근현대 야외 청동 조형물의 보존 연구
Conservation Processing of Modern and Contemporary Outdoor Bronze Sculptures
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Abstract
김세중 작가의 ‘피에타’(1980)는 장기간의 야외 전시와 청동 조형물 표면의 페인트 도장으로 인해 과학분석 및 보존처리가 요구되었다. 하지만 구도장층 제거 및 재파티네이션과 같이 비가역적일 수 밖에 없는 보존처리 방법이 포함되어 작품의 원본성 확보 및 ‘저작인격권(동일성유지권)’을 침해할 우려가 있었다. 이에, 여러 의사결정권자와의 협업을 통해 작가 생전에 주로 사용하였던 갈색을 파티네이션 색상으로 선정하였다. ‘피에타’의 제작기법 분석결과, Cu-Zn-Sn-Pb 4원계 미술용 청동으로 주조되었음을 알 수 있었으며, 용접, 수리, 결함부분의 과학분석 결과와 주조기술자와의 인터뷰를 비교하여 제작당시의 재료, 방법, 환경 등을 확인하였다. 청동 조형물 표면에 도장된 페인트는 폴리스티렌, 구리 분말이 혼합된 메탈릭 페인트와 흑연계 페인트가 두차례 도장되었음을 확인하였다. 페인트의 안정적인 제거를 위해 예비실험 등을 거쳐 레이저 클리닝을 적용하였으며, 3D 스캔을 통해 제거 전⋅후의 체적을 비교⋅분석한 결과, 페인트층 면적의 95%를 균일하게 제거하였다. 파티네이션을 통해 갈색의 파티나를 적용하고 왁스 코팅하여 마무리하였다.
Trans Abstract
‘Pieta’(1980) by Se Choong Kim required scientific analysis and conservation treatment due to long outdoor exhibitions and paint on surface of bronze sculpture. However, there was a concern that the originality of artwork and ‘moral rights of the artist(the right of integrity)’ could be violated by including conservation treatment methods that were inevitably irreversible, such as removing the old layer and re-patination. Accordingly, the brown color that was mainly used during the artist’s lifetime, was selected as the patination color through collaboration with various stakeholders. As a result of analyzing the making technique of ‘Pieta’, it was found that it was cast in Cu-Zn-Sn-Pb quaternary art bronze. The material, methods, and environment at the time of making artwork were confirmed by comparing the result of scientific analysis of welding, repair, and defects with inerviews with casting engineers. The paint painted on the surface of the bronze sculpture was confirmed as painted twice with metalic paint mixed with polystyrene and copper powder and graphite-based paint. Laser cleaning was applied after a preliminary experiments to stably remove paint, and 95% of the paint layer area was uniformly removed as a result of comparing and analyzing the volume before and after removal through 3D scanning. Brown patina was applied through patination then wax coating to finish.
1. 서 론
구리 및 동합금을 대기 중에 노출시키게 되면 표면에 푸른색의 부식층이 형성되는데 이것을 파티나(patina)라고 한다. ‘파티나’라는 용어는 유럽에서 유래되었는데, 이탈리아어로 사물의 표면 위에 있는 얇은 퇴적층을 의미한다(Graedel et al., 1987; Zahner, 2020). 파티나는 특유의 색상과 내부의 바탕 금속을 보호하는 역할을 하여 부식이 더 이상 진행되는 것을 방지해주기 때문에 미술품, 장식품 및 건축 외관재로서 널리 사용되고 있다.
파티나의 색상 변화는 구리 금속이 양극으로 용해되어 Cu+ 또는 Cu2+ 이온을 형성하는 전기화학적 메커니즘을 따른다. 구리 표면을 적시는 수성 막(aqueous film)을 통해 확산된 산소는 음극 시약으로 작용하며, 부식반응의 결과로 구리 표면에 산화물과 수산화물이 형성된다. Cu+ 및 Cu2+ 이온은 또한, 다른 대기 부식인자(CO2, Cl-, SO42-, S2- 등)와 상호 작용하여 탄산염, 염화물, 황산염, 황화물 등을 형성할 수 있다(Graedel, 1987; FitzGerald et al., 2006; Fuente et al., 2008).
동합금 재질로 제작되어 야외에 전시되고 있는 조형물의 자연 산화는 금속이 부식되고 있다는 신호이기 때문에 조형물의 표면을 보호해야 한다. 그렇지 않으면 표면이 부식되고, 금속 표면이 대기 중의 부식인자와 결합하여 다양한 부식 염을 형성함으로써 시각적인 영향을 줄 수 있다. 특히, 염화물 환경에서 동합금은 ‘청동병(bronze disease)’으로 알려진 공격적인 염화물 부식의 피해를 입게 된다(Zahner, 2020). 따라서 청동 조형물은 대기 중의 활성 부식인자(물, 부식 이온)와의 접촉을 차단하기 위한 코팅처리를 통해 전기화학적 반응 속도를 줄이거나 보존 환경, 보존관리 프로그램 등에 따른 클리닝 및 보존처리 등을 정기적으로 시행하여야 한다.
본 연구의 대상인 김세중(金世中: 1928∼1986) 작가의 ‘피에타’는 장기간의 야외 노출과 작품 표면의 페인트 도장 등으로 인해 작품의 원형과 제작 당시의 정보가 남아 있지 않은 상태였다(Figure 1). 또한, 1986년 작가가 작고하여 저작인격권은 소멸하였지만, 보존처리의 당위성과 신뢰도를 높이기 위해 소장기관(모란미술관), 작가 재단/유족(김세중기념사업회), 작가 조수, 주조기술자 등의 여러 의사결정 과정을 통해 미술품 보존의 진정성(authenticity)을 부여하였다. 이러한 협업 과정과 함께 과학분석을 통해 구도장층의 정보와 청동 조형물의 제작 특성 등을 연구하였으며, 보존처리 과정을 정리하였다.
