A Study on the Method for Removing the Paraffin used on Iron Artifacts as Surface Coating Agent - As Focused on the Iron Artifacts Owned by the Kyunghee University Central Museum -

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(1)Conservation Science in Museum Vol. 13, 23~31 (2012). 철제유물 표면코팅제로 사용된 파라핀 제거방법에 관한 연구 - 경희대학교박물관 소장 철제유물을 중심으로 강석인1, 위광철1,*, 이호연2, 임성진3 1. 한서대학교부설 문화재보존과학연구센터 2 국립부여문화재연구소 보존과학실 3 국립현대미술관 작품보존미술은행관리팀. A Study on the Method for Removing the Paraffin used on Iron Artifacts as Surface Coating Agent - As Focused on the Iron Artifacts Owned by the Kyunghee University Central Museum 1. Seokin Kang1, Koangchul Wi 1,*, Hoyeon Lee2, Seongjin Lim3. The research center of conservation science for cultural heritage, Hanseo Univ Conservation science Division, Buyeo National Research Institute of Cultural Heritage 3 Artwork Conservation And Art Bank Department, National museum of Comtemporary Art 2. 요 약 본 연구의 대상 유물은 경희대학교박물관 소장 철제유물로 표면에 파라핀(Paraffin)이나 밀납(Bees Wax) 으로 추정되는 물질로 코팅이 되어있어 표면이 불투명하며 전체적으로 부식이 심하게 발생되어 표면이 판상 으로 두텁게 박락된 상태이다. 따라서 유물 표면에 코팅 처리된 물질을 안전하게 제거하기 위하여, 코팅물질 을 제거하기 위한 가역성 실험을 실시하였으며, 실험결과를 토대로 유물에 적용하여 보존처리를 실시하였다. 연구방법은 첫째, 표면에 코팅 처리된 물질의 성분을 알아보기 위하여 FT-IR분석을 실시하였다. 둘째, 각종 유 기용제를 사용하여 유물에 코팅된 물질을 가역시킬 수 있는 약품이 무엇인지를 실험을 통해 확인 하였다. 셋 째, 가역성실험 결과를 토대로 코팅물질 제거에 가장 적합한 약품을 선정하여 실제 유물에 적용하였다. 연구 결과 첫째, FT-IR 분석결과 유물에 사용된 코팅제와 파라핀(Paraffin)은 성분이 같은 것으로 확인되었다. 둘째, 유기용제 중 xylene, toluene, trichloroethylene, methyl alcohol이 파라핀을 용융시킬 수 있는 것으로 확인되었으 며 이 중 toluene이 코팅제를 제거하기에 가장 적합 한 것으로 판단되었다. 셋째, 선정된 약품을 사용하여 실 제유물에 적용하는데 있어서 미세한 편들을 지지하고 있는 파라핀을 모두 제거하는 것은 유물을 붕괴시킬 수 있으므로 표면을 불투명하게 덮고 있는 부분만을 면봉이나 거즈 등을 이용하는 방법으로 파라핀을 제거 한 후 보존처리를 완료 하였다. 주제어 : 투명성 , 코팅 , 적외선 분광 분석 , 파라핀 , 밀납 , 가역성 Abstract The object artifacts of this study are the iron artifacts owned by the Kyunghee University Central Museum. The surfaces of the iron artifacts are opaque due to the coated materials which are presumed to be paraffin or bee's wax while they are plate-shaped and exist in thickly exfoliated condition caused by severe corrosion developed on the overall surfaces. Therefore, in order to remove the coated materials away from the surfaces of the artifacts rather safely, reversibility tests have been carried out and the conservation treatment was performed upon the basis of and in application of the experimental results. The study methodologies are that: first, the FT-IR analysis was carried out to determine the ingredients of the coating-treated material on the surface; second, by applying various kinds of organic solvents, the kinds of agents that allow the artifact’s surface-coating material to be reversible *Corresponding author : Koangchul Wi Tel : 82-41-660-1043, E-mail : kcwi@hanseo.ac.kr. 23 https://doi.org/10.22790/conservation.2012.13.0023.

