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J. Conserv. Sci > Volume 40(3); 2024 > Article
캔버스 보강처리(Patching)를 위한 Lining용 접착제의 적용 연구

초 록

캔버스 부분 보강처리에 사용되는 접착제는 선행연구 조사를 통해 배접(Lining)용 접착제와 동일한 것을 확인하였다. 그러나 배접용 접착제의 부분 보강처리 적용에 따른 물성에 대한 평가나 연구가 이루어지지 않았다. 본 연구에서는 부분 보강처리에 적용하였을 때 나타나는 표면 변화 양상 및 물리적 특성을 제시하였다. 선행연구를 통해 선정된 배접용 접착제 7종에 대하여 접촉각 측정과 부분 보강처리 적용에 따른 색상 변화, 표면 변화, 인장강도 평가를 진행하였다. 열화 실험 결과 밀가루 풀(Glue-paste)는 수분에 취약하였으며 환경 변화 시 유연성이 저하되었다. Beva film은 환경 변화 시 접착력의 저하가 가장 심하였다. 밀가루 풀과 Beva film의 경우 색상 변화에 가장 취약하였으며 주로 황변, 갈변과 같은 변색이 나타났다. Plextol B500은 환경 변화 시 접착력 및 유연성의 증가 폭이 가장 높은 것으로 확인되었다. Welding powder는 환경 변화 시 높은 접착력에 비해 낮은 변형률이 확인되었으며, 캔버스 천 전면에 변형이 나타났다. 성분이 동일한 접착제 간 친수성이 높은 경우 항복응력 및 최대 변형률의 감소가 확인되었다. 이는 친수성 특성이 접착력과 유연성에 영향을 줄 수 있는 것으로 판단된다. 열분해온도 및 유리전이온도가 낮은 접착제는 접착력 및 유연성의 변화폭이 크게 확인되었다. 부분 보강처리 적용 후 환경 변화 노출에 따른 접착력의 급격한 저하 또는 증가는 보강천의 탈락, 캔버스 천의 변형과 같은 문제를 유발할 수 있다.

ABSTRACT

Canvas patching utilizes various adhesives for localized reinforcement treatment, yet evaluations of their properties remain insufficient. This study presents surface changes and physical properties observed when seven types of lining adhesives, selected from prior research, were applied. Evaluations included contact angles, color changes, surface alterations, and tensile strength. Results indicated that glue paste was highly susceptible to moisture and exhibited decreased flexibility with environmental changes, while Beva film showed the most significant reduction in adhesion. Both glue paste and Beva film were sensitive to color changes, primarily displaying yellowing and browning. Plextol B500 demonstrated the greatest increase in adhesion and flexibility under environmental stress. Welding powder exhibited high adhesion but lower strain rates, causing notable deformations across the canvas. Within the same adhesive composition, higher hydrophilicity correlated with reduced yield stress and maximum strain, suggesting that hydrophilicity affects adhesion and flexibility. Adhesives with lower thermal decomposition and glass transition temperatures experienced greater changes in adhesion and flexibility. Rapid changes in adhesion following localized reinforcement treatment can lead to issues like peeling of reinforcing fabric or deformation of the canvas.