‘Pieta’ state at the time of bring in(left), After the first coating(center), After the second coating(right).
2. 저작권과 의사결정
작품과 관객 간 상호작용의 영속성을 보장하기 위해서는 작가의 의도, 작품이 내재하고 있는 메시지, 사회⋅시대적 맥락과 같이 작품에 진정성을 부여하는 비물질적 요소의 보존이 필요하며, 이를 위해서는 작가와의 협업이 그 무엇보다 중요하다(Cotte et al., 2016; Ryan and O’Banion, 2015; Beerkens et al., 2015; Beerkens, 2012). 작가와의 협업은 현대 미술품의 보존처리 당위성과 신뢰도를 높이는 중요한 요소로 작용하기도 하지만, 작가의 저작 인격권(Moral rights)을 훼손하지 않기 위해서도 필요하다(Kwon and Lee, 2020).
저작 인격권은 저작권에 포함되는 여러 권리 중 하나로, 작가가 자신의 작품에 가지는 정신적, 인격적 권리를 말하며, 저작권자인 작가는 그의 작품에 대해 왜곡, 무단 변경 등의 행위에 대해 금지명령을 신청할 수 있는 동일성유지권(Rights of integrity)을 가진다. 특히, 재도장(repainting)이나 재파티네이션(repatination), 뉴미디어 작품의 구성 재료 교체와 같이 비가역적일 수 밖에 없는 보존처리 방법이 포함되어 작품의 원본성 확보의 문제가 제기될 때는 동일성유지권 즉, 저작인격권을 침해할 가능성이 높아져 작가와의 협업은 더욱 신중하고 중요하게 다뤄져야 한다(Kwon and Lee, 2020).
현대 미술품 보존처리 과정에서 작품의 외면적 형식이 변경될 경우라도 내면적 형식이 유지되었다면 동일성유지권의 침해는 아니며, 외면적 형식의 왜곡 행위에 의하여 내면적 형식이 변경되었다면 동일성유지권 침해로 볼 수도 있다(Koo, 2010; Kwon and Lee, 2020). 이는 저작인격권을 훼손하지 않는 보존처리를 위해 작가의 정확한 의도파악이 중심적으로 다뤄져야 함을 시사한다. 하지만 보존처리 시 요구되는 비용, 시간 등과 같은 여러 현실적인 제약으로 인해 작가의 제작 의도에 반(反)하는 처리를 행해야 하는 경우도 있을 것이다. 이러한 경우 처리를 통해 가해진 ‘변경’은 동일성유지권이 제한되는 ‘부득이한 변경’에 해당되므로 동일성유지권을 제한적으로 적용해야 할 필요성이 있다. 더불어 현대 미술품의 보존처리 과정에서 유족, 재단 등 다수의 관계자들이 참여할 수 있어 의사결정 과정에 저작권 또는 소유권 문제가 개입하는 경우도 있지만, 저작인격권은 일신전속(一身專屬)하여 타인에게 양도가 불가능하기 때문에 생존 작가만이 가질 수 있는 권리이며, 작가 사후에는 자연히 소멸되게 된다. 따라서 유족, 재단 등의 여러 관계자는 저작인격권에 대한 법적 권리를 인정받지 못하게 된다(Kwon and Lee, 2020).
보존처리 전, ‘피에타’의 소장기관인 모란미술관과의 회의를 통해 조형물 표면의 페인트 도장층을 모두 제거하고, 제작 당시의 모습과 색상으로 되돌리기 위한 재파티네이션 처리를 진행하고자 하였다. 하지만, 1986년 작가가 작고하여 인터뷰는 물론 작품 제작 당시의 정보가 거의 남아 있지 않은 상태였다. 따라서 작가의 저작인격권은 소멸하였지만, 보존처리의 당위성과 신뢰도를 높이기 위해 소장기관(모란미술관), 작가 재단/유족(김세중기념사업회), 작가 조수, 주조기술자 등의 여러 의사결정 과정을 통해 재파티네이션의 색상을 김세중 작가가 생전에 교회 조각상 및 성상(聖像)에 적용하기 선호하던 ‘갈색’으로 선정하였다(Figure 2). 또한, 의사결정 과정과 함께 작가 생전에 주로 이용하였던 주물소, 파티네이션 처리, 주조 후처리 작업 등의 정보를 동영상, 녹음, 녹취록 등 디지털 및 아날로그 방식으로 아카이브(archive)하였다.
Decision-making process for selecting patination color for ‘Pieta’
3. 분석 방법
보존처리 시 작품 표면의 도장층 제거를 위해 페인트의 성분 및 재료 등에 대한 과학분석을 진행하였다. 그리고 도장층 제거 후 표출된 바탕금속과 용접, 수리흔적 등을 확인하기 위해 단면관찰과 화학조성 분석을 실시하였다.
3.1. 페인트 분석
‘피에타’는 장기간의 야외 전시로 인한 외부 환경의 오염물이 작품 표면에 고착되거나 파티나와 페인트층에 덮여있어 페인트를 분석하기 어려운 상황이었으나, 일부 오염되지 않은 페인트의 시료를 채취하였다.
페인트의 도장 방법 및 순서 등을 확인하기 위하여 시료를 단면 절단 후 광학현미경(RH-2000, Hirox, JPN) 및 주사전자현미경(SEM)에 장착된 에너지 분산 분광기(EDS)로 페인트 층위와 조성을 분석하였다. 작품에 사용된 페인트의 성분분석을 위해 라만(Raman) 분광분석, 열분해 가스 크로마토그래피/질량분석(Py-GC/MS)을 실시하였다.
페인트층의 단면은 SEM(JSM-6610LV, Jeol, JPN)으로 관찰하였으며, 분석조건은 SEI(Secondary electron image) 모드에서 가속전압 20 kV, Spot size 50, WD 10 mm 조건으로 실시하였다. EDS(X-Max, Oxford, UK) 분석도 동일한 조건으로 실시하였다.
