< 연구결과 요약 >

< 연구결과 요약 >

과 제 명 목재 문화재 및 건축물에 천연 오일이 부후 방지에 미치는 영향 연구 연구목표

목재 보호에 대한 전통적인 방법을 친환경적인 목재처리 방법으로 적용함으로써 선조들의 우수한 전통문화를 계승하고 우리나라 고유의 자체기술로서 발전할 수 있는 기초분야 연구를 추진하여 목재를 사용하는 어린이 놀이터 및 조경시설의 친환경적 처리 방법으로 발전시킬 수 있다.

연구방법

∘ 우리 주변의 목조 시설물에 대한 실태조사 :

놀이터와 학교 벤치 등에 있는 목조 시설물에 대한 부후 정도 관찰

∘ 전통적인 목재 보호법 연구 및 안동 봉정사와 영주 부석사의 목재 보존 상태 답사 : 현존하는 가장 오래된 목조건물 봉정사 극락전과 부석사 무량수전의 목재 보호 방법 연구

∘ 천연 오일의 목재 부후방지 효과성에 대한 탐구 :

- 3종의 오일(아마인유, 해바라기유, 대두유)을 처리한 목재와 처리하지 않은 목재에 곰팡이균 (

Aspergillus niger

,

Penicillium funiculosum

,

Trichoderma viride

)을 뿌려 균체의 발육상황에 대한 피해치, 효력치 비교 분석

- 흡습률 비교 (무게 변화를 중심으로 ) - 촉진열화로 인한 색차 변화 비교 분석

연구성과

∘ 3균주 모두에 대하여 천연오일은 표면 오염균 생장 억제에 효과가 있는 것으로 보이며

Penicillium

균에 대해 높은 항균 효과가 있는 것으로 나타났다.

∘ 천연오일은 목재 표면 오염균을 차단함으로써 2차 목재 부후균의 유도를 억제할 수 있어 목재가 쉽게 부후되는 원인을 차단할 수 있다.

∘ 천연오일을 처리한 목재는 자외선이나 열에 의한 열화에 영향을 받아 색변화가 일어나기는 하지만 목재의 본연의 아름다움을 훼손하지 않고, 표면의 갈라짐 등의 현상이 유발되지 않으므로 목재의 내구성에 영향을 주지 않는다.

∘ 천연오일을 처리한 목재는 흡습률이 감소하여 균의 생장에 영향을 주는 요인 중 수분을 차단하는 효과가 있어 목재 부후균의 생장을 억제할 수 있다.

(Key words)주요어

천연오일, 목재 부후, 목조 문화재, 목조 건축물

1. 개요

□ 연구 동기 및 목적

○ 연구동기

- 동네 아파트 놀이터에는 나무로 된 정자와 나무와 철로 구성된 운동기 구가 몇 개 있다. 어렸을 때만해도 그 정자는 구멍 하나 없는 깨끗하고 안전한 시설물 이었다. 하지만 지금은 나무의 조각이 군데 군데 떨어져 나가고 색도 많이 바랬다. 무엇이 목재 시설물들을 이렇게 만들었을까?

비, 바람, 해충, 햇빛, 곰팡이 등이 원인이 아닐까? 이것들로부터 목재 시설물을 보호하기 위해 화학약품을 도포하는 방법도 있겠지만, 보다 친환경적이면서도 인체에 무해하며, 손쉽게 할 수 있는 목재보호 방법을 찾고 싶었다.

○ 연구 필요성

- 목재가 균에 의해 썩는 것을 부후(腐朽)라고 하는데 부후란 목재에 기생하는 균에 의해 목재의 섬유가 분해되는 동안에 변색이 되거나 강도 가 감소되는 현상을 의미한다. 대부분의 미생물은 생존을 위해 산소, 수분, 영양원 이 세 가지가 반드시 필요하다. 목재는 그 자체로 미생물에 게 영양원이 되므로, 목재에 미생물이 자라지 않게 하기 위해서는 수분과 산소를 차단하는 방법만이 남게 된다. 하지만 우리가 생활하는 환경에서 산소를 차단하기는 불가능하므로 수분이 얼마나 잘 공급되는지 혹은 차단되는지에 따라서 목재가 부후균의 피해를 잘 받는 환경인지 아닌지 를 알 수 있다. 따라서 수분을 잘 막는 방법만으로도 미생물에 의한 피해를 막을 수 있으며 이런 이유로 천연오일을 목재의 표면에 도포하는 것은 미생물에 의한 피해를 막는 방법이 될 수 있을 것이다.

- 전통적인 목재 보호 방법으로서 전통 궁원과 사찰은 단청을 사용하여 목재의 표면을 보호하였고, 일반 주택에서는 들기름을 목재에 처리하여 내구성을 향상시켰다. 현재 사용하는 목재보호를 위한 보존처리제는 성능은 우수한 반면 여러 가지 화학 약품이 많이 첨가되어 있어 환경호르 몬 같은 유해물질도 발산하므로 친환경적 재료인 목재의 명성에 어울리

지 않는다. 이에 전통적인 목재보존 기술을 재연하고, 좀 더 친환경적인 목재보호법을 찾을 필요가 있다.

