1. 서 론
전통 단청에 사용된 안료는 크게 무기안료와 유기안료로 구분할 수 있다. 무기안료로 사용되는 재료에는 토양이나 암석 등이 있으며, 유기안료의 재료로는 식물의 잎 또는 곤충 등을 예로 들 수 있다. 오늘날까지 보존되어 온 중요 문화유산에서 확인된 채색안료는 전반적으로 무기안료의 사용비중이 크고 무기안료 중에서도 천연 안료가 높은 비중을 차지한다(Hwang et al., 2022). 이에 비해 유기안료는 사용비중이 적다.
실제 고단청 조사에서 등황 안료가 사용된 목조건축문화유산은 조사대상 중 45% 정도에 해당하며 지역 및 건축유형에 따라 살펴보면 궁궐이나 왕궁사찰이 주로 분포하는 서울⋅경기 지역을 제외한 전라도, 경기도, 충청도 지역에서 상대적으로 유기안료의 사용률이 높았다(Hwang et al., 2022). 유기안료는 시대와 지역을 넘어 광범위하게 사용된 무기안료에 비해 사용 비중이 적지만 단청 시기별 안료 수요량에 관한 기록자료나 기존 연구 데이터(National Research Institute of Cultural Heritage, 2018; Song, 2018; Ryu, 2022)를 토대로 보면 예로부터 꾸준히 사용되어 온 단청 안료임에는 확실하다.
고문헌 기록에 따르면 등황(藤黃) 안료는 18세기 이후 꾸준히 사용되어 온 것을 알 수 있다(National Research Institute of Cultural Heritage, 2018). 조선시대 의궤나 실록과 같은 문헌자료에 황색 안료로서 동황(同黃)이 조선시대 후기에 가장 많이 쓰이는 황색 안료로 기록되어 있으나 성분은 알 수 없으며, 등황의 음이 와전되어 동황으로 불렀을 가능성이 제기된 바 있다(Moon, 2010). 그러나 단청 안료 명칭에 관해서는 다양한 견해가 있어 뜻이 유사한 명칭이라 하더라도 사례적 판단은 오류 가능성이 있다.
선행 연구에 의하면 전통 단청에서 황색의 유기안료로 사용된 등황은 채색 상태와 비파괴분석 결과를 토대로 유추하였으며 면밀한 유기분석을 통해 보완할 필요성도 제기되었다(National Research Institute of Cultural Heritage, 2018a; 2018b; 2019a; 2019b; 2019c; 2020a; 2020b; 2021a; 2021b; Hwang et al., 2022). 또한 라만 분광분석을 통해 등황 물질을 확인하거나(Lee et al., 2019; Jung and Lee, 2023) 등황 염료에 대한 내후성 실험이 선행 연구된 바 있으나(Kim, 2019) 주로 벽화나 불화 등을 대상으로 한 연구가 대부분이었다.
이 연구에서는 국가지정 목조건축문화유산 현장에서 확인되는 등황을 대상으로 채색 특성을 파악하고 이를 근거로 제작한 재현시편에 대한 발색과 색 안정성을 평가하여 등황의 채색기법에 따른 보존성 면에서 과학적 근거자료를 확보하고자 하였다.
2. 연구대상 및 방법
2.1. 연구대상
국가지정 목조건축문화유산에 적용된 황색 단청안료는 전반적으로 토양, 광석, 금속 등을 원료로 한 천연 무기안료의 사용비중이 높은 편이나 유기안료의 사용도 39%로 상당한 비중을 차지한다(Figure 1A). 사찰, 궁궐 등의 내부 단청에서 확보한 등황 시료 85점의 표면상태, 색도, 비파괴 성분분석(p-XRF)과 X-선 회절분석(XRD) 결과를 통해 단청 채색에 사용된 안료를 확인하였다(Hwang et al., 2022).