Raman(Labram, Horiba scientific, JPN) 분광분석 조건은 다음과 같다. 532 nm 파장의 laser를 광원으로 하였으며, grating은 600 l/mm (grating 2400 l/mm 기준 분해능 0.33 cm-1)을 사용하였다. Scan range는 4000∼100 cm-1이다.
GC/MS(7890B-5977A, Agilent, USA)는 Pyrolyzer(Py-3030S, Frontier Lab, JPN)가 부착된 장비를 사용하였다. Pyrolysis는 single-shot 방식으로 700℃에서 12초 진행하였다. GC/MS 분석에서 컬럼(column)은 HP-5 ms(30 m× 0.25 mm × 0.25 µm)를 사용하였으며, 가스는 Helium(99.999%), 유속은 1ml/min이다. GC injection mode는 split ratio 50:1, inlet temperature 250℃이고, 오븐 온도는 50℃에서 분당 10℃씩 300℃까지 승온하도록 설정하였다. MS scan range는 50∼500 m/z이며, source temperature 280℃, quadrupole temperature 150℃로 하였다.
3.2. 청동 분석
‘피에타’의 합금조성과 제작기법 등을 알아보기 위해 내부 바닥면에서 바탕 금속 시료를 채취하여 SEM-EDS 분석을 실시하였다. 작품 내부에서 채취한 시료를 에폭시 수지에 마운팅하였으며, 시편을 sand paper(#220∼4000)를 이용하여 순차적으로 연마하였다. 이후 미세 연마(3 μm, 1 μm)를 통해 시편 표면의 스크래치를 최종적으로 제거하였다. 분석은 페인트 도장층 분석과 동일한 조건으로 수행하였다.
바탕금속과 용접, 주조결함, 수리흔적에 대한 화학조성 분석은 휴대형 X-선 형광 분석기(XRF: Alloy Plus, Olympus Delta, USA)를 이용하여 비파괴 분석 방법으로 성분 조성을 분석하였다. Collimator size 10 mm, 40㎸ Alumina filter 10 sec, 8㎸ No filter 30 sec의 분석조건으로 수행하였으며, 검출된 원소의 함량(PPM, wt%)은 백분율로 환산하였다.
4. 분석 결과
4.1. 페인트 분석
4.1.1. 단면 관찰
페인트 도장층의 단면관찰 결과(Figure 3의 A), 두 개의 페인트층으로 이루어져 있으며, 하단의 페인트층 두께는 약 190 μm로 침상 형태의 물질이 층(황동색)을 이루고 있다. 상단의 페인트층의 두께는 약 116 μm로 일정하였으며, 흑색의 바탕층 사이로 암회색의 반점이 확인되고 있다.
Cross-section photographs of paint layers on the surface of ‘Pieta’: optical photographs (A), SEM-EDS of the primary paint layer (B), SEM-EDS of the secondary paint layer (C).
EDS 분석결과, 하단 페인트층의 침상 형태의 물질(Figure 3의 B, Table 1의 Primary paint layer 1∼3)은 순 구리로 확인되었고, 흑색의 바탕(Table 1의 Primary paint layer 4∼6)은 C와 미량의 Cu 성분이 검출되었다. 상단 페인트층의 흑색의 바탕과 암회색의 반점에서 C와 Si가 동일하게 검출되었으며, 두 부분의 조성차이가 확인되었다(Figure 3의 C, Table 1의 Secondary paint layer 1~6).
The result of EDS analysis of the paint layer
4.1.2. 라만 분광분석
하단의 페인트층(황동색) 분석결과(Figure 4의 A), 3200∼2800 cm-1 영역에서 방향족 및 지방족의 C-H stretching 밴드가 확인되었으며, 3057 cm-1 에서 강한 C-H stretching (aromatic), 2934 cm-1 부근에서 C-H stretching(aliphatic)이 확인되었다. 1601 cm-1 에서 styrene의 이중결합(C=C) 피크와 1001 cm-1, 1030 cm-1 에서 폴리스티렌(polystyrene)의 특징으로 알려진 벤젠 고리의 breathing mode 가 확인되었다(Karthick et al., 2016).
The result of Raman analysis of paint layers on the surface of ‘Pieta’: a) primary paint, b) secondary paint.
상단의 페인트층(흑색) 분석 결과(Figure 4의 B), 1581 ∼1582 cm-1 영역에서 G 피크, 1353∼1355 cm-1 영역에서 D 피크가 발견되었다. 1580 cm-1 부근의 G 피크는 흑연계 물질에서 공통적으로 발견되는 피크이며, 흑연의 경우 1340 cm-1 부근에서 D 피크가 발견되는 것으로 보아(Yoon and Cheong, 2010) 피에타 상단의 페인트는 흑연계 물질이 사용된 것으로 추정된다.
4.1.3. 열분해 가스 크로마토그래피/질량분석
하단의 페인트층의 분석 결과(Figure 5, Table 2), 페인트층의 열분해 산물은 benzene(1), toluene(2), ethlybenzene(3), styrene(4), alpha-metylstyrene(5)이 검출되었으며, 이는 폴리스티렌(polystyrene) 화합물인 것으로 확인된다(Yang et al., 2012).
The result of Py-GC/MS analysis of primary paint layers on ‘Pieta’.
Compounds detected in Py-GC/MS analysis of primary paint layers on ‘Pieta’
페인트층의 과학분석 및 보존처리 전 소장기관과의 인터뷰 등을 종합한 결과, 과거 폴리스티렌, 구리 분말이 혼합된 메탈릭(metallic) 페인트와 흑연(graphite)계 페인트로 두 차례 도장되었음을 확인되었다.