1. 서 론

유화 작품의 지지체 중 가장 많이 사용되는 캔버스 천은 다양한 요인에 의해 손상될 수 있으며, 물리적, 화학적, 생물학적 손상으로 구분된다. 이러한 손상이 지속될 경우 캔버스 천의 강도가 저하되어 평면성 상실 및 물감층 손상으로 이어질 수 있다. 손상으로 인해 장력이 저하된 캔버스 천의 장력을 보강하기 위해 새로운 지지체를 추가로 접착하는 것을 배접(Lining)이라 한다. 배접은 1600년대 초반 처음으로 사용된 것으로 보여지며 1630년대 De Mayerne이 배접을 위해 밀가루 풀(Glue-paste)을 제작하여 사용한 것이 확인되었다(Percival-Prescott, 2003). 이후 1970년대까지 주로 밀가루 풀, 왁스(Wax-resin)를 이용한 배접이 이루어졌으며, 1970년대 이후 합성수지와 저압 테이블 같은 신소재가 개발됨에 따라 다양한 접착제들이 사용되고 있다. 1974년 개최된 배접 기술회의(Greenwich lining conference)에서는 과거 배접된 작품들에 발생하는 문제점이 제시되었으며, 이후 배접된 기존 작품의 손상 원인에 대한 연구, 배접용 접착 재료에 대한 연구들이 실시되었다. 과거 배접이 이루어진 작품에 나타나는 손상과 수세기에 걸쳐 배접이 필수적인 처리가 아니라는 인식이 생겨나고, 캔버스 천을 가능한 그대로 유지해 주는 것이 보존 윤리에 부합한다는 원칙이 성립되면서, 작품 전체에 대한 배접은 지향하게 되었다. 심각하게 많은 부분이 찢어진 경우가 아니라면 부분 보강처리로 대신하였다(Kim, 2008).
작품 일부분만 손상된 경우 지지체 전체를 보강하는 배접이 아닌 해당 부위만 보강처리가 이루어진다. 구멍을 보강하는 방법(Fabric patching, Fabric inlays)과 찢김을 보강하는 방법(Tear mending, Thread-by-thread)으로 구분된다. Nicolaus (1999)에 의하면 부분보강 처리 적용 시, 배접용 접착제와 동일한 밀가루 풀, 왁스, 합성 수지 접착제가 사용되었다. 패칭 처리(Fabric patching)는 1970년대 이전에도 이미 적용되었던 방법이며, 주로 과거 보존처리 되었던 작품들에서 확인된다. 1970년대 이후에는 유실된 부위 형태와 동일한 형태의 캔버스 천을 접착하는 방법(Fabric inlay)이 적용되었다(Poggendof, 2023). 찢김 손상 부위를 보강하는 방법(Tear mending)은 찢김 부위의 수직 방향에 맞추어 캔버스 올을 접착제로 고정하는 방법이다. Winfried Heiber에 의해 제시된 끊어진 올과 올을 접착제로 접합하는 방법(Thread-by-thread)도 있다(Heiber, 2003). 이러한 방법들 중 패칭 처리가 과거에 가장 많이 확인되며, 일부 패칭 처리된 적용된 작품은 그림 표면의 들뜸과 같은 물리적 변형이 나타났다. 패칭 처리로 인한 물리적 손상은 주로 부분 보강처리에 사용된 접착제의 응력과 기존 작품에 사용된 재료들의 응력 차이에 의해 발생한다. 때문에 패칭 처리 시 적절한 강도의 접착제가 사용되어야 한다. 그러나 패칭 처리 외에도 부분 보강처리에 사용되는 접착제에 관한 연구들은 현재 미비한 실정이며 배접용 접착제를 부분 보강처리에 사용하였을 때 나타나는 다양한 특성들에 대한 연구들도 부족한 것으로 확인된다.
따라서 본 연구에서는 배접용 접착제의 기본 물성과 부분 보강처리 적용에 따른 물리적 특성의 관계를 제시하는 것을 목적으로 하였다. 이에 배접용 접착제에 대한 선행 연구조사를 통해 선정한 접착제의 기본 물성 파악 및 부분 보강처리 적용 후 인공열화에 따른 표면 및 물리적 특성의 변화를 조사하여 배접용 접착제의 부분보강처리 적용에 대한 실증적 자료를 제공하고자 한다.

2. 시료 제작 및 연구 방법

2.1. 재료 선정 및 시료 제작

2.1.1. 접착 재료

선행 연구 자료는 주로 배접에 사용된 접착제에 대한 평가, 배접 방법에 대한 경향을 분석한 논문들이 주를 이루었다. 밀가루 풀(Glue-paste), 아크릴 공중합체(Acrylic polymer), 에틸렌 아세트산비닐 공중합체(Ethylene vinyl acetate), 폴리아미드 수지(Polyamide resin)를 사용하거나 비교 평가한 사례를 확인할 수 있었다. 이에 본 실험에서 접착 재료는 선행 연구자료 조사를 토대로 배접용 접착제 7종을 선정하였으며 천연 접착 재료 2종과 합성 접착 재료 5종으로 구분되며 다음과 같다(Table 1). 천연 접착 재료 중 밀가루 풀은 배접 초기부터 사용되어 왔던 접착제로 과거 보존처리된 작품의 경우 밀가루 풀이 사용된 사례가 많고, 합성 접착재료와의 특성 차이를 비교하기 위해 선정하였다. 밀가루 풀은 각 지역에 따라 제작 방법의 차이가 있으며 본 연구에서는 첨가제의 유무에 따른 특성을 비교하기 위해 첨가제가 들어간 프랑스식과 첨가제가 들어가지 않은 영국식 2종을 선정하였다. 합성 접착 재료는 합성수지 개발 이후 가장 많이 사용된 접착제인 Ethylene vinyl acetate를 기본으로 하는 Beva film과 아크릴계의 Plextol B500을 선정하였다. 추가로 최근 부분 보강처리에 사용되는 폴리아마이드계의 Welding powder접착제를 적용하였다. Plextol B500은 점도 조절제 Natrosol (Hydroxyethyl cellulose)을 첨가한 다양한 배합비가 확인되었으나 높은 점도로 인해 부분 보강처리에 적합하지 않았다. 이에 Plextol B500과 적정 농도의 점도 조절제를 다양한 비율로 혼합하여 적용성 평가를 통해 한 가지 조건을 선정하였다. Welding powder는 파우더 타입으로 실험을 위해 기준량(g)을 선정하였으며 적용성 평가를 통해 두 가지 조건을 선정하였다. Beva film은 가장 많이 사용되는 두께인 25.4 μm를 필름 형태 그대로 적용하였다.

