본 연구는 토벽화 채색층 고착제로서의 도박풀 적용 가능성을 파악하기 위하여, 내후성 실험에 따른 표면변화를 평가하였다. 내후성 실험에 대한 평가는 색차계(CR-400, MINOLTA)를 사용하였으며, 열화로 인한 변화가 특징적으로 나타난 주사 3% 조건은 반사투과장치(CARY-5000, AGILENT)를 사용하여 추가적인 평가를 실시하였다. 자외선 열화 실험 후, 대부분의 도박풀 도포 시료가 아교풀 도포 시료에 비해 색변화가 적었으며, 흡습 건조 열화시험 결과에서는 도박풀이 0.5%와 3% 조건에서 아교에 비해 색변화가 낮게 나타나는 것을 확인하였다. 또한 열화 실험 후 반사 흡수도 측정결과, 아교에 비해 도박풀의 열화 후 반사 흡수도 변화정도가 낮은 것으로 나타났다. 따라서 도박풀을 토벽화 고착제로 사용할 경우 열화에 따른 변색은 비교적 안정적일 것으로 판단된다.
본 연구는 토벽화 채색층 고착제로서의 도박풀 적용 가능성을 파악하기 위하여, 내후성 실험에 따른 표면변화를 평가하였다. 내후성 실험에 대한 평가는 색차계(CR-400, MINOLTA)를 사용하였으며, 열화로 인한 변화가 특징적으로 나타난 주사 3% 조건은 반사투과장치(CARY-5000, AGILENT)를 사용하여 추가적인 평가를 실시하였다. 자외선 열화 실험 후, 대부분의 도박풀 도포 시료가 아교풀 도포 시료에 비해 색변화가 적었으며, 흡습 건조 열화시험 결과에서는 도박풀이 0.5%와 3% 조건에서 아교에 비해 색변화가 낮게 나타나는 것을 확인하였다. 또한 열화 실험 후 반사 흡수도 측정결과, 아교에 비해 도박풀의 열화 후 반사 흡수도 변화정도가 낮은 것으로 나타났다. 따라서 도박풀을 토벽화 고착제로 사용할 경우 열화에 따른 변색은 비교적 안정적일 것으로 판단된다.
This report compared and analyzed the degree of surface change and results of a deterioration experiment to assess the possibility of using Dobak glue as an adhesive in the fossilizing treatment of the paint layer in earthen mural paintings. The weathering experiments were performed with a color-dif...
This report compared and analyzed the degree of surface change and results of a deterioration experiment to assess the possibility of using Dobak glue as an adhesive in the fossilizing treatment of the paint layer in earthen mural paintings. The weathering experiments were performed with a color-difference meter (CR-400, MINOLTA). After the experiment, Cinnabar 3% specimens, which exhibited diverse changes in the durability test, were additionally tested with a reflection-transmission device (CARY-5000, AGILENT). Post UV degradation, most of the Dobak-glue samples exhibited lesser color change than animal-glue samples, and after moisture absorption and drying, the 0.5% and 3% Dobak samples displayed a lower degree of change in the value of color difference. Furthermore, results of the reflection-transmission test after deterioration indicated that Dobak glue presented a lesser color change than animal glue. Therefore, if Dobak glue is used as a consolidating agent, discoloration on account of degradation is minimal.
This report compared and analyzed the degree of surface change and results of a deterioration experiment to assess the possibility of using Dobak glue as an adhesive in the fossilizing treatment of the paint layer in earthen mural paintings. The weathering experiments were performed with a color-difference meter (CR-400, MINOLTA). After the experiment, Cinnabar 3% specimens, which exhibited diverse changes in the durability test, were additionally tested with a reflection-transmission device (CARY-5000, AGILENT). Post UV degradation, most of the Dobak-glue samples exhibited lesser color change than animal-glue samples, and after moisture absorption and drying, the 0.5% and 3% Dobak samples displayed a lower degree of change in the value of color difference. Furthermore, results of the reflection-transmission test after deterioration indicated that Dobak glue presented a lesser color change than animal glue. Therefore, if Dobak glue is used as a consolidating agent, discoloration on account of degradation is minimal.
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문제 정의
따라서 본 논문에서는 토벽화 채색층의 고착처리제로서 도박풀의 적용 가능성을 검증하기 위해 토벽화 의사시료에 대한 열화실험을 실시하고 변색 양상을 평가하였다.
