Convergence Study on the Development and Material Property of Wax for Surface Conservation of Iron Alloy Outdoor Sculpture

야외 철제 조각 작품 표면 보존용 왁스의 개발 및 재료 특성에 관한 융합 연구

오승준¹, 위광철^2*

1(재)한국고고환경연구소 보존과학실, ²한서대학교 문화재보존학과

Convergence Study on the Development and Material Property of Wax for Surface Conservation of Iron Alloy Outdoor Sculpture

Seung-Jun Oh

, Koang-Chul Wi

1

Conservation Science Division, Korean Institute for Archaeology & Environment

2

Department of Cultural Heritage Conservation Sciences, Hanseo University

요 약 야외 철제 조각 작품 표면 보존용 코팅제로 사용되고 있는 왁스는 대기의 오염과 산성비 등에 의해 노화되어 코팅력 이 저하되고 백화현상이 발생하며, 이로 인해 보존처리 후 짧은 시간 내에 재 부식이 발생한다. 또한 색상 및 광택 변화가 일어나 작품 본래의 특성을 잃어버리는 등의 문제점이 나타나고 있어 융합 연구를 통해 기존 재료보다 성능이 개선된 왁스 를 개발하고자 하였으며, 염수 분무, 가스 부식 실험 등의 환경실험과 광택도, 열 중량 분석을 통해 물성 효과를 확인하였다.

실험 결과 개발된 ISC왁스는 기존 왁스에 비해 염수로부터 5배 이상의 우수한 차단성과 코팅 지속력을 보여주었으며, 2～4 배 이상의 내산성, 2～10배 이상의 자외선 차단성, 3～16배 이상의 증진된 광택 변화량, 0.5～5배 이상의 내열성과 내구성 등을 나타내 기존 왁스 보다 우수한 코팅 효과를 나타내었다. 이러한 결과로 보아 야외 철제 조각 작품 보존처리에 사용되어 온 기존의 왁스를 대체할 수 있는 재료로 판단된다.

주제어 : 야외 철제 조각 작품 보존, 표면 보존용 왁스, 코팅제, 보존 재료, 왁스

Abstract

Key Words :

*This paper was aided by Korean Institute for Archaeology & Environment Foundation

*Corresponding Author : Koang-Chul Wi ([email protected]) Received February 1, 2018

Accepted April 20, 2018

Revised March 29, 2018 Published April 28, 2018

1. 서론

조각 작품은 재료를 새기거나 깎고 다듬어 얻어지는 입체물이나 형상을 의미하고, 사용되는 재료로는 철, 동 합금, 스테인리스 스틸 등의 금속과 화강암, 대리암과 같 은 석재, 합성수지 등 다양하며, 이중에서 철을 이용해 만 들어져 야외에 전시된 작품을 야외 철제 조각 작품이라 고 한다.

이러한 야외 철제 조각 작품은 오랜 기간 외부에 노출 되어 있는 상태로 계절별 온도와 습도의 변화, 산성비, 산 성안개, 먼지와 같은 대기오염물질 등에 의해 표면이 손 상되고 부식되어 수명이 단축되고 본래의 형태를 잃어가 게 된다[1]. 특히 대기오염에 따른 야외 금속 조형물의 부 식은 세계적으로 점점 증가하고 있는 추세이며, SOx, NOx, HCl과 같은 부식성 가스, 분진 등의 농도가 높아지 면서 야외 철제 조각 작품의 부식과 이로 인한 구조적, 시각적 손상을 일으키고 있다[2]. 또한 조류의 배설물과 인간에 의한 인위적인 훼손 등에 의해 부식되고 오염 및 훼손되어 지고 있다.

대기 환경의 오염 속에 노출되어 있는 조각 작품은 이 런 부식을 예방하는 것이 매우 중요하며, 제작자의 본래 의도를 살리고 작품의 훼손을 막을 수 있는 보존처리가 이루어져야한다. 이미 부식이 진행되어 손상된 조형물은 제작 당시로 되돌릴 수는 없기 때문에 현재 상태에서 더 이상의 손상을 막아주는 예방적 보존처리가 이루어져야 한다[3].

야외 철제 조각 작품의 보존처리 과정은 처리 전 상태 조사, 가설공사, 클리닝, 기 처리 재료 제거, 왁스 코팅, 수 지 충전 및 복원, 고색처리의 순으로 이루어지고 있으며, 왁스 코팅 처리는 부식으로 인해 재질이 약화된 철제 표 면에 왁스를 코팅하여 강화시켜주고, 공기 중의 습기 및 오염된 대기가스의 부식인자, 산성비, 산성안개, 먼지 등 을 차단하여 부식을 방지하고자 하는 과정으로 야외 철제 조각 작품 보존처리에서 가장 중요한 처리 과정이다[4].

