STEAM R&E 연구결과보고서

STEAM R&E 연구결과보고서

(훼손된 종이 복원을 통한 고회화의 보존 방법 연구)

2016. 11. 30.

풍암고등학교

< 연구 결과요약 >

과 제 명 훼손된 종이 복원을 통한 고회화의 보존 방법 연구

연구목표

○ 지류 문화재 복원과정에 적용되는 과학적 원리를 탐구

○ 한지의 제작과정 및 우수성에 대한 탐구

○ 찢어진 종이 복원에 사용되는 독창적인 풀의 개발 탐구

연구내용

□ 연구방법

○ 전문가 풀 재현 실험 : 물과 전분을 이용한 풀 제작(혼합비율 근접 추정)

○ 독창적인 지류 복원용 풀 개발 : 식품응고제 첨가를 통한 실험

○ 훼손된 종이 복원 및 샘플 제작

○ 복원 지점의 섬유 구조상태 확인 : 광학현미경

○ 종이 복원력 테스트 : 샘플의 인장력 측정

○ 문화재 복원 전문가에게 제출 및 수검

□ 연구절차

○ 실생활 문제인식으로부터 지류문화재 복원에 대한 가설 설정

○ 한지 전문가 자문을 통한 고회화에 사용된 주재료(종이) 확인 및 재료 획득

○ 전문가용 풀을 이용한 학생 수준의 독창적 지류 복원용 풀 개발

○ 객관적(실험기기 이용), 주관적(전문가 수검) 방법을 통한 가설 검증

□ 전문가 활용

○ 1차 : 연구주제 및 방법에 대한 토의, 실험 방법 수정

○ 2차 : 문화재에 대한 이해 및 지류 문화재 복원 방법 소개

○ 3차 : 연구팀이 복원한 종이 상태 의뢰 및 전문가 풀 제작 기법 자문

○ 4차 : 최종 복원 샘플 검증 및 연구 과정에 대한 종합적 검토 의견 수렴

연구성과

○ 지류문화재(고회화)에 주로 사용되는 종이의 확인 : 전통한지, 대마종이

○ 문화재의 복원(수복) 과정과 방법을 전문가로부터 지도받고, 교내 실험실에서 직접 수행함으로써 종이의 세부 구조와 섬유의 결합 방법에 대한 지식을 습득함.

○ 지류 문화재 복원용 풀의 제작 과정 학습 및 자체 제작 실험

○ 차후 연구 방향 설정 : 경험적으로 제작되는 전분풀의 과학적 정량화

○ 전문가의 풀에 식품응고제를 첨가하였을 때, 종이의 인장력 향상

- 한천가루보다는 젤라틴의 효과가 다소 높은 것을 인장력 테스트를 통해 확인함.

○ 학생주도적 탐구활동을 통한 과학적 연구 능력 향상

○ R&E 지도방법 공유 주요어

(Key words) 고회화, 지류문화재, 복원, 훼손, 보존, 풀, 접착

< 연구 결과보고서 >

1. 개요

□ 연구목적

○ 우리나라의 전통 종이인 한지의 우수성에 대한 뉴스 기사를 접하고, 한지를 다른 나라의 종이와 비교하였을 때 나타나는 우수성을 검증한다.

○ 인류가 일상 생활에서 가장 많이 사용하는 소재인 종이의 성질을 기본으로 한 과학 분야와 조상의 숨결이 깃든 고미술품 복원에 대한 이 내용이 STEAM 연구 주제로서 적합하다는 판단이 들었다.

S T E A M

풀의 접착도,

인장력 종이 복원 기술 문화재 수복 공학 지류 문화재 섬유의 구조(종횡)

○ 고미술품 복원 분야는 문화재가 풍부한 유럽국가에서 매우 중요시되고 있는 분야로서 미래 전망이 밝다. 우리나라 또한 뛰어난 미술품이 많은 아시아의 문화강국으로서 지류 복원 방법에 대한 연구를 진행하고자 한다.

○ 국가 또는 가정에서 보존해야할 가치가 큰 문서, 회화가 훼손되었을 때 신속하게 복원할 수 있는 방법과 그에 대한 과학적 원리를 탐구하고자 한다.

○ 우리나라 고미술품(회화 분야)에 사용된 종이의 재질을 파악하여 탐구한 내용을 바탕으 로 손상 작품에 대한 복원방법을 연구한다.

□ 연구범위

○ 종이의 훼손 유형에 대한 구체적 설정

- 실생활에서 다양하게 나타날 수 있는 종이 훼손 유형(3가지)을 선정하고, 전문가 컨설팅 을 통해 구체적으로 연구하고자 하는 종이의 훼손 유형을 확정한다.

