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문제 정의
- 따라서 현재 상기와 같은 문제 발생을 감소시키며, 방염 효과의 지속가능 연구가 필요한 실정이므로 본 연구에서 방염약제 및 분사 방법에 따라 시간 경과 후에도 단청 처리된 목재의 지속보존 가능성에 대한 분석을 실시하여 방염처리 품질 및 성능 확인과 목조문화재에 적합한 방염처리법에 대한 기초 자료를 확보하고자 한다.
제안 방법
- 단청 처리 면이 손상되지 않도록 표면의 먼지ㆍ오염물질 등을 브러쉬 등으로 제거한 후 컴프레셔와 분사기를 이용, 분무식으로 초당 분사량 도출 후 시험편 표면에 분사하였다. 방염약제 분사 횟수는 문화재수리표준시방서 및 목조문 화재용 방염약제 검정기준 지침에 따라 45°로 기대어 상부에서 하부로 압력 100psi, 분사량 10g씩 1차 분무 후 48시간 지난 후에 반복 분무로 총 3회 분사하였다.
- 방염성능기준은 Table 1과 같이 소방방재청에서 고시[9]하는 4가지 기준에 적합여부를 분석 및 평가하였다. 또한 목조문화재용 방염약제 검정기준 지침에는 방사면 두께를 5T로 하지만, 이는 선행실험결과 뒷면까지 탄화 및 뚫림 현상이 발생되었으므로, 정량적인 평가가 어려울 것으로 판단 후 본 시험대상에서 제외하였으며, 이에 8T를 대상으로 시험편을 제작 하였다. 방염 후 처리물품 시험 형상은 Figure 4와 같으며, 결과는 Table 5~8, Figure 5~10과 같다.
- 방염약제의 처리 및 단청의 도채방법에 따라 5가지 처리방법을 제시하여 단청 위 방염처리를 실시하였으며, 방염성능 평가는 목조문화재용 방염제 검정기준 지침에 따라 실시하였다. 또한 표면 얼룩 및 백화 등 내후성 평가와 각 재료의 특성과 처리법에 따른 침투성 분석을 위해 X-선 형광분석(이하 XRF), 주사전자 현미경(이하 SEM)[4], 에너지 분산 X-선 분광분석(이하 EDS)으로 단청과 목재에 침투 및 석출된 약제의 성분분석[5]을 실시하였다.
- 목재 단청에 사용되는 방염약제의 적절한 사용방향을 제시하기 위한 일환으로 단청 도채 및 방염약제의 분사 방법을 달리하여 이화학적 분석, 방염성능 평가, 흡습 및 건조성 평가, 내후성 평가를 진행한 결과는 다음과 같다.
- 방염성능기준은 Table 1과 같이 소방방재청에서 고시[9]하는 4가지 기준에 적합여부를 분석 및 평가하였다. 또한 목조문화재용 방염약제 검정기준 지침에는 방사면 두께를 5T로 하지만, 이는 선행실험결과 뒷면까지 탄화 및 뚫림 현상이 발생되었으므로, 정량적인 평가가 어려울 것으로 판단 후 본 시험대상에서 제외하였으며, 이에 8T를 대상으로 시험편을 제작 하였다.
- 방염약제 분사 횟수는 문화재수리표준시방서 및 목조문 화재용 방염약제 검정기준 지침에 따라 45°로 기대어 상부에서 하부로 압력 100psi, 분사량 10g씩 1차 분무 후 48시간 지난 후에 반복 분무로 총 3회 분사하였다.
- 실험 및 분석으로는 방염처리 전용 액상의 구아니딘계와 인산염계를 사용하였으며, 실험용 목재는 문화재 목조건 물 보수공사에 사용되는 국내산 육송을 접선방향 폭 100㎜, 섬유방향길이 290㎜, 방사방향 두께 8㎜로 가공 후 사용하였으며, 목재 위 단청은 희분(흰색), 장단(주황), 육색(살구), 양청(파랑), 먹(검정)으로 5가지 색을 기준으로 문화재수리 표준 품셈에 의해 표면 처리하였다. 방염약제의 처리 및 단청의 도채방법에 따라 5가지 처리방법을 제시하여 단청 위 방염처리를 실시하였으며, 방염성능 평가는 목조문화재용 방염제 검정기준 지침에 따라 실시하였다. 또한 표면 얼룩 및 백화 등 내후성 평가와 각 재료의 특성과 처리법에 따른 침투성 분석을 위해 X-선 형광분석(이하 XRF), 주사전자 현미경(이하 SEM)[4], 에너지 분산 X-선 분광분석(이하 EDS)으로 단청과 목재에 침투 및 석출된 약제의 성분분석[5]을 실시하였다.
