다.
- 이 페인트 오염물의 제거를 위해 레이저, 아이스블라스터, 페인트 제거제(상품명: 리무버), 유기용제를 혼합한 습포법, 디클로로메탄(dichloromethane)과 메틸셀룰로오즈(methyl cellulose)를 혼합한 습포법 등을 적용하여 페인트 오염물 제거에 대한 실험을 수행하였다. 실험은 대리암 시편을 제작하여 샌드블라스터로 표면을 거칠게 연마하고 시판용 붉은색 락카(상품명: 일신락카스프레이)로 3회 분사 도포하였다. 페인트 제거용으로 사용한 용제는 락카신너(Canal, Modeling Lacquer Thinner Light)와 Methyl Ethyl Ketone, 디클로로메탄을 선택하였으며 이들 모두 붉은색 락카칠을 한 시편의 페인트 용해도 테스트를 수행하여 효과를 검증하였다(Figure 6).
- 따라서 대표적인 사례라 할 수 있는 삼전도비의 긴급보존처리에 적용된 습포법을 기준으로 비교대상을 선정하여 예비실험을 실시하였다. 예비실험은 레이저, 아이스블라스터, 다양한 유기용매를 이용한 오염물 제거실험과 유기용재의 반응실험, 처리 후 잔류용제에 대한 검증실험 등을 적용하였다. 이 내용을 바탕으로 얻어진 결론은 다음과 같다.
- 이 페인트 오염물의 제거를 위해 레이저, 아이스블라스터, 페인트 제거제(상품명: 리무버), 유기용제를 혼합한 습포법, 디클로로메탄(dichloromethane)과 메틸셀룰로오즈(methyl cellulose)를 혼합한 습포법 등을 적용하여 페인트 오염물 제거에 대한 실험을 수행하였다. 실험은 대리암 시편을 제작하여 샌드블라스터로 표면을 거칠게 연마하고 시판용 붉은색 락카(상품명: 일신락카스프레이)로 3회 분사 도포하였다.
- 이 연구에서 수행된 실험 중 습포법은 삼전도비 페인트 낙서의 긴급보존처리에 적용된 습포법을 대상으로 하였고 다양한 오염물 제거 방법 또한 기존에 잘 알려진 검증된 방법들을 사용하였다. 이와 같은 비교 실험을 통하여 습포법을 이용한 석조문화재의 오염물 제거에 대한 방법론을 정립하였으며 국내 석조문화재에 적용 가능한 습포법에 대한 적용 기술을 도출하였다.
- 표면에 미세한 틈 사이에 남아있는 잔여물은 전체적으로 스팀 세척기를 이용하여 3~4bar의 압력으로 세척하였다(Figure 9). 이후 앞서 언급한 메틸셀룰로오스 습포팩(접착식습포법)을 반복적으로 10회 실시하였다. 미세하게 남은 붉은색 페인트 흔적은 수용성 습포팩(라포나이트+증류수+비이온 계면활성제)을 7회 도포하여 표면손상을 최소화하며 제거하였다(Figure 10).
- 보존처리가 완료 후 삼전도비의 모습은 Figure 11과 같다. 처리효과를 검증하기 위해 처리 후 페인트 제거의 정도를 확인하였다. 미량합금함량검출기(Model No: Alpha 4000/mnov-x, 규격: GAT Gamma Analysentechik, DE/GAT-TEA 4000 MP)를 이용하여 페인트가 도포되어있던 부위와 도포되어 있지 않았던 부위를 비교하여 분석하였다.
- 측정된 초음파 속도를 이용하여 부재의 균열 발달정도 및 풍화정도를 추정하였으며 암석의 강도도 산출하였다. 삼전도비의 초음파 속도 측정 결과, 전체적으로 3,409~7,260㎧(평균: 4,877㎧)의 범위를 나타냈다.
- 실험은 대리암 시편을 제작하여 샌드블라스터로 표면을 거칠게 연마하고 시판용 붉은색 락카(상품명: 일신락카스프레이)로 3회 분사 도포하였다. 페인트 제거용으로 사용한 용제는 락카신너(Canal, Modeling Lacquer Thinner Light)와 Methyl Ethyl Ketone, 디클로로메탄을 선택하였으며 이들 모두 붉은색 락카칠을 한 시편의 페인트 용해도 테스트를 수행하여 효과를 검증하였다(Figure 6).
대상 데이터
- 이 비는 이미 사라져버린 만주어와 몽고어를 연구하는데 귀중한 자료가 되고 있다. 비는 전체 높이가 5.7m, 비신 높이 3.23m, 너비 1.45m, 두께 0.39m이며 비신과 이수는 일체형으로 제작되었다. 재질은 비신과 이수는 대리암, 귀부는 화강암으로 구성되어 있다8.