- 목재 보호에 대한 전통적인 방법을 계승하고 우리나라 고유의 자체기 술로서 발전할 수 있는 기초분야 연구를 추진하여 목재를 사용하는 어린 이 놀이터 및 조경시설의 친환경적 처리 방법으로 발전시킬 수 있다.

□ 연구범위

○ 우리 주변의 목조 시설물에 대한 실태조사

- 목조 시설물에 대한 실태조사 : 주변의 목재 시설물에 대한 보호 상태 및 부후정도를 비교한다.

- 놀이터에 있는 정자, 학교의 벤치 등 우리 주변의 목재 시설물의 현재 상태를 알아보기 위해 목재 시편을 추출한 후 전자현미경으로 조직을 관찰한다.

○ 안동 봉정사 극락전, 영주 부석사 무량수전 견학 후 현재 목재 보존 상태 관찰

- 목조 건조물인 경우 보호를 위해서는 계속적으로 관리하고, 관찰 모니 터링을 실시하여 향후의 변화를 예측하는 것이 가장 중요하다. 보존처리 는 문화재의 상태를 파악한 후 그 상태에 따라 적절히 실시하게 된다.

본 연구에서는 육안으로 부후 정도를 조사하는 것으로 한정한다.

○ 천연오일을 처리한 목재의 곰팡이 균에 대한 방미 효력 및 흡습성 비교

- 3종의 균을 오일을 처리한 목재에 도포한 후 균의 생장과정을 육안으로 관찰하였다. 이후 확대현미경을 이용하여 천연오일에 대한 방미효력을 확인하고 그 효능을 검증하였으며, 흡습성을 비교하여 천연오일의 수분 차단 효과 정도를 알아본다.

○ 천연오일을 처리한 목재의 촉진열화 시험

- 야외 환경에서 사용되는 목재는 기본적으로 햇빛과 열에 의한 내후성 이 검증되어야 하므로 자연 상태에서는 시험이 장기간 소요되므로 촉진 열화장치(Xenon weather-Ometer)를 이용하여 열화시킨 후 색차계로 그 차이를 측정한다.

2. 연구 수행 내용

□ 이론적 배경 및 선행 연구

○ 목재의 장단점

- 목재는 유기물로 구성되어 있다. 목재는 다른 재료와 달리 중량에 비 해 높은 강도를 가지며 절삭, 접착 등 자원에서 재료로 전환하는 가공도 매우 용이하다. 전기, 소리, 열 등에 대해 절연성(絶緣性)이 있으며 적당 한 흡음성, 흡습성, 단열성을 가지는 등의 우수한 성질이 있다. 또한 다 양한 색상과 무늬로 자연 친화적이고 재생이 가능한 생물자원이다. 그렇 기 때문에 대체품이 만연하는 지금도 그 가치가 높게 평가되고 있다.

우리 고유의 건축은 목조이다. 조상들은 목재를 이상적인 소재로 생각 하여 아름다운 건축을 축조하면서 주거에 대한 철학을 목재라는 소재를 이용하여 교묘하게 조형물로 남겼다. 목재는 적절한 환경 조건만 지킨다 면 오랫동안 썩지 않고 사용할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 예를 들어 외국에는 4천년이 지난 오늘 까지도 손상이 없는 이집트 파라오 목관이 있으며, 우리나라에도 1000년의 세월을 견디고 있는 해인사 팔만대장경과 고려시대의 봉정사 극락전, 부석사 무량수전등 많은 건축물이 남아 있다.

그러나 목재는 이런 장점에도 불구하고 자연 상태에서 제대로 관리를 하지 못하면 열화현상이 일어난다. 목재는 야외에서 햇볕, 비바람, 오존, 온도, 대기오염 물질 및 미생물에 의한 영향에 의해 썩고, 벌레 먹고, 불에 타며, 갈라짐 등이 발생하는 결함을 갖고 있다. 햇볕의 자외선은 목재의 리그닌 성분을 저분자화하고 이를 변색시킨다. 빗물은 광산화반 응의 촉매작용으로 뒤틀림, 할열, 박리를 일으키고, 저분자화된 가용성 분을 용탈한다. 바람은 토사나 먼지의 운반으로 영양분을 제공하고 파 쇄편을 탈락시킨다. 온도는 광산화작용을 촉진하고, 동결·해동에 의한 미소한 열을 발생시키고, 대기오염은 산성우(酸性雨)에 의한 광산화작 용을 촉진하고, 목재 성분 중의 셀룰로오스를 가수분해한다. 여기에 미 생물인 부후균이나 곰팡이로 인해 변색과 목재의 열화가 발생한다.