제안 방법
UV 램프에서 바닥까지의 거리는 300 mm이며, 300 mm 거리에서 일주일(168 hr)의 4배수인 총 4주(672 hr)를 노출시킨 후, 색도계를 이용하여 노출 전 · 과정 중 · 후의 색변화를 관찰하였다.
고착제는 도박풀(국내산, 기장읍, 채취 및 건조)와 소아교(일본산, 봉황社, 막대아교)를 사용하였으며, 농도는 0.5%,1%, 3%의 세 가지 조건으로 구분하였다.
고착처리 재료로서의 적용성 평가를 위해서는 고착제가 지닌 접착력, 침투력, 내광성, 가역성 등 여러 항목에 대한 종합적인 검증이 이루어져야 하지만, 본 실험에서는 기존 연구에서 검증되었던 도박풀의 장점들을 근거로 하여 열화에 따르는 변색 양상을 중심으로 평가를 실시하였다.
내후성 실험이 완료된 시료 중에서 특히 변화가 많이 일어난 것을 선정하여 반사·투과 측정 장비(cary 5000·UV-VisNIR, Agilent Technologies, USA)를 사용하여 반사 · 흡수도를 측정하였다.
또한 대조군으로 고착제 미도포 시료를 포함시켰다(Table 1).
사용된 채색 안료는 추가적으로 SEM-EDX 분석을 실시하여 화학성분을 분석하였다.
사찰벽화 채색층 고착처리에 현재 적용되고 있는 아교 이외에 도박풀의 적용이 가능한지를 평가하기 위해 의사 시료에 대한 내후성 실험 전·후의 색차를 조사하고 반사·흡수도 분석을 실시하였다.
색도 측정에 사용된 장비는 색차계(CR-400, Minolta, Japan)로 총 3회 측정하여 평균값을 내어 표로 정리하였다.
시료는 3배수로 제작하고 동일한 내후성 실험 조건으로 실험 후, 측정값을 평균을 내어 정리하였다.
열화실험을 위해 의사시료을 제작하였으며, 시료는 사찰벽화 분석관련 연구결과(Institute of Conservation of Paintings in Konkuk University, 2006)를 참고하여 토벽체 마감층 시료를 제작하였다.
열화실험을 통해 고착처리 된 의사시료에서 나타나는 물리·화학적 변화 정도를 평가한 후 색차 값과 반사·흡수도 분석을 통해 데이터를 정량화 하였고, 조건별로 변색된 정도를 비교 · 분석 및 고찰하였다.
의사시료 채색층 표면에 대한 고착제 도포는 에어브러시(Rich pen 113C, 팁 0.3 mm, 용량 7 cc)와 콤프레셔(BittleBug BBT-001)를 이용하여 균일하게 도포하였으며, 1회당 1.3 ml를 저압(1BAR)상태, 25 cm 거리에서 분사하였다.
자외선 열화 및 흡습·건조 시험 전·후의 표면 상태를 현미경(SV-55, SOMETECH, Korea)을 사용하여 관찰하였으며, 비접촉식 조건의 300배율로 관찰하였다.
자외선 열화 실험 및 흡습·건조시험 전 · 후 색도를 측정하고, 수치를 각 시료별 명도 지수 L*, 지각색도지수 a*(Red-Green), b*(Yellow-Blue)와 열화 전후 색상차이를 Δ E*ab값으로 계산하여 정리하였다.
채색은 시료 표면에 2 mm 너비의 마스킹테이프를 붙여 네 구획으로 분할한 후, 매제를 사용하지 않고 안료와 증류수만을 혼합하여 도포하였다.
채색층 도포는 1시간 간격으로 총 3회 실시하였다.
흡습 및 건조 시험은 항온· 항습기(DHWTHE0800, Daihansci, Korea)를 사용하여 습식과 건식 조건을 반복하는 방법으로, 습식조건은 온도 50℃·RH 100%·10 hr, 건식조건은 60℃·RH 20%·10 hr으로 14cycle(336시간)을 반복하였다(Table 2).
마감층 의사시료 제작에 사용된 황토는 수비 후 자갈 크기 이상을 제거하여 사용하였으며, 황토와 모래를 2:1 비율로 혼합하였다.
사용된 채색 안료의 미세조직 관찰과 화학성분 분석은 주사전자현미경과 에너지분산형 X-선 분광분석장치(SEMEDS, EM-30AX, Coxem, Korea)를 이용하였다.
시료 선정은 주사색상 아교·도박풀 3%로 하였고, 5 cm지름의 페트리디쉬에 앞서 제작했던 토벽체 시료와 동일한 조건으로 하였다.
