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문제 정의
- 19세기 말 개항 후 해외에서 들어온 플라스틱(셀룰로오스나이트레이트 등)과 같은 신소재가 갓끈을 비롯한 생활민속자료를 만드는데 사용되면서, 전통적으로 사용되어온 재료들을 대체하고 있었다. 본 연구는 19~20세기 생활민속자료에 사용된 플라스틱 중 셀룰로오스 나이트레이트의 조사를 통해 열화 상태를 파악하고, 열화에 의해 균열이 일어나 부서지고 있는 갓끈의 셀룰로오스 나이트레이트 장식에 대한 강화와 접착에 시험 평가를 통해 적절한 보존처리 조건을 찾고자 한다.
제안 방법
- 균열이 일어나 부서진 중앙 장식과 균열이 생긴 구슬은 Plextol D498 저농도 1%로 8회 도포하여 충분히 내부로 접착제를 침투시킨 후, 농도를 높여 3%를 1회 추가 도포하였다(Figure 13). 1회씩 도포할 때마다 저습도 데시케이터 내에서 접착제를 건조시켜 수분을 제거한 후 도포를 계속하였다. 표면 도포 후에는 중앙 장식이나 구슬은 과자처럼 부서지는 현상이 발생하지 않았으며, 표면에서도 접착제의 흔적이 남아있지 않고 완전히 스며들었다.
- 30℃로 유지된 항온수조에서 우베로드 점도계(Ubbelodde viscometer, Xylem, Germany)에 1%, 3%, 5%농도의 에멀젼 접착제를 주입하고 점도계의 모세관을 흘러통과하는 시간을 측정하여 상대점도(Relative viscosity, ηrel)를 측정하였다.
- 셀룰로오스 나이트레이트의 강화와 접착을 위한 접착제의 내구성을 평가하기 위해, 슬라이드 글라스에 평가 대상 접착제를 도포하여 건조시킨 접착제 필름에 대해 인공 태양광 가속 열화로 평가하였다. 가속 열화는 제논아크 램프를 장착한 제논 테스터(Q-SUN Xe-3, Q-Lab, USA)에서 블랙패널 온도 40℃, 챔버 내부 온도 30℃, 습도 50%에서 제논아크램프로 490시간을 조사하여 가속 열화시켰으며, 제논아크 램프의 340 nm에서의 강도는 0.5 W/m2이다.
- 균열이 일어나 부서지고 있는 셀룰로오스 나이트레이트 갓끈 장식의 보존처리를 위해, 셀룰로오스 나이트레이트의 유기용제에 대한 민감성 때문에 아크릴 에멀젼을 사용하여강화 및 접착을 하였다. 셀룰로오스 나이트레이트는 수분에 민감하지만 강화처리 즉시 건조를 시킴으로써 고습도 환경에서 발생하는 질산염 액상 방울이나 백색 고형 물질은 생성되지 않았고, 조각난 장식의 강화나 접착을 통해 더이상의 손상을 멈출 수 있었다.
- 접착이 끝난갓끈은(Figure 15)은 폼코어보드로 매트를 만들어 보관하였다(Figure 16). 그리고 나서 빛이나 산성 및 알칼리성 환경에서 자유로운 수장고에 보관을 하더라도 셀룰로오스 나이트레이트는 산소에 의한 산화와 습도에 의한 탈질(denitration)에 의해 열화가 진행될 수 있기 때문에, 금속용저습도 탈산소제(RP-A)와 함께 산소 불투과 필름(에스칼필름)으로 밀봉하였다. 열화가 진행되어 부서지고 있는 셀룰로오스 나이트레이트 장식과 구슬은 아크릴 에멀젼 저농도로 강화처리 후 고농도를 접착을 하여 더 이상의 균열에 의해 부서지는 현상을 막을 수 있었고 접착이 잘 유지되었다.
- 수장고에서 장기간 보관하였을때 빛, 산성 및 알칼리성 환경인자에 일어나는 열화를 차단할 수 있지만, 산소나 수분에 의한 열화는 계속 일어날 수 있다. 따라서 산소와 수분으로부터 차단할 수 있는 환경 구축을 위해, 저습도용 탈산소제와 함께 산소 불투과 필름으로 밀봉을 하여 보관함으로써 산소와 수분을 차단하였다. 향후 장기간 수장고 보관하는 동안 보존처리가 열화가 더이상 진행되는 것을 막을 수 있는지, 열화의 진행 여부의 지속적인 관찰을 통해 보존처리의 유효성을 계속 점검하는것이 필요하다.