(2) 박물관 보존과학 제 13집 (2012). have been identified through experiments; third, the most suitable agent for removing coating material was selected and applied to the real artifacts on the basis of the results of the reversibility tests. Results from the study: first, as a result of the FT-IR analysis, the coating agent used on the artifacts was identified to be of the same ingredients as those of paraffin; second, among organic solvents, xylene, toluene, trichloroethylene and methyl alcohol were identified to be usable for dissolving paraffin whereas toluene was judged to be the most suitable for removing the coating agent; third, when applying the selected agents on the real artifacts, due to the fact that removing the whole paraffin might cause the artifact to disintegrate, the paraffin of only the part that covered the surfaces opaquely was removed using cotton swab or gauze, thus completing the conservation treatment. Keywords: Transparency, Coating, FT-IR analysis, Paraffin, Bee’s wax, Reversibility (Received 4 September, Revised 10 October, Accepted 23 October). I. 서. 론. 철제유물의 보존처리는 크게 예비조사, 녹제거, 탈염, 강화처리, 접합ㆍ복원, 색맞춤 등으로 나누어 처리한다. 이 모든 과정은 어느 것 하나 중요하지 않은 것이 없지 만 특히 탈염이나 강화처리는 부식인자를 제거하고 부 식인자의 침투를 차단함으로써 유물의 수명을 연장시키 는 역할을 한다. 따라서 탈염처리와 강화처리는 유물의 수명과 직결되므로 보다 신중하게 처리해야 한다. 현재 금속유물의 코팅처리제로는 일반적으로 Acryl계통의 Paraloid B-72, Incralac 20%[1], Paraloid NAD-10, Acryl 계 공중합체 V-FLON[2], Wax계통을 사용하여 코팅은 물 론 강화처리를 병행함으로서 좋은 효과를 보고 있다. 하 지만 과거에는 부식으로 인해 금속성을 잃어 부스러지 기 쉽고 균열이 많은 부분이나 보존상 피복을 요하는 유물에 대해 투명한 Bees Wax[3]를 사용한다는 연구기 록이 남아있다. 경희대학교박물관 소장 철제유물은 표면에 Paraffin이 나 Bees Wax(밀납)로 추정되는 물질로 코팅이 되어있 는 상태이다. Paraffin이나 Bees Wax로 코팅된 유물은 투명성이 떨어져 표면 상태를 관찰하기 어렵고 두터운 코팅으로 인해 유물이 왜곡 되어 보일 수 있는 문제점 이 있다. 따라서 본 연구에서는 유물 표면에 코팅 처리 된 물질을 안전하게 제거하기 위하여, 코팅물질의 성분 을 분석하고 이를 제거하기 위한 가역성 실험을 실시하 여 실험결과를 토대로 유물에 적용하여 보존처리를 실 시하고자 한다.. 1. 연구방법 연구방법은 문헌조사를 통해 추정되는 코팅재료의 특 성을 파악하고 Sample 시료와 현재유물에 사용한 것으 로 추정되는 Paraffin과 Bees Wax를 FT-IR분석을 통해 각각의 시료에 대한 Spectrum peak를 비교하였다. 분석 결과에서 같은 성분이 검출되는 시료에 대해 유기용제 를 이용한 가역성 실험을 실시하여 가장 적합한 유기용 제를 선정하였다. 가역성 실험 방법은 코팅에 사용된 재. 24. 료를 이용하여 시편을 제작한 후 시간별 중량 변화를 기록하여 가장 완전하게 용융된 유기용제를 사용하여 유물에 사용된 코팅제를 제거하였다. 1.1. 적외선 분광분석(Furier-transform infared Spectroscopy : FT-IR) Paraffin으로 추정되는 코팅제와 Sample시료 간에 어 떤 성분차이를 보이는지 알아보기 위해 FT-IR 분석을 통하여 스펙트럼의 피크를 비교 분석하였다. FT-IR은 Fourier Transform Infrared Spectrometer의 약어로 우리말로는 퓨리에 변환 적외선 분광 광도계라 고 한다. 이것은 FT가 적용되지 않았던 1970년대 이전 에는 Dispersive IR을 주로 사용하였는데 지금도 다양한 액세서리 및 분석 방법을 접목하여 IR 분석 기술을 개 발하고 있기 때문에 전체적으로 IR 또는 적외선 분광 광도계라고만 부르기도 한다. 