2.1.2. 캔버스 천

캔버스 천은 바탕천과 보강천으로 구분되며, 바탕천은 균일한 조건을 위해 젯소 처리된 상업용 캔버스 천을 사용하였다. 천의 종류는 근대 유화 작품에서 가장 많이 사용되는 아마와 면 두 종류로 선정하였다. 보강천은 바탕천과 동일한 종류의 천을 사용하였으며, 두께에 따른 차이를 확인하고자 중목, 세목 두 종류의 두께를 선정하였다.

2.1.3. 시료 제작

연구에서 사용된 패칭 처리(Fabric patching)와 찢김 처리(Tear mending)는 전처리 없이 손상 부위에 직접 부착하는 방법을 적용하였다. 이는 사용되는 접착제, 보강천, 바탕천과의 직접적인 관계만을 확인하기 위함이다. 시료 제작은 선정한 접착 재료와 캔버스 천을 이용하여 제작하였으며 각 실험에 따른 시료 목록은 Table 2와 같다. 구멍 손상에는 패칭 처리를 적용하여 구멍 부위에 보강천을 접합하였으며 방법은 다음과 같다(Figure 2). 패칭 처리의 경우 유실 부위 보다 1 cm 큰 보강천을 준비하였으며 외곽의 올은 진행 방향 수직 방향의 올을 1 cm 가량 제거하였다. 이후 단방향의 올 부분을 메스를 사용하여 갈아내었다. 해당 부위에 최소한의 접착제를 적용한 뒤 손상 부위에 부착하여 열과 압력을 가해주었다. 찢김 처리는 접착제를 적용한 캔버스 올을 이용해 찢김 부위를 고정하는 방법을 사용하였다. 찢김 부위 보다 1 cm 큰 천을 준비하였으며 이후 손상 방향의 수직이 되는 방향의 실을 일정한 간격으로 만들어 접착면에 접착제를 적용하였다. 실의 중앙을 찢김 부위에 위치시켜 고정 후 열과 압력을 가하였다.

2.2. 연구방법

2.2.1. 접촉각 측정

접촉각 측정은 표면에너지와의 상관관계 파악 및 접착제의 기본 특성인 흡수성, 젖음성에 대한 평가를 위해 실시하였다. 측정에 사용된 시편은 실험에 사용되는 두 종류의 바탕천 뒷면에 각 접착제를 도포하였으며 조건별 3배수로 제작하였다. 측정에는 접촉각 측정기(Phoenix 300 Touch, SEO, KOREA)를 사용하였다. 측정은 각 시편에 증류수 6 μl를 적하하여 3sec 이내에 촬영하였으며 시편별로 좌측에서 우측 방향으로 5회 측정하였다. 측정 결과는 3배수로 제작된 각 시편들의 측정값에서 최대, 최소를 제외한 나머지의 평균값을 적용하였다.

2.2.2. 색상 변화 평가

색상 변화 평가 시편은 두 종류의 바탕천 뒷면에 각 접착제를 적용하여 제작하였다. 색도 측정은 ‘KS M ISO 7724-3 도료와 바니시 측색법 제3부: 색차 계산’과 ‘KS A 0063 색차 표시 방법’에 의거하여 평가를 실시하였다. 측정에는 색도계(CR-400, Minolta, Japan)를 이용하였으며, 가속열화 전⋅후 동일한 3지점의 색도 값을(광원 D65, 측정 면적 지경 8 mm)측정하여 평균값을 산출하였다. 변색의 정도는 N.B.S(National bureau of standard unit)에서 규정한 기준을 적용하였다(Table 3).

2.2.3. 표면 변화 평가

표면 변화 평가는 부분 보강처리 적용 후 인공 가속 열화에 따른 변형, 수축, 접착력 저하로 인한 떨어짐, 경화 등과 같은 물리적 변화 양상을 확인하기 위해 실시하였다. 평가를 위해 고정된 캔버스 천에 유실 및 찢김 손상을 재현 후 유실 부위는 Fabric patching, 찢김 부위는 tear mending를 적용하였다. 시료 표면의 변화를 기록하기 위해 디지털 카메라(EOS 800D, Canon, Japan)를 사용하였다.

