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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 채색층 박리부위의 고착보강을 위한 고착제로서 활용될 수 있는 재료의 비교 연구를 진행하였다.
- 본 연구는 판벽화의 채색층 박리부위 고착, 밀착보강을 위한 고착제별 비교 실험을 통해 우리나라의 벽화, 단청 보존처리에 사용되고 있는 고착제와 유사하거나 지지체의 특성에 맞는 증진된 물성을 가지며, 내후성에 따른 낮은 색도변화, 박리성과 같은 내구성을 갖는 고착제를 실제 보존처리 현장에서 적용할 수 있도록 하는데 목적이 있다. 채색층의 경우 손상 유형들 중 편상박리(片狀剝離) 부위를 우선순위에 두고 고착제별 내후성 실험과 점도 측정, pH측정을 통한 물성관찰과 현미경 관찰, 박리성 시험, 색차 비교를 통하여 아래와 같은 결과를 얻을 수 있었다.
- 채색층은 벽화보존처리에서 가장 우선시되는 부분이다(Han, 2002). 채색층의 고착처리가 이루어 질 때의 주변 환경과, 고착제에 따른 특성을 인지하고 분별하여 선택 사용할 수 있도록 결과 값을 제시하는데 목적이 있다. 내후성이 우수한 고착제를 사용하고자 하는 노력은 진행되어 왔으며 새로운 물질의 발견과 동시에 현재에 이르러도 꾸준히 개선해 가야할 과제이다.
제안 방법
- LV-03(63)(Spindle), 150RPM (speed), 1±18℃(Temperature), 5(End condition), 1minute (Multi point)의 조건으로 측정하였다.
- LV-03(63)(Spindle), 150RPM (speed), 1±18℃(Temperature), 5(End condition), 1minute (Multi point)의 조건으로 측정하였다. 고착제의 pH는 pH epoxy electrode(ST310, Ohaus, China)를 pH meter(ST3100, Ohaus, China)에 연결하여 고착제별로 3회 측정하였다. 평균 편차가 1.
- 본 연구에서는 천연 접착제 2종, 합성접착제 2종을 선정하고 농도를 세분화하여 판벽화 채색층의 고착제로 적용하였다. 고착제의 농도는 0.5%, 1.5%로 구분하여 비교하였다. 천연 고착제는 벽화보존처리에 사용되어 온 막대 소아교(봉황社, Japan), 우뭇가사리(완도, Korea)를 사용하였다.
- 바탕층의 포수는 막대아교(봉황社, Japan)를 24시간 상온의 증류수에 팽온시켜 물중탕법으로 평균 60℃에서 30분간 가열하였고 면보에 걸러 불순물을 제거해 주었다. 폭 5 cm의 양모붓에 포수액 3 g을 묻혀 서로 엇갈리는 방향으로 저농도 4회칠, 고농도 1회칠 총 5회의 포수를 진행하였으며 아교수는 평균 온도 40℃에서 사용하였다.
- 본 연구에서는 천연 접착제 2종, 합성접착제 2종을 선정하고 농도를 세분화하여 판벽화 채색층의 고착제로 적용하였다. 고착제의 농도는 0.
- 시료 제작은 온도 20±2℃, 상대습도 60±5%, 직사광선이 들지 않는 실내에서 진행하였다.
- 채색안료는 사용 전 SEM-EDX 촬영으로 성분 조성을 분석하였다. 안료는 점착성이 없는 발색물질이기 때문에 전색제를 필요로 하지만 순수한 고착제의 색도변화를 관찰하기 위해 전색제 없이 증류수만을 혼합하여 24시간 간격으로 총 2회 도포하였다. 채색안료의 배합비율과 채색층의 두께는 다음과 같다(Table 2).
- 열화실험 후 시료에서 나타나는 물리·화학적 변화를 색차, 박리 손상도를 통해 정량화하여 비교·분석하고 고찰하였다.
- 영상현미경 관찰 채색안료의 입자상태, 고착제 경화 상태, 열화 후 상태 등을 조사하였다. 측정기기는 영상현미경(SV-55, SOMETECH, Korea)을 이용하여 non-contact*300배 확대로 안료의 입자크기 및 형태를 관찰하고 1000배로 고착제 도포 후 특징을 관찰하였다.
- 채색층의 고착처리에 있어 점도는 작업의 편리성에도 영향을 미치며 박리층과 지지체를 밀착시켜주는 중요한 요소 중 하나이다. 점도는 회전형 점도계(LVDV-II+pro, Brookfield, USA)를 사용하여 측정하였다. LV-03(63)(Spindle), 150RPM (speed), 1±18℃(Temperature), 5(End condition), 1minute (Multi point)의 조건으로 측정하였다.