4.2. 합금 조성 및 제작 방법
4.2.1. 주조방법
‘피에타’의 합금조성 및 제작방법에 대한 과학분석 결과와 주조기술자와의 인터뷰를 비교⋅분석하여 제작당시의 재료, 방법, 환경 등을 확인하였다. 페인트 제거 후 바탕 금속 내외부에서 용접선 등을 확인한 결과(Figure 6), ‘피에타’는 네 개(상반신, 하반신, 예수 오른팔, 예수 다리)의 주형으로 제작한 다음 용접한 것으로 확인되었으며, 일부 수리한 흔적도 확인되었다(Figure 6의 A, a).
Casting split line of ‘Pieta’ by Se Choong Kim
김세중 작가의 대표 작품인 광화문의 ‘이순신 장군 동상(1968년)’, 국회의사당의 ‘평화와 번영의 상(1978년)’ 등의 주물 제작에 참여한 주조기술자 류용규(柳容珪: 1947-) 등에 따르면, 석고로 제작된 작품 원본에 숯가루와 한지, 흑연 등을 혼합한 점토를 덮어 거푸집을 만들고, 이 거푸집 안에 Cu, Zn, Sn, Pb을 녹인 주물을 부어 대형 동상 등을 제작하였다고 한다. 이러한 방식을 ‘진흙(진토형) 주조(soil particle casting)’라고 하며, 일본에서 도입해 일명 ‘야끼가다(やき-がた)’라고 불렀다. 재료를 구하기 쉽고, 주물의 표면이 사형, 펩셋(pepset) 주조보다 미려하게 표현된다는 장점이 있지만, 소성 과정 중 연기가 발생하고 제작 시간이 비교적 길다는 단점이 있다. 완성 시 청동 표면에 용접 자국이 남고, 작업은 온⋅습도의 영향을 많이 받는다는 특징을 가진다.
또한, 1950∼60년대 당시에는 청동 조형물의 몸체와 팔다리를 개별 거푸집으로 제작한 다음 주물 작업과 용접으로 조형물을 제작할 수 있는 기술이 없어 하나의 형틀로 조형물 전체를 제작하였다. 따라서 요즘의 청동 조형물과 비교하여 당시의 조형물의 두께가 매우 두꺼울 수밖에 없었다. 1980년대 중반 들어 조형물과 같은 모형을 합성수지로 제작하여 거푸집으로 주조하는 방식의 ‘펩셋(pepset) 사형 주조’ 공법이 도입되었다.
이 주조방식은 기존의 진흙을 장작이나 숯불에 구워서 거푸집을 만드는 방법과 달리, 거푸집 사이에 화학 경화제를 혼합한 모래를 다져 주물을 제작하여 작품 표면의 문양과 섬세한 표현 등을 나타낼 수 있으며, 거푸집의 경화 속도가 빠르고, 내외부의 경화 시간 차이가 작아서 조형 시간이 단축되는 장점이 있다. 또한, 사용 주물사의 회수, 재생이 용이하다(Kwon, 2023). 본 연구의 대상작품인 ‘피에타’ 역시, 주조기술자 등에 따르면, 내부 주물사의 입자 크기 및 형태(Figure 6의 e, f), 표면 상태 및 시대적 배경 등을 미루어 볼 때 진흙(진토형) 주조로 제작되었을 가능성이 높은 것으로 추정되었다.
4.2.2. 화학조성
4.2.2.1. 바탕금속 및 용접부
‘피에타’의 화학조성 분석 결과, 미술공예용 청동에서 일반적으로 확인되는 Cu-Zn-Sn-Pb과 유사한 조성을 나타냈다(Figure 7, Table 3). 특히, 용접부는 Cu를 제외한 나머지 주요 원소의 함량이 바탕 금속보다 비교적 낮은 경향을 보였으나 전체적으로 1 wt% 내외의 조성 차이를 나타냈다. 합금 조성 및 주조기술자와의 인터뷰 결과, 당시에는 바탕 금속과 유사한 용접봉을 현장에서 제작하여 사용하였으며, 외부에 산소용접으로 고온을 가해 용접부 주변으로 바탕 금속과 색상이 다르게 나타난 것을 확인할 수 있었다. 내부는 용접 후 요철이 그대로 남아 있는 형태이지만 외부는 연마를 통해 바탕 금속과 동일한 단차를 확인할 수 있었다.
SEM image of the base metal(left) and welding part(right) of ‘Pieta’ by Se Choong Kim.
The result of analysis of the base metal and welding part on the surface of ‘Pieta’
20세기 이후 제작된 청동 조형물 500여 점의 화학조성 분석결과, Cu-Zn-Sn-Pb 4원계 합금이라는 특징이 있다(Young et al., 2009; Day et al., 2010; Ganio et al., 2014; Young and Dunand, 2015; Randall et al., 2016; Pouyet et al., 2019; Kwon et al., 2017; Kwon, 2023; Kwon and Cho, 2023). 이러한 4원계 합금으로 조성된 청동 조형물은 선박 해체 시 발생하는 밸브류, 탄피류 또는 고철 등을 재활용하여 작품을 제작한 것으로 간주하였으나 최근 들어 주물 제작(casting) 방식(사형/밀랍 주조 등)에 따른 조성비의 분류, Zn이 주조방법 및 주조소 별 특성을 구분할 수 있는 중요 원소로 확인되었다(Ganio et al., 2014; Pouyet et al., 2019).
또한, 기능적 측면에서 Cu-Sn 합금에 소량의 Zn을 첨가하면, Zn은 Cu나 Sn보다 산소와의 결합력이 강하여 Sn이나 Cu의 산화를 방지하는 탈산제로 작용한다. 그 결과, 주물은 일반적으로 처리되지 않은 금속보다 산화물과 기공이 적다. 또한, 2원계(Cu-Sn) 및 3원계(Cu-Sn-Pb) 합금에 4% Zn을 첨가하면, 경도와 내충격성, 저항성, 내마모성을 향상하고, 주조 시 Pb의 분포를 균일하게 촉진시키는 역할을 하여 용탕의 유동성이 개선되어 정밀한 주조에 유리하다고 알려져 있다(French and Staples, 1929; Na, 2010).
