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문제 정의
- 패각 분말의 입자분포에 따른 채색도막의 내구성은 바탕재에 대한 도막의 밀착성과 도막의 표면경도로 평가하였다. 도막의 밀착성은 바탕층과 채색층 사이의 밀착정도로 판상박락에 대한 저항능력을 평가하기 위하여 수행하였으며, 표면경도는 도막 표면에서의 안료의 분상박락에 대한 저항성을 평가하기 위하여 수행하였다.
- 전색제와의 배합비율은 단청 전문가가 전색제를 조금씩 첨가해가면서 채색할 때의 붓의 흐름성과 표면 도포력 등을 고려하여 각 분말별로 가장 적절한 배합비율을 찾아내는 방법으로 선정하였다. 또한 각 분말별로 선정된 전색제의 배합량과 흡유량과의 상대적 비율을 확인함으로써 감각에 의한 방법으로 선정된 비율이 시험 대상 분말들의 특성을 상대적으로 평가하는데 충분한 객관성을 가지는지 확인하고자 하였다. 전색제는 12.
- 따라서 안료의 특성에 따른 영향을 파악하기 위해서는 먼저 패각 분말과 전색제의 최적 배합비율이 산정되어야 한다. 본 연구에서는 전색제와의 배합비율을 결정하기 위하여 먼저 안료의 흡유량을 측정하고, 측정된 흡유량에 비례하여 전색제의 첨가량을 조절하면서 최적의 배합비율을 산정하고자 하였다.
- 본 연구에서는 호분의 기능성에 미치는 물리적 특성의 영향을 확인하기 위하여 입도 및 입자형태분포에 따른 채색의 작업성 및 채색도막의 내구성에 대하여 연구하였다. 이를 위하여 시판중인 국내외 호분들의 입도분포와 입자 형태를 확인하고, 이중 단청에 주로 이용되는 호분들의 입자특성을 대표할 수 있는 범위에서 입도와 입자형태 분포를 제어한 3종류의 굴 패각 분말을 제조하여, 입자분포 특성에 따른 작업성과 도막특성을 분석하였다.
- 본 연구에서는 호분의 기능성에 미치는 입자분포 특성의 영향을 확인하기 위하여 입자크기 및 입자형태 분포가 제어된 굴 패각 분말에 대한 채색 작업성과 도막 내구성을 평가하였다. 그 결과, 패각분말의 입도분포보다 입자형태가 이들 특성에 주된 영향 인자임을 확인하였으며, 특히 길쭉한 막대형입자의 분포비율이 채색의 작업성과 도막의내구성에 직접적으로 관계된다는 것을 확인하였다.
- 패각분말의 입자분포에 따른 작업성은 패각분말에 전색제(아교수)를 배합한 배합액을 목재시편 위에 도포할 때의 발림성과 채색도막의 균일성으로 평가하였다. 채색 시 발림성은 채색작업의 용이한 정도를 평가하기 위하여 수행하였으며, 도막의 균일성은 채색작업 시 바탕재 위에 도료가 얼마나 균일하게 도포되는가를 평가하기 위하여 수행하였다.
제안 방법
- 측정은 연필 6B→9H와 같이 연한 것에서부터 강한 것까지의 순서로 도막에 상처가 나타날 때까지 선을 그어가면서 도막상태를 관찰하는 방법으로, 상처가 나타날 때 그 연필의 경도를 도막의 경도라고 한다. 경도의 판단은 연필에 의해 형성된 도막표면의 손상 정도를 육안과 실체현미경을 이용하여 관찰하는 방법으로 수행하였다.
- 이때 입도분포는 분쇄조건을 달리하여 조절하였다. 다음으로 패각 분말의 입자형태에 따른 영향을 연구하기 위하여 입자의 크기는 C 와 유사하나 형태분포에서 차이를 가지는 B를 제조하였다. 굴 패각의 조직은 크게 각주층과 진주층으로 구성되는데, 각주층은 얇은 판으로 이루어진 성긴 벌집모양의 구조를 가지며 진주층은 벽돌이 차곡차곡 쌓여있는 것과 같은 치밀한 구조를 가지고 있어 두 층간에 구조적 차이가 있다 (Lee, 2010a).
