대전 도안대로 무연고묘 출토 복식 직물의 비파괴 분석
A Non-Destructive Analysis of Excavated Fabric Artifacts from An Unclaimed Tomb at the Daejeon Doan-daero Construction Site
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Abstract
본 연구는 대전 도안대로 개설공사 구간 내 유적에서 수습한 무연고 출토 복식 (27점 의류)에 대한 과학적 분석에 관한 내용이다. 광학적 조사와 비파괴 분광 분석법을 사용하여 직물의 손상 상태와 오염물 및 재질을 분석하였으며, 방사성 탄소 연대 측정법을 이용하여 직물의 연대를 추정하였다. 육안 관찰 결과로 볼 때, 유물의 손상도가 높고 고형의 고착물로 인해 본래 색상에서 갈변된 상태로 확인되었다. 섬유 재질 분석은 SEM과 FT-IR을 통해 수행되었으며, FT-IR 분석 결과, 셀룰로오스 구조를 포함하는 식물성 결합 구조를 확인할 수 있었다. 유물 표면의 흰색 오염물은 FT-IR 분석 결과, O-H peak와 N-H amine 등의 동물성 결합 구조를 포함하고 있음을 확인할 수 있었다. 또한 직물의 방사성탄소 연대 측정 결과, 1600년 전반기의 직물로 추정되어 이 시대의 복식과 출토 복식 유물의 보존 처리에 중요한 기초 자료를 제공할 수 있을 것으로 보인다.
Trans Abstract
This study presents a scientific analysis of 27 items of clothing excavated recovered from a heritage site within the Daejeon Doan-daero road construction zone. Using optical inspection and nondestructive spectroscopic analysis methods, we examined the textiles for their, states of damage, contaminants, and material compositions, and we employed radiocarbon dating to estimate their age. Visual inspection revealed significant damage to the artifacts, with hardened deposits causing discoloration that changed their original color to a brownish hue. We analyzed the fiber materials using scanning electron microscopy (SEM) and Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR). The FT-IR analysis confirmed the presence of plant-based cellulose structures in the fibers. Additionally, we identified the white contaminants on the surfaces of the textiles using FT-IR and found them to contain animal-derived structures, including O-H peaks and N-H amine bonds. Furthermore, the radiocarbon dating results indicated that the textiles likely originated in the early 1600s. These findings thus provide essential foundational data for the preservation and study of historical clothing and excavated textile artifacts from this period.
1. 서 론
2023년 5월, 대전 도로 개설공사 구간 내 유적(허가 제 2018-1518)에서 진행된 5차 발굴조사 중, 유적 2지점 중 1곳의 회곽묘에서 조선시대 복식 및 부장품 약 27점이 발굴되었다. 이 회곽묘는 조선시대에 주로 사용된 무덤 양식으로, 묘광 안에 석회, 모래, 황토를 혼합한 삼물(三物)을 이용해 관을 보호하는 구조물을 먼저 만든 후, 그 내부에 목관을 안치하는 방식으로 구성되어 있었다. 발굴 당시 치관제구 외관의 천판을 열어보니, 현(玄)과 훈(纁) 밑에 명정(銘旌)이 내관의 천판 전체를 덮고 있어야 했으나, 현⋅훈⋅명정이 없는 묘주미상의 묘임이 확인되었다. 이들 유물은 (재)한국선사문화연구원에 의해 발굴되었고, 한서대학교부설 문화재보존과학연구센터에서 위탁받아 전문가에 의해 보존처리를 진행하였다.
무연고에서 수습된 복식은 저고리 6점, 바지 4점, 모자 1점, 장옷 1점, 소낭 4점, 치마 1점, 기타 조각 10점 등으로 구성되어 있다. 출토된 복식 직물의 색상은 대부분 탈색되거나 변색되어 갈색 계열로 나타났으며, 일부는 원래의 색상이 남아 있으나 이염된 상태였다. 천연섬유는 각 섬유 종류마다 고유한 특성을 지니고 있어서 이를 이용하여 섬유 조직을 파악하는 것이 가능하였다.
