목조문화재 보존을 위한 방제약제 평가에 관한 연구
A Study on the Evaluation of Pesticides for the Conservation of Wooden Cultural Heritages
Article information
Abstract
목조문화재에 사용되는 생물피해 방제약제는 안전성 및 성능 검증에 대한 규정이 명시되지 않았으나 2019년 문화재수리표준시방서 개정으로 문화재에 사용되는 방제약제도 국립환경과학원으로부터 승인을 받은 제품이어야 한다고 명시하고 있다. 그리고 방제약제의 성능시험은 한국임업진흥원 표준시험법에 따른 성능기준에 적합한 것을 사용한다고 명시함으로써 성능평가에 대한 지침을 제시하였다. 이에 본 연구에서는 현재 목조문화재 생물피해 방제에 사용하고 있는 약제 3종을 대상으로 표준시험법에서 제시한 성능 평가로 방부효력, 방미효력, 방의효력, 철부식성과 흡습성 시험을 수행하였고, 옥외 폭로시험으로 자연적인 열화과정에서 방제약제의 지속력을 확인하기 위하여 유효성분 잔류량을 분석하였다. 본 연구는 처음으로 문화재수리표준시방서에 제시한 방법과 기준에 따라 공인기관으로 명시한 한국임업진흥원에서 평가를 진행하였다. 시험과정과 방법을 정리하여 보완점을 확인하고 시험결과 보고서를 바탕으로 생물피해 방제약제 평가를 위한 기초자료로 활용하고자 한다.
Trans Abstract
Although no regulations specify safety and performance evaluations for biological pest control agents used on wooden cultural artifacts, the revised 2019 Cultural Heritage Repair Standards state that the agents used on cultural artifacts must be approved by the National Institute of Environmental Sciences. In addition, the performance evaluations of these agents should comply with the performance standards specified in the Korean Forestry Promotion Institute Standard Test Method, as stated in the standards. This study performed performance evaluations on one type of agent currently used for biological pest control on wooden cultural artifacts and two types of imported wood preservative products on the domestic market. For performance evaluation, we conducted tests for decay resistance, termite resistance, mold resistance, corrosion resistance, and moisture absorption, and analyzed residue levels of active ingredients through outdoor exposure tests to confirm the persistence of the biocide during natural weathering processes. The results of this study aim to summarize the testing procedures and methods for performance evaluation, identify areas for improvement, and utilize the test results as a basis for establishing standards for the evaluation of biocidal agents.
1. 서 론
본 연구는 목조문화유산 보존을 위한 생물피해 방제약제 도입을 위해 평가기준을 마련하고자 수행되었다. 생물피해 방제약제의 평가 항목 중 방부효력, 방미효력과 방의효력 시험은 대표적인 피해원인 부후균과 표면오염균, 그리고 흰개미에 대한 억제 효과를 평가하는 것으로 약제의 성능을 결정하는 중요한 항목이다. 다음으로 목재 생분해의 주요 원인인 수분은 생물학적 피해뿐만 아니라 사용되는 부재료를 부식시킬 수도 있다. 수분을 차단하여 생물피해를 막을 수 없을 경우 방충방부제를 처리하는 방법을 사용하게 된다. 그런데 약제 자체가 수분을 흡수하는 성질이 있어 부재료인 금속을 부식시키거나 목재의 수분 흡수력을 증가시킨다면 생물피해를 가속화시킬 수 있으므로 철부식성과 흡습성을 평가한다(United States Department of Agriculture, 2013). 마지막으로 생물피해 방제약제의 경우는 환경적인 영향으로 수분에 의해 생분해되거나 태양광에 의해 광분해 되어 시간이 경과함에 따라 약제 자체의 효과가 감소하게 된다. 이에 따라 유효성분의 용탈 및 생물학적 열화 등으로 일정 기간마다 재처리가 요구된다. 그러나 현재 국내에서 사용되는 약제는 이러한 평가항목과 방법 그리고 평가기준이 제시되기 전으로 환경오염이나 인체 안전성이 고려되지 않았을 뿐만 아니라 성능 평가에 대한 가이드라인도 없었다. 이와 더불어 문화재수리표준시방서 및 문화재수리표준품셈의 경우 방제약제 처리에 대한 체계적인 공정과 재처리 주기에 대한 방안이 제시되지 않았다(Cultural Heritage Administration, 2014, 2019).
