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J. Conserv. Sci > Volume 40(3); 2024 > Article
전통소재 단청에 사용되는 자황 안료의 변색 저감 방안 연구

초 록

본 연구는 자황 안료의 불안정한 특성을 보완하고 안료의 혼합을 통해 변색을 감소시키기 위한 방안을 제시하고자 하였다. 선행연구에서 제시된 안료 혼합방안에 대한 보완을 목적으로 연구를 진행하였으며 자황 본연의 색상을 구현하는 것에 주안점을 두었다. 두 종의 황토(금다, 상아)와 방해말을 자황과 혼합하여 조성한 보완안료의 색상 재현성을 평가하였으며 이후, 순수 자황과 보완안료의 안정성 확인을 위해 인공열화 및 밀착성 평가를 진행하였다. 추가적으로 납(Pb) 성분의 연단, 구리(Cu) 성분의 석록을 통한 중첩 채색 실험을 진행하여 변색 정도를 관찰하였다. 연구 결과, 자황과 방해말을 혼합한 조건이 황색도와 명도가 높아 순수 자황의 색상과 가장 유사하였으나 자외선으로 인한 퇴색이 나타난 것을 확인하였다. 반면, 자황과 황토를 합한 보완안료는 황색도와 명도는 낮지만 변색에 대한 저항성이 뛰어났다. 이에 자황과 황토의 혼합 비율을 4:6 또는 5:5로 혼합한 조건이 외부 단청에 적용될 경우, 환경적 요인으로 인한 색상 변화가 저감될 것으로 판단된다. 이에 더해, 납과 구리 성분의 안료 상부에 순수 자황과 보완안료를 채색하였을 때, 실험에서 조성한 보완안료 혼합조건에서 순수 자황과 비교하여 변색을 저감시키는 결과를 확인하였다. 따라서 전통 단청 시공 시 중첩으로 인한 변색은 불가피할 것으로 보이며, 앞으로 이를 방지하기 위한 다양한 기법들이 연구 활용되어야 할 것으로 판단된다.

ABSTRACT

The purpose of this study was to address the unstable Orpiment pigment by enhancing its stability through mixing and blending pigments to reduce discoloration. This experimental study focused on reproducing the natural color of orpiment by combining pure orpiment with two types of ochre and calcite powder to create complemented pigments. Experiments on artificial aging and coating adhesion were conducted to verify the stability of pure orpiment and the complemented pigments. Additionally, layering tests were carried out with lead(Pb) present in Red lead and copper(Cu) present in Malachite to observe the degree of discoloration. The experimental results of this study determined that mixing pure orpiment with calcite powder most closely resembles the hue and brightness of pure orpiment, despite noticeable fading under ultraviolet light. Conversely, orpiment mixed with ochre was lower in brightness and hue but demonstrated marked improvement in resisting discoloration. Therefore, combining orpiment and ochre in a ratio of 4:6 5:5 is expected to minimize color changes due to environmental factors when applied to external Dancheong. Additionally, when layering pure orpiment and complemented pigments on top of pigments containing lead and copper elements, the complemented pigments showed a reduction in discoloration compared to that of pure orpiment. Therefore, to prevent discoloration entirely, it is necessary to combine complemented pigments with further preventative painting techniques during the traditional Dancheong painting process.

