1. 서 론
지류⋅회화 문화유산의 보존 처리 시 습식 클리닝 혹은 배접지 제거와 같이 불가피하게 수분이 가해지는 상황에 번짐 혹은 박락과 같은 위험 상황이 발생한다. 이를 안정화하기 위해 전처리제의 도포는 필수적으로 요구되며 현재까지 교(膠)가 전처리제로서 사용되고 있다. 그러나 미립자의 유기 안료는 입자성이 큰 무기 안료에 비해 안료의 고착이 어렵고, 수분에 의한 번짐에 취약하다. 특히 현대에 합성 유기 화합물로 이루어진 안료는 기존의 전처리제만으로는 충분한 고착력 확보에 한계가 있다. 이러한 문제는 보존 처리 과정에서 중요한 과제로 남아 있다. 보다 효과적인 안정화 처리에 대한 연구가 필요한 실정이나 현재까지 관련한 평가 방법 및 평가에 대한 연구는 부족한 상황이다. 이에 본 연구에서는 현대 동양화 채색 재료인 인조석채, 합성석채, 수간분채, 접시물감, 채묵, 봉채, 안채, 튜브물감 등에서 대표적으로 쓰이는 시판의 튜브물감과 안채 채색 시료에 대하여 아교, 아라비아검, 카제인 3종의 전처리제 효과를 비교하고 평가하고자 한다.
튜브물감은 19세기에 등장한 새로운 형태의 물감으로서 직접 물감을 제조했던 것과 달리 산업혁명으로 생산된 극소립자의 물감이다. 지구상에서 가장 많이 회자된 화파인 인상파 화가들의 산업혁명 산물이라고 할 수 있으며(Jung, 2023), 동양화 튜브물감은 수묵 담채 용으로서 현재까지도 많이 생산되며 사용되고 있다.
안채(顔彩)는 일본 메이지 시대에 고안된 고체 물감으로서, 네모난 틀에 넣은 물감이다. 한국에서는 틀의 모양과 상관없이 접시 물감 더불어 안채로 혼용하여 명칭 하나(Oh, 2022), 일본에서는 Gansai라고 명칭된다.
전처리제 선정에 있어서는 아교는 현재까지 대표적인 문화유산의 보존과 회화 작품의 접착제로 널리 사용되고 있다. 아라비아검은 천연수지류의 일종으로 아카시아 나무의 진을 채취한 것이다. 고분자 다당류로 조성되어 있으며 수천 년 전부터 이집트인들이 미라를 포장할 때 쓰던 접착제로 사용되어 12세기 이후로 화가들의 바인더로 사용되었다. 최근에는 식품, 세라믹, 화장품 등에도 쓰일 정도로 광범위하고 오랜 역사를 지닌다(Marina, 2018). 현재에도 한국화 물감과 수채화 물감에 아교와 아라비아검 등이 물감의 전색제로 활용되고 있다(Jung, 2023).
카제인은 우유 단백질의 80%를 차지하며, 아교와 함께 접착제로서 널리 사용되어왔다. 빠른 건조와 무광택 효과를 가지고 있으며, 석회와 혼합해 서양에서 카제인 템페라 기법에 사용되었고, 벽화, 앱소번트 그라운드(absorbent ground), 불투명 수채화의 전색제로도 활용되었다(Min, 2016).
선행연구에는 젤라틴과 아라비아검을 혼합하였을 때 적정 pH 조건에서 단백질인 젤라틴과 다당류의 아라비아검은 정전기적 상호작용을 통해 복합체 형성을 확인하였다(Sarika, 2015). 젤라틴과 카제인을 혼합한 경우 수증기 투과성이 낮아지며, 피막의 공극이 줄어드는 결과가 있으며(Chambi et al., 2006), 카제인과 아라비아검을 혼합하였을 때 임계온도 이상에서 소수성이 높아지며 입자크기가 증가하는 것을 확인한 연구 결과가 있다(Ye et al., 2012). 이에 본 연구에서는 기존의 연구를 참고하여 동서양에서 전색제 및 접착제로 사용되는 전통 재료를 기반으로 전처리제를 선정하였으며, 대상 시료에 전처리제의 도포 조건을 달리하여 특성을 평가하고자 한다.
본 연구의 결과는 보존 처리 작업자들에게 새로운 전처리제와 적용 조건에 대한 기초 자료를 제공하며, 안정화 처리 시 사용되는 전처리제의 특성을 평가하는 방법을 제시하고자 한다. 이를 통해 보존 처리 과정에서의 실무적 활용 가능성을 높이고, 보존 과학의 발전에 기여할 수 있을 것으로 기대한다.