문화유산 현장에서 확인된 등황 채색층 표면은 원형의 물 얼룩을 보이며, 자국 부위를 중심으로 도막 형태로 박락되어 하부 백색 안료층이 드러나는 점이 특징이다(Table 1). 이러한 물 얼룩은 균열 및 박락부위에서 밑칠 안료 양상에 따라 손상 유형은 큰 차이를 보이지는 않았다. 전반적으로 고단청 등황의 색도는 L* 34.06∼74.72, a* 0.22∼14.94, b* 12.52∼40.44 범위를 보이며 평균값은 L* 51.77, a* 7.31, b* 23.44 이다(Figure 1B). 특징적인 점은 백색 안료를 밑칠한 후 등황을 도포하는 채색기법을 주로 사용하였으며, 여기서 사용된 백색 안료는 주로 연백과 백토가 확인된다(Table 2). 연백 위에 조성된 등황 채색시편은 XRD분석에서 수백연광(hydrocerussite), 백연석(cerussite). 앵글레사이트(anglesite), 파미어라이트(palmierite)가 주로 동정되었다. 반면 백토 위에 조성된 등황 채색시편은 석영(quartz), 운모류(mica, muscovite), 장석류(plagioclase, albite), 점토광물(kaolinite, etc)등의 광물이 확인되었다. X-선을 이용한 분석결과를 바탕으로 추정해 볼 때, 동일한 건축물 내부라 하더라도 부재 및 문양에 따라 사용된 안료가 다양한 경우도 확인되었다. 44건의 문화유산 고단청 조사를 통해 확인한 결과, 등황 밑칠에 사용된 백색 안료는 연백 45.8%, 백토 42.4%, 혼합안료 6.8%, 자황 3.4%로 연백의 사용비중이 비교적 높았다(Hwang et al., 2022).
이 연구에서는 문화유산 현장에서 수습한 등황 시료 중 31점을 대표시료로 선정하여 채색층위를 확인하고 전통 단청에 주로 사용된 채색기법을 파악하고자 하였다. 일부 채색층이 양호한 시료에 대해서는 시편에 대한 X-선 분석을 통해 밑칠에 사용된 안료 유형을 구분하고, 단청 시기 기록이 명확한 문화유산 시료를 최종 선정하여 단면 및 유기분석 등 정밀 분석을 진행하였다. 또한 채색 기법적으로 유의미한 특성을 토대로 기법을 모사한 재현시편을 제작한 후 발색 및 색 안정성 평가를 실시하였다.
2.2. 연구방법
2.2.1. 등황의 채색 특성 분석
등황 시료에 대한 채색특성을 파악하기 위해 채색층 표면에 대한 성분 분석을 먼저 진행하였다. 분석은 경상대학교 공동실험실습관 전계방사 전자현미분석기(FE-EPMA, JXA-8530F, Jeol, JP)를 이용하였으며 분석지점을 고정하여 500, 1000, 1500, 2000, 3000, 4000, 5000 배율에 따른 이미지와 동일 지점에 Mapping하여 성분에 대한 반정량적 데이터를 획득하였다.
표면분석에 이어 채색층 단면분석을 위해 시료 특성을 고려하여 시편 전처리 프로세스를 정립하였다(Figure 2). 일반적으로 현장에서 확보할 수 있는 단청 안료 시편은 목재와 함께 박락되기보다는 열화된 채색층 부위만 박락되어 작은 압력에도 취약하므로, 기존에 시편을 굳힐 때 사용되어 온 멀티클립스(MultiClips)로 고정하더라도 레진을 붓게 되면 시편이 손상될 가능성이 있다. 따라서 단청 안료 시편 자체를 단단히 고정시키는 작업을 고안하였다. 우선 레진(EpoFix Resin)과 하드너(EpoFix Hardener)를 부피비 25:3 비율로 혼합하여 몰드에 3 ml 부은 후 굳히며, 이 때 시료의 앞면과 뒷면을 구분하여 안료 최상위층을 위로 향하도록 록타이트(LOCTITE)로 시료를 고정하였다. 또한 추후 연마 시 연마정도를 쉽게 파악하기 위해 주요 조암광물인 석영 광물을 시료 옆에 록타이트로 부착하여 고정하였다. 시료와 석영 광물은 컷팅 시 마이크로 톱날이 지나가는 동시에 슬라이드 글라스에 부착할 면을 가늠하여 일정 선상에 오르도록 신중하게 작업하였다. 이후 시료와 석영광물을 부착한 면 위에 혼합용액을 추가로 3 ml 부어서 굳혔으며 완성된 시편을 세로로 컷팅하여 슬라이드 글라스에 부착하였다. 부착된 시편은 대략 1 mm 두께로 컷팅 한 후, 시료 상태를 고려해가며 단계적으로 연마하였다. 등황시료의 채색층은 얇은 도막형태로, 물 기반 연마제에도 쉽게 용해되어 알코올 기반 연마제(Lubricant-blue)를 사용하였다.