- 목재문화재 방염처리 시 사용되는 방염약제를 이용하여 단청 위 방염처리 후 방염성, 표면 백화 및 얼룩, 단청 박락 등의 분석과 해결 방안을 제시하는 것까지를 연구범위로 한다. 실험 및 분석으로는 방염처리 전용 액상의 구아니딘계와 인산염계를 사용하였으며, 실험용 목재는 문화재 목조건 물 보수공사에 사용되는 국내산 육송을 접선방향 폭 100㎜, 섬유방향길이 290㎜, 방사방향 두께 8㎜로 가공 후 사용하였으며, 목재 위 단청은 희분(흰색), 장단(주황), 육색(살구), 양청(파랑), 먹(검정)으로 5가지 색을 기준으로 문화재수리 표준 품셈에 의해 표면 처리하였다. 방염약제의 처리 및 단청의 도채방법에 따라 5가지 처리방법을 제시하여 단청 위 방염처리를 실시하였으며, 방염성능 평가는 목조문화재용 방염제 검정기준 지침에 따라 실시하였다.
- 외기 노출로 인한 내후성 평가를 위해 2011년 10월부터 6개월간 시험편을 자연환경에 폭로하여 시험편 단청 박락 및 백화를 관찰하였다. 내후성 평가 시험편과 변화 형상은 Figure 11 및 12와 같다.
대상 데이터
- 단청처리 목재의 도포·분사될 최적의 방염처리 방법에 대한 기초 자료 도출을 위해 액상타입의 방염전용 약제로써 국내 목조 건축물 방염처리 시 주로 사용되는 구아니딘계와 인산계를 사용하였다.
- 이는 물과 같은 무색투명으로써 방염 처리 후 단청의 색상을 그대로 보존할 수 있다. 목재 시험편은 현장 사용성에 적합한 문화재 수리용 국내산 육송을 선택하여 사용하였으며, 단청은 국내 문화재 단청 기능보유자가 제조한 단청을 문화재수리표준품셈에 따라 표면처리 하였다. 한편, 선행시험결과 5㎜ 두께의 목재 시험편은 방염 시험 후 뒷면 탄화 및 뚫림으로 인해 본 실험인자에서 제외하였다.
성능/효과
- 1) 이화학적 분석 결과 단청은 대부분 무기금속 계열로 이루어져 있으며, 단청의 변질이나 품질 저하 예방 및 안정적인 보존이 가능한 성분으로 구성되어 있어 단청 도채만으로 일부 방부, 방충, 화재 저항성 효과가 있을 것으로 사료된다.
- 2) 방염성능 평가 결과 Plain의 경우 대부분 방염성능기준에 미치지 못한 것으로 나타났지만 탄화길이 및 탄화면적은 기준을 만족함으로써 약간의 방염성능을 확보하고 있는 것으로 나타났다. 방염 방법에 따라 처리된 시험편의 경우 방염성능기준을 모두 만족하였으며, 성능은 ⑤, ④, ②, ③ 순으로 나타났다.
- 3) 6개월간 옥외 폭로에 의한 내후성 분석 결과 구아니딘계로 방염처리한 일부 시험편에서 백화 및 단청 박락 등이 발생하는 것으로 나타났다. 단청 및 목재 단면에서 SEM 및 EDS 분석 결과 인산계를 사용한 시험편이 목재와 단청 내부에 방염성분이 고르게 분포되어 있은 것으로 나타났으며, 단청 및 목재 내부로 방염약제의 균등한 침투가 어려울 경우 단청 위 백화 등의 문제가 유발될 수 있는 것으로 사료된다.
- 4) 방염처리 방법의 경우 목조문화재의 보수 보강 시 신규로 목재를 사용할 경우 선 방염처리 후 단청을 도채하는 것이 방염성능에 효율적이며, 단청만 보수할 경우 방염약제와 단청을 일정 비율로 혼합 후 도채하는 방법과 추가로 단청 위 분사하는 방법이 화재 저항에는 효율적인 것으로 사료지만, 하자발생 등을 고려하여 방염약제를 선택할 필요가 있는 것으로 판단된다.
- 5가지 단청에서 희분은 내식성 및 내열성이 강한 Ti가 98%, 양청에서는 식물과 결합 시 수분손실 억제와 내충해성의 향상을 도모할 수 있는 Si가 64%, 육색과 장단에서 75%, 98%를 이루는 Pb는 공기중에서 쉽게 변질되지 않는 성분으로 단청의 변질이나 품질저하 예방 및 안정적인 보존이 가능한 성분으로 구성된 것으로 나타났다.
- 이는 단청과 함께 혼합된 방염약제가 함께 경화하면서 결정화를 이루었기 때문으로 판단된다. ②의 방법으로 제조된 시험편은 장단과 같이 목재부에서는 방염약제 성분이 분석되었지만, 단청에서의 방염 성분은 분석되지 않은 것으로 나타났다.
