서 론
현대 미술에서 조각작품은 기존에 사용된 금속, 석재, 목재뿐 아니라 합성수지, 페인트, 신소재 등 다양한 재질이 사용되고 있다. 특히 플라스틱은 합성수지의 종류에 따라 다양한 형태로 제작이 가능하고 여러 재질을 혼합하여 사 용할 수 있는 장점으로 작품의 수가 지속적으로 증가하는 추세이다. 플라스틱 작품은 지난 100여 년 동안 문화유산 및 예술 작품에 많은 부분을 차지해왔으나 1990년대 이후 부터 보존에 대한 중요성이 강조되기 시작하였다. 영국, 프 랑스 등 국외 박물관을 중심으로 플라스틱 보존에 대한 연 구가 실시되었으며(Lavedrine et al., 2012), 플라스틱의 과 학적 동정방법, 열화 원인 표명 및 평가, 보존환경, 보존처 리 등 플라스틱의 보존에 관한 연구가 광범위하게 진행되 었다. 국내에서는 2010년 이후부터 플라스틱의 동정방법 적용(Yu, 2013), 열화특성 연구(Yu et al., 2015)와 같은 기 초 연구 뿐만 아니라 플라스틱의 세척 방법 및 접착제 평가 (Chung et al., 2013), 야외 플라스틱 작품의 보존을 위한 코 팅제 연구(Han, 2017) 등 작품 보존을 위한 응용 연구가 시 도되었다. 그러나 전 세계적으로 대부분의 연구가 예방적 인 방법에 집중되어 있어 보다 적극적인 보존 방법에 대한 연구의 필요성이 대두되고 있다(Winther et al., 2015). 실제 플라스틱은 한번 열화되면 돌이킬 수 없다는 특성이 있어 손상을 최소화하는 것이 우선이지만 재료적 열화는 막을 수 없는 부분이므로 보존처리 방법에 대한 연구는 더욱 중 요하다고 할 수 있다. 플라스틱 작품의 보존처리 관련 연구 는 주로 재료의 열화특성, 클리닝 방법에 대해 진행되었으 며, 최근에는 오브제나 사진의 스크래치 발생 시 충진제로 합성수지를 사용하는 등(Lagana et al., 2017) 보존처리 재 료에 대한 연구도 발표되고 있다. 실제 플라스틱 작품의 보 존을 위해서는 적합한 처리재료의 선정, 보존처리 방법 등 보다 실질적으로 작품에 적용할 수 있는 연구가 요구되고 있다.
본 연구에서는 이인희 ‘앨리스의 가방-눈 없는 물고 기’(2006) 작품을 대상으로 작품의 재료적 특성을 분석하 고 보존처리에 적합한 재료선정을 위한 연구를 실시하였 다. 대상작품은 물고기 형태의 표면에 생선비늘을 붙이고 합성수지를 도포하여 제작된 작품으로 현재 합성수지의 열 화로 인해 작품 표면에 다수의 균열 및 부분적으로 형태가 변형되어 보존처리가 필요한 상태였다. 보존처리에 앞서 작품에 대한 기초조사 및 재질분석을 진행하였으며, 보존 처리에 적합한 재료를 선정하기 위해 시판되는 접착제 중 일부를 선별하여 적합성 평가를 실시하였다. 또한 작품 분 석을 통해 추정된 합성수지와 시판 접착제를 사용한 의사 시편을 제작하여 물성변화를 측정하였으며, 이를 통해 작 품에 적합한 보존처리 재료를 선별하였다.
연구방법
2.1. 작품 상태조사 및 재질분석
육안 및 현미경(Shuttle pix, Nikon, JP) 관찰을 실시하여 작품 표면의 열화 정도를 확인하였다. 재질분석은 적외선 분광분석(Nicolet 8700, Thermo, USA)을 통해 작용기의 특 성을 확인하였으며, 분석결과는 보존처리의 기초자료로 활 용하였다. 또한 분석 스펙트럼은 시판중인 접착제와 비교 하여 작품에 사용된 물질의 종류를 추정하는데 활용하였다.
2.2. 접착제 물성 및 접합특성 평가
2.2.1. 연구재료
보존처리 접착제 선정을 위해 에틸렌 비닐아세테이트 (Ethylene Vinyl Acetate, EVA)계 접착제 2종, 폴리 비닐아 세테이트(Polyvinyl Acetate, PVAc)계 접착제 2종, 시아노 아크릴레이트(Cyanoacrylate)계 접착제 1종으로 총 5종의 접착제를 비교하였다(Table 1). 접합특성 평가를 위한 시편 은 작품과 유사한 성분을 보이며 물성평가에서 상대적으로 우수한 결과를 보인 접착제를 피착재로 하였으며, 각각의 접착제를 사용하여 의사시편을 제작하였다. 모든 시편은 동일한 크기(150 × 30 × 5 mm)로 각각 5배수씩 제작하여 실험에 사용하였다.
