작품번호

1103

제57회 전국과학전람회

환경변인에 따른 전통채색안료의 색바램 현상

출품분야 학생부 출품부문 물리

2011. 7. 7

구 분 성 명

출품학생 강성순, 유장곤, 김민기

지도교사 박인규

목 차

■ 초록(Abstract) ··············································································································· 1

Ⅰ. 연구 동기 및 목적

1. 연구 동기 ······················································································································ 2

2. 연구 목적 ······················································································································ 2

Ⅱ. 이론적 배경 및 선행 연구 조사

1. 분광기 및 측색기의 원리 ························································································· 3

2. Lab 색차계 ··················································································································· 4

3. 한지 ································································································································· 5

4. 아교 ································································································································· 6

5. 한지 열화의 원인 ·········································································································· 6

6. 한지 열화의 결과 ·········································································································· 7

Ⅲ. 연구 방법

1. 천연 염료와 염색 ········································································································ 9

2. 안료를 이용한 채색 ·································································································· 10

Ⅳ. 연구 과정

1. 실험 환경 설정 ············································································································· 11

2. 측정 ································································································································· 11

3. pH 실험 ·························································································································· 12

Ⅴ. 연구 결과

1. 현미경 관찰 결과 ········································································································ 13

2. 측색기 측정 결과 ······································································································ 16

가. 실제 색바램 ··············································································································· 17

나. 빛의 영향 ··················································································································· 19

다. 온도의 영향 ··············································································································· 21

라. pH의 영향 해석 ······································································································· 24

마. 한지의 영향해석 ······································································································ 25

바. 색차를 적용한 전체적인 자료의 해석 ······························································· 25

Ⅵ. 결론 및 제언 ··············································································· 28

■ 참고 문헌 ···················································································································· 30

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초록(Abstract)

우리 팀의 연구 목표는 전통채색안료의 색바램 현상의 원인을 파악하고 색바램을 방지할

수 있는 방법을 제시하는 것이며, 나아가 색바램 정도에 따라 문화재 본연의 색을 유추해보

는 것이다. 결론을 이끌어내기 위해 빛의 유무에 의한 열화의 정도와 고온과 상온에서의 열

화의 정도를 측정하였고 그리고 안료의 종류와 한지의 종류에 따른 색바램 정도를 알기 위

하여 장지, 순지, 연습지에 연지, 선광황, 녹청, 군청, 먹을 사용하여 비교를 하였다.

측정 도구로 X-rite의 color monkey와 Acton사의 분광기를 사용하여 변화율을 측정하였

다. 그리고 고온 조건을 만들기 위해서 SEA SIL 사의 부화기를 사용하여 일정하게 유지하

였다. 그 이외의 조건을 동일하게 만들기 위해 아크릴상자에 넣어 열화를 시켰고 측정방법

에서의 오차를 줄이기 위하여 우리가 특수 제작한 틀에 염색한 한지를 넣어 color monkey

에 color spot 기능을 이용하여 오차를 줄였다.

추가 실험으로는 산성비에 따른 열화의 정도를 분석하기 위해서 pH에 따른 색바램 현상

과 한지의 미세한 구조를 관측하기 위한 자료를 얻기 위해 현미경 관찰을 실시하였다.

pH실험은 한지를 연지로 염색한 후 pH의 사용 범위를 달리하여 실험하였고 그에 따른

대조군으로 아무 용액도 뿌리지 않은 한지도 같은 환경에 넣어주었다. 그리고 각 한지에 고

르게 퍼지게 하기 위해서 1ml를 스포이트로 정밀하게 측정하였다. 또한 한지별로도 분석하

기 위해서 각각의 다른 아크릴 상자를 사용하였다.

현미경 실험을 위해서 측정범위를 정해놓고 같은 한지도 다른 부분을 잘라내어 같은 한지

에 따른 구조와 장지, 순지, 연습지의 구분을 위해서 현미경을 통한 관측을 하였다.

여러 환경 조건에 의한 각 시료의 열화에 따른 색채학적 변화(Lab 색차계1))의 결과 및 결

론은 다음과 같다.

빛이 있을 때와 빛이 없을 때 L 성분 값(명도)을 보면 둘 다 감소하였다. L 성분의 변화는

색바램에서 명도의 변화를 나타내므로 검게 변한다는 것을 의미한다. 즉, 이렇게 검게 변하

는 현상은 리그닌의 영향이 매우 작았음을 알 수 있다.

고온에서 상대적으로 L 값이 일정한 반면, 상온에서는 L 값이 감소하였다. a 값에서는 둘

다 비슷하게 감소하나 감소의 폭은 상온이 고온에 비해 약간 더 크다. b 는 둘 다 감소하고

고온에서의 변화가 약간 더 크다. 고온은 온도가 높지만 일정하게 유지된다는 것이 오히려

색을 보존해준다는 것을 결론지었다.

pH실험에서 L 그래프는 a의 그래프에 비해 변화가 불규칙적이나 일반적인 성질을 보여준

다. 강산에서 급격한 변화 후 변화가 거의 없어지고 약산에서의 변화는 결과적으로 강산에

비할 만큼 크다. 또한 약염기에서 약산과 비슷한 결과를 보인다.

소실되기 쉽고 빛이나 환경 변화에서 고유의 색상을 잃기 쉬운 서화류에서의 색체복원과

단청의 색채 등 과학적 복원방법 등을 꾸준히 연구하여 색채문화재 본연의 색을 유추할 수

있도록 다양한 과학적 탐구 방법을 고찰해야할 필요성을 느낀다.

1) L*는 명도(Lightness)를 표시하며 채도좌표의 x축은 a*로, y축은 b*로 표시한다. 또 이 표색계에서 +a*는

Red 방향, -a*는 Green 방향, +b*는 Yellow 방향, -b*는 Blue 방향이다. 중앙은 무채색에 해당되며 a* =0,

b*=0의 위치이다.

- 2 -

(그림 1-1) 병마용

(그림 1-2) 고구려 벽화

Ⅰ. 연구 동기 및 목적

1. 연구 동기

현대에서 색은 매우 중요하다. 우리가 쓰고 있는 펜에서부

터 우리가 살고 있는 집, 음식, 전자기기에서 자동차까지, 색

은 우리 생활과 매우 밀접한 관련을 가지고 있다. 그러나 색

은 변한다. 나무가 썩어간다거나, 칠이 벗겨진다거나, 녹이 슨

다거나, 여러 가지 다양한 이유를 통해서 색은 변하고, 환경

이 변하게 된다. 하지만, 우리가 일상생활에서 사용하는 자동

차나 집에 쓰이는 벽지 등 색깔이 바뀌어도 다시 칠하면, 본

래의 색을 되찾을 수 있기 때문에 큰 문제가 없다. 그러나 우

리 주변에서 색깔 변화가 매우

치명적인 것이 있다. 바로 문화

재이다. 1974년 발굴된 중국의

진시황릉 병마용(그림 1-1)의 경

우 햇빛과 공기 노출로 인한 산화로 고유의 색을 잃어버리자

발굴을 중단하기도 하였다. 고구려 고분벽화(그림 1-2)와 같이

동굴 속에 서 오랜 세월 열화를 견디어온 색채문화재도 있지만

대부분의 색채문화재는 자연환경에 그대로 노출되어 있는 것들

이기 때문에 그 색이 변하여 본연의 색감을 잃어버리기 쉽다.