- 한편, 단청 위 방염약제 분사를 실시한 시험편(④, ⑤) 중 장단과 육색에서 구아니딘계 방염약제를 표면에 분사한 시험편에서 Figure 12와 같이 단청 박락 및 백화가 발생되는 것으로 나타났다. 구아니딘계의 경우 강한 염기성을 가짐으로써 Table 4와 같이 반응성이 있는 Pb가 대량 함유된 장단과 육색에서 수산화물 및 결정 생성이 촉진되어 계면 팽창으로 인한 단청 코팅의 박락 및 수산화물 용출에 의한 표면 백화현상이 발생한 것으로 판단되며, 방염약제 분사 초기의 단청 내부로의 방염약제 침투가 어려워 표면 백화발생이 더욱 유도된 것으로 사료된다. 또한 구아니딘계로 방염 처리한 희분의 경우 기타 시험편 대비 박락현상이 높은 것으로 나타났으며, 목재 시험편의 섬유방향에 따라 많은 단청 코팅의 박락이 발생하는 것으로 나타났다.
- 3) 6개월간 옥외 폭로에 의한 내후성 분석 결과 구아니딘계로 방염처리한 일부 시험편에서 백화 및 단청 박락 등이 발생하는 것으로 나타났다. 단청 및 목재 단면에서 SEM 및 EDS 분석 결과 인산계를 사용한 시험편이 목재와 단청 내부에 방염성분이 고르게 분포되어 있은 것으로 나타났으며, 단청 및 목재 내부로 방염약제의 균등한 침투가 어려울 경우 단청 위 백화 등의 문제가 유발될 수 있는 것으로 사료된다.
- 방염처리법에 의한 단청 처리 목재의 방염성능은 ⑤, ④, ②, ③ 순으로 나타났다. 단청 종류에 따른 방염성 중 잔신과 잔염시간은 구아니딘계와 화합된 육색, 장단, 먹이 기준을 상회하거나 희분, 양청 대비 높은 값을 가지는 것으로 나타났다. 먹의 경우 기준에는 포함되지만 잔신시간과 탄화면적에서 다른 단청 대비 비교적 높은 값을 형성하는 것으로 나타났다.
- 방염처리법 중 ④의 희분은 단청부에서 Table 3과 같은 Ti, Al, Si와 같은 성분이 많은 것으로 분석되었으며, 단청 과목재의 계면에서도 Ti 및 Table 4와 같이 방염약제의 S도 함께 분석됨에 따라 단청 외부에서 분사된 방염약제는 단청성분과 함께 목재 내부로 침투된 것으로 나타났다. 또 한 육색의 경우 단청부에서 상기 분석 성분과 같은 Pb와 Ti가 분석되었으며, 희분과 같이 목재 내부에도 S가 확인됨에 따라 육색의 경우도 인산계 방염약제의 침투가 이루어진 것으로 판단되며, 장단, 양청, 먹의 경우도 상기와 같이 목재와 단청 계면 부근에서의 인산계 방염약제 침투가 이루어 진 것으로 나타났다.
- 구아니딘계의 경우 강한 염기성을 가짐으로써 Table 4와 같이 반응성이 있는 Pb가 대량 함유된 장단과 육색에서 수산화물 및 결정 생성이 촉진되어 계면 팽창으로 인한 단청 코팅의 박락 및 수산화물 용출에 의한 표면 백화현상이 발생한 것으로 판단되며, 방염약제 분사 초기의 단청 내부로의 방염약제 침투가 어려워 표면 백화발생이 더욱 유도된 것으로 사료된다. 또한 구아니딘계로 방염 처리한 희분의 경우 기타 시험편 대비 박락현상이 높은 것으로 나타났으며, 목재 시험편의 섬유방향에 따라 많은 단청 코팅의 박락이 발생하는 것으로 나타났다.
- 방염 방법에 따라 처리된 시험편의 경우 방염성능기준을 모두 만족하였으며, 성능은 ⑤, ④, ②, ③ 순으로 나타났다. 또한 인산계 방염약제로 처리된 시험편의 방염성능이 우수한 것으로 나타났다.
- 먹의 경우 기준에는 포함되지만 잔신시간과 탄화면적에서 다른 단청 대비 비교적 높은 값을 형성하는 것으로 나타났다. 또한, 인산계와 화합된 단청의 경우도 유사한 경향으로 나타났지만, 구아니딘계와는 달리 각기 다른 방염처리법이라도 비교적 안정적이며, 우수한 방염성을 가지는 것으로 나타났다. 한편, 상대적인 비교로써 두 가지 방염약제의 평균적인 방염성능을 확인한 결과 인산계 방염약제가 구아니딘계 대비 잔염 및 잔신시간은 약 30%, 탄화길이 및 탄화면적은 약 10% 정도 작은 것으로 나타나 방염성이 우수한 것으로 나타났다.