1. 서 론

단청(丹靑)은 오행사상에 의한 오채(황⋅적⋅청⋅백⋅흑)와 그 간색을 바탕으로 목조 건축물에 문양이나 그림을 도채하는 것이다. 단청은 건축물의 부식을 방지하고, 내구성을 강화시키며, 동시에 건물의 장엄함과 권위를 보여주기 위한 목적을 지니고 있다.
전통 안료는 크게 천연상태의 광물 및 토양에서 추출한 무기안료와 동⋅식물에서 추출한 유기안료로 구분할 수 있다. 전통 황색안료 중 무기안료인 자황(Orpiment)은 석황, 석자황이라고도 불리며, 라틴어 ‘Auripigmentum’ 금색 안료(Gold paint)에서 비롯된 단어이다. 과거 유럽, 아메리카, 아시아 등 다양한 문화권에서 사용되었으며 서양의 경우, 고대 이집트 목관 및 파피루스에서 자황의 사용이 확인된다(Schafer, 1955). 중세시대부터 19세기 인상주의 회화까지 꾸준히 사용된 것으로 보이며, 동양의 경우, 중국의 돈황 벽화, 티벳 탕카, 일본의 우키요에 등에서 나타난다(FitzHugh, 1997). 우리나라에서는 백제시대의 채색칠기를 비롯하여, 조선시대 채색화(불화, 기록화, 초상화, 단청)에서 확인된다. 조선시대 단청의 경우, 『영건의궤』, 『산릉도감의궤』를 통해 궁궐 건축물 및 능원 정자각 단청에 자황이 사용되었음을 확인할 수 있었다. 토채 안료 및 유기안료의 황색보다 더욱 선명한 색을 구현할 수 있었던 자황은 귀하게 여겨져 주로 궁궐 단청에서 나타난 것으로 보인다.
하지만 자황은 황화 비소계열 안료로 독성이 강하며 내구성이 취약한 특징을 가지고 있다. 환경적 요인으로 인해 자외선과 습기에 장기간 노출되면 변색하는 성질이 있다. 또한, 예로부터 구리, 납을 기반으로 한 특정 금속 성분의 안료와 함께 사용하지 않기를 권고되어 왔다(Laurie, 1926; Fitzhugh, 1997). 우리나라 단청은 주로 산지 가람에 조성되어 있어 자외선과 습기에 노출되며(Han, 2017), 단청 시공 특성상, 연단(Pb), 석록(Cu) 과 중첩되는 경우가 발생되기 때문에 앞서 언급한 자황의 변색이 불가피한 상황에 놓여있다. 특히, 단청 주문양 둘레를 감싸는 둘레실이 녹실과 황실로 구성되기 때문에, 녹실에 사용되는 구리계열 안료와 황실에 사용되는 자황이 중첩되는 경우가 빈번하게 발생한다.
동서양을 막론하고 예로부터 황색안료(자황, 등황)은 비슷한 색상의 황토 및 백색 안료와 혼합하여 사용해왔다(National Research Institute of Cultural Heritage, 2018; Chun, 2009; Cultural Heritage Administration and Research institute of Sungbo Cultural Heritage, 2021; Hedegaard, et al., 2019). 이에 본 연구는 안료의 혼합을 통해 자황과 유사한 색상을 구현하는 것에 주안점을 두고, 두 종의 황토(금다, 상아)와 방해말을 자황과 혼합하였다. 선행연구(Ryu, 2022)에서 제시한 전통소재 단청에 사용되는 자황 안료의 혼합공법을 보완하여 안료를 조성하고자 하였다. 또한, 추가적인 실험을 통해 조성한 보완안료를 납⋅구리 계열 안료와 중첩 채색을 하여 변색에 있어 저항성을 확인하고자 하였다.

2. 실험 방법

2.1. 실험재료 선정

자황을 보완하기 위한 혼합소재로는 황토 두 종(금다: 상아(1:2))과 백색의 방해말을 선정하였다. 황토는 수분⋅빛과 같은 환경적 요인에 저항성을 가지고 있으며 산과 알칼리에도 안정적인 내구성을 지닌 것이 특징이다(Sharma and Singh, 2021). 선행연구(Ryu, 2022) 에서 사용된 금다는 황갈색을 띄어 자황과 혼합 시 명도와 채도를 낮춘다고 판단되었다. 이에 단청 시공 시, 색 재현성을 보다 향상시키기 위해 명도가 높은 미색의 상아와 함께 혼합하여 사용하였다. 방해말(Calcite powder)은 방해석(Calcite)을 곱게 간 안료로 선행연구(Ryu, 2022)에서 사용한 호분과 화학적⋅물리적으로 유사하다. 또한, 탄산칼슘 계열 안료이기 때문에 황 성분을 가진 안료와 화학적 반응을 일으키지 않는 안정적인 특징을 지니고 있다(Gettens et al., 1974). 방해말은 현대에서 사용되는 합성 석채의 원료로 널리 사용되고 있다. 크기는 250 μm ∼ 50 μm 정도이며, 일반적인 석채와 유사한 크기를 가졌다(Jung, 2023). 이에 백색의 방해말은 유색의 석채와 혼합하여 색상을 밝게 조절하기 용이하다. 이러한 특징을 가진 방해말은 최근 현대 미술에서 사용될 뿐만 아니라, 전통 진채화에서도 호분을 대체하여 빈번하게 사용되기에, 자황과 혼합할 백색안료로 방해말을 선정하였다.
또한, 단청 채색 공정 시 나타날 수 있는 변색 양상을 확인하기 위해, 자황과 주로 맞닿아 변색하는 경우가 빈번한 납⋅구리 계열의 대표적인 안료인 연단과 석록을 중첩 채색 안료로 선정하였다.
실험에 사용한 바탕재는 우리나라 목조 건축물에 주로 사용되는 육송의 변재(125 mm(L) × 65 mm(W) × 10 mm(T))로 선정하였다. 교착제는 막대 형태로 제작된 아교를 하루정도 물에 불린 후 중탕하여 사용하였다.

2.2. 실험 시편 제작

실험에 사용한 시편 채색 조건은 『전통소재단청 기술교범』(Cultural Heritage Administration and Konkuk University, 2023)을 참조하여 설정하였다(Table 1). 단일 안료(자황) 1조건, 방해말과 혼합한 조건 4조건, 황토 두 종과 혼합한 5조건 총 10조건의 실험 시편을 제작하였다. 단청 시공과 정을 바탕으로 면닦기 – 1차 아교포수 – 2차 교반수 포수 - 상부채색 순으로 제작하였다. 실험 시 가칠안료에 의한 영향을 배제하기 위해 가칠공정은 생략하였다. 1차 아교수의 농도는 5%, 2차 교반수 농도는 6%이며, 아교량의 2%인 명반을 소량 첨가하였다. 상부 채색은 ‘진한 아교수 공법’을 적용하여 안료와 아교를 배합하였으며 2회 채색을 기본으로 하였다. 진한 아교수 공법은 약 20%의 진한 아교수로 안료를 밀가루 반죽 형태로 만들어 한나절 정도 숙성시간을 두었다가 묽은 아교수 6%로 희석시키는 방법이다.
추가적으로 자황과 보완안료를 각각 연단⋅석록 위에 중첩하였을 때의 변색 경향을 알아보고자 실험 시편을 제작하였다. 자황과 보완안료군 총 10조건을 연단과 석록 위에 중첩 채색을 하였으며, 앞선 시편 제작 공정과 마찬가지로 2회칠을 하였다.

