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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 단청에 사용될 수 있는 국·내외 아교 및 젤라틴을 선정하고 물성에 따른 단청도막의 성능을 비교하였다.
제안 방법
- 6.67% (w/v), 36±1℃의 아교 및 젤라틴 용액을 지름 42㎜, 높이 83㎜의 플라스틱 병에 넣고 10℃로 유지된 항온조에 16∼18시간 동안 넣어두어 겔(gel)상태로 만들었다.
- 2%(w/v)에 대해 측정하였다. Column은 Waters Ultrahydrogel Linear, 500, 250, 120로, 30℃에서 유속 0.8㎖/min, 주입량 50㎕로 하고, 표준시료는 Pullulans, PEG를 이용하여 보정한 후 상대질량으로 나타내었다.
- 거른 용액 중 25㎖를 취하여 용매를 증발시킨 뒤 남은 잔여물을 105∼110℃의 오븐에 1시간 건조시키고 무게를 측정하였다.
- 겔 강도는 물성시험기(TA-XT 2, CNS FARNELL, England)로 측정하였다. 6.
- 내후성은 촉진내후성시험기(Ci4000 weatherometer, Atlas, USA)를 이용하여 물 분무 없이 Xenon Arc를 광원으로 한 일광폭로로 설정하였다. 단청 시험편은 온도 60℃(black panel), RH 75%의 촉진 내후성 시험기에서 168시간 노출시킨 후 도막 표면 상태를 현미경으로 100배 확대하여 관찰하고, 열화정도를 박리도로 확인하였다.
- 내후성은 촉진내후성시험기(Ci4000 weatherometer, Atlas, USA)를 이용하여 물 분무 없이 Xenon Arc를 광원으로 한 일광폭로로 설정하였다. 단청 시험편은 온도 60℃(black panel), RH 75%의 촉진 내후성 시험기에서 168시간 노출시킨 후 도막 표면 상태를 현미경으로 100배 확대하여 관찰하고, 열화정도를 박리도로 확인하였다. 박리도는 도막 위에 칼끝으로 격자를 만들고 접착테이프로 붙였다 떼어 냈을 때의 박리정도를 등급으로 표시하였다(Table 5).
- 도막성능은 제작된 단청 시험편을 대상으로 수분 반응성과 촉진 내후성을 평가하고 아크릴산 에스테르 수지(Table 4)와 비교하였다. 수분 반응성은 목조 건축물에 칠해진 단청이 고습 또는 빗물에 노출되는 환경을 가정하고 흡습성과 흡수성을 비교하였다.
- 67% (w/v), 36±1℃의 아교 및 젤라틴 용액을 지름 42㎜, 높이 83㎜의 플라스틱 병에 넣고 10℃로 유지된 항온조에 16∼18시간 동안 넣어두어 겔(gel)상태로 만들었다. 물성시험기를 이용하여 플라스틱 병을 플런저 전면의 표면과 평행하고 플런저 이동방향이 겔 표면에 수직이 되도록 맞춘 후 측정하였다. 압축속도는 0.
- 물성평가 항목은 고분자로써 평균분자량, 아교의 품질시험 항목에서 수분 함량·유지분 함량·점성도·겔 강도를 선정하여 규격에 따라 시험하였다(Table 2).
- 도막성능은 제작된 단청 시험편을 대상으로 수분 반응성과 촉진 내후성을 평가하고 아크릴산 에스테르 수지(Table 4)와 비교하였다. 수분 반응성은 목조 건축물에 칠해진 단청이 고습 또는 빗물에 노출되는 환경을 가정하고 흡습성과 흡수성을 비교하였다. 실험 전 단청시험편은 도막 면을 제외한 모든 면에 파라핀을 도포하여 수분이 도막 면으로만 침투하도록 하였다.
- 수분 반응성은 목조 건축물에 칠해진 단청이 고습 또는 빗물에 노출되는 환경을 가정하고 흡습성과 흡수성을 비교하였다. 실험 전 단청시험편은 도막 면을 제외한 모든 면에 파라핀을 도포하여 수분이 도막 면으로만 침투하도록 하였다. 흡습성은 20±1℃, RH 75±2%에서 항량에 이른 단청시험편을 20±1℃, RH 90±2%인 밀폐 공간에 6∼24시간 동안 두고, 흡습량을 측정하였다.