국내 선행 연구는 출토 복식 보존 처리에 대한 연구가 다각적으로 이루어지고 있다. 대표적인 연구로는 유물의 퇴화 방지, 보수 유형 및 방법, 보존 재료의 사용 등에 대한 기본적인 가이드를 제시한 연구(An, 2007)가 있으며, 출토 복식 유물의 오염물 성분을 GC-mass(An et al., 1996)로 분석한 연구가 있다. 또한, 시신에서 유래한 오염물을 생물학적 방법인 ICP를 이용해 분석한 연구와 비파괴 섬유 재질 분석으로 FT-IR을 이용한 연구(Bai, 1999; Lee and Wi, 2022)가 진행되었다. 비파괴 재질 분석 및 보존 처리에 관한 연구도 진행되었으며(Lee, 2023), 출토 복식의 세척 처리 현황을 조사하고 세척 방안을 제시한 연구(Baek and Kwon, 2009)도 있었다. 복식 유물의 보수 방법을 구체적으로 제시한 연구(Chung and Song, 2013)는 중요한 참고 자료로 활용되고 있으며, 출토 복식의 보존과 보수에 대한 중요한 정보를 제공하여 유물의 원형을 유지하고 손상을 최소화하며 복원하는 과정에 큰 도움을 주고 있다.
본 연구는 대전 도로 개설공사 구간 내 유적에서 수습이 가능했던 조선시대 복식 유물 27점을 대상으로 보존 처리를 위한 기초 조사를 진행하였다. 직물의 손상 상태와 오염물을 분석하고 직물의 연대를 측정하고자 하였다. 유물 상태 조사와 성분 분석 및 방사성탄소 연대 측정을 실시하여 출토된 복식 유물의 보존 처리를 위한 기초 자료로 활용하고자 하였다.
2. 대상 유물
대전 도안대로 도로 개설공사 구간 내 유적(허가 제 2018-1518호)에서 진행된 5차 발굴조사 중, 유적 2지점 중 1곳의 회곽묘에서 수습한 무연고 복식 유물이다. 무연고 복식 유물은 2023년 5월 12일 발굴 지역에서 수습 작업 시 목관을 제거한 후, 관과 해체 분리하여 내관 내 부장품은 칠성판과 함께 수습하였다. 칠성판 아래는 숯가루로 채워져 있었으며, 부장품은 칠성판과 함께 포장하여 을지대학교 병원으로 이송한 후, 2023년 5월 26일에 을지대학교 바이오융합대학 장례지도학과 영안실에서 전문가에 의해 해포 작업을 진행하였다. 해포 과정은 부장, 염습, 소렴, 수의 순으로 전문가에 의해 진행되었다. 해포 과정 진행 후, 총 27점의 유물이 수습되었으며, 이는 부장 10점, 염습 5점, 소렴 2점, 수의 10점으로 구성되었다. 육안으로 관찰했을 때 손상도가 높았으며, 특히 고형의 고착물이 주로 관찰되는 유물이었다(Figure 1, Table 1).
Artifact transportation and unwrapping process (A) Surface of the burial mound, (B) On-site artifact recovery, (C) Surface view before unwrapping, (D) Inner coffin (protective layer) unwrapping, (E) Inner coffin (burial clothing) unwrapping.
Artifact recovery details
3. 분석 방법
본 연구에서는 실험에 이용한 공시 시료를 두 가지로 구분하여 채취하였다. 첫째, 오염물은 세척 전에 채취하여 분석하였다. 직물 분석을 위한 시료는 세척 후 자연 탈락된 유물에서 5 mm씩을 채취하여 직물의 손상 상태 분석, 직물 재질 성분 분석, 직물 연대 측정에 이용하였다.
유물의 손상 상태 분석
세척 전 고형 오염물로 인한 이염 정도는 육안 관찰로 선행하였으며, 오염물 및 직물의 상태는 고해상도 카메라(Cannon, G10, JPN)를 이용하여 확인하였다. 세척 전 유물의 두께와 밀도 변화는 디지털 버니어 캘리퍼스(MITUTOYO社, 500-181-30, JPN)를 이용하여 측정하였다. 유물의 세척 전과 후의 색상 변화는 분광 측색계(Konica-Minolta CM-2600d, JPN)를 사용하여 정반사광을 제거하고 UV 성분을 포함한 D65 광원으로 10°의 관찰 시야와 측정경 8 mm로 색차를 측정하였다.
직물 표면 관찰
휴대용 디지털 현미경(Portable Digital Microscope DG-3X, Scalar, JPN)을 이용하여 직물의 표면을 이 기기가 나타내는 50배율과 100배율로 촬영하여 상태를 확인하였다.
직물 형태 분석
주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope, SEM, Medel JEOL JSM 5600)을 이용하여 섬유의 측면 및 단면의 표면 형태를 분석하였다.