일반적으로 목재보존을 위한 생물피해 방제약제는 환경부 고시 제2019-103호(2019.6.17.) “살생물물질과 살생물제품 승인신청자료의 작성범위 및 작성방법”에 따라 등록 후 사용하게 되어 있으나(Ministry of Environment, 2019a), 목조문화유산에 사용하고 있는 약제는 약제 자체에 대한 관리 감독 방안이 없고 약제의 안전성 및 성능평가기준이 없어 새로운 약제를 사용하는 것이 어려웠다. 그러나 2019년 문화재수리표준시방서 개정으로 문화재에 사용되는 방충방부제도 국립환경과학원으로부터 살생물제품 승인을 받아야 한다고 안전성 검증 지침을 제시하였다. 그리고 약제의 방부효력, 방미효력, 방의효력, 철부식성 및 흡습성을 평가 항목으로 제시하고 한국임업진흥원 표준시험법에 따른 성능기준에 적합한 것을 사용한다고 공시함으로써 평가 항목 및 방법 그리고 평가기준에 대한 가이드라인을 제시하였다(Cultural Heritage Administration, 2020).
이에 본 연구에서는 문화재수리표준시방서에서 제시하는 평가 항목 및 방법 그리고 평가기준에 따라 한국임업진흥원의 표준시험법으로 평가를 수행하여 시험과정과 방법에서 보완점을 확인하고자 하였다. 그리고 추가적으로 외부 환경조건에서 약제의 지속성을 확인하여 재처리시기를 산정하기 위해 옥외 폭로시험을 수행하였다. 이를 통해 방제약제 평가를 위한 시험과정과 방법을 정립하고 보완점을 확인하여 새로운 약제 도입을 위한 평가 지침을 마련하고자 한다.
2. 연구방법
2.1. 시험약제
현재 국내에 목재보존제로 시판되고 있는 약제 3종을 시험약제로 사용하였고, 이후 시험에서는 A, B, C로 표기하였다. 시험에 사용된 약제의 유효성분 및 용매에 대한 상세 내역을 Table 1에 나타내었다. 표준시험법에 따른 성능시험과 유효성분 함량 분석에는 3종 모두 원액을 사용하였다. 유효성분 중 IPBC는 수용성 방부제에 널리 사용되는 성분으로 동일하게 포함되어 있고, 약제 A는 etofenprox와 chlorpyrifos가 주요 살충 성분이다. 약제 B와 C는 유효성분이 propiconazole과 tebuconazole, 그리고 cypermetrin으로 동일하고 분산 용매가 서로 다른 제품이다.
The statement of target preservatives and active components
2.2. 방제약제의 성능시험
2.2.1. 방제약제 성능시험 방법
방제약제 성능시험의 시험생물과 시험체, 그리고 목재시편의 크기와 반복수는 Table 2에 나타내었다. 목재시험편은 건전한 소나무(Pinus densiflora) 변재를 사용하고 온도 60±2℃의 항온기에서 24시간 건조한 것을 사용한다.
The standard organisms and wooden specimen details for the pesticides efficacy test
방부효력은 무처리 시험체와 처리 시험체 2종류로 한다. 목재시험편에 공시약액을 처리하여 약액흡수량이 110±10 g/㎡가 되도록 한다. 시험체에 약액을 흡수시킨 다음 20일간 풍건시킨 후 내후조작과 항균조작을 거친 후 효력시험을 진행한다. 내후조작은 용탈과 휘산조작을 10회 반복한 것으로 하였으며 용탈조작은 동일처리한 것을 모아서 서로 붙지 않도록 하고 25±3℃의 물에 8시간 침지하여 용탈한다. 휘산조작은 용탈조작을 마친 시험체를 가볍게 물을 턴 후 곧바로 온도 60±2℃의 순환식 건조기에서 16시간 방치하여 휘산한다. 처리 시험체와 무처리 시험체를 별도의 배양용기에 넣고, 온도 26±2℃, 상대습도 70% 배양실에서 8주간 배양하고 시험체를 꺼내어 표면의 균사를 흐리는 물에서 목재층이 파괴되지 않도록 제거한 다음, 약 24시간 풍건시킨 후 온도 60±2℃에서 48시간 순환식 건조기에서 건조한 후 중량을 0.01 g까지 측정하고 기록한다.