현재 국내에서 야외 철제 조각 작품의 코팅제로 사용되고 있는 왁스는 HAC-5왁스(Smithsoni an Museum, America, 이하 H왁스), Micro-crystalline왁스(Dongnamyuhwa, Korea, 이하 M왁스), Butcher’s왁스(The Butcher Company, America, 이하 B왁스), Renaissance왁스 (British Museum, United Kingdom, 이하 R왁스) 등이 있다[5].

이러한 왁스는 우수한 내구성과 밀착성, 내열성, 수분 및 부식인자 차단성을 가지고 있으며, 가역성이 우수해 재처리 시 제거가 쉬운 장점을 가지고 있다[6]. 그러나 R 왁스와 M왁스는 낮은 차단성으로 인한 짧은 코팅 지속 력과 색상 및 광택도 변화, B왁스는 얇게 형성되는 피막 으로 차단성을 높이기 위해서는 반복적인 코팅작업이 필 요하지만 이로 인해 발생되는 높은 광택과 색상 변화로 작품의 이질감이 발생, H왁스는 반복적인 용융 현상으로 코팅제가 들뜸 현상이 발생해 갈라짐과 분말화 현상, 백 화현상 등이 발생되어 코팅제로서의 기능을 잃어버리는 등의 단점을 가지고 있다[7].

이런 문제점들은 장기간 지속되어 왔지만 대책 마련 이 없었으며, 야외 조각 작품에 대한 실제적인 보존처리 및 새로운 재료의 개발과 연구의 진행도 최근에서야 조 금씩 이루어지기 시작했다. 또한 보존처리 현장에서는 앞에서 다룬 4종의 왁스가 지속적으로 사용되어지고 있 어 이를 개선하기 위한 재료의 개발과 연구가 절대적으 로 필요한 실정이다.

이에 본 연구에서는 기존에 사용되어온 4종의 왁스 보 다 성능이 개선되고 코팅 효과가 증진된 왁스를 개발하 고자 하였다. 또한 현재 사용되고 있는 왁스와 유사한 물 성을 가지게 하고, 기존의 왁스 보다 긴 지속력과 외부 오염 인자로 부터의 차단성, 열에 의한 내구성, 수분과 산 성비 등에 의한 내수성과 내산성, 내약품성 등이 우수한 왁스를 개발하고자 하며, 이를 기반으로 야외 철제 조각 작품 표면 보존용 왁스를 개발해 국외 제품에 의존하고 있는 보존처리 재료를 대체해 보다 성능이 개선된 코팅 재료를 적용할 수 있도록 하고, 보존 재료의 다양성을 주 고자 하는데 목적이 있다.

2. 재료 및 방법

2.1 왁스 개발 재료

개발된 왁스는 합성왁스와 배합 왁스는 제외하였으며, 배합과정을 거치지 않고 왁스 본연의 성질을 가지고 있 는 천연 왁스를 이용해 배합하였다[8,9]. 또한 왁스 이외 에 금속의 부식을 방지하고, 방수성, 왁스 노화 방지, 백 화현상 개선, 자외선 차단 등의 성능을 증진시키기 위해 오일, 수지, 첨가제 등을 혼합하여 제조하였다[10,11].

야외 철제 조각 작품 표면 보존용 왁스의 개발에 사용

된 재료로는 천연 왁스 중에서 식물계 왁스인 Candelilla, Carnauba와 Japan 왁스 3종과 동물계 왁스인 Lanolin과 Bee's 왁스 2종을 사용하였다. 또한 광물계 Ceresin, 석 유계 Paraffin 왁스를 이용해 배합을 진행하였다. 수지와 오일은 Frankincense, Dammar, Copal 수지 3종과 Tung, Perilla seed, Linseed, Turpentine, Castor, Safflower, Poppy, Pine, Lavender 오일 9종을 선정하였다. 첨가제로 는 부식방지제와 자외선차단제를 혼합하였다.

이러한 재료의 선정 및 예비실험 등의 배합과정을 수 차례에 걸쳐 진행한 결과 야외 철제 조각 작품 표면 보존 용 왁스가 최종적으로 만들어졌다.