박물관, 미술관에 가장 널 리 보급되어 있는 분석 장비 중 하나이다. FT-IR 분석은 시료에 적외선을 투과(반사)시켜 분자의 쌍극자모멘트 변화에 기인하는 진동(적외선 흡수) 스펙 트럼을 측정, 분자 고유의 작용기(functional group)를 해 석하여 물질의 특성을 동정하는 방법이다[5]. 실험에 사용된 기기는 Thermo Fisher Scientific社의 Nicolt 6700 FT-IR을 사용하였다. 1.2. 가역성 실험 가역성 실험은 FT-IR 분석 결과를 통해서 증명된 코 팅제를 사용하여 시편을 제작하였다. 시편제작은 코팅 제와 같은 성분의 시료를 지름 34 mm, 두께 10 mm의 시편 제작 틀을 이용하여 중탕으로 녹인 후 틀에 부어 서 시편을 제작하였다. 또한 모든 시편의 통일성을 고 려하여 시편이 정확히 2.0 g이 되도록 사포나 소도구로 갈아내어 실험결과에 오류가 발생하지 않도록 하였다. 유기용제는 각각 20 g 씩 비이커에 담아서 준비하였다. 특히 유기용제는 휘발성이 강하므로 기화되는 것을 방 지하기 위해 밀봉을 하였다. 가역성 효과판정은 유기용제별 파라핀의 용융력 비교.

(3) 철제유물 표면코팅제로 사용된 파라핀 제거방법에 관한 연구 - 경희대학교박물관 소장 철제유물을 중심으로 -. 를 통해 알아보았다. 용융력 비교는 미세저울을 이용해 서 시간별 중량변화를 기록한 후 차이를 관찰하였다. 실 험에 사용된 기기는 Ohaus사의 AR2140 미세저울을 사 용하였다. AR2140 미세저울은 최소 1 mg~210 g까지 측 정이 가능한 저울로 정밀도는 1 mg이다.. 2. 재료 2.1. 파라핀(Paraffin)의 특성 파라핀은 구성이 간단한 탄수소 20~36인 직쇄포화탄 화수소(이하, n-파라핀이라 한다)를 주성분으로 하며, 소 량의 측쇄상 포화탄화수소(이하 ISO파라핀), 나프렌(Cyclo 파라핀)방향족 등을 포함, 분자량은 300~500이다. 파라 핀이 n-파라핀 주제임은 오래전부터 보고가 있다. 또한 이소파라핀(Isoparaffin)을 함유하고 있다는 것도 페리스 (S. W. FERRIS)에 의해 지적되고 있다. 파라핀의 성상 에 대해 Table 1[4]에 나타내었다. 2.2. 밀납(Bees Wax)의 특성 밀납은 냉알콜에는 조금 녹고, 클로로폼, 에테르에는 완전히 용해된다. 냉벤젠, 냉이황화탄소에는 일부 녹으 며, 30oC에서는 완전히 용해된다. 또한 유지, 왁스 및 수지류는 상용성(相容性)이 있다. Table 2에서는 유럽계 조밀납의 성상에 대해 나타내었다[4].. Ⅱ. 분석 및 가역성 실험 1. FT-IR 분석 유물에서 채취한 Sample시료와 Paraffin, Bees Wax시 료를 대상으로 FT-IR Spectrum peak를 비교 분석하였다. 그 결과 Sample과 Paraffin은 두 시료 모두 650 cm1와 2350 cm1 그리고 2900 cm1에서 작용기가 관찰되었다. 특. Table 1. Characteristics of paraffin.. Properties. Paraffin o. Melting Point ( C) Color. 90∼150 White. Flash Point (oC). > 350. Refractive Index (75oC). 1.428∼1.432. Molecular Weight. 225∼450. Redisue (wt%). < 1.0 o. Penetration (100 g/5s, 25 C). 12~75. Table 2. Characteristics of bees wax.. Maximum Minimum. Average. Acidity. 35.8. 16.8. 19.2. Saponification. 149.0. 89.3. 96.7. Element Value. 16.4. 6.8. 10.2. 65.0. 62.0. 64.0. Freezing Point ( C). 63.5. 60.7. 62.7. Ash Content (%). 0.037. 0.005. 0.019. Compressibility (nD). 1.4527. 1.4388. 1.4409. 0.970. 0.927. 0.953. o. Melting Point ( C) o. 15. Specific Gravity (d ). 히 2350 cm1에서는 두 시료 모두 강한 peak를 보이는 것 으로 보아 같은 성분임을 확인할 수 있다. Bees Wax의 경 우 2900 cm1에서는 앞의 두 시료에 비해 강한 피크를 보 이는 반면 2350 cm1에서는 약한 피크를 보이고 있다. 그 리고 Figure 4 에서 보는것과 같이 700 cm1~1800 cm1에서 산발적으로 작용기가 검출되는 것이 확인되었다. 이러한 결과로 미루어 볼 때 Sample은 Paraffin과 같은 성분임을 알 수 있다. Paraffin은 삼중결합을 하고 있는 알킨족탄 화수소(2350 cm1)가 다량 함유되어 있는 반면 일중결합. Figure 1. FT-IR Spectrum peak of sample. 25.