방미효력 또한 무처리 시험체와 처리 시험체 2종류로 하며, 목재시험편 10∼20개를 1 ℓ비커에 우물정자로 쌓고, 그 위에 추를 눌러주면서 약액을 주입한다. 약액은 목재시험편 상단 1 ㎝ 이상으로 하며, 약액을 넣고 3분간 침지한다. 내후조작은 용탈과 휘산조작을 10회 반복한 것으로 하며, 시험편이 서로 붙지 않도록 나란히 놓고 2일간 풍건한 것을 처리 시험체로 한다. 직경 90∼100 ㎜, 높이 15 ㎜ 배양용기에 동일 처리한 시험체 3개를 20×50 ㎜ 면이 위로 향하게 설치한 다음 단일 포자 현탁액 2 ㎖를 골고루 뿌린다. 이후 온도 26±2℃, 상대습도 70∼80%에서 4주간 배양하고 시험체 표면의 균체 발육상황을 관찰하고 기록한다.
방의효력의 처리 시험체는 붓으로 지정농도의 방의제를 표면에 110±10 g/㎡로 처리한 후 실온에서 20일 이상 방치한 것으로 한다. 처리 시험체와 무처리 시험체를 별도로 하여 방부효력 시험과 동일한 내후조작을 거친 것을 사용한다. 사육용기는 직경 8 ㎝, 길이 6 ㎝의 아크릴 원통의 바닥을 치과용 석고로 두께 약 5 ㎜로 막은 것을 사용하며, 미리 약 2 ㎝ 두께의 습윤면을 깐 뚜껑이 있는 상자 속에 10∼15개를 둔다. 사육용기의 석고위에 시험체의 곧은 결면을 상하가 되도록 시험체를 하나씩 두고 일개미 200마리와 병정개미 20마리를 넣는다. 용기를 온도 28±2℃의 어두운 곳에 정치하여 사육한다. 사육 7일 경과할 때마다 흰개미를 사육용기에서 꺼내어 사충수를 측정해 두고, 사육 21일이 경과한 시험체는 사육용기에서 꺼내어 표면에 부착된 이물질을 제거한 다음 온도 60±2℃에서 항량이 될 때까지 건조하여 중량을 0.01g까지 측정한다. 이상의 시험방법은 “목재 재질 및 목제품 품질에 관한 표준시험법” 중 목재보존제의 성능시험 방법으로 도포⋅분무⋅침지처리용 목재방부제의 방부효력시험 방법, 목재용 방미제의 방미효력시험 방법, 그리고 도포⋅분무⋅침지용 목재방의제의 방의효력시험 방법이다(Korea Forestry Promotion Institute, 2012).
철부식성과 흡습성 시험의 약제 처리는 건조한 목재시편을 진공 데시케이터 또는 별도의 감압주입장치를 이용하여 시편 내로 시료를 주입한 후 상압으로 되돌려 잠시동안 방치한다. 그 후 목재시편을 꺼내어 표면에 묻은 시료를 닦아내고 질량은 0.01 g까지 측정한다, 시료 흡수율은 수용성 및 유화성 시료는 140±10%, 유성 및 유용성 시료는 110±10%로 한다. 시료를 흡수시킨 후 20일간 실온에서 방치한 다음 철부식성과 흡습성의 처리 시험체로 사용한다. 시험은 황산칼륨 포화수용액이 바닥에 깔린 데시케이터에 시험체를 넣고 온도 40±2℃ 조건에서 철부식성은 10일간, 흡습성은 48시간 방치한 다음 질량을 측정한다. 이 때 데시케이터 내부의 상대습도는 황산칼륨 포화 수용액에 의해 약 97% 정도로 유지하게 된다. 철부식성은 10% 시트르산수소이암모늄 용액을 이용하여 표면의 녹을 제거한 다음 못의 질량을 측정한다(Korean Standards, 2018a).