2. 연구 재료 및 평가 방법
2.1. 연구 재료
한지는 전통적으로 과거부터 현재까지 동양 회화에서 대부분 사용되고 있다. 더불어 오늘날 현대 작가들에게 한지는 단순히 바탕재의 의미를 넘어 그 자체로 새로운 물성으로 제시되며, 견고하고 오래가는 한지는 캔버스보다 바탕지로서 효과가 좋아 다양한 장르에서 표현이 가능하여(Choi and Lee, 2013), 현재까지도 사용되는 재료이다. 이에 본 연구에서는 바탕재로 한지를 선정하였다.
동양화 물감의 제조사인 신한 화구는 국내에서 1977년 동양화 튜브물감을 생산하였으며(Oh, 2022), 동양화 튜브물감을 제작한 대표적인 회사로서 본 연구에 선정하였다. 또한, 고체 안료 중 봉채나 편채 보다 안채는 24색 이상의 여러 가지 색상이 생산될 정도로 색상의 수가 다양하여 시료 대상으로 선정하였다. 더불어 선행연구(Oh, 2022)를 통하여 조사된 국내 안채 판매점에서 가장 보편적으로 취급하는 제조사인 Kissho의 제품을 선정하였다.
전처리제로서 교는 현재 문화재 수복용으로 쓰이는 막대아교(鳳凰, JPN)를 사용하였으며, 안료의 전색제인 아라비아검(Samchun,KOR)과 나트륨 카세인산염(Daejung, KOR)을 사용하였다(Table 1). 전처리제의 농도는 실험에 원활한 진행을 위해 선행연구(National Research Institute of Cultural Heritage, 2011)를 통해 조사된 농도인 1.5%와 3%로 설정하였으며, 단일 재료를 적용한 단일 전처리제와 각각을 1:1의 중량비로 혼합한 혼합 전처리제에 대하여 실험을 진행하였다. 본 연구에서는 다음과 같다(Table 2).
2.2. 시료 제작
닥지의 바탕재 위에 5.0 × 3.0 cm 크기로 채색 영역을 구획하고, 튜브물감 및 안채를 각각 2회씩 채색 후 자외선 열화 노화시험기(UV-2000, Atlas, USA)를 이용하여 60°C, UV A-340, 0.76 W/m2/nm 120시간 열화하였다. 열화 된 시료 위에 전처리제를 2회씩 도포하였다.
2.3. 평가 방법
2.3.1. 표면 특성 평가
전처리제 적용에 따른 표면 특성을 확인하기 위해 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM)(SU3800, Hitachi, JPN)을 사용하여 시료의 표면 특성을 확인하였다.
2.3.2. 색도 측정
전처리제 적용에 따른 색상의 변화 정도를 확인하기 위해 전처리제 도포 전⋅후 및 습식 클리닝 전⋅후의 색도를 측정하였다. 측정 방법은 분광측색계(CM-2600d, Konica Minolta, JPN)을 이용하여 동일 지점을 3회 측정하여 평균값을 산출하였다. 색상의 변화 정도는 색차 표지 방법(KS A0063)에 의거하여 L*a*b* 표색계의 색차값(△ E)을 계산해 색상의 변화를 수치로 정리하였다.
2.3.3. 산성도 측정
전처리제 적용에 따라 시편의 산성도 변화를 확인하기 위해 pH(LAQUA pH/ION METER F-72, Horiba, JPN)를 측정하였다. KS C IEC 62899-201에 의거하여 평판 전극을 이용하여 표면의 산성도를 측정하였다.
2.3.4. 접촉각 측정
표면의 젖음성을 나타내는 수치인 접촉각 분석을 통해 전처리제의 표면 특성을 확인하였다. 측정은 접촉각 측정기(Phoenix 300 Touch, SEO, KOR)을 이용하였으며, ISO 15989에 의거하여 부피 4 μl의 액적(droplet)이 시편의 표면에 적하하여 접촉각을 확인하였다. 바탕재로 사용된 닥지는 흡수성이 높은 특징이 있어 액적 적하 5 ms 후의 접촉각을 측정하였다.
2.3.5. 적용성 평가
보존 처리 시 전처리제의 효과를 확인하기 위해 증류수를 분무하여 습식 클리닝 시 유용성을 확인하였다. 50 cm 높이에서 수리용 분무기로 약 6 ml 분무 후 자연 건조하였다. 수분의 분무 조건은 선행연구(Lee, 2014)를 통해 습식 클리닝 처리 수행 시 회화유물의 젖음 정도와 유사한 상태가 될 수 있도록 설정하였다. 디지털카메라로 습식 클리닝 전⋅후의 사진을 촬영 후 이미지 측정 프로그램을 이용하여 물감의 번진 면적을 측정하여 면적 증가율을 계산하였다.