우리는 이러한 전통문화재, 특히 색채문화재의 색바램에 영향

을 주는 물리적 요인들이 어떠한 것들이 있는지 궁금하게 되어

본 연구를 시작하게 되었다.

2. 연구 목적

연구의 목적은 전통채색안료의 색바램 현상을 분석․연구하는 것이다. 그러나 문화재의 특

성상 그 종류와 특성이 매우 다양하고, 또 문화재를 직접 연구의 대상으로 정하기 어렵기

때문에 연구의 목적을 제한하자 한다.

단청, 벽화, 한국화, 목재, 금속재 등 다양한 색채문화재중 우리는 지류(한지)에 따른 색바

램을 연구하고자 하였다. 그에 따라 다양한 한지에 염색과 채색을 하여 다양한 환경변인에

서 색바램을 측정하고자 하였다.

우리는 이번 연구를 통해 전통문화재에 쓰이는 안료의 색이 (1)시간에 따라 (2)한지의 종

류에 따라 (3)환경변인(온도, 빛, pH)에 따라 어떤 변화를 보이며 이를 통해서 색바램의 상

관 관계를 찾아 본연의 색을 유추할 수 있는지 알아보고자 한다. 또한 전통채색문화를 보존

하려면 어떠한 환경에서 보관하여야 하는지 알아보고자 한다.

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(그림 2-3) 측색기

X-rite의 color monkey

(그림 2-1) 분광기 원리

(그림 2-2) 분광기

Ⅱ. 이론적 배경 및 선행 연구 조사

1. 분광기 및 측색기의 원리

가. 분광기

회절격자는 빛을 분산시키는데 사용되는 광학소자로서 공간

적으로 빛을 서로 다른 파장으로 분리시킨다. 분광기는 빛의

파장이 광로의 길이에 의존해서 간섭을 일으키고, 빛의 강도가

변하는 것을 이용해서 광로의 일기를 가변시키는 방법으로 분

광하는 간섭형 분광기와 분산소자를 이용하여 분광하는 분산

형 분광기로 대별할 수 있다. 분산소자로서는 프리즘과 회절격

자가 대표적이지만 프리즘은 회절격자에 비해 분산도를 높이

기 어렵기 때문에 파장 분해능을 높이기 어렵고, 회절격자가

기하학적 계산으로 파장을 나타내는 것이 가능한 반면 프리즘

은 굴절률이라는 물성에 의존해 있기 때문에 파장을 읽음에

있어 불등간격 척도와 특수한 캠 등을 사용할 필요가 있고,

프리즘은 그 소재가 투과할 수 있는 파장 밖에 사용할 수

없는 등 여러 단점이 있어 특수한 방법을 위한 분광기를 제

외하고는 회절격자가 널리 사용되고 있으며, 이번 실험에

사용된 분광기도 회절격자를 이용한 분광기이다.

전형적인 회절격자는 수많은 평행 홈을 갖는 기판으로 구

성되어 있고, 알루미늄과 같은 반사 물질로 오버코팅 되어 있다. 홈의 질과 공간은 회절현

상을 일으킴에 있어 매우 중요하지만 그 기본적인 회절방정식은 그림 2-1에서 보여주는

톱니파형과 같이 롤링 방향에 대해 회절격자 표면이 수직이라고 가정하면 유도할 수 있

다.

나. 측색기

여기서 설명하고자 하는 것은 필터 색채계로 자극치 직동방

법이라 하며 분광측색방법에 비해 조작이 간단하고 측정시간이

짧고 저렴하다. 색차계 광원, 광 검출부(반사광을 전기 신호로

바꿈), 신호처리(시료대)등 세부분으로 구성되며 표준색판을 이

용하여 표준색판을 이용하여 표준색의 측정값을 수시 비교해야

한다. 정해진 표준 광에서의 색채값만 얻을 수 있는 것이 단점

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(그림 2-4) Lab좌표계

이며, 광학기계로 분광분포를 구하고 나서 계산을 하는 절차를 거치지 않고 색을 직접 측

정하는 방법을 사용하기 때문에 직접 측색치를 읽을 있어 간편하게 3자극치를 변환시켜

L*, a*, b*, u*, v*등의 측색치를 구할 수 있다.

2. Lab 색차계

L*a*b* 표색계 (이하 CIELAB)는 현재 세계적으로

색체를 측정하는데 있어서 모든 산업문야에 가장 보편

적으로 널리 사용되는 색공간이다. 이는 보색 이론에 기초

해서 색 지각 크기 (perceptual color magnitude) 를 나타

내고자 하는 근사 균등색 공간이다. 색 디자인이나 디지털

색 처리에 기본적으로 사용되고 있는 색 공간인 CIELAB

색 공간은 먼셀 색 표시계의 기본 원리인 색의 3속성(색상,

명도, 채도)을 살림과 동시에 CIEXYZ 색 표시계의 불균등

한 색 공간을 개선하기 위하여 개발된 것으로 이 색 공간

은 색상(hue), 명도(lightness), 채도(chroma)를 3차원 공간

의 각각의 기본 축으로 하는 공간이다.

CIELAB 표색계는 L*a*b* 의 입체좌표로서 색상을 표시

한다. L*는 명도(Lightness)를 표시하며 채도좌표의 x축은 a*로, y축은 b*로 표시한다. 또

이 표색계에서 +a*는 Red 방향, -a*는 Green 방향, +b*는 Yellow 방향, -b*는 Blue 방향이

다. 중앙은 무채색에 해당되며 a* =0, b*=0의 위치이다. L*=100이면 순수 White, L*=0이면

Black을 나타낸다. a*와b*가 증가할수록 중심에서 멀어지며 채도가 높아 맑은 색을 나타낸

다. CIELAB 색 공간에서 두 색 간의 전체 색차(ΔE*ab)는 다음 식으로부터 계산 된다.

∆ ∆ ∆ ∆

L*, a*, b* 직교 좌표계는 시료의 원래 X, Y, Z 3자극치 측정값으로부터 계산되고, Xn,

Yn, Zn 값은 지정된 광원 및 관측자하에서 완전 확산 반사면 (perfect reflecting diffuser)의

3자극치를 나타낸다.

- 5 -

(그림 2-5) 한지

3. 한지

한지는 닥나무의 인피섬유(식물의 체관부 혹은 그

것보다 바깥층을 구성하는 섬유)로 이루어져있다. 닥

나무는 낙엽관목으로, 지역에 따라 그 종류가 다양

하다. 순수한 닥나무 섬유는 그 수명이 1500년 까지

지속될 수 있으며, 섬유질이 길고 강하다. 현재 만드

는 한지는 마닐라 마를 일부 사용하고 있다. 부 원

료로 닥풀을 사용하는데, 닥풀은 닥나무의 긴 섬유

가 얽히지 않게 해주는 역할을 한다. 닥풀이 적을

경우에는 지질이 부드럽고 부피가 크나, 닥풀이 많

으면 물이 빨리 빠져서 섬유가 치밀해지고, 한지의

강도는 좋아진다. 현재는 닥풀을 대체한 폴리아크릴산나트륨이나 폴리에틸렌옥사이드를 사

용하며, 그 분사능력이 뛰어나나. 산화를 비롯한 그 외의 효과는 떨어진다. 한지는 pH 4 정

도의 환경에서 만들어져 쉽게 황화현상을 일으키는 양지와는 달리, 중성이나 약알칼리에서

제조되어 보존 능력이 매우 길다. 한지는 친환경적인 소재로 통풍성 및 실내 공기의 조습성

이 뛰어나다.