경제적인 측면에서는 청동의 시장가격 변화도 동합금 성분에 영향을 미쳤을 수 있다. 실제, 프랑스에서 1936년 5월에서 1937년 5월 사이에 Cu보다 저렴한 Zn 광석을 합금 시 추가하면, 용융 온도가 감소하고 이에 상응하여 연료가 절약되므로 청동 원가가 전반적으로 절감된다고 보고된 바 있다(Ganio et al., 2014). 또한, Sn에 비해 Zn의 가격이 약 10배 가까이 저렴한 것도 미술용 청동 주조에 영향을 미쳤을 것으로 생각된다.
4.2.2.2. 주조결함
페인트 제거 후 바탕 금속 표면에서 확인되는 흑색, 회백색 반점을 분석한 결과(Figure 8, 9, Table 4), 흑색 반점은 Pb 함량이 약 95 wt%로 확인되었으며, 회백색 반점은 Sn 함량이 약 16 wt%로 바탕 금속의 Sn(약 3.0∼3.6 wt%) 보다 약 5배 높게 측정되었다. 이를 통해 흑색 반점과 회백색 반점은 각각 납, 주석 편석으로 판단된다.
Casting defects on the surface of ‘Pieta’ by Se Choong Kim : lead segregation(A, a), tin segregation(B, b).
The result of SEM-EDS analysis of lead segregation of ‘Pieta’ by Se Choong Kim.
The result of analysis of casting defects on the surface of ‘Pieta’ by Se Choong Kim
Pb의 함량이 높아질수록 청동 내부의 전위차는 커지게 되어 금속 표면에 수많은 전지가 형성되고, 전류를 통해 외부환경에 존재하는 부식인자들이 출입하며 산화반응이 빠르게 진행된다. 따라서 청동의 내식성에 영향을 미치는 주요 인자가 될 수 있다(Lee, 2000; Choi et al., 2022). 또한, Sn은 조성이 높아짐에 따라 연신율이 낮아져 가공성이 떨어지고, 20 wt% 이상이 되면 강도는 커지나 충격에 약하고 응고할 때 편석이 나타나기 쉬워 재질의 균일성을 갖기 어려워진다(Huh et al., 2014; You et al., 2021). 따라서 ‘피에타’의 회백색 반점의 Sn 함량은 약 16 wt%로 주조결함일 가능성이 높은 것으로 판단된다.
4.2.2.3. 수리 및 불티
‘피에타’ 표면에서 일부 불그스름한 금속 얼룩 등이 확인되어 조형물 내부를 관찰한 결과(Figure 10의 A, a, Table 5의 Repair), 다른 금속으로 용접한 것이 확인되었다. 수리에 사용된 금속판(Cu-Zn-Sn-Pb : 85.98-7.57-3.28-2.43 wt%)은 피에타의 바탕금속(Cu-Zn-Sn-Pb : 83.10-8.44-3.60-3.59 wt%)과 비교하여 조성이 0.32∼2.88 wt%의 차이가 있는 것으로 확인되었다. 이는 ‘피에타’ 주형과 유사한 동합금 비율로 사용하였음을 알 수 있다.
Repairing and welding spark on the surface of ‘Pieta’ by Se Choong Kim : repairing parts(A, a), welding spark parts(B, b)
The result of analysis of repairing and welding spark area on the surface of ‘Pieta’ by Se Choong Kim
일부 용접 불티(welding spark)로 추정되는 붉은 금속편 등이 표면에서 관찰되는데(Figure 10의 B), 구형(球形)의 금속편을 EDS로 분석한 결과(Figure 10의 b, Table 5의 Welding sparks), 주 성분으로 Cu 가 90.7 wt%로 높은 조성을 나타냈으며, Sn은 6.36 wt%로 확인되었다. 미량의 Al, Si, Cl, Ca 등 토양성 경원소가 확인되었으며 Zn, Pb 등은 검출 되지 않았다.
주조기술자 등에 따르면, 청동 조형물에 다른 금속을 덧대어 용접하는 것은 주조 형틀의 파손 및 균열부를 보강하는 경우와 금속 표면의 색상 차이가 심하게 발생하였을 때 수리하는 일반적인 방법이다. 또한, 표면의 붉은 금속편은 용접 또는 주조시 발생하는 불티 또는 주조 편석일 가능성이 있으며, 용접 시 발생하는 고온의 열로 인해 아연, 납 등이 기화되어 표면이 붉은색을 띄는 것이라고 설명하였다. 실제 청동 조형물의 주성분인 Cu, Zn, Sn, Pb의 끓는점은 각각 2562℃(Cu), 907℃(Zn), 2602℃(Sn), 1749℃(Pb)로, Zn과 Pb가 상대적으로 낮은 것이 여러 원인 중 하나로 추정된다.
5. 보존처리
5.1. 상태조사
김세중 ‘피에타’는 좌대 위에 앉아 있는 성모마리아가 무릎 위에 죽은 예수를 안고 있는 모습을 형상화한 작품이다. 이 작품은 장기간의 야외 전시로 인해 표면 및 틈에서 조류의 배설물, 거미줄, 벌레의 사체 등으로 인한 생물학적 오염이 발생하였으며, 전체적으로 종방향으로 얼룩이 관찰된다. 소장기관인 모란미술관에서 두차례 도장이 진행되었으나, 시기는 확인이 불가능하였다.