3. 연구 결과
3.1. 표면 특성 평가
전처리제 도포에 따른 시료의 표면 특성을 주사전자현미경관찰을 통해 확인하였다. T(Tube paint for Korean color) 채색 시료에서 입자성 안료가 일부 관찰되며, 피막 형태로 바탕재에 도포된 양상이 관찰되었다. G(Gansai) 채색 시료는 입자성 안료가 다량 관찰되며, 바탕재에 안료 입자가 부착되어 있는 양상이 관찰되었다. T⋅G 채색 시료에서 모두 전처리제 AG, SC, AG+GA, AG+SC, AG+SC 적용 시료에서 바탕재와 안료 입자 사이의 공극이 메워진 것이 관찰되었다. 또한 1.5% 적용 시료에 비해 3% 적용 시료에서 이러한 현상이 두드러지게 관찰되었다. 특히 SC, AG+SC, AG+SC 적용 시료에서 바탕재 및 안료 사이의 공극이 메워진 현상이 두드러지게 관찰되었다(Table 3).
3.2. 색도
전처리제 도포 및 습식 클리닝에 따른 색상 변화는 색차값(△E)값과 함께 개별 색도 차이(△L*,△a*,△b*)를 함께 비교하였으며, 결과는 다음과 같다(Table 4). T 시료에서는 전처리제 도포 후 △E 값 AG 3% > SC 3% > GA+SC 1.5% 순으로 높게 나타났으며, AG+SC 3% < GA 3% < AG 1.5% 순으로 △E 값이 작게 나타났다. 또한 SC 3%를 제외한 모든 시료에서 NO에 비해 △L*,△a*,△b* 값이 감소하는 것을 확인하였다. 습식 클리닝 후 AG+GA 3% < GA 3% < AG 3% 순으로 △E값의 변화가 작게 나타났으며, AG 1.5%, AG 3%, GA 1.5%, GA 3%, AG 1.5%, AG 3%, AG+SC 1.5%, AG+SC 1.5% 시료의 △E 값이 처리제 도포 후에 비하여 습식 클리닝 후 안정된 값을 가지는 것을 확인하였다.
G 시료에서는 전처리제 도포 후 SC 3% > AG+SC 3% > GA+SC 3% 순으로 △E 값이 높아지며, AG+SC 1.5% < AG 1.5% < GA 1.5% 순으로 낮아졌음이 확인되었다. 처리제 도포 후 GA 1.5%, GA 3%, SC 1.5%, SC 3%, AG+GA 1.5%, AG+SC 3%, GA+SC 1.5%, GA+SC 3% 시료에서 경미하게 L*값이 증가하였으며, 모든 시료에서 a*와 b*가 감소하였다. 습식 클리닝 후 SC 1.5% < AG+SC 3% < AG+SC 1.5% 순서로 색차의 변화가 낮게 확인되었다(Figure 1).
G 시료에서 습식 클리닝 후 △L*,△b* △E 값이 전체적으로 증가하는 것으로 확인되었다. 이는 자외선 열화 시 안채 채색층 표면에 어두운 피막이 발생하는 현상(Shin et al., 2024)과 관련된 것으로 보인다.
3.3. 산성도
전처리제 적용 및 습식클리닝에 따른 산성도의 변화를 확인하였다. 전처리제 도포 및 세척 시 모든 시료에서 0.1∼0.5의 경미한 차이가 나타났다. T 시료에서 전처리제 도포 시 산성도가 약간 증가하였다가 수세 후 중성에 가까운 값으로 변하는 현상이 확인되었다. G 시료의 경우 GA 도포 시료에서 도포 후 pH가 경미하게 증가하는 경향이 나타났으며, SC 도포 시료에서 pH가 경미하게 감소하는 현상이 확인되었다(Table 5).
3.4. 접촉각
전처리제 도포 시료에 대하여 시료 표면의 순간적인 젖음성 정도를 측정하기 위해 액적이 시료 표면에 접촉하였을 때의 접촉각을 측정하였다. 다만, 측정 접촉각 측정의 경우 전처리제의 침투 정도, 측정위치 등으로 인해 결과에 영향을 미치기 때문에 전처리제 3% 도포 시료에 대해서만 상대적인 비교를 진행하였다. T 시료에서 AG+GA > AG+SC > SC 순으로 접촉각이 높게 확인되었으며, G 시료에서 AG+GA > AG > AG+SC 순으로 접촉각이 높게 확인되었다. T와G 모두 AG+GA 3% 적용한 시료에서 123.02°, 101.41°으로 접촉각이 가장 높은 결과가 확인되었다. 각 전처리제의 물감에 따른 접촉각의 차이를 비교한 결과 단일 전처리제에 비해 혼합 전처리제의 접촉각이 높은 것으로 나타났다(Figure 2).
