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문제 정의
- 본 연구에서는 석조문화재 보존처리의 특수성을 고려하여, 다양한 보존․복원 작업에 따라 구성물의 성분을 조절하여 재료의 특성을 부여할 수 있는 새로운 접착 시스템을 개발하였다. HBA계 에폭시 수지에 석조문화재의 보존처리에 적절한 경화 거동을 가질 수 있는 경화제 2제를 구성하였고, 반응성 희석제를 도입하여 점도 조절 및 미세한 경화 거동 조절을 시도하였으며, 다양한 보존 처리 작업에 유연하게 적용할 수 있는 새로운 에폭시 수지 배합을 연구하였다.
- 본 연구에서는 경화 시 거동 및 특성을 제어하여 다양한 보존처리 상황에 효율적으로 적용할 수 있고, 작업자의 효율성을 증대시킬 수 있는 새로운 HBA계 에폭시 수지 HBA/FH, HBA/MH를 구성하였다. 구성된 에폭시 수지의 경화 특성 및 가사시간을 확인하기 위해 문화재 보존·복원에 사용된 대표적인 수지인 L-30과 Araldite AY-103/HY-956 및 새롭게 구성한 HBA/FH, HBA/MH의 점도를 측정하고 이를 Figure 2에 나타내었다.
- 현재 국내 석조 문화재에 사용되는 상용화 에폭시 수지는 일반적으로 주제 1제와 경화제 1제를 사용하여 경화되는 제품으로써, 경화시 고유의 특성을 가지기 때문에 수지 자체의 특성에 맞춰 보존처리 작업을 진행해야 하며, 제품 특성을 벗어난 상황이 필요한 작업을 진행하기 어렵다. 본 연구에서는 위와 같은 특성을 개선하기 위해 다양한 상황에 맞춰 성분을 조절하여 에폭시 수지 자체의 특성을 조절함으로써, 간단한 접합에서부터 충진, 복잡한 복원작업에 이르기까지 다양한 보존․복원 작업에 효과적으로 적용 할 수 있는 새로운 에폭시 시스템을 개발하였다.
- 석조문화재의 보존․복원에 쓰이는 HBA계열 에폭시 수지의 성능 개선을 위해 보존처리 상황과 작업자의 효율성에 맞춰 에폭시 수지의 성분 개선을 조절할 수 있는 에폭시접착 시스템에 대한 연구를 진행하였다. 작업자의 환경을 고려하여 일반적인 보존처리 및 복잡한 보존처리 환경에 적합한 경화제 2제를 구성하였으며, 작업자의 작업 효율성 및 처리시 안정성 향상을 고려하여 반응성 희석제를 도입하여 점도 조절을 시도하였다.
제안 방법
- 본 연구에서는 석조문화재 보존처리의 특수성을 고려하여, 다양한 보존․복원 작업에 따라 구성물의 성분을 조절하여 재료의 특성을 부여할 수 있는 새로운 접착 시스템을 개발하였다. HBA계 에폭시 수지에 석조문화재의 보존처리에 적절한 경화 거동을 가질 수 있는 경화제 2제를 구성하였고, 반응성 희석제를 도입하여 점도 조절 및 미세한 경화 거동 조절을 시도하였으며, 다양한 보존 처리 작업에 유연하게 적용할 수 있는 새로운 에폭시 수지 배합을 연구하였다. 또한 무기 첨가물인 탈크를 적용하여 기계적 특성을 개선하여 접착제의 안정성을 증대시켰다.
- HBA계 에폭시 수지에 석조문화재의 보존처리에 적절한 경화 거동을 가질 수 있는 경화제 2제를 구성하였고, 반응성 희석제를 도입하여 점도 조절 및 미세한 경화 거동 조절을 시도하였으며, 다양한 보존 처리 작업에 유연하게 적용할 수 있는 새로운 에폭시 수지 배합을 연구하였다. 또한 무기 첨가물인 탈크를 적용하여 기계적 특성을 개선하여 접착제의 안정성을 증대시켰다.