5.2. 클리닝
야외 청동 조형물의 클리닝 시 나일론 또는 천연 브러쉬, 스크럽 패드(scrub pad) 등을 일반적으로 이용하며, 비이온계면활성제(non-ionic surfactant)를 물에 희석하여 사용하게 된다. 세제 종류에는 에틸렌 옥사이드와 옥틸페놀의 중합체인 Triton-X 시리즈, Orvus WA Paste(중성/음이온), Vulpex spirit soap(강알칼리성/음이온), Teric 90, Synperonic N 등이 있다(Shedlosky et al., 2002; Ross and Phenix, 2005). 클리닝 시 주의할 점은 클리닝 후 사용된 약품이 조형물 표면에 잔류하지 않도록 충분히 수세해야 한다. 블라스팅 및 고압⋅스팀세척은 여러 조형물을 단시간 내에 처리할 수 있는 장점으로 실제 현장에서도 많이 적용되고 있으나 고압의 물 분사작업은 오염물뿐만 아니라 강한 수압으로 조형물 표면에도 손상을 미칠 가능성이 있다(Dajnowski, 2008).
최근에는 기존 작업의 물리적 손상과 유해성을 보완하기 위해 친환경적인 금속 표면 이물질 제거 방법으로 드라이 아이스(dry ice) 및 레이저(laser) 클리닝을 적용한 사례⋅연구가 있다(Lee et al., 2011a; Lee et al., 2011b; Lee et al., 2012; Park et al., 2016). 레이저 클리닝은 다양한 표면 형상에 적용이 용이하여 금속 표면과 오염물질에 따라 적절한 에너지 밀도 및 초점거리의 선택⋅제어가 가능하다. 또한, 광기계적, 광열적, 광화학적 반응을 통해 코팅제나 오염물질을 우선적으로 제거한다는 장점이 있다(Kim, 2020; Basso, 2020). 특히, 고압 세척(water blast), 샌드 블라스터(sand blaster) 보다 2배 이상의 안정성이 확인되었다(Basso, 2020).
5.2.1. 클리닝 예비실험
‘피에타’ 표면의 페인트 제거를 위해 현장에서 일반적으로 사용되고 있는 물리⋅화학적 방법의 작업성, 안정성, 효율성 등을 비교하기 위한 예비실험을 진행하였다. Cu-Zn-Sn-Pb 4원계 청동 시편(30×50×5 mm)에 폴리스티렌(polystyrene) 페인트를 스프레이 방식으로 도포하여 의사시료를 제작하였다.
클리닝 후 육안 및 현미경(RH-2000, Hirox, JPN) 관찰 결과(Table 6), 화학적 방법의 경우 전체적으로 바탕금속의 손상이 일어나지 않았으며, acetone > xylene > paint thinner 순으로 제거되었다. acetone과 xylene은 페인트 잔여물이 일부 관찰되었다. paint thinner는 광택이 사라질 정도의 미량만 제거되었고, 바탕금속이 노출될 정도로 제거되지 않았다. 물리적 방법의 경우 전체적으로 바탕금속이 표출되었으며, sand blaster > laser cleaner > sand paper 순으로 제거능력이 우수했다. sand paper는 잔여물이 불균일하게 잔존하였고, sand blaster는 시편 표면의 스크래치가 모두 사라질 정도로 바탕금속의 손상이 일어났다. laser cleaner는 바탕금속에 미세한 마모현상이 확인되었다.
Results of preliminary cleaning experiment
Sand paper와 sand blaster는 컨서베이터(conservator)의 숙련도에 따라 결과가 달라질 수 있고, 유기용제의 경우 컨서베이터의 건강 및 유해성, 2차 오염 유발 등의 우려가 있다. 또한, 고중량의 대형 청동 조형물을 처리하기에는 laser cleaner에 비해 작업시간이 길다는 단점이 있다. 따라서 각 방법들의 장단점과 작업성, 안정성, 효율성, 친환경성 등을 종합적으로 고려하여 laser cleaner를 사용하여 도장층을 제거하기로 결정하였다.
레이저 클리닝은 친환경적인 페인트 도장층의 건식 제거 방법으로 효율적으로 적용 가능하지만, 페인트의 두께와 강도에 따라 레이저 빔의 고온으로 인한 열적손상이 발생하기 때문에 Pulse와 파장에너지, 조사 횟수를 유동적으로 사용해야 한다(Kim, 2020). 레이저의 광열적 효과와 플라즈마 현상에 의해 일부 구리화합물(malachite, tenorite)의 성분변화 가능성으로 인해(Lee, 2014), ‘피에타’ 표면의 레이저 클리닝 직후의 표면 온도를 적외선 온도계로 측정하였다. ‘피에타’ 합금의 주 원소 용융점(Cu: 1084.6℃, Zn: 419.53℃, Sn: 231.93℃, Pb: 327.5℃)에 비해 레이저 표면 온도(45∼50℃)가 낮기 때문에 페인트층 제거 후 금속 표면은 안정할 것으로 판단하였다(Table 7).
Temperature change on the surface of ‘Pieta’ during laser cleaning
5.2.2. 레이저 클리닝 및 안정성 평가
‘피에타’ 표면의 먼지, 이물질 등은 건식 클리닝과 ethanol을 이용한 습식 클리닝을 병행하였다(Figure 10의 A, B). 페인트 제거는 레이저 클리너(IMT100P Laser Cleaner, IMT, Korea)를 이용하여 Table 8의 조건과 같이 적용하였다(Figure 10의 C). 레이저 클리닝 후 표면의 미세 마모 현상은 파티네이션 과정에서 표면 착색의 점착성을 높이기 위한 전처리 과정에 해당되는 정도였다. 표면 잔여물의 제거를 위해 ethanol과 브러쉬를 사용해 수세하여 마무리하였다(Figure 10의 D).
Laser cleaning application conditions
Cleaning on the surface of ‘Pieta’ by Se Choong Kim : dry cleaning(A), wet cleaning using ethanol(B), laser cleaning(C), residue washing using ethanol(D).
레이저 클리닝의 안정성 평가를 위해 3D Scanner (Stereo SCAN NEO R16, HEXAGON, Sweden/Lens : L-550 mm)로 ‘피에타’의 페인트층 제거 전⋅후를 측정하여 체적 변화를 비교⋅분석하였다(Figure 11). 분석 결과, 두께 차이는 약 320 μm 범위로 전체 면적의 95%로 확인되었다(Figure 12). 이는 페인트층의 두께 약 300(±30) μm (SEM 분석결과)와 거의 일치하는 것으로, ‘피에타’의 페인트층 제거에 레이저 클리닝 방법이 안정적인 것을 확인하였다.