섬유질은 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 목질소를 주성분으로 한다. 셀룰로오스는 포도당의

β-1.4 글리코시드 결합에 의해 이루어진 고분자 다당류이다. 셀룰로오스로 이루어진 섬유는

식물체의 세포벽의 주요 구성요소이다. D-포도당이 다수 중합되어있고, 사슬형태를 이룬다.

다당류 중에서는 분자량이 가장 큰 물질로 소수성이며, 알칼리에 상당히 강하지만, 산이나

구리암모늄 용액 등에서는 가수분해 되어 포도당이 생긴다. 이 셀룰로오스분자들은 다수가

섬유를 이루고, 이 최소 단위는 미셀이다. 미셀의 결정영역과 비결정영역이 섬유의 강도, 탄

력성, 염색성, 흡습성을 결정한다. 셀룰로오스에서 수분이 제거되면 비 결정영역이 결정성을

띄어서 탄성 및 강도가 증가하며, 이를 물이나 알칼리에 담그면 액체가 비 결정영역에 스며

들어 팽윤한다. 한지의 열화는 셀룰로오스 분자의 분해나 섬유의 팽윤성, 유연성의 감소로

한지의 강도를 저하시키며 이를 각질화라고도 한다. 여기서 한지의 강도란, 셀룰로오스로 구

성된 섬유 자체의 강도라기보다는, 섬유 사이의 수소결합의 강도가 더 의미 있는 것이다. 셀

룰로오스의 수산기 때문에 한지는 흡습성을 지니게 된다. 그러나 물 분자가 너무 많이 침투

하면 고분자간 수소결합이 약화되고 한지의 조직이 파괴된다. 따라서 적당하게 물 분자와

고분자간의 결합이 형성되어야 한지가 유연하게 된다. 헤미셀룰로오스는 물에는 추출되지

않으나 약알칼리에 용해되는 다당류의 총칭이다. 주로 식물의 세포벽에 육탄당, 오탄당 상태

로 구성되어있다. 식물에서의 역할은 마이크로 피브릴 사이를 메우며 교착시켜 세포벽의 상

태를 유지하는 것이다. 이 헤미셀룰로오스는 대부분 비결정 상태이다. 목질소인 리그닌은 페

닐 프로판으로 구성되며. 식물의 세포벽에 분포한다. 이 리그닌은 세포벽과 세포벽을 접착시

키거나 세포벽의 강도를 높여준다.

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(그림 2-7) 물아교

(그림 2-6) 막대아교

4. 아교

채색화에 사용되는 안료들은 대게 자연 상태의 광물이나 식물에

서 얻은 안료 또는 염료를 물감으로 사용하며, 스스로 화면에 고착

하는 성질이 없어서 화면에 착색시키기 위해서는 반드시 접착제를

필요로 하는데 그 접착제가 아교이다. 아교의 사용으로 인해서 채색

화의 한지와 색채는 오랜 시간이 지나도 변하지 않는데 이는 아교

가 화면상에 퇴색과 박락을 방지하였기 때문에 가능한 열이다. 채색

화는 이러한 아교의 특성을 이용해서 그려왔기 때문에 습기에 취약

하다는 점을 빼고는 아직까지 가장 좋은 고착제로 평가 받고 있다.

아교는 일반적으로 동물의 가죽, 뼈, 등으로 만든 수교를 뜻하지만

어류의 가죽, 뼈에서 만들어진 어교도 포함한다. 아교는 소나 짐승의 가죽과 뼈를 석회수 용

액에 담가 뜨거운 물에서 추출한 것을 냉각하여 응고시킨 것이다. 시판되고 있는 아교는 응

고된 황갈색 고체 상태의 것으로 막대기 형태나 알갱이 형태로

되어있으며, 그림에 사용할 때 이것을 뜨거운 물에 녹여 액체 상

태로 만들어 쓴다. 회화 작품 제작에 쓰이는 아교 중 상등품은

사슴의 뿔에서 추출한 녹교를 제일로 치나 요즈음의 녹교는 소

가죽에서 저은 기계로 추출한 공업용아교와 보통 아교를 혼합한

것이며 어교는 회화용보다는 활을 만드는 목재용으로 이용했고,

바다물미역에서 추출해낸 식물성 아교인 가생이는 옛날에 주로

회벽에 이용했으며 현재는 보수용으로 사용되고 있다. 교의 주성

분은 콜라겐이다. 이것은 동물의 뼈, 연골, 힘줄 그리고 피부 등

을 이루고 있는 경단백질로서 콜라겐은 끓는 물에 서서히 젤라

틴으로 변한다. 젤라틴은 콜라겐을 물과 끓여서 비가역적으로 수용성으로 바꾼 일종의 유도

단백질의 혼합물이며, 담색 투명 무취로 정제된 것이 아교이다. 힘줄, 근육 등에 콜라겐이

많이 함유되어 신축이 자유롭게끔 탄력을 갖고 있다. 그러므로 아교에도 탄력이 있는 것이

다. 또한 콜라겐은 지방, 무기질, 단백질을 함유하고 있기 때문에 순수한 상태로 보전하는

것은 어려우며 따라서 이에서 얻어진 아교도 변할 수 있는 것이다.

5. 한지 열화의 원인

가. 물리적 요인

한지에 가해지는 물리적 열화 요인은 물리적 힘의 작용이다. 압력의 경우, 순간적인 강

한 압력과, 장기간에 걸친 압력의 효과가 다르며, 온습도의 변화에 따른 한지의 수축, 팽

창에 의한 열화 또한 작용한다.

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(그림 2-8) 한지 열화 화학식

나. 화학적 요인

한지의 열화에는 다양한 화학적 요인이

개입한다. 온습도에 의한 열화는 큰 요인들

중 하나이다. 온도가 섭씨 10도 상승할 때마

다 열화 및 화학작용의 속도는 거의 두 배

가 증가하며, 열은 고분자의 물리적 구조에

직접적 영향을 미친다. 따라서 도서관 안의

서고는 일반적으로 온도가 낮게 조절한다.