- HBA계 에폭시 수지에 반응성 희석제를 에폭시 대비 0, 5, 10, 15phr 첨가한 후, 선정된 경화제 FH와 SH를 중량비로 100:0, 85:15으로 섞어 혼합 경화제 MH를 제조하고, 각각의 경화제를 HBA에 당량비로 첨가하여 mechanical stirrer (500 rpm)로 5분간 교반하였다. 다음 교반된 에폭시 시스템에 탈크를 0, 50, 100, 150, 200vol% 단위로 첨가하여 접착제를 준비하였고 접착제는 진공 오븐에 10분간 넣어 기포를 제거 한 후 시편을 제작하였다.
- HBA계 에폭시 수지에 반응성 희석제를 에폭시 대비 0, 5, 10, 15phr 첨가한 후, 선정된 경화제 FH와 SH를 중량비로 100:0, 85:15으로 섞어 혼합 경화제 MH를 제조하고, 각각의 경화제를 HBA에 당량비로 첨가하여 mechanical stirrer (500 rpm)로 5분간 교반하였다. 다음 교반된 에폭시 시스템에 탈크를 0, 50, 100, 150, 200vol% 단위로 첨가하여 접착제를 준비하였고 접착제는 진공 오븐에 10분간 넣어 기포를 제거 한 후 시편을 제작하였다.
- 에폭시 수지의 경화 시 점도 및 온도 변화는 접착제 50 g을 원형 종이컵 (위 및 아래 지름 : 68 및 47 mm, 높이: 60 mm)에 넣어 시편 제작하였다.
- 압축전단 접착강도는 KD M 3721에 따라 30×25×10 mm3 의 화강암시편의 표면을 전동공구를 이용하여 하중이 전달되는 밑면과 접착할 단면적에 대해 균일하게 손질 한 후 25.4×13 mm2 면적에 에폭시를 도포하여 제작한 시편을 universal testing machine (JP/AG-IS 500D, Shimazu Co.)을 사용하여 2mm/min 속도로 측정하였다.
- 인장강도는 ISO 4587에 따라 130×25.4×2 mm3 크기의 스테인레스 패널 사이에 0.2 mm의 두께로 스페이서를 도입한 후 25.4×13 mm2 의 면적에 접착제를 도포하여 시편을 제작하였고, universal testing machine (Instron 4465, Instron U.K.)을 사용하여 2 mm/min 속도로 인장실험 진행하여 측정하였다.
- 굴곡강도는 실리콘 몰드를 사용하여 ISO 178에 따라 130×10×4 mm3 시편을 제작한 후, universal testing machine(Instron 5560, Instron U.K.)을 이용하여 2 mm/min의 속도로 3점 굴곡시험을 진행하여 측정하였다.
- 등온 조건에서 에폭시 수지의 경화 거동을 측정하기 위해 differential scanning calorimeter (Q 20, TA Korea Co.)를 이용하여 등온 전환량 (conversion, α)을 측정하였다.
- 에폭시 수지의 경화 시 점도 및 온도 변화는 접착제 50 g을 원형 종이컵 (위 및 아래 지름 : 68 및 47 mm, 높이: 60 mm)에 넣어 시편 제작하였다. 점도 측정은 vibro-viscometer (SV-10, Coretech Company Ltd.)을 이용하여 5분 간격으로 측정하였으며, L-30과 같이 급격한 증가를 보이는 구간에 한해서 1분 및 10초 간격으로 연속적인 측정을 실시하였다.
- 온도 측정은 시편 중심에서 T-type thermocouple을 고정시킨 후 데이터로거 (Testo 177-T4, Testo Co.)를 이용하여 항온 항습 조건 (온도 : 25℃, FH : 23%)에서 실시간으로 측정하였다.
- 에폭시 수지의 기계적 강도를 측정하기 위해 굴곡강도(bending strength)와 인장강도 (tensile strength), 압축전단접착강도 (adhesive strength by compression loading)을 측정하였다. 굴곡강도는 실리콘 몰드를 사용하여 ISO 178에 따라 130×10×4 mm3 시편을 제작한 후, universal testing machine(Instron 5560, Instron U.
- 이러한 가사시간은 일반적인 보존·복원에 적합하나 큰 부재 및 복잡한 작업, 다양한 상황에 효과적으로 적용하기 위해서는 상황에 맞게 시간을 제어할 수 있는 시스템이 필요하다. 따라서 혼합 경화제 MH를 HBA에 적용하였다.