Stability evaluation using 3D scanner : before removing paint layer(A), after removing paint layer(B), modeling work(C).
The result of stability evaluation using 3D scanner.
5.3. 파티네이션
청동 조형물의 보존처리 시 파티네이션과 같이 색상변화에 민감한 부분은 매우 중요한 요소이다. 따라서 재파티네이션과 같은 보존처리에 있어서 작가의 견해는 매우 중요한 역할이며, 작가 사후에는 작가유족, 작가 조수, 소장처 등의 의견이 많은 영향을 미친다(Kwon et al., 2017). ‘피에타’의 경우 여러 의사결정권자와의 협의를 통해 선정된 파티네이션 색상(갈색)을 재현하기 위해 김세중 작가의 청동 조형물을 다수 제작한 주조기술자의 자문과 파티네이션 북(Hughes and Rowe, 1991), 테스트 등을 실시한 결과, 질산철 수용액(ferric nitrate solution)으로 처리하였다.
파티네이션 처리에 있어 원하는 착색 효과를 얻기 위해서는 임의 작업 매개변수(레시피 조성, 방법 및 적용 횟수, 시간, 기온, 표면준비 등)에 따라 색상 변화에 영향을 받는다. 특히, 파티네이션 용액, 물, 대기 중 또는 작업 도구에 의해 전달되는 오염 물질은 파티나의 형태적⋅화학적 조성, 접착력 부족, 색상의 불균일성 등에 영향을 끼쳐 보존에까지 영향을 미친다(Crippa et al., 2019 ; Costa 2019). 따라서 사용된 재료와 방법에 대한 작가, 주조기술자 등의 인터뷰는 신중하게 접근해야하며, 물질적 자료와 비교되어야 한다(Considine et al., 2010).
대형 토치(torch)를 사용하여 ‘피에타’ 표면을 충분히 가열한 뒤 파티네이션 처리를 하였다. 파티네이션 용액은 미세하고 균일한 분무를 위해 미세 스프레이를 사용하였다. 가열, 분무 작업을 수 차례 반복한 뒤 색상 변화 정도를 조절하였으며, 1시간 정도 경과 후 ‘피에타’ 표면에 잔존해 있는 파티네이션 용액과의 반응으로 파티나의 변색을 방지하기 위해 물로 충분히 수세하였다. 이 과정을 원하는 색상이 발색될 때까지 수 차례 반복하여 ‘갈색’의 색상으로 파티네이션을 완료하였다(Figure 13).
Patination treatment on the surface of ‘Pieta’ by Se Choong Kim.
5.4. 강화처리
청동 조형물은 자외선, 대기오염 등으로부터 작품을 보호하고 색상을 안정되게 나타내기 위하여 코팅작업을 진행한다. 코팅제 선택 시에는 코팅제의 수명, 가역성, 미적인 요소, 유지보수 등의 특성이 고려된다(Kwon et al., 2017). 야외 청동 조형물의 경우 래커(lacquer), 왁스(wax), 부식억제제(corrosion inhibiter) 등이 코팅제로 사용되고 있다. 특히, 왁스는 정기적인 보존관리 및 효율적인 적용과 함께, 코팅제로 효과적일 수 있다는 수년의 연구와 국내외 청동 조형물에 사용됨으로써 증명되었다(Zycherman and Veloz, 1980; Tatti, 1985; Otieno-Alego et al., 1998; Shedlosky et al., 2002; Considine et al., 2010). 유럽에서는 천연 또는 마이크로크리스탈린(microcrystalline) 왁스가 일반적으로 적용된 반면, 미국에서는 마이크로크리스탈린 왁스와 폴리에틸렌(polyethylene) 왁스의 혼합물을 사용하고 있다. 컨서베이터(conservator)가 수집한 수많은 왁스와 레시피(recipe)가 다양한 조합으로 개발되고, 시간의 흐름에 따라 수정을 거쳐 발전하게 되면서 모든 왁스 조합에는 장단점이 있음이 확인되었다. 예를 들어 폴리에틸렌을 첨가하면 코팅 피막이 강해지고 왁스의 녹는점을 높일 수 있으나, 솔질과 광택내기를 더 해줘야 하고, 제거 시에는 더 강한 용제가 필요하게 된다(Moffett, 1996 ; Considine et al., 2010).
1960년대부터 미국의 국립공원관리청(National park service)에서는 야외 청동 조형물의 보존을 위해 왁스 연구를 지속적으로 진행해 왔으며, 2005년부터는 Butcher’s의 Bowling Alley Wax ® 또는 Trewax ® 의 사용을 권장해 왔다(Wolfe et al., 2019). 최근에는 기존에 사용된 시판용 왁스 및 합성수지뿐만 아니라 이중 코팅(아크릴수지 + 왁스), 삼중 코팅(부식억제제 + 아크릴수지 + 왁스) 등의 방법을 비교⋅연구하고 있다. 이러한 이중, 삼중 코팅 방법에서 왁스는 조형물 표면의 최외곽층에서 희생 상도제로 사용되어 아크릴 층이 분해되지 않도록 보호하는 기능을 한다(Watkinson, 2010; Wolfe et al., 2019; Letardi, 2021).
또한, 최신 코팅제 연구는 폴리머의 사용에 초점을 맞추고 있다. 불소 중합체(fluoropolymers), 우레탄(urethanes) 및 졸-겔 공중합체(sol-gel copolymers)의 사용과 항공 우주산업에서 엔진을 보호하기 위해 사용중인 Dinitrol 4010 ® 과 같은 왁스 및 휘발성 부식억제제가 첨가된 상용 제품 등도 포함되고 있다. 이러한 최신 폴리머 코팅은 기존의 코팅제와 비교할 때 내구성, 내화학성 및 우수한 유연성의 기능 등으로 테스트 되고 있다(Watkinson, 2010 ; Simmons, 2021).