단청층위 및 원소분석을 위해 EDS(Oxford 사의 X-MAXN)가 장착된 일본 JEOL사의 주사전자현미경(SEM-EDS) JSM-IT300(JP)을 사용하였다. 시료 코팅은 백금(Pt)으로 하였으며 분석조건은 전류 10 mA, 분석시간 45초, 가속전압 20 kV이다.
등황 시료의 물질 규명에 대한 과학적 근거자료를 확보하기 위해 라만 분광분석(High Resolution Raman)을 진행하였다. 분석은 한국과학기술연구원 중앙분석센터에 의뢰하였으며 분석에 사용된 장비는 고분해능 라만 분광분석기(LabRAM HR Evolution Visible NIR, HORIBA, JP, 1,064 nm)이다.
2.2.2. 등황 재현시편의 촉진내후성시험
고단청 채색특성에 근거하여 등황 채색기법으로 주요하게 사용되었던 기법을 선정하여 재현시편을 제작하였다(Figure 3). 채색시편 재현을 위해 G사의 등황과 B사의 연백을 사용하였고 백토는 전남 무안군 도림리에서 산출되는 도석을 안료화하여 사용하였다. 특히 백토의 경우 안료 물성을 정의하기 어려운 재료이므로 실제 문화유산에 사용된 백토와 가장 유사한 조성의 재료를 선정하기 위해, 현장에서 분석한 백색 안료의 성분 결과를 근거로 하여 장석질의 백토를 사용하였다. 시편 제작에 사용된 백토는 입도와 흡유량에 대한 평균값이 각각 22.5 μm, 47 ml/100 g이며, 연백은 입도와 흡유량이 각각 13.4 μm, 21.8 ml/100 g으로 확인되었다.
등황 채색은 크게 중첩채색과 혼합채색으로 구분하고 총 7종의 재현시편을 제작하였다(Table 3). 중첩채색은 백토와 연백 각각을 밑칠한 후 등황액을 칠한 것과 백토와 연백을 중량비 1:1, 2:1, 1:2 비율로 혼합한 백색안료로 밑칠한 후 등황액을 칠한 것으로 총 5종의 재현시편을 제작하였다. 혼합채색은 단청 전문가의 자체 비율로 혼합하였으며, 백토와 연백 각각에 발색이 양호한 상태가 될 때까지 등황액을 섞어서 칠한 것으로 총 2종의 재현시편을 제작하였다. 조색 시 물성에 따른 혼합 비율은 달라질 수 있으나 본 연구에서 등황액에 대한 조색 재료의 평균 혼합 중량비는 백토 1:1.1, 연백 1:0.9 이다. 채색에 사용된 교착제는 아교이며 대상 안료는 특정 바탕칠 안료의 유무에 따른 채색특성을 보이므로 가칠 안료의 영향은 배제하기 위해 가칠 공정을 제외하였다.
고단청 채색특성에 근거하여 재현시편을 제작한 후 촉진내후성시험을 실시하였다. 가속수명평가설비(Xenon Weather-ometer)는 태양광과 유사한 파장을 갖는 제논아크램프를 이용하여 온습도 조절이 가능한 미국 Atlas사의 Ci4000을 사용하였다. 시험 조건은 한국화학연구원 신뢰성분석센터에서 고안한 ‘문화유산용 단청소재의 촉진내후성 시험법_제논-아크 광원’을 적용하였다. 단청소재의 내후성 평가는 밤(dark), 습윤(wet), 낮(light) 제어 조건을 포함한 사이클(cycle)로 구성되며, 한 사이클당 누적 자외선(300∼400 nm) 조사량은 1.7 MJ/m2 이다. 시험 시 수분액적 발생에 의한 열화요인을 배제하기 위해 시편 홀더에 ETFE 필름(f-clean, 60 μm)을 고정한 상태로 실험하였다.
시험 전후 채색기법에 따른 채색시편 표면의 발색 및 표면상태 모니터링은 색도와 디지털현미경을 사용하였다. 색도 측정은 측색계 CM 2600d(Minolta, JP)를 이용하였으며 3회 측정한 후 평균값을 CIE L*a*b*값으로 수치화하고 모니터링 주기별 색도를 측정하였다. 디지털현미경은 DG-3X(Scalar, JP)를 이용하여 표면 미세조직을 관찰하였다. 모니터링은 노출 전을 포함하여 누적 자외선량에 따라 예측되는 야외 노출기간 10년을 최대치로 총 16회 실시하였다.