3.5. 적용성 평가
회화유산의 습식 클리닝 시 전처리제의 효과를 확인하기 위해 수분을 가하여 물감이 번져나가는 면적을 통해 적용성 평가를 진행하였다(Table 6). 습식 클리닝 후 T 시료 전처리제 미도포 시료의 경우 번진 면적이 66.2% 증가하였으며, G 시료 전처리제 미도포 시료의 경우 105.5% 증가한 것으로 나타났다. 단일 전처리제 적용 시료에서는 1.5%, 3% 농도에서 모두 AG의 면적 증가율이 적은 것으로 확인되었다. 혼합 전처리제의 경우 단일 전처리제 적용 시료에 비해 면적증가율이 작은 것으로 확인되었다. T⋅G 시료에서 모두 AG+SC 3% < AG+GA 3% < AG+SC 1.5% < AG+GA 1.5% 순서로 면적 증가율이 작은 것으로 확인되었으며, GA+SC 시료의 경우 AG와 비슷하거나 작은 정도의 면적 증가를 확인하였다(Figure 3).
4. 고찰 및 결론
본 연구에서는 현대 동양화 물감의 습식 클리닝을 위해 전색제로 사용되는 아교, 아라비아검, 카제인나트륨의 전처리제 적용 가능성을 평가하였다. 아울러 습식클리닝을 위한 전처리제의 특성 평가방법을 제시하고자 하였다.
전처리제 도포에 따른 시료의 표면 특성평가 결과 SC, AG+SC, AG+SC 적용 시료에서 바탕재 및 안료 사이의 공극이 메워진 현상이 뚜렷하게 확인되었으며, 1.5% 적용 시료에 비해 3% 적용 시료에서 이러한 현상이 두드러졌다.
색도 측정 결과 습식 클리닝 후 T 시료에서 AG+GA 3% < GA 3% < AG 3% 순으로 색차의 변화가 작게 나타났으며, G 시료에서 SC 1.5% < AG+SC 3% < AG+SC 1.5% 순으로 색차의 변화가 작게 나타났다. 다만, G 채색 시료에서 습식클리닝 후 색도의 변화가 두드러지게 확인되었는데, 이는 안채의 자외선 열화 시 채색층의 표면층에서 변색이 발생하는 열화 특성에서 기인한 것으로 사료된다.
산성도 측정 결과 전처리제 도포 및 습식클리닝에 따른 pH변화가 미미한 것으로 나타났다.
접촉각은 단일 전처리제보다 혼합 전처리제에서 크게 나타나며, 특히 AG+GA, AG+SC 시료에서 가장 높게 나타났다. T시료에서 AG+GA > AG+SC > SC 순으로 나타났으며, G 시료에서 AG+GA > AG > AG+SC 순으로 나타났다. 다만, 접촉각은 표면 젖음성 및 내수성과 연관된 지표이나, 측정 시 바탕재의 공극, 표면에너지, 거칠기 등 결과에 영향을 미칠 수 있는 요소가 다양하기 때문에 직접적인 수치 비교보다는 간접적인 지표로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
습식 클리닝 시 물감이 번지는 면적을 확인하는 적용성 평가 시 번짐 정도가 가장 작은 전처리제는 AG+SC, AG+GA, GA+SC, AG 순서로 확인되었다. 또한 3%에서 번진 면적이 더 작게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 또한 이미지 측정 프로그램을 활용한 적용성 평가방법은 습식 클리닝 시 발생하는 번짐에 대한 정량적 평가방법으로서의 활용 가능성을 확인하였다.
아교, 아라비아검, 카제인나트륨의 습식클리닝 전처리제 적용 가능성 평가 결과 혼합처리제의 번짐방지 효과가 상대적으로 뛰어났으며, 특히 AG+SC 혼합 시료에서 두드러진 효과를 확인할 수 있었다. 또한 본 연구를 습식클리닝 전처리제 평가방법을 고찰하였다. 차후 제시된 전처리제의 장기적인 안정성 평가 및 다양한 채색재료에 적용 가능성 등 종합적인 고찰을 통해 보존처리 과정에서 실무적 활용이 가능할 것으로 생각된다.
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