2.2.4. 인장강도 평가

본 실험에서는 ‘KS K 0520 텍스타일 천의 인장 성질 인장 강도 및 신도 측정’에 의거하여 그래브법으로 인장 강도를 측정하였다. 시료 제작은 두 개의 바탕천을 6.75 × 2 cm의 크기로 준비 후 각 천의 양 끝의 1 cm 지점에 3.5 × 2 cm의 보강천을 접착하여 제작하였다. 평가에는 만능재료시험기(Instron Universal 3400, USA)를 사용하였다. 측정 조건은 20 mm/min의 일정한 속도로 5회 반복 측정하였다. 측정 결과는 힘(N), 변위(mm)를 응력(Stress, σ), 변형률(Strain, ε)로 변환 이후 각각의 항복 응력(Yield strength)과 최대 변형률(εmax) 지점을 지정하여 최대, 최소를 제외한 평균값을 산출하였다. 이를 이용하여 응력-변형 곡선(Strain-Stress curve)을 제작 후 비교하였다. 기존의 응력-변형 곡선 그래프는 N/m2(단면적)으로 측정하나 캔버스 시료의 두께에는 일부 차이가 있어 N/cm로 기록하였다.

2.2.5. 인공열화 조건

본 실험에서는 패칭 처리된 시료 및 인장강도 시료의 평가와 찢김 처리된 시료의 평가에 각각 다른 인공열화조건을 적용하였다(Table 4). 두 조건은 열화 강도에 차이가 있어 패칭 처리 및 찢김 처리 적용 방법을 고려하여 적합한 조건을 선정하였다. A 조건은 넓은 면적에 사용되는 접착제의 변화를 위해 온⋅습도가 적절하지 않은 실내 환경에서의 열화와 같은 비교적 강도 높은 열화에 의한 변화 평가에 사용된 조건을 선정하였다(Chelazzi et al., 2014). B 조건은 보강천 없이 접착제만 국소 부위에 적용될 경우 A 조건에 비해 낮은 강도의 열화 주기를 지닌 조건을 선정하기 위해 ‘KS M ISO 9142 접착제 접착부 시험을 위한 실험실적 표준 노화 조건의 선정 지침’을 참고하였다.

3. 연구 결과

3.1. 접촉각 측정 결과

각각의 접착제를 아마천 및 면천에 적용한 이후 접촉각 측정을 실시하였다(Table 5). 아마천 및 면천에 접착제를 적용하지 않은 조건을 비교하였을 때 아마천 18.71°, 면천 116.25°로 큰 차이가 나는 것을 확인할 수 있었다. 아마천에 적용된 접착제들의 접촉각을 비교한 결과 LW3 > LE > LN > LW1 > LF > LP > LU 순으로 나타났다. 면천에 적용된 접착제들의 접촉각은 CW3 > CF > CE > CW1 > CN > CP > CU 순서로 높게 나타났다. 각 접착제의 직물에 따른 접촉각의 차이를 비교한 결과 합성 접착 재료보다 천연 접착 재료가 직물에 따른 접촉각 차이가 크게 나타났다.

3.2. 색상 변화 측정 결과

색상 변화 평가는 각 조건별 색차값(△E*ab)과 개별 색도에 대한 차이(△L*, △a*, △b*)를 함께 비교하였으며, 전체 조건에 대한 결과값은 다음과 같다(Table 6).
아마천 후면의 색도 및 색차값은 다음과 같다(Figure 2). 색차값은 LF, LE, LU, LW1, LW3, LP, LN 순으로 높게 나타났다. LF, LE, LU 시편은 다른 시편에 비해 색차값이 큰 것을 확인하였다. 각각 25.09, 21.06, 17.26이다. LW1, LW3, LP, LN 시편의 색차값은 앞선 3개 시편에 비해 비교적 낮게 나타났다. LW1, LW3 시편은 6.36, 5.41로 육안으로 색상 변화가 확인되었으며, LP, LN 시편은 2.09, 2.0로 색상변화가 미미하였다. L*, a*, b* 각각의 변화 정도를 확인하였을 때 색차값이 높았던 LF, LE, LU 시편은 △L*, △a*, △b* 값의 경향 차이를 보였다. LF, LE 시편은 △L*값이 각각 –22.36, -19.58로 명도의 저하가 가장 높았다. 반면 LU 시편은 △b*값은 15.19로 황색도의 증가가 가장 높았다. 색차값의 변화가 비교적 적었던 LW1, LW3 시편의 주된 변화는 황색도의 증가로 △b*값이 5.70, 5.26으로 나타났다.
면천 후면의 색도 및 색차값은 다음과 같다(Figure 3). 색차값은 CF, CU, CE, CW3, CW1, CP, CN 순으로 높게 나타났다. CF, CU, CE 시편의 색차값은 각각 38.93, 38.47, 19.27로 확인되었다. 이에 비해 비교적 변화 정도가 낮은 CW3, CW1, CP, CN 시편은 13.9, 10.01, 7.43, 6.7로 나타났다. 면천 후면의 색상 변화 정도는 아마천과 차이가 확인되었다. CF 시편에서는 △L*값이 –33.18로 명도의 저하가 가장 높았으나, CU 시편에서는 △b*값이 30.19로 황색도의 증가가 두드러지게 나타났다. CE 시편은 △L*값이 – 10.40, △b*값이 15.93으로 명도의 저하보다 황색도의 증가가 두드러졌다. CW3, CW1, CP, CN 시편의 △b*값이 13.37, 9.62, 6.94, 6.23으로 황색도의 증가가 주된 변화임이 확인되었다.

