본 연구에서는 천연 안료 중 남동광(Azurite)으로 제조된 청색계열 안료 입도의 단계별 분포특성을 파악하고자 국내 외 청색계열 안료 57종을 선정, Malvern사의 Mastersizer2000을 이용하여 입도분석을 실시하였다. 실험 결과, 국내 외에서 시판되고 있는 청색 안료 일부를 제외하고는 비교적 단계별 입도 분리가 잘 되어 있으며, 안료의 입도가 작아질수록 Span 값은 증가하고 입도 분포 범위는 넓어지는 특징을 확인할 수 있었다. Friedman and Sanders가 제안한 Grain size를 기준으로 보면 대부분의 안료는 주로 모래와 실트영역에 해당하였으며 B-100은 72.2%가 점토영역에 해당되었고 A-14는 자갈에 해당하는 영역이 2.5%를 차지하였다. 나아가 동일 성분의 안료라 할지라도 입자 크기에 따라 안료의 발색특성이 다르며 흡유량, 비중, 작업성 등 중요물성에 밀접한 영향을 미친다. 이에 대한 추가적 실험이 필요하며 물리적 특성과 입도분포 특징에 대한 정보는 천연 안료의 취급을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.
본 연구에서는 천연 안료 중 남동광(Azurite)으로 제조된 청색계열 안료 입도의 단계별 분포특성을 파악하고자 국내 외 청색계열 안료 57종을 선정, Malvern사의 Mastersizer2000을 이용하여 입도분석을 실시하였다. 실험 결과, 국내 외에서 시판되고 있는 청색 안료 일부를 제외하고는 비교적 단계별 입도 분리가 잘 되어 있으며, 안료의 입도가 작아질수록 Span 값은 증가하고 입도 분포 범위는 넓어지는 특징을 확인할 수 있었다. Friedman and Sanders가 제안한 Grain size를 기준으로 보면 대부분의 안료는 주로 모래와 실트영역에 해당하였으며 B-100은 72.2%가 점토영역에 해당되었고 A-14는 자갈에 해당하는 영역이 2.5%를 차지하였다. 나아가 동일 성분의 안료라 할지라도 입자 크기에 따라 안료의 발색특성이 다르며 흡유량, 비중, 작업성 등 중요물성에 밀접한 영향을 미친다. 이에 대한 추가적 실험이 필요하며 물리적 특성과 입도분포 특징에 대한 정보는 천연 안료의 취급을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.
This study were conducted the particle-size analysis on 57 blue pigments to understand the step distribution characteristics of blue pigments made out of Azurite by using Malvern's Mastersizer 2000. As the result, most of the conventional blue pigments in Korea, Japan, and Chinese showed good granul...
This study were conducted the particle-size analysis on 57 blue pigments to understand the step distribution characteristics of blue pigments made out of Azurite by using Malvern's Mastersizer 2000. As the result, most of the conventional blue pigments in Korea, Japan, and Chinese showed good granularity step separation except for few, and the smaller the particle, the more the Span value increased and the wider the granularity distribution range. On the basis of Friedman and Sanders's Grain size, most of the pigments were sand size to silt size. 72.2% of B-100 was clay size and 2.5% of A-14 was gravel size. Even the same components can differ by the grain size directly affecting the important property such as color formation, oil absorption, specific gravity, usability, etc. so the information about the granularity distribution would be used for basic data to deal with natural pigments.
This study were conducted the particle-size analysis on 57 blue pigments to understand the step distribution characteristics of blue pigments made out of Azurite by using Malvern's Mastersizer 2000. As the result, most of the conventional blue pigments in Korea, Japan, and Chinese showed good granularity step separation except for few, and the smaller the particle, the more the Span value increased and the wider the granularity distribution range. On the basis of Friedman and Sanders's Grain size, most of the pigments were sand size to silt size. 72.2% of B-100 was clay size and 2.5% of A-14 was gravel size. Even the same components can differ by the grain size directly affecting the important property such as color formation, oil absorption, specific gravity, usability, etc. so the information about the granularity distribution would be used for basic data to deal with natural pigments.
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문제 정의
남동광(Azurite) 원료 57종 안료의 입도를 분석하기 위해 Malvern사의 Mastersizer2000을 이용하여 제조사 안료별, 입도 단계별 입도분석을 실시하였다. 대상안료의 전처리의 유무를 평가하기 위하여 수용성물질이나 휘발물질, 유기색소 유무를 확인하는 실험을 거쳤다. 수용성물질의 함량을 확인하기 위하여 KS M ISO 787-3에 의거하여 열수추출 방식으로 평가하였으며 시료에서 추출되는 수용성 물질은 없었다.
