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문제 정의
- 지금까지 실시된 사찰벽화의 보존처리는 대부분이 이론적 배경에 의한 일부 적용실험을 바탕으로 진행되어 왔으며 기술적 검사 및 적용 연구는 전무하였다. 따라서 본 연구에서는 사찰벽화 채색층 보강에 사용되는 고착제의 특성을 파악하고, 과학적 검증을 통해 보존처리 효과를 규명하고자 하였다.
- 사찰벽화 벽체제작 당시 첨가되었을 것으로 추정되는 혼합 풀은 고착제와 같은 유기물이다. 본 연구는 결속력을 잃은 채색층에 대한 고착제의 적용 실험에 대한 것으로써, 혼합풀에 의한 영향을 배제하기 위하여 벽체 제작에 풀을 첨가하지 않았다. 벽체는 실험을 실시하기 6개월 전에 제작한 다음 기건 양생하며 보관한 후 사용하였다.
가설 설정
- 조선시대 사찰 벽화에서 채색층에 매제로 사용되었던 것으로 추정되는 아교는 유기물이므로 실험을 위해 아교를 사용할 경우 본 연구의 실험 대상인 고착제와 유사한 거동을 하게 된다. 따라서 본 연구에서는 아교 성분이 분해되었을 것으로 가정하고 안료와 물만 혼합하여 채색층을 제작하였다.
제안 방법
- 고착실험에 앞서 고착제별 농도에 대한 점도 테스트를 실시하였다. 측정기기는 저점도용 점도측정 장치(LV-Ⅱ, BrookField, U.
- 연구방법은 사찰벽화와 유사한 의사시료를 제작하고, 시료를 대상으로 채색층 고착처리 적용 실험 및 분석을 실시하였다. 고착제는 현재 사찰벽화 채색층 보강에 사용되거나 적용 가능성이 있는 재료를 선정하였으며, 고착처리 후 상태에 대한 효과를 파악하였다.
- 고착제로 인해 발생될 수 있는 시료의 색차를 비교 분석 하기 위해 색도측정을 실시하였다. 측정 장비는 휴대용 색차계(Spectro-guide, BYK Gardner, Germany)를 사용하였고 측정 기준은 국제조명위원회(CIE)에서 규정한 CIE L*, a*, b* 값으로 표시하였다.
- 고착제로 인해 채색층 표면에서 발생되는 광택정도의 차이를 확인하였다. 광택도 측정은 KS L2405의 규정에 의거하여 광택계(WKIG-320, HORIBA, Japan) 을 이용하여 측정하였다.
- 00 kV로 하여 분석하였다. 단면 조사는 Scale Bar를 표준크기로 하였으며, 치수측정 프로그램을 사용하여 채색층에서 시료 내부까지 침투된 상태를 조사하였다.
- 를 이용하여 측정하였으며, KS MISO4624의 규정에 의거하여 수치화하였다. 단위 면적(㎠)당 압력(MPa)으로 측정하였으며, 농도별로 측정된 압력값을 평균으로 데이터화하였다.
- 의사(擬似)시료 제작을 위해 조선시대 사찰벽화 제작양식에 따라 벽체 및 채색층을 제작하였다(Figure 1). 목재 틀에 외가지를 설치하여 골조를 마련하고, 산에서 채취한 황토를 수비하여 기존 분석된 입도비에 맞도록 초벽과 중벽을 제작하였다. 마감층은 실트질 이하의 황토와 중립사 이하로 수비한 강모래를 1:1비율로 혼합하였다(Table 1).
- 벽체층 내부로 고착제가 침투된 상태를 관찰하기 위하여 시료의 표면과 단면에 대한 미세조직 검사를 실시하였다. 분석장비는 주사전자현미경(S-2300, Hitachi, Japan)을 사용하였으며, 시료의 표면을 금으로 코팅(Au coating)한 다음 가속 전압을 15.
- 채색층 보존처리에 있어 고착제의 접착력은 가장 중요한 요소이며, 우수한 성능의 고착제라 하더라도 효과가 떨어져 접착력이 뒷받침되지 못한다면 고착제로서의 역할을 다 할 수 없다. 본 연구는 안료로 이루어진 채색층과 벽체 마감층에 대한 고착제의 접착 거동을 살펴보기 위한 것이므로, 흡착과 확산에 관한 이론적 모델을 적용할 수 있다. 흡착은 고착제의 채색층 표면 접촉에 관한 메커니즘, 그리고 확산은 고착제가 채색층을 통과하고 마감층으로 침투하여 접착력을 형성하는 메커니즘으로 이해할 수 있다.