- 강화처리 후셀룰로오스 나이트레이트 장식 표면에 접착제가 남아 있지않았고 상온보다 낮은 Tg에 따른 끈적임도 없었다. 보존처리 후 셀룰로오스 나이트레이트는 산소와 고습도에서 열화의 방지를 위해 금속용 저습도 탈산소제와 함께 산소 불투과 필름으로 밀봉하였다.
- 셀룰로오스 나이트레이트 강화를 위해 점도, 접착력, 인공 가속 열화에 의한 열화 특성으로부터 Dispersion K 52와Plextol D 498을 선정하여, 에멀젼 용액 1%, 3%, 5%를 셀룰로이드 단추 표면에 수 회 붓으로 도포하여 셀룰로오스나이트레이트 내로의 접착제의 침투를 평가하였고(Figure12) 결과는 Table 5와 같다. Plextol D 498 용액 1%, 3%,5%를 도포하였을 때, 1% 용액은 3회까지 중첩해서 도포를하더라도 셀룰로오스 나이트레이트 내로 완전히 스며들어 셀룰로오스 나이트레이트 표면에 접착제 흔적이 남아있지 않았다.
- 셀룰로오스 나이트레이트의 강화와 접착을 위한 접착제의 내구성을 평가하기 위해, 슬라이드 글라스에 평가 대상 접착제를 도포하여 건조시킨 접착제 필름에 대해 인공 태양광 가속 열화로 평가하였다. 가속 열화는 제논아크 램프를 장착한 제논 테스터(Q-SUN Xe-3, Q-Lab, USA)에서 블랙패널 온도 40℃, 챔버 내부 온도 30℃, 습도 50%에서 제논아크램프로 490시간을 조사하여 가속 열화시켰으며, 제논아크 램프의 340 nm에서의 강도는 0.
- 셀룰로이드 단추(1930~1940년대)에 에멀젼 접착제 1%,3%, 5%를 수 회 붓으로 도포하여, 침투성을 평가하였다.
- 에멀젼 접착제의 인공 태양광 가속 열화 전후 인장 응력과 변형률은 접착제 필름을 KS M ISO 527-3(플라스틱-인장시험-제3부: 필름 및 시트의 시험조건)에서 규정하는 1호형 시험편으로 제작하여, 인장시험기(AG-10kNI, SHIMADZU,Japan)로 파지 거리 100 mm, 크로스헤드 속도 200 mm/min의 조건으로 필름이 절단시 하중을 측정하여 얻었다.
- 19~20세기 생활민속자료의 장식에 사용된 셀룰로오스 나이트레이트는 열화에 의해 균열, 미세 균열, 부서짐, 표면 액상 방울 맺힘, 오염, 금속 부식이 나타나고 있다. 열화에 의해 균열이 일어나 부서지고 있는 셀룰로오스 나이트레이트 장식의 보존을 위해 접착제를 사용한 경화와 접착을 평가하였다.
- 부서지고 있는 셀룰로오스 나이트레이트의 강화처리를위해 셀룰로오스 나이트레이트 내로 접착제를 침투시키기 위해서는 점도가 낮아야 한다. 접착제의 성분에 따라 점도가 다르기 때문에 평가 대상 접착제의 농도별 점도를 측정하였다. 30℃로 유지된 항온수조에서 우베로드 점도계(Ubbelodde viscometer, Xylem, Germany)에 1%, 3%, 5%농도의 에멀젼 접착제를 주입하고 점도계의 모세관을 흘러통과하는 시간을 측정하여 상대점도(Relative viscosity, ηrel)를 측정하였다.
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4. 측색
측색계(CR-400, Minolta, Japan)를 이용하여 인공 태양광가속 열화 전후의 황변 분석을 통해 접착제 간의 내구성을 비교 평가하였다
. 각 접착제 필름 5점에 대해 태양광 강제열화 처리 전후 3지점의 CIE L*, a*, b* 및 CIE X, Y, Z을 측정한 후 다음의 식으로부터 황변지수를 계산하였다(Billmeyerand Saltzman, 1981).