오염물 성분 및 직물 재질 성분 분석
오염물 성분 분석 및 직물 재질 분석은 퓨리에변환적 외선분광분석기(FT-IR / IRSpirit, SHIMADZU, JPN)를 이용하여 분석하였으며, 분석 조건은 10∼40 kV에 60∼100 μA, Rh Target, 디텍터는 Silicon Drift Detector, Alloy Plus 모드와 Geochem 모드를 병행하여 측정하였다.
직물 연대 추정
방사성 탄소 연대 측정법은 가속 질량분석기(Acceleraltor mass spectrometer, AMS, HVEE/4110Bo-AMS-3)을 이용하여 직물의 연대를 추정하였으며 출토된 상태의 원형을 최대한 보존한 시료에서 탄소를 추출하고, 가속기 질량분석기(AMS)를 통해 탄소-14와 탄소-12의 비율을 측정하여 연대를 계산하였다. 분석 과정 중에 시료의 불순물을 완전히 제거하고, 연소를 통해 CO2를 생성한 후, AMS를 사용하였으며 이를 최종적으로 보정 곡선을 사용하여 시료의 연대를 추정하였다. 이 기기는 tandetron type이었으며 terminal voltage는 1 MV이었다. 최대 charging 전류는 150 uA이었으며 SF6 insulation, Ar stripper 를 이용하였다.
4. 분석 결과
4.1. 직물의 물리적 분석
출토 복식 유물 직물의 손상 상태는 다양한 물리적 방법을 통해 분석하였다. 육안 관찰, 색차 측정, 현미경 관찰, 두께와 밀도 측정을 통해 유물의 손상 상태를 확인하였다.
육안 관찰은 복식 유물의 세척 전처리 과정에서 조사된 내용을 바탕으로 진행되었으며, 유물의 재질과 상태, 오염의 종류와 정도에 따라 결정되었다. 이 단계로, 유물 목록을 기초하여 각각의 임시로 부여된 유물 명칭의 적합성, 유물의 오염과 훼손 상태를 파악하여 기록하였다. 조사 과정에서 흙과 기타 오염이 많이 부착된 유물은 세척 작업 전에 붓을 사용하여 표면에 붙어있는 오염을 제거하면서 조사하였다. 유물 상태 조사 결과, 섬유의 퇴화가 심하고 결손 및 탈락되어 형태 면에서 원형을 갖춘 유물은 많지 않았으며, 파열과 마모가 심한 상태였다. 세척 전에 유물 손상 상태를 파악한 결과는 아래의 표와 같다(Table 2).
State before the conserving process
출토된 직물의 세척 전 색상은 소색, 황색, 갈색, 밤색 계열이었으며, L*/a*/b* 값에서 △a*는 5 범위 내외로 변화가 거의 없었으나 △b*값이 5.18∼18.22 내외로 나타난 것으로 보아, 면직물 조직이 오랜 매장 기간으로 인해 갈변된 상태로 출토된 것으로 볼 수 있었다. 세척 후 △b*값이 – 0.58∼7.15 내외로 나타나는 것을 볼 때, 세척을 통하여 서도 토양으로 인한 이염이나 갈변도가 많이 떨어진 것을 확인할 수 있었다(Table 3).
Chromaticity (L* a* b*) before and after artifact cleaning**
출토된 27점의 직물은 경사의 평균 굵기는 0.277 mm∼0.602 mm, 위사의 평균 굵기는 0.240 mm∼0.642 mm로 나타났다. 밀도는 경사 센티당 10올에서 22올, 위사는 센티당 10올에서 22올을 나타내며 실의 꼬임은 S 꼬임과 직물의 두께는 0.604 mm∼6.403 mm로 측정된 것으로 보아 일반적인 평직 면포인 것으로 볼 수 있었다.
출토 유물의 직물 조직의 밀도 올 수가 가장 적은 직물은 유물 11번으로, 경사 10올 / 1 cm로 확인되었으며, 밀도 올 수가 가장 많은 직물은 유물 27번으로, 경사 (22올∼25올) / 1 cm로 나타났다. 또한, 직물의 실 굵기가 가장 얇은 유물은 18번으로, 경사의 굵기는 0.277 mm, 위사의 굵기는 0.484 mm 확인되었다. 실의 굵기가 가장 두꺼운 유물은 22번으로, 경사의 굵기는 0.542 mm, 위사의 굵기는 0.543 ㎜로 나타났다. 가장 얇은 직물 두께는 유물 27번으로 0.604 mm, 가장 두꺼운 직물은 유물 22번으로 6.403 mm이었다.