유기물은 흡수성이 있어서 한지의 경우에는

상대습도가 변함에 따라서 수축 또는 팽창

한다. 높은 습도는 잉크를 번지게 하며, 고

령토나 백악으로 코팅된 한지를 달라붙게

만든다. 낮은 습도는 자료를 부스러뜨리며,

외피 체의 수축으로 보드를 휘어지게 만든

다. 빛도 열화를 일으키는 큰 화학적 요인이

다. 셀룰로오스 분자는 빛 에너지를 흡수하

면 분자의 일부가 변화하며, 파장이 짧은 자

외선 영역의 경우 그 피해가 크다. 보통 자외선은 창문유리에 차단되지만 325-400nm의

자외선과 가시광선 영역은 열화를 야기한다. 셀룰로오스는 가시광선 영역의 빛에 비교적

안정적인 반면, 목질소인 리그닌은 빛에 민감하여, 심지어는 일광에 의해서도 급속히 변색

한다. 한지는 제조 과정 중 목질소를 모두 추출해내기 때문이 일광 하의 심한 변색은 없

지만, 신문지의 경우 검게 변하는 현상이 일어난다. 산소에 의한 열화도 꽤 심각하다 공기

중에서 20%를 차지하며, 활성이 높은 산소는 산화 반응을 일으켜 한지 섬유를 손상시키

며, 이것은 보통 셀룰로오스 분자가 산화되어 분해물로 알데히드기, 카르보닐기가 생성되

어 한지가 산성화된다. 또한 한지의 변색도 빛뿐만 아니라 산소에 의해 광화학반응을 일

으키는 것이 한 원인이다. 리그닌을 함유한 종이에서는 산소에 의해 산화 리그닌이 생기

며 이것이 황색의 원인이 되어 종이의 색을 변화시킨다. 뿐만이 아니다 대기오염이 생겨

나면서 발생하는 열화도 만만치 않다. 대기오염에 의한 열화에서 대기 중에 존재하는 기

체들이 종이내의 수분과 반응하여 산 가수분해가 일어나며 이때 종이의 강도를 저하시킨

다. 이러한 강도저하는 한지 열화의 80-90%를 차지한다. 한지 자체에 의해서 열화가 일어

나는 경우도 있다 한지를 생산하면서 다량의 명반을 첨가하게 됨으로서 한지가 산성화가

되게 되고, 이러한 한지의 산성화가 한지 열화의 원인이 된다.

6. 한지 열화에 의한 결과

먼저 인공열화시간이 진행됨에 따라 한지도 시간이 지남에 따라 산성화 되고 있다는 사실

이 확인되었다. 한지의 수분함량은 열화시간이 경과함에 따라 수분함량이 감소하게 되고 이

것은 셀룰로오스 섬유의 비결정영역의 수분이 강제 열화에 의하여 건조되었고 따라서 비결

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정영역의 수분이 강제 열화에 의하여 건조되었고 따라서 비결정화 영역이 결정화되었기 때

문이다.

또한 인공열화의 시간이 경과함에 따라 모든 시료에서 백색도가 낮아지게 되며, 3개월의

인공열화 후 시료 간 백색도 차이도 감소하기 된다. 또한 색차변화는 인공열화 초기에 급격

하게 발생하고 1개월 이후는 그 변화의 정도가 둔화되는 것으로 나타난다. 화학적인 변화만

이 있는 것이 아니라 물리적 변화도 있었다. 인공 열화 후 시료의 물리적 변화는 내절강도

의 변화가 있었는데 내절강도를 로그 지수로 환산하여 그래프로 나타내어 보니, 역시 인공

열화과정의 시간이 경과함에 따라서 내절강도는 감소하는 성향을 띄고 있었다. 이외의 물리

적 변화로는 Zero-span강도 변화가 있었는데, Zero-span강도는 한지의 섬유결합 강도로서

인공열화 정도에 따라 각각 강도의 변화가 틀렸으며, 역시 기간이 더 길고 인공열화의 정도

가 더 강할수록 Zero-span강도도 감소하게 되었다. 하지만 배접처리를 하게 되면 배접에 사

용된 풀에 의하여 오히려 섬유 결합력이 높아져, 색바램에 의한 Zero-span강도의 저하를 어

느 정도 방지할 수 있을 것으로 생각된다. 열 단장의 변화도 있다. 열 단장은 시료의 자체하

중을 증가시킬 때 끊어지는 시점에서의 시편의 강도로 시편이 파괴될 때 요구되는 단위 넓

이 당 힘으로 표현되며 기본적인 한지의 물리적 특성으로서 직접 인장응력을 받는 한지의

내구성 및 성능을 나타낸다. 열 단장의 경우에는 다른 물리적 특성의 변화와는 달리 열화시

간이 경과함에 따라 약간의 변화는 있었으나 변화의 차이는 크게 나타나지 않았다. 마지막

으로 인공 열화 후 시료의 형태적 변화에도 큰 변화가 있었다. 인공열화 방법으로 열화처리

전의 전통한지와 배접지를 2500배로 관찰하여 봤을 때, 인공열화하기 전 시료는 섬유의 결

합상태가 치밀하게 구성되어 있고 견고한 섬유 간 결합을 이루고 있는 마이크로 피브릴을

볼 수 있다. 그리고 인공열화를 하여 1개월이 지난 뒤 다시 관찰해 보았을 때는 큰 변화가

없었으며 2개월 후에는 섬유의 결합부위가 파괴되고 마이크로 피브릴에 손상이 일어나고 있

음을 볼 수 있으며 섬유의 잔주름, 찌그러짐의 형태가 관찰되기도 하였다. 3개월 이후는 이

러한 현상이 더욱더 심하게 일어났으며, 특히 마이크로 피브릴의 심각한 손상은 섬유자체의

강도저하의 가장 중요한 요인으로 작용할 것으로 판단되며 이러한 손상은 내절강도,

Zero-span강도, 열 단장 등 한지의 내구성과 관계되는 물리적 특성이 저하되는 것과 상관성

이 많다고 사료된다. 또한 섬유 간 결합 사이트의 감소와 함께 열화된 섬유들로 인하여 인

장강도등 한지의 물성은 심각하게 저하되는 것으로 보여 진다. 이러한 표면의 변화는 한지

의 강도적 변화와 함께 빛의 반사 및 산란과 평활도를 저하시키고, 인쇄적성의 급격한 저하

를 유도할 것으로 생각된다. 기록물의 경우 인쇄된 그림이나 글자의 변색 및 결락이 발생되

어 기록을 보존하는 매체로서의 기능을 상실할 것으로 판단된다.

- 9 -

(그림 3-2) 실험 기자재

Ⅲ. 연구방법

우리는 아래와 같이 연구방법을 설정하고 탐구를 시작하였다.

(그림 3-1) 연구방법

∎연구 기간 : 2010년 4월 - 2011년 8월

∎연구 장소 : 경기북과학고등학교 물리실험실(CBL실)

1. 천연 염료와 염색

한국화의 열화 과정을 살펴보기 위해서는 옛 지류

한국화처럼 채색된 시료가 필요했다. 맨 처음 시도했

던 것은 천연 염료를 이용한 염색이었다. 천연 염료

는 옛 사람들이 천이나 옷감 따위를 물들일 때 사용

했던 채색 재료로, 그 재료는 황토 등을 제외하면 보

통 식물성인 유기물들이다. 먼저 섭씨 70-80 도의 물

에 매염제인 백반을 11L당 100g 비율로 섞어주었다.