실험은 도박풀을 끓여 풀 형태의 고착처리제로 가공하였으며, 열화에 따른 변화 양상을 비교 · 파악하기 위해 최근 사찰벽화 고착처리에 사용되고 있는 아교풀을 함께 사용하였다.
자외선 실험은 KS M ISO 11507(페인트와 바니시-도료의 촉진 내후성 시험-날씨와 UV의 형광성 노출)을 기반으로 제작된 자외선 시험기를 사용하였다.
채색 안료 선정은 우리나라에서 전통적으로 사용된 안료를 대상으로 백토(白土, Kailart, Korea), 뇌록(磊綠, Kailart,Korea), 주사(朱砂, Kailart, Korea), 석청(石淸, Kuembyeokjea,China)을 선정하였다.
이론/모형
색차는 국가표준 KS A0063 색차표시방법에 의거하여, 색채 표준 중 대표적인 혼색계 체계인 CIE의 L*a*b*체계(CIELAB, 1976)로 작성한다.
성능/효과
1% 5.15, 3% 2.78으로 0.5%와 1%에서 눈에 띌 만한 색변이 나타났으며 3%에서 감지할 정도의 색변이 나타났다.
1. 자외선 열화 실험 결과 도박풀 도포 시료에서 석청 1%와 주사 3%를 제외한 대부분의 조건이 아교 도포 시료에 비해 색변화가 적게 나타났으며, 특히 도박풀 0.5% 조건에서 색변화가 안정적인 것으로 확인되었다.
2. 흡습 · 건조시험 결과에서는 주사 색상을 제외한 0.5%와 3% 농도의 도박풀 도포 시료에서 아교 시료에 비하여 색변화가 적게 나타났으며, 아교 1% 등 일부 조건에서 아교가 도박풀에 비해 색변화가 유사하거나 낮게 나타났다.
3% 농도에서는 도박풀 도포 뇌록색상에서 흡습건조 후 대조군의 색변화보다 높게 변화가 일어났으나, 모든 색상에서 대조군의 색변화보다 낮게 나타났으며 특히 아교도포군의 색변화보다 전체적으로 낮게 나타난 것을 확인할 수 있었다.
3. 반사 · 흡수도 측정 결과, 도박풀을 도포한 시료에 비하여 아교를 도포한 시료가 반사율 저하 및 흡수율 증가 현상이 상대적으로 크게 나타났다.
4. 전반적으로 고착제를 도포한 시료가 고착제를 도포하지 않은 시료에 비해 색차가 적은 것으로 나타났으며, 도박풀의 변색으로 인한 색차 값 차이는 아교 변색으로 인한 색차 값 차이에 비해 낮았다.
5. 도박풀의 경우 세 가지 농도 조건 중 1%의 조건에서 색차 값이 크게 나타나 토벽화 채색층 고착처리에는 적합하지 않는 것으로 판단된다.
6. 열화실험에 따른 안료별 변색 경향은 주사에서 색차값이 가장 컸으며, 그 다음으로 석청, 백토, 뇌록 순으로 나타났다.
고착제 미 도포 시료에서는 2.51로 눈에 띌 만한 색변화가 나타났으며, 고착제 도포 시료보다 색변화가 크게 나타났다.
농도별로 흡습·건조 실험 후의 색차변화를 살펴보면, 0.5%에서 주사 색상을 제외하고 도박풀 도포 시료가 아교 도포 시료에 비해 낮은 색변화를 나타내는 것이 보이며, 뇌록색상의 경우 도박풀 도포 시료의 색변이 미미하게 더 높지만 둘 간의 차이는 0.7로 큰 변화를 나타내지 않는다.
뇌록 안료에 대한 화학성분 분석 결과, 산소(O), 실리카(Si), 철(Fe), 포타슘(K), 마그네슘(Mg) 등이 검출된 것으로 미루어 전통적으로 뇌록색 안료 제작에 사용된 셀라도나이트(celadonite, K2(Mg2, Fe3+2)(Si8,Al) O20(OH)4에 속하는 재질로 판단된다.
도박 3%도포 주사시편에서는 고착제가 열화 되어 많이 남아있지 않은 현상을 보였고, 아교 3% 도포 주사시편에서는 표면의 얼룩과 균열이 두드러지게 관찰되었다.
따라서 도박풀이 아교에 비해 열화로 인한 변색으로부터 안정적인 것으로 판단되며, 일부 아교의 색변이 적은 조건은 대부분 도박풀의 낮은 색차 값 최대 수치에 비해 매우 적은 것으로 확인되었다.