2.2.2. 방제약제 성능시험 과정
시험은 “목재 재질 및 목제품 품질에 관한 표준시험법” 중 목재보존제의 성능시험 방법에 따라 한국임업진흥원 목재품질안전관리실에 의뢰하여 수행하였다(Korea Forestry Promotion Institute, 2012). 본 시험은 방제약제에 대하여 처음으로 표준시험법에 따라 표면처리 방부효력, 표면처리 방미효력, 표면처리 방의효력, 철부식성과 흡습성 평가를 진행하였다. 이것은 2019년 문화재수리표준시방서 개정으로 방제약제의 성능시험은 한국임업진흥원 표준시험법에 따른 성능기준에 적합한 것을 사용한다고 명시하고 있어 시험 과정과 결과를 지침에 따라 수행하고자 하였다(Cultural Heritage Administration, 2020, 2022a). 한국임원진흥원의 시험의뢰는 신청하기 전 고객지원센터 상담을 먼저 진행한 후 신청서를 작성하고 분석시료를 발송한 다음 검사항목별 수수료 납부까지 진행되어야 접수가 완료된다. 시험 기간은 접수 후 완료까지 약 150일 정도 걸리며 시험단계 별 사진과 결과 통지서를 팩스 및 메일로 받고자 할 경우 시험 의뢰 시 별도 요청해야 한다(Korea Forestry Promotion Institute, 2022).
2.3. 방제약제의 유효성분 분석
2.3.1. 시편준비 및 옥외폭로
목재시편 관련 시험방법은 KS 규격인 목재의 제재 치수(KS F 1519:2020), 목재의 시험방법 통칙(KS F 2201:2016) 및 목재보존제(KS M 1701:2018)를 바탕으로 실시하였다(Korean Standards, 2016; 2018a; 2020). 옥외 폭로를 위한 목재시편은 정상재 소나무 변재부로 옹이가 없는 것을 선택하였다. 목재시편 사이즈는 140×68×10 ㎜ 사이즈의 옹이가 없고 나이테 수가 유사한 목재시편을 선정하였으며, 시료 당 5개의 반복 시편을 준비하였다. 약제 처리는 문화재수리 표준품셈의 규격에 따라 ㎡당 1L 기준으로 24시간 간격으로 3회 도포한 후 5일간 자연 상태에서 건조시킨 후 옥외 폭로시험을 실시하였다(Cultural Heritage Administration, 2022b). 폭로기간은 약제 처리 후 목재시편을 옥외에 거치한 시점을 기준으로 1개월, 2개월, 3개월, 4개월, 6개월, 10개월 간격으로 변화를 관찰하였다(Table 3). 옥외 폭로기간 중 방수공사로 인하여 목재시편을 불투명 폴리비닐로 덮어놓았기 때문에 전체 폭로기간에서 해당 일수만큼 제외하였다. 그리고 지붕은 비 가림을 위해 자외선이 차단되지 않는 폴리비닐로 시공하였다.
The statement for the outdoor exposure period of wood specimens
2.3.2. 유효성분 분석
옥외 폭로기간별 목재 내에 남아있는 방제약제 유효성분의 함량을 측정하기 위해 KS 규격, 방부목재의 보존제 침윤도 및 보유량 측정방법(KS F 2155:2018)에 따라 실시하였다(Korean Standards, 2018b). 분석시료는 목재시편의 약제 처리한 표면층을 수압식 자동대패로 0.5∼1.0 ㎜ 정도 포삭하여 사용하였다. 분석시료 무게 0.5 g당 10 mL의 메탄올을 첨가하여 55℃로 가열된 초음파 추출기로 3시간 동안 추출하였다. 추출물은 실온으로 냉각시킨 후 0.45 ㎛ 테프론 필터로 여과한 다음 GC-MS 분석에 이용하였다. 본 시험에 사용된 가스크로마토그래피와 질량분석기는 Agilent Technologies(USA)사의 Gas Chromatography 6890N과 Mass Spectrometer 5973 inert 모델을 사용하였으며, 자동시료주입기도 동일 회사의 Autosampler 7683b Series를 사용하였다. GC-MS 분석 조건은 목재보존제의 목조문화재 적용성 평가 연구의 지속력 평가 실험 조건과 동일하며, 표준물질에 대한 검량선 작성 결과를 이용하여 유효성분 함량을 분석하였다(Lee et al., 2022).