2.2 왁스 배합 방법

개발된 왁스는 왁스, 수지, 오일, 첨가제를 중량비로 혼합 후 배합하여 상온에서 건조하였을 때 기존에 사용 된 왁스와 성상이 유사한 고체 상태가 되도록 왁스 배합 흐름도 Fig. 1.에 맞춰 수차례의 반복하였다. 또한 실제 조각 작품 보존처리 시 사용이 간편하며, deep 코팅 방법 으로 사용할 수 있도록 작업성을 고려하여 배합 비율을 찾아 제조하였다.

Fig. 1. Wax development blend flow chart

배합은 비이커형 반응조 세트에서 impeller를 이용하 여 350～400rpm의 속도, 온도는 제조에 사용된 왁스와 수지의 녹는점을 비교하여 90～120℃에서 24시간 동안 배합하였다. 배합 후 24시간 동안 상온에서 건조하여 왁 스의 성상이 고체 상태가 아닐 경우 중량비를 재조정해

다시 배합하였다. 왁스의 효과 판정은 야외 노출 실험 및 인공 산성비 분무 실험을 통해 왁스의 차단성, 안정성, 지 속성 등을 평가하였으며, 시편에 왁스를 코팅하는 과정 에서의 작업성을 확인하였다. 이러한 결과를 바탕으로 제조된 왁스들 중 우수한 군들을 선별하여 중량비 조절 또는 재료의 재선정을 통해 다시 제조하고, 예비실험으 로 효과를 확인해 최적의 왁스 배합 비율 및 성분을 찾고 자 하였다.

2.3 시편 제작

일반 구조용 압연 강재(KS D 3503)를 이용해 철제 시 편을 제작하였으며, 시편은 50 × 50 × 1 ㎜ 크기로 제작 하였다. 시편은 전체적으로 고른 피막이 형성 될 수 있도 록 #300, #500, #1000, #1200 순으로 sand paper를 이용하 여 연마하였으며, 연마 후 표면에 남아있는 유지 성분 및 이물질을 제거하기 위해 Acetone(DAEJUNG, Korea)에 침적하여 초음파 세척기를 이용해 10분간 세척한 후 열 풍건조기를 이용해 24시간 건조하였다

왁스 코팅은 현재 우리나라 야외 철제 조각 작품 보존 처리에 일반적으로 사용되는 재료인 R왁스, H왁스, B왁 스, M왁스 4종과 보존처리에 적용된 사례는 없지만 연구 된 S왁스 1종, 본 연구에서 개발된 야외 철제 조각 작품 표면 보존용 왁스 총 6종의 왁스를 이용해 코팅해 주었다.

코팅 방법은 금속 시편 표면에 열을 가해 왁스가 금속 내부까지 침투하고 표면을 코팅해주는 deep 코팅 방법을 사용하였으며, 이는 현재 야외 철제 조각 작품 보존처리 시 가장 많이 사용되고 있는 방법이다.

가열 후 각각의 왁스는 동량의 무게(2g)를 측정해 시 편의 중앙에 떨어뜨려 가열된 시편 표면에서 녹아 내부 까지 침투할 수 있도록 하였다. 코팅된 왁스가 굳으면 표 면을 재 가열해 깨끗한 융 천과 부드러운 솔을 이용해 여 러 번 문질러 왁스가 균일하게 코팅될 수 있도록 표면 처 리를 해주었다.

그러나 시편에 따라 가열된 표면 온도가 각각 달라 왁 스가 녹는 속도와 점도, 시편 밖으로 흘러내리는 정도가 모두 다르고, 표면 처리 방법 역시 실제 보존처리 현장에 서 이루어지는 방법이지만 보존처리자, 왁스, 표면 처리 도구 등에 따라 다르기 때문에 이로 인해 발생되는 왁스 의 두께, 색상 및 광택, 침투된 왁스의 양 등은 고려하지 않고, 실제 보존처리 현장에서 사용되는 방법으로 왁스 를 코팅하여 시편을 제작하였음을 밝혀둔다.

2.4 실험 방법 2.4.1 환경 실험 2.4.1.1 염수 분무 실험

염수분무실험은 KS D 9502에 의거해 진행하였다. 실 험 조건은 5% NaCl 용액(온도 35±2℃, 염수 농도 50±5g/L, pH 6.5～7.2)에 48시간 동안 분무하여 실시하였 다[12,13]. 실험기기는 염수 분무 시험기(Salt Spray Testing Instrument, BS 17, France, Climats)를 이용하 여 실험을 진행하였다.

