초록 ▼

목조문화재에 대한 방염제의 영향 및 성능을 파악하기 위하여 방염처리 한 목조문화재 현황조사 및 영향연구와 함께 방염제의 방염성능 평가와 목재 및 단청에 미치는 영향 연구를 실시하였다. 또한 단청안료에 적용 가능한 방염제 검정기술 개발과 목조문화재 방염처리 지침 및 관리 매뉴얼 개발을 위한 연구를 수행하였다. 본 연구는 총 3차년에 걸쳐 이루어졌으며, 2013년 방염제관련 예비실험을 시작으로 2014년도에는 정밀분석 및 방염제 영향평가 그리고 2015년에는 목조문화재용 방염제 검정기준 개정안과 도포기준 안을 제시하였다. 연구 수행에

목조문화재에 대한 방염제의 영향 및 성능을 파악하기 위하여 방염처리 한 목조문화재 현황조사 및 영향연구와 함께 방염제의 방염성능 평가와 목재 및 단청에 미치는 영향 연구를 실시하였다. 또한 단청안료에 적용 가능한 방염제 검정기술 개발과 목조문화재 방염처리 지침 및 관리 매뉴얼 개발을 위한 연구를 수행하였다. 본 연구는 총 3차년에 걸쳐 이루어졌으며, 2013년 방염제관련 예비실험을 시작으로 2014년도에는 정밀분석 및 방염제 영향평가 그리고 2015년에는 목조문화재용 방염제 검정기준 개정안과 도포기준 안을 제시하였다. 연구 수행에 따른 결론은 다음과 같이 도출하였다.
1. 방염처리한 목조문화재 현황 조사 및 영향 연구를 위해 방염처리 목조문화재에 대한 연차별 경과변화 조사를 실시하였으며, 방염제로 인해 발생되는 단청의 백화물질과 목재의 훼손 등에 대한 조사 및 분석을 실시하여 그 원인을 규명하였다. 연구 초기부터 대부분 검정기준을 통과한 방염제를 도포하였을 때 백화 및 젖음현상이 발생되어 검정기준 개정의 필요성을 확인하였다.현장에서 발생된 백화물질을 분석한 결과 검출된 인(P)과 황(S)의 함량으로부터 과거에 사용된 방염제를 추정할 수 있는 근거를 일부 마련하였다. 단청의 젖음현상을 구명하기 위해 방염처리목재의 흡습성 연구를 실시한 결과, FRA의 urea와 FRB의 Nitrilotris Ammonium salt 구성물질이 목재의 흡습성을 증가시키는 원인이 되는 것으로 밝혀졌다.
2. 방염제의 방염성능 평가를 연구하기 위해 방염처리제의 시간경과에 따른 방염성능의 변화와 방염제의 기능성 그리고 가스유해성 등을 연구하였다. 콘칼로리미터법에 의한 방염처리 목재의 연소특성 조사 결과에서는 2종의 약제 모두 안정적인 열방출률(HRR)값을 보여 향후 콘칼로리미터법은 방염제의 평가 및 관리에 있어서 유용한 시험 방법이 될 수 있음을 파악하였다. 방염제의 기능성 시험결과, 철부식에 의한 못의 중량감소는 FRA, FRB 모두 유사하게 나타났으며,FRA는 방미효력을 보인 반면, FRB는 방미효력이 미약한 것으로 분석되다. 또한 FRA와 FRB는 화재에 있어서 연소억제효과로 인한 화염전파의 지연효과가 우수한 것으로 판단된다.
3. 방염제가 단청에 미치는 영향은 방염처리 된 단청 의사시료를 통한 물리적･화학적 변화를 분석조사 하였다. 단청에 사용되는 13종의 안료 중 합분(CaCO₃)과 장단(Pb₃O₄)은 인산이온과 반응하여 새로운 화합물을 형성하고, 이로 인해 안료층의 용해와 백화 등이 발생하는 것으로 나타났다. FRA는 합분과 반응하여 무정형의 제삼인산칼슘[ Ca₃(PO₄)₂ ]으로 변하고, 장단의 경우 인산납[ Pb₃(PO₄)₂ ]으로 변하는 것이 가장 큰 화학적 변화였다. FRB는 ATMP-NH₄ 염이기 때문에 금속이 함유되어 있는 무기 안료를 용해하거나 변색 시킬 가능성이 있는 것으로 조사되었다.
4. 본 연구의 결과들을 토대로 현재 방염제 검정기준의 한계성을 규명하고 보완적 요소를 제안하였다. 방염제 검정기준은 검정절차에 따른 방염제의 검정 및 인증에 관한 내용과 방염제의 기본물성 기준 및 평가방법 그리고 방염제 도포전후 사후관리 기준에 대한 개정안을 제시하였다. 또한 방염제 도포기준 연구를 위해 공간적, 시간적 환경 조건에 따른 방염처리 기준 조사를 실시하였으며, 이를 통해 기존 도포범위를 확장하고 도포과정에 있어서는 도포 전 사전검사를 추가하고 도포 준수사항 및 하자관계 등에 대해 명확하게 명시하는 등 방염처리 관리매뉴얼을 제시하였다. 그리고 천연안료에 적용 가능한 검정기준을 연구하기 위해 천연안료 자체의 방염성능과 화학반응 실험을 실시하였다. 실험결과, 천연안료는 자체적으로 일부 방염성능을 지니고 있음을 확인하였으며, 방염제 도포 후 흡습건조성 실험에서 석록과 석청에서 백화현상이 크게 발생하여 천연안료를 사용 단청을 위한 검정기준의 추가적인 연구가 필요함을 제안하였다.
이러한 연구결과들은 향후 목조문화재 보존을 위한 연구자료 및 안정적인 방염제 도포시공을 위한 효과적인 자료로 활용될 수 있을 것이다.