목재부후의 조건으로 적당한 수분, 산소, 온도 및 영양분의 4조건을 들고 있다. 이 조건 중에서 한가지의 조건이라도 부족하면 균의 활동은 저하되거나

정지된다. 그런데 외기와 접하고 있는 목조건축에서 산소와 온도 를 조절하기는 불가능하다. 또 유기물인 목재 그 자체가 영양분 이 되기 때문에 영양분을 차단하기에 어려움이 있다. 그러므로 일반적으로 목재를 보호하는 수단으로 수분의 차단이 이용된다.

따라서 본 연구에서는 수분을 차단하는 방법의 하나로 천연오일을 목재에 도포하여 균에 의한 목재의 부후정도를 비교하여 천연오일이 목재의 부후를 막는데 도움이 된다는 것을 밝히고자 한다.

○ 선행연구

목재의 보존을 위한 친환경적 처리 방법에 대한 연구는 이미 많은 연구에서 진행되어졌다.

- 친환경적 목재 방부․방의(흰개미)처리용 발수제의 국산화 기술개발(이동 흡 외/연구보고서 국립산림과학원 2003년)에서는 목재에 대한 전통 발수 처리 기술을 오늘날의 고분자화학 기술과 접목시켜 친환경적인 국산 발 수제로 개발하여 우리 조상들의 우수한 전통문화를 계승시키고 그동안 단절되었던 발수기술을 개발하였다. 천연유지를 이용하여 발수약제를 개 발하고, 목재의 건조과정을 겸한 고온 유지 온욕처리 방법을 개발하였다.

- 목재문화재 보존을 위한 유지류 코팅제의 방수 성능 평가(나원주 외/

학술논문 한국문화재보존과학회 2015년)에서는 목조문화재를 수분으로부 터 보호하기 위해 목조문화재에 적합한 유지류 코팅 방법 및 성능에 관 한 연구를 진행하여 천연유지 3종과 오일스테인 2종의 목재의 방향별, 공시재의 시간 경과 및 유지류의 중탕 여부에 따른 방수성능을 평가하여 현장 적용 가능성을 판단하였다.

- 앞선 연구에서는 천연오일을 도포한 목재의 발수성능에 대한 연구가 주를 이루어 천연유지를 처리한 목재의 흡수율 변화나 접촉각 변화 정 도로 천연오일에 대한 성능평가를 실시하였다면 본 연구에서는 천연오 일이 목재의 부후 방지에 미치는 영향을 파악하고자 방미실험에 주안점 을 두었으며, 목재의 친환경적인면을 부각시켜 어린이 놀이터, 유아용 품, 생활소품 등에 친환경적인 처리방법으로 발전시키고자 하였다.

□ 연구주제의 선정

○ 최근 언론을 통해 놀이터 주변의 정자, 벤치, 경계목 등의 목재시설물 에서 중금속 페인트로 인해 중금속이 기준치를 초과하였다는 기사를 접 하게 되었으며 과거 서울 강서구 양천향교에서 흰개미가 목재를 갉아먹 어 부속건물 하나가 신축된 지 3년 만에 내려앉았다는 것도 알게되었다.

- 목재는 친환경적 건축자재임에도 불구하고 습기나 열, 곰팡이, 해 충에 약해 썩거나 뒤틀려 버려지고 방치된 목재시설물들이 많다. 실 제로 우리 동네의 공원이나 놀이터를 둘러보니 생각보다 그런 사례 가 많았다. 국내 목재 놀이터 현황(홍성철외, 2012년)에서도 국내 놀 이터의 자재로서 목재의 사용량이 감소하는 이유를 살펴보아도 비슷 한 결론이 나와있다.

- 이에 본 연구에서는 목재 본연의 장점을 살리면서도 부패나 뒤틀 림을 방지할 수 있는 방법에 대해 고민하게 되었으며 그 방법을 전 통적인 목재 보호법에서 찾게 되었다. 우리나라에는 1000년의 세월 을 견디고 있는 해인사 팔만대장경과 고려시대의 봉정사 극락전, 부 석사 무량수전 등의 목조 건축물이 남아있다. 현대 기술로 신축 된 지 3년 만에 무너져버린 향교에 비하면 그 오랜 세월에도 여전히 건 재하고 있는 문화재에 사용된 목재보존 기술이 놀라울 따름이다.

- 따라서 전통적인 목재 보호법을 재연하여 천연오일이 목재 부후에 효과가 있는지에 대해 연구하고자 한다.

□ 연구 방법

○ 목조 시설물에 대한 조사 및 견학

- 우리 주변의 목조시설물에 대한 부후 상태 확인 : 주변의 공원이나 놀이 터의 목조시설물 상태를 살펴보고 부후 정도를 확인하기 위하여 전자현미 경으로 부후 정도를 살펴본다.