- 유지분은 용매추출법으로 20g의 아교 및 젤라틴을 취하여 염산(35%) 12㎖와 증류수 80㎖를 넣어 30∼60분간 가열하였다.
- 점성도는 회전점도계(DV-Ⅱ+Pro, Brookfield, USA)를 이용하여 6.67%(w/v), 36±1℃의 아교 및 젤라틴 용액을 spin No.3센서로 100RPM으로 측정하였다.
- 소가죽을 원료로 직접 추출한 젤라틴 1종과 국·내외 시판 아교 및 젤라틴 4종을 선정하였다(Figure 1). 직접 추출한 젤라틴은 선행 연구결과를 바탕으로 전통아교 제작의 최적조건을 참고하여 제작하였다(Table 1)(National Science Museum, 2009). 국내 시판 젤라틴 중에서는 식용 2종( (주)GELTECH, 250B·100B)과 공업용 1종(덕영젤라틴)을 선정하였으며 식용은 겔 강도가 높은 것(250B)과 낮은 것(100B)으로 구분하였다.
- 평균분자량은 겔 투과 크로마토그래피(Breeze system, Waters, USA)를 이용하여 시료 0.2%(w/v)에 대해 측정하였다. Column은 Waters Ultrahydrogel Linear, 500, 250, 120로, 30℃에서 유속 0.
- 흡수성은 단청시험편을 25±1℃ 항온수조에 24시간 동안 침수시킨 뒤 중량 증가율로 비교하였다.
- 흡습성은 20±1℃, RH 75±2%에서 항량에 이른 단청시험편을 20±1℃, RH 90±2%인 밀폐 공간에 6∼24시간 동안 두고, 흡습량을 측정하였다.
대상 데이터
- 국내 시판 젤라틴 중에서는 식용 2종( (주)GELTECH, 250B·100B)과 공업용 1종(덕영젤라틴)을 선정하였으며 식용은 겔 강도가 높은 것(250B)과 낮은 것(100B)으로 구분하였다.
- 단청시험편은 20±3℃, RH 55±5%를 유지한 실내에서 제작하였다(Table 3).
- 국내 시판 젤라틴 중에서는 식용 2종( (주)GELTECH, 250B·100B)과 공업용 1종(덕영젤라틴)을 선정하였으며 식용은 겔 강도가 높은 것(250B)과 낮은 것(100B)으로 구분하였다. 또한 국외 시판 젤라틴 중에서는 일본산으로 문화재 보존처리에 널리 사용되는 막대아교(淸惠商店, 三千本膠)를 선정하였다. 목재시험편은 30년생 이상의 육송(Pinus densiflora)을 곧은결로 제재하여 70(R)×150(L)×5(T)㎜ 크기로 하였다.
- 목재시험편은 30년생 이상의 육송(Pinus densiflora)을 곧은결로 제재하여 70(R)×150(L)×5(T)㎜ 크기로 하였다.
- 소가죽을 원료로 직접 추출한 젤라틴 1종과 국·내외 시판 아교 및 젤라틴 4종을 선정하였다(Figure 1).
- 단청시험편은 아교포수 후 바탕을 뇌록으로, 그 위에는 황색을 칠하는 것으로 설정하였다(Figure 2~7). 시험편은 이물질제거, 아교포수, 뇌록칠, 황토칠 순으로 하였으며, 아교 포수액의 농도와 물감조제법은 단청 장인과 관련전문가의 자문을 받았다. 단청시험편은 20±3℃, RH 55±5%를 유지한 실내에서 제작하였다(Table 3).
- 안료는 분채로 녹색의 뇌록과 황색의 황토(ナカガウ胡粉繪具株式會社, DP磊綠·DP-黃色, Japan)를 사용하였다.
성능/효과
- 겔 강도는 식용 젤라틴 250B가 106g으로 가장 높았으며 식용 젤라틴 100B는 40g, 막대아교는 31g, 공업용 젤라틴은 22g이었다. 막대아교와 식용 젤라틴 100B의 겔 강도는 겔 강도가 가장 높은 식용 젤라틴 250B의 1/3, 공업용 젤라틴의 겔 강도는 겔 강도가 가장 높은 식용 젤라틴 250B의 1/5정도로 낮았다(Figure 12).
- 과립상의 아교 및 젤라틴에는 10∼17%의 수분과 0.05∼0.34%의 유지분이 포함되어 있으며 점성도는 22∼40cP, 겔강도는 22∼106g으로 다양하게 나타났다(Table 6).