3.3. 표면 변화 측정 결과

3.3.1. 패칭 처리(Fabric patching)

패칭 처리된 시료는 주로 보강천의 떨어짐, 캔버스 천의 변형 등이 확인되었으며 보강천의 두께가 더욱 두꺼운 중목 조건에서 보강천의 수축, 뒤틀림과 같은 변형이 더욱 많이 확인되었다. 인공열화 이후 W3 조건을 제외한 모든 조건에서 접착력의 저하가 확인되었으며 BE 조건에서 접착력의 저하가 두드러지게 나타났다. W1, W3 조건은 접착제의 적용량이 더 많은 W3 조건이 접착력이 더욱 안정적이었으나 캔버스 천 전면의 변형이 확인되었다. 이는 Polyamide 접착제의 열변형 특성에 의한 것으로 판단된다. FR, UK 조건의 경우 다른 조건에 비해 접착제가 경화된 것이 확인되었다. PL, PN 조건은 보강천의 수축으로 인한 변형이 나타났다.

3.3.2. 찢김 처리(Tear mending)

Tear mending 처리된 시료들의 주된 손상은 찢김 부위의 변형, 부착된 올의 떨어짐이 확인되었으며, 중목 조건에 비해 세목 조건의 시료들이 비교적 변형이 적었다. 찢김 부위의 변형은 면천 보다 아마천에서 더욱 크게 나타난 것으로 확인되었다. 접착제의 종류에 따른 변형 정도는 BE 조건의 변형이 가장 적었으며 그 외 접착제에서는 PL 조건이 가장 안정적이었다. FR, UK, PN 조건은 찢김 부위가 변형된 것을 확인할 수 있었다.

3.4. 인장강도 측정 결과

인장강도 측정에 따라 열화 전⋅후 항복응력과 최대 변형률을 확인하였다(Figure 4, Figure 5). 또한 인공열화에 따른 항복응력 및 최대 변형률의 변화폭을 비교하여 각 접착제들의 물리적 특성을 파악하고자 하였다(Figure 6 to 9).
밀가루 풀 접착제인 FR, UK 조건 중 FR-Lm, FR-Ll을 제외한 시편들은 다른 접착제 조건들에 비해 낮은 항복응력이 확인되었다. FR 조건과 달리 UK 조건은 열화 이후 항복응력과 최대 변형률이 감소하였다. 이는 밀가루 풀 제작 시 사용된 재료들의 특성 차이에 의한 것이며, FR 조건은 열화 이후 접착력과 유연성을 유지하였으나 UK 조건은 열화 이후 접착력 저하 및 유연성이 저하된 것으로 판단된다.
Beva film 접착제인 BE 조건은 열화 이후 항복응력 및 최대 변형률이 감소하였으며 인공열화에 의한 변화 폭이 모든 조건 중 가장 높았다. 열화 이전 항복응력과 최대변형률에서 직물 두께에 따른 결과의 차이가 다른 접착제들에 비해 낮은 것이 확인되었다.
Plextol B500이 적용된 PL, PN 조건은 열화 이후 최대 변형률이 다른 조건에 비해 높은 것을 확인할 수 있다. 또한 PL-Ll, PL-Cm, PN-Lm, PN-Ll 시편은 항복응력 및 최대 변형률의 증가폭이 큰 것으로 확인되었다. 특히 PN-Lm, PN-Ll 시편의 항복응력은 인공열화 전⋅후 가장 큰 증가폭을 나타내었다. 또한 PN-Cm, PN-Cl 시편은 다른 Plextol B500이 사용된 시편 중 항복응력이 가장 낮으며 BE조건을 제외한 모든 조건 중 가장 낮은 수치이다.
Welding powder가 적용된 조건은 W1 조건에 비해 접착제의 양이 더욱 많은 W3 조건의 항복응력 및 최대 변형률이 더 높은 것을 확인할 수 있다. 또한 W1-Cm, W1-Cl, W3-Cl을 제외한 모든 시편은 열화 이후 항복응력의 증가가 나타났다. 이는 가장 높은 항복응력의 증가 폭을 나타내었던 PN-Lm, PN-Ll, PL-Ll시편에 비해 낮은 증가 폭이었으나, 다른 조건의 시편들에 비해 비교적 높은 증가 폭에 해당된다. W3-Lm, W3-Ll 시편은 동일한 조건의 캔버스 천에서 항복응력이 가장 높은 것으로 확인되었다. 두 시편은 인공열화 시 항복응력의 변화폭이 최대 변형률의 변화폭보다 높은 것으로 나타났다.