2.2.2. 평가방법
각 접착제 별 물성평가는 적외선 분광분석(Niolet 8700, Thermo, USA), 산성도 평가(LAQUA, Horiba, JP)를 실시 하였으며, 경도 측정을 통해 유연성이 확인되는 작품의 지 느러미 및 꼬리 부분 보존처리에 적합한 접착제를 평가하 였다. 산성도는 상온에서 경화시킨 접착제 0.2 g을 증류수 10 ml에 넣어 72시간 동안 추출하여 측정하였으며, 경도는 경도계(Durometer hardness A type, Asker, JP)를 사용하여 시편의 단단함 및 탄성회복력을 비교하였다(Figure 1).
Figure 1.
The materials and methods of experiment [(left): image of samples, (middle): samples of pH measurement, (right) image of hardness measurement)].
또한 작품분석을 통해 추정된 합성수지와 시판 접착제를 사용한 의사시편을 제작하여 접합특성을 평가하였다. 뚜렷 한 변화양상을 확인하고자 인공열화를 실시한 후 접합부의 단면관찰(Shuttle pix, Nikon, JP), 색도(CM-700d, Minolta, JP) 및 경도 변화를 비교하였다. 인공열화는 내후성시험기 (Xe-3, Q-LAB, USA)를 사용하여 자외선 조건(UVA-340, 0.45 W/m2, 50℃)에서 5시간, 암실 조건에서 1시간, 총 6시 간을 한 주기로 설정하여 총 336시간 열화를 진행하였다. 대조군으로는 실내환경(23℃, RH 50±5%)에서 보관한 의 사시편을 사용하였다. 모든 평가는 3회 반복 측정 후 평균 값을 사용하였다.
연구결과
3.1. 작품 상태조사 및 재질분석
3.1.1. 육안 및 현미경 관찰
3.1.2. 적외선 분광분석
작품에 사용된 합성수지의 적외선 분광분석 결과, 2913, 2847 cm-1의 C-H, 1729 cm-1의 C=O, 1460, 716 cm-1의 CH2, 1220 cm-1의 C-O-C, 1017, 602 cm-1 C-O 등의 작용기 특성피크가 확인되었다. 이는 시판되는 접착제 중 EVA계 접착제(EA, EB) 성분과 가장 일치하는 것으로 판단된다. PVAc계 접착제(PA, PB)는 EVA 접착제와 유사한 특성피 크가 관찰되었지만 1460 cm-1의 CH2 결합피크가 확인되지 않는 점과 2913 cm-1의 C-H 흡광도가 상대적으로 낮게 관 찰되어 작품에 사용된 합성수지 스펙트럼과 일부 차이가 있는 것으로 보인다. 시아노아크릴레이트계 접착제(CA)는 2250 cm-1부근의 C≡N 피크와 1200 cm-1 이하의 지문영역 에서 855, 741 cm-1 등의 특성피크가 확인되어 다른 접착제와 결합구조에서 가장 큰 차이가 있는 것으로 추정된다(Figure 4).
3.2. 접착제 물성평가
3.2.1. 산성도
접착제의 산성도 측정 결과, 접착제 종류에 따라 다른 결과를 보였다. 시편 EA, PB의 경우 pH 7.48, 7.52로 중성 으로 나타났으며, 시편 EB, PA는 pH 6.53, 5.53으로 산성 범위에서 확인되었다. 시편 CA의 경우 pH 4.83으로 측정 되어 산성이 가장 높은 것으로 나타났다(Figure 5).
3.2.2. 경도
경화시킨 접착제의 경도 측정 결과, 시편 EA, EB는 경 도 77~78 Shore A, 시편 PA, PB는 80~90 Shore A범위에서 측정되었다. 상대적으로 시편 EA, EB가 경도가 낮아 더욱 연하며 유연성을 갖는 것으로 확인되었다. 그러나 시편 CA 의 경우 경도 측정 시 시편이 부서지는 현상이 발생하여 측 정이 불가능하였으며 이로 보아 CA는 유연성이 거의 없는 것으로 판단된다(Figure 6).