- 벽체층 내부로 고착제가 침투된 상태를 관찰하기 위하여 시료의 표면과 단면에 대한 미세조직 검사를 실시하였다. 분석장비는 주사전자현미경(S-2300, Hitachi, Japan)을 사용하였으며, 시료의 표면을 금으로 코팅(Au coating)한 다음 가속 전압을 15.00 kV로 하여 분석하였다. 단면 조사는 Scale Bar를 표준크기로 하였으며, 치수측정 프로그램을 사용하여 채색층에서 시료 내부까지 침투된 상태를 조사하였다.
- 사찰벽화의 조건과 유사한 의시시료를 제작하여 보존처리에 적용 가능한 고착제에 대한 실험을 실시하였다. 실험 결과 몇 가지 조건에 따른 접착강도와 투과력 등을 파악하여 사찰벽화 고착처리의 조건과 효과를 확인할 수 있었다.
- 선별된 고착제는 희석 농도를 1%, 3%, 5%, 10%의 네 가지 조건으로 하였다. Paraloid B-72는 아세톤에 농도별로 희석하였으며, 나머지 고착제는 증류수에 농도별로 희석하여 제작하였다(Table 3).
- 안료를 마감층 표면에 고착시키는 효과를 파악하기 위해 고착제의 접착력에 대한 테스트를 실시하였으며, 고분자의 반응기간을 고려하여 6주간의 건조기간을 갖은 후 실험에 착수하였다. 본 연구에서는 벽체 구조의 특성을 고려하여 인정 시험 법 중의 하나인 Direct pull-off method를 적용하여 접착력을 측정하였다(Kwon et al.
- 연구방법은 사찰벽화와 유사한 의사시료를 제작하고, 시료를 대상으로 채색층 고착처리 적용 실험 및 분석을 실시하였다. 고착제는 현재 사찰벽화 채색층 보강에 사용되거나 적용 가능성이 있는 재료를 선정하였으며, 고착처리 후 상태에 대한 효과를 파악하였다.
- 채색층은 황토안료를 사용하여 바탕칠을 하였으며, 그 위에 호분을 사용하여 채색하였다(Table 2). 조선시대 사찰 벽화에서 채색층에 매제로 사용되었던 것으로 추정되는 아교는 유기물이므로 실험을 위해 아교를 사용할 경우 본 연구의 실험 대상인 고착제와 유사한 거동을 하게 된다.
대상 데이터
- 합성수지계 고착제는 국내외 벽화 보존처리에 널리 사용된 아크릴계수지(Paraloid B-72)와 초산비닐계수지(Caparol Binder)를 선택하였다. 그리고 향후 벽화보존을 위한 적용 가능성을 판단하기 위해 셀룰로오스계 고착제로써 methyl cellulose(이하 MC)와 hydroxypropyl cellulose(이하 HPC)를 사용하였다.
- 실험에 사용되는 고착제는 천연접착제와 합성수지 등 총 7종류를 선택하였다. 동물성아교계 고착제는 일본의 天野山文化遺産硏究所에서 생산된 소가죽아교(牛皮), 그리고 회화보존처리에 널리 쓰이는 토끼가죽아교(卯膠)와 상어부레아교(魚驃膠) 등 3종류의 아교를 사용하였다(Mora et al., 1984; Nicolaus, 1999). 합성수지계 고착제는 국내외 벽화 보존처리에 널리 사용된 아크릴계수지(Paraloid B-72)와 초산비닐계수지(Caparol Binder)를 선택하였다.
- 실험에 사용되는 고착제는 천연접착제와 합성수지 등 총 7종류를 선택하였다. 동물성아교계 고착제는 일본의 天野山文化遺産硏究所에서 생산된 소가죽아교(牛皮), 그리고 회화보존처리에 널리 쓰이는 토끼가죽아교(卯膠)와 상어부레아교(魚驃膠) 등 3종류의 아교를 사용하였다(Mora et al.
- 측정조건은 주광원 LED (파장:880㎚)으로 주사각 60°, 수광각 60°, 측정면적은 12×6 ㎜로 하였다.
- , 1984; Nicolaus, 1999). 합성수지계 고착제는 국내외 벽화 보존처리에 널리 사용된 아크릴계수지(Paraloid B-72)와 초산비닐계수지(Caparol Binder)를 선택하였다. 그리고 향후 벽화보존을 위한 적용 가능성을 판단하기 위해 셀룰로오스계 고착제로써 methyl cellulose(이하 MC)와 hydroxypropyl cellulose(이하 HPC)를 사용하였다.