4. 고찰 및 결론

프랑스식 밀가루 풀은 영국식 밀가루 풀에 비해 친수성이 더욱 낮았으며 이는 프랑스식 밀가루 풀에 추가된 밀랍(beeswax)에 의한 것으로 판단된다. 밀가루 풀 제작 시 친수성을 낮추기 위해 밀랍을 사용하는 것이 확인되었다(Reifsnyder, 1995). Plextol B500은 점도 조절용 Natrosol의 첨가에 따라 친수성이 낮아지는 것으로 확인되었다. Beva 371은 동일한 직물 내에서는 접촉각의 차이가 가장 낮았으며, 이는 Beva 371이 다른 접착제들에 비해 균일한 도막을 형성할 수 있는 것으로 판단된다. Beva 371은 수분에 의한 반응이 상당히 낮은 것으로 확인된 바 있다(Poulis et al., 2022). 이는 접착제의 균일한 도막 형성은 접착제의 수분 특성에 영향을 줄 수 있는 것으로 판단된다. Welding powder는 모든 접착 재료 중 가장 친수성이 낮았으며 접착제의 적용량 증가에 따라 친수성이 더욱 낮아지는 것을 확인하였다.
접착제의 색상 변화는 천연 접착 재료가 합성 접착 재료보다 심하였다. 환경 변화 시 프랑스식 밀가루 풀의 변색은 밀랍 및 베니스 테레빈유(Venice turpentine)에 의한 것으로 판단된다. 밀랍은 주로 습기에 노출되거나 산과 접촉하였을 때 색상이 어둡게 변하는 것으로 알려져 있으며, Bomford and Staniforth(1985)의 연구에서도 밀랍을 캔버스 천에 적용하였을 때 색상이 어둡게 변색되는 것을 확인할 수 있었다. 영국식 밀가루 풀은 주로 황변이 나타났으며 이 는 토끼 가죽 아교(rabbit skin glue)가 캔버스 천의 산화와 황변을 유발한 것으로 판단된다. Park(2014)의 연구에서 토끼 가죽 아교의 pH 측정 결과 산성도가 높았으며, 재료에서 방출되는 산은 캔버스 천의 산화를 유발하며 동시에 황변을 유발하는 것으로 알려져 있다(Choi, 2012). Plextol B500 및 Natrosol을 적용한 Plextol B500은 모든 접착제 조건 중 색상의 변화에 있어 가장 안정적이었다. Beva film은 아마천에서는 명도의 저하가, 면천에서는 황색도의 증가가 두드러져 직물 종류에 따른 변색의 경향 차이가 있는 것으로 판단된다. 이와 관련하여 Beva film과 동일한 Beva 371 접착제를 아마천에 적용하였을 때 어둡게 변색되는 것이 확인된 바 있다(Bomford and Staniforth, 1985). Welding powder는 직물에 적용한 경우 황색도의 증가가 나타났다. 이는 인공열화 시 캔버스 천에서 방출되는 산과 Welding powder가 반응하여 황변이 나타난 것으로 판단된다. Welding powder의 황변 사례는 확인되지 않았으나, polyamide 6(PA 6)을 70~160℃의 열에 노출 시켰을 때 황변 현상이 확인된 바 있다(Heo et al., 2002).