- 다음으로 무기첨가물의 효과적인 적용 및 작업 효율성 향상을 위해 HBA/경화제 시스템에 반응성 희석제 DPE의 함량을 조절하여 각 시스템의 점도 조절을 시도하였다. DPE 함량에 따른 HBA/FH와 HBA/MH의 경화 시 점도 변화를 Figure 3, Figure 4에 나타내었다.
- 선정된 에폭시 제품군의 경화 시 온도 변화를 확인하였다. L-30, Araldite AY-103/HY-956, HBA/FH, HBA/MH의 경화 시 온도 변화를 Figure 5에 나타내었다.
- 다음으로 HBA/경화제 시스템에 DPE를 함량을 조절하여 첨가한 후 이에 따른 HBA/경화제 시스템의 온도 변화를 확인하였다. DPE 함량에 따른 HBA/FH와 HBA/MH의 경화 시 온도 변화를 Figure 6, Figure 7에 나타내었다.
- 선정된 상용화 제품 및 HBA/경화제 시스템에 대한 경화 거동 특성을 파악하기 위해 등온 DSC 측정을 실시하였고, 이를 바탕으로 전환량을 구하였다. 25℃ 등온 조건에서 L-30, Araldite AY-103/HY-956, HBA/FH 및 HBA/MH의 전환량을 Figure 8에 나타내었다.
- 다음으로 HBA/경화제 시스템에 DPE를 함량을 조절하여 첨가한 후 이에 따른 HBA/경화제 시스템의 전환량을 확인하였다. 25℃ 등온 조건에서 DPE 함량에 따른 HBA/FH와 HBA/MH의 전환량을 Figure 9, Figure 10에 나타내었다.
- 따라서 접착제가 석재에 적용되었을 때 접착제가 우선적으로 손상될 수 있는 강도를 파악하기 위해 암석사이에 접착제를 도포하여 접착시킨 후 이에 대한 접착강도를 측정하고 Figure 17에 나타내었다. 측정값은 하중을 받은 부분에 있어 에폭시 수지가 손상되어 분리된 샘플 그룹과 석재가 손상되어 분리된 샘플로 나누어 구분하였다.
- 또한 무기 첨가물의 첨가에 따른 강도 측정을 통해 석조문화재 보존․복원에 적절한 무기 첨가물의 범위 및 접착제의 강도를 산정하였다. 다양한 강도 측정을 통해서 무기첨가물의 함량이 높아질수록 에폭시 수지의 탄성이 낮아져 굴곡강도가 낮아지며, 에폭시를 석재에 적용하였을 때 처리부에 하중이 가해졌을 때 탄성이 낮아진 에폭시 수지가 우선적으로 손상이 됨을 확인하였다.
- 석조문화재의 보존․복원에 쓰이는 HBA계열 에폭시 수지의 성능 개선을 위해 보존처리 상황과 작업자의 효율성에 맞춰 에폭시 수지의 성분 개선을 조절할 수 있는 에폭시접착 시스템에 대한 연구를 진행하였다. 작업자의 환경을 고려하여 일반적인 보존처리 및 복잡한 보존처리 환경에 적합한 경화제 2제를 구성하였으며, 작업자의 작업 효율성 및 처리시 안정성 향상을 고려하여 반응성 희석제를 도입하여 점도 조절을 시도하였다. 또한 반응성 희석제를 도입함으로써 HBA/경화제 시스템에 미세한 경화 거동 조절의 효과를 얻었다.
- 또한 무기 첨가물인 탈크를 도입하여 기계적 물성 조절을 시도하여 굴곡강도를 낮추고 인장강도를 높여 기계적 특성을 향상시켰으며, 압축전단접착강도를 측정하여 에폭시 수지를 이용한 보존처리 부위에 하중이 가해질 때 석재의 2차적 손상을 최소화 할 수 있는 강도 범위를 산정하였다. 이러한 물리적 특성 개선 및 최적 강도 산정은 석조문화재에 적용되는 에폭시 수지의 안정성 향상을 위해 필요한 방법이라 판단된다.