(4) 박물관 보존과학 제 13집 (2012). Figure 2. FT-IR Spectrum of Paraffin .. Figure 3. FT-IR Spectrum of Bees Wax.. Figure 4. FT-IR Spectra of Sample, Paraffin, and Bees Wax.. 26.

(5) 철제유물 표면코팅제로 사용된 파라핀 제거방법에 관한 연구 - 경희대학교박물관 소장 철제유물을 중심으로 -. Paraffin, Bees Wax의 FT-IR Spectrum을 Figure 1 ~ 3에 나타내었다.. Figure 5. Paraffin specimens.. 을 하고 있는 알칸족탄화수소(2900 cm1)가 상대적으로 적게 함유 된 것이 확인되었다. Bees Wax의 경우 위의 시료와는 반대로 알칸족탄화수소가 다량 함유된 반면 알킨족탄화수소는 미량 함유된 것으로 나타났다. 그리고 Carbonyl계열인 Aldehyde, Katone, Ester, Carboxylic Acid 가 산발적으로 함유된 것으로 확인 되었다. Sample,. 2. 가역성 실험 실험은 1차와 2차에 걸쳐 실시하였다. 먼저 1차 실험 은 유기용제 9가지(Figure 4)를 선정하여 시편을 유기용 제에 침적한 후 어떤 약품이 Paraffin을 용융 시키는지 확 인하였다. 1차 실험에 사용된 유기용제는 Xylene, Toluene, Methyl chloride, Trichloroethylene, Ethyl Alcohol, Methyl alcohol, Acetone, Methyl ethyl Ketone, Dimethyl formamide 까지 총9가지를 사용하였다. 이중 1차 실험에서 반응을 보 이는 유기용제인 Xylene, Toluene, Trichloroethylene, Methyl alcohol 4가지(Figure 7)만을 선별하여 2차 실험을 실시하였 다. 2차 실험에서는 20 g의 유기용제에 2 g의 파라핀을 침적시킨 후 3시간 간격으로 파라핀이 모두 용융될 때 까지 중량변화를 관찰하였다. 실험결과 Methyl alcohol은 실험 6시간 까지는 가장 빨리 Paraffin을 용융 시키는 것으로 보였으나 12시간 이후부터는 밀봉을 했음에도 불구하고 용매의 빠른 휘 발성으로 인해 Paraffin이 다시 응고되는 현상이 발생하 여 이후부터는 측정이 불가능 하였다. Toluene과 Xylene. Figure 6. First experiments on primary organic solvents. 27.