- 종이의 찢어짐(또는 일부 탈락) 상태를 이전 상태로 복원하는 연구를 실시한다.

○ 전문가 조언을 통해 고회화에 사용된 종이를 특정화 - 전주대학교 한지산업기술연구고 방문 및 실험재료 획득

- 기타 실생활에서 자주 사용하는 복사용지, 펄프지의 특성을 연구, 비교한다.

○ 문화재 복원(수복) 전문가 자문을 통해 문화재 복원 기법에 숨겨져 있는 과학적 원리를 탐색하고, 훼손된 종이 복원에 쓰이는 접착제(이하 ‘풀’이라고 칭함)를 연구한다.

- 전문가의 풀에 식품응고제를 첨가하여 복원력이 향상된 풀을 개발한다.

- 경험적으로 제작되는 풀의 재료 혼합비율을 정량적으로 분석한다.

○ 이를 바탕으로 복원한 종이의 복원도를 평가한다.

- 만능재료실험시를 이용한 인장력 측정 / 전문가 의뢰 / 현미경 관찰

2. 연구 수행 내용

□ 이론적 배경 및 선행 연구

○ 관련 논문 1. 종이의 표면 관찰 선행 연구 조사

종이는 중국의 채륜에 의해 발명되었고 한반도에 전파 되었다. 처음에는 중국의 제지방법을 모방하다가 원료는 닥나무 인피섬유를 사용하였고, 흘림뜨기(외발뜨기)로 초지되어 중국의 선지(宣紙), 일본의 화지(和紙)와 비교할 수 없는 우수한 종이가 제조되었다.

천 년 전(751년 제조 추정)에 만들어진 국보 제 126호의 무구정광대다라니경이 그것을 증명해주고 있다. 표면을 FE-SEM으로 관찰[×100(좌), ×500(우)]했을 때 상은 아래와 같다.

전통한지는 섬유가 종, 횡 방향으로 배열되어 있다. 쌍발뜨기 수록한지(B)는 섬유가 종 방향보다 횡 방향을 많이 배열되어 있는 것을 알 수 있다. 기계한지(C)와 복사용지(D)는 대부분 종 방향으로 섬유가 배열되어 있다. 기계지는 섬유 퇴적방법에 따라 과도한 섬유 배향으로 강한 배향성을 나타낸다. 전통한지(A)는 표층섬유와 내층섬유가 종, 횡 방향으로 퇴적되어 있는 것이 관찰되었다. 쌍발뜨기 수록한지(B)는 표층 및 내층의 섬유 모두 횡 방향으로 퇴적되어 있다. 기계한지(C)와 복사용지(D)는 종 방향으로 대부분의 섬유가 퇴적되어 있는 것을 알 수 있다. 전통한지 종 방향의 횡단면에서 보는 섬유 수와 전통한지 횡 방향의 횡단면에서 보이는 섬유 수는 양방향에서 비슷하게 관찰되었 다. 전통한지 종방향의 횡단면에서 보는 섬유와 전통한지 횡 방향의 횡단면에서 보이는 섬유의 수는 종 방향보다 횡 방향이 많게 관찰되었다. 전통한지 종 방향보다 횡 방향의 횡단면에서 보이는 섬유의 수가 더 많게 관찰되었으며, 전통한지의 평량이 증가할수록 즉 전통한지의 두께가 두꺼워질수록 횡 방향으로 배열된 섬유가 증가되었다.

○ 관련 논문 2. 종이 복원용 풀 제조방법 선행연구 조사 가. 풀의 점도(삭힌 밀전분과 비교)

1) 옥수수 생전분(삭히지 않고 습식가공 - 용액이나 용제 따위의 액체를 써서 하는 방식 : 습식-하여 배아, 옥피, 글루텐을 분리 제거하여 사용)

→ 고형분은 낮음에도 불구하고 점도가 높음

2) 옥수수 산화전분 → 고형분의 함량에 비해 점도가 낮음

3) 양성 전분(치환도 0.06) → 고형분의 함량이 낮음에도 상대적으로 높은 점도 4) 양성 전분(치환도 0.08) → 치환도(=DS)0.06인 것보다 높은 점도를 보임 5) 양성 전분(DS 0.06)+산화 전분

→ 산화전분의 투입량이 증가할수록 양성전분 단독 호화(녹말에 물을 넣어 점성을 생기게 하여 풀처럼 끈적이게 하는 것) 시 보다 점도가 상승

6) 양성 전분(DS 0.08)+산화 전분 → 양성전분 단독 호화시보다 점도가 낮음

나. 접착강도(풀의 도포량에 따라) ※ 도포량: 접착 후 원지 평량 - 접착 전 원지 평량 1) 개량한지 도포량 < 전통한지 도포량 / 이유: 한지의 밀도와 관련됨

2) 개량한지( PAM: 분산제) < 전통한지 (닥풀:분산제)

3) 결과 : 호화(녹말에 물을 넣어 점성을 생기게 하여 풀처럼 끈적이게 하는 것) 시 전분의 투입량이 증가하면 풀 도포량이 증가

다. 건조박리 강도

1) 옥수수 생전분은 가장 높았다.