- 전통적인 목재 보호법 조사 및 목조 문화재 견학 : 안동 봉정사와 영주 부석사를 견학하고 우리 조상들은 어떤 방법으로 목재를 보호하였는지 살펴보고 목재보호에 대한 정보를 습득한다.

○ 천연오일의 목재 부후 방지 효과에 대한 탐구실험

- 3종의 오일을 목재 시편에 도포하고, 오일을 처리하지 않은 시험편과의 비교실험(방미효과, 흡수율, 촉진열화실험)을 통해 그 효과를 검증한다.

- 국립산림과학원 목재가공과 연구실의 협조를 전자현미경 및 확대현미경 관찰, 곰팡이균 배양, 온습도 챔버를 활용한 흡수율 비교, 변퇴색성시험기를 활용한 색차비교시험을 진행하였다.

○ 천연오일로 처리한 목재화분 만들기

- 천연오일로 도포한 목재를 이용하여 목재 화분을 만들어 실생활에 활용 할 수 있는 방안을 모색한다.

□ 연구 활동 및 과정

○ 우리 주변의 목조 시설물에 대한 조사 - 조사기간 : 2015.07.16.~2015. 07.30.

그림 1. 충숙공원 내 정자 그림 2. 충숙공원 내 운동 기구

그림 3. 쌍문동 놀이터 그림 4. 쌍문동 놀이터 내 벤치

우리 주변의 목조 시설물들이 상당히 부후가 심각한 상태로 방치되고 있다. 벤치와 놀이터 시설의 일부는 손으로 나무를 떼도 떼질 정도 로 부후정도가 심각하였으며 이를 확인하기 위하여 전자현미경으로 목재 내부의 상태를 확인하였다. 전자현미경으로 관찰한 결과 목재의 내부까지 부후가 진행되어 균사체가 목재의 세포벽 사이로 이미 파고

들어가 있는 모습을 확인할 수 있었다.

목재를 파고든 균사체

그림 5. 운동기구

목재시편 그림 6. 부후되지 않은

목재의 시편 그림 7. 운동기구 시편 전자현미경 확대 사진

○ 안동 봉정사와 영주 부석사의 목재 보존 상태 확인을 위한 답사 - 답사기간 : 2015.08.05. ~ 2015.08.06.

- 목조 건축물의 경우 보호를 위해서는 계속적으로 관리하고, 관찰 모니터링을 실시하여 향후의 변화를 예측하는 것이 가장 중요하다. 보존처리는 문화재의 상태를 파악한 후 그 상태에 따라 적절히 실시하게 된다. 목조 건축물의 상태를 조사하는 방법에는 육안으로 부후나 곤충의 충해를 입은 곳의 피해상태를 조사하거나 기기를 이용해 수종 및 함수율, 비중, 해부학적 특성 및 열화원인을 조사한다. 그러나 여러 가지 제약 상 본 연구에서는 육안으로 부후상태를 확인하는 것만을 진행하였다.

- 기단과 초석에 의한 목재 부후 방지

그림 8. 봉정사의 기단과 초석 그림 9. 처마보다 안쪽에 설치한 기단

일반적으로 목재의 부후는 땅에 접한 부분이나 습한 곳에 놓인 목재에서 피해가 자주 나타난다. 따라서 우리 조상들은 화학적 처리방법이 발달되지 않은 과거에는 구조적 방법을 통해 수분을 멀리하여 목재를 오래 사용하고 자 하였다. 그 중 한 방법이 기단이다. 기단은 집을 마당보다 높게 짓기

위한 장치이었다. 온돌에 의한 난방방식이 발달하면서 여름을 나기 쉽도록 땅 위에 집을 짓기 시작했고, 여름에 땅의 습기로부터 목재를 보호하기 위해서 집을 되도록 위로 띄울 수 있도록 높은 기단을 만들었다. 뿐만 아니 라 기둥 밑에 초석을 깔아 기둥의 부후 방지를 위해 노력하였으며, 전통적인 한옥 마당에는 습기를 보존하는 잔디도 심지 않았다. 기단은 여름의 고온다 습한 기후에 적응하려는 노력의 결과물이다. 그래서 당연하게도 기단은 처마 끝에서 낙숫물이 떨어지는 범위 안쪽에 오도록 설계하였다.

- 내구성이 큰 목재 사용

목재를 오랫동안 사용하기 위한 방법의 하나로 천연 내구성이 큰 목재의 사용이 있다. 천연 내구성은 실내 및 실외에서 실험한 결과를 바탕으로 분류한 것이며, 아래 표와 같다.

표 1. 심재의 내구성 구분(국산재를 중심으로)

내구성 국 산 재

(7~8.5 큼 년) 느티나무, 편백, 밤나무, 신갈나무, 졸참나무, 참중나무, 낙엽송 (5~6.5 보통 년) 삼나무, 스트로브잣나무, 종비나무, 가래나무

(3~4.5 작음 년) 소나무, 곰솔, 잣나무, 리기다소나무, 사수리나무, 고로쇠나무 매우 작음

(2.5 년 이하) 전나무 , 포플러류, 서어나무

주요 목조문화재 수종구성(박병서 외/국립산림과학원, 2005)의 연구에 의 하면 목조 건축물의 경우에는 대부분이 원목 형태의 기둥부재를 이용한다.