대상 데이터
-
본 연구에서 적용된 에폭시 수지는 Hydrogenated Bisphenol A(HBA)계열의 에폭시 수지 (Kukdo Chemical Co. Ltd.)를 사용하였으며, 경화제로는 속경화형 경화제 (Fast Hardener,
FH) (KFH-548, Kukdo Chemical Co. Ltd.) 와 저속 경화제인 poly(propyleneglycol)bis(2-aminopropylether) (Slow Hardener, SH) (Kukdo Chemical Co. Ltd.)을 사용하였다. 반응성 희석제는 difunctional polyglycidyl epoxide (DPE, Kukdo Chemical Co. - )을 사용하였다. 반응성 희석제는 difunctional polyglycidyl epoxide (DPE, Kukdo Chemical Co. Ltd.)을 사용하였다. 첨가제로 사용한 무기첨가물은 석조문화재 보존처리 현장에서 접착제의 첨가제로 많이 적용되고 있는 동시에 에폭시 수지 대비 낮은 열팽창 계수를 가지고 있는 탈크를 사용하였다.
- )을 사용하였다. 첨가제로 사용한 무기첨가물은 석조문화재 보존처리 현장에서 접착제의 첨가제로 많이 적용되고 있는 동시에 에폭시 수지 대비 낮은 열팽창 계수를 가지고 있는 탈크를 사용하였다. 개발된 에폭시 수지와 비교를 위해 현재 석조문화재의 보존·복원에 폭넓게 응용된 Araldite AY-103/HY-956 (Ciba-Geigy Ltd.
- 개발된 에폭시 수지와 비교를 위해 현재 석조문화재의 보존·복원에 폭넓게 응용된 Araldite AY-103/HY-956 (Ciba-Geigy Ltd.)와 L-30 ((주) 풍림산업)을 대조군으로 설정하였다.
성능/효과
- 결과적으로 점도에 따른 경화거동을 비추어 보았을 때 L-30은 복잡한 보존·복원 작업에는 적합하지 않으나, 작은 부재의 접합에는 효과적으로 적용할 수 있으며 전반적으로 빠른 경화를 요구하는 긴급 상황에 효과적으로 적용할 수 있을 것이라 판단된다.
- 이와 같은 결과를 통해 경화제를 혼합하여 에폭시 수지의 점도를 조절하고, 반응성 희석제를 이용하여 경화 시 점도를 미세하게 조절할 수 있다는 것을 확인하였으며 이러한 기술은 석조문화재의 보존·복원 상황과 작업자의 효율을 고려하여 각 상황에 따른 적절한 가사 시간 및 점도 조절에 활용 가능하다.
- 전체적으로 두 제품은 비슷한 경향성을 보이나 Araldite AY-103/YH-956은 황변 현상에 취약하다는 단점이 있으므로 HBA/FH가 보다 황변현상 측면에서 안정성이 높은 에폭시 수지라 할 수 있다12. 두 에폭시 수지의 교반 후 초기 점도 변화를 살펴보면 HBA/FH가 좀 더 낮은 경향을 보여주며 급격히 점도가 증가하는 구간도 37분 내외에서 Araldite AY-103/HY-956와 비교하여 좀 더 빠른 경향을 보여주고 있으며, 전체적인 경향성을 보았을 때 두 제품군 모두 가사 시간을 교반 후 35분 내외로 보는 것이 적당하다. 이러한 가사시간은 일반적인 보존·복원에 적합하나 큰 부재 및 복잡한 작업, 다양한 상황에 효과적으로 적용하기 위해서는 상황에 맞게 시간을 제어할 수 있는 시스템이 필요하다.
- HBA/MH의 경화 시 점도 변화를 살펴보면 교반 후 초기 점도는 HBA/FH보다 낮아졌으며 급격히 점도가 증가하는 구간 또한 50분 내외로 전체적인 경향성이 HBA/FH 대비 늦춰졌다. 이 경우 가사시간을 50분 내외로 선정할 수 있겠으며 이는 대형 부재 및 복잡한 부재의 보존·복원 과정에 적절한 시간이라 판단된다.
- 측정 결과 DPE 함량에 따라 초기 점도가 낮아지며 전체적인 점도 증가 경향성이 낮아지는 것을 확인하였다. 이러한 경향성은 경화제의 혼합을 통한 조절에 더하여 경화 시 거동을 미세하게 조절할 수 있으면서 점도 또한 효과적으로 낮출 수 있다는 것을 의미한다.