2) DS 0.06인 양성전분은 적은 도포량에도 불구하고 우수한 접착력이었으나, DS 0.06인 산화전분을 혼합시키면 접착력이 감소한다.

3) DS 0.08인 양성전분은 치환도가 높음에도 불구하고 접착강도가 낮았다. 이는 도포된 풀이 내부로 이행되지 않으면서 표면에만 머물렀기 때문이다.

라. 뻣뻣함(스티프니스)

풀의 고형분 함량이 증가할수록 점도가 낮은 경우 내부로 풀의 침투가 증가한다. 결합력이 높지 않아 뻣뻣함 지수가 증가하지 않는다.

1) 양성 전분 : 적은 고형분 함량으로 높은 점도와 결합력으로 종이 포면 잔류량이 증가하여 스티프니스가 증가

2) 옥수수생전분 : 낮은 고형분으로 스티프니스가 크지 않았다.

∴ 이로 보아 문화재 보존 처리 작업 중 유연성을 연구하는 족자배접 작업에서는 적절히 원지 내부로 침투하면서 접착력을 유지하는 전분을 사용하는 것이 필요하다.

○ 관련 논문 3. 세종 실록 복원 관련 선행 연구 조사 가. 세종 실록에 사용된 섬유 분석 결과

1) 섬유장과 폭이 닥나무 섬유와 비슷하고 C-stain 정색반응 결과와 투명막, cross marking, dislocation의 확인을 통해 세종 실록은 닥나무 인피섬유로 되어 있음을 알 수 있었다.

2) 표면 관찰 결과

- 도침 처리로 의한 높은 밀도의 종이를 제조하였다.

- 표면에만 전분 계통의 물질을 첨가하여 도침처리에 적용한 것임을 확인할 수 있었다.

3) 표면과 이면간의 섬유 배향 차이

- 그 당시에도 물질 시 발의 직각 방향으로 섬유를 흘려보내는 흘림뜨기를 행했음을 알 수 있었다.

나. 용어

1) 발 : 가늘고 긴 대를 줄로 엮거나 줄 따위를 여러 개 나란히 늘어뜨려 만든 물건 2) 흘림뜨기 : 한지를 만들 때 종이를 뜨는 방법 중 하나. 참고로 전통한지의 초지법은 흘림뜨기에 해당되는 외발뜨기와 장판지뜨기를 사용함. 그리고 흘림뜨기로 제조한 종이는 두께가 균일하지 못하기 때문에 이를 보완하기 위해 서로 반대 방향으로 결지해 한 장의 종이를 만든다. 이에 따라 가둠뜨기로 만든 종이에 비해 질기다.

□ 연구주제의 선정

○ ‘우리 문화재와 과학’이라는 주제를 바탕으로 토의하던 중, 일상생활에서 발생할 수 있는 문화재의 복원에 대하여 연구할 수 있는 주제를 찾기 위해 브레인스토밍 과정을 진행하였다. 학생들이 직접 또는 간접적으로 경험하고 들은 내용을 토대로 연구희망 주제를 선정하여 주제에 대한 사전 논문 검색, 전국과학전람회의 과거자료, 포털사이트 에서 주제를 검색한 결과, 전문가들의 경험과 독창적 기술에 의해 복원되고 있는 지류 문화재에 대한 과학적 탐구 및 분석은 없었다는 것을 확인하였다. 그리하여 ‘지류 문화재 의 복원 속에 숨겨진 과학적 원리 탐구’를 주제로 선정하게 되었다.

□ 연구 방법

○ 문제 해결을 위한 실험

- 전문가 풀 재현 실험 : 물과 전분을 이용한 풀 제작(혼합비율 근접 추정) - 독창적인 지류 복원용 풀 개발 : 식품응고제 첨가를 통한 실험

- 훼손된 종이 복원 및 샘플 제작

- 복원 지점의 섬유 구조상태 확인 : 교내 보유 현미경

- 종이 복원력 테스트 : 조선대학교 재료공학과 물리야금실험실 - 문화재 복원 전문가에게 제출 및 수검

○ 기법

- 실생활 문제인식으로부터 지류문화재 복원에 대한 가설 설정

- 한지 전문가 자문을 통한 고회화에 사용된 주재료(종이) 확인 및 재료 획득 - 전문가용 풀을 이용한 학생 수준의 독창적 지류 복원용 풀 개발

- 객관적(실험기기 이용), 주관적(전문가 수검) 방법을 통한 가설 검증

○ 전문가 자문

- 1차 : 연구주제 및 방법에 대한 토의, 실험 방법 수정 - 2차 : 문화재에 대한 이해 및 지류 문화재 복원 방법 소개

- 3차 : 연구팀이 복원한 종이 상태 의뢰 및 전문가 풀 제작 기법 자문 - 4차 : 최종 복원 샘플 검증 및 연구 과정에 대한 종합적 검토 의견 수렴