그리고 비슷한 온도의 물에 염료마다 적당한 농도로

염료를 풀어주었다. 매염제인 백반이 다 섞여 들어가

투명한 용액이 되면, 이 매염제 용액에 한지를 선 매

염했다. 매염과정은 섬유에 대한 염착성을 가지지 않은 염료를 이용할 때, 염료와 결합하여

유색의 앙금을 생성하도록 해주는 물질이며, 햇빛에 대한 내성을 높여주기도 한다. 하지만

- 10 -

(그림 3-3) 채색

모든 염료에서 매염이 필요하지 않기 때문에 황토와 치자의 경우에는 매염 과정을 생략했

다. 그러나 다른 염료에서는 이렇게 매염한 한지를 염료를 풀어두었던 염색액에 담갔다. 염

색액에 담근 한지를 염료에 따라 연거푸 타시 매염 및 염색하거나, 다시 후매염하기도 했다.

처음 염색을 시도할 때에는 과량의 물에 한지를 담가 한지가 줄곧 풀어지곤 했는데, 이는

물이 섬유 사이에 너무 많이 끼어들면 섬유 간 수소결합을 저해하여 풀어지는데, 더욱이 한

지는 셀룰로오스 피브릴들 간에 일종의 결합 역할을 하는 리그닌을 함유하지 않았다는 사실

을 간과해서였다. 건조 과정에서 한지가 갈라져서 염료의 분포가 불 균질해지기도 했다. 이

런 어려움이 있었기에 국립중앙박물관에 자문을 구하였고, 그 후 표면이 소수성 성분으로

이루어진 레이온지를 이용하여 이 현상을 방지하려고 시도하였지만 많이 효과적이지는 않았

고, 오히려 레이온지가 한지의 일면에서의 염색을 방해하기도 했다.

2. 안료를 이용한 채색

중앙박물관에 자문을 구한 후에도 염색의 결과가 좋지

않아서 전통 안료를 이용한 채색을 하기로 결정했다. 전

통 안료로 방법을 바꾼 데에는 이유가 있었다. 먼저, 전

통 안료는 다량의 물이 아닌, 소량의 아교를 용매로 이

용하기 때문에 섬유가 풀어질 일이 없어서였고, 실제 전

통 채색화의 대부분을 안료로 채색했기 때문이었다. 아

교는 옛 사람들이 사용한 풀과 같은 점성도 높은 물질

로, 접착성이 없어서 스스로 한지에 안착하지 못하는 안

료의 착색을 돕는 역할을 한다. 사용한 안료는 분채로

된 연지, 선광황, 녹청, 군청, 그리고 먹이었다. 연지는 홍화 등에서 추출한 식물성 원료였고

녹청과 군청은 각각 공작석에서 산출되는 광물성 물질인 염기성 탄산구리와 남동광이었다.

먹은 침엽수의 수액을 태워서 만든 그을음이 원료였다. 여러 번의 채색 끝에 채색할 물감의

농도는 안료 0.5g당 아교 5.6g 으로 정하게 되었으며, 분채를 갈아내는 과정은 동일 인물이

시행하여 안료 입자 크기에 있어서 사람에 따른 계통오차를 줄이기로 했다. 안료가 아교에

완전히 녹지 않기 때문이었다. 먼저 분채를 막자와 막자사발을 이용하여 간 후 한지를 열십

자로 잘라서 양을 측정, 조절한 뒤 페트리접시에 옮겨 담았다. 페트리접시에 옮겨 담은 안료

에 아교가 너무 빨리 스미지 않도록 저울에 접시를 놓고 아교를 천천히 담았다. 이렇게 담

긴 아교를 안료와 함께 깨끗하게 씻은 손가락으로 안료가 균일하게 섞이도록 저어주었으며,

이렇게 만들어진 물감에서 아교가 마르기 전에 붓을 이용하여 3개의 한지에 채색하였다. 이

때 매번 농도가 다르지 않도록 물감의 양은 충분히 마련했다. 건조 과정에서는 똑같이 서늘

한 실내에서 외부 물질에 닿지 않도록 줄에 걸어서 매달았다.

- 11 -

(그림 4-1) 상온과 고온 실험 환경

(그림 4-2) 빛의 유무 실험환경

Ⅳ 연구 과정

1. 실험 환경 설정

실험에 앞서서 우리는 독립변인을 햇빛의 유무와 온

도의 차이로 두었다. 햇빛의 경우는 바깥에 방치하는

군(group)과 바깥에 같은 장소에 방치하되, 만들어둔

하드보드 상자 암실로 덮어둔 군으로 나누었고, 온도

의 경우 온도를 높게 유지해주는 부화기 속에 넣어 부

화기를 가동해둔 군과, 가동하지 않은 부화기 속에 넣

어둔 군이었다. 높게 유지해준 부화기의 온도는 약 40

℃이었다. 온도를 조절하지 않는 군을 켜놓지 않은 부

화기 속에 넣어둔 이유는, 가능한 다른 통제변인을 일

정하게 유지해주기 위해서였다. 이 두 군은 실

내인 교내의 CBL실에 두었다. 각각의 군은 주

문한 아크릴상자에 담아두었고 칸을 나눔으로

인해서 구분을 해놓았다. 햇빛을 받을 장소는

거의 모든 각도에서 조명을 받을 수 있는 강의

동 건물의 옥상에 책상을 놓고 설치하였다. 그

냥 놓아두면 비나 바람에 시료가 극단적인 훼손

을 받을 수 있으므로 책상 위에 올려놓은 것이

었다. 하지만 실험과정에서도 약간의 문제가 생

겼다. 강우로 인하여, 아크릴 상자 안에 빗물이

들어가 선광황색의 한지에 녹청색의 한지의 색

깔이 옮겨가서 Lab측정값이 크게 변화되었기

때문이다. 따라서 이런 강우를 고려하여 아크릴 판을 이용하여 빗물을 막는 장치를 새로 설

치하였다. 그리고 날씨가 지남에 따라 강설에 대한 대비도 하였으며, 1개월간 실험을 계속하

였다.

2. 측정

측정은 매주 월 수 금을 측정하기로 하였다. 그러나 매번 똑같은 날짜에 측정하기는 어려

웠으므로, 측정 데이터의 간격이 불분명한 점이 있기는 하다. 측정방법은 두 가지로 하였다.

하나는 CBL실에 있는 분광기를 이용한 측정으로, 그래프의 개형을 통해 분석을 하기로 하

였다. 분광기는 크게 4부분으로 나뉘어 있는데 광원부분과 광원부분에서 나온 빛을 우리가

원하는 빛으로 골라내는 부분, 시료를 통과한 빛을 분산시키는 부분, CCD카메라로 이루어

져 있다, 우리는 광원부분을 제외한 나머지 부분을 CBL실에 있는 컴퓨터를 통해 연결함으

로서, 첫 번째 부분에서 모든 빛을 통과시키고 2번째 부분에서 좀 더 정확한 결과를 분석하

- 12 -

(그림 4-3) 분광기 내부

(그림 4-4) 측색기 측정

기위해 더 많은 회절격자를 이용함으로서, 측정을 하였다.

그러나 그래프를 확인 하는 도중 분광기가 측정한 결과에서

큰 변화를 알지 못하였으므로, 새로운 측정방법을 같이 하

기로 하였다. 새로운 측정방법은 측색기를 통한 측정이었다.