- 삼전도비의 긴급 보존처리에 적용된 페인트 오염물 제거는 다양한 예비실험과 이를 적용하기 전에 실시한 스팟 테스트를 통하여 삼전도비에 직접 적용 가능한 습포법을 선정하여 수행하였다. 삼전도비 표면의 붉은색 페인트 낙서를 효과적으로 제거하기 위해 유기용제를 혼합한 겔 타입으로 변형시킨 메틸셀룰로오스 습포팩과 수용성 겔 형태의 라포나이트 습포팩을 이용하였다.
- 삼전도비에 발생된 붉은색 페인트는 매우 진하게 비신 표면에 낙서 되었으며, 분사된 페인트 분진이 비신 전체에 흡착되어 있는 상태였다. 오염물의 동정을 위한 시료채취는 화강암으로 제작된 귀부의 눈 옆에 낙서된 페인트를 대상으로 아세톤을 이용하여 용해한 다음 면봉으로 일정량을 채취하였다. 분석은 FT-IR 과 SEM-EDX를 이용하여 각 시료의 수지 성분과 안료 성분을 확인하였다.
- 이 연구의 적용 대상인 삼전도비의 정식명칭은 ‘대청황제공덕비’이며 비문에는 3개국의 문자가 새겨져 있다.
- 39m이며 비신과 이수는 일체형으로 제작되었다. 재질은 비신과 이수는 대리암, 귀부는 화강암으로 구성되어 있다8.9.
이론/모형
- 이 연구에서 수행된 실험 중 습포법은 삼전도비 페인트 낙서의 긴급보존처리에 적용된 습포법을 대상으로 하였고 다양한 오염물 제거 방법 또한 기존에 잘 알려진 검증된 방법들을 사용하였다. 이와 같은 비교 실험을 통하여 습포법을 이용한 석조문화재의 오염물 제거에 대한 방법론을 정립하였으며 국내 석조문화재에 적용 가능한 습포법에 대한 적용 기술을 도출하였다.
- 초음파 탐사는 석조문화재의 풍화와 훼손에 대하여 육안관찰을 통한 현상적 연구로부터 얻어진 결과를 보완하고, 이를 검증하여 정량화하는데 유용한 방법이다. 초음파측정은 CNS Farnell사 PUNDIT PLUS를 사용하였으며 문화재 탐사를 위해 특수 제작된 54㎑의 주파수를 가진 탐촉자를 장착하여 이용하였다.
성능/효과
- 1. 예비실험 결과, 레이저를 이용한 페인트 오염물 제거는 근본적으로 어렵고, 암석의 공극사이로 침투된 오염물은 레이저 빔의 열에 의해 입자가 팽창되면서 암석표면이 함께 손상되는 문제점이 있었다. 아이스블라스터를 이용한 오염물 제거는 비교적 효과가 있으나 블라스팅 과정에서 암석 표면이 오염물과 함께 박락되는 결과가 나타났다.
- 4. 삼전도비에 적용된 오염물 제거사례 연구로 보아 페인트 오염물은 완전히 고착되면 제거가 힘들기 때문에 발생 즉시 보존처리가 시행되어야 효과적임을 보여주었다. 이러한 오염물이 긴급히 제거되기 위해서는 다양한 연구사례를 축적하고 예비실험을 거쳐 보존처리 방안이 도출되어야 할 것이다.
- 습포제는 메틸셀룰로오즈와 해포석, 벤토나이트를 가지고 각각의 용제와 혼합하여 총 6차례 반복실시를 한 결과, 락카 신너와 해포석을 혼합한 팩이 가장 빠르게 제거됨을알 수 있었다. 또한 레이저 제거법은 검은색 페인트의 제거에는 용이하나, 붉은색 페인트오염물 제거는 용이하지 않으며, 아이스블라스터는 암석 표면이 훼손될 가능성이 높은 것으로 나타났다(Figure 6).
- 미세한 틈 사이에 남아있는 페인트 입자와 습포팩 잔류물을 제거하기 위해 저압 스팀세척 및 라포나이트를 이용한 수용성 습포법을 실시하였다. 또한 보존 처리 후 페인트 잔류물을 확인하기 위해 실시한 표면분석에서도 페인트 오염물은 비교적 완벽하게 제거된 것으로 나타났다.