3. 연구결과
3.1. 등황의 채색 특성
문화유산 현장에서 채색안료의 종류를 파악하기 위해 주로 실시하는 X-선 형광분석은 채색층 표면 안료뿐 아니라 하부 안료층의 조성까지 분석될 수 있으며, 비파괴 표면 측정이기 때문에 오염 물이 혼입되어 채색층에 사용된 안료에 대한 정확한 판별이 어렵다는 한계가 있다. 따라서 현장에서 확보한 등황 채색시료 중 상태가 양호한 31점을 대상으로 비파괴 성분분석(p-XRF) 결과와 광물분석(XRD) 결과를 토대로, 채색시료에 대한 표면 및 단면분석을 통해 채색층의 표면 현황과 단면의 층위에 대한 성분분석을 실시하여 보다 직관적으로 채색특성을 파악하였다.
표면 분석을 통해 고단청 현장에서 육안으로 확인된 등황 채색층 표면의 원형의 물 얼룩은 채색층의 피막층과 밀접하게 결합되어 있고 정성분석(EDS)에서도 원형의 물 얼룩을 따라 탄소(C) 성분이 뚜렷하게 검출되어 유기 성분임을 추정해볼 수 있다(Table 4).
단면분석을 통해 확인된 등황 하부의 층위는 주로 백색 안료를 밑칠 안료로 사용한 점이 특징이다. 등황 안료의 색상을 뚜렷하게 보이도록 사용한 밑칠 안료에는 백토와 연백을 들 수 있으며 주로 연백 안료의 사용 비중이 높은 편이다(Table 5).
고단청 조사를 통해 확보한 황색 유기안료는 여러 차례에 걸쳐 중첩 채색하여도 액체 상태로 아주 얇은 피막 채색층을 형성하여 층위가 두껍지 않은 점이 특징이며 무기분석으로는 물질 정보를 확인할 수 없다. 따라서 비교적 등황 채색층위가 두터운 시료 5점을 선별하여 라만분광 분석을 통해 등황 성분에 대한 과학적 데이터를 확보하고자 하였다. 등황 표준시료와 일치한 스펙트럼을 보이는 채색시료는 3종이며, 레이저 출력 3.90 mW, 파장 488 nm일 때 주 피크는 1632 cm-1에서 나타났다(Marucci, 2018). 이에 따라 경북 울진 불영사 응진전과 대구 파계사 원통전, 충남 공주 마곡사 대광보전 등 총 3개소에서 확보한 황색 채색층이 등황 안료로 확인되었다(Figure 4).
3.2. 등황의 발색 및 색 안정성
열화된 단청 도막은 변색, 균열, 박락 등 다양한 형태로 손상된다. 전통안료의 열화를 촉진시키는 요소는 온⋅습도, 빛, 먼지 및 오염물 등의 대기 환경 요인과 안료의 조성 및 물성과 같은 재료적 특성, 도포 조건 등 다양하며, 이들이 복합적으로 작용하여 열화를 가속화시킨다(Ryu, 2022). 결국 물리적 반응으로 변색 및 퇴색이 진행되고 본래의 고유한 색채를 잃게 된다. 등황의 채색기법(밑칠, 조채 배합 등)에 따른 열화 전후 표면상태를 분석한 결과, 채색기법에 따른 표면 황색도, 질감, 색변화에 차이를 보였다.
Table 6과 같이 현미경상에서, 등황 안료는 연백을 밑칠로 하거나 혼합할 시 균질한 표면의 채색층 질감을 보이는 반면 백토를 밑칠로 하거나 혼합할 시 채색층에 공극이 다수 확인된다. 촉진내후성시험에 따른 누적 자외선량이 증가함에 따라 시편의 균열이나 비교적 큰 공극 주변으로 유광의 도막 형태가 나타나며, 그 외의 공극 주변은 등황이 퇴색되어 하부 백색 안료 입자가 육안으로 식별되는 부분도 확인되었다.
등황 안료 채색기법에 따른 초기 황색도(b*)값은 중첩채색 5종에서 74.90∼80.64의 범위를 나타내고 DB 및 DY 등 혼합채색 2종에서 각각 53.00, 66.27을 나타냈다(Figure 5). 황색 발색도는 혼합채색에 비해 중첩채색에서 높은 값을 보였으며 중첩채색 중에서도 DH-Y 채색이 가장 높게 나타났다.