대상 데이터
- 균열이 일어나 부서지고 있는 셀룰로오스 나이트레이트장식의 강화 및 접착을 위해, 셀룰로오스 나이트레이트는물에 녹지 않기 때문에 물에 분산시킨 에멀젼 접착제 중에서 약산성에서 약알칼리성 범위의 에멀젼 접착제를 선정하여 평가 대상으로 하였다. 그러나 산 또는 알칼리 환경에서의 열화를 방지하기 위해 산성이 강한 폴리비닐아세테이트계 에멀젼 접착제는 제외하였다(Down et al.
- 접착제는 셀룰로오스 나이트레이트의 용제에 의한 용해나 산성에 의한 열화를 피하기 위해, 용제형 아크릴 접착제와 폴리비닐아세테이트 에멀젼을 제외하고, 약산성~약알칼리성의 아크릴 에멀젼 4종(Dispersion K 52, Primal AC35, Primal WS 24, Plextol D 498)을 선정하여 평가하였다.
성능/효과
- 인공 태양광 가속 열화에 의해 Primal WS 24와Plextol D 498의 명도(L*) 저하가 다른 두 종의 필름보다 약간 크며, Primal WS 24에서만 b*가 증가하여 황변이 일어나고 있음을 보여준다. CIE X, Y, Z으로부터 계산한 황변지수로 인공 태양광 가속 열화에 따른 필름의 황변을 평가한 결과, Primal WS 24는 다른 아크릴계 접착제 필름에 비해 가속 열화에 따른 황변지수의 증가가 가장 뚜렷하여 가속 열화에 따른 분해가 심하게 일어나는 불안정성을 보여준다. Primal AC 35는 열화 전 접착제 자체가 황색지수가높아 보존처리 작업에 바람직하지 않으며, 가속 열화와 함께 황변지수가 크게 감소하여 접착제의 변화가 크게 일어나는 불안정한 접착제로 보인다.
- 인공 태양광 가속 열화 후 황변이 가장 심하게 일어난 Primal WS 24 필름은 분해가 심하게 일어나면서 필름이 부서져 인장성질을 측정할 수 없었다. PrimalAC 35와 Plextol D 498은 가속 열화 후 인장 응력과 탄성률은 증가하고 변형률은 감소하여 유연성이 감소하였다. Dispersion K5 2는 빛에 의한 분해가 심하게 일어나 인장응력이 70% 정도 감소하였으며 탄성률은 감소하고 변형률은 오히려 증가하여, 가속 열화에 의해 접착력이 매우 심하게 감소함을 보여주고 있다.
- 가속 열화 전·후 접착제 필름의 기계적 성질을 검토한결과, 인공 태양광 가속 열화 전에는 탄성률이 낮아 유연성을 가지며, 열화 후에도 접착력과 유연성 유지하고 있는 PlextolD 498과 Primal AC 35가 강화처리나 접착에 적합하다.
- 강화처리를 위한 저농도 아크릴 에멀젼의 점도는 주성분이 Butyl acrylate/Methyl methacrylate인 Plextol D 498이 가장 낮았으며, 인공 태양광 가속 열화 후 접착제 필름의황변은 Plextol D 498과 Dispersion K 52가 상대적으로 안정적이었다. 접착제 필름은 유리전이온도(Tg)가 상온보다 낮을수록(Dispersion K 52: 16℃, Primal AC 35: 25℃,Plextol D 498: 13℃) 인장응력과 탄성률은 감소하고 변형률은 증가하여 유연성이 높아지는 경향을 보였고, 인공 태양광 가속 열화 후에는 Plextol D 498과 Primal AC 35가 접착력과 유연성을 유지하고 있었다.
- 균열에 의해 부서진 갓끈의 중앙 장식에 대해 Plextol D498 에멀젼 저농도(1%, 3%) 수회 도포하여 강화처리한 후,고농도(20%)로 접착을 하였을 때, 균열에 의해 부서지는현상을 막을 수 있었고 접착이 잘 유지되었다. 강화처리 후셀룰로오스 나이트레이트 장식 표면에 접착제가 남아 있지않았고 상온보다 낮은 Tg에 따른 끈적임도 없었다.
- Dispersion K 52는 1%를 1회 도포하였을 때에는 완전히 스며들었지만, 2회 도포시에는 표면에 접착제흔적이 약간 보이며, 3회 도포시에는 거의 스며들지 않았다. 그리고 3%, 5% 농도가 높아질수록, 도포 횟수가 증가할수록 침투가 되지 않고 셀룰로오스 표면에 남아있었다. 이러한 결과는 전체적으로 Plextol D 498의 점도가Dispersion K 52 보다 낮은 결과와 일치한다.