3. 결과 및 고찰
3.1. 방제약제의 성능평가 결과
3.1.1. 표면처리 방부효력 평가 결과
표면처리 방부효력 평가에 사용되는 공시균은 부후개떡버섯(Fomitopsis palustris, FPA), 구름버섯(Trametes versicolor, COV)과 버즘버섯(Serpula lacrymans) 3종으로 이중 갈색부후균인 부후개떡버섯(Fomitopsis palustris)과 백색부후균인 구름버섯(Trametes versicolor)이 주로 사용된다. 방부효력 시험에서 중요한 것은 무처리 대조군의 중량감소율로 갈색부후균은 30%, 백색부후균은 15%를 기준으로 제시하고 있다(Korean Standards, 2018a). 무처리 대조군의 중량감소율이 표준 규격에서 제시하는 기준에 미달되는 부적합 빈도가 다수 확인되고 있는데(Korea Forest Service, 2011, 2012), 본 시험에서도 무처리 대조군의 중량감소율이 갈색부후균이 21.32%, 백색부후균이 11.95%로 기준에 적합하지 않은 것으로 확인되었기 때문에 재시험이 요구된다(Table 4). 그러나 방부효력 시험은 150일 정도로 시험기간이 길고 시험이 완료될 때까지 유효성 기준에 적합한 지 판단하기 어렵기 때문에 시험 방법을 개선하여 최적화하는 것이 필요하다. 그리고 목재보존제 표준규격의 성능기준에 의하면 무처리 대조군의 중량감소율이 성능기준에 적합하고 중량감소율이 3% 미만일 때 방부효력이 우수하다고 평가한다. 그러나 이러한 기준은 방부목재에 사용되는 목재보존제의 성능기준에 해당된다. 방부목재는 약제를 감압처리하여 많은 양의 약제를 목재 내부까지 투입할 수 있기 때문에 표면처리 약제보다 방부효력의 기준이 높을 수 있다. 목조문화재에 사용되는 방제약제는 표면에 도포하는 방법을 이용하기 때문에 약제의 성능기준도 이에 적합한 방법이 필요하다.
The evaluation result against wood rot fungi of preservatives
Table 4에서 방제약제 중 약제 B의 FPA 균주에 대한 중량감소율이 3.78%로 나타났고, 그 외 대부분은 3% 미만으로 확인되었다. 본 시험은 무처리 대조군의 중량감소율이 기준에 적합하지 않기 때문에 결과를 신뢰하기 어렵지만 시험약제 모두 무처리 대조군에 비해 중량감소율이 현저히 낮게 나타났다.
방부효력 평가에서 중요한 것은 공시균 2종을 규격에 맞게 사용하였는지, 그리고 무처리 대조군의 중량감소율이 기준에 적합한지 확인한 다음, 약제를 처리한 시편의 중량감소율로 효력을 평가하게 된다. 그러나 문화재에 적용하는 방제약제는 공시균, 약제 처리량, 중량감소율과 같은 평가항목은 유지하지만 표면처리용 약제이기 때문에 기준을 재설정할 필요가 있다.
3.1.2. 표면처리 방미효력 평가 결과
표면처리 방미효력 평가에 사용되는 공시균은 5종으로 대표적인 검은 곰팡이 종류인 Aspergillus niger와 Penicillium funiculosum, 효모유사 곰팡이로 알려진 Aureobasidium pullulans, 털곰팡이 일종인 Rhizopus nigricans, 셀룰로오스와 키틴을 분해할 수 있는 효소를 생산하는 Trichoderma viride를 이용하여 4주 배양 후 시험체 내 균체 발육상황을 관찰하고 평가기준에 따라 평가치를 구한다. 평가기준은 시험체에 곰팡이 균체와 발육이 전혀 관찰되지 않을 때가 평가치 0이고, 측면에만 관찰될 때 1, 곰팡이 발육이 시험체 윗면 50% 이하이면 2, 50% 이상이면 3으로 시험체 모두에서 곰팡이 균체 발육상황을 확인하여 평균 평가치를 산출한다. 이들 평균 평가치를 무처리 시험체의 평가치로 나누어 피해치를 산출하는데 방제약제 모두 공시균 5종에 대해 피해치가 0으로 피해가 없는 것을 확인하였다(Table 5). 방미효력 평가에 있어서 중요한 점은 시험법에 제시한 공시균 5종을 사용하여 각각의 균체 발육상황을 평가하는 것이고 시험균을 혼합하여 사용하지 않는 것이 중요하다.
Microbial inhibitory effect for preservatives
3.1.3. 표면처리 방의효력 평가 결과
목재보존제의 실내 방의효력 시험은 접촉독과 식독 시험 결과로 판정하고, 시험 결과는 평균 사충률과 평균 중량감소율로 나타내고 있다.
