송정원
1,*, 김명남
2, 이장존
31국립문화재연구소 문화재보존과학센터, 2국립문화재연구소 복원기술연구실, 3국립문화재연구소 보존과학연구실
Jung Won Song
1,*, Myoung Nam Kim
2, Jang Jon Lee
31Cultural Heritage Conservation Science Center, National Research Institution of Cultural Heritage, Daejeon 34122, Korea
2Restoration Technology Division, National Research Institute of Cultural Heritage, Daejeon 34122, Korea
3Conservation Science Division, National Research Institute of Cultural Heritage, Daejeon 34122, Korea
Received August 07, 2019 Revised September 06, 2019 Accepted September 17, 2019
*Corresponding author E-mail: [email protected] Phone: +82-42-860-9390
Journal of Conservation Science 2019;35(5):416-429
https://doi.org/10.12654/JCS.2019.
35.5.04
pISSN: 1225-5459, eISSN: 2287-9781
ⓒ The Korean Society of Conservation Science for Cultural Heritage
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초 록 보채는 지류문화재 보존처리의 마지막 단계로 주로 봉채를 사용한다. 본 연구는 지류문화 재 보채에 쓰이는 4종의 봉채(본람, 등황, 연지, 대자)를 한지에 채색한 후 채색 양상을 확인하고 인공열화를 통해 색변화 양상을 확인하고자 하였다. 채색 양상을 관찰한 결과 본람⋅연지⋅대 자는 미세한 안료 입자가 도포되는 형태였으며, 등황은 피막을 형성하였다. 봉채의 X선 회절 분석 결과 본람과 연지, 대자에서 석영과 방해석, 납석이 공통적으로 검출되었고, 대자에서 침철 석이 추가로 검출되었다. 인공열화 결과 습열열화에서 등황이 노란색에서 주황색으로 변색되었 으며, 자외선열화에서는 등황과 연지가 탈색되었다. 결과적으로 봉채로 보채된 지류문화재는 등황이 채색된 경우 알칼리에 의해 주황색으로 변색될 수 있으며, 자외선에 의해 등황과 연지의 탈색이 우선적으로 발생하여 전체적인 색상이 어두워짐을 예측할 수 있다.
중심어 보채, 봉채, 안료, 채색, 인공열화
ABSTRACT Bongchae is primarily employed for toning, which is the last step in the conservation treatment of paper’s cultural properties. The objective of this study is to identify the coloring patterns of four types of Bongchae(Bonram, Gamboge, Yeonji, and Daeja) and determine the associated color change patterns through accelerated aging experiments. By examining the coloring patterns, it is observed that Yeonji, Bonram, and Daeja are painted as particles, whereas Gamboge indicates a close state of coating. Results obtained from X-ray diffraction analysis of Bongchae indicate that the presence of quartz, calcite, and pyrophyllite can be equally detected in Bonram, Yeonji, and Daeja. Additionally, the presence of goethite is also detected in Daeja. Gamboge becomes discolored from yellow to orange color during wet thermal aging, and Gamboge and Yeonji become decolorized during UV irradiation aging. Hence, cultural properties of paper colored with Gamboge can be predicted to become discolored to orange color by alkalis and can be darkened by UV rays because the decolorization of Gamboge and Yeonji occurs preferentially.
Key Words Toning, Bongchae, Pigment, Coloring, Accelerated aging
1. 서 론
보채(補彩)는 지류문화재 보존처리의 마지막 단계로, 유물과 보강부의 이질감을 최소화시키기 위하여 실시한 다. 일반적으로 지류문화재 보존처리는 보강 전 천연 재 료에서 추출한 염료로 보강지를 염색하는 과정을 거치지 만 천연 염색으로는 원하는 정확한 색상을 얻기 어려우며 동일한 염료로 염색하더라도 한지의 종류와 재원 또는 염 료의 상태에 따라 상이한 결과물을 얻게 된다. 때문에 지 류문화재의 색맞춤 과정에서 안료를 이용한 보채는 불가 피한 과정이다.