2.3. 열화 시험

안료의 정확한 변색 원인을 규명하기 위해 열화 시험은 자외선 열화 실험과 습⋅건 열화 실험으로 구분하여 실험을 진행하였다.

2.3.1. 자외선 열화 실험

자외선 열화 실험은 ‘KS M ISO 16474-3 (도료와 바니시 - 실험실 광원에 의한 폭로 시험방법 - 제3부: 형광 UV 램프)’에 따라 적용하였다. 광원은 UV-A 340 nm Lamp, 방사조도는 0.89 W/m2, 온도는 60℃로 설정하고 촉진내후성 시험기(QUV/SE, Q-panel Lab Products, USA)를 336시간(14일) 동안 사용하였다.

2.3.2. 습⋅건 열화 실험(항온⋅항습기)

습⋅건 열화 실험은 ‘목조문화재용 방염제 검정기준 지침’의 3조 4항 ‘흡습 및 건조성 평가 시험’기준에 준하여 적용하였다. 기기는 항온⋅항습 시험기(SH-CTH-288SCR1, Samheung, KOR)를 사용하여 336시간(14일) 동안 진행하였다. 열화 조건은 10.5h/50℃/95%, 1.5h/20℃/0%, 10.5h/60℃/30%, 1.5h/20℃/0%를 1cycle로 설정하여 14회 반복하였다.

2.4. 평가방법

2.4.1. 표면 관찰

시편의 채색 표면에서 나타나는 변화 양상을 확인하기 위해, 열화 전⋅후 육안 및 현미경 관찰을 진행하였다. 현미경은 실체 현미경(Axio Zoom V16, ZEISS, DEU)을 사용하였다.

2.4.2. 색도 측정

색도 측정은 ‘KS M ISO 787-25 (안료와 체질 안료의 일반 시험방법 - 제25부: 백색, 흑색 및 유색 안료 색조계의 색상 비교 - 색도 측정 방법)’ 규격에 준하여 진행하였다. 보완안료의 ‘색상 재현성’을 평가하기 위한 목적과 각 실험군의 열화 전⋅후의 양상을 평가하기 위한 목적을 가지고 측정을 하였다. 색도 측정 장비는 색차계로(Minolta Chroma Meter, CR-400, JPN, KONICA MINOLTA) D65 광원을 이용하여 시편의 상, 중, 하 지점에 각각 1회씩 측정하고 평균값을 산출하였다. 이후 색차값(△E) 은 미국 국립표준기술연구소(NIST) 규격을 응용하여 단청 시공법 기준에 맞춰 등급을 부여하고 평가하였다(Table 2).

2.4.3. 밀착성 평가

밀착성 평가는 ‘KS M ISO 2409, 도료와 바니시-도료의 밀착성 시험방법’에 응용하여 적용하였다. 단청 시편 표면에 셀로판테이프를 부착하여 2∼3회 손끝으로 문지른 후 떼어내는 방법으로 밀착성 정도를 평가하였다. 판상박리 측정의 경우, 시편 표면에 3 mm 간격으로 격자를 내고, 셀로판테이프을 부착하여 진행하였다. 이후 박락 상태에 따라 등급을 나누어 평가하였다(Table 3).

3. 실험 결과

3.1. 표면 변화 결과

육안으로 실험 시편을 관찰한 결과, 대부분의 시편에서 안정적인 표면 상태를 확인할 수 있었다. 일부 채색층 표면은 진에 의한 얼룩이 발생하였으나 균열과 같은 물리적 손상은 확인되지 않았다. 현미경으로 채색층 표면을 확인한 결과(Table 4), 보완안료군에서 자황의 함유량이 많을수록 광택도가 높은 모습을 보였다. 자외선 열화 실험 후에 대조군인 JH와 보완안료군인 JB, JT군 모두 밝게 퇴색되었으나 습⋅건 열화 후에는 상대적으로 안정적인 모습을 보였다.

3.2. 색상

3.2.1. 색상 재현성 결과

대조군 JH의 경우, L* 78.10, a* 4.63, b* 50.07로 측정되었다. 보완안료 JB군의 색도는 L* 78.43∼79.84, a* 1.41∼3.96, b* 52.74∼54.21로, 명도와 황색도가 전체적으로 대조군인 JH보다 높고, 적색도가 낮은 경향을 띤다. 또한, 혼합소재인 방해말의 함유량이 증가할수록 명도가 증가하였으며 적색도가 감소되었다. 반면, JT군의 색도는 L* 71.18∼72.82, a* 5.89∼8.21, b* 40.77∼48.17로 측정되었다. 대조군인 JH와 비교했을 시, 전반적으로 명도와 황색도가 낮았으며 자황 함유량이 증가할수록 명도와 황색도가 증가하는 경향이 확인되었다. 보완안료군에서는 JB군이 JT군보다 대조군인 자황의 색상과 유사한 것으로 확인되었다(Figure 1).