□ 연구 활동 및 과정

○ 가설설정

- 무구정광대다라니경, 조선왕조실록 등의 지류 문화재의 복원 또는 보존에 관한 사전 연구(논문) 조사를 바탕으로 본 STEAM 연구를 위해 ‘풀(접착제)을 이용하면 찢어진 종이의 복원력이 높아질 것이다.’라는 최초의 가설을 설정하였다.

- 다양한 필기류에 의한 낙서를 휘발성 화학용매를 이용하여 제거할 수 있다는 가설을 설정하고 이를 검증하기 위해 연구를 시작하였다.

○ 1차 전문가 자문 : 전주대학교 / 한지산업기술연구소 - 자문 주제

① 우리 조상들이 고회화 제작에 사용한 전통 종이의 종류

② 한지의 제작 과정 및 물성

③ 지류 문화재 복원에 대한 연구(풀 제작)

- 전통적으로 우리의 고회화에 사용된 종이는 대마지와 닥나무의 섬유를 이용한 전통한지 라는 것을 전문가 자문을 통해 확인할 수 있었다. 그 밖에도 우뭇가사리를 이용한 종이, 닥종이 등을 관찰하였다. 또한 닥나무에서 한지가 제작되기까지의 과정을 나타내는 섬유의 구조를 확인하고 종이라는 소재가 섬유의 얽힘에 의해 만들어진다는 것을 알게 되었다. 외부 영향에 의해 찢어진 종이를 복원하기 위해 섬유와 섬유의 방향을 잘 파악하 고 접합시킬 수 있는 실력이 있어야 한다는 것을 확인할 수 있었다.

연구 주제 검토 닥섬유 손질 단계 전통한지의 제작

- ‘표구의 이해’라는 서적을 전문가로부터 제공받았으며, 표구를 위한 접착제의 제작 방법 및 첨가되는 물질들이 간단하게 실려 있었다. 현재 우리나라와 일본의 지류 문화재 복원 기술을 비교했을 때 일본이 우위에 있으며 불국사 석가탑에서 발견된 우리나라의 국보 무구정광대다라니경을 일본의 기술자의 일부 도움으로 복원하고 보존하는 데 기여하였다고 하며, 지류 문화재 복원 기술의 성패는 풀(접착제)에 달려있다는 것을 알게 되었다. 지류 문화재의 복원에 사용되는 접착제는 일반적으로 전분과 물을 혼합하 여 제작한다. 일부 생선의 부레 등을 첨가하기도 한다는 것을 본 전문가 자문을 통해 확인하였다.

○ 1차 연구 : 훼손된 종이 기초 복원하기 / 학교 실험실 - 종이의 훼손 종류 설정 : 찢어짐, 낙서

- 실험과정

① 한지 표면 관찰

• 교내 실험실 현미경(×50)을 이용하여 전문가로부터 획득한 종이 4종(전통한지, 대마, 우뭇가사리, 닥종이)의 구조를 관찰한다.

• 종이를 분리(손의 힘을 이용한 자연적 분해, 문구용 칼을 이용한 절단)하였을 때 종이 단면의 구조를 관찰하고, 접합하기 위한 방법을 토의한다.

② 종이에 사용되고 있는 풀(판매용)을 이용한 종이접합 실험

• 분리면을 접합하고 현미경을 이용하여 접합면을 관찰

• 사용된 풀 : D사 본드, P사 접착제, O사 공작용 접착제, A사 풀

③ 필기도구별 낙서, 얼룩 제거방법

• 종이 종류별, 필기도구별 낙서, 얼룩 제거 방법(물, 지우개) 연구

• 사용된 필기구 : 유성매직, 유성네임펜, 크레파스

연구 주제 검토 샘플 제작 실험 준비물

④ 실험결과

• 한지 표면 및 단면 관찰

가. 한지 섬유의 배열 방향은 종방향 보다 횡방향을 이루는 경우가 많다.