등황 채색기법에 따른 색도변화를 통해 보존성을 평가한 결과, 사용한 안료와 기법에 따라 색변화 경향에 차이가 나타났다. 중첩채색의 경우 지속적으로 색도 변화가 증가하는 경향을 보이는 반면 혼합채색의 경우 DB에서 색변화가 상대적으로 완만하였다(Figure 6). 그러나 두 채색기법 모두 초기 대비 색변화(ΔE)가 37.59∼69.14로 현저히 나타나 유기안료가 색 안정성 면에서 취약하다는 것을 확인할 수 있었다.
등황 채색기법별로 시험 후 황색도(b*)는 중첩 채색 5종에서 ΔE 37.59∼69.14의 범위였으며 DB 및 DY 등 혼합 채색 2종에서 각각 ΔE 41.44, 61.03으로 측정되었다. 이를 통해 전반적으로 중첩채색이 혼합채색에 비해 색 안정성이 상대적으로 높은 것을 알 수 있다. 중첩채색 중에서는 DH-Y, DH-B1Y2, DH-B1Y1, DH-B2Y1, DH-B 순으로, 시험 후 황색도가 높은 채색기법은 밑칠 안료로 연백을 사용하였을 때 색 안정성이 우수하였다.
이를 통해 등황은 밑칠에 사용된 안료 종류 및 채색 기법에 따라 열화 정도나 열화양상에 차이를 보이는 것을 알 수 있다. 특히 발색도와 색 안정성이 높은 채색시편은 연백을 밑칠한 후 등황을 중첩 채색한 것인데 이는 실제 문화유산 전통 단청에서 가장 많이 확인되는 등황의 채색 유형이기도 하다. 이를 통해 당시 장인들이 단청을 시공할 때 등황의 발색도와 보존성을 고려한 것을 알 수 있다.
4. 결 론
이 연구에서는 등황 안료에 대한 채색시료를 분석하여 단청 채색 특성을 규명하였다. 또한 전통 단청 시료에 근거하여 채색기법을 재현하고 촉진내후성시험을 통해 등황의 채색 기법에 따른 기본 발색과 보존성을 파악하고자 하였다.
문화유산 고단청에 남아 있는 등황 안료의 채색층은 일반적으로 백색 안료로 밑칠한 후 등황을 중첩 채색한 기법이 사용되었다. 밑칠로 사용된 백색 안료는 주로 연백과 백토가 단독으로 사용되며 두 안료를 혼합한 사례도 확인된다.
등황 안료를 이용하여 중첩채색과 혼합채색 기법을 적용한 단청 재현시편을 제작하고 채색기법에 따른 색 안정성을 평가한 결과, 사용 안료와 기법에 따른 차이를 확인할 수 있었다. 초기 채색기법에 따른 황색도를 비교하면 혼합채색보다 중첩채색이 높은 것을 알 수 있으며 특히 밑칠로 연백을 단독으로 사용하거나 백토와 혼합하여 사용할 때 연백의 비율이 높을수록 황색도(b*)가 높았다.
촉진내후성시험 전후 등황 안료의 색 변화를 비교한 결과, 모든 재현시편의 색차 값(ΔE)이 40이상을 보여 기본적으로 색 안정성이 취약하여 유기안료의 한계를 나타냈다. 전반적으로 색 안정성이 취약하지만 시험 후 최종 황색도를 살펴보면 혼합채색보다 중첩채색이 높게 나타났으며 중첩채색의 경우, 밑칠 안료로 연백을 사용하거나 연백의 혼합비율이 높을수록 색 보존성이 우수하였다.
이를 통해 기존의 X-선을 이용한 무기 성분 중심 분석에서 명확히 확인하기 어려웠던 황색 유기안료 등황의 성분을 확인할 수 있었다. 또한 실제 문화유산 전통 단청에서 확인되는 등황의 주요 채색 특성이 발색과 보존성 면에서 우수하다는 과학적 근거자료를 확보할 수 있었다. 다만 이 연구 결과는 밑칠 안료의 물성 및 광물학적 성분, 조채 비율, 시험조건 등의 실험요인의 가변성에 따른 한계를 가지고 있으며, 이를 고려하여 실험이 더 보완된다면 전통 단청 기법을 복원하고 실제 현장에 시공하는 데 있어 중요한 기준 자료로 활용될 것으로 기대된다.
PDF Links
PubReader
ePub Link
Full text via DOI
Download Citation