- 결과적으로, HBA/경화제 시스템은 기존 상용화품에 비해 낮은 반응열을 보여주고 있으며, HBA/FH의 경우 반응성은 Araldite AY-103/HY-956과 비슷한 경향성을 보여주고 HBA/MH의 경우 더 낮은 반응성을 보여주기 때문에 에폭시 수지의 반응열로 인한 안정성 향상을 기대할 있고 경화제의 혼합을 통해 반응성을 조절하여 경화 거동을 조절할 수 있음을 확인하였다.
- 측정 결과, DPE의 함량이 높아질수록 tpeak 지점이 상승하고 Tpeak 값이 줄어들었다. 여기서 경화 온도 폭의 감소는 DPE의 함량에 따라 초기 온도가 낮아지며 전체적인 반응성이 소폭으로 낮아지는 경향을 보여주었으며 이를 통해 DPE의 도입을 통해 반응성을 낮춤으로써 경화 거동의 미세한 조절이 가능함을 확인하였다.
- 값이 줄어들었다. 여기서 경화 온도 폭의 감소는 DPE의 함량에 따라 초기 온도가 낮아지며 전체적인 반응성이 소폭으로 낮아지는 경향을 보여주었으며 이를 통해 DPE의 도입을 통해 반응성을 낮춤으로써 경화 거동의 미세한 조절이 가능함을 확인하였다.
- 측정결과 HBA/FH, HBA/MH 모두 DPE의 함량이 높아질수록 전환량이 낮아지는 것을 확인하였다. 이는 HBA/경화제 시스템에서 DPE는 반응성 희석제의 역할을 하면서 점도를 조절함과 동시에 전반적인 반응성을 낮추고 반응 활성점 또한 낮추게 되어 전체적인 반응속도를 늦추는 역할을 할 수 있음을 의미한다.
- 이를 종합해보면, DPE의 함량을 조절하여 HBA/FH, HBA/MH의 경화 거동을 조절할 수 있음을 확인하였으며, 이를 활용하여 작업자가 각 상황에 맞춰 함량비를 미세하게 조절하게 된다면, 작업 환경에 맞춰 에폭시 수지의 경화 거동을 효과적으로 조절할 수 있을 것이라 판단된다.
- 상용화 제품군 및 HBA/경화제 시스템의 탈크 함량에 따른 굴곡강도를 Figure 11에 나타내었다. 측정 결과 전체적인 경향성은 탈크의 함량이 높을수록 굴곡강도가 감소하는 양상을 보여준다. 상용화제품군을 비교해 보면 두 제품 모두 탈크의 함량이 높아질수록 굴곡강도가 낮아진다.
- 전체적으로 HBA/경화제 시스템에 무기 첨가물 및 반응성 희석제를 적용하는 경우 반응성 희석제의 함량이 높아질수록 굴곡강도가 높아지며, 무기 첨가물의 함량이 높아질수록 강도가 낮아지는 결과를 보여주게 된다. 위의 결과를 상용화 제품과 비교해 보게 되면 무기 첨가물을 첨가하였을 때 전체적인 굴곡강도 차이도 차이가 크지 않기 때문에 석조문화재에 적용하였을 때 무리가 없다고 판단된다.
- 상용화 제품군 및 HBA/경화제 시스템의 탈크의 함량에 따른 인장 강도를 Figure 14에 나타내었다. 측정 결과 전체적인 경향성은 탈크의 함량이 높아질수록 인장 강도가 증가하는 양상을 보여준다. 결과를 비교하였을 때 탈크의 부피비가 150%까지 HBA/FH, HBA/MH의 인장 강도가 상용화품 대비 높은 경향을 보여주나, 부피비가 200 %에서는 모든 시스템이 유사한 강도를 보여준다.
- 측정 결과 전체적인 경향성은 탈크의 함량이 높아질수록 인장 강도가 증가하는 양상을 보여준다. 결과를 비교하였을 때 탈크의 부피비가 150%까지 HBA/FH, HBA/MH의 인장 강도가 상용화품 대비 높은 경향을 보여주나, 부피비가 200 %에서는 모든 시스템이 유사한 강도를 보여준다.