나. 찢어진 종이(손, 칼)를 접합할 때 사전에 현미경으로 절단면의 섬유 배열을 확인한 후 접착용 풀을 이용하여 복원 방향 결정 필요

• 낙서 제거 실험

가. 유성펜(매직, 네임펜) 낙서 제거는 화학적 방법으로 수행하는 것이 물리적 방법으 로 제거하는 것보다 효과적일 것으로 판단됨(지우개를 이용하였을 때, 종이 표면의 파손 현상 발생)

나. 크레파스, 색연필의 낙서 제거는 지우개를 이용한 물리적 방법으로도 가능하고, 물을 이용하여 낙서 농도를 저하시키는 것도 하나의 방법으로 판단됨.

다. 붓펜(먹) 낙서 제거 또한 물리적 방법으로 효과가 있음을 확인

• 샘플 사진

가. 종이의 표면, 절단면 현미경 관찰 및 접착방안 연구

나. 필기도구별 낙서, 얼룩 제거방법 연구

○ 2차 전문가 자문 : 원광대학교 / 동양학대학원 김범수 교수연구실 - 자문 주제

① 회화에 사용되는 종이의 종류 및 확인

② 문화재 복원 과정 동영상 시청 및 질의응답

③ 실제 문화재 복원 사례(수월관음도 견학)

④ 추후 복원과정 참여 협조

- 회화에 사용되는 종이에 대한 자문을 바탕으로 본 연구팀이 연구에 사용할 종이를 특정화할 수 있었다. 많은 고회화는 전통한지 또는 대마지를 이용하여 제작되었으며 전주대학교 한지연구소에서 획득한 종이를 이용하여 연구를 진행하고자 한다.

- 문화재 복원 및 수복 전문가가 현재 복원하고 있는 작품(수월관음도)을 견학하고 지류 문화재 복원에 대한 세부적인 기법과 밝혀지지 않은 과학적 원리에 대하여 자문 - 지류 문화재는 종이의 특성을 매우 깊게 이해하고 있어야 하며, 종이는 종ㆍ횡방향

섬유의 엇갈림에 의해 제작되었으므로 절단된 곳의 섬유를 핀셋으로 풀어헤치고 물과 풀을 이용하여 접합해야 한다는 자세한 기법을 듣게 되었음.

지류 문화재 복원 자문 현재 복원작 견학 사례 동영상 관찰

○ 중간컨설팅(온라인)

- 연구 내용 과다 및 연구 목적에 맞게 구체화하여 재구성 요망 - 훼손된 종이의 복원을 판단할 수 있는 객관적 증거 필요

- 연구하기 위한 종이의 구체화(기존 문화재에 사용된 종이, 접합 가능성 등) - 낙서 및 얼룩 제거 방법에 대해 실제 문화재 복원 기법 조사 필요

- 흥미로운 탐구 주제이고, 전통 한지의 우수성에 대한 학습 경험 제공

○ 2차 연구 : 전문가의 방법을 이용한 찢어진 전통한지 복원 / 학교 실험실

- 중간컨설팅 결과를 바탕으로 고회화 복원을 위한 종이 설정 배경을 명료화하고, 연구 내용을 구체화하여 보다 심도 있는 STEAM R&E가 진행될 수 있도록 협의함.

- 추후 문화재 복원 전문가를 재차 방문하여 지류 문화재의 복원 과정에 대한 상세한 내용을 자문 받아 학생의 수준에 맞는 지류 복원 샘플 제작

- 실험과정

① 샘플 제작(10×10cm 크기, 칼을 이용하지 않은 찢어짐 설정)

• 2명 전문가의 자문을 바탕으로 연구 재료를 확정함.(대마종이, 전통한지) 고회화에 가장 많이 사용되는 종이로서, 접합가능성이 다른 종이에 비해 높음.

• 훼손 유형을 ‘찢어짐’으로 특정화하여 연구 내용을 구체화

② 종이 복원

• 핀셋을 이용하여 절단면의 섬유를 풀어내고, 물을 이용하여 접합

• 육안 및 현미경을 이용한 관찰

섬유 풀기 접합면 준비 현미경 관찰(×50)

③ 차후 계획

• 지류 문화재 접합용 풀 제작원리 조사

• 2차 연구 샘플 전문가 의뢰 및 복원도 검증

○ 중간발표회 참가 / 이화여대 - 진행상황 보고 및 연구과정 점검 - 전문가 피드백 결과(7건) 획득

① 연구팀 개별 역할에 대한 명확한 정립 필요

② 종이의 복원이 잘 되었다는 기준에 대한 제시 필요

→ 섬유질이 보이지 않는다는 설명보다는 보다 객관적이고 전문적인 검증 필요 예를 들어 인장력 테스트와 같은 정밀한 검증 자료를 제시하면 도움이 됨