2.4.1.2 가스 부식 실험

가스 부식 실험은 ISO 21207에 의거해 진행하였으며, 가스 부식 시험기(Gas Corrosion Test Cabinet, GS-UV, Japan, SUGA Test Instrument)를 이용해 실험을 실시하 였다[14]. 가스는 우리나라 대기 오염에 영향을 많이 미 치는 이산화황(SO2)과 이산화질소(NO2), 황화수소(H2S) 3가지를 선정하였으며, 조건은 Table 1.과 같다.

Gas

Terms SO

NO

H

S

Concentration(ppm) 25 1 25

Temperature(℃) 40 40 40

Humidity(％RH) 80 80 80

Exposure effect(month) 72 1～2 72

2.4.1.3 인공 산성비 분무 실험

인공 산성비 분무 실험은 0.1 N H2SO4와 0.1 N HNO3

를 3 : 1 (v/v)의 비율로 혼합하여 1차 증류수로 희석한 후 pH 3, pH 4, pH 5, pH 6의 인공 산성비를 제조하였다 [15]. 인공 산성비는 각각의 시편에 1회에 총 3 ㎖의 양을 분무 한 후 24시간 건조를 반복하여 총 분무 횟수 1～24 회, 총 노출시간 24～576시간으로 실험을 진행하였다.

2.4.1.4 인공 자외선 조사 실험

인공 자외선 조사 실험은 ISO 11507에 의거하여 진행 하였다. 인공자외선조사기(Exposure to Man-made Ultraviolet Light Test Chamber, UV tester, Korea)는 광원으로 8개의 형광 UV 램프를 사용하였으며, 실험 핀 걸이가 있고 작동 시간과 온도를 조절하고 기록할 수 있 는 설비를 이용하였다[16].

기기 내부의 램프는 FS-40 형광 UV 램프를 사용하였

고 램프의 분광 에너지 분포는 313 nm에서 최대 파장을 나타내었다. 램프는 중간형의 2 개의 핀을 가지고 길이는 1220 mm이다. 102 V에서 430 mA의 전류로 작동할 시 40 W형을 이용하였으며, 램프 간의 간격은 70 mm, 시편 은 램프와 50 mm 거리가 되는 곳에 램프의 면과 실험편 의 표면이 서로 평행하게 놓았다.

상온에서 각각 2, 4, 6, 8, 10, 12, 24, 48, 76, 92 시간 노출시 킨 후, 각 시간별로 분광측색계(SPECTROPHOTOMETER, CM-2600d, Japan, MINOLTA)를 이용하여 노출 전후의 색 도 변화를 측정하였다.

2.4.2 물성 실험 2.4.2.1 광택도 측정

광택도 측정은 KS L 2405 규정에 준하였으며 광택도 측정기(GLOSS METER, IG-320, Japan, HORIBA)를 이 용하여 측정하였다. 광택도 측정기기는 항상 유리거울을 기준으로 유리거울의 광택도 기준을 100으로 정하며 측 정조건은 주사광원 LED(파장 : 880 nm)로 주사각 60°, 수광각 60°, 단면적 12 × 6 mm으로 0.1단위 까지 측정하 였다[17].

시편 표면 전체에 부식물이 생성되어 금속 표면의 자 체 광택이 최소화 되도록 야외 노출하여 자연 부식 후 왁 스를 코팅하여 광택도를 측정하였다. 시편의 처리 전·후 일정한 방향에서 측정된 값을 처리 후 측정된 값에서 처 리 전 측정된 값을 차로 광택 변화 값을 산출하여 비교, 분석하였으며, 측정은 총 10회로 최댓값과 최솟값을 제 외하고 평균값을 계산하였다.

2.4.2.2 열중량분석

열중량분석은 열중량분석기(Thermogravimetric Analyzer, TGA, SDT-2960, America, TA Instruments) 를 이용해 측정을 진행하다. 측정은 왁스의 휘발성으로 인해 비활성인 질소 가스를 110㎖/min 속도로 주입하고, 승온 속도는 10℃/min로 분석하였다[18].

3. 결과 및 고찰

3.1 야외 철제 조각 작품 표면 보존용 왁스 야외 철제 조각 작품 표면 보존용 왁스(이하 ISC왁스, Iron Sculpture Conservation의 줄임말)는 Carnauba왁스,

Bee's왁스, Dammar수지, Perilla seed오일, 부식방지제, 자외선차단제 총 6종의 재료를 혼합해 ISC왁스를 개발하 였으며, 조성은 Table 2.에서 확인할 수 있다. 개발된 ISC 왁스는 기존에 사용되어온 4종의 왁스 재료들과 물성 면 에서 큰 차이가 없거나 물성이 상회하도록 제조되었으며, 상온에서 고체 상태로 작업성이 좋고 deep 코팅 방법으 로 사용할 수 있도록 제조되었다. 또한 수분과 외부 오염 물질로부터의 차단성 및 지속성, 내구성, 내열성 등이 향 상된 왁스로 최종 결과물을 Fig. 2.에 나타내었다.