밀가루 풀의 항복응력 및 최대 변형률의 변화는 밀랍(방습제)과 베니스 테레빈유(유연제)가 첨가된 프랑스식 조건이 영국식 조건에 비해 안정적인 것으로 확인되었다. 밀가루 풀의 경우 유연성이 적은 재료임을 알 수 있다(Andersen, 2013). Beva film은 인공열화 후 항복응력 및 최대 변형률이 가장 낮았으나, 열화 전 항복응력 및 최대 변형률은 다른 조건들에 비해 안정적이다. 또한 Beva film은 패칭 처리 보다 찢김 처리에서 접착력이 더욱 안정적이었다. 이는 Beva film이 장기간 고온에 노출되었을 때 접착력 및 유연성이 저하되는 것으로 판단된다. Beva film의 구성 재료인 에틸렌 아세트산비닐 공중합체는 열분해에 약한 것을 확인할 수 있으며, 용융 온도가 25℃이다(Poulis, 2022). Plextol B500의 환경 변화 시 급격한 접착력 및 변형률의 증가는 Plextol B500의 낮은 유리전이온도(Tg)로 인해 접착제가 재활성화됨에 따라 접착력 및 변형률이 증가하였을 것으로 판단된다. Duffy(1989)의 연구에서도 아크릴계 접착제가 열화에 따라 접착력이 증가한 것으로 확인되었다. Welding powder의 적용량이 증가할 경우 높은 응력과 낮은 유연성으로 인해 접착제의 응력이 증가하는 것으로 보이며, 접착제의 열변형이 캔버스 천의 물리적 변형에 영향을 준 것으로 판단된다. Welding powder는 강한 접착력으로 인해 열화 시 물리적 특성의 결함, 가역성의 문제들이 보고된 바 있다(Flock et al., 2021).
본 실험을 통해 확인된 배접용 접착제의 물성 및 물리적 특성이 부분 보강처리에 끼치는 영향은 다음과 같다. 동일한 접착제 내에서 친수성이 더욱 높을 때 환경변화에 따른 항복응력 및 최대 변형률이 더욱 낮은 것을 확인하였다. 이는 접착제가 환경 변화에 노출되었을 때 친수성 특성과 접착력 및 유연성의 감소에 부분적으로 영향을 줄 수 있을 것으로 판단된다. 온⋅습도 변화 시 Beva film은 접착력의 급격한 저하는 Beva film의 낮은 용융온도와 관련이 있는 것으로 판단되며, Plextol B500은 온⋅습도 변화 시 접착력과 유연성이 급격히 증가하는 것은 낮은 유리전이온도가 환경 변화에 따라 접착제 가교에 의해 재활성화되는 것으로 판단된다. 이를 통해 접착제의 열적 특성(열분해온도, 유리전이온도)은 물리적 특성의 변화에 영향을 줄 수 있을 것으로 판단되었다.1) 이는 접착제의 특성에 따라 차이가 있으며, 열분해온도가 낮은 경우 접착력 및 유연성이 저하될 수 있고, 유리전이온도가 낮은 경우 해당 온도보다 높은 온도에서는 접착제의 가교가 다시 진행되며 접착력 및 유연성이 증가할 수 있는 것으로 판단된다. 접착제의 열적 특성을 명확하게 파악하기 위해서는 열 분석법과 같은 추가적인 실험이 필요하다.
본 연구에서는 배접용 접착제 7종을 선정하여 기본 물성 평가 및 부분 보강처리에 적용성 평가를 수행하였다. 이를 통해 배접용 접착제 적용에 따른 부분 보강처리의 표면 변화 양상 및 물리적 특성을 확인할 수 있었다. 또한 실험 결과를 통해 접착제의 특성이 부분 보강처리 적용에 따른 결과에 끼칠 수 있는 영향에 대해 제시하였다. 연구 결과는 캔버스 천 보강처리 연구의 기초자료로 활용될 수 있길 기대한다.