3.2.2. 열화 실험에 따른 색도 측정 결과

열화 실험 결과는 다음과 같다(Table 5). 자외선 열화 후, 대조군인 JH의 색차값은 7.73이 측정되었으며 변색 등급은 3등급으로 불안정한 모습을 보였다. 보완안료군의 평균 색차값은 JB군 11.65, JT군 5.46으로 JB군이 높은 것으로 확인되었다. 방해말을 혼합한 JB군의 색차값은 JB2(14.70) > JB1(13.53) > JB3(9.52) > JB4(8.84) 순으로 높게 측정되었다. JB3과 JB4의 경우, 대조군인 JH와 같은 3등급이며, JB2와 JB1은 JH보다 높은 4등급으로 매우 불안정한 모습을 보였다. 상대적으로 방해말의 함유량이 높은 조건일수록 황색도가 크게 감소하며 색차값이 증가하는 경향을 보였다. 황토를 혼합한 JT군은 JT5(7.38) > JT4(6.96) > JT3(6.38) > JT2(4.15) > JT1(2.45) 순으로 색차값이 높게 확인되었다. 이는 자황 함유량이 많을수록 색차값 변화 폭이 큰 것으로 나타났다. 변색 등급은 1~3등급까지 다양하게 분포하였으며, 대부분 6.0 이상의 색차값을 가지며 매우 상당한 변화를 보였다. 반면, JT1과 JT2가 2등급 이내의 양호한 상태를 보였다. 이는 대조군인 JH보다 변색에 있어 안정적인 모습이다.
습⋅건 열화 실험 결과, 대조군인 JH의 색차값은 2.35로 측정되며, 변색 등급은 1등급으로 안정적이다. 보완 안료군의 경우, JB군은 2.32, JT군은 2.65로 측정되었으며 JT군의 평균 색차값이 높게 나타났다. 방해말을 혼합 소재로 사용한 JB군의 색차값은 JB2(3.11) > JB3(2.70) > JB1(2.38) > JB4(1.09) 순으로 높게 측정되었다. JB2를 제외한 실험군은 모두 1등급 이내로 안정적이었다. 황토를 혼합한 JT군은 JT4(4.33) > JT2(3.66) > JT3(3.39) > JT5(1.03) > JT1(0.82) 순으로 색차값이 높게 확인되었으며 JB군과 마찬가지로 혼합소재의 양에 따른 특별한 경향성은 나타나지 않았다. JT군은 열화 후 변색 등급이 모두 2등급 이하이다. 보완안료군 모두 명도 값이 감소하고, 황색도가 증가하는 경향을 보였으나 변색 등급은 대부분 2등급 이하로 습⋅건 열화에 있어 안정적인 모습을 보였다.

3.3. 밀착성 평가 결과

자외선 열화 후 밀착성 평가 결과, 대조군인 JH는 자외선 열화 전⋅후 모두 3등급의 불안정한 분상박리가 발생하였다. 보완안료군의 경우 0∼3등급까지 다양한 결과가 확인되었다. JB군의 경우, 자황 함유량이 가장 높은 조건인 JB4에서 대조군과 같은 3등급이 확인되며 도막이 불안정한 모습을 보였다. 반면 자황이 60% 이하로 함유된 JB1, JB2는 대조군인 JH보다 안정적인 도막을 지닌 것으로 확인되었다. JT군 또한, 자황 함유량이 높을수록 밀착력이 저하되는 경향을 보이나, 대부분 2등급 이하의 안정적인 모습을 보였다. 판상박리 평가에서는 대조군과 보완 안료군 모두 0등급으로 나타나며 안정적인 도막을 유지하였다(Figure 2).
습⋅건 열화 후 대조군인 JH는 분상박리 평가에서 3등급으로 확인되며 도막이 불안정한 것으로 나타났다. 보완 안료군의 경우, 0∼2등급의 다양한 결과가 나타났다. JB군의 경우, 자황의 함유량이 가장 높은 JB4에서 2등급이 확인되었으며 이외의 조건에서는 1등급 이하의 안정적인 도막을 확인할 수 있었다. JT군은 열화 후 대부분 1등급 이하로 나타났으며, JB군보다 상대적으로 우수한 밀착력을 보이는 것으로 확인되었다. 보완안료군의 전체적인 양상은 자외선 열화 실험군의 분상박리 평가와 유사한 특성을 보인다. 판상박리 평가에서는 JT1를 제외하고 모두 0급으로 대부분 안정적인 모습을 보였다(Figure 3).

3.4. 연단⋅석록 중첩 실험 결과

중첩 실험은 대조군인 자황과 보완안료를 각각 연단과 석록 위에 중첩하여 나타나는 변화를 확인하고자 진행되었다.