이 내용들은 Table 4의 직물 조직의 밀도 및 굵기, 꼬임, 두께를 나타냈으며, Table 5에 직물 조직 현미경 사진을 나타내었다.
Density, thickness, twist, and diameter of textile weave
Microscopic observation of textile weave
4.2. 오염물 분석
모든 유물들은 육안 관찰과 현미경 관찰을 통한 후, FT-IR 분석을 진행하였다. 오염물에 대한 25배율과 100배율 현미경 사진을 Table 6에 나타내었다.
Microscopic images of contaminants
FT-IR을 통한 오염물 Spectrum 분석 결과를 보면 3,282∼3,393 cm-1, 3,448 cm-1 부근, 3,503 cm-1∼3,546 cm-1의 O-H alcohol 결합, 1,605∼1,636 cm-1의 Amide Ⅰ, 1,589 cm-1 부근에서의 amide Ⅱ, 1,339 cm-1∼1,419 cm-1와 1,203 cm-1∼1,246 cm-1의 amide Ⅲ, 606 cm-1 부근의 amide Ⅳ의 동물성 결합 피크가 나타나고 있다(Figure 2). 이는 (Lee and Wi.. 2022) 발표한 논문의 결과에서 관찰된 동물성 결합 구조와 유사한 결과를 나타내는 것으로, 동물성 단백질이 기반으로 이루어진 오염물임을 확인할 수 있었다.
FT-IR results of contaminants sample on excavated fabrics.
4.3. 직물 재질 분석
출토 복식 27점의 시료에 대한 SEM을 통하여 볼 때, 모든 시료가 면섬유의 특징인 단세포(Khayrullakhan and Michael., 2020) 구조를 가지고 있음을 확인할 수 있었다. 측면에는 리본 형태의 섬유 꼬임이 뚜렷하게 나타났으며, 단면에서는 가운데 중공이 관찰되었다. 이 사진들에서 보면, 27점의 면 직물 중 23-05-01∼23-05-03과 같이 비교적 형태가 잘 유지가 되어진 섬유가 있는 반면에, 23-05-04, 23-05-05와 같이 섬유의 측면이 손상되거나, 23-05-13과 23-05-16∼23-05-25에서 보이는 것과 같이 단면이 손상된 구조를 보이고 있다. 이는 노화된 섬유에서 나타나는 표면의 균열과 손상된 fibril 구조를 나타내고 있는 전형적인 결과로 퇴화가 많이 진행된 섬유의 특징으로 볼 수 있다(Figure 3).
SEM morphology of 27 excavated artifact samples.
FT-IR을 이용한 분석한 결과 역시도 전체적으로 유사한 면의 주성분인 셀룰로오스로 구성된 식물성 섬유의 중요한 지표로 작용하는 C-H alkene, C=C conjugated alkene, C-O aliphatic ether의 peak를 확인할 수 있었다. 시료 27점의 주요 peak는 2,853 cm-1, 2,861 cm-1, 2,887 cm-1, 2,961 cm-1, 3,066 cm-1에서 C-H alkene 결합 구조, 1,623 cm-1, 1,629 cm-1, 1,636 cm-1에서 C=C Conjugated alkene 결합 구조, 906 cm-1, 914 cm-1, 983 cm-1, 999 cm-1, 1,029 cm-1, 1,053 cm-1, 1,109 cm-1, 1,160 cm-1 C-O Aliphatic ether 결합이 확인되었다(Figure 4). 또한, 본 셀룰로오스는 물리적, 화학적 손상에 강한 특성을 나타내고 있는 것으로 보여(Kim, 1997: Song, 2020). Figure 2의 SEM 결과와도 잘 일치하는 결과를 나타내는 것으로 볼 수 있다.
FT-IR result of 27 excavated artifact fabric samples.