‘피에타’의 경우 보존처리 후에도 소장기관에서 지속적으로 보존관리가 가능하도록 시중에서 판매되고 있는 Butcher’s의 Bowling Alley Wax ® 를 선정하여 적용하였다. Bowling Alley Wax ® 는 접착력이 우수하여 먼지 등의 이물질이 잘 붙지 않고, 테라핀유 등으로 제거가 가능한 가역성과 주기적으로 조형물에 쉽게 코팅을 적용할 수 있어서 장기적인 보존에 유리하다는 장점이 있다. 하지만 얇게 코팅되는 성질이 있어 효율적인 코팅효과 및 부식인자 차단을 위해서는 수 차례 코팅해야 된다는 단점이 있다(Oh, 2017).
Wax coating treatment : heat treatment(A), surface temperature measurement(B), wax application(C), polishing(D)
Comparison before and after conservation treatment: before treatment(left), after treatment(right).
코팅 방법은 표면을 가열하여 코팅하는 deep coating법과 상온에서 왁스를 코팅하는 cold coating법 등 두가지의 방법을 병행하여 왁스 코팅을 실시하였다. 먼저 ‘피에타’를 대형토치를 사용해 표면을 가열한 뒤 왁스 코팅용 브러쉬를 사용하여 조형물 표면에 고르게 도포한 뒤, 상온의 온도까지 낮아지면 왁스 코팅을 한번 더 실시하였다. 코팅층이 얇은 Bowling Alley Wax®의 단점을 보완하기 위해 cold coating법으로 수 차례 더 왁스 코팅을 실시한 뒤 극세사천과 면천 등을 이용하여 조형물 표면을 문질러 광택내기로 마무리하였다.
6. 결 론
야외에 설치된 고중량의 대형 청동 조형물은 한번 설치되면 이동이 어렵고 장기간의 야외 전시로 인해 대기오염물과 자연재해 등에 의해 부식, 흑변, 곤충 및 조류의 배설물 등에 의한 피해 등을 입게 되며, 작품 표면의 파티나층이 손상된다. 특히, 청동 조형물의 파티나 색상은 작품과 관객 간 상호작용의 영속성과 작가의 의도 측면에서 매우 중요한 요소로 작용하기 때문에 컨서베이터(conservator)는 원래 파티나의 색상과 상태가 어떠했는지 확인해야 하며, 시간이 경과함에 따라 파티나가 어떻게 변화했는지, 어느 정도의 변화가 일반 관람객, 소장기관, 작가, 재단 등에 받아들여질지에 대한 부분도 고려해야 한다. 따라서 물리⋅화학적 열화와 물질적 외형의 변화는 보존처리 계획 단계에서 주의 깊게 기록되어야 하며, 사진 및 광학 기술과 같은 일반적인 상태조사 이외에도 조형물의 비물질 및 개념적 측면도 기록해야 한다.
본 연구의 대상인 김세중 작가의 ‘피에타’(1980)는 장기간의 야외 전시와 청동 조형물 표면의 페인트 도장으로 인해 구도장층 제거 및 재파티네이션과 같이 비가역적일 수 밖에 없는 보존처리 방법이 포함되어 작품의 원본성 확보 및 ‘저작인격권(동일성유지권)’을 침해할 우려가 있었다. 이에, 소장기관(모란미술관), 작가 재단/유족(김세중기념사업회), 작가 조수, 주조기술자 등 여러 의사결정권자와의 협업을 통해 작가 생전에 교회 조각상 및 성상(聖像)의 표면 색상으로 선호하던 ‘갈색’의 파티나로 선정하였다.
청동 조형물의 화학조성이 Cu-Zn-Sn-Pb 4원계 미술용 청동으로 주조되었으며, 용접, 수리 부분의 과학분석 결과, 바탕 금속과 유사한 합금 조성이었다. 당시 현장에서 바탕금속과 유사한 조성의 용접봉을 제작하여 사용하였으며, 주조 형틀의 파손 및 균열부의 보강, 금속 표면의 색상 차이가 심하게 발생하였을 경우 다른 금속을 덧대어 용접⋅수리하였음을 주조기술자를 통해 확인하였다. 결함 부위 중 흑색, 회백색 부분의 경우 납, 주석 편석으로 확인되어 파티네이션 처리 시 색상 변화 등에 주의하여 보존처리하였다.
페인트층의 과학분석 및 보존처리 전 소장기관과의 인터뷰 등을 종합한 결과, 과거 폴리스티렌, 구리 분말이 혼합된 메탈릭(metallic) 페인트와 흑연(graphite)계 페인트로 두 차례 도장되었음을 확인되었다. 페인트의 안정적인 제거를 위해 예비실험 등을 거쳐 레이저 클리닝을 적용하였으며, 3D 스캔을 통한 페인트층 제거 전⋅후의 체적을 비교⋅분석한 결과, 전체 면적의 95%를 균일하게 제거하였다. 이를 통해 기존의 클리닝 방법과 함께 레이저 클리닝을 병행하여 사용하면 근현대 청동 조형물 표면의 페인트 제거에 더 효과적임을 확인하였다. 또한, 파티네이션을 통해 갈색의 파티나를 적용하고, 왁스 코팅하여 마무리하였다. 본 연구 결과가 근현대 야외 청동 조형물의 보존처리 및 조사연구 등의 기초 자료로 활용될 수 있기를 기대한다.
Acknowledgements
본 연구는 국립현대미술관 보존처리 사업의 지원을 받아 수행되었으며, 2021년 국립문화재연구소 문화재보존과학센터 ｢야외 금속문화재 보존처리와 보존관리｣ 학술심포지엄 발표 논문집에 수록된 내용을 수정⋅가필하였습니다.