- 탈크 및 DPE 함량에 따른 HBA/FH와 HBA/MH의 인장 강도를 Figure 15와 Figure 16에 나타내었다. 측정결과 전체적인 경향성은 탈크의 함량이 높을수록 증가하는 성향을 보여주고 있다. 경화제에 의한 차이점을 비교해 보면, 전체적으로 HBA/MH의 경우 HBA/FH와 비교하였을 때 전체적으로 비슷한 강도를 보여주고 있으나, 탈크 함량이 적은 구간에서 HBA/FH 대비 높은 강도 성향을 보여주고 있다.
- 또한 DPE의 함량에 의한 차이점을 비교해 보면, DPE의 함량이 높아질수록 인장강도가 미세하게 낮아지는 경향을 보여주고 있으나, 상용화 제품군과 비교해 보았을 때 큰 차이를 보이지 않고 있으므로 석조문화재 보존처리의 작업 효율성 및 무기 첨가제의 효과적인 도입을 위해 필요한 점도 조절을 목적으로 하는 DPE의 도입은 효과적인 방안이라 판단된다.
- 측정 결과 모든 에폭시 시스템의 전단접착강도는 70~156 MPa에 사이에 결과 값이 고르게 분포되어 있음을 확인하였다. 여기서 탈크의 함량이 부피비로 150~200% 구간에서 하중이 가해졌을 때 에폭시가 우선적으로 손상된 그룹이 많이 분포하게 되며 이때 전단접착강도는 81~139MPa 까지 다양하게 분포된다.
- 위와 같은 강도 측정 연구를 통하여, 에폭시 수지에 무기 첨가물을 첨가하였을 경우 굴곡 강도를 낮춰 처리 부위의 하중에 의한 손상 시 굴곡강도가 약한 에폭시 수지에 우선적으로 손상을 주어 보존처리 부위의 손상을 최소화 할 수 있으며, 적정량의 무기첨가물로 인해 접착 강도를 높여 효과적인 접착력을 기대할 수 있다. 또한 무기 첨가제를 넣었을 때 점도 조절을 통한 작업자의 효율성 개선은 물론 강도, 열팽창 계수 조절과 같은 물성 개선의 이점을 얻을 수 있기 때문에 석조문화재의 보존․복원에 적용하는 에폭시수지에 무기 첨가물을 첨가하는 방법은 효과적인 처리 방안이라 판단된다. 따라서 보존처리의 안정성을 높이기 위해서는 석조문화재에 보존처리에 접착제를 적용하기 전에 기계적 특성 평가를 실시한 후 무기 첨가물 첨가량에 따른 접착제의 기계적 물성 변화를 파악하고 이를 현장에 적용해야한다.
- 또한 반응성 희석제 DPE의 첨가를 통해 HBA/경화제 시스템 자체의 점도를 낮추면서 경화 거동 또한 미세하게 조절할 수 있다. 여기서 DPE의 함량은 15phr을 함유했을 때 낮은 경화 거동 특성을 보여주기 때문에 현장에서 적용할 경우 10phr 이내로 적용하는 것이 적절하다고 판단된다.
- 또한 무기 첨가물의 첨가에 따른 강도 측정을 통해 석조문화재 보존․복원에 적절한 무기 첨가물의 범위 및 접착제의 강도를 산정하였다. 다양한 강도 측정을 통해서 무기첨가물의 함량이 높아질수록 에폭시 수지의 탄성이 낮아져 굴곡강도가 낮아지며, 에폭시를 석재에 적용하였을 때 처리부에 하중이 가해졌을 때 탄성이 낮아진 에폭시 수지가 우선적으로 손상이 됨을 확인하였다. 따라서 석조문화재에 적용되는 에폭시 수지의 안정성을 높이기 위해서는 접착력 및 강도를 최대한 유지하면서 하중이 가해졌을 때 에폭시가 우선적으로 손상될 정도의 강도에 대한 임계점을 확인해야 한다.
- 따라서 석조문화재에 적용되는 에폭시 수지의 안정성을 높이기 위해서는 접착력 및 강도를 최대한 유지하면서 하중이 가해졌을 때 에폭시가 우선적으로 손상될 정도의 강도에 대한 임계점을 확인해야 한다. 본 연구를 통해서 석조문화재의 보존․복원 과정에서 안정성을 높일 수 있는 에폭시 내 무기 첨가물의 부피비는 에폭시 수지 대비 150~200%, 이에 따른 적절한 접착전단강도는 약 110MPa 내외로 측정되었다. 이 결과는 에폭시 수지에 적용되는 무기 첨가물을 탈크로 한정한 상태에서 나온 값이기 때문에 추후 다양한 무기 첨가물을 도입하여 더 안정적인 강도 범위를 결정해야 할 것으로 판단된다.