특히 사찰이나 궁궐과 같은 건축물의 우람한 원목기둥은 구조적인 안전감 과 함께 외관적인 아름다움을 더해준다. 기둥부재로 사용되는 목재는 건물 전체에 가해지는 엄청난 하중을 지탱해야 하기 때문에 직경이 일정 한 크기 이상이어야 하며, 특히 외부 환경에 직접 노출되는 경우가 많기 때문에 내구성이 큰 수종이어야 한다. 건물의 외관을 결정하는데 기둥부 재의 역할이 크기 때문에 색상과 문양 등 미적인 면도 중요한 요소이다.

따라서 위와 같은 요구 조건을 만족시키는 수종은 상당히 제한적일 수밖 에 없다. 느티나무는 그런 조건을 만족시키는 몇 안되는 수종으로 국보 18호인 부석사 무량수전은 24개의 기둥이 모두 느티나무로 이루어져 있어

이를 증명하고 있다. 이에 비해 국보 15호인 봉정사의 극락전은 16개의 기둥 중 15개의 기둥이 소나무로 이루어져 있다. 소나무는 느티나무에 비해 내구성이 작긴 하지만 전국 어디서나 쉽게 구할 수 있어 공급이 원활하였기 에 조선후기로 변함에 따라 그 사용량이 증가하였으리라 추정된다.

- 기름칠 및 단청

단청의 목적은 일반적으로 건축물을 화려하게 꾸미는 미화의 역할로만 생각 할 수 있지만 단청관련 서적들을 살펴보면 단청의 목적에 미화 뿐 아니라 목재를 보호하고 건축물의 수명을 연장한다는 내용이 언제나 기술되어있다.

특히 단청의 작업 중 마지막 단계에서는 단청의 도료들을 보호하기 위하여 보호칠을 하는데 오동기름이나 들기름을 발라 주어 방수효과와 함께 내구력을 높였다. 영주 부석사 조사당과 안동 봉정사 극락전은 화려한 단청으로 장엄함을 떨쳤었지만 지금은 많이 퇴색되었으며, 건축물의 여러 부재들을 연결한 접합부나 빗물이 스며들어 잘 건조되지 않은 부분의 경우 퇴색의 정도가 심하였고, 그 부위에 목재의 부후가 많이 발견되었다.

그림 10. 부석사 무량수전 내부 그림 11. 봉정사 극락전

○ 천연오일의 목재 부후 방지 효과에 대한 탐구실험 - 탐구기간 : 2015.07.18. ~ 2015.11.11.

- 가설설정 : 천연오일은 목재의 부후 방지에 효과가 있다.

- 재료 및 시편제작

∘ 목재시편 : 목재는 한국 목조 건축문화재에 가장 널리 쓰인 것으로 조 사된 소나무를 사용하였다. 방미효력 검증에 사용된 목재 시편은 가로 5cm, 세로 2cm, 높이 0.3cm의 시편을 사용하였다. 흡수율 측정을 위해 사 용된 시편은 가로 4cm 세로 2cm 두께 0.5 cm 로 하고 2×4cm 의 면

이 곧은결이 되도록 하였으며, 2×0.5cm 부분을 페인트를 칠해 수분 이 도관을 통해 흡수되는 것을 막아주었다. 촉진열화시험에 사용된 목재 시편은 가로 10cm 세로 10cm 두께 1cm의 시편을 사용하였다.

그림 12. 목재 시편에 라벨링하기 그림 13. 목재 시편의 도관 막기

∘ 천연오일 : 실험에 사용된 오일은 총 3종으로 시중에서 구하기 쉬운 아마인유 (D), 해바라기유(E), 대두유(F)를 선택하였다. 60℃에서 3일 동안 건조한 소나 무 시편에 오일의 종류별로 110±10g/m²의 일정한 양의 오일을 도포하였다.

- 천연오일을 처리한 목재의 곰팡이균에 대한 방미효력 검증실험 ∘ 사용한 균주 :

Aspergillus niger

(검정곰팡이균),

Penicillium funiculosum

(페

니실린),

Trichoderma viride

(푸른점버섯균) 등 3종을 배양하여 처리하였다.

∘ 시험편의 준비 : 목재 시편에 아무것도 도포하지 않은 대조군(C)과 천연오일 3종, 미생물 3종 등 총 9개의 실험군으로 설계하였으며 각 시험편을 3종씩 같은 배양기에 장치하여 3반복이 되도록 설계하여 총 108개의 시험편을 준비하였다.