- 분석결과, 대부분의 검출원소는 페인트 도포부위에서 높게 측정되었으나, 붉은색 오염물의 육안적 식별은 불가능할 정도이다. 특히 붉은색 발색안료로 검출된 Pb 성분을 비교해 보았을 때, 페인트 도포부위(평균: 113ppm)와 페인트가 도포되지 않았던 부위(81ppm)에서 큰 차이를 보이지 않는 것으로 보아 습포법을 이용한 페인트 제거가 비교적 효과적인 것으로 나타났다(Table 2).
- 측정된 초음파 속도를 이용하여 부재의 균열 발달정도 및 풍화정도를 추정하였으며 암석의 강도도 산출하였다. 삼전도비의 초음파 속도 측정 결과, 전체적으로 3,409~7,260㎧(평균: 4,877㎧)의 범위를 나타냈다. 따라서 삼전도비를 구성하는 암석은 약한 풍화단계(SW; slightly weathered)로 나타나 비교적 신선한 상태를 유지하고 있는 것으로 판단된다(Table 1).
- 습포제는 메틸셀룰로오즈와 해포석, 벤토나이트를 가지고 각각의 용제와 혼합하여 총 6차례 반복실시를 한 결과, 락카 신너와 해포석을 혼합한 팩이 가장 빠르게 제거됨을알 수 있었다. 또한 레이저 제거법은 검은색 페인트의 제거에는 용이하나, 붉은색 페인트오염물 제거는 용이하지 않으며, 아이스블라스터는 암석 표면이 훼손될 가능성이 높은 것으로 나타났다(Figure 6).
- 예비실험 결과, 레이저를 이용한 페인트 오염물 제거는 근본적으로 어렵고, 암석의 공극사이로 침투된 오염물은 레이저 빔의 열에 의해 입자가 팽창되면서 암석표면이 함께 손상되는 문제점이 있었다. 아이스블라스터를 이용한 오염물 제거는 비교적 효과가 있으나 블라스팅 과정에서 암석 표면이 오염물과 함께 박락되는 결과가 나타났다. 따라서 이 방법을 문화재에 적용하기 위해서는 다양한 예비실험을 통해 보다 안전한 방안을 모색해야 할 것으로 사료된다.
- 보존처리를 위해 먼저 삼전도비 주변에 가설집을 설치하였다. 오염물 제거에 앞서 예비실험을 토대로 용제의 용해력을 알아보기 위해 비신의 뒷면 하단 부위에 스팟 테스트(spot test)를 한 결과(Figure 7), 락카 신너와 Methyl Ethyl Ketone는 용해되지 않았으며 디클로로메탄(dichloromethane)이 주성분인 페인트 제거제에 대해서만 반응을 보였다.
- 분석결과, 대부분의 검출원소는 페인트 도포부위에서 높게 측정되었으나, 붉은색 오염물의 육안적 식별은 불가능할 정도이다. 특히 붉은색 발색안료로 검출된 Pb 성분을 비교해 보았을 때, 페인트 도포부위(평균: 113ppm)와 페인트가 도포되지 않았던 부위(81ppm)에서 큰 차이를 보이지 않는 것으로 보아 습포법을 이용한 페인트 제거가 비교적 효과적인 것으로 나타났다(Table 2).
- 현장적용 보존처리 전 실내 실험에서는 유기용제 대부분에서 페인트 오염물이 용해되는 것과는 다르게 현장에서는 전혀 반응이 일어나지 않는 것으로 확인되었다. 또한 세피올라이트 및 벤토나이트와 같은 습포제 역할의 점토류는 풍화된 표면 공극 사이에 침투하여 제거하기 힘든 단점이 있었다.
- 후면의 투영도를 살펴보면 비교적 전면보다 높은 속도대를 유지하는 것으로 나타났다. 그러나 모서리 부근의 저 속도대는 언제든지 박리박락, 탈락 및 마모와 같은 풍화작용이 일어날 가능성이 커, 지속적인 모니터링이 필요할 것으로 판단된다(Figure 4B).
후속연구
- 아이스블라스터를 이용한 오염물 제거는 비교적 효과가 있으나 블라스팅 과정에서 암석 표면이 오염물과 함께 박락되는 결과가 나타났다. 따라서 이 방법을 문화재에 적용하기 위해서는 다양한 예비실험을 통해 보다 안전한 방안을 모색해야 할 것으로 사료된다.
- 삼전도비에 적용된 오염물 제거사례 연구로 보아 페인트 오염물은 완전히 고착되면 제거가 힘들기 때문에 발생 즉시 보존처리가 시행되어야 효과적임을 보여주었다. 이러한 오염물이 긴급히 제거되기 위해서는 다양한 연구사례를 축적하고 예비실험을 거쳐 보존처리 방안이 도출되어야 할 것이다.
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