③ 현미경 촬영에 대한 조언

→ 현미경 관찰 시 촬영 사진에 스케일에 대한 내용 첨가

복원 결과를 과학적으로 평가하기 위해 현미경 관찰을 보다 구체적으로 시행

④ 복원 실습한 샘플을 전문가에게 보이고 검증하였을 때 자문을 다시 구하기

⑤ 지류 문화재 복원에 필요한 풀의 종류와 제작 방법에 대한 조사 필요

⑥ 풍암고 연구팀만의 차별성, 독창성을 가질 수 있는 소재 필요

⑦ 실험 재료를 줄인 만큼 깊이 있는 연구과정과 결과를 제시할 수 있도록 노력

중간발표회 참가 연구과정 보고 발표 자료

- 연구팀 회의(학생 및 지도교사) 및 피드백 내용 적용방안 모색

① 개별 역할 재정립

서원진 최서진 최현진 최주희

ㆍ접착제(풀) 제작 ㆍ표구 과정 연구

ㆍ연구과정 기록 ㆍ회의록 작성

ㆍ종이 접합 ㆍ사진 촬영

ㆍ총괄

ㆍ보고서 작성

② 복원 정도의 과학적 근거 제시

→ 객관적 방법 : 조선대학교 물리야금실험실 협조 인장력 테스트 실시 주관적 방법 : 문화재 복원 전문가에게 보이고 검증 실시 / 의견 수렴

③ 현미경 촬영에 대한 조언

→ 현미경 스케일 및 배율 표시 방법에 대한 조사 및 전자현미경 협조

④ 지류 문화재 복원에 필요한 풀의 종류와 제작 방법에 대한 조사 필요

→ 전문가 풀 획득 협조 및 혼합 재료의 비율 정량화 노력

⑤ 풍암고 연구팀만의 차별성, 독창성을 가질 수 있는 소재 필요

→ 식품응고제(한전, 젤라틴)을 첨가하여 복원력이 향상된 접착용 풀 제작 실험

○ 3차 전문가 자문 : 원광대학교 / 동양학대학원 김범수 교수연구실 - 자문 주제

① 2차 연구 결과물 의뢰 및 복원도 검증

② 전문가의 지류 문화재 복원용 풀 제작기법 자문

③ 실제 문화재 복원 과정 참여

- 2차 연구과정에서 복원한 샘플을 문화재 복원 전문가에게 보이고, 복원 정도에 대한 평가를 받을 결과, 80% 이상 복원된 것으로 고등학생 기준 수준급의 복원도를 보인다는 의견을 얻었음.

- 섬유를 풀어 복원하는 과정은 좋았으나, 단절된 두 면의 사이에 이격을 두고 복원을 해야 접합면이 눈에 잘 보이지 않고 섬유간의 결합도 안정화된다는 자문을 받음

연구 샘플 검증 복원 과정 참여 전문가용 풀 획득

- 지류 문화재 복원 전문가가 제작하는 접착제의 제작 과정에 대한 기법을 소개 받음.

그 과정은 실외의 바람이 잘 통하는 곳에서 전분과 물을 혼합하여 장기간 숙성시키고 부유물을 제거함으로써 순수한 전분 풀을 얻을 수 있다고 확인함.

- 푸른 곰팡이 등을 수시로 제거하여야 깨끗한 접착제를 제작할 수 있음.

- 현재 이와 같은 풀 제조기법은 장인(전문가)의 경험적 방식으로 제작되고, 도제에 의해 구전 또는 실습으로 전수될 뿐 풀의 형성에 대한 과학적 원리 또는 정확한 혼합 비율 등에 대해서는 밝혀지지 않아 전문가의 입장에서 추후 이와 같은 내용이 깊이 있게 진행되었으면 하는 의견을 청취함.

- 현장에서 지류 문화재를 복원하는 과정에 견학 및 참여하여 전문가에 의한 고회화 작품이 복원되는 과정을 관찰하고 의미를 되새김.

- 또한 이 과정에서 사용된 전문가용 풀을 일부 협조 받아 학교 실험실에서 본 연구를 진행시킬 수 있는 재료로 사용할 수 있도록 함.

풀 제작 단계 전문가 용 풀 제작 불순물 제거

○ 3차 연구 : 전문가의 풀 재현 및 독창적 풀 제작 실험 / 학교 실험실 - 경험적으로 제작되는 지류 문화재 복원용 풀에 대한 과학적 정량화 - 식품응고제 첨가를 통한 본 연구팀만의 독창적 풀 제작 실험

- 연구 1. 독창적인 지류 문화재 복원용 풀 제작

① 3차 전문가 자문으로 획득한 전문가용 풀을 준비한다.(냉동보관)

② 천연식품 응고제(한천가루, 젤라틴)를 소량 첨가하여 섬유의 결합력 증가 기대

③ 가설 설정 : 식품응고제가 첨가된 전문가의 풀이 복원력이 더 강할 것이다.