- 2) 방염성능 평가 결과 Plain의 경우 대부분 방염성능기준에 미치지 못한 것으로 나타났지만 탄화길이 및 탄화면적은 기준을 만족함으로써 약간의 방염성능을 확보하고 있는 것으로 나타났다. 방염 방법에 따라 처리된 시험편의 경우 방염성능기준을 모두 만족하였으며, 성능은 ⑤, ④, ②, ③ 순으로 나타났다. 또한 인산계 방염약제로 처리된 시험편의 방염성능이 우수한 것으로 나타났다.
- 단청이 일반적인 동·식물성 색안료 대비 대부분 무기금속계열로 이루어진 것으로 보아 목조 구조물에 도채를 통하여 오랜 기간 지속적인 보존과 목재의 열화요인(가벼운 화재, 수분접촉 및 충해피해 등)의 접근차단을 위한 자연적인 선택인 것으로 판단된다. 방염약제 결정을 분석한 결과 약제 구분없이 S의 비율이 가장 높은 것으로 나타났으며, 공통적으로 Ca와 Ni가 함유된 것으로 나타났다.
- 방염처리법 중 ④의 희분은 단청부에서 Table 3과 같은 Ti, Al, Si와 같은 성분이 많은 것으로 분석되었으며, 단청 과목재의 계면에서도 Ti 및 Table 4와 같이 방염약제의 S도 함께 분석됨에 따라 단청 외부에서 분사된 방염약제는 단청성분과 함께 목재 내부로 침투된 것으로 나타났다. 또 한 육색의 경우 단청부에서 상기 분석 성분과 같은 Pb와 Ti가 분석되었으며, 희분과 같이 목재 내부에도 S가 확인됨에 따라 육색의 경우도 인산계 방염약제의 침투가 이루어진 것으로 판단되며, 장단, 양청, 먹의 경우도 상기와 같이 목재와 단청 계면 부근에서의 인산계 방염약제 침투가 이루어 진 것으로 나타났다.
- 또한, 인산계와 화합된 단청의 경우도 유사한 경향으로 나타났지만, 구아니딘계와는 달리 각기 다른 방염처리법이라도 비교적 안정적이며, 우수한 방염성을 가지는 것으로 나타났다. 한편, 상대적인 비교로써 두 가지 방염약제의 평균적인 방염성능을 확인한 결과 인산계 방염약제가 구아니딘계 대비 잔염 및 잔신시간은 약 30%, 탄화길이 및 탄화면적은 약 10% 정도 작은 것으로 나타나 방염성이 우수한 것으로 나타났다.
후속연구
- 따라서 본 시험에서와 같이 옥외 폭로 시 단청 하자발생이 가장 낮은 방염처리법은 단청만을 처리한 Plain과 인산계 방염약제로 처리된 시험편 및 구아니딘계의 ②, ③ 방염처리법으로 나타났지만, 보다 장기적으로 보존적 관점에서 단청에 방염약제와 같은 제2성분계가 화합할 경우 결정생성물에 대한 정량적인 분석으로 화학적 안정성을 도모할 필요가 있을 것으로 사료된다.
- 목재문화재 방염처리 시 사용되는 방염약제를 이용하여 단청 위 방염처리 후 방염성, 표면 백화 및 얼룩, 단청 박락 등의 분석과 해결 방안을 제시하는 것까지를 연구범위로 한다. 실험 및 분석으로는 방염처리 전용 액상의 구아니딘계와 인산염계를 사용하였으며, 실험용 목재는 문화재 목조건 물 보수공사에 사용되는 국내산 육송을 접선방향 폭 100㎜, 섬유방향길이 290㎜, 방사방향 두께 8㎜로 가공 후 사용하였으며, 목재 위 단청은 희분(흰색), 장단(주황), 육색(살구), 양청(파랑), 먹(검정)으로 5가지 색을 기준으로 문화재수리 표준 품셈에 의해 표면 처리하였다.
- 이에 목조문화재를 화재로부터 보호하기 위한 목적으로 4~5년 주기로 목재 표면에 방염약제를 뿜칠처리 하고 있지만, 기 축조되어 있는 구조물과 단청(丹靑) 표면에 직접 분사하여 처리함으로써 환경적 및 재료적 열화요인에 의해 시간 경과에 따라 단청의 퇴색, 표면 백화, 수분흡수 등의 문제 발생으로 문화재의 지속적인 보존 및 화재 저항성에 문제가 제기되고 있다[3]. 이와 같은 문제는 방염처리 약제의 문제만이 아닌, 일률적이고 획일화되어 있는 문화재 현장 방염처리방법에 대한 문제도 함께 내포하고 있으므로 현장 문화재 방염처리 방법에 대한 개선이 필요할 것으로 판단된다.
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