측색기는 LAB색 좌표계를 간단하게 측정함으로서 측정방법

도 매우 간편하였다. 우리는 X-Lite 사의 Colormunki를 구

매하여 이를 통하여 측색을 하기로 하였다. 그런데 측색과

정에서 시료를 측정해보니 시료에서의 색깔이 균질하지 않

았으므로, 이를 정확히 측정하기 위해서 틀을 사용하였다.

이렇게 틀을 사용하여 측색을 함으로 인해 색의 불 균질에

의한 측정의 불확실성을 보완할 수 있게 되었다.

3. pH 실험

약 1개월간 실험을 계속한 뒤에, 실험결과에서 변화가 나타나기는 하였으나 우리가 예상

한 것만큼 큰 변화는 일어나지 않았다. 이에 따라 추가실험을 설계하게 되었고, 추가실험을

새로운 조작변인을 통한 실험이 어떻겠냐는 의견에 따라 큰 변화가 예상되는 pH 실험을 하

기로 하였다. pH 실험은 백열등 아래에 아크릴 상자를 넣고 1주일 간격으로 pH 용액을 넣

어줌으로서 행해졌다. 아크릴 상자는 총 15칸으로 분리하여 장지 순지 연습지 3종류의 한지

를 같은 색깔인 연지(붉은색)로 염색시킨 시료를 나누어 담았다. pH는 1부터 13까지의 완충

용액을 사용하였으며, pH 7의 경우에는 대조군으로서 아무런 pH 용액을 첨가하지 않았다.

실험은 2주간 계속 되었으며, 따라서 pH 용액도 총 2번 첨가해 주게 되었다. pH 실험은 기

존의 실험과 달리 큰 변화를 관찰할 수 있었으며, 단기간 내에 많은 자료를 얻어낼 수 있는

실험이었다.

- 13 -

(그림 5-1) 장지 현미경

(그림 5-2) 순지 현미경

(그림 5-3) 연습지 현미경

Ⅴ. 연구 결과

1. 현미경 관찰 결과

가. 40배 확대

1) 장지

․장지를 40배 확대한 사진에서는 다음과 같은 특

징이 나타난다.

-곡률이 크고 거의 완전히 둥그렇게 말려 있음

-공극이 큰 데에 비해 약간 불투명함

2) 순지

․순지를 40배 확대한 사진에서는 다음과 같은 특

징이 나타난다.

-완전히 말려있는 것이 아니라, 거의 구불 구불n

하게 휘어져있음

-장지에 비해 촘촘함

-촘촘하지만, 섬유 자체가 가늘어서, 빛이

장지에 비해 더 투명함

3) 연습지

․연습지를 40배 확대한 사진에서는 다음과 같은

특징이 나타난다.

-섬유가 순지에 비해 약간 더 굵음

-한지들 중 가장 촘촘하다. 장지, 순지에 비해서

공극의 크기가 작으나 공극이 많음.

-휘어지고 얽힌 정도가 가장 불규칙적임

- 14 -

(그림 5-4) 장지 ×100

(그림 5-5) 순지 ×100

(그림 5-6) 연습지 ×100

나. 100배 확대

1) 장지

․장지를 100배 확대한 사진에서는 다음과

같은 특징이 나타난다.

-곡률이 확연히 크고, 섬유의 굵기가 거의

비슷함

-빛이 반 정도 밖에 통과하지 못함

-섬유 자체의 빛 투과성이 낮음

2) 순지

․순지를 100배 확대한 사진에서는 다음과

같은 특징이 나타난다.

-섬유 자체의 빛 투과성이 다양함

-상당히 촘촘함

-곡률은 중간정도임

3) 연습지

․연습지를 100배 확대한 사진에서는 다음과

같은 특징이 나타난다.

-섬유의 굵기가 일정하지 않음

-섬유의 투광도가 대체적으로 낮다.

-매우 촘촘하다.

- 15 -

(그림 5-8) 순지 ×400

(그림 5-9) 연습지 ×400

(그림 5-7) 장지 ×400

다. 400배 확대

1). 장지

․장지를 400배 확대한 사진에서는 다음

과 같은 특징이 나타난다.

-섬유가 씨실과 날실 교차되어 있는 구조

가 잘 나타남

-미세한 층으로 나누어짐

2). 순지

․순지를 400배 확대한 사진에서는 다음

과 같은 특징이 나타난다.

-섬유에 이루어진 층이 상대적으로 얇음

-섬유의 가닥이 곧고 얇음

3). 연습지

․연습지를 400배 확대한 사진에서는 다

음과 같은 특징이 나타난다.

-섬유가 구부러져 있다는 것이 특징

-다름 섬유들에 비해서 공극이 작음

- 16 -

라. 한지의 일반적인 성질

내절도는 한지를 몇 회나 접었다 폈다 할 수 있는지를 나타내는 수치로 섬유 자체의 강도

를 알아 보는 것이다. 보존성이 높은 한지일수록 내절도가 크고 열화가 되더라도 내절도가

크게 나타날 것이다. 전통한지, 기타순지, 국산화선지, 중국죽지, 신문지, 복사지 순으로 내

절도 횟수를 보면, 전통한지와 기타 순지는 열화시키기 전이나 48시간이 지난 후에도 높은

내절도 수치를 보이고 있다. 복사지의 경우 열화에 따른 내절도 변화가 컸다. 또, 중국죽지,

신문지, 복사지는 낮은 수치를 나타내었다.2)

인장강도는 섬유 사이의 결합력을 알아보는 것이다. 또, 같은 질량에서의 인장강도를 알

수 있는 열단장은 인장강도를 평량으로 나눈 값이다. 보존성이 높은 한지일수록 열단장이

크게 나와 인장강도가 강할 것이다. 실험 결과, 전통 한지, 기타 순지에서 높게 나타난 반

면, 국산 화선지는 가장 낮은 열단장을 나타났다. 열화 될수록 열단장이 감소하는 것으로

보아 열화됨에 따라 인장강도가 약해지는 것을 알 수 있다. 전통 한지는 열화가 되더라도

열단장에 많은 변화가 없음을 알 수 있다.

이로써, 전통 한지와 기타 순지의 보존성이 높은 이유 중 하나가 내절도와 인장강도에 있

다고 볼 수 있다.

위 연구에서 알 수 있듯이, 한지의 종류에 따라 내절도 및 인장강도가 열화에 미치는 영향

이 다르며, 우리의 연구에서처럼 그 현미경 구조 역시 다르기 때문에 색바램에도 큰 영향을

줄 것이라고 예상할 수 있었다.

2. 측색기 측정 결과

우리는 동일한 조건에서 채색된 60개의 시료를 각각 다른 환경변인으로부터 색바램을 측정

하였다. 먼저 한지의 종류에 따라, 장지, 순지, 연습지등 지류의 종류, 자연채광의 유무, 온도

의 변화가 그것이다. 우리는 ColorMunki 제품의 Spot Color-Picker 기능을 사용했는데, 이

방식은 특정한 점에 빛을 채광시켜 반사되는 빛을 성분별로 나누어서 측정하는 것이기 때문

에 생긴 것 같다. 계통 오차 정도는 시료에 따라 다르나 이를 적절히 평행이동하면 반듯한

그래프가 나옴을 알 수 있다.