- 도막의 균일성 평가는 채색 후 건조된 도막의 색도를 측정하는 방법으로 수행하였다. 도막 균일성은 시편 표면에서의 부위별 색도(CIE L*a*b*)편차의 크고 작음으로 측정하였으며, 이는 패각분말이 바탕재 위에 균일하게 도포되어 도막을 형성한다면 건조도막의 표면 색상분포도 균일할 것이라는 전제를 바탕으로 한 것이다. 채색시편은 ‘전색제 배합비 선정’ 부분에서 기술한 바와 같이 단청 전문가가 선정한 배합비율로 제조한 배합액을 아교포수한 목재 위에 채색하여 제작하였다.
- 도막의 균일성 평가는 채색 후 건조된 도막의 색도를 측정하는 방법으로 수행하였다. 도막 균일성은 시편 표면에서의 부위별 색도(CIE L*a*b*)편차의 크고 작음으로 측정하였으며, 이는 패각분말이 바탕재 위에 균일하게 도포되어 도막을 형성한다면 건조도막의 표면 색상분포도 균일할 것이라는 전제를 바탕으로 한 것이다.
- 도막의 표면경도는 연필 경도로 평가하였다. 측정은 한국산업표준규격(KS M ISO 15184)에 의거하여 간이 경도 테스터(Lab –Q D300)를 이용하여 측정하였으며, 시험하중 750g, 긁기 각도 45°로 하였고, 이 때 사용된 연필은 Mitsubishi 6B∼9H(KS G2602)이다.
- water, Run Time 30sec)를 이용하여 분석하였다. 레이저입도분석을 위한 시료는 분말 약 0.5g을 30ml 증류수에 넣어 24시간동안 150rpm으로 교반하여 분말 입자들이 응집되지 않고 충분히 분산되도록 하였다.
- 먼저 ‘도막 균일성 평가’ 부분에서 기술한 방법으로 제작한 시편에 대하여 3mm 간격으로 각각 6줄의 교차하는 스크래치를 낸 후, 이 부위에 점착테이프(700f/g)를 기포 없이 밀착시키고, 약 45° 각도로 테이프를 떼어낸 부분을 관찰하여 밀착성 등급을 판단하였다.
- 단청 채색의 작업성과 도막의 내구성에 미치는 호분의 입자분포 특성의 영향을 연구하기 위하여 굴 패각 분말 A, B, C 3종을 제조하였다(Figure 4). 먼저 패각분말의 입자 크기에 따른 영향을 연구하기 위하여 상대적으로 입도가 작은 A와 입도가 큰 C를 제조하였다. 이때 입도분포는 분쇄조건을 달리하여 조절하였다.
- 이러한 굴 패각 조직의 구조적 특성은 분쇄된 입자의 특성에도 영향을 미쳐 각주층은 주로 무정형의 입자들로 나타나며, 진주층은 길쭉한 막대형과 타원형의 입자들로 나타난다. 본 연구에서는 패각에서 진주층의 함량이 상대적으로 높은 부위를 선별하여 분쇄함으로써 상대적으로 길쭉한 막대형과 타원형 입자를 많이 함유하는 시료 B를 제조하였다.
- 색도의 측정에는 색차계(CR-400, MINOLTA, JAPAN, 광원 D65, 측정면적 Φ8mm)를 이용하였으며, 바탕목재의 표면 색상차이에 의한 영향을 최소화하고자 동일 조건으로 여러 개의 시편을 제작하고, 각 시편에 대하여도 3개 지점 이상을 측정하는 방법으로 수행하였다.
- 시판호분 및 패각 분말의 입자분포 분석을 위하여 입도 분석 및 입자형태 분포 분석을 수행하였다. 입자의 형태 및 형태별 분포는 주사전사현미경(SEM, JSM-6400, JEOL, Japan, Accelerating Voltage 20kV, Working Distance 20mm) 및 초고속카메라가 부착된 영상입도분석기(Dynamic Image analyzer combined with Laser diffraction, S3500 Wet & System, Microtrac, U.