본 연구에서는 남동광을 원료로 하는 시판안료의 입도 분포 특징을 확인함으로 천연안료의 사용에 있어서 적정한 입자 크기를 선별할 수 있는 기초자료를 제시하는데 의의를 두고 있다. 향후 추가연구로서 남동광 천연광물안료에 함유된 불순물, 남동광의 함량 등을 분석하여 입도분포 특징과 함께 발색에 미치는 영향을 분석하여 문화재 보존 처리 현장에 적용 가능한 결과를 제시하도록 하겠다.
본 연구에서는 문화재 복원 및 회화 등에 사용되는 안료 중 청색계열 ‘석청(石淸, Azurite)’의 입도분포를 레이저 회절법을 이용하여 분석하였다. 입도분석을 통하여 석청 안료에 대한 평균 입도와 분포도를 정확히 파악함으로써 문화재 시공에 적합한 안료 입자 크기 선정에 활용할 수 있는 기초자료를 제시하고자 한다.
제안 방법
Mastersizer 2000으로 분석한 자료를 입자들의 크기로 분류하기 위하여, 조립질(자갈, 모래)보다는 세립질(실트, 점토) 크기의 입자가 상세히 분류되어 있는, Friedman and Sanders(J. Blott and Pye, 2001)가 제안한 Grain size를 기준으로 비교하였다(Table 2).
남동광(Azurite) 원료 57종 안료의 입도를 분석하기 위해 Malvern사의 Mastersizer2000을 이용하여 제조사 안료별, 입도 단계별 입도분석을 실시하였다. 대상안료의 전처리의 유무를 평가하기 위하여 수용성물질이나 휘발물질, 유기색소 유무를 확인하는 실험을 거쳤다.
본 연구에서는 문화재 복원 및 회화 등에 사용되는 안료 중 청색계열 ‘석청(石淸, Azurite)’의 입도분포를 레이저 회절법을 이용하여 분석하였다.
시료의 양은 대략 0.1 g~0.5 g을 사용하였고 미립자들의 분산을 돕기 위하여 IGEPAL(CA-360) 비극성 계면활성제 1%를 3 ml 정도 사용하여 미리 시료를 분산시키고 Ultrasonic cleaner(MUJIGAE, SD-D300H)를 사용하여 3분 동안 1회 분산시켰다. 용매는 물보다 극성이 낮은 Isopropyl Alcohol을 21 ml를 시료에 추가하였고 Ultrasonic cleaner 로 3분 동안 1회 분산시킨 시료를 분석에 사용하였다.
5 g을 사용하였고 미립자들의 분산을 돕기 위하여 IGEPAL(CA-360) 비극성 계면활성제 1%를 3 ml 정도 사용하여 미리 시료를 분산시키고 Ultrasonic cleaner(MUJIGAE, SD-D300H)를 사용하여 3분 동안 1회 분산시켰다. 용매는 물보다 극성이 낮은 Isopropyl Alcohol을 21 ml를 시료에 추가하였고 Ultrasonic cleaner 로 3분 동안 1회 분산시킨 시료를 분석에 사용하였다.
입도 분석의 결과를 100% 누적분포도로 나타내었고, 입자 크기는 Friedman and Sanders의 기준에 의거하여 크기별로 분류하여 각각의 시료가 어떤 크기의 입자로 분포 되어 있는지 확인하였다.
대상 데이터
본 연구에 사용된 시료는 한국, 일본, 중국에서 시판되고 있는 청색계열 안료로, 주성분과 구성광물 분석 결과 Azurite [Cu3(CO3)2(OH)2]로 확인된 안료 57종을 선정하였다(Table 1). 청색 안료의 입도 단계는 제조사에 따라 최소 3개에서 최대 12개로 나누어져 있으며 안료가 굵고 입자의 크기가 큰 것은 안료 번호가 작고, 작은 입자의 크기를 가질수록 번호가 커지며 가장 미세한 입자는 白이라는 한자로 표기된다.