이론/모형
- 고착제로 인해 채색층 표면에서 발생되는 광택정도의 차이를 확인하였다. 광택도 측정은 KS L2405의 규정에 의거하여 광택계(WKIG-320, HORIBA, Japan) 을 이용하여 측정하였다. 측정조건은 주광원 LED (파장:880㎚)으로 주사각 60°, 수광각 60°, 측정면적은 12×6 ㎜로 하였다.
- 안료를 마감층 표면에 고착시키는 효과를 파악하기 위해 고착제의 접착력에 대한 테스트를 실시하였으며, 고분자의 반응기간을 고려하여 6주간의 건조기간을 갖은 후 실험에 착수하였다. 본 연구에서는 벽체 구조의 특성을 고려하여 인정 시험 법 중의 하나인 Direct pull-off method를 적용하여 접착력을 측정하였다(Kwon et al., 1994). 접착력은 코팅부착력시험기(AT-A Automatic, De Felsko Posi Test, U.
- , 1994). 접착력은 코팅부착력시험기(AT-A Automatic, De Felsko Posi Test, U.S. 를 이용하여 측정하였으며, KS MISO4624의 규정에 의거하여 수치화하였다. 단위 면적(㎠)당 압력(MPa)으로 측정하였으며, 농도별로 측정된 압력값을 평균으로 데이터화하였다.
- 고착제로 인해 발생될 수 있는 시료의 색차를 비교 분석 하기 위해 색도측정을 실시하였다. 측정 장비는 휴대용 색차계(Spectro-guide, BYK Gardner, Germany)를 사용하였고 측정 기준은 국제조명위원회(CIE)에서 규정한 CIE L*, a*, b* 값으로 표시하였다.
성능/효과
- 1. 고착제들의 점도는 농도대비 MC가 가장 높았고, 점도의 증가는 소가죽아교와 HPC가 높았으며, 합성수지계 고착제는 농도증가의 큰 차이를 보이지 않았다.
- 2. 광택도는 토끼가죽 아교 10%와 MC 3%에서 높이 나타냈으며, 소가죽 아교는 점도에 비해 광택도가 낮았다. HPC와 아크릴수지의 광택도는 비교적 낮게 측정되었다.
- 3. 각 고착제들의 색차값을 비교하였을 때, 10%의 경우 대부분의 고착제에서 변색이 발생 하였으나, 동물성 아교계의 변색이 높고, 그 중 토끼가죽 아교가 가장 높은 변색을 보였다.
- 4. 각 시료의 평균 접착력은 소가죽 아교가 우수한 것으로 나타냈고, 상어부레 아교 10%가 가장 높은 접착력을 보였다. MC는 1~3%에서 접착력이 높게 측정되었다.
- 5. 고착제 침투상태는 대부분 고착제들이 약 1~1.5 ㎜ 깊이까지 침투되는 것으로 분석되었으며, 소가죽 아교가 10%의 고농도에서도 약 2.6 ㎜ 깊이까지 침투된 것을 확인하였다.
- MC(P-7) 시료 1%는 양호한 침투상태를 보였으며, 채색층 인접지점부터 약 1,650 ㎛깊이까지 침투된 고착제의 흔적들을 확인할 수 있었다. 고착제는 토양 사이에 반투명의 고형물 형태를 이루고 있다.
- 각 시료들을 고착제를 도포하지 않은 대조군 시료와 색차값을 비교한 결과, 동물성 아교계시료(P-1, P-2, P-3)는 10%농도에서 색변화가 크게 나타났으며, 이 중 토끼가죽아교 시료(P-2)가 가장 큰 변화값을 보였다. PVAc시료(P-4)와 아크릴수지시료(P-5) 그리고 HPC시료(P-6)의 색차값은 10%일 때 저농도에 비해 약 2배 정도 변화되었다(Table 6).
- 고착제별 점도 테스트 결과 농도별 점도 증가는 동물성 아교계와 셀룰로오스계에서 비교적 큰 차이를 나타냈고, 합성수지계열인 PVAc와 아크릴수지는 차이가 크게 발생 되지 않았다. 그러나 MC는 점도 증가의 격차가 상당히 크게 나타났으며, 3%에서는 5,300(cPs)을 넘었고 10%에서는 점도 측정이 불가했다(Table 4).
- 동물성 아교계시료(P-1, P-2, P-3)에 비해 나머지 시료(P-4, P-5, P-6, P-7)는 대부분 색도값이 유사하게 나타났으며, 10%농도에서는 b*값이 다소 높게 측정되었다.