<그림5-10>, <그림5-11>은 우리가 지금까지 얻은 데이터의 일부를 나타낸 것이다.

2) 제 46회 전국과학전람회 “전통 한지의 우수성에 대한 연구”

- 17 -

(그림 5-10) 측색결과 데이터(1)

(그림 5-11) 측색결과 데이터(2)

가. 실제 색바램

다음은 상온에서 순지에 채색한 결과 색바램의 변화추이를 나타낸 것이다.

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상온순지연지 a

(그래프 5-1) (상온-순지-연지) 시간에 따른 a값의 변화 추이

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상온순지선광황 b

(그래프 5-2) (상온-순지-선광황) 시간에 따른 b값의 변화 추이

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상온순지녹청 a

(그래프 5-3) (상온-순지-녹청) 시간에 따른 a값의 변화 추이

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상온순지군청 b

(그래프 5-4) (상온-순지-군청) 시간에 따른 b값의 변화 추이

그래프 <5-1>부터 <5-4>는 상온에서 순지의 색바램 과정을 나타내는 그래프이다. 날

짜의 간격이 일정하지는 않으며 오차가 있으나 대략적인 변화는 알 수 있다. 위는 안료에

따른 그래프인데, a 혹은 b를 나타낸다. 사실 처음부터 L*a*b 색차계에 가능한 맞추어서

a, b의 성분 색들인 빨간색, 노란색, 초록색, 파란색의 안료인 연지, 선광황, 녹청, 군청을

사용한 것이다. 먼저 연지의 a 그래프를 보자. 연지의 a 값이 양수인 것은 연지가 붉은 색

색조를 띠는 것에 부합한다. 이 경우에 연지의 a가 감소한다는 것은 붉은 색의 정도가 낮

아진다는 것이며, 즉 색 성분이 무채색으로 수렴한다는 것이다. 선광황에서도 양수인 b가

- 20 -

감소하고, 녹청에서도 음수인 a가 증가하며, 군청에서도 역시나 음수였던 b 값이 증가한

다. 즉, 색차계에서의 각 안료의 색을 나타내는 주성분이 모두 원점으로 수렴한다는 것이

고, 이는 채도가 감소한다는 것과 같은 말이다.

나. 빛의 영향

장지에 채색된 연지 시료의 변화로 빛이 있을 때와 빛이 없을 때를 비교한 추이이다.

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빛있음-상온 장지 연지 L 빛없음-상온 장지 연지 L 선형 (빛있음-상온 장지 연지 L) 선형 (빛없음-상온 장지 연지 L)

(그래프 5-5) (장지-연지-빛유무) 시간에 따른 L값의 변화

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빛있음-상온 장지 연지 a 빛없음-상온 장지 연지 a 선형 (빛있음-상온 장지 연지 a) 선형 (빛없음-상온 장지 연지 a)

(그래프 5-6) (장지-연지-빛유무) 시간에 따른 a값의 변화

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빛있음-상온 장지 연지 b 빛없음-상온 장지 연지 b 선형 (빛있음-상온 장지 연지 b) 선형 (빛없음-상온 장지 연지 b)

(그래프 5-7) (장지-연지-빛유무) 시간에 따른 b값의 변화

그래프<5-5>부터 <5-7>은 장지에 채색된 연지 시료의 변화로 빛이 있을 때와 빛이

없을 때를 나타낸다. L 성분 값을 보면 (계통오차를 보정한다고 가정할 때) 둘 다 약간씩

감소한다는 것을 알 수 있다. L 성분의 변화는 색바램에서 명도의 변화를 나타내지만, 여

러 자료들을 볼 때 L 값은 초깃값이 50을 경계로 그 위 혹은 그 아래인지에 관계없이 감

소하므로, 이는 타당하다고 볼 수 있다. 처음에는 한지에 남아있던 약간의 리그닌이 변성

하면서 검게 변하는 것이라고 생각했는데, 빛이 없을 때도 L 성분이 변화하는 것이었다.

즉, 이렇게 검게 변하는 현상은 리그닌의 영향이 매우 작았음을 알 수 있다.

a 그래프를 관찰하면 빛이 있을 때가 두 배 가량 증가했음을 알 수 있고 b 그래프에서

도 빛이 있을 때의 차이가 확연히 크다. 즉, 빛이 실제 색의 바램에 큰 영향을 미쳤음을

알 수 있다.

다. 온도의 영향

아래 그래프 <5-8>부터 <5-10>은 장지에 채색된 연지 시료들의 온도에 따른 비교 자

료이다. L 값을 살펴보면, 고온에서 상대적으로 그 값이 일정한 반면, 상온에서는 값이 감

소하였다. a 값에서는 둘 다 비슷하게 감소하나 감소의 폭은 상온이 고온에 비해 약간 더

크다. b 는 둘 다 감소하고 고온에서의 변화가 약간 더 크다. 사실 고온에서의 변화가 우

세하게 클 것으로 예상하여, 증가의 경향(가속화 현상, 혹은 포화 현상 등)을 찾으려고 한

실험이었으나, 상온에서의 변화가 오히려 더 크다는 변화는 우리를 의아하게 만들었다. 그

러나 박인규 선생님과의 의논 결과, 우리가 처음 고온과 상온을 설정할 때, 고온은 병아리

부화용 부화기를 이용하여 섭씨 45도 정도를 유지해주었고 상온은 그냥 켜지지 않은 부화

기에 방치해 둔 것이 원인이었음으로 결론지었다. 부화기는 온도를 높여주는 기능과 함께

온도가 일정하게 유지된다는 것이 오히려 색을 보존해준 것이었다.

- 22 -

38

39

40

41

42

43

44

45

46

09월

17일

09월

27일

09월

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01일

10월

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01일

11월

03일

상온 장지 연지 L 고온 장지 연지 L 선형 (상온 장지 연지 L) 선형 (고온 장지 연지 L)

(그래프) 5-8 (장지-연지-온도) 시간에 따른 L값의 변화

게다가 섭씨 45도 정도의 고온은 한지를 약간 팽창시킬 수는 있어도, 섬유의 미시적 구조

까지 바꿀 정도의 영향을 끼치지 못했을 것이다. 또한, 10월과 11월은 한 해 중에서 기온

이 상당히 많이 변하는 환절기이다. 즉 날마다 온도가 변화하며 일교차도 큰 기간이다. 따

라서 온도가 유지되지 못하는 상온 군(group)에서는 오히려 온도와 습기의 급격한 변화가

반복되며 더 심한 열화과정이 일어났을 수도 있다. 이는 온도 자체에 의한 화학적인 변화

만큼 온도의 변화가 물리적인 영향을 미친다는 선행연구에 부합하는 결과이다.