회화 및 문화재 수리 복원 등의 목적과 용도에 맞게 천연 안료를 사용하기 위해서는 색상, 은폐력, 흡유량, 작업성 등 안료의 중요 물성에 영향을 미치는 입자 크기에 대한 보다 정확한 이해가 필요하다. 이를 위하여 본 연구에서는 국 ․ 내외에서 시판되고 있는 남동광석을 원료로 제조된 57종의 안료를 대상으로 입도분포 특징을 분석해 보았으며 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
데이터처리
측정된 산란 데이터에 시료나 용매의 광학적 특성을 대입하여 계산된 산란 데이터 간의 일치도를 나타내는 분석 잔차(Residual)의 값이 낮으며 전체입도분포에서 10%, 50%(중위수), 90%에 해당되는 입자 크기의 CV (Coefficient of variation)값을(ISO 13320-1에 의거하여) 비교하고, 입도 평균과 분포도를 구하였다. 입도 평균은 D[4,3]값으로 아래와 같이 De Brouckere를 이용한 평균 직경을 사용하였다(Malvern, 2015).
레이저 회절(Laser Diffrection Scaterring)법을 이용한 입도 분석은 레이저 광선이 분산된 미립자 시료를 통과하면서 일어나는 회절 이외의 투과와 같은 빛과 물질간의 복잡한 상호작용을 고려하기 때문에 변수의 요인인 흡수율과 굴절율(Malvern, 2007)을 적용하였다. 측정된 산란 데이터에 시료나 용매의 광학적 특성을 대입하여 계산된 산란 데이터 간의 일치도를 나타내는 분석 잔차(Residual)의 값이 낮으며 전체입도분포에서 10%, 50%(중위수), 90%에 해당되는 입자 크기의 CV (Coefficient of variation)값을(ISO 13320-1에 의거하여) 비교하고, 입도 평균과 분포도를 구하였다. 입도 평균은 D[4,3]값으로 아래와 같이 De Brouckere를 이용한 평균 직경을 사용하였다(Malvern, 2015).
이론/모형
레이저 회절(Laser Diffrection Scaterring)법을 이용한 입도 분석은 레이저 광선이 분산된 미립자 시료를 통과하면서 일어나는 회절 이외의 투과와 같은 빛과 물질간의 복잡한 상호작용을 고려하기 때문에 변수의 요인인 흡수율과 굴절율(Malvern, 2007)을 적용하였다. 측정된 산란 데이터에 시료나 용매의 광학적 특성을 대입하여 계산된 산란 데이터 간의 일치도를 나타내는 분석 잔차(Residual)의 값이 낮으며 전체입도분포에서 10%, 50%(중위수), 90%에 해당되는 입자 크기의 CV (Coefficient of variation)값을(ISO 13320-1에 의거하여) 비교하고, 입도 평균과 분포도를 구하였다.
본 연구는 문화재청 국립문화재연구소 문화유산융복합 연구(R&D)사업의 일환으로 이루어졌다.
대상안료의 전처리의 유무를 평가하기 위하여 수용성물질이나 휘발물질, 유기색소 유무를 확인하는 실험을 거쳤다. 수용성물질의 함량을 확인하기 위하여 KS M ISO 787-3에 의거하여 열수추출 방식으로 평가하였으며 시료에서 추출되는 수용성 물질은 없었다. 휘발 물질 함량은 KS M ISO 787-2에 의거 하여 실시하였으며 측정한 결과 휘발 물질이 0~1.
또한 전통안료와 같이 입자형태가 일정하지 않은 시료의 입도분석에는 보다 분석 결과의 정확성을 높일 수 있는 분석법이 요구된다. 이러한 문제를 보완하기 위하여 본 연구에서는 레이저 회절(Laser Diffraction Scatering)법을 이용한 입도분석법(PSA, particle size analysis)을 안료의 입도분석에 적용하였다. 이는 계면활성제와 일정 용매에 분산시킨 현탁액 시료에 레이저광선이 통과하여 산란되는 빛의 세기를 측정하여 입자 크기를 구하는 방식으로, 입자가 통과할 때 일어나는 회절 이외의 투과현상도 고려하여 굴절율과 흡수율을 대입함으로 입도 분석의 정확성을 높일 수 있다.
수용성물질의 함량을 확인하기 위하여 KS M ISO 787-3에 의거하여 열수추출 방식으로 평가하였으며 시료에서 추출되는 수용성 물질은 없었다. 휘발 물질 함량은 KS M ISO 787-2에 의거 하여 실시하였으며 측정한 결과 휘발 물질이 0~1.2% 사이로 미비한 수준이었다. KS M ISO 1248을 통해 증류수, 에탄올, NaOH, Chloroform을 사용하여 용매의 색변화의 유무에 따라 유기색소 존재를 확인하였으나 모든 시료가 용매의 색변화를 가져오지 않으므로 유기색소는 포함하고 있지 않다고 판단된다.