- 먼저 ‘도막 균일성 평가’ 부분에서 기술한 방법으로 제작한 시편에 대하여 3mm 간격으로 각각 6줄의 교차하는 스크래치를 낸 후, 이 부위에 점착테이프(700f/g)를 기포 없이 밀착시키고, 약 45° 각도로 테이프를 떼어낸 부분을 관찰하여 밀착성 등급을 판단하였다. 시험은 동일시편에 대하여 2회씩 실시하였으며, 밀착성 등급의 판단은 동일 규격에 명시되어 있는 밀착성의 판정기준에 근거하였다(Table 1).
- 본 연구에서는 호분의 기능성에 미치는 물리적 특성의 영향을 확인하기 위하여 입도 및 입자형태분포에 따른 채색의 작업성 및 채색도막의 내구성에 대하여 연구하였다. 이를 위하여 시판중인 국내외 호분들의 입도분포와 입자 형태를 확인하고, 이중 단청에 주로 이용되는 호분들의 입자특성을 대표할 수 있는 범위에서 입도와 입자형태 분포를 제어한 3종류의 굴 패각 분말을 제조하여, 입자분포 특성에 따른 작업성과 도막특성을 분석하였다.
- 입자의 형태 및 형태별 분포는 주사전사현미경(SEM, JSM-6400, JEOL, Japan, Accelerating Voltage 20kV, Working Distance 20mm) 및 초고속카메라가 부착된 영상입도분석기(Dynamic Image analyzer combined with Laser diffraction, S3500 Wet & System, Microtrac, U.S)를 사용하여 분석하였으며, 입도분포는 레이저입도분석기(Mastersizer 2000, U.K, Fluid D.I. water, Run Time 30sec)를 이용하여 분석하였다.
- 전색제와의 배합비율은 단청 전문가가 전색제를 조금씩 첨가해가면서 채색할 때의 붓의 흐름성과 표면 도포력 등을 고려하여 각 분말별로 가장 적절한 배합비율을 찾아내는 방법으로 선정하였다. 또한 각 분말별로 선정된 전색제의 배합량과 흡유량과의 상대적 비율을 확인함으로써 감각에 의한 방법으로 선정된 비율이 시험 대상 분말들의 특성을 상대적으로 평가하는데 충분한 객관성을 가지는지 확인하고자 하였다.
- 패각 분말의 입자분포에 따른 채색도막의 내구성은 바탕재에 대한 도막의 밀착성과 도막의 표면경도로 평가하였다. 도막의 밀착성은 바탕층과 채색층 사이의 밀착정도로 판상박락에 대한 저항능력을 평가하기 위하여 수행하였으며, 표면경도는 도막 표면에서의 안료의 분상박락에 대한 저항성을 평가하기 위하여 수행하였다.
- 패각분말과 전색제가 배합된 배합액의 발림성은 일정한 표면조도(表面粗度, surface roughness)를 가지는 바탕재 위에 일정량의 배합액을 일정한 두께로 도포할 때, 도막이 끊기지 않는 시점까지의 길이로 평가하였다. 패각분말은 3g을 사용하였으며, 전색제의 배합비율은 각 분말에 대하여 단청 전문가가 선정한 아교수의 배합비율에 따랐다.
- 패각분말을 목재 시편위에 채색하기 전, 분말과 전색제 (아교)와의 적합한 배합비율을 선정하기 위해서 먼저 흡유량을 측정하였다. 그 결과, 3종의 호분의 흡유량은 입자의 형태 또는 크기에 따라 다르게 나타났으며, A는 68ml/100g, B는 40ml/100g, C는 41ml/100g 로 B ≃ C < A 순으로 흡유량이 높게 나타났다.
- 패각분말의 입자분포에 따른 작업성은 패각분말에 전색제(아교수)를 배합한 배합액을 목재시편 위에 도포할 때의 발림성과 채색도막의 균일성으로 평가하였다. 채색 시 발림성은 채색작업의 용이한 정도를 평가하기 위하여 수행하였으며, 도막의 균일성은 채색작업 시 바탕재 위에 도료가 얼마나 균일하게 도포되는가를 평가하기 위하여 수행하였다.