Purpose Material wt.%

Wax Carnauba 10～15

Bee's 5～10

Resin Dammar 0.1～0.5

Oil Perilla Seed 60～70

Additive Corrosion Inhibiting Admixture 0～10

Sunscreen 0～10

Table 2. Composition of ISC wax

Fig. 2. ISC wax final product

3.2 환경 실험

3.2.1 염수 분무 실험

48시간의 염수분무 결과 Fig. 3.과 같이 Blank 시편은 전체적으로 균일하게 부식이 진행되어 표면에 부식생성 물이 관찰되었으며, 기존에 사용되어온 왁스가 코팅된 시편은 5종에서 모두 백화현상이 관찰되었다. 또한 백화 현상 발생 후 왁스의 노화로 녹아버린 왁스 층이 벗겨져 부식물과 섞여져 있는 상태로 관찰되었으며, 왁스 층이 벗겨진 부분을 중심으로 철제 시편의 부식이 진행되고 있는 것을 확인하였다.

이는 염수에 의해 초기에는 왁스가 서서히 노화되면 서 백화현상을 일으키며, 이후 노화된 왁스가 녹아내려 급격히 코팅제로서의 기능과 오염물질에 대한 차단력을 잃어가는 것으로 판단된다.

개발된 ISC왁스는 48시간의 염수 분무 후 표면에 코 팅된 왁스의 미세한 변색이 일어났지만 백화현상은 발견 되지 않았다. 그러나 시편의 모서리 부분이나 꺾이는 부 분에 일부 왁스가 녹아내려 금속 표면이 드러나 부식생 성물이 관찰되었다. 이는 왁스가 녹으면서 모서리 부분 까지 균일하게 코팅이 이루어지지 않았거나, 코팅된 후 융 천으로 표면처리를 해주는 과정에서 박막의 두께가 얇아져 일어난 현상으로 사료된다.

이러한 결과 철제 시편의 경우 개발된 ISC왁스가 염 수로 부터의 외부 환경에서 기존에 사용되어온 왁스 보 다 코팅제로서의 효과가 우수한 것으로 판단되며, 내구 성 및 내수성 등의 기능이 향상되고 염수 환경에서의 안 정성을 갖는 재료임을 확인하였다.

Fig. 3. Result after salt spray

3.2.2 가스 부식 실험

이산화황(SO2), 이산화질소(NO2), 황화수소(H2S) 3가 지 가스 노출에 대한 20시간의 부식 실험 결과, 각각의 가스에서 모두 왁스 코팅이 이루어지지 않은 Blank 시편 에서만 부분적으로 부식이 진행되기 시작하는 것으로 보 이는 부분이 관찰되었지만 부식생성물이 발생하지는 않 았다.

또한 Fig. 4.에서와 같이 기존 재료 5종의 왁스와 개발 된 ISC왁스 모두 이산화황(SO2), 이산화질소(NO2), 황화 수소(H2S) 3가지 가스 노출에 육안으로 확인 가능한 왁스 의 노화 또는 백화현상, 금속 부식 등이 관찰되지 않았다.

이는 가스 노출 시간이 짧아 철제 시편의 부식 및 왁스 의 변화 양상을 확인할 수 없었거나 혼합가스가 아닌 각 각의 단일 가스에 노출되어 철 금속과 왁스가 가스에 반 응하는 시간이 짧거나 아주 미세하게 진행되어 육안으로 는 관찰되지 않았을 것으로 판단된다. 또한 철제 시편과 수분과의 직접적이 접촉이 없어 부식반응 및 왁스의 백화 현상, 노화현상 등이 나타나지 않은 것으로 추정된다.