3.4.1. 표면 변화 결과

육안으로 실험 시편을 관찰한 결과, 다양한 양상이 확인되었다. 열화 후 일부 채색층 표면에 진에 의한 얼룩이 발생하였으며, 중첩 채색 부분에 있어 균열과 같은 물리적 손상이 확인되었다. 열화 전, 대조군인 자황은 구리 계열 안료인 석록과 중첩 채색을 한 직후부터 변색이 진행되었다. 반면, 납 계열 안료인 연단과 중첩한 시편에서는 변색 현상이 나타나지 않았다. 현미경을 통해 대조군과 보완안료를 석록과 연단에 중첩한 부분을 확대하여 관찰한 결과, 자외선 열화 후에는 대부분 색상이 밝게 퇴색된 것을 확인할 수 있었다. 반면 습⋅건 열화 후에는 연단⋅석록과 중첩한 부분에서 전반적으로 어둡게 변색되는 양상이 확인되었다. 특히 대조군인 자황의 경우, 열화 전과 달리, 연단과의 중첩 부위에서 흑갈색의 변색이 짙게 나타났다(Table 6). 보완안료군의 경우, 자황 함유량에 따라 변색의 경향이 다른 것을 확인할 수 있었다. 자황이 많이 포함되어있을수록 흑갈색의 변색이 짙게 나타났다.

3.4.2. 열화 실험에 따른 색도 측정 결과

일부 시편 표면에서 변색이 부분적으로 나타났으며, 이로 인해 색도 측정에서 일정한 경향성을 확인하기에는 다소 어려움이 있었다. 따라서 자황과 각 보완안료군의 평균 색차값 및 평균 명도 색차값을 비교하여 전반적인 변색 경향을 파악하고자 하였다. 자외선 열화 결과는 다음과 같다(Table 7, Figure 4). 석록과 중첩한 실험군에서 JH-S의 색차값은 14.27이며, JB-S군의 평균 색차값은 16.37, JT-S군의 평균 색차값은 8.47이다. 황색도 색차값이 다른 색도의 색차값에 비해 상대적으로 큰 변화를 보였다. 이는 중첩 채색을 하지 않은 실험군(JH, JB군, JT군)의 자외선 열화 결과와 유사한 양상이다. 또한, 어둡게 변색하는 정도를 확인하기 위해 명도 색차값을 중점적으로 비교하였다. 평균 명도 색차값은 JH-S(-7.32) > JT-S군(-1.02) > JB-S군(-0.76) 순으로 명도가 감소한 것을 확인하였다. JH-S의 경우, 중첩 채색 직후 흑갈색의 변색이 나타났기 때문에 열화 후의 명도 색차값에 영향을 미친 것으로 보인다. 보완안료는 대부분 1.02 이하의 미미한 명도 변화를 보였다. 연단과 중첩한 실험군인 JH-Y의 색차값은 4.71이며 JB-Y군의 평균 색차값은 15.13, JT-Y군의 평균 색차값은 7.07이다. 석록과 중첩한 실험군과 마찬가지로 자외선 열화 시 황색도가 크게 감소하는 유사한 양상을 보였다. 반면 명도 평균 색차값에 있어서는 JH-Y(-1.45), JB-Y군(-0.17), JT-Y군(0.34)으로 나타나며 대부분 1.5 이하의 명도 변화를 보였다. 자외선은 황색도을 크게 감소시킬 뿐, 중첩 채색 시 발생한 흑갈색의 변색에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 판단된다.
습⋅건 열화 결과는 다음과 같다(Table 8, Figure 5). 석록과 중첩한 JH-S의 색차값은 24.51이며 보완안료군인 JB-S군의 평균 색차값은 6.84, JT-S의 평균 색차값은 7.91이다. 전반적으로 황색도가 감소하였으며, 자외선 열화와 달리, 명도가 최소 2.83 이상 최대 12.67 이하까지 감소하는 모습을 확인할 수 있었다. 평균 명도 색차값을 확인해보면, JH-S(-12.67) > JT-S군(-4.66) > JB-S군(-4.25) 순으로 명도 색차값이 컸다. 연단과 중첩한 실험군에서는 JH-Y의 색차값은 33.31이며 JB-Y군의 평균 색차값은 11.88, JT-Y군의 평균 색차값은 22.54로 나타났다. 석록 중첩 실험군과 마찬가지로 습⋅건 열화 시, 황색도 및 명도가 크게 감소하였으며, 명도는 최소 6.91 이상 최대 21.72 이하까지 감소한 것으로 보인다. 평균 명도 색차값을 비교해보면, JH-Y(-21.72) > JT-Y군(-13.42) > JB-Y군(-7.47) 순으로 석록 중첩 채색 실험군에 비해 명도 변화가 큰 것을 확인할 수 있었다.
종합적으로 자황 및 보완안료를 석록⋅연단과 중첩하는 경우, 변색에 있어 습도의 영향이 큰 것으로 판단된다. 또한, 보완안료가 자황 단일 안료에 비해 변색에 있어 저항성이 있는 것으로 확인되었다.