따라서 본 실험에서의 세 가지 조건에서는 0.5%의 도박풀이 고착제로서 양호한 조건을 갖는 것으로 확인되었다.
반사·흡수도 실험 결과에서, 시료에서 짧은 파장(380 nm)부터 긴 파장(780 nm)으로 갈수록 반사율은 낮아지고 흡수율이 높아지는 것으로 측정되었으며, 특히 약 600 nm부터 780 nm까지의 적색 영역에서 크게 관찰되었다.
반사율 저하 및 흡수율 증가는 재질의 열화와 관계되므로, 도박풀 시료에 비해 아교 시료에서의 열화가 상대적으로 더 진행된 것을 확인할 수 있다.
본 반사 · 흡수도 실험에서는 시료 조건에 따른 가시광선 반사 및 흡수 정도를 면밀하게 구분하기에는 한계가 있었으나, 색차 값 결과와 비교분석을 통해 매제의 열화현상이 반사·흡수도 변화에 어떻게 기여하는지 보다 객관적으로 파악할 수 있었다.
석청 색상의 아교 0.5%에서는 4.07, 1%에서 2.50, 3%에서 3.96으로, 0.5%와 3%에서 감지할 정도, 1%에서 눈에 띌 만한 변화가 나타났으며, 도박풀 도포 시료에서는 0.5%에서 3.42, 1%에서 6.07, 3%에서 3.64로 1%에서 많은 변화가, 나머지 0.5%와 3%에서는 감지할 정도의 변화가 나타났다.
석청 안료에 대한 화학성분 분석 결과, 산소(O), 구리(Cu), 실리카(Si) 등이 검출되었고 구리의 함량이 높은 것으로 미루어 구리의 염기성 탄산염 광물인 중 남동광 즉, 아주라이트(azurite,2CuCO3ㆍCu(OH)2 계통의 재질로 판단된다.
실험 결과, 대부분의 0.5%와 1%대의 시료에서는 색상이나 표면 상태에서 큰 변화가 없는 것으로 확인되었다.
연구결과 도박풀이 갖는 내후성의 장점을 확인할 수 있었으며, 이를 통해 토벽화 채색층 고착제로서 도박풀의 적용 가능성이 있는 것으로 판단된다.
열화 실험 후, 가시광선 영역대의 약 600 nm부터 780 nm 부분에서 매제의 열화로 인해 황변도가 증가하면서 색상이 어두워져 반사도가 감소하고 흡수도가 증가하였다.
자외선 열화 실험 완료 시점에서, 도박풀의 경우 백토 1%, 뇌록 0.5% 및 1%, 석청 1%, 주사 3% 농도를 제외한 대부분에서 시편에서 아교 도포 시료보다 색변화가 적은 것을 확인할 수 있었다(Figure 3~5).
자외선 조사 실험 동안에는 표면의 황변이 두드러지게 나타났으나, 흡습·건조시험 완료 후 전반적으로 채색층 표면에서 작은 균열이 다수 관찰되었으며, 채도 저하와 함께 황변이 관찰되었다.
전반적으로 고착제 도포 시료의 결과 값을 보면, 고착제 미 도포 시료의 색차값 상승 추세를 유사하게 따라가는 것을 확인할 수 있다.
주사 안료에 대한 화학성분 분석 결과, 황(S), 수은(Hg), 산소(O), 철(Fe) 등이 검출되었고 수은과 황의 함량이 높은 것으로 미루어 황화수은(HgS)을 주성분으로 하는 진사(cinnabar)또는 은주(vermilion) 등의 재질로 판단된다.
흡습 · 건조 시험 후 나타난 색차 값의 변화에서, 백토는 아교 0.5%에서 4.32, 1%에서 1.73, 3%에서 3.34로, 1%에서는 눈에 띌 만한, 0.5%와 3%에서 감지할 정도의 변화가 나타났다.
후속연구
또한 도박풀을 실제 고착제로 사용하기 위해서는 접착력과 관계된 점도, 침투력 등에 대한 검증이 추가적으로 이루어져 할 것으로 보인다.
이번 연구를 통해 천연재료로서 보다 안정적인 사찰벽화 고착제 연구를 위한 기초자료가 마련되기를 기대한다.
이와 같은 결과에 대해서는 안료별 변색 경향에 관한 보다 면밀한 조사와 함께 안료와 매제 간 변색의 상관관계 등 추가적인 연구가 이루어져야 할 것으로 보인다.
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