Fig. 4. Result after gas corrosion test (a: SO2, b: NO2, c: H2S)

3.2.3 인공 산성비 분무 실험

인공 산성비 실험은 pH 3, pH 4, pH 5, pH 6 4가지로 진행되었으며, 먼저 pH 3에서의 결과는 Table 3.과 같이 강한 산 성분으로 인해 24시간 만에 기존 왁스 5종에 모 두 변화가 관찰되었으며, 정도의 차이는 있지만 백화현 상이 나타나지 않고 바로 왁스가 녹아내려 부식생성물과 섞여 나타나기 시작했다. 이는 산 성분이 너무 강해 왁스 가 바로 녹아내린 것으로 판단된다. 반면에 개발된 ISC 왁스는 48시간을 기준으로 왁스의 노화가 진행되는 것을 확인하였으며, 72시간에 백화현상과 녹아내린 왁스의 부 식물이 동시에 관찰되기 시작하였다.

pH 4에서의 결과는 Table 4.와 같이 24시간에 blank 시편의 부식이 부분적으로 시작되었으며, 기존 재료 중 R왁스, H왁스, S왁스 3종에서 백화현상이 진행되기 시작 하였다. 이후 48시간부터 기존 재료 모두가 백화현상을

보여주었으며, 왁스가 녹아내려 금속의 부식생성물과 함 께 관찰되기 시작했다. 개발된 ISC왁스는 72시간을 기준 으로 왁스의 노화가 진행되는 것을 확인하였으며, 120시 간까지 서서히 백화현상과 녹아내린 왁스로 인한 금속 표면의 부식물이 동시에 관찰되는 것을 확인하였다.

pH 5에서의 결과는 Table 5.와 같이 96시간에 blank 시편의 부식이 부분적으로 시작되었으며, 168시간부터 기존 재료 중 R왁스, H왁스, S왁스 3종에서 백화현상이 진행되기 시작하였다. 이후 216시간부터 기존 재료 모두 가 백화현상을 보여주었으며, 왁스가 녹아내려 금속의 부식생성물과 함께 관찰되기 시작했다. 개발된 ISC왁스 는 264시간을 기준으로 왁스의 노화가 진행되는 것을 확 인하였다.

pH 6에서의 결과는 Table 6.과 같이 240시간에 blank 시편의 부식이 부분적으로 시작되었으며, 기존 재료 중 H왁스, M왁스 2종에서 백화현상이 진행되기 시작하였 다. 이후 288시간부터 기존 재료 모두가 백화현상을 나타 내었으며, 왁스가 녹아내려 금속의 부식생성물과 함께 관찰되기 시작하였다. 개발된 ISC왁스는 432시간을 기준 으로 왁스의 노화가 진행되는 것을 확인하였으며, 서서 히 백화현상이 진행되고 녹아내린 왁스로 인한 금속 표 면의 부식물이 동시에 관찰되는 것을 확인하였다.

인공 산성비 분무 실험에서의 ISC왁스는 기존 재료 보다 산성비 성분에 대한 차단성 및 코팅 지속력 등에서 2～4배 이상의 향상된 효과를 보여주었다. ISC왁스 역시 인공 산성비에 의해 노화되어 변색이 일어났지만 변화 속도가 현저히 줄었으며, 특히 pH의 농도가 높을수록 노 화의 속도는 더욱 느리게 나타나 기존의 왁스에 비해 내 산성 및 내구성 등이 향상된 것을 확인하였다.

Wax

Time(h)

Blank R wax

B wax

H wax

M wax

S wax

ISC wax

0

24

48

72

Table 3. Spraying of artificial acid rain pH3

Wax Time(h)

Blank R wax

B wax

H wax

M wax

S wax

ISC wax

0 24 48 72 96 120

Table 4. Spraying of artificial acid rain pH4

Wax Time(h)

Blan k

R wax

B wax

H wax

M wax

S wax

ISC wax 0

96 168 192 216 240 264

Table 5. Spraying of artificial acid rain pH5

Wax Time(h)

Blank R wax

B wax

H wax

M wax

S wax

ISC wax 0

240 288 336 432

Table 6. Spraying of artificial acid rain pH6

3.2.4 인공 자외선 조사 실험

인공 자외선 조사 실험 결과는 열화 전 색도측정과 2

∼96시간에 따라 각 시간별로 자외선에 노출 된 시편의 10곳의 색도를 측정하여 최댓값과 최솟값을 제외한 결과 값을 평균화하였으며, Table 7.과 Fig. 5.에 나타내었다.

철제 시편의 측정 결과 명도를 나타내는 L^*값은 R왁 스 0.12, H왁스 3.7, S왁스 3.52, ISC왁스 0.24 증가하였으

며, B왁스 –0.52, M왁스 –3.49로 감소하였다. a^*값은 R 왁스 0.01, H왁스 0.04, ISC왁스 0.02로 Red 계열이 증가 하였으며, 나머지 B왁스는 –0.02, S왁스와 M왁스는 각 각 –0.03, -0.08로 측정되어 Green 계열이 증가한 것으 로 나타났다. b^*값은 R왁스 0.16, B왁스 0.06, H왁스 0.06 으로 측정되어 Yellow 계열이 증가하였고, S왁스 –0.28, M왁스 –0.23, ISC왁스 –0.71로 나타나 Blue 계열이 증 가한 것을 확인하였다.