(6) 박물관 보존과학 제 13집 (2012). Table 3. Organic solvents according to the weight of the paraffin change. (Unit : g). Measurement Toluene Trichloroethylene Xylene Time. Figure 7. solvents (a) Toluene, (b) Xylene, (c) Trichloroethylene, (d) Methyl alcohol.. 의 경우 12시간 이후에는 Paraffin의 중량이 0.1 g 미만 으로 측정되어 서로 유사한 용융력을 보이고 있었다. Trichloroethylene은 18시간 이후가 되어서야 Paraffin이 모두 용융 되는 것으로 확인되었다. 실험결과에 대해 Table 3에 나타내었다. 하지만 실제 유물을 덮고 있는 파라핀을 제거하는 경 우에는 밀폐가 아닌 열린 공간에서 진행해야 하므로 휘 발성이 강한 Methyl alcohol이나 Trichloroethylene 보다 는 휘발성이 약한 Toluene이나 Xylene이 가장 적합할 것으로 판단된다.. 3. 연구결과 현재 유물 표면에 코팅되어 있는 코팅제의 Sample과 코팅제로 추정되는 Paraffin이나 Bees Wax에 대한 FTIR 분석을 실시한 결과 유물에 사용된 코팅제의 Sample 은 모든 작용기가 Paraffin과 일치하는 것이 확인 되었 다. 이러한 결과를 토대로 Paraffin시편을 제작하여 유 기용제를 이용한 가역성실험을 실시한 결과 Toluene,. 0 hr. 2.0. 2.0. 2.0. 2.0. 3 hrs. 1.2. 1.4. 1.5. 1.1. 6 hrs. 0.6. 1.0. 0.9. 0.4. 9 hrs. 0.1. 0.6. 0.1. 0.1. 12 hrs. 0. 0.3. 0.04. -. 15 hrs. 0. 0.1. 0.02. -. 18 hrs. 0. 0. 0. -. Xylene, Trichloroethylene, Methyl alcohol 4종의 용제 에 용융되는 것이 확인되었다. 이중 Methyl alcohol은 휘발성이 강해 실제 유물에 적용하기에는 작업성에 문 제가 있는 것으로 판단되었으며 Xylene이나 Trichloroethylene은 용융시간이 Toluene에 비해 현저하게 떨어지는 것이 확인되었다. 따라서 유물 코팅에 사용된 Paraffin 을 제거하기 위한 용제는 Toluene이 가장 적합한 것으 로 판단하였다.. Ⅲ. 보존처리 1. 상태조사 연구대상은 경희대학교박물관 소장유물로 보존처리 후 많은 시간이 지남으로써 재부식이 발생하여 내부금 속과 외부금속이 서로 분리되어 몇 개의 편으로 파손되 었으며 금속표면은 Figures 9, 10에서 보는 것과 같이 파라핀으로 추정되는 물질로 코팅이 되어있는 상태이다. 코팅제는 Figure 9, 10 (a), (b)에서 보는 것과 같이 투명 성이 떨어짐으로 인해 표면관찰이 불가능하며 코팅제의 고형화(Figure 11)로 금속과 코팅제 사이에 틈이 발생한 상태이다.. Figure 8. Organic solvents according to the weight of the paraffin change. 28. Methyl alcohol.

(7) 철제유물 표면코팅제로 사용된 파라핀 제거방법에 관한 연구 - 경희대학교박물관 소장 철제유물을 중심으로 -. Figure 9. a The external before processing, a-1 The internal before processing.. Figure 10. b The external before processing, b-1 The internal before processing (Details Photo).. Figure 11. c The cross-sectional before processing, c-1 Details Photo.. 2. 보존처리 방안 본 유물에 대한 상태조사를 통하여 보존처리 방안을 크게 세 가지로 정리 하였다. 첫째, 표면관찰이 어려운 부분에 있는 코팅제는 제거 한다. 관찰이 어려운 금속표면의 코팅제는 제거하여 유 물이 왜곡 되어 보이지 않도록 한다. 둘째, 내부에 파손된 편들을 지지하고 있는 코팅제는 제거하지 않는다. 내부에 파손된 편들을 지지하고 있는 코팅제를 제거할 경우 유물 전체가 붕괴되어 100% 재 접합이 불가능 할 수도 있으므로 완전 해체는 하지 않 는다. 셋째, 코팅제 제거방법은 화학적인 방법을 적용한다. 물리적인 방법을 적용할 경우 요철형태로 이루어진 금 속표면에서 코팅제를 100% 제거하는 것은 어렵다. 따 라서 본 코팅제를 가역 할 수 있는 약품을 예비실험을 통해 선정된 유기용제를 유물에 적용한다. 하지만 상황. 에 따라 부분적으로 물리적인 방법을 적용 할 수 있다. 특히 사용되는 약품이 인화성 물질인 것을 감안하여 가 열방법은 절대 적용하지 않는다.. 3. 보존처리 과정 유물 표면에 고착되어있는 Paraffin제거는 위의 실 험에서 선정된 Toluene을 사용하였다. 먼저 유물 표 면에 코팅된 Paraffin위에 거즈를 덮은 후 붓으로 Toluene을 도포하여 고체 상태인 Paraffin이 Toluene 에 의해 융해되도록 하여 거즈에 흡착되도록 여러번 반복하여 Paraffin을 제거 하였다. 또한 유물 단면에 고착된 Paraffin은 면봉에 Toluene을 묻혀서 조금씩 제거하는 방법을 사용하였다. Paraffin이 제거된 유물 은 Ethyl Alcohol로 잔존하는 Toluene을 완전히 제거 한 뒤 접합ㆍ복원 과정을 통해 본래의 모습을 찾아 주었다.. 29.