Abstract ▼

In order to understand the influence and performance of flame retardant on historical wooden buildings, this research has conducted an evaluation of flame retardant performance and its impact on lumber and dancheong, along with an impact analysis and investigation of status quo of flame-resistant hi

In order to understand the influence and performance of flame retardant on historical wooden buildings, this research has conducted an evaluation of flame retardant performance and its impact on lumber and dancheong, along with an impact analysis and investigation of status quo of flame-resistant historical wooden buildings. In addition, further study was conducted for development of verification technology for flame retardant applicable for dancheong pigment and as well as development of guidance and management manual for flame retardation processing on historical wooden buildings. The study was conducted in a span of three years, and starting from the preparatory experiment on flame redardant in 2013, it has conducted in-depth analysis and impact evaluation of flame redardant in 2014, and presented a revised version of verification standards of flame retardant for historical wooden buildings as well as application standards in 2015. The conclusion drawn from conducting the above-mentioned research is as follows.
1. In order to assess the status quo and impact of flame-resistant historical wooden buildings, the study has observed the yearly progress change of historical wooden buildings processed with flame retardant and revealed the causes of the whitened materials and wetting phenomenon of dancheong occurred by flame retardant through conducting thorough investigation and analysis. From the initial stage of the study, it was confirmed that improvement in verification standards was necessary, as whitening and wetting phenomenon occurred when flame retardant that passed the verification standards was used in most cases. According to the result of analyzing the whitened substances on site, the researcher has acquired partial evidence to estimate the used flame retardant through the detected P and S content. Conducting research on the hygroscopic property of the wooden material processed with flame retardant, in order to investigate the wetting phenomenon, the study was able to reveal that the urea of FRA and Nitrilotris Ammonium salt structure material of FRB were causing the hygroscopic property of wood to increase.
2. In order to investigate the performance evaluation of flame retardant, the researcher observed the change of flame retardant performance over time, its functionality, and the gas harmfulness. The result of investigation of combustion property of flame-proof wood according to the cone calorimeter testing method showed that the two types of chemicals showed stable HRR values, demonstrating that cone calorimeter testing method can be a valid testing method for evaluating and operating flame retardant in future.
According to the result of functionality testing of flame retardant, the decrease of weight of nail due to iron corrosion was detected similarly in both FRA and FRB, and while FRA displayed mildew effect, FRB is analyzed to have minimal mildew effect. In addition, FRA and FRB are judged to show high performance in its effect of delaying flame spread due to its combustion retardation effect, but it was confirmed to have a possibility of issues due to gas formation.
As for the impact of flame retardant on dancheong, the study has analyzed and investigated the physical and chemical effect through dancheong case samples.
It was confirmed that among the 13 types of pigments used in dancheong, calcium carbonate (CaCO3) and lead oxide(Pb3O4) react with phosphate ion to form a new chemical, which leads to dissolution and whitening of the pigment layer. For FRA, the study revealed that the ones that showed the greatest chemical change in reaction with CaCO3 was those that changed to amorphous tricalcium phosphate(Ca3(PO4)2), while in the case of reacting with Pb3O4, it was the one that changed to lead(II) phosphate [ Pb3(PO4)2 ]. For FRB, the study investigated that it may have the possibility to dissolve or discolor mineral pigments that contains metal, as it is of ATMP-NH4.
3. Based on the results obtained from this study, the researcher has revealed the limitations of the current verification standards of flame retardant and suggested supplementary factors. Furthermore, it conducted research on the standards of flame retardant processing for different space and time conditions in order to investigate the flame retardant application standards, and through this research, it expanded the existing application scope and presented a flame retardant processing operation manual by adding preliminary checking procedure as well as clearly outlining the application guidelines and causes for defect in application process etc. The study has also conducted experiment on the flame retardation property and chemical reactions regarding natural pigment. The result of the experiment demonstrated that natural pigment partially contains flame-retardant property itself. The result from the experiment on hygroscopic experiment after application of flame retardant showed that whitening phenomenon occurred in a large scale, suggesting that further study is necessary for verification standards of dancheong using natural pigment.
Such results of investigation can be employed in future as useful data for research materials for preservation of historical wooden buildings and safe construction involving application of flame retardant.