- 단청도막의 흡수율은 아크릴산 에스테르 수지 도막에서나 아교 및 젤라틴 도막에서 모두 큰 차이가 없었다. 그러나 침수 후 도막상태를 살펴보면, 아크릴산 에스테르 수지 도막에서는 균열이 일어나는 데 비해 아교 및 젤라틴 도막에서는 팽윤되다가 그 이상 견디지 못하면 주름이 생기거나 넓은 면적으로 떨어져 나가는 현상이 나타났다.
- 도막성능 평가결과 흡습성을 살펴보면, 아교 및 젤라틴 도막에서는 6시간 동안 평균 0.42%, 24시간 동안 평균 1.60%를 흡습하였고, 아크릴산 에스테르 수지 도막에서는 6시간 동안 평균 0.52%, 24시간 동안 평균 1.11%의 수분을 흡습하였다. 교착제 성분에 따라 비교해 보면, 아교 및 젤라틴 도막에서는 24시간 흡습량이 6시간 흡습량의 3.
- 물성평가 결과 대부분의 아교 및 젤라틴의 분자량은 22,000Daltons이상으로 겔이 형성된데 반해 직접 추출한 젤라틴은 분자량이 12,000Daltons으로 낮아 겔이 형성되지 않았고 도막에서도 박락이 쉽게 일어났다. 이는 아교 제작 시 추출 온도가 80℃이상으로 높았거나 추출시간이 길어 젤라틴이 저분자화 된 것으로 추정된다.
- 물성평가 결과 직접 추출한 젤라틴을 제외하고 아교 및 젤라틴의 평균분자량은 22,000∼26,000Daltons이었다.
- 13배 이었다. 비교하는 시간은 같으므로 아교 및 젤라틴의 흡수속도는 아크릴산 에스테르 수지보다 1.66배 높은 것을 확인할 수 있었다.
- 수분 함량은 식용 젤라틴이 11∼13%, 공업용 젤라틴과 막대아교가 15∼18%로 식용젤라틴의 수분 함량이 공업용 젤라틴이나 막대아교보다 평균 4.28% 낮았다(Figure 9).
- 49%로 큰 차이는 없었다(Figure 14). 실험 중 아크릴산 에스테르 수지 도막에서는 물이 흡수되는 동안 균열만 나타나는데 비해 아교 및 젤라틴 도막에서는 침수 30분부터 팽윤현상이 일어나다가 그 이후부터는 식용 젤라틴 250B를 제외하고 주름, 균열, 박락 등이 일어났다(Figure 15).
- 위의 결과로 보아 젤라틴 선정시 건조 후 도막 상태가 양호하고 내수성이나 내후성을 고려한다면 겔 강도가 중요한 기준될 수 있음을 확인할 수 있었다.
- 촉진 내후성 시험 전·후 단청도막의 표면 상태를 확대하여 비교해 보면, 시험 전 아교 및 젤라틴 도막에서는 공극이 발견되었으며 고온의 일광폭로 후에는 그 공극 주변으로 균열이 진행된 것을 확인할 수 있었다.
- 촉진내후성시험 후 박리도는 아크릴산 에스테르 수지도막에서는 3등급인데 비해 대부분의 아교 및 젤라틴 도막에서는 1등급 이상으로 나타났다. 식용 젤라틴 250B 도막에서는 박리도 0등급으로 박리가 거의 일어나지 않았다(Figure 16).
후속연구
- 들기름은 소수성이며 고온가열하거나 빛에 노출되면 경화되는 특징이 있다(John and Raymond, 1999). 또한 기름이 공극을 통해 흡수, 경화되면 수분흡수에 따른 젤라틴의 팽윤을 지연시키고 물리적인 힘에도 견딜 수 있을 것으로 생각된다.
- 이는 비가 올 때 외부에 노출된 단청이 빗방물이 떨어지는 힘 때문에 함께 씻겨 내려갈 가능성이 있음을 시사한다. 이와 관련하여 과거에 단청을 보호하기 위해 들기름칠한 기록(Gwak and Kim, 2002; Han and Jang, 1993)을 실제 적용해볼 수도 있을 것이다. 들기름은 소수성이며 고온가열하거나 빛에 노출되면 경화되는 특징이 있다(John and Raymond, 1999).
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