일반적으로 보채는 본람(本藍), 연지(燕脂), 대자(代赭) 그리고 등황(藤黃)의 봉채를 사용한다. 봉채란 안료를 막 대 형태로 성형시킨 것으로 먹과 동일하게 갈아서 사용하 며, 비중이 낮고 혼합성이 좋아 조색이 용이하고 사용하 기 간편한 장점이 있다. 또한 발색이 좋으나 채색층을 거 의 이루지 않아 안료의 박락 위험성이 적다.
그러나 유물이 시간이 흐르면서 고색화 되어가듯, 보 존처리가 완료된 보채부도 필연적으로 노화의 과정을 거 치게 된다. 보존처리 당시 유물에 어울리는 색상으로 보
채를 완료하였어도 추후 부적절한 보존 환경 또는 자연적 인 노화에 따라서 결국 색상이 변하게 될 것이다. 따라서 보채에 쓰이는 안료의 노화 양상에 따른 색상 및 상태 변 화의 예측이 가능하다면 보채의 방향을 설정하는데 도움 이 될 것이다.
본 연구에서는 실제 보존처리 과정과 동일하게 4종의 봉채를 각각 아교포수된 한지에 도포한 후 채색된 상태를 관찰하고 인공열화시켜 추후 변색되는 양상을 예측하고 자 하였다.
2. 연구방법
2.1. 연구재료
실험에 쓰인 한지는 보존처리용으로 제작된 신현세 전 통 한지를 사용하였다(Table 1).
시중에 시판되는 봉채의 종류는 길상(棒絵具, 吉祥, JPN), 봉황(棒彩, 鳳凰, JPN), 여우표(棒絵具, 上羽絵惣, JPN) 등이 있다(Eom, 2017). 본고에서는 이들 중 봉황사 ( 社)의 본람, 연지, 대자를 사용하였으며, 등황은 시판되 는 필관등황(筆管藤黃)을 사용하였다(Figure 1).
Properties Shinhyunse Hanji
Fiber Paper mulberry
Dispersant Hibiscus manihot
Bleaching Unbleaching
Forming method SSangbal-Choji
Thickness (mm) 0.09
Grammage (g/m
2) 30.58
Apparent density (g/cm
3) 0.34
Table 1. Basic properties of Shinhyunse Hanji
Figure 1. Pigments. (A) Bongchae, (B) Rubbed Bongchae.
2.2. 시료 제작
배접된 한지에 아교포수를 실시하고 본람, 등황, 연지, 대자의 봉채를 채색하였으며, 대조군으로 아교포수된 한 지와 아무런 처리도 하지 않은 한지를 준비하였다. 6종 시 료의 가장자리를 5 cm 이상 잘라낸 후 각각 14.5 × 6.5 cm 크기의 시편으로 재단하였다(Figure 2).
2.3. 인공열화
열화는 건열, 습열, 자외선을 적용하였으며, 각각 24시 간 간격으로 총 144시간 열화시켜 시료의 색상 변화를 관 찰하였다. 건열열화는 항온건조기(OF-22GF, Jeio Tech, KOR), 습열열화는 항온항습조(TH-PE-100, Jeio Tech, KOR), 자외선열화는 노화시험기(UV-2000, Atlas, USA)를 이용 하였다(Table 2).
2.4. 채색 양상 및 성분 분석
시료의 채색층을 확인하기 위하여 단면을 관찰하였으 며, 실체현미경(DG-3, Scalar, JPN) 및 주사전자현미경 (scanning electron microscope, SEM)(JSM-IT300, Jeol, JPN) 을 사용하여 육안으로 관찰이 어려운 시료의 표면 상태를 관찰하였다. 추가로 에너지 분산형 분광 분석
(energy dispersive X-ray spectroscopy, EDS)(X-MAX
N, Oxford, GBR) 을 통해 봉채 안료의 성분을 분석하였다.