- 호분(胡粉, Oyster shell, Japan), 자황(雌黃, Orpiment, China) 석간주(石間硃, Red ocher, China) 뇌록(磊綠, Noerok, China) 삼청(三靑, Azurite, China) 총 5가지 안료를 선정하였다. 채색안료는 사용 전 SEM-EDX 촬영으로 성분 조성을 분석하였다. 안료는 점착성이 없는 발색물질이기 때문에 전색제를 필요로 하지만 순수한 고착제의 색도변화를 관찰하기 위해 전색제 없이 증류수만을 혼합하여 24시간 간격으로 총 2회 도포하였다.
- 채색층 표면 위 고착제 도포는 스포이드(3 ml)를 이용한 간접고착 1회, 물리적 밀착 후 양모붓(3 ml)을 이용한 고착 2회를 진행하였다. 고착제의 제작 시 아교는 포수층 아교와 동일하게 제작하였고 우뭇가사리는 온수가공법(Lim, 2014)으로 제작하였다.
- 영상현미경 관찰 채색안료의 입자상태, 고착제 경화 상태, 열화 후 상태 등을 조사하였다. 측정기기는 영상현미경(SV-55, SOMETECH, Korea)을 이용하여 non-contact*300배 확대로 안료의 입자크기 및 형태를 관찰하고 1000배로 고착제 도포 후 특징을 관찰하였다.
- 바탕층의 포수는 막대아교(봉황社, Japan)를 24시간 상온의 증류수에 팽온시켜 물중탕법으로 평균 60℃에서 30분간 가열하였고 면보에 걸러 불순물을 제거해 주었다. 폭 5 cm의 양모붓에 포수액 3 g을 묻혀 서로 엇갈리는 방향으로 저농도 4회칠, 고농도 1회칠 총 5회의 포수를 진행하였으며 아교수는 평균 온도 40℃에서 사용하였다.
- 항온·항습시험은 항온·항습기(TXMI2500, 삼원과학, Korea)를 이용해 우리나라의 여름과 겨울의 평균 온 · 습도를 고려하여 온도 30℃ · RH80% · 12 hr와 –5℃ · RH50% · 12 hr 조건으로 14cycle(336 hr) 설정하였다.
대상 데이터
- 본 실험에서는 점도비가 아닌 현장에서 적용되고 있는 농도비를 기준으로 실험을 진행하였다. 하지만 모든 물질들은 서로 다른 점도비율을 가지고 있기 때문에 추가적으로 점도비에 따른 비교 실험도 진행되어야 할 것이다.
- 시료 1개의 크기는 300 mm(가로) × 50 mm(세로) × 10 mm(높이)이며 각 색상별 60 mm × 50 mm크기로 시편 1개당 5개의 공간으로 분할하여 총 16개(80공간)의 시편을 제작하였다(Table 1, Figure 1-A).
- 시료 제작은 온도 20±2℃, 상대습도 60±5%, 직사광선이 들지 않는 실내에서 진행하였다. 시료는 조선시대 후기에 제작된 신륵사의 내부의 빗반자 위에 그려진 판벽화와 현재 조사된 벽화 및 문화재수리 표준시방서와 건축공사 표준 시방서등을 참고하여 제작하였다.
- 시험 전 온도 23±2℃, 상대습도50±5%에서 16시간 이상 상태를 조정하고 절단용 칼 도루코 S401커터, 테이프 Scotch® 포장용 테이프 48 mm×40 m(투명)을 사용하였다.
- 시험기는 총 4개의 UV-C(SANKYO DENKI_G40T10)타입 형광램프가 장착되어 있으며 자외선 파장은 253.7 mm, 시료표면까지의 거리는 270 mm이다.
- 안료의 선정은 안료의 내광성 연구(Lee, 2014)와 전통 단청 대상으로 실시된 원료광물의 조사분석결과(National Research Institute of Cultural Heritage, 2017)를 참고하였고, 그 중 사용 빈도가 높으며 고대문헌에 기록된 안료를 우선으로 선정하였다. 호분(胡粉, Oyster shell, Japan), 자황(雌黃, Orpiment, China) 석간주(石間硃, Red ocher, China) 뇌록(磊綠, Noerok, China) 삼청(三靑, Azurite, China) 총 5가지 안료를 선정하였다.
- 따라서 강제 열화는 처리재료 비교실험에 있어 중요한 과정이라 판단된다. 자외선 조사 실험은 KS M ISO 11507(페인트와 바니시-도료의 촉진 내후성 시험-날씨와 UV의 형광성 노출)을 기반으로 제작된 자외선 시험기를 사용하였다. 시험기는 총 4개의 UV-C(SANKYO DENKI_G40T10)타입 형광램프가 장착되어 있으며 자외선 파장은 253.
- 지지체는 갈램과 옹이가 없는 전통 목조건축물의 재료로 사용하고 있는 함수율 13%이하의 육송을 판재로 가공해 사용하였다. 바탕면은 종이사포(#800)를 이용해 연마하였다.