목재시편 표면에 약제를 도포하여 흰개미와 함께 사육용기에 넣고 사육 21일이 경과한 후 목재시편의 무게와 사충수를 계수하는 방법으로 평가하는데 중량감소율과 사충률의 기준은 제시되어 있지 않다. 시편의 중량감소율이 낮고 사충률이 높을수록 방의효력이 우수하다고 평가한다고 하면 본 시험약제는 평균 중량감소율이 3% 미만으로 확인되었고 평균 사충률도 95% 이상으로 모두 방의효력이 우수하다고 판단된다(Table 6).
Wood weight loss and mortality to termites for preservatives
표면처리 방의효력 평가의 경우 붓으로 약제를 도포하는 것으로 목재표면에 110±10 g/㎡를 처리하도록 시험방법에 제시하고 있으므로 시험 결과를 나타낼 때 처리용량을 함께 제시할 필요가 있다. 그리고 흰개미 활력 검증에 대한 자료로 무처리 대조군에 대한 중량감소율과 사충률을 함께 제시하여야 한다.
3.1.4. 방제약제의 철부식성 및 흡습성 평가 결과
철부식성은 약제 처리된 목재로 인하여 철이 부식되는 정도를 확인하기 위한 것으로 보존제로 사용되는 제품이 구리 화합물과 할로겐 화합물이 많기 때문에 약제를 처리하였을 때 금속을 부식시킬 수 있으므로 시험항목으로 규정하고 있다. 흡습성 평가는 약제 처리된 목재가 수분을 흡수하는 성질을 확인하기 위한 것으로 철부식성과 마찬가지로 약제로 인하여 목재의 수분조절 효율이 저하될 수 있기 때문이다. 평가기준에 철부식성은 철부식비로, 흡습성은 흡습비로 판정 기준을 제시하고 있으며, 성능기준을 철부식비는 2.0 이하, 흡습비는 1.2 이하로 규정하고 있다(Korean Standards, 2018b). 시험약제 3종에 대한 철부식성과 흡습성 평가 결과, 철부식비는 평균 1.0±0.06 범위 내에 있었고, 수분 흡습비는 평균 0.95±0.05 범위 값으로 확인되어, 3종 모두 성능기준 범위 내에 있는 것을 확인하였다(Table 7). 시험약제 3종에 대한 평가 결과 약제 처리된 목재로 인하여 철이 부식되거나 목재의 수분조절 효율이 저감될 위험은 없을 것으로 판단된다.
The ratio of iron corrosion and water absorption for preservatives
3.2. 방제약제의 유효성분 지속기간 평가
방제약제 처리한 목재시편에서 유효성분을 추출하여 GC-MS로 분석하였다. 약제 A의 유효성분은 IPBC, Chlorpyrifos와 Etofenprox로 옥외 폭로전을 기준으로 폭로 기간별 유효성분 함량을 분석한 결과, 3개월 경과시점에는 약 20%정도로 확인되었다. 약제 B와 C는 유효성분이 IPBC, Propiconazole, Tebuconazole과 Cypermethrin으로 동일하고 분산 용매가 석유와 물로 차이가 있다. 3개월 경과 시점에 두 약제의 유효성분 함량을 비교한 결과, 약제 B는 약 63%정도로 확인되었고, 약제 C의 경우는 약 12%정도 유지되는 것으로 확인되었다(Figure 1, B와 C). 결과적으로 약제에 따라 차이가 있지만 옥외폭로 3개월 시점까지 시험약제 모두 유효성분이 유지되는 것을 확인하였다.