4.4. 직물 연대 추정
직물의 연대 추정은 방사성 탄소 연대 측정법을 이용하여 측정하였다. 시료는 통상의 산 및 염기 처리(A-A-A법) 후 연소(combustion), 환원(reduction) 과정을 거쳐 최종적으로 흑연(graphite)화 되었다(Kim et al., 2010; Hong et al., 2016). 방사성탄소 연대 산출을 위한 탄소동위원소(CLSUP12 CLSUP13 CLSUP14) 농도는 한국지질자원연구원 가속기질량 분석기(AMS, acceleraltor mass spectrometer)를 이용하여 측정하였다(Hong et al., 2010). 방사성탄소 연대는 시료 전처리 및 측정 과정에서 발생하는 동위원소 비율변화를 δ13C=-25%o 기준치로 보정하여 나온 결과이다. 시료의 연대는 Libby CLSUP14 반감기 5568년을 사용하여 산출되었으며, 1950년을 기준으로 BP(years before presents)로 표현하였다(Stuiver and Polach., 1977). 보정 역연대는 IntCal20 보정곡선(Reimer er al., 2020)이 적용된 OxCal 프로그램은 고고학 및 환경 연대순 정보의 방사성 탄소 보정 및 분석을 제공하기 위해 고안되었으며, 현재 버전 4.4이며 IntCal20은 다양한 연대순 분석을 위한 정보 인테페이스를 사용하거나 텍스트 명령 파일 형식(http://c14.arch.ox.ac.uk)으로 산출하였다.
그 결과 CLSUP14 탄소의 반감기를 5568년으로 산출하였으며 결과는 340 ± 30년으로 나타났고 보정역연대는 95.4%가 1640년대 이전으로 나타나고 있었다(Figure 5). 이는 전문가들이 이 복식에 대한 형태로 판단한 연대와도 잘 일치하는 결과를 나타내고 있어 더 신뢰성을 가질 수 있을 것으로 보인다.
Radiocarbon dating results.
5. 결 론
본 연구에서는 (재)한국선사문화연구원을 통해 발굴된 무연고 출토복식 유물 27점에 대한 보존처리 전 비파괴 법을 이용한 기초 조사 작업으로, 분석 결과는 다음과 같다. 1) 대전 도안대로 도로 개설공사 구간 내 유적(허가 제 2018-1518호)으로 5차 발굴조사 중 유적 2지점 중 1건에서 발굴된 회곽묘에서 수습한 출토유물은 보공, 염습, 소렴, 수의 순으로 전문가에 의해 해포 과정을 진행하였으며, 총 1건 27점으로 파악되었다. 이중 저고리 6점, 바지 4점, 모자 1점, 장옷 1점, 소낭 4점, 치마 1점, 기타(조각) 10점으로 유물의 상태는 손상도가 높고 고형의 고착물이 확인되었다. 출토된 직물의 세척 전과 후 색상은 소색, 황색, 갈색, 밤색 계열이었으며 △b*을 통하여 본 결과로는 세척 후 직물에 붙어있는 오염물이 잘 제거된 것으로 확인된다.
유물 27점에 대한 물리적 분석 결과, 유물의 소재는 면포로, 소색의 평직으로 확인되었다. 특히, 유물의 세부 특성으로 경사 밀도는 전체 10∼22올/1 cm, 위사 밀도는 10∼25올/1 cm이며, 실 굵기는 경사가 0.277∼0.602 mm, 위사가 0.240∼0.642 mm로 나타났다. 또한, 전체 S꼬임에 약간의 차이가 확인되었으며, 두께는 0.604∼6.403 mm로 측정되었다.
2) 오염물 FT-IR Spectrum 분석 결과는 동물성 결합 구조가 파악되는 탄화수소계, 지방산계, 질소화합물, 방향족 유기산이 포함되어 있는 것으로 확인되었다. 직물 재질 분석 결과는 SEM 분석 결과 직물의 측면에서는 리본 형태의 섬유 꼬임이 뚜렷하게 나타났으며, 단면에서는 가운데 중공이 관찰되는 면 직물의 특징이 확인되었으며, FT-IR 분석을 통해서도 셀룰로오스 및 재생 셀룰로오스 섬유에서 많이 관찰되는 식물성 섬유의 특징을 나타내는 것으로 보아, 면 직물임을 확인할 수 있었다.
3) 직물의 연대 추정 분석 결과는 1600년 전반기의 결과로 나타나고 복식의 형태 역시 1600년대 전반기 형태를 하고 있는 것으로 보아 대전 근교에 살았던 서민의 복식으로 보이고 있어서 이를 통하여 서민 의복에 대한 학술적 자료로써 활용될 수 있을 것을 기대할 수 있다.
이에 결과들을 이용하여 세척 전에 유물의 오염물 처리의 적합성 판단하는 데 중요한 기본 자료로서의 활용될 수 있음을 확인하였다. 또한, 이러한 결과는 출토 복식 유물의 보존 처리에 중요한 기본 자료로써 활용될 수 있을 것으로 사료된다. 이후 유물의 안정성 증대와 예방 보존 처리를 위한 보존 처리 결과도 예측할 수 있을 것으로 보인다.