- 접착제 필름은 유리전이온도(Tg)가 상온보다 낮을수록(Dispersion K 52: 16℃, Primal AC 35: 25℃,Plextol D 498: 13℃) 인장응력과 탄성률은 감소하고 변형률은 증가하여 유연성이 높아지는 경향을 보였고, 인공 태양광 가속 열화 후에는 Plextol D 498과 Primal AC 35가 접착력과 유연성을 유지하고 있었다. 그리고 아크릴 에멀젼의 셀룰로오스 나이트레이트로의 침투성은 저농도에서 점도가 가장 낮은 Plextol D 498이 가장 우수하였다. 이와 같은 평가로부터 셀룰로오스 나이트레이트 갓끈 중앙 장식의 보존처리용 강화제 및 접착제는 Plextol D 498이 적합하였다.
- 그리고 나서 빛이나 산성 및 알칼리성 환경에서 자유로운 수장고에 보관을 하더라도 셀룰로오스 나이트레이트는 산소에 의한 산화와 습도에 의한 탈질(denitration)에 의해 열화가 진행될 수 있기 때문에, 금속용저습도 탈산소제(RP-A)와 함께 산소 불투과 필름(에스칼필름)으로 밀봉하였다. 열화가 진행되어 부서지고 있는 셀룰로오스 나이트레이트 장식과 구슬은 아크릴 에멀젼 저농도로 강화처리 후 고농도를 접착을 하여 더 이상의 균열에 의해 부서지는 현상을 막을 수 있었고 접착이 잘 유지되었다.
- 투명한 아크릴계 접착제 필름이라도 성분의 차이에 따라 L*, a*, b*는 차이를 보여주고 있다. 인공 태양광 가속 열화에 의해 Primal WS 24와Plextol D 498의 명도(L*) 저하가 다른 두 종의 필름보다 약간 크며, Primal WS 24에서만 b*가 증가하여 황변이 일어나고 있음을 보여준다. CIE X, Y, Z으로부터 계산한 황변지수로 인공 태양광 가속 열화에 따른 필름의 황변을 평가한 결과, Primal WS 24는 다른 아크릴계 접착제 필름에 비해 가속 열화에 따른 황변지수의 증가가 가장 뚜렷하여 가속 열화에 따른 분해가 심하게 일어나는 불안정성을 보여준다.
- 강화처리를 위한 저농도 아크릴 에멀젼의 점도는 주성분이 Butyl acrylate/Methyl methacrylate인 Plextol D 498이 가장 낮았으며, 인공 태양광 가속 열화 후 접착제 필름의황변은 Plextol D 498과 Dispersion K 52가 상대적으로 안정적이었다. 접착제 필름은 유리전이온도(Tg)가 상온보다 낮을수록(Dispersion K 52: 16℃, Primal AC 35: 25℃,Plextol D 498: 13℃) 인장응력과 탄성률은 감소하고 변형률은 증가하여 유연성이 높아지는 경향을 보였고, 인공 태양광 가속 열화 후에는 Plextol D 498과 Primal AC 35가 접착력과 유연성을 유지하고 있었다. 그리고 아크릴 에멀젼의 셀룰로오스 나이트레이트로의 침투성은 저농도에서 점도가 가장 낮은 Plextol D 498이 가장 우수하였다.
- 황변은 접착제의 분해나 불안정성을 가리켜 문화재의 보존을 위해서는 가능한 황변이 적게 일어나는 접착제가 바람직하다. 평가 대상 접착제 중 Plextol D 498과 Dispersion K 52가 가속 열화에서 상대적으로 안정적이었다.
후속연구
- 따라서 산소와 수분으로부터 차단할 수 있는 환경 구축을 위해, 저습도용 탈산소제와 함께 산소 불투과 필름으로 밀봉을 하여 보관함으로써 산소와 수분을 차단하였다. 향후 장기간 수장고 보관하는 동안 보존처리가 열화가 더이상 진행되는 것을 막을 수 있는지, 열화의 진행 여부의 지속적인 관찰을 통해 보존처리의 유효성을 계속 점검하는것이 필요하다.
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