그리고 봉채의 정확한 화합물을 확인하기 위해서 다목적 고분해능 X-선회절기(X-ray diffractometer, XRD)(Empyrean, PANanlytical, NLD) 를 이용하여 X선 회절(X-ray diffraction, XRD) 분석을 실시하였으며, 일부 안료의 분석을 위하여 라만분광분석기(XperRam F2.8, NanoBase, KOR)로 스펙 트럼을 분석하였다.
2.5. 색차 분석
6 점의 시료에 대한 색상 변화를 색차계(CM-700d, Konica Minolta, JPN) 를 사용하여 CIE Lab 색공간에 따른 L
*a
*b
*값을 5회 측정하여 평균값을 구한 후, 다음의 공식 을 이용하여 열화 전 시료와 144시간 열화 후 시료의 ΔE 값(KS A 0063)을 계산하였다.
ΔE = [(ΔL)
2+( Δa)
2+( Δb)
2]
1/2ΔE : Total color difference ΔL
*: Difference in L
*(Lightness)
Δa
*: Difference in a
*(Redness and Greenness) Δb
*: Difference in b
*(Yellowness and Blueness) Figure 2. Samples. (A) Bonram, (B) Gamboge, (C) Yeonji, (D) Daeja, (E) Sized Hanji, (F) Hanji.
Aging Condition Standard
Dry thermal 105±2 ℃, 144 h KS M ISO 5630-1
Wet thermal 80±0.5 ℃, RH 65±2%, 144 h KS M ISO 5630-3
UV irradiation 60 ℃, UV A-340, UV irradiation 0.76 W/m
2/nm KS M ISO 4892-1
Table 2. Aging conditions
2.6. pH 및 Ion Chromatography 분석
실험에 사용된 신현세 한지와 대조군 한지 시료(Table 3) 에 대하여 냉온추출법(KS M ISO 6588-1)으로 pH(LAQUA pH/ION METER F-72, Horiba, JPN) 를 측정하였다. 그리고 추출된 용액에 대하여 이온크로마토그래피 분석(Dionex ICS-3000, ThermoFisher, USA) 을 실시하여 한지의 성분을 추정하였다.
3. 결과 분석
3.1. 채색 양상 및 성분 분석
아교포수는 아교와 명반을 혼합한 용액을 도포하는 과 정으로, 한지에 아교의 얇은 피막을 만들어 물감이 한지 로 스며드는 것을 막아 한지 위에 견고한 채색층을 형성 할 수 있게 한다(Kim and Lee, 2016). 관찰 결과 아교포수 된 시료들의 단면은 포수되지 않은 시료에 비하여 좀 더 매끄럽게 정리된 표면 양상을 보였다(Figure 3). 그리고 채 색된 시료들이 모두 한지 바탕색이 보이지 않을 정도로 Properties Shinhyunse #1
(Sample) Shinhyunse #2 Jangjibang Mungyeong Fiber Paper mulberry Paper mulberry Paper mulberry Paper mulberry Dispersant Hibiscus manihot Hibiscus manihot Hibiscus manihot Hibiscus manihot
Bleaching Unbleaching Unbleaching Unbleaching Unbleaching Forming method SSangbal-Choji Oebal-Choji Oebal-Choji Oebal-Choji
Thickness (mm) 0.09 0.05 0.08 0.12
Grammage (g/m
2) 30.58 18.69 34.09 50.86
Apparent density
(g/cm
3) 0.34 0.37 0.43 0.42
Table 3. Basic properties of Hanji used for IC
Figure 3. Cross section image of samples(× 200, Sized and colored on the right side). (A) Bonram, (B) Gamboge, (C)
Yeonji, (D) Daeja, (E) Sized Hanji and (F) Hanji.
뚜렷한 색상(Figure 4)을 보이는 반면 단면에서 채색층이 거의 식별되지 않아(Figure 3) 봉채의 뛰어난 피복력을 확 인할 수 있었다. 그리고 채색 시편의 현미경과 SEM 이미 지에서 닥섬유 사이의 공극을 막고 있는 아교포수층이 확 인되었으며, 이러한 표면상태 위에 안료가 채색된 형태를 보였다(Figure 4, 5).