Notes

Plextol B500의 유리전이온도(Tg)는 9℃이며 Beva film의 용융 온도는 68℃로 확인되나 제작에 사용된 Ethylene vinyl acetate 공중합체가 열분해에 약한 특성을 지니며 용융온도가 25℃이다.

Figure 1.
Sample preparation method : (A) Using a scalpel to grind a thread in one direction, (B) Applying glue to therad, (C) Applying patching to reinforcement areas, (D) Set melinex on reinforcement canvas, applying heat and pressure.
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Figure 2.
Comparison of chromiticity(△E*ab, △L*, △a*, △b*) for linen canvas.
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Figure 3.
Comparison of chromiticity(△E*ab, △L*, △a*, △b*) for cotton canvas.
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Figure 4.
Comparison of yield strength before and after degradation.
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Figure 5.
Comparison of max strain before and after degradation.
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Figure 6.
Comparison of yield stress and max strain before and after difference degradation in linen middle.
JCS-2024-40-3-08f6.jpg
Figure 7.
Comparison of yield stress and max strain before and after difference degradation in linen light.
JCS-2024-40-3-08f7.jpg
Figure 8.
Comparison of yield stress and max strain before and after difference degradation in cotton middle.
JCS-2024-40-3-08f8.jpg
Figure 9.
Comparison of yield stress and max strain before and after difference degradation in cotton light.
JCS-2024-40-3-08f9.jpg
Table 1.
List of adhesives
Sample name Product name Adhesives Concentration
FR Glue paste (France) Wheat flour 24.3 g
Rye flour 48.6 g
Glue of nerves 4.1 g
Bone glue 8.1 g
Venetian turpentine 8.1 g
Beeswax 1.9 g
Sodium fluoride 2% (of total weitht)
Water 3 kg
UK Glue paste (U.K) Wheat flour 25.9 g
Rabbit skin glue 3.2 g
Water 1.5 kg
PL Plextol B500 Acrylic dispersion undiluted
PN Plextol B500(Natrosol) Acrylic dispersion (hydroxyethyl cellulose) Plextol B500 : Natrosol aqueous solution 0.5% 6 : 4 (w/w)
W1 Welding powder Polyamide 0.01 g
W3 0.03 g
BE Beva 371 film(25.4 µm) Ethylene vinyl acetate undiluted
Table 2.
List of samples according to the experiment
Sample name Adhesives Canvas
Experiment
Original Reinforcement
LF, CF FR (L) Linen Not applied Contact angle test
LU, CU UK
LP, CP PL
LN, CN PN
LW1, CW1 W1 (C) Cotton
LW3, CW3 W3
LE, CE BE
LF, CF FR (L) Linen Not applied Chromaticity test
LU, CU UK
LP, CP PL
LN, CN PN
LW1, CW1 W1 (C) Cotton
LW3, CW3 W3
LE, CE BE
FR - Lm, Ll, Cm, Cl FR (L) Linen Not applied Surface observation (tear mending)
UK - Lm, Ll, Cm, Cl UK
PL - Lm, Ll, Cm, Cl PL
PN - Lm, Ll, Cm, Cl PN (C) Cotton
BE - Lm, Ll, Cm, Cl BE
FR - Lm, Ll, Cm, Cl FR (L) Linen (m) middle weight Surface observation (Fabric patching)
UK - Lm, Ll, Cm, Cl UK
PL - Lm, Ll, Cm, Cl PL
PN - Lm, Ll, Cm, Cl PN
W1 - Lm, Ll, Cm, Cl W1 (C) Cotton (l) light weight Tensile strength test
W3 - Lm, Ll, Cm, Cl W3
BE - Lm, Ll, Cm, Cl BE
Table 3.
Color difference evaluation grade
△E*ab Grade
0-0.5 trace
0.5-1.5 slight
1.5-3.0 noticeable
3.0-6.0 appreciable
6.0-12.0 much
12.0+ very much
Table 4.
Accelerated degradation condition
Condition The wetting and dry condition
(A) Cycle 1 – 54 h at 80℃ and 40% RH
Cycle 2 – 54 h at 80℃ and 80% RH
Cycle 3 – 54 h at 20℃ and 80% RH
Cycle 4 – 54 h at 20℃ and 40% RH
Cycle 5 – same as cycle 1
Cycle 6 – same as cycle 2
Cycle 7 – same as cycle 3
Cycle 8 – same as cycle 4
Cycle 9 – 168 h at 80℃ and 95% RH
(B) Cycle 1 – 24 h at 23℃ and 90% RH
Cycle 2 – 24 h at 55℃ and 30% RH
Cycle 3 – 72 h at 23℃ and 90% RH
Cycle 4 – 48 h at 55℃ and 30% RH
Table 5.
Contact angles on line and cotton canvas
JCS-2024-40-3-08i1.jpg
Table 6.
Result of chromiticity test after degradation
Sample Name Linen
Sample Name Cotton
△L* △a* △b* △E*ab △L* △a* △b* △E*ab
LF -22.36 11.10 2.53 25.09 CF -33.18 15.70 12.98 38.93
LU -6.42 5.09 15.19 17.26 CU -20.02 12.95 30.19 38.47
LE -19.58 3.66 6.95 21.09 CE -10.40 3.05 15.93 19.27
LP -0.83 0.60 1.82 2.09 CP -2.64 0.21 6.94 7.43
LN -0.60 0.61 1.81 2.00 CN -2.47 0.33 6.23 6.70
LW1 -2.81 0.40 5.70 6.04 CW1 -2.74 0.33 9.62 10.01
LW3 -1.25 0.33 5.26 5.41 CW3 -3.78 0.22 13.37 13.90

REFERENCES

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