- 5%로 구분하여 비교하였다. 천연 고착제는 벽화보존처리에 사용되어 온 막대 소아교(봉황社, Japan), 우뭇가사리(완도, Korea)를 사용하였다. 합성 고착제는 수용성으로 점도 조절이 용이하여 유기물의 강도보강처리제로 많이 사용하고 있는(Kim, 2008) Methyl cellulose(Talas, Usa), 흙벽화의 보존처리에 사용되고 있으며 Polyvinyl Acetate(PVAc)계열의 고착제 Caparol binder® (Liant Caparol, Germany)를 사용하였다.
- 합성 고착제는 수용성으로 점도 조절이 용이하여 유기물의 강도보강처리제로 많이 사용하고 있는(Kim, 2008) Methyl cellulose(Talas, Usa), 흙벽화의 보존처리에 사용되고 있으며 Polyvinyl Acetate(PVAc)계열의 고착제 Caparol binder® (Liant Caparol, Germany)를 사용하였다.
- 안료의 선정은 안료의 내광성 연구(Lee, 2014)와 전통 단청 대상으로 실시된 원료광물의 조사분석결과(National Research Institute of Cultural Heritage, 2017)를 참고하였고, 그 중 사용 빈도가 높으며 고대문헌에 기록된 안료를 우선으로 선정하였다. 호분(胡粉, Oyster shell, Japan), 자황(雌黃, Orpiment, China) 석간주(石間硃, Red ocher, China) 뇌록(磊綠, Noerok, China) 삼청(三靑, Azurite, China) 총 5가지 안료를 선정하였다. 채색안료는 사용 전 SEM-EDX 촬영으로 성분 조성을 분석하였다.
데이터처리
- 총 4종의 고착제의 농도별 점도는 다음과 같다(Table 3). 1.0 cP이상의 편차가 발생하였기 때문에 최고, 최소값을 제외한 후 평균값을 비교하였다. 0.
- 실험에는 XYZ filter방식의 CIE 표준 광원C, 시야각 10°의 조건에서 분석면적 10 mm, 지그(Gig)를 제작하여 4회 측정 후 평균값을 채택하였다.
- 고착제의 pH는 pH epoxy electrode(ST310, Ohaus, China)를 pH meter(ST3100, Ohaus, China)에 연결하여 고착제별로 3회 측정하였다. 평균 편차가 1.0 pH 이하였기 때문에 모든 결과 값의 평균을 도출해 비교하였다.
이론/모형
- 채색층 표면 위 고착제 도포는 스포이드(3 ml)를 이용한 간접고착 1회, 물리적 밀착 후 양모붓(3 ml)을 이용한 고착 2회를 진행하였다. 고착제의 제작 시 아교는 포수층 아교와 동일하게 제작하였고 우뭇가사리는 온수가공법(Lim, 2014)으로 제작하였다. Methyl cellulose와 PVAc계열 고착제(Caparol binder)는 각각 상온의 증류수에 농도별로 희석하여 제조하였다.
- 시료표면의 색차는 색차계(CR-400, Minolta, Japan)을 이용하여 국제조명 위원회(International Commission Ellumination)에서 규정한 CIEL*a*b*측정체계를 사용하였다. 실험에는 XYZ filter방식의 CIE 표준 광원C, 시야각 10°의 조건에서 분석면적 10 mm, 지그(Gig)를 제작하여 4회 측정 후 평균값을 채택하였다.
- 채색층의 고착도와 밀착성을 비교하기 위해 박리손상도 평가를 진행하였다(KS M ISO 2409:2008준용). 시험 전 온도 23±2℃, 상대습도50±5%에서 16시간 이상 상태를 조정하고 절단용 칼 도루코 S401커터, 테이프 Scotch® 포장용 테이프 48 mm×40 m(투명)을 사용하였다.
- 실험에는 XYZ filter방식의 CIE 표준 광원C, 시야각 10°의 조건에서 분석면적 10 mm, 지그(Gig)를 제작하여 4회 측정 후 평균값을 채택하였다. 편차 값은 미국국가표준원의 색차값 평가표에 의거하여 색차를 확인하였다.
성능/효과
- 0.5% 자황은 우뭇가사리< Methyl cellulose <아교=PVAc, 0.5% 석간주는 우뭇가사리< Methyl cellulose <아교=PVAc 순으로 손상도가 컸다.
- 1. 아교는 호분 위 모든 0.5%, 1.5%군에서 자외선 열화후 원형의 황변이 관찰되었으며, 0.5%군에서는 고착력이 현저히 떨어지는 것으로 관찰되었다. 특히 자황 위에 아교를 사용할 시, 농도 1%의 차이에도 자외선에 의한 색차변화가 크므로 농도에 주의하여 사용하여야 한다.