∘ 실험방법 : 목재 시편에 오일을 도포한 후 가스멸균기에서 멸균처리한 후 클린벤치에서 곰팡이 균을 뿌려주었다. 4주 동안 매주 개개의 시험편에 대한 균의 발육상황을 <표 2>의 기준에 의거하여 평가치를 구하고 평균평 가치를 나타내었다. 평균평가치의 합계(S)를 바탕으로 피해치(D)를 구하였 으며 대조군에 비해 얼마나 피해가 있는지에 대한 효력치를 구하여 그 결 과를 비교하였다.

표 2 . 균체의 발육상황

평가치 균체의 발육상황

0 시험체에 곰팡이의 발육이 전혀 나타나지 않는다 1 시험체의 측면에만 곰팡이의 발육이 나타난다.

2 시험체의 윗면 1/3이하에 곰팡이의 발육이 나타난다.

3 시험체의 윗면 1/3이상에 곰팡이의 발육이 나타난다.

그림 14. 클린벤치에서 곰팡이 균 처리 그림 15. 배양된 ASN 균

∘ 실험의 한계 : 목재 부후에 대한 실험은 6개월 이상의 시간이 소 요되기에 표면오염균으로 미생물에 대한 방미 효과를 알아보는 것으 로 진행하였다. 미생물에 대한 실험 또한 3개월 이상 지속되어야 하 지만 초기 곰팡이 균 배양에 계속 실패하면서 4주차 까지만 관찰할 수밖에 없었다. 또한 대량으로 만들어진 포자에 의해 사람의 건강을 해칠 수 있는 위험이 있어 밀봉한 실험편의 개봉이 불가하여 전자현 미경을 이용하여 목재 내부의 모습까지 확인할 수 없었으며 확대현 미경을 이용한 표면 관찰에만 그치는 아쉬움이 있었다.

- 천연오일을 처리한 목재의 흡습성 변화 실험

∘ 시험편의 준비 : 목재 시편에 아무것도 도포하지 않은 대조군, 천연오 일 3종이 3반복이 되도록 설계하여 총 24개의 시험편을 준비하였다.

∘ 실험방법 : 실험군과 대조군을 98%의 습도, 40±2℃의 온도의 온습도 챔버에 방치한다. 1주 간격으로 4주간의 질량 변화 관찰을 통해 무처리 시편과 처리시편의 흡습량을 비교한다.

그림 16. 온습도 챔버 그림 17. 온습도 챔버에 목재 보관 그림 18. 질량 변화로 흡습량 측정

- 천연오일을 처리한 목재의 촉진열화시험

∘ 시험편의 준비 : 목재 시편에 아무것도 도포하지 않은 대조군과 천연 오일 3종을 도포한 시험체를 3반복이 되도록 설계하여 총 24개의 시험편 을 준비하였다.

∘ 실험방법 : 오일 처리를 한 시편이 자외선으로부터 받는 영향을 관찰 하기 위해서 변퇴색성시험기(조도 :17,500 ~

20,500 lux, 전구와의 수평거리 300mm)를 이용하여 색 변화를 4주 동안 매주 관찰하였으며 색차계 를 이용하여 그 수치를 측정하였다. 색차계의



^는 백색도(lightness), a*는 적색도(redness), b*는 황색도(yellowness)를 의미한다.

그림 19. 변퇴색성 시험기 그림 20. 색변화 측정 그림 21. 색차계

□ 연구 결과

○ 천연오일이 목재 부후 방지에 어떤 영향을 주는지 알아보기 위하여 3가지 실험을 진행하였다. 곰팡이균에 대한 방미실험 , 수분 차단 정도를 알 수 있는 흡수율 비교 실험, 기본적인 자외선에 대한 내후성 정도를 비교한 촉진열화시험 등 3가지 실험에 대한 결과는 다음과 같다.

- 천연오일을 처리한 목재의 곰팡이균에 대한 방미효력 검증실험

A P T

대조군 (C)

그림 22. 오일 별 곰팡이균 발육상황

∘ 균체의 발육상황에 대한 평가치, 피해치, 효력치

표 3. 오일 별 균체의 발육상황에 대한 평가치, 피해치, 효력치

A P T

평가치평균 피해치

(%) 효력치

(%) 평균

평가치 피해치

(%) 효력치

(%) 평균

평가치 피해치

(%) 효력치 (%)

대조군 (C)

3 100 0 3 100 0 3 100 0

아마인유 (D)

0.67 22.22 77.78 0 0 100 2 66.67 33.33

해바라기유

(E)

1 33.33 66.67 0 0 100 1.67 55.56 44.44

대두유 (F)

1.11 37.04 62.99 0 0 10 0.44 14.81 85.19

실험에 사용된

Aspergillus,

Penicillium, Trichoderma

_{는 대표} 적인 표면 오염균이다. 3균주 모 두에 대하여 천연오일은 표면 오 염균 생장 억제 효과가 있는 것으 로 나타났다. 특히, 천연 오일 3 종은

Penicillium

_{균에 대해 높은}

아마인유(D)

해바라기유(E)

대두유(F)

항균 효과가 있는 것으로 나타났다. 대두유는 3균주에 대하여 비교적 안 정적인 효과를 보여주고 있었으나, 아마인유와 해바라기유는 특히

Trichoderma

균에 대해서는 효과가 그다지 높지 않게 나타났다.