3.3. 접착제 접합특성 평가
3.3.1. 단면관찰
작품에 EVA계 접착제가 사용된 것으로 추정됨에 따라 이를 피착재로 하여 제작한 시편의 접합면 관찰 결과, 시편 EA, EB는 접합부의 경계가 명확하게 구분되지 않는 것으 로 확인되었다. 이는 동일한 성분의 접착제를 사용하여 시 편과 접착제 간 이질감이 적게 나타난 것으로 보인다. 반면 시편 PA, PB의 경우 시편 가운데 부분에서 흐릿하게 접착 제 층이 관찰되었으며, 특히 시편 CA는 접착제 층의 색상 및 형태가 확연히 다른 것으로 나타났다.
자외선 열화 후 시편 EA, EB는 눈에 띄는 변화가 없었 으나 시편 PA, PB, CA는 접합면의 경계가 더욱 선명하게 관찰되었다. 시편 CA의 경우 열화 후 전체적으로 황변이 발생함을 확인하였다(Figure 7).
3.3.2. 색도
자외선 열화 후 모든 시편이 색차 2이상으로 증가하였 다. 시편EA, EB는 색차 2.6, PA는 2.8, PB는 3.7, CA는 4.3 의 색변화를 보였으며, 특히 PB와 CA는 색차 3이상으로 현저한 차이가 확인되었다. 동일한 시간동안 상온에서 보 관된 대조군은 전반적으로 색차 2미만으로 나타났으며, 특 히 EVA계 시편의 색차는 0.6, 1.1로 변화가 미미하였다. 시 편 PA, PB, CA 모두 색차 3이상으로 나타났으며 그중 PA 는 열화시편보다 대조군에서 색차가 크게 증가하여 열화 조건에 관계없이 색 변화가 큰 것으로 나타났다(Figure 8).
3.3.3. 경도
열화 전 시편 EA, EB는 경도 53, 54 Shore A로 측정되 었으며 시편 PA는 57 Shore A, PB는 55 Shore A, 시편 CA 는 62 Shore A로 확인되었다. 상대적으로 시편 CA의 경도 가 높게 나타났으나 시편 별 경도차는 1~9 Shore A 정도로 확연한 차이는 나타나지 않는 것으로 보아 접합 후 경도 및 유연성 차이는 크지 않은 것으로 생각된다.
자외선 열화 후 경도 측정 결과, 전반적으로 열화 전 대 비 약 15~25 Shore A 증가하였으며, 대조군의 경우 9~14 Shore A정도 증가한 것으로 확인되었다. 열화 후 대부분의 시편이 유사한 변화 양상을 보였으나 시편 CA의 경우 자외선 열화시편과 대조군 시편의 경도가 3 Shore A정도 차이나 열화에 따른 경도변화는 작은 것으로 나타난다(Figure 9).
고찰 및 결론
본 연구는 합성수지 작품의 보존처리를 진행하기에 앞 서 작품의 기초조사 및 재질분석을 실시하였다. 이를 바탕 으로 작품의 보존처리에 적합한 재료를 선정하고자 의사시 편을 제작하여 재료별 물성을 평가하였다. 합성수지 작품 의 현재 상태를 알아보기 위해 육안 및 현미경 관찰을 실시 하여 작품의 표면균열, 들뜸, 휨 등 열화를 확인하였으며, 적외선 분광분석을 통해 작품에 사용된 합성수지는 에틸렌 비닐 아세테이트계(Ethylene vinyl-acetate, EVA)임을 확인 하였다.
열화된 합성수지 작품의 안정한 보존처리를 위해 보존 처리에 주로 사용되는 접착제 중 일부를 선별하여 재료적 특성을 비교하였다. 접착제 별 성분은 시편 CA를 제외한 나머지 네 개의 시편에서 작용기가 동일하게 확인되어 EVA, PVAc계 성분이 유사함을 확인하였다. Cyanoacrylate 계 접착제인 시편 CA는 유일하게 C≡N 피크가 나타나 작 품 및 다른 접착제와 차이가 있는 것으로 확인되었다. 산성 도 비교 결과, 접착제 종류별로 다른 결과를 보였으며 시편 EA, PB만 중성으로 나타나 보존처리에 적합한 모습을 보 였다. 나머지 시편은 산성 범위로 측정되어 실제 작품을 처 리하는데 적합하지 않을 것으로 판단된다. 각 접착제의 경 도 측정 결과, EVA계 접착제의 경도가 상대적으로 낮아 다 른 접착제에 비하여 더욱 연질이며 유연성을 갖는 것으로 나타났다. PVAc계 접착제는 EVA계 보다 약 10 Shore A정 도 높게 측정되었으며, Cyanoacrylate계 접착제는 경도 측 정 시 시편이 부서지는 것으로 보아 시편 중 경도가 가장 크고 접착제의 유연성은 적은 것으로 생각된다. 작품의 지 느러미, 꼬리 부분에서 유연성이 확인됨에 따라 접착제를 경화시켰을 때 경도가 낮은 접착제가 더욱 적합할 것으로 판단된다.