대상 데이터
- 단청 채색의 작업성과 도막의 내구성에 미치는 호분의 입자분포 특성의 영향을 연구하기 위하여 굴 패각 분말 A, B, C 3종을 제조하였다(Figure 4). 먼저 패각분말의 입자 크기에 따른 영향을 연구하기 위하여 상대적으로 입도가 작은 A와 입도가 큰 C를 제조하였다.
- 5%의 아교수(일본 나카 가와 알아교)를 사용하였으며, 채색의 바탕재로는 함수율 13% 이하의 목재(육송판목판재 : 가로 70mm, 세로 120mm, 두께 10mm)를 사용하였다. 또한 목재의 표면은 아교수 (12.5%)를 이용하여 2회 포수한 후 충분히 건조한 것을 사용하였다.
- 배합액을 일정한 두께로 펴 바르기 위한 도구로는 Baker applicator를 이용하였으며, 도막의 두께는 100μm로 하였다. 바탕재는 도막이 쉽게 눈에 띄도록 녹색의 색지(평량 80g/m2)를 사용하였다.
- 또한 각 분말별로 선정된 전색제의 배합량과 흡유량과의 상대적 비율을 확인함으로써 감각에 의한 방법으로 선정된 비율이 시험 대상 분말들의 특성을 상대적으로 평가하는데 충분한 객관성을 가지는지 확인하고자 하였다. 전색제는 12.5%의 아교수(일본 나카 가와 알아교)를 사용하였으며, 채색의 바탕재로는 함수율 13% 이하의 목재(육송판목판재 : 가로 70mm, 세로 120mm, 두께 10mm)를 사용하였다. 또한 목재의 표면은 아교수 (12.
- 채색시편은 ‘전색제 배합비 선정’ 부분에서 기술한 바와 같이 단청 전문가가 선정한 배합비율로 제조한 배합액을 아교포수한 목재 위에 채색하여 제작하였다.
- 패각분말과 전색제가 배합된 배합액의 발림성은 일정한 표면조도(表面粗度, surface roughness)를 가지는 바탕재 위에 일정량의 배합액을 일정한 두께로 도포할 때, 도막이 끊기지 않는 시점까지의 길이로 평가하였다. 패각분말은 3g을 사용하였으며, 전색제의 배합비율은 각 분말에 대하여 단청 전문가가 선정한 아교수의 배합비율에 따랐다. 배합액을 일정한 두께로 펴 바르기 위한 도구로는 Baker applicator를 이용하였으며, 도막의 두께는 100μm로 하였다.
이론/모형
- 밀착성 평가는 한국산업표준규격(KS M ISO 2409, 도료와 바니시-도료의 밀착성 시험방법)에 의거하여 수행하였다. 이 방법은 채색도막을 소지까지 관통하도록 서로 교차하는 격자무늬로 잘랐을 때 소지로부터 도막의 박리 저항성을 평가하는 시험법이다.
- 배합액을 일정한 두께로 펴 바르기 위한 도구로는 Baker applicator를 이용하였으며, 도막의 두께는 100μm로 하였다.
- 측정은 한국산업표준규격(KS M ISO 15184)에 의거하여 간이 경도 테스터(Lab –Q D300)를 이용하여 측정하였으며, 시험하중 750g, 긁기 각도 45°로 하였고, 이 때 사용된 연필은 Mitsubishi 6B∼9H(KS G2602)이다.
- 한국산업규격(KS M ISO 787-5)에 의하면, 안료 분말에 아미인유를 가하며 충분히 개어주어, 기름과 물질이 덩어리지도록 하여 반죽이 잘 이겨져 평판위에 바로 펼쳐질 때까지 첨가된 오일의 양으로 흡유량을 결정하며, 안료 100g 당 오일의 양을 ml 단위로 환산하여 산출한다. 패각분말 A, B, C 의 흡유량은 정제 아마인유를 사용하여 안료분말 10g에 대하여 한국산업규격(KS M ISO 787-5)의 방법에 따라 측정하였다.