Aspergillus

균에 대해서는 아마인유가 가장 좋은 효과를 보였고,

Trichoderma

균에 대해서는 대두유가 효과가 높은 것으로 나타났다.

∘ 확대현미경으로 찍은 목재시편의 상태

그림23. 오일 별 목재시편의 확대현미경 확대 사진

확대 현미경의 관찰에서는 천연 오일을 바르지 않은 목재 시편에 균사의 생장이 왕성하게 관찰되었으며, 포자도 고르게 분포하는 것이 확인 되었 다. 오일을 바른 시험편에서는 처음에 포자를 뿌렸던 흔적은 관찰 되었으 나, 균사 생장은 없었음이 확인 되었다.

Trichoderma

_{균은 천연 오일을} 바른 시험편의 목재 표면에서도 균사의 생장이 확인 되었는데, 초기 오일 바른 시험편 윗면의 수분만으로도 생장이 가능했던 것으로 판단되었으며, 목재의 안쪽으로의 침투는 발생하지 않은 것으로 확인되었다. 그러나 목재 시험편의 표면에 생장하고 있었기 때문에 항균효과는 낮게 판정 되었다.

A P T

대조군 (C)

아마인유(D)

해바라기유(E)

대두유(F)

- 천연오일을 처리한 목재의 흡습성 비교 실험

∘ 무처리 목재와 오일 처리 목재를 40±2℃, 98% 조건의 챔버에 노출시켰 으며, 4주간 시편의 무게를 측정하였다. 측정된 무게에서 시험 전의 무게 를 제하여 수분의 무게 증가율로 흡습성을 평가하였다.

그래프 2. 오일 별 흡습률 비교 그래프 3. 4주 경과 후의 흡습률

∘ 오일을 처리하지 않은 목재 시험편은 오일을 처리한 목재와 비교하여 많 은 수분을 흡수하였으며, 3주차까지 무게가 증가한 후 더 이상 증가하지 는 않았다. 오일을 처리한 시험편 중 흡습성이 가장 낮은 시험편은 F(대 두유)였으며, 4주간의 수분노출에도 목재로의 수분 흡수는 없는 것으로 나타났다. 오일 간 수분 흡수 차단 효과는 F (대두유) < D (아마인유) < E (해바라기유) 순으로 나타났다. 무처리 목재 에서 수분의 흡수량이 증가하는 2주차에서도 오일 처리 목재는 수분의 흡수가 감소하는 경향을 보였다. 천연 오일의 4주차 수분차단 효과는 최대 12%였다.

- 천연오일을 처리한 목재의 촉진열화시험

0 주차 1 주차 2 주차 3 주차 4 주차

대조군 (C)

아마인유 (D)

그림 24. 오일 별 촉진열화 후 변화

∘ 4주 경과 후 L, a, b 값의 차이

표 4. 오일 4주 경과 후 L, a, b 값의 차이

L a b

대조군(C) -9.67 3.91 11.35 아마인유(D) -11.73 4.17 17.24 해바라기유(E) -17.59 7.49 16.76 대두유(F) -14.03 7.06 17.91

∘ 색차 L값의 변화

그래프 4. 오일 별 색차값 L값의 변화 그래프 5. 4일 별 색차값 L값의 변화

천연오일을 처리한 목재 시험편을 자외선 세기 17,500~20,500Lux의 촉진 시 험기를 사용하여 빛에 의한 목재시험편의 변화를 관찰하였다. 목재시험편 은 전체적으로 자외선에 대한 영향으로 그림에서 보는 것과 같이 색상이 어두운 계열로 진행되었다. 오일로 처리한 목재의 경우 오일의 색상이 잘 유지되었으며, 자외선 열화에 의하여 색상이 심하게 변하거나 목재 표면의 갈라짐 등은 발견되지 않았다. 어두운 색상으로의 변화는 오일 처리 목재 중 D(아마인유)가 가장 안정적인 것으로 나타났다. L값의 변화에서 4주 실험 후 안정적인 경향은 E(해바라기유) < F(대두유) < D(아마인유)였다.

해바라기유 (E)

대두유 (F)

∘ 색차 a값 변화

그래프 6. 오일 별 색차 a값의 변화 그래프 7. 오일 별 색차 a값의 변화

시험편의 a값은 노출되는 시간이 늘어날수록 증가한 것으로 나타났다.