본람⋅연지⋅대자는 미세한 분말 형태의 입자가 표면에
고르게 안착된 채색 형태를 보였으며(Figure 5A, 5C, 5D), 안료 입자의 EDS 분석 결과 공통적으로 Ca, Si, Al이 검출되 었다(Figure 6, 7, 8). 반면 등황의 경우 입자가 거의 관찰되 지 않았고 아교포수와 비슷한 피막의 형태에 가까운 도포 양상을 보였다(Figure 5B). EDS 분석 결과에서도 화합물로 판단할 만한 기타 성분은 검출되지 않았다(Figure 9).
공시 안료인 봉채에 대한 구체적인 화합물 분석을 위 Figure 4. Stereo microscope image of samples(× 200, Sized and colored on the surface). (A) Bonram, (B) Gamboge, (C) Yeonji, (D) Daeja, (E) Sized Hanji and (F) Hanji.
Figure 5. SEM image of samples(× 200, Sized and colored on the surface). (A) Bonram, (B) Gamboge, (C) Yeonji, (D)
Daeja, (E) Sized Hanji and (F) Hanji.
Figure 7. EDS spectrum and result value of Yeonji.
Figure 8. EDS spectrum and result value of Daeja.
Figure 6. EDS spectrum and
result value of Bonram.
하여 XRD 분석을 실시한 결과 본람과 연지, 대자에서 검출 되었던 Ca, Si, Al 성분은 각각 석영(Quartz, SiO
2) 과 방해 석(Calcite, CaCO
3), 납석(Pyrophylite, Al
2O
3⋅4SiO
2⋅H
2O) 임이 확인되었다. 그리고 연지와 본람의 발색 화합물은 구체적으로 확인되지 않았지만, 대자의 경우 침철석 (Goethite, FeO(OH))이 검출되어 산화철 광물을 발색 화합물로 이용함을 확인할 수 있었다(Figure 10). 등황은 XRD 분석 결과 특정한 화합물이 발견되지 않아 추가적으로 라만분 광분석을 실시하였다. 그 결과 1593 cm
-1의 특징적인 라만 스펙트럼 피크가 관찰되었는데(Figure 11), 이는 기존 연 구에서 규명된 등황의 라만 스펙트럼과 일치한다(Lee, 2015). 따라서 시판되는 필관등황은 인공적인 제조화 과
정을 거치지 않은 유기안료로 추정된다. 반면 대자의 경 우 체질 성분과 발색 화합물이 모두 무기물인 무기안료로 확인되었으며 본람과 연지의 체질 성분은 무기물로, 발색 화합물은 유기물로 추정된다.
Figure 10. XRD patterns of Bonram, Yeonji, Daeja. Figure 11. Raman spectrum of Gamboge.
Figure 9. EDS spectrum and
result value of Gamboge.
3.2. 인공열화 결과
Sample Original 24 h 48 h 72 h 96 h 120 h 144 h
(A) Bonram
(B) Gamboge
(C) Yeonji
(D) Daeja
(E) Sized Hanji
(F) Hanji
Table 4. Color change due to dry thermal
(B) Gamboge
(C) Yeonji
(D) Daeja
(E) Sized Hanji
(F)
Hanji
Sample Original 24 h 48 h 72 h 96 h 120 h 144 h
(A) Bonram
(B) Gamboge
(C) Yeonji
(D) Daeja
(E) Sized Hanji
(F) Hanji
Table 6. Color change due to UV irradiation
으로 명확한 색상 차이가 감지되는 3(Appreciable) 이상의 값을 기준으로 정리하였다.