각 접착제의 접합특성을 평가하고자 의사시편을 제작하 여 인공열화를 실시하였다. 시편의 단면관찰 결과, EVA계 접착제는 열화 전, 후 모든 시편에서 접합면이 구분되지 않 았는데 이는 동일한 성분의 접착제를 사용하여 시편과 접 착제 간 이질감이 적게 나타난 것으로 보인다. PVAc계 시 편의 경우 열화 전에는 접착제 층이 흐릿하게 구분되었으 나 열화 후 더욱 뚜렷하게 나타났다. Cyanoacrylate계 시편 은 접합 후 접착제 층의 색상 및 형태가 전혀 다르게 관찰 되었으며, 특히 열화 후에는 전체적으로 황변이 발생하고 접착면이 더욱 뚜렷하게 구분되어 작품에 사용하기에 부적 합한 것으로 판단된다.
색차 비교 결과, 자외선 열화 후 전반적으로 색차는 증 가하였으며 특히 색차가 크게 나타난 시편 PB, CA는 육안 으로도 황변을 확인하였다. 대조군의 경우 EVA계 시편은 색 변화가 미약한 반면 PVAc, Cyanoacrylate계 시편은 색 차가 크게 증가하는 것으로 보아 상대적으로 열화가 빠르 게 진행되는 것으로 보인다. 경도 측정 결과, 전반적으로 시간이 경과함에 따라 경도는 증가하였고 자외선 열화 시 경도의 증가 폭이 더욱 크게 나타났다. 이로 보아 접착제가 열화되면서 유연성이 감소하고 바스러지는 현상이 발생하 는 것은 경도 변화와 관련된 것으로 사료된다. 특히 EVA, PVAc계 접착제는 유사한 변화 양상을 보인 반면 Cyanoacrylate 계 접착제는 열화 여부에 상관없이 비슷한 정도의 경도 변 화가 발생함으로써 접착제 본연의 열화 속도가 빠른 것으로 추정된다. 또한 Cyanoacrylate계 접착제의 경우 PE, PS, PU 플라스틱에서는 접착력이 우수하고 황변에 안정한 것으로 확인되었으나(Yu et al., 2015) 본 연구에서는 상대적으로 경 도가 높고 눈에 띄는 황변이 발생하는 등 취약한 모습을 보 여 플라스틱 종류에 따라 다른 결과가 도출됨을 확인하였다.
접착제의 기초 물성평가, 의사시편을 이용한 접합특성 및 내구성 평가를 통해 여러 접착제 중 EVA계 접착제가 작 품의 보존처리에 가장 적합한 특성을 갖는 것으로 나타났 다. EVA계 접착제의 성분이 작품과 가장 유사하였으며, 접 착제는 중성을 띠고 굳었을 때 적당한 유연성을 지닌 것으 로 확인되었다. 또한 의사시편과의 접합 시 피착재와 접착 제층이 분리되지 않고 열화에 관계없이 색도 및 경도 변화 가 적어 안정적으로 나타났다. EVA 공중합체(copolymer) 는 PVAc 단일중합체(homopolymer)보다 강하고 열에 안정 성이 있다고 알려져 있으며(Down, 2016), PVAc 성분보다 EVA 성분의 접착제가 더욱 중성을 띠며, 중간 정도의 강도 를 갖고 유연하며 황변이 적게 나타난(Down, 2015) 선행연 구 결과와도 유사한 것으로 보인다. 이러한 결과를 토대로 EVA계 접착제가 작품의 보존처리에 적합한 것으로 판단 된다.
본 연구에서는 합성수지 작품의 보존처리를 목적으로 실제 작품의 기초조사와 처리재료를 선정하기 위한 과학적 분석 및 물성 평가를 실시하였다. 그러나 특정 작품을 대상 으로 진행하였고, 접착제를 5종으로 제한한 점에서 일부 한계도 존재하였다. 현대 미술작품에 다양한 종류의 합성 수지가 사용되는 점을 고려할 때 본 실험결과를 기반으로 향후 플라스틱의 보존처리 재료에 대한 폭넓은 연구가 요 구된다. 플라스틱 작품의 보존처리에 대한 국내 연구가 부 족한 단계에서 본 연구결과는 작품의 안정적인 보존처리에 도움을 줄 것으로 기대된다.
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