④ 대조군 및 실험군 설정

구분 대조군 실험군

내용 전분풀(전문가 제작) 전문풀 + 한천가루 3.4g 전문풀 + 젤라틴 3.4g

⑤ 용어의 정리 : ‘복원’

• 문화재의 복원이란, 찢어진 종이를 다시 결합시키는 것이 아님. 지류 문화재의 일부분이 탈락된 후, 오랜 시간이 지나 그와 비슷한 종이를 선정하여 탈락된 면에 다시 결합하는 것임. 즉, 본 연구팀의 실험과정에서도 이와 같은 방식을 적용하여 연구를 진행하였음.

• 지류 문화재 복원 과정 모식도

① ②

⇩

③ ④

⑥ 훼손된 부분은 손실되었다는 가정에 따라 본 연구팀이 선정한 종이를 이용하여 절단 면에 맞게 칼로 재단한다. 양 단면의 섬유를 도구를 이용하여 풀어헤치고 물과 풀을 이용하여 접착한다.

⑦ 실험군 및 대조군을 이용하여 복원력 측정을 위한 샘플을 제작한다.

실험준비물 복원과정 샘플제작

- 연구 2. 전문가 풀의 정량화

① 감자전분과 물을 혼합하고 6개월 이상 정화과정을 거치면 3차 전문가 자문과정에서 본 연구팀이 획득한 전문가의 풀이 제작된다. 그러나, 경험적으로 제작된 풀은 시간과 제작자에 따라 물성의 차이가 있을 수 있으므로 지류 문화재 복원에 가장 적합한 전분과 물의 혼합비율을 해당 연구를 통해 밝히고자 한다.

② 가설 설정

가. 전분의 종류에 따라 풀의 지류 복원력이 달라질 것이다.

나. 전분과 물의 혼합비율에 따라 풀의 지류 복원력이 달라질 것이다.

③ 전분가루(감자, 고구마, 옥수수)와 물을 준비한다.

④ 혼합물의 용량은 400g으로 하고, 전분가루와 물의 함량을 달리하여 제작한다.

1조 2조 3조

감자전분 물 제작

결과 고구마

전분 물 제작

결과 옥수수

전분 물 제작

결과

100g 300g ○ 100g 300g ○ 100g 300g ○

200g 200g ○ 200g 200g ○ 200g 200g ○

300g 100g 제작불가 300g 100g 제작불가 300g 100g 제작불가

⑤ 복원력 측정을 위한 샘플을 제작한다.

실험준비물 복원과정 샘플제작

⑤ 실험결과

• 전분풀의 제작은 가능하였으나, 훼손된 종이의 접합은 이루어지지 않음.

• 이유에 대한 연구팀의 토의 결과, 6개월 이상의 장기 숙성이 필요한 지류 문화재 복원용 풀의 제작기간이 매우 짧았으며(3주), 1회의 실험으로 전문가의 수준에 도달 하는 것은 큰 어려움이 있음.

• 차후 대책으로 2학기 종료 또는 2017년 방학기간 동안 전분풀을 제작할 수 있도록 노력하고, 혼합비율을 보다 세분화하여 경험치를 정량화할 수 있도록 노력

○ 4차 전문가 자문 : 조선대학교 / 공과대학 재료공학과 장우양 교수

① 연구 주제 소개 및 내용의 발전 방향에 대한 지도

② 단절된 종이의 접합 부분 복원도 측정법에 대한 자문

③ 연구 결과물(접합된 종이)의 인장력 측정 결과 자료 분석 및 자문

재료의 특성 자문 복원도 측정 현미경 관찰

○ 실험결과 검증 : 조선대학교 공과대학 재료공학과 / 물리야금실험실

① 복원 종이 샘플 인장력 측정

• 예비샘플과 본 실험샘플을 1개씩 준비하여 종이의 인장력 측정을 위한 예비실험을 실시한다. 실험 장비에 준비한 샘플을 고정하기 위해 종이를 4회 접어서 장력을 가한다.(자연상태로 설치 시, 고정이 불가함)

• 실험 순서는 1조 전통한지, 2조 대마 종이로 하고, 각 조의 세부 실험 순서는 전문가의 풀 → 풀 + 한천가루 3.4g → 풀 + 젤라틴 3.4g 으로 한다.

• 최대 인장 강도를 측정하여 복원된 종이의 섬유질이 형태를 유지하기 위한 최소한의 힘을 구하고, 그래프로 이를 나타낸다.