4. 고 찰

보완안료의 색상 재현성 결과, 본 연구에서 제시한 보완안료는 단청장이 인식하는 황색 색상 범위에 포함된다(Jeong, et al., 2016). 그중에서도 방해말을 혼합한 보완안료가 황토 두 종을 혼합한 보완안료보다 자황과 유사한 색상을 재현하였다. 전반적으로 방해말의 양이 증가할수록 명도와 황색도가 증가하고, 적색도가 감소하였다. 선행 연구(Ryu, 2022)에 따르면, 호분⋅백토와 같은 백색 안료를 혼합소재로 사용하였을 시, 자황의 양이 증가할수록 황색도 재현에 있어 효과적이라 언급한다. 반면, 본 연구에서는 백색 안료인 방해말의 양이 증가할수록 황색도가 증가하였다. 이는 방해말이 백토와 호분에 비해 백색 혼합 안료로써 유리한 특성을 보인 것으로 판단된다.
표면 관찰 결과, 상대적으로 자외선으로 인한 변화가 두드러졌다. 순수 자황 및 보완안료는 안료 입자의 광택도가 저하되어 밝게 퇴색된 모습을 보였다. 이는 자황이 빛으로 인해 산화되어 백색의 ‘Arsenolite’를 생성하였기 때문으로 추정된다(Park and Jeong, 2019).
내후성 실험에 따른 결과, 자외선 열화와 습⋅건 열화의 양상은 상이하게 나타났다. 자외선 열화 후, 보완안료는 모두 황색도가 감소하며 퇴색되는 경향을 띠었다. 자외선 열화 후, 황토를 혼합한 보완안료는 자황의 함유량이 높을수록 황색도가 감소하는 경향을 보였다. 황토를 혼합한 보완안료의 경우, 자외선의 영향으로 자황이 백색으로 산화하기 때문에 색차값 증가에 영향을 미친 것으로 보인다. 방해말을 혼합한 보완안료의 경우, 보완안료에 혼합된 백색 안료가 자황의 퇴색과 더불어 명도를 증가시키므로, 색차값 변화에 큰 영향을 준 것으로 판단된다.
순수 자황 및 보완안료의 도막 밀착성 평가 결과, 보완안료가 순수 자황보다 우수한 밀착력을 보였다. 특히 자황이 60% 이하로 함유된 조건에서 안정적인 도막을 형성했다. 또한, 순수 자황 및 보완안료 모두 판상박리보단 분상 박리가 두드러져 나타났다. 안료의 내구성은 입자의 형태에 의해 큰 영향을 받는다(Song, 2016). 이를 미루어보아 자황 안료의 엽상, 운모구조(Foliated, Micaceous structure)가 분상박리에 영향을 미친 것으로 판단된다.
연단⋅석록 중첩 채색 실험군에 대한 현미경 관찰 및 색도 측정 결과, 보완안료가 자황 단일 안료에 비해 변색에 있어 저항성이 있는 것으로 나타났다. 자황의 함유량이 변색에 영향을 미치는 것으로 추정된다. 자외선 열화에서는 대부분 색상이 밝게 퇴색되었으며, 습⋅건 열화에서는 자황의 함유량이 높을수록 흑갈색의 변색이 촉진된 것으로 확인되었다. 시편 표면에 변색 양상에 대한 XRD 분석을 진행하였으나, 반응물질의 피크를 확인할 수 없었다. 변색은 진행되었으나, 열화 기간이 짧아 결정화가 이루어지지 않은 것으로 추정된다. 열화 기간을 연장하여 결정화가 될 수 있도록 하거나, Raman 분광 분석을 통해 변화 양상을 추가적으로 확인해야 할 것이다. Vermeulen et al.(2017)의 연구를 통해 유추하자면, 흑갈색의 반응물질은 화학적인 작용으로 인해 황화구리(I)(Cu2S)와 황화납(PbS)이 생성된 것으로 추정된다. 중첩 채색 시 나타나는 흑갈색의 변색은 자외선보다 습기로 인한 영향이 큰 것으로 판단된다(Figure 6, 7). 특히 습⋅건 열화에서는 연단과 중첩한 실험군의 변색이 두드러져 나타났다. 연단과 같은 납 계열은 황 성분에 민감하고, 황화수소와 반응하여 황화납을 생성한다(Song, 2021). 연단(Pb3O4), 자황(As2S3) 두 안료는 습⋅건 열화를 통해 수분(H2O)에 노출되었기 때문에 화학반응을 통해 황화수소(H2S)가 생성될 수 있다. 본 실험에서는 습⋅건 열화를 통해 황화납(PbS)의 생성이 촉진되어 변색이 일어난 것으로 판단된다.
Pb3O4 + 4H2S ➝ 3PbS + S + 4H20
실험 결과를 종합하면, 황토 두 종을 혼합한 보완안료가 순수 자황에 비해 안정적인 결과를 도출하였다. 자황과 황토 두 종을 각각 4:6, 5:5로 혼합한 조건을 외부 단청 시공에 적용한다면 자황의 변색을 저감할 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 본 연구에서 제시하는 황색 보완안료는 단청에서 사용되는 황색 범위에 포함되기 때문에 전통 단청 시공 시 추가적인 색상 스펙트럼을 제공할 것이다. 단청 현장에서 이를 적용할 때, 『전통소재단청 기술교범』(Cultural Heritage Administration and Konkuk University, 2023)에 설명한 대로 혼합된 안료 흡유량에 알맞은 아교 수량을 준수한다면 물리적으로도 안정적인 도막을 형성할 것으로 기대된다.