Much 6.0 - 12.0
Very much 12.0 -
Before dry thermal average value
After dry thermal (144 h)
average value Color difference value
L
*a
*b
*L
*a
*b
*ΔE
(A)
Bonram 39.70 -0.58 -10.68 38.91 -0.44 -10.83 0.81 (B)
Gamboge 71.64 -4.02 32.21 72.59 -3.85 32.99 1.24
(C)
Yeonji 49.91 32.38 3.94 50.07 32.02 4.31 0.54
(D)
Daeja 65.34 11.50 24.54 64.63 13.34 26.03 2.47
(E)
Sized Hanji 72.76 -0.51 5.40 74.96 -0.55 5.44 2.20
(F)
Hanji 72.31 -0.56 4.63 73.22 -0.62 4.30 0.97
Table 8. Color difference value after dry thermal
Before wet thermal average value
After wet thermal (144 h)
average value Color difference value
L
*a
*b
*L
*a
*b
*ΔE
(A)
Bonram 39.70 -0.58 -10.68 37.84 -0.24 -9.45 2.26
(B)
Gamboge 71.64 -4.02 32.21 69.96 0.60 27.28 6.96
(C)
Yeonji 49.91 32.38 3.94 49.19 30.81 5.26 2.17
(D)
Daeja 65.34 11.50 24.54 64.57 12.47 25.48 1.55
(E)
Sized Hanji 72.76 -0.51 5.40 73.06 -0.56 5.61 0.36 (F)
Hanji 72.31 -0.56 4.63 71.85 -0.65 5.42 0.92
Table 9. Color difference value after wet thermal
Before UV irradiation average value
After UV irradiation (144 h)
average value Color difference value
L
*a
*b
*L
*a
*b
*ΔE
(A)
Bonram 39.70 -0.58 -10.68 41.66 -1.23 -9.41 2.42
(B)
Gamboge 71.64 -4.02 32.21 72.87 -1.53 8.23 24.14
(C)
Yeonji 49.91 32.38 3.94 54.16 23.55 4.62 9.82
(D)
Daeja 65.34 11.50 24.54 64.20 11.72 24.94 1.23
(E)
Sized Hanji 72.76 -0.51 5.40 76.61 -0.70 3.38 4.35 (F)
Hanji 72.31 -0.56 4.63 71.30 -0.65 3.32 1.66
Table 10. Color difference value after UV irradiation
Figure 12. Wet thermal of Gamboge.
(Before / 144 h)
Figure 13. UV irradiation of Sized Hanji.
(Before / 144 h)
Figure 14. UV irradiation of Yeonji.
(Before / 144 h)
Figure 15. UV irradiation of Gamboge.
(Before / 144 h)
확인할 수 있다(Figure 12).
자외선열화는 아교포수된 한지와 연지, 등황에서 색상 변화를 보였다(Table 6, 10). 아교포수된 한지의 경우 4.35 의 Appreciable에 해당하는 ΔE값이 측정되었다. L
*값과 a
*값이 각각 3.85, 0.19 증가하였으며 b
*값은 2.02 감소하였 다. 즉 한지의 본래 색상인 황색이 줄어들고 백색에 가까 워졌음을 의미하며, 육안상으로 자외선이 조사되지 않은 부분과의 차이가 명백하게 확인된다(Figure 13).
연지의 자외선열화 결과 Much에 해당하는 9.82의 ΔE 값을 보였으며 L
*값이 4.25 증가하고 a
*값이 8.83 감소하 였으며 b
*값은 0.68 증가하였다. 이는 명도가 증가하고 적 색이 줄어들었음을 의미하며, 육안상으로도 자외선이 조 사된 부분과 그렇지 않은 부분의 적색 농도 차이가 명확 하게 드러난다(Figure 14).
등황의 경우 Very much에 해당하는 24.14의 ΔE값이 측정되었다. 세부적으로 L
*값과 a
*값이 각각 1.23, 2.49 증 가하였고 b
*값이 23.98 감소하였다. 이는 황색이 큰 폭으로 감소했음을 의미하며, 육안상으로도 한지의 재색이 드러 날 만큼 등황이 퇴색되었음을 확인할 수 있다(Figure 15).
3.3.2. pH 및 IC 분석
실험에 사용된 신현세 한지와 대조군 한지 시료의 pH 측정 결과 문경 한지를 제외한 모든 시료가 평균 8을 초 과하는 약알칼리성를 나타냈다. 추출된 용액에 대한 IC 분석 결과 신현세 한지의 나트륨 농도가 다른 한지에 비
3.3.3. 자외선 노출량의 계산