- 작업자의 환경을 고려하여 일반적인 보존처리 및 복잡한 보존처리 환경에 적합한 경화제 2제를 구성하였으며, 작업자의 작업 효율성 및 처리시 안정성 향상을 고려하여 반응성 희석제를 도입하여 점도 조절을 시도하였다. 또한 반응성 희석제를 도입함으로써 HBA/경화제 시스템에 미세한 경화 거동 조절의 효과를 얻었다.
후속연구
- 이러한 경향성을 토대로 석조문화재의 보존·복원 과정에서 응용을 고려해 보면 HBA/FH의 경우 DPE의 함량을 조절하여 각 상황에 맞춰 적용하게 되면 일반적인 작업에서 경화 거동을 미세하게 조절하여 작업자의 가사시간을 효과적으로 운용할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 HBA/MH의 경우 복잡한 작업이 요구되는 큰 부재의 결합 및 복원, 깊은 균열부의 충진 등에 점도 및 가사 시간을 조절해야 하는 경우에 효과적으로 응용될 수 있을 것이라 판단된다.
- 결과적으로 석조문화재에 에폭시를 적용하였을 때 하중이 가해지는 경우, 보존처리 부위의 2차적인 손상을 최소화하기 위해서는 접착된 접착제의 강도는 석재의 접합에 적합한 강도를 유지하되 무기첨가물 등의 첨가를 통해 에폭시수지의 탄성을 낮춰 하중이 가해졌을 때 에폭시가 우선적으로 손상되어 석재 자체의 손상이 최소화될 수 있는 접합 시스템을 구축해 주어야 한다. 이 결과는 에폭시 수지를 한정하고 무기 첨가물을 한 종류로 한정시켜 측정한 결과 값이기 때문에, 다양한 에폭시 수지 및 무기 첨가물의 다양화를 통해 데이터를 보완하여 보다 더 정확한 전단접착강도 수치를 산정해야 한다.
- 연구 결과를 종합해 보면 HBA/FH의 경우 가사시간이 35분 내외로 점도는 서서히 증가하며 현재 가장 범용적으로 사용되는 L-30의 급격한 경화 거동을 보완하면서 일반적인 보존․복원 작업에 적합하며, HBA/MH의 경우 복잡한 작업 혹은 균열부의 깊은 충진을 유도해야 하는 경우 등 장시간의 작업이 필요한 경우 효과적으로 응용할 수 있을 것이다. 또한 반응성 희석제 DPE의 첨가를 통해 HBA/경화제 시스템 자체의 점도를 낮추면서 경화 거동 또한 미세하게 조절할 수 있다.
- 본 연구를 통해서 석조문화재의 보존․복원 과정에서 안정성을 높일 수 있는 에폭시 내 무기 첨가물의 부피비는 에폭시 수지 대비 150~200%, 이에 따른 적절한 접착전단강도는 약 110MPa 내외로 측정되었다. 이 결과는 에폭시 수지에 적용되는 무기 첨가물을 탈크로 한정한 상태에서 나온 값이기 때문에 추후 다양한 무기 첨가물을 도입하여 더 안정적인 강도 범위를 결정해야 할 것으로 판단된다.
- 본 연구를 통해 개발된 HBA계열 에폭시 수지는 점도 및 경화 거동 조절이 가능하기 때문에 기존 상용화 제품 대비 작업 환경에 유연성을 부여할 수 있으며, 기계적 물성 측면에서도 상용화 제품군과 비교하여 충분한 강도를 확인하였기 때문에, 석조문화재의 다양한 보존․복원 작업에 효과적으로 응용될 수 있을 것이라 판단된다.
- 이를 종합해 보았을 때 HBA/경화제 시스템은 기존 상용화품인 L-30과 Araldite AY-103/HY-956 사이의 전환량을 보여주며, 이러한 경향성은 석조문화재 보존․복원 작업을 하는 큰 무리가 없으며 경화 과정 중 급격한 경화 반응 또한 없기 때문에 작업자의 처리 과정에 보다 효율적으로 적용할 수 있을 것이라 판단된다.
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