색도 변화를 확인한 결과 R왁스와 ISC왁스는 극히 근 소한 차이를 나타내는 0～0.5 사이의 값인 0.18과 0.32가 측정되었고, B왁스는 근소한 차이를 나타내는 0.5～1.5 사이의 값인 –0.51이 측정되었다. H왁스, S왁스, M왁스 는 현저한 차이를 나타내는 3.0～6.0 사이의 값인 3.66, 3.52, 3.3이 측정되었다.

이러한 결과 ISC왁스는 R왁스 보다는 색도 변화량이 높게 나타났지만 다른 4종의 왁스 보다는 우수한 물성을 보여주었으며, 특히 H, S, M왁스에 비해서는 약 10배 이 상의 증진된 효과를 나타내어 야외 조형물 보존을 위해 코팅된 후 자외선으로부터의 왁스의 노화와 손상을 최소 화할 수 있을 것으로 판단된다.

Color

Wax L* a* b* △E*ab

R wax 0.12 0.01 0.16 0.18

B wax -0.52 -0.02 0.06 -0.51

H wax 3.7 0.04 0.06 3.66

S wax 3.52 -0.03 -0.28 3.52

M wax -3.49 -0.08 -0.23 3.3

ISC wax 0.24 0.02 -0.71 0.32

Table 7. Color change after artificial UV irradiation

△E*ab

3.3 물성 실험 3.3.1 광택도 측정

광택도 측정은 시편 당 10회씩 측정한 후 최댓값과 최 솟값을 제외한 평균값을 계산하였으며, 측정 결과는 Table 8.과 Fig. 6.에 나타내었다. 왁스 코팅 전의 광택도

측정 결과 R왁스 0.5, B왁스 1.1, H왁스 0.6, M왁스 0.8, S왁스 0.5, ISC왁스 0.7로 나타났다. 왁스 코팅 후의 광택 도는 R왁스 1, B왁스 2.7, H왁스 1.3, M왁스 1.2, S왁스 0.8, ISC왁스 0.8로 측정되어 B왁스가 코팅 처리 전과 후 의 광택도가 1.6으로 가장 높은 차이를 보여주었다.

개발된 ISC왁스는 0.1의 변화량을 보여주어 왁스 코팅 전과 후의 광택변화가 거의 없는 것으로 확인되었으며, 이는 기존 재료 보다 3～16배 이상의 증진된 물성을 보여 주었다. 이는 기존 재료에 비해 현저히 낮은 변화량으로 실제 보존처리 시 광택으로 인한 시각적인 손상을 최소 화할 수 있는 재료로 판단된다.

Wax Before After

R wax 0.5 1

B wax 1.1 2.7

H wax 0.6 1.3

M wax 0.8 1.2

S wax 0.5 0.8

ISC wax 0.7 0.8

Table 8. Gloss before and after coating

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

amount of gloss change

R wax B wax H wax

M wax S wax ISC wax

3.3.2 열중량분석

온도변화에 대한 각 왁스의 분석한 결과 고온에서 가 장 안정적인 왁스는 개발된 ISC왁스로 확인되었으며, 온 도에 따른 변화가 가장 민감한 왁스는 H왁스로 나타났다.

온도변화에 따른 왁스는 H왁스 < B왁스 < S왁스 < R왁 스 < M왁스 < ISC왁스의 순으로 고온에서 보다 안정적 이고, 효과적인 왁스인 것으로 Fig. 7.과 같이 나타났다.

H왁스는 68.37℃에서 용융점이 나타났고, 지속적인 흡 열반응을 보이며 –5.64%의 중량감소가 측정되었다. B 왁스는 81.50℃에서 용융점이 나타났고, 지속적인 흡열반 응을 보이며 –34.18%의 중량감소가 측정되었으며, S왁 스는 81.62℃에서 용융점이 나타났고, 지속적인 흡열반응 을 보이며 –0.35%의 중량감소가 측정되었다. R왁스는 94.53℃에서 용융점이 나타났고, 지속적인 흡열반응을 보 이며 –51.46%의 중량감소가 측정되었고, M왁스는 319.53℃에서 용융점이 나타나 지속적인 흡열반응을 보

이며 –0.35%의 중량감소가 측정되었다.