성능/효과
- 패각 분말의 입자형태를 입도분석기에 부착된 Image Analyzer로 분석한 결과, 크게 구형(spherical shape), 타원형(elliptical shape), 길쭉한 막대형(longish shape), 형태가 일정하지 않은 부정형(irregular shape)으로 구분되었다 (Table 3). 각 형태별로 입도 범위에 따른 구성 비율을 살펴본 결과, 3종의 패각분말 모두에서 부정형의 입자분포 비율이 A는 72.85%, B는 58.05%, C는 51.19%로 가장 높은 비율을 차지하는 것으로 타나났으며, 막대형은 부정형 다음으로 분포비율이 높았으며, A는 16.20%, B는 28.2%, C 는 19.53%로 B에 가장 많이 포함되어져 있는 것으로 나타났다. 한편 구형과 타원형 입자는 C에 가장 많이 분포하는 것으로 나타났다(Figure 6).
- 그 결과, 3종의 호분의 흡유량은 입자의 형태 또는 크기에 따라 다르게 나타났으며, A는 68ml/100g, B는 40ml/100g, C는 41ml/100g 로 B ≃ C < A 순으로 흡유량이 높게 나타났다.
- 본 연구에서는 호분의 기능성에 미치는 입자분포 특성의 영향을 확인하기 위하여 입자크기 및 입자형태 분포가 제어된 굴 패각 분말에 대한 채색 작업성과 도막 내구성을 평가하였다. 그 결과, 패각분말의 입도분포보다 입자형태가 이들 특성에 주된 영향 인자임을 확인하였으며, 특히 길쭉한 막대형입자의 분포비율이 채색의 작업성과 도막의내구성에 직접적으로 관계된다는 것을 확인하였다. 도막의 내구성은 하지층, 전색제, 안료의 세 가지 요소의 특성과 밀접하게 관련되어 있으며, 불화 및 단청 등의 회화문화재 보존에 있어 매우 중요한 요소이다.
- 전문가에 의해 선정된 전색 제의 배합 비율은 A, B, C에 대하여 각각 218ml/100g, 136ml/100g, 140ml/100g이었다. 단청전문가의 감각에 의해 선정된 전색제의 배합량과 흡유량과의 비율을 확인한결과 A의 경우 흡유량의 3.2배, B와 C는 흡유량의 3.4배로나타나, 3종의 분말에 대하여 매우 유사한 범위를 가지는 것으로 확인되었다(Table 4). 이러한 결과는 단청전문가의 감각에 의한 방법으로 선정된 전색제의 배합비율이 시험 대상 분말들의 특성을 상대적으로 평가하는데 충분한 객관성을 가진다는 것을 보여준다.
- 색도의 측정에는 색차계(CR-400, MINOLTA, JAPAN, 광원 D65, 측정면적 Φ8mm)를 이용하였으며, 바탕목재의 표면 색상차이에 의한 영향을 최소화하고자 동일 조건으로 여러 개의 시편을 제작하고, 각 시편에 대하여도 3개 지점 이상을 측정하는 방법으로 수행하였다. 도막 표면의 균일성은 측정된 L*, a*, b*값의 표준편차의 합이 작을수록 우수한 것으로 평가하였다.
- 발림성의 크기는 B < C < A 의 순서로 나타나 미세한 입자의 분포가 높은 분말에서 발림성이 좋게 나타났다.
- 시판되는 호분의 입도를 측정한 결과 제품들이 가지는 입도 범위는 대략 0.3~800μm로, 이 중 작은 입도의 제품들은 대체로 0.3~150μm의 입도범위를 가지며, 일부 큰 입도의 제품은 0.3~1000μm의 입도범위를 가진다.