사진에서 보는 것과 같이, 전체 시험편에서 붉은색 계열로 증가됨이 확 인되었다. 천연오일을 처리 하였을 때는 D(아마인유)가 비교적 안정적인 것으로 나타났으며, E(해바라기유)는 도포한 이후 처리하지 않은 목재 와 비슷한 경향이었으나 시간의 경과에 따라 증가하여 빛에 의해 많은 영향을 받는 것으로 나타났다.

∘ 색차 b값 변화

그래프 8. 오일 별 색차 b값의 변화 그래프 9. 오일 별 색차 b값의 변화

색차 측정에서 천연오일을 처리한 목재 시험편은 b값이 증가하는 경향을 보였다. 무처리 목재는 자외선에 의한 노출 후에 황색으로의 변화가 있었 음을 알 수 있었으며, 처리목재 또한 노출시간의 증가에 따라 황색 계열 로의 변화가 있었음을 알 수 있었다. 자외선의 노출에 따른 천연오일의 변화 중 b값의 변화는 처리하지 않은 목재와 비교할 때 비교적 안정적임 을 알 수 있었다. 천연 오일은 목재 내부로 흡수되어 자외선을 차단하 는 효과는 없으며, 목재 내부의 수분의 변화를 막아주므로 목재내 화 학적 변성에 의한 색상 변화를 차단하여 주는 것으로 판단되었다.

□ 연구결론

○ 3균주 모두에 대하여 천연오일은 표면 오염균 생장 억제에 효과가 있는 것으로 보이며

Penicillium

균에 대해 높은 항균 효과가 있는 것으로 나타났다.

○ 천연오일은 목재 표면 오염균을 차단함으로써 2차 목재 부후균의 유도를 억제할 수 있어 목재가 쉽게 부후되는 원인을 차단할 수 있다.

○ 천연오일을 처리한 목재는 자외선이나 열에 의한 열화에 영향을 받아 색 변화가 일어나기는 하지만 목재의 고유의 아름다움을 훼손하지 않고, 표면의 갈라짐 등의 현상이 유발되지 않으므로 목재의 내구성에 영향을 주지 않는다.

○ 천연오일을 처리한 목재는 흡습률이 감소하여 균의 생장에 영향을 주는 요인 중 수분을 차단하는 효과가 있어 목재 부후균의 생장을 억제할 수 있다.

□ 시사점

○ 천연 오일의 처리는 가장 안전하고 환경 친화적인 목재 보호 방법이지만, 모든 균에 대한 침입을 방지하고 살균하는 효과가 있는 것은 아니다. 하지만 균이 생육하기 어렵도록 목재가 젖지 않게 하고, 공기 순환이 잘되도록 관리하면서 오일을 처리한다면, 실험했던 것보다도 훨씬 높고, 안정적 인 목재 보호 방법이 될 수 있을 것이라고 판단된다.

○ 천연오일을 처리한 목재는 야외 목재 보호용 도료(도장제)를 바를 때 보다 목재의 색채, 광택, 무늬 등을 살려주어 목재 고유의 아름다움을 선명하게 하는 장점도 있을 뿐만 목재의 반복된 수축, 팽윤에 의해 아니라 도장제 막이 찢어지고 탈락되는 경우를 예방할 수 있다.

○ 목재 보호에 대한 전통적인 방법을 계승하고 우리나라 고유의 자체기 술로서 발전할 수 있는 기초분야 연구를 추진하여 목재를 사용하는 어린 이 놀이터 및 조경시설의 친환경적 처리 방법으로 발전시킬 수 있다.

4. 홍보 및 사후 활용

□ 천연 오일을 처리한 목재 화분의 모니터링 시험 진행

○ 연구결과를 바탕으로 목재로 화분을 제작하여 천연 오일을 처리 한 후 꽃과 나무를 심어 야외에서 관찰하여 그 결과를 지속적으로 관찰한다.

○ 오일 별로 방미효력에 차이가 있으므로 방미효력을 극대화 할 수 있는 오일 비율에 대한 후속 연구를 추진한다.

○ 과학 축제에 부스를 운영하여 천연오일로 목재를 보호하는 방법 에 대해 홍보한다.

그림 25. 목재로 만든 화분

5. 참고문헌

○ 방부목재 가이드북. 구길본. 국립산림과학원. 2011

○ 목재보존학. 신동소, 안세희. 서울대학교출판부. 1996.

○ 문화재를 위한 보존 방법론. 서정호. 경인문화사. 2008

○ 국내 목재 놀이터의 현황. 홍성철 외. 한국가구학회. 2012

○ 목조문화재 보존을 위한 유지류 코팅제의 방수성능평가. 나원주, 조소 영, 김도래, 정우양. 한국문화재보존과학회. 2015

○ 친환경적 목재 방부․방의(흰개미)처리용 발수제의 국산화 기술개발. 이동흡 외. 국립산림과학원. 2003

○ 주요 목조문화재 수종구성. 박병서 외. 국립산림과학원. 2005

○ 한국 목조 건축물 보호에 대한 연구–단청기술을 중심으로. 김도래.

건국대학교. 2014