- 1.5% 자황은 Methyl cellulose<아교<우뭇가사리<PVAc, 1.5% 석간주는 우뭇가사리+Methyl cellulose<아교<PVAc 이었으며 1.5% 자황 부분에서 Methyl cellulose의 박리도는 ‘0’이었다.
- 1.5% 자황은 아교=우뭇가사리=Methyl cellulose<PVAc 이었으며 1.5% 석간주는 아교=우뭇가사리=Methyl cellulose<PVAc으로 PVAc의 박리 손상도가 가장 컸다.
- 1.5%의 고착제군은 아교(2.40)<PVAc계 고착제(4.00)<Methyl cellulose(43.73)<우뭇가사리(103.00)로 타 고착제들에 비해 우뭇가사리의 점도가 월등히 높았다.
- 2. 우뭇가사리는 열화시편 중 자외선 0.5%, 1.5%와 항온 · 항습 0.5%군에서 자황과 석간주 모두 박리 손상도가 가장 낮았다.
- 3. Methyl cellulose는 0.5%이상의 농도로 사용 시 광택에 유의하여 사용하여야 하며, 광택은 다섯 가지 색상 중 뇌록에서 가장 도드라졌다. 또한 항온·항습 1.
- 4. PVAc계열 고착제(Caparol binder)의 경우 열화그룹 모두 박리 손상도에서 고착성이 현저히 낮아지는 것을 확인하였으며, 특히 호분에서 고착력이 가장 낮았다. 이는 점도측정결과와 비교하여 볼 때, PVAc계열 고착제 0.
- 5%의 경우 Methyl cellulose(L*: 48±2)를 제외한 다른 고착제들은 비슷한 색값(L*: 53~55)을 보였다. 또한 Methyl cellulose은 0.5%, 1.5%에서 모두 제일 큰 변화율을 보였다.
- 연구결과 아교는 모든 채색층에서 타 고착제들에 비해 안정적으로 고착되었으나, 실외에 노출되어 있는 삼청에 사용할 시 황변이 우려된다. 우뭇가사리는 아교와 마찬가지로 삼청에 사용할 시 자외선에 영향을 받으나, 이외에 급격한 온도·습도에는 타 고착제와 비교할 때 고착력이 가장 우수했다.
- 5%군에서 자황과 석간주 모두 박리 손상도가 가장 낮았다. 이 결과 우뭇가사리는 자외선과 급격한 습도 변화에도 채색층과 지지체층의 결합력과 고착력이 우수한 것으로 해석된다. 또한 아교와 마찬가지로 자외선열화를 진행한 농도 0.
- 40 cP)비해 높은 수치임에도 불구하고 박리손상도가 낮았다. 이 결과 점도는 박리 손상도에 큰 영향을 미치지 않으며 PVAc계열 고착제는 전체적으로 타 고착제에 비해 고착성이 낮다고 해석할 수 있다.
- 항온항습 열화 후 박리손상도 결과는 0.5% 자황은 우뭇가사리=Methyl cellulose<아교<PVAc이었으며, 0.5% 석간주는 우뭇가사리<아교<Methyl cellulose< PVAc 이었다.
후속연구
- 하지만 모든 물질들은 서로 다른 점도비율을 가지고 있기 때문에 추가적으로 점도비에 따른 비교 실험도 진행되어야 할 것이다. 또한 동일한 안료의 경우, 지지체에 따라 실험결과에 많은 차이가 있을 것이기 때문에 판벽화 지지층과 채색층 간의 화학적 상관관계에 대한 연구도 이루어져야 할 것이다. 이를 계기로 보존처리 대상물, 환경에 따라 가장 최적의 효과를 줄수 있는 고착제의 개발과 연구가 지속적으로 이루어져야 할 것이다.
- 또한 동일한 안료의 경우, 지지체에 따라 실험결과에 많은 차이가 있을 것이기 때문에 판벽화 지지층과 채색층 간의 화학적 상관관계에 대한 연구도 이루어져야 할 것이다. 이를 계기로 보존처리 대상물, 환경에 따라 가장 최적의 효과를 줄수 있는 고착제의 개발과 연구가 지속적으로 이루어져야 할 것이다.
- 본 실험에서는 점도비가 아닌 현장에서 적용되고 있는 농도비를 기준으로 실험을 진행하였다. 하지만 모든 물질들은 서로 다른 점도비율을 가지고 있기 때문에 추가적으로 점도비에 따른 비교 실험도 진행되어야 할 것이다. 또한 동일한 안료의 경우, 지지체에 따라 실험결과에 많은 차이가 있을 것이기 때문에 판벽화 지지층과 채색층 간의 화학적 상관관계에 대한 연구도 이루어져야 할 것이다.
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