- 4배로나타나, 3종의 분말에 대하여 매우 유사한 범위를 가지는 것으로 확인되었다(Table 4). 이러한 결과는 단청전문가의 감각에 의한 방법으로 선정된 전색제의 배합비율이 시험 대상 분말들의 특성을 상대적으로 평가하는데 충분한 객관성을 가진다는 것을 보여준다.
- 이러한 결과로 볼 때 0.5~400μm의 입도범위를 가지는 패각분말의 경우 입자크기보다는 입자 형태 분포가 도막의 밀착성에 더 주된 영향을 미치는 것으로 판단된다.
- 호분의 원료로 사용되는 재료들은 일반적으로 굴 패각, 대합 패각, 돌가루(석회석)등이 있으나, 현재 시판되는 호분들의 경우에는 굴 패각이 가장 일반적으로 사용되는 것으로 알려져 있다. 이번 조사에서 사용된 시판 호분의 입자 형태는 굴패각과 가장 유사한 것으로 확인되었다(Figure 1). 시판 호분의 입자형태를 관찰한 결과 10μm이상의 입자들에서 인편상조직을 가지는 막대형, 모서리가 원만해진 타원형, 구형 그리고 납작한 판상형의 입자들이 관찰되 었다(Figure 2).
- 이상과 같이 제조된 3종의 패각분말에 대한 입도분석 결과, A는 대략 0.5~100㎛의 입도범위를 가지며, 10㎛미만의 미세한 입자의 비율이 훨씬 높고, B는 대략 1~300㎛ 의 입도범위를 가지며, 10㎛미만의 입자 비율이 10~100㎛ 의 입자 보다 약간 높으며, C는 B와 유사하게 대략 0.5~300㎛의 입도범위를 가지나, 10㎛미만의 입자비율이 10~100㎛의 입자 보다 약간 낮은 특성을 보였다. 전체적으로 구성입자의 입자크기분포는 대체로 A ≪ B < C 순으로 확인되었다(Figure 5).
- 이상의 결과에 따른 도막의 밀착성은 A < C < B 의 순서로 우수한 것으로 나타났다.
- 채색 도막의 균일성을 평가한 결과, L*, a*, b*값의 표준편차는 A는 2.3, B는 3.3, C는 2.6으로, 도막의 균일성은 B ≪ C < A 순으로 우수한 것으로 나타났다(Table 5).
- 패각 분말의 입자형태를 입도분석기에 부착된 Image Analyzer로 분석한 결과, 크게 구형(spherical shape), 타원형(elliptical shape), 길쭉한 막대형(longish shape), 형태가 일정하지 않은 부정형(irregular shape)으로 구분되었다 (Table 3). 각 형태별로 입도 범위에 따른 구성 비율을 살펴본 결과, 3종의 패각분말 모두에서 부정형의 입자분포 비율이 A는 72.
- 표면 경도를 측정한 결과, 바탕 목재표면은 6B보다 작은 것으로 측정되었으며, A는 1B, B는 3H, C는 2H로 인해 스크래치가 발생하기 시작하여, 도막표면 경도는 A < C < B 순으로 커지는 것으로 나타났다(Table 6).
- 호분의 기능성에 미치는 입자분포 특성의 영향을 확인 하기 위하여 입자크기 및 입자형태 분포가 제어된 굴 패각 분말의 채색 작업성과 도막 내구성을 평가한 결과, 채색의 작업성과 관계되는 발림성과 도막 균일성은 B < C < A 순으로 높고, 도막의 내구성과 관계되는 밀착성과 표면경도는 A < C < B 순으로 높게 나타났다.
후속연구
- 도막의 내구성은 하지층, 전색제, 안료의 세 가지 요소의 특성과 밀접하게 관련되어 있으며, 불화 및 단청 등의 회화문화재 보존에 있어 매우 중요한 요소이다. 이러한 관점에서 본 연구 결과는 단청 등 회화문화재 보존에 사용되는 호분에 대하여 내구성에 영향을 미치는 주요 인자를 파악함으로써, 단청문화재 보존 및 복원재료의 선정 및 품질기준 마련과 향후 이러한 특성이 제어된 전통재료생산에 중요한 기초자료가 될 수 있을 것으로 기대된다.
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