5. 결 론

본 연구는 자외선 및 온⋅습도와 같은 환경적 요인과 단청 채색 공법에서 나타날 수 있는 자황 안료의 변색에 대해 다루었으며 변색을 저감할 수 있는 방안을 선행 연구에서 사용된 안료를 보완하여 제시하고자 하였다. 안료 혼합 시, 자황의 색상을 구현하는 것에 주안점을 두고 황토 안료 두 종과 방해말을 혼합하여 보완안료를 조성하였다. 순수 자황과 보완안료를 대상으로 인공열화를 하여 환경적 요인에서의 안정성을 확인하였다. 또한, 납⋅구리 계열 안료와의 중첩 채색을 통하여 보완안료의 변색 특성에 대해 확인하였고, 단청 시공 시 주의점을 제시할 수 있었다. 이번 연구를 통해 얻은 결과는 다음과 같다.
1. 순수 자황과 보완안료의 색상을 비교해보면, 방해말과 혼합하는 것이 명도 및 황색도를 향상시켜 색상 재현성이 우수한 것으로 나타났다.
2. 자황 및 보완안료는 자외선에 의해 안료 입자의 광택도가 저하되고 밝게 퇴색되었으나 습기에 의한 변화는 적은 것으로 확인되었다. 상대적으로 황토 두 종과 혼합한 보완안료는 방해말을 혼합한 보완안료와 순수 자황에 비해 자외선으로 인한 변색에 있어 안정적인 모습을 보였다.
3. 인공열화를 통해 나타난 결과, 보완안료의 도막 밀착력은 순수 자황보다 우수한 것으로 나타났다. 전반적으로 자황의 함유량이 많을수록 보완안료의 밀착력이 저하되는 경향이 있으나 전반적으로 안정적인 도막의 특성을 확인할 수 있었다.
4. 자황과 방해말을 혼합한 보완안료는 색상 재현성 면에서 우수하며, 과거 연구된 백토와 호분을 혼합한 보완안료보다 내구성이 좀 더 우수한 것으로 판단된다.
5. 자황과 황토 두 종을 4:6, 5:5로 혼합한 보완안료는 순수 자황에 비해 내구성 및 내후성이 우수한 것으로 확인되었다. 이를 외부 단청에 적용한다면 변색 저감에 도움이 될 것으로 판단된다.
6. 자황과 보완안료를 연단⋅석록과 중첩 채색 시, 흑갈색의 변색 양상은 자황의 함유량이 많을수록 나타났으며 습기의 영향을 많이 받은 것으로 확인되었다. 흑갈색의 변색은 황(S)과 구리(Cu), 납(Pb) 성분이 화학적 반응을 일으켜 각각 황화구리(I)(Cu2S)와 황화납(PbS)을 생성한 것으로 추정된다.
7. 실험 시 조성한 보완안료가 순수 자황에 비해 구리(Cu), 납(Pb) 성분과의 변색을 저감시키는 결과가 나타났다. 중첩 채색으로 인한 변색을 방지하고자 한다면 단청 시공 시 변색을 유발할 수 있는 안료끼리 맞닿는 것을 주의하여야 한다. 먹 선이 지나갈 수 있는 최소한의 공간을 비워둔 채, 일정 간격을 두고 채색하는 것을 추천한다.