The graphs of active ingredients decreasing for wood preservatives
본 시험은 옥외 폭로 시 강우로 인한 직접 피해가 없는 극한 환경조건에서 수행되었다. 자외선이 차단되지 않는 투명비닐로 태양광에 그대로 노출된 상황으로 낮과 밤의 일교차와 강우에 의한 고습 조건뿐만 아니라 습기가 없는 건조한 조건에도 노출되었다. 표면에 처리한 방제약제는 고온 조건과 바람에 의한 건조한 상태에서 더 빠르게 증발되어 감소하게 되고 자외선을 포함한 전 파장대의 태양광에도 분해될 수 있다(Lee et al., 2003). 옥외 시편 거치대 근처에 환경측정 장비를 설치하고 실시간으로 환경데이터를 수집하였다. Table 8은 시편 거치대의 투명비닐 아래에서 수집한 데이터이고, Table 9는 외부에 그대로 노출된 위치에서 수집한 데이터이다. 기간별 옥외 폭로 누적일수를 산출하여 1일 누적 일사량과 자외선량을 산출하였다. 그 결과 시편 거치대 내부의 1일 누적 일사량과 자외선량은 평균 11.6과 0.7 MJ/㎡로 동절기(10M)를 제외하고 일정하게 나타났고, 풍속과 증발량 또한 평균 0.3 m/s와 2.5 ㎜로 유사한 패턴을 보였다. 그러나 외부의 1일 누적 일사량과 자외선량, 그리고 풍속은 내부보다 약 35% 정도 높게 측정되었고, 증발량은 평균 7.8 ㎜로 약 70% 정도 더 높게 관측되었다. 결과적으로 시편 거치대의 비가림 지붕이 자외선 차단 비닐이 아닌 경우에도 1일 누적 일사량과 자외선량이 약 35% 정도 감소하였고 증발량은 약 70% 정도 감소하였다. 그러므로 약제를 처리한 위치가 건물 지붕이나 다른 시설물들에 의해 가려져서 노출되지 않는다면 이러한 환경인자들에 의한 영향은 적어지고 약제의 지속기간은 더 길어질 수 있다. 본 시험 결과와 실내 내후성 결과(Lee et al., 2022)를 이용하여 시험약제의 지속성을 산출하여 재처리시기를 산정할 수 있을 것이다.
Meteorological environment data inside the vinyl roof during the outdoor exposure period of the specimens
Meteorological environment data outside the vinyl roof during the outdoor exposure period of the specimens
4. 결 론
본 연구에서는 목조문화재 생물피해 방제약제의 평가 과정을 정립하기 위해 문화재수리표준시방서에 제시된 평가 항목, 방법과 기준으로 시험을 진행하였다. 약효에 대한 평가로 방부효력, 방미효력과 방의효력 시험을 수행하였고, 약제의 영향 평가로 철부식성과 흡습성 평가를 진행하였다. 그 다음으로 약제의 유효성과 재처리시기를 산정하기 위하여 옥외 폭로시험을 통하여 시간이 경과함에 따라 유효성분 변화를 확인하였다.
약효에 대한 성능 및 영향 평가는 문화재수리표준시방서에 한국임업진흥원 표준시험법(표면처리)에 따른 성능 기준에 적합한 약제를 사용한다고 명시하였기 때문에 공인시험기관인 한국임업진흥원 목재품질 안전관리실에서 수행하게 되었다. 공인시험기관에서 표준화된 방법에 따라 수행됨에 따라 시험의 과정 및 방법, 그리고 결과에 대해 신뢰할 수 있다. 약제는 현재 문화재에 사용하고 있는 1종과 국내 시판중인 수입약제 2종을 대상으로 시험을 수행하였다. 수입약제 2종은 유럽환경청의 화학물질관리제도(REACH)에 따라 살생물제 신고가 완료된 물질로 국내에도 살생물제품(방부제)으로 신고가 완료되어 허가를 받은 제품이다(European Agency for Safety and Health at Work, 2006). 신규 약제를 적용하기 위해서는 2019년 시행된 생활화학제품 및 살생물제의 안전관리에 관한 법률(약칭: 화학제품안전법)에 따라 살생물제품으로 승인을 받은 것이어야 한다(Ministry of Environment, 2019b). 이는 문화재수리표준시방서에도 명시되어 있다(Cultural Heritage Administration, 2020, 2022a).
방부효력 시험에서 가장 중요한 것은 무처리 대조군의 중량감소율로 갈색부후균은 30%, 백색부후균이 15%를 기준으로 무처리 대조군의 중량감소율이 기준에 부합하지 않을 경우 재시험을 해야 한다(Korean standards, 2018a). 본 시험도 무처리 대조군의 중량감소율이 갈색부후균이 21.32%, 백색부후균이 11.95%로 기준에 적합하지 않아 재시험이 필요하다. 결과적으로 방부효력은 무처리 대조군의 적합여부에 따라 결정되기 때문에 시험 방법을 개선하여 최적화하는 것이 필요하다. 그리고 방부효력과 방미효력은 공시균을 사용하게 되는데 방부효력 시험에 사용하는 부후균을 표준 규격에 제시된 것 외에 다른 균을 사용하는 경우가 있기 때문에 공시균 확인이 중요하며, 방미효력 평가도 제시된 공시균 외에 다른 균을 사용하지 않도록 주의해야 한다. 그리고 방미효력 평가에서는 시험균을 혼합하여 사용하지 않도록 주의해야 하며, 공시균 5종에 대해 단일 균체 발육상황을 평가하여 공시균 5종에 대한 각각의 결과로 나타내어야 한다.