성능/효과
1. 국내 청색계열 시판안료의 평균입도는 최대 138.3 μm 에서 최소 12.6 μm로 단계에 따라 순차적으로 입자크기가 구분되어 있다.
2. 국외 청색계열 시판안료도 국내와 마찬가지로 C사와 E사를 제외한 안료들이 단계에 따라 순차적으로 입도가 구분되어 있었으나 평균입도나 분포도의 경우는 회사별로 상이한 결과를 타나내었다. B사는 122.
3. 국내 · 외 시판안료들은 공통적으로 평균 입자크기가 작아질수록 입도 분포 범위가 넓어지는 경향을 나타내는데 이는 미세한 입자일수록 입도를 분리하는 수비과정에서 일정 크기의 안료 분리가 어렵고 회사별 분급 공정의 차이에 따른 것이라 판단된다.
4. Grain size 분류를 통하여, 안료의 단계가 낮아질수록 모래영역에 해당되며 단계가 높아질수록 실트영역이 증가 하였다. A-14는 예외적으로 자갈(Gravel)영역이 2.
청색계열 시판안료의 평균 입도는 C사와 E사를 제외하고, 입도 단계에 따라 반비례하는 양상을 보이며 단계에 따른 구분이 명확한 경향을 나타내었다. Table 3, Figure 1에서 보이는 바와 같이 A사는 최대 평균 입도가 138 μm이며 최소가 12.
후속연구
본 연구에서는 남동광을 원료로 하는 시판안료의 입도 분포 특징을 확인함으로 천연안료의 사용에 있어서 적정한 입자 크기를 선별할 수 있는 기초자료를 제시하는데 의의를 두고 있다. 향후 추가연구로서 남동광 천연광물안료에 함유된 불순물, 남동광의 함량 등을 분석하여 입도분포 특징과 함께 발색에 미치는 영향을 분석하여 문화재 보존 처리 현장에 적용 가능한 결과를 제시하도록 하겠다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
안료는 어떻게 구분되는가?
안료는 무기안료, 유기안료, 레이크(Lake)안료 등으로 구분되며 고대로부터 회화, 건축물, 공예품, 장신구 등에 다양한 형태로 사용되었다. 그 중 무기안료는 일반적으로 유기안료에 비해 구조적으로 안정하며 색상이 비교적 변하지 않는 것이 특징이며 천연으로 얻는 암석 광물이나 토양을 분쇄하여 만든 안료와 인공 황화수은처럼 주사와 같은 색을 내지만 인공 합성되어 가공되어지는 합성안료로 나누어진다.
광물성 안료의 전통적인 제조방법은 무엇인가?
광물성 안료는 광물이 갖는 투명도, 조흔색, 광택과 같은 특징을 조절하여 다양한 용도와 목적에 맞는 안료로 사용 가능하다. 전통적인 제조방법으로는 막자사발에 잘게 쪼갠 암석을 넣고 막자를 활용하여 곱게 분쇄한 후 수비하여 고운입자를 얻어 내는 방법과 또는 안료에 열을 가하여 색을 변화시키는 방법이 있지만, 전자의 방법이 대표적이다. 안료는 열을 가하지 않고도 입자의 크기에 따라 발색이 달라지며 입자가 굵을수록 빛이 입자 내를 통과 하는 거리가 길게 되기 때문에 흡수되는 빛의 양이 많아지며, 입자를 통과해 투과되는 빛이 적어 그에 따라 발색도 어둡게 된다(Lee, 2010).
무기안료의 특징은 무엇인가?
안료는 무기안료, 유기안료, 레이크(Lake)안료 등으로 구분되며 고대로부터 회화, 건축물, 공예품, 장신구 등에 다양한 형태로 사용되었다. 그 중 무기안료는 일반적으로 유기안료에 비해 구조적으로 안정하며 색상이 비교적 변하지 않는 것이 특징이며 천연으로 얻는 암석 광물이나 토양을 분쇄하여 만든 안료와 인공 황화수은처럼 주사와 같은 색을 내지만 인공 합성되어 가공되어지는 합성안료로 나누어진다. 자연에서 얻어지는 광물성안료와 토양을 분쇄하여 만든 안료로 대표적인 석록(石綠), 석청(石淸), 진사(辰砂), 대자(代赭), 석황(石黃), 백토, 황토 등이 있다 (Lim, 2015).
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