Figure 1.
L*,a*,b* graph of Orpiment and complemented pigments.
JCS-2024-40-3-07f1.jpg
Figure 2.
Grade evaluation results of powdery/plate flaking after UV degradation.
JCS-2024-40-3-07f2.jpg
Figure 3.
Grade evaluation results of powdery/plate flaking after wet/dry degradation.
JCS-2024-40-3-07f3.jpg
Figure 4.
Comparison of △L* for painting conditions under UV degradation.
JCS-2024-40-3-07f4.jpg
Figure 5.
Comparison of △L* for painting conditions under Wet/dry degradation.
JCS-2024-40-3-07f5.jpg
Figure 6.
Degradation tendency of malachite layering test(Wet/dry)
JCS-2024-40-3-07f6.jpg
Figure 7.
Degradation tendency of red lead layering test(Wet/dry).
JCS-2024-40-3-07f7.jpg
Table 1.
Conditions of mixing pigment
Group Pigment Mixing pigment Sample name Orpiment: Mixing pigment Pigment: Medium Concentration of medium(%)
Control Group Orpiment - JH - 1:1.2 6
Complemented pigment Group Orpiment Calcite powder JB1 5:5 1:1.2 6
JB2 6:4 1:1.2 6
JB3 7:3 1:1.2 6
JB4 8:2 1:1.2 6
Orpiment Yellow Ochre (Guemda, Sang-A) JT1 4:6 1:1.5 6
JT2 5:5 1:1.5 6
JT3 6:4 1:1.5 6
JT4 7:3 1:1.5 6
JT5 8:2 1:1.5 6
Layering test pigment Group Red lead - Y - 1:1.4 6
Malachite - S - 1:1 6
Table 2.
Evaluation grade of Color difference
△E NIST standard Grade
0∼0.5 Very slight difference 0
0.5∼1.5 Slight difference 0
1.5∼3.0 Discern in eyes 1
3.0∼6.0 Significant difference 2
6.0∼12.0 Very slight difference 3
12.0∼ Different color 4
Table 3.
Evaluation Grade of Powdery flaking and Plate flaking
Powdery flaking
Plate flaking
Stability Grade Stability Grade
Stability 0 Stability 0
Normal 1 Normal 1
2 Instability 2
Instability 3 Very instability 3
Table 4.
Microscopic observation(× 100)
JCS-2024-40-3-07i1.jpg
Table 5.
Color change after degradation
Sample name UV degradation
wet/dry degradation
△L* △a* △b* △E Grade △L* △a* △b* △E Grade
JH -0.41 -2.29 -7.37 7.73 3 -1.91 0.23 -1.34 2.35 1
JB1 1.28 -2.35 -13.27 13.53 4 -2.17 0.98 0.09 2.38 1
JB2 1.06 -2.29 -14.48 14.70 4 -2.74 1.43 0.37 3.11 2
JB3 0.71 -2.26 -9.22 9.52 3 -1.43 1.09 2.02 2.70 1
JB4 1.02 -2.62 -8.39 8.84 3 -1.03 0.36 0.00 1.09 0
JT1 -0.01 0.00 -2.45 2.45 1 -0.58 0.33 0.47 0.82 0
JT2 0.28 0.32 -4.13 4.15 2 -1.90 1.05 2.94 3.66 2
JT3 -0.47 0.31 -6.35 6.38 3 -2.61 1.03 1.90 3.39 2
JT4 -0.12 0.04 -6.96 6.96 3 -2.38 1.71 3.18 4.33 2
JT5 0.46 -0.54 -7.35 7.38 3 -0.66 0.55 0.57 1.03 0
Table 6.
Comparison of microscopic observation(JH-S, JH-Y)(× 100)
JCS-2024-40-3-07i2.jpg
Table 7.
Color change after UV degradation of samples layered on malachite (S) and red lead (Y)
Sample name △L* △a* △b* △E Average value of △L* Sample name △L* △a* △b* △E Average value of △L*
JH-S -7.32 -0.88 -12.23 14.27 -7.32 JH-Y -1.45 -0.08 -4.48 4.71 -1.45
JB1-S -0.91 -4.77 -20.03 20.61 -1.02 JB1-Y -0.42 0.77 -17.93 17.95 -0.17
JB2-S 0.50 -3.08 -17.50 17.77 JB2-Y 0.75 -0.17 -15.64 15.65
JB3-S -0.73 -3.08 -15.98 16.29 JB3-Y -0.47 0.92 -14.34 14.37
JB4-S -1.90 -5.67 -9.01 10.82 JB4-Y -0.53 0.35 -12.51 12.53
JT1-S -0.88 -1.27 -3.45 3.77 -0.76 JT1-Y 0.46 0.48 -1.97 2.07 0.34
JT2-S 0.01 -1.87 -6.02 6.31 JT2-Y 0.94 0.21 -6.27 6.34
JT3-S -0.90 -2.80 -10.44 10.84 JT3-Y 0.28 0.35 -8.97 8.98
JT4-S 0.35 -1.94 -8.70 8.92 JT4-Y 0.47 1.20 -8.39 8.48
JT5-S -3.69 -1.13 -11.88 12.49 JT5-Y -0.45 2.04 -9.26 9.50
Table 8.
Color change after wet/dry degradation of samples layered on malachite (S) and red lead (Y)
Sample name △L* △a* △b* △E Average value of △L* Sample name △L* △a* △b* △E Average value of △L*
JH-S -12.67 -0.40 -20.98 24.51 -12.67 JH-Y -21.72 4.14 -24.92 33.31 -21.72
JB1-S -4.11 -2.60 -4.09 6.36 -4.25 JB1-Y -8.14 -2.40 -9.18 12.51 -7.47
JB2-S -2.83 -1.36 -2.87 4.25 JB2-Y -6.91 -1.38 -9.45 11.79
JB3-S -5.52 -2.69 -4.83 7.81 JB3-Y -8.06 -1.57 -7.52 11.13
JB4-S -4.55 -0.40 -7.70 8.95 JB4-Y -6.77 -2.98 -9.54 12.07
JT1-S -4.88 -1.77 -8.52 9.98 -4.66 JT1-Y -7.25 0.72 -10.66 12.91 -13.42
JT2-S -6.22 -2.00 -8.22 10.50 JT2-Y -10.77 1.68 -15.41 18.87
JT3-S -5.25 -0.72 -2.69 5.95 JT3-Y -13.98 3.12 -17.48 22.60
JT4-S -3.05 -1.74 -3.49 4.95 JT4-Y -15.88 4.95 -18.30 24.73
JT5-S -3.89 -3.22 -6.39 8.15 JT5-Y -19.22 1.35 -27.49 33.57

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