- 동물성 아교와 MC의 경우 고농도의 조건에서 피막을 형성하지만 안정적인 고착효과를 보였다. 벽체 내부로 침투된 고착제가 토양과 견고하게 결속되어 나타난 현상으로써, 이 두 종류의 고착제들은 채색층을 포함하여 토양과의 접착반응이 우수한 것으로 생각된다.
- 광택도는 고착제의 농도별로 다양하게 나타났다. 먼저, MC는 3%에서 다른 시료들의 10%보다도 높은 광택도를 기록했다. 10%에서는 토끼가죽 아교(P-2)가 가장 높은 광택도를 보였고, 그 다음으로는 PVAc(P-4) 10%에서 높게 나타났다.
- 시료 표면과 단면에 대한 미세조직 검사 결과, 먼저 시료 표면의 미세조직에서는 고착제가 침투되는 정도에 따라 채색층 표면에 잔류되는 고착제로 인한 피막 형성의 차이점들을 확인할 수 있었다(Figure 2). 동물성 아교계시료(P-1, P-2, P-3)들은 고착제 농도에 따라 비교적 일정한 변화들을 보였다.
- 사찰벽화의 조건과 유사한 의시시료를 제작하여 보존처리에 적용 가능한 고착제에 대한 실험을 실시하였다. 실험 결과 몇 가지 조건에 따른 접착강도와 투과력 등을 파악하여 사찰벽화 고착처리의 조건과 효과를 확인할 수 있었다. 고착제 적용 실험결과들을 종합하여 요약하면 다음과 같다.
- 실험결과를 종합하여 고착제의 점도와 접착력 그리고 침투상태의 관계성을 살펴보면, 대부분 점도가 높은 시료에서 접착력이 증가하였고, 저점도에서는 접착력이 낮게 측정되었다.
- 위의 실험결과들을 요약하면 변색과 광택, 그리고 접착력에서 고착제로서의 유리한 효과를 보인 것은 소가죽 아교 3% 이하와 상어부레 아교 5%, 그리고 MC 1%로 나타났다. 그러나 채색층의 손상유형은 다양하게 나타나며, 위와 같은 조건의 고착제들만을 필요로 하는 것은 아니다.
- 전체 시료에 대한 접착력 테스트 결과 모든 1% 농도의 시료에서는 대조군과 유사한 값의 접착력을 나타냈으며, 각 시료의 농도별 평균 접착력은 소가죽 아교(P-1)가 가장 우수한 접착력을 보였다. 특히 3%와 5%의 농도에서도 다른 모든 고착제들보다 접착력이 높은 것으로 측정되었다.
- 접착력 측정 대조군인 마감층 흙 표면은 평균 0.32의 접착력을 보였으며, 고착제를 도포하지 않은 호분 채색층의 접착력은 0.13을 기록했다(Table 7).
- 토끼가죽 아교 시료(P-2) 3%는 소가죽 아교 시료(P-1)과 유사하게 시료 단면 전반에서 고착제가 침투된 상태를 확인할 수 있었으며, 5%는 약 1,820 ㎛ 지점에서도 고착제의 고형물들을 확인할 수 있었다.
- 토끼가죽 아교와 상어부레 아교는 10%까지 접착력이 양호한 것으로 조사되었으나, 두 재료는 광택도와 변색이 다소 높게 나타났다. 특히 토끼가죽 아교의 경우는 5%부터 고착제 자체의 색상이 탁하고 10%부터는 육안으로도 변색이 두드러졌으며, 상어부레 아교는 5%까지 접착력이 다소 낮게 측정되었다.
후속연구
- 이러한 손상의 주된 요인은 합성수지의 열가소성 특성으로 인한 물성저하와, 광분해에 의한 기계적 절단 등의 현상이 사찰벽화 주변 환경적인 요인과 상호 복합적으로 손상에 작용하는 것으로 보고있다. 과거 보강된 물질은 현시점에서도 어려운 과제로 남아있으며 벽화의 물성이 바뀐 상태에서 가역성 있는 재료의 적용은 더 어려워지게 되므로, 우선적으로 토벽화 채색층에 안정적인 고착제 적용 실험연구가 선행되어야 한다.
- 연구결과를 총체적으로 함축하면 흙으로 조성된 한국 사찰벽화에는 천연 재료 적용이 충분히 가능하다는 결론을 내릴 수 있었으며, 향후 내후성 실험을 통해 일정기간의 보존성이 검증 된다면 사찰벽화에 안정적인 적용이 가능할 것으로 예상된다.
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