(8) 박물관 보존과학 제 13집 (2012). Figure 12. (a) Paraffin removal of surface, (b) Paraffin removal of cross-section, (c) The junction of damaged part, (d) Cracks restore.. Figure 13. (a) The external after processing, (b) Microscope 47 magnification.. Figure 14. (a) The internal after processing, (b) Microscope 47 magnification.. Figure 15. Junction and restored after completing. After conservation treatment. 30.

(9) 철제유물 표면코팅제로 사용된 파라핀 제거방법에 관한 연구 - 경희대학교박물관 소장 철제유물을 중심으로 -. Ⅳ. 결. 론. 본 연구는 경희대학교박물관 소장 철제유물 중 표면 에 Paraffin과 Bees Wax로 추정되는 코팅제로 인해 투 명성이 떨어져 유물 관찰에 어려움이 있는 유물을 대상 으로 코팅제 제거 연구를 실시하였으며, 이를 위해 가 역성실험을 동반한 재처리방법에 대해 연구를 실시하였 다. 연구과정은 문헌조사를 통해 Paraffin과 Bees Wax의 특성을 조사한 뒤 Paraffin과 Bees Wax 그리고 채취한 Sample의 FT-IR 분석을 통해 Sample 성분이 Paraffin과 일치하는 것을 확인하였다. 1차 예비실험을 통해 Paraffin 을 용융시킬 수 있는 유기용제 4종을 선정하였다. 그리 고 선정된 유기용제는 2차 가역성 실험을 통하여 가장 효과가 뛰어나면서도 안정적이고 작업이 용이한 약품 2 종을 선정하였다. 선정된 약품 2종 중 가장 효과가 뛰 어난 Toluene을 사용하여 유물에 코팅된 Paraffin을 제 거함으로서 Figure 15에서 보는 것과 같은 결과를 얻을 수 있었다.. Paraffin이나 Bees Wax로 코팅된 유물의 경우 투명성 이 떨어져 유물이 왜곡되어 보일 수도 있으며, 유물 내 부에서 부식이 발생할 경우 부피 팽창으로 인해 균열이 발생하여 부식인자가 침투할 수 있는 틈을 만들어 주게 된다. 이러한 유물을 방치할 경우 지속적인 부식이 이 루어져 심할 경우 돌이킬 수 없는 상황이 발생하게 된 다. 따라서 다양한 실험을 통해 유물이 손상되지 않는 처리방법론에 대한 지속적인 연구가 필요하다.. 참고문헌 1. 이오희 외, 금속유물(청동ㆍ금동)의 과학적 보존처리, 보 존과학연구 5, 국립문화재연구소 (1984). 2. 이오희, 문화재보존과학, 주류성, p162 (2009). 3. 조종수, 고분출토 금속유물의 과학적 보존처리, 보존과학 연구 1, 국립문화재연구소 (1980). 4. 최태규 외, 왁스의 성질과 응용, 도서출판 동화기술, p4066 (2008). 5. 타쿠치 이사무 외, 고고자료 분석법, 서경문화사, p122123 (2007).. 31.

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