• 샘플별 최대 인장력

구분 1조 : 전통한지 2조 : 대마 종이

전문가 풀 전문가 풀

+한천가루 전문가 풀

+젤라틴 전문가 풀 전문가 풀

+한천가루 전문가 풀 +젤라틴 최대인장

(kgf) 4.70 2.82 5.11 4.01 4.36 4.51

• 실험 결과

전통한지 : 전문가 풀 전통한지 : 전문가 풀 + 한천가루

전통한지 : 전문가 풀 + 젤라틴 대마종이 : 전문가 풀

대마종이 : 전문가 풀 + 한천가루 대마종이 : 전문가 풀 + 젤라틴

② 접합면의 현미경 관찰 결과(×50)

전통한지 접합부 전통한지 비교

대마종이 접합부 대마종이 비교

3. 연구 결과 및 시사점

□ 연구 결과

○ 찢어진 지류문화재(고회화)에 주로 사용되는 종이 재료는 전통한지와 대마종이이다.

- 지류 문화재를 복원할 때 초기 작업은 문화재에 쓰인 종이와 종류와 재질이 같은 종이를 구하고 겉보기 색과 질감을 대조해보는 것이다.

- 한지연구소 방문을 통해 우리나라 고회화에 가장 많이 쓰이는 종이를 확인하고 재료를 특정화하여 연구를 실시하였다.

○ 탈락된 부분을 수복하는 과정과 방법을 전문가로부터 지도받고, 교내 실험실에서 직접 수행함으로써 종이의 세부 구조와 섬유의 결합 방법에 대한 지식을 습득하였다.

- 종이는 종과 횡 방향의 섬유가 복작하게 얽혀 있는 구조이며, 지류 문화재 복원 과정에서 섬유의 구조를 반드시 확인하여야 한다.

- 덧붙일 종이 재료의 단면에 대해서도 섬유를 풀어헤쳐 결합하도록 한다.

○ 물과 전분을 혼합하여 장기간 숙성함으로써 지류문화재 복원용 풀을 제작한다.

- 본 연구팀에서 제작한 풀은 6개월 이상 숙성하지 못하여, 종이의 복원에 적절하지 못하였으나, 추후 연구를 지속 실시하여 고등학생 수준의 지류 문화재 복원용 풀을 제작하도록 노력한다.

- 부유물 제거를 통해 전해질이 제거된 순수한 전분풀을 제거할 수 있다.

○ 전문가 인터뷰 결과, 지류 문화재 수복(복원)에 사용되는 전분풀은 경험적으로 제작되고 제자에게 전수되므로 이에 대한 정량화가 필요하다.

○ 전문가의 풀에 식품응고제를 첨가하였을 때, 종이의 인장력이 달라졌으며 한천가루보다는 젤라틴의 효과가 다소 높은 것을 인장력 테스트를 통해 확인함.

○ 섬유의 굵기에 대해 대마종이가 전통한지보다 굵기 때문에 복원에 어려움이 있음.

□ 시사점

○ 학생 주도적 탐구활동을 통한 과학적 연구 능력 향상 - R&E 연구 주제 선정을 위한 교내 특강 실시 : 4월

- 실현가능성을 바탕으로 STEAM 연구 주제를 설정하고 브레인스토밍 실시

○ R&E 지도방법 노하우 획득

- 교내 과학교사의 학생연구 지도방법 학습 및 교사 간 공유를 통한 동반 성장 - 2년 연속 STEAM R&E 지도를 통한 노하우를 공유

○ 전문가 자문 및 시설 사용을 통한 과학중점학교 운영 인프라 확대 - 한지전문가, 문화재 복원 전문가, 재료공학자 등 다방면의 전문가 활용 - 학생들의 전문가 인터뷰를 통한 과학자의 길에 대한 사전 체험

4. 홍보 및 사후 활용

□ STEAM R&E 페스티벌 참가를 통한 연구 성과 외부 검토

□ 학교 홈페이지, SNS 게시를 통한 과학중점학교 연구 분위기 조성

5. 참고문헌

□ 윤승락(2015). 전통한지 표면 및 단면의 현미경적 관찰. 펄프 종이기술, 47(6), 49-56

□ 양은정, 조경실, 최태호(2013). 지류 문화재 보존처리용 전분계 풀의 특성(제1보) - 전분의 종류에 따른 접착 특성. 펄프 종이기술, 45(4), 52-64

□ 이선조, 최태호(2014). 제지용 전분을 이용한 문화재 보존용 기능성 풀 개발 (제1보) - 풀의 종류에 따른 접착 특성. 펄프 종이기술, 46(4), 44-53

□ 조병묵, 최태호, 김형진, 엄태진(2006). 세종실록 원지의 섬유 분석 및 초지방법 규명을 위한 기초 연구. 한국 펄프 종이 공학회 학술발표 논문집, 337-342