개발된 ISC왁스의 열중량분석 결과 용융점이 364.3 2℃로 나타났으며 기존 재료 보다 약 0.5～5배 정도의 향 상된 물성을 확인하였고 중량의 변화도 가장 작게 나타 났다. 이러한 결과는 여름철 한 낮에 야외에 노출된 철제 조형물의 경우 55～65℃까지 표면 온도가 올라가기 때문 에 코팅된 왁스가 녹았다가 밤이 되면서 서서히 식어 다 시 굳는 과정을 반복해 왁스의 노화로 진행되는데 이러 한 과정을 예방해 코팅된 왁스의 안정성을 확보하고 왁 스가 들뜨거나 갈라지는 등의 문제점을 줄일 수 있을 것 으로 판단된다.

Fig. 7. Thermogravimetric analysis of wax

(a: R wax, b: B wax, c: H wax, d: M wax, e: S wax, f: ISC wax)

4. 결론

우리나라 야외 환경에 맞는 철제 조각 작품 표면 보존 용 ISC왁스를 개발하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있 었다.

첫째, 대기오염물질로 인해 발생되는 먼지, 산성비, 산 성안개 등과 조류의 배설물 등 산도가 높은 오염 물질에 의한 피해를 최소화 할 수 있는 내산성이 2～4배 이상 증

진되어 백화현상을 최소화 하였다. 또한 해안가에 위치 한 야외 철제 조각 작품의 경우 염수에서 생성되는 수증 기와 안개에 의한 피해를 차단해줄 내염기성이 5배 이상 의 높은 효과를 보여주어 백화현상 및 왁스의 변색을 최 소화 할 수 있었다. 특히 자외선으로 부터의 차단 효과는 기존 재료에 비해 2～10배 이상 증진된 물성을 나타내 자 외선에 의한 왁스의 노화 방지에 우수한 효과가 있는 재 료이다.

둘째, 지속적인 용융 현상에 의해 노화되고 녹아내리 는 현상을 기존 재료에 비해 0.5～5배 이상 증진된 내구 성과 내열성으로 개선하였다. 또한 상온에서 고체 상태 이며 가열하면 녹는 특성에 맞게 제조되어 현재 왁스 코 팅 시 사용되는 deep 코팅 방법으로 가열해 사용할 수 있 으며, 재 가열 후 표면 처리까지 할 수 있도록 기존 재료 와 같은 작업성을 가지도록 개발된 재료이다.

셋째, 코팅 후 광택도 변화량은 코팅 전과 후의 변화가 거의 없어 기존 재료에 비해 3～16배 이상 증진된 효과를 보여주어 광택도의 변화로 인한 조형물의 왜곡된 형태, 작가의 의도, 조형물 본래의 색상 및 광택 등 조형물의 시각적인 부분에 대한 손상을 최소화할 수 있는 재료라 고 판단된다.

이렇게 개발된 왁스는 야외 철제 조각 작품의 코팅제 로서 사용될 수 있을 것으로 기대하며, 이를 계기로 보존 처리 대상물에 따라 가장 최적의 효과를 줄 수 있는 재료 의 개발과 연구가 지속적으로 이루어져야 한다고 사료되 고 본 논문이 그러한 연구의 출발점이 될 수 있기를 기대 한다.

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DOI : 10.17548/ksaf.2017.12.30.2

오 승 준(Oh, Seung Jun) [정회원]

▪2010년 2월 : 한서대학교 문화재 보존학과(예술학석사)

▪2017년 8월 : 한서대학교 문화재 학과(이학박사)

▪2006년 7월 ～ 2010년 2월 : 국립 대구박물관 보존과학실 연구원

▪2010년 3월 ～ 현재 : (재)한국고고환경연구소 보존과 학실 연구원

▪관심분야 : 금속 조형물 보존, 금속 문화재 보존, 보존 재료

▪E-Mail : [email protected]

위 광 철(Wi, Koang Chul) [정회원]

▪2012년 2월 : 국립공주대학교 문 화재보존과학과(이학박사)

▪2002년 1월 ～ 현재 : 한서대학교 문화재보존학과 교수

▪2003년 1월 ～ 현재 : 서울역사박 물관 보존처리 자문위원

▪2006년 4월 ～ 현재 : 한서대학교 박물관 관장

▪관심분야 : 금속 문화재 보존, 보존재료, 유적지 보존․

복원

▪E-Mail : [email protected]