방의효력 시험은 표준시험법에 제시된 약액 흡수량 기준에 따라 처리한 후 접촉독 시험 및 식독 시험에 대한 결과로 판정하게 되는데 일단 시험 공시충인 흰개미가 반드시 같은 소에서 자란 것으로 확보하는 것이 중요하다(Korea Forestry Promotion Institute, 2012). 방의효력 시험의 경우는 무처리 대조군의 평균 중량감소율이 15% 이상일 때 흰개미 활력이 있다고 명시하고 있다(JIS K1571:2010, Japanese Standards Association, 2010)). 그러므로 결과서에 무처리 대조군의 중량감소율과 사충률을 표기할 필요가 있고, 약제 처리량도 방부효력 시험과 같이 정확히 표기해야 한다. 다음으로 철부식성 및 흡습성 평가결과는 방제약제 자체에 대한 영향 평가로 약제처리로 인해 금속과 같은 다른 부재료에 영향이 없어야 한다. 철부식성과 흡습성은 시험 전⋅후의 시험체의 질량을 측정하여 질량감소율과 흡습률을 산출하는데 최종 결과는 처리 시험체와 무처리 시험체의 평균 질량감소율과 흡습률을 비율로 계산하여 철부식비와 흡습비로 나타내게 된다. 이로 인해 무처리 시험체에 대한 질량감소율과 흡습률 값은 표기되지 않기 때문에 시험이 적절하게 수행되었는지 확인하기 위해서는 무처리 시험체의 질량감소율과 흡습률을 표기할 필요가 있다(Korean Standards, 2018a).
옥외 폭로시험을 통해 극한 환경조건에서 약제의 지속력을 평가하기 위하여 폭로기간에 따른 유효성분 변화를 관찰하였다. 방제약제에 영향을 줄 수 있는 기상인자로 일사량, 자외선량, 풍속 그리고 증발량을 조사하여 비교하였다. 방제약제 3종 모두 3개월까지 유효성분이 지속되는 것을 확인하였고 4개월 시점에는 약제 B의 유효성분이 약 25% 정도 확인되고 있다. 이 결과는 비가림 용도로 사용된 비닐이 자외선을 차단하지 않음에도 평균 일사량, 자외선량, 풍속 등이 외부 노출보다 약 35% 정도 감소되었다. 이것은 약제 처리 위치가 건물 지붕으로 가려져 있거나 내부에 있다면 이들 환경인자의 영향을 덜 받게 되어 약제의 지속력은 더 길어질 수 있을 것이다. 결과적으로 옥외 폭로시험은 동일한 조건으로 시행할 경우 최소 6개월의 시험기간이 필요하며 약제의 지속기간은 약 3개월 이상 유지되어야 한다.
이상의 결과를 정리하면 문화재수리표준시방서에 제시된 바와 같이 약제는 화학제품안전법에 따라 국립환경과학원으로부터 승인을 받은 제품을 사용하여야 한다. 이것은 인체와 환경에 대한 안전성 검증을 위해 필요한 것으로 목조문화재에 사용하려는 방부방충제도 승인을 받아야 한다. 그러므로 약제를 선정할 때 제일 먼저 확인해야 할 사항이다. 다음으로 생물피해 방제에 효과적인지 검증해야 한다. 이것은 중요한 내용으로 약제의 효과를 검증하는 체계적인 방법이 필요하며 이에 따라 공인기관으로 한국임업진흥원을 명시하였고, 한국임업진흥원의 표준시험법인 표면처리 방부효력, 방미효력, 방의효력 평가를 수행하여 평가방법에 대한 정리와 결과서 확인을 통하여 보완점을 확인하였다. 그리고 약제 자체에 대한 영향 평가로 철부식성과 흡습성, 그리고 약효의 지속성을 평가하는 것으로 방제약제의 효과를 검증하는 방법을 정리하고자 한다. 새로운 방제약제를 적용하기 위해서는 위의 과정을 거쳐 효과를 검증하는 과정을 먼저 수행하여야 하며, 효과검증이 완료되면 단청 안료와 같은 목조문화재의 전반적인 재질적 특성을 고려한 안정성 평가가 진행되어야 한다.
Acknowledgements
본 연구는 문화재청 국립문화재연구원 문화유산 조사연구(R&D) 사업의 지원을 받아 수행되었다