- 23 -

39.5

40

40.5

41

41.5

42

42.5

43

43.5

44

44.5

45

09월

17일

09월

27일

09월

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01일

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11월

01일

11월

03일

상온 장지 연지 a 고온 장지 연지 a 선형 (상온 장지 연지 a) 선형 (고온 장지 연지 a)

(그래프 5-9) (장지-연지-온도) 시간에 따른 a값의 변화

0

2

4

6

8

10

12

14

09월

17일

09월

27일

09월

29일

10월

01일

10월

4일

10월

6일

10월

08일

10월

11일

10월

13일

10월

15일

10월

18일

10월

20일

10월

22일

10월

25일

10월

27일

11월

01일

11월

03일

상온 장지 연지 b 고온 장지 연지 b 선형 (상온 장지 연지 b) 선형 (고온 장지 연지 b)

(그래프 5-1) (장지-연지-온도) 시간에 따른 b값의 변화

- 24 -

라. pH의 영향 해석

pH 용액을 이용한 실험은 일종의 추가실험으로, 장기간의 실험 결과를 얻지는 못하였

지만 어느 정도 경향성을 찾을 수 있는 실험이었다. 그래프에서 가로축의 숫자는 pH를

나타내며, y축은 그래프마다의 색 성분의 값을 나타낸다. 안함은 초깃값이며 1번과 2번은

각각 pH 완충 용액을 처음 떨어뜨리고 한 주 동안 방치한 것과 두 번째 떨어뜨리고 다음

한 주 동안 방치한 것의 다음 수치이다.

(그래프 5-11) L (그래프 5-12) a

(그래프 5-13) b

L 그래프는 a의 그래프에 비해 불규칙적이나 일반적으로 나타나는 성질은 보인다. pH

1, 2에서의 막대를 보면, 처음 pH 용액을 떨어뜨렸을 때, 급격한 변화를 보인 후, 두 번째

에는 거의 무시할 수 있을 정도의 변화를 보인다. 또한 pH 4, 5, 6의 약산에서는 처음의

변화가 거의 적으나, 점진적으로 꾸준한 변화를 보이고 있다. a 그래프는 L 그래프와 유

사하다. 강산에서 급격한 변화 후 변화가 거의 없어지고 약산에서의 변화는 결과적으로

강산에 비할 만큼 크다. 이번 실험에서 시간의 부족으로 2번 밖에 하지 못했지만 이와 같

은 방향성을 따른다면 오히려 약산에서의 영향이 더 클 것이라고 예상할 수 있다. b의 그

래프도 나머지와 유사한 경향을 보이나 약염기에서 약산과 비슷한 결과를 보인다. 그러나

강염기에서는 큰 폭으로 증가했다가 오히려 본래의 상태 방향으로 약간 감소하는, 즉 되

돌아가는 변화를 보인다.

이 실험에 대해 다시 고찰해보았을 때, 실험이 완전하지 못하다는 것을 알았다. 우선 우

리는 장기간 영향을 미치는 용액이기 때문에 완충용액을 사용한 것인데, 완충용액은 각

용액마다의 화학한지 달라서 수소 이온 이외의 이온이나 침전에 의한 영향도 충분히 가능

하다. 수소이온과 반응성이 작은 음이온인 매우 약한 염기가 결합한 강산을 농도별로 준

- 25 -

비하여 만드는 것이, 다른 화학종의 영향 없이, 오로지 pH에 의한 영향만을 고려할 수 있

을 것이다. 그리고 측정할 때 그 외의 실험들에서 나타난 계통오차가 일어나지 않았다는

보장을 하기도 힘들다. 그러나 중요한 사실을 알게 되었는데, 이는 바로 산성비와 일반 비

의 영향이 별 차이가 없다는 것이다. 일반 비는 pH 5.6과 6.5 사이인 반면, 산성비는 pH

5.6 미만으로 두 경우 모두 약산이다. 위의 그래프에서 pH 3부터 6까지의 영향이 비슷한

것으로 보아, 산성비는 한국화에 대한 치명적 요인이 아닐 것이라는 결과를 낼 수 있다.

마. 한지의 영향 해석

(그래프 5-14) 한지에 따른 a값의 변화 (상온-연지)

위 그래프는 같은 조건, 같은 안료가 채색된 각각의 종류의 한지가 변화해온 과정을 나

타낸다. 연지의 주 색상 성분인 a 성분 변화를 그래프로 그렸는데 그래프를 보면, 순지의

변화가 그나마 약간 크며, 감소량은 거의 비슷하다. 섬유에 의한 흡착도가 달라서 초깃값

이 다른 것으로 예상되는데, 순지의 경우 섬유의 조밀한 정도와 섬유의 표면적이 잘 조화

를 이루어 흡착도가 높았으며, 장지는 너무 섬유층이 두꺼워서 연지가 섬유층에 유입된다

기보다는 섬유층 사이의 공간에 들어가서 색이 잘 나타나지 않는 것으로 예상된다. 이러

한 작은 구분 외에는 한지에 따른 변화의 경향성은 거의 비슷하다고 결론지을 수 있었다.

바. 색차를 적용한 전체적인 자료의 해석

색차란, 앞에서 말한 것과 같이 각 성분의 변화를 벡터와 같은 식으로 절대적 크기로 나

타낸 것이다. 즉, 우리는 이 색차를 색이 변한 정도의 절대적인 척도로 잡았다. 아래에 나

타내어진 그래프에서 볼 때 연지에서의 색차가 가장 크다. 그 뒤의 순서로는 선광황, 녹청

- 26 -

0

1

2

3

4

5

6

색차

종이에따른 변화

상온 장지 연지

상온 순지 연지

상온 연습지 연지

(그래프 5-15) 색차로 본 상온 연지

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

색차

빛의유무에따른변화

빛있음-상온 장지 연지

빛없음-상온 장지 연지

(그래프 5-16) 색차로 본 장지 연지

0

0.5

1

1.5

2

2.5

색차

온도에따른변화

상온 장지 연지

고온 장지 연지

(그래프 5-17) 색차로 본 장지 연지

군청, 먹 순이었다. 먼저 먹의 색차가 가장 적게 변화한 이유는 재료 때문이 아니라 색에

의한 이유일 것으로 예상된다. 따라서 먹을 제외한 나머지 색깔들은 모두 재료의 성분에

의한 영향을 받아서 이러한 결과가 생

긴 것이다. 먼저 연지와 다른 염료의

가장 큰 차이점은 연지가 홍화라 불리

는 꽃이나 벌레 등 다양한 유기물 즉

생물에 의해서 생긴 염료라는 것이다.

그에 반해 녹청과 군청은 둘 다 공작

석이라는 돌에서 추출된 염료로서 군

청은 공작석에서의 남동광을 이용하여

만들어 졌으며 녹청의 경우에는 공작

석의 염기성 탄산구리로 이루어져 있

다. 따라서 유기물이 무기물에 의해 열

화에 대한 내구성이 더 낮아 연지의 색변화가 가장 크게 나타나게 되었다고 결론지었다.

다음은 한지에 따른 변화이다.

다음 변화에서 보았을 때 순지의

색차가 다른 두개에 비해서 매우

크다는 것을 알 수 있다. 이에 비

해 장지와 연습지는 매우 낮은 색

차를 보이고 있다. 장지와 순지를

비교해보면 장지와 순지의 재료는

같다. 그러나 한지의 구조는 매우

다르다. 먼저 장지는 순지에 비해

더 두꺼운 한지로 섬유가 얽혀있는

것이 순지와는 달리 위아래로 엮여

있다. 그러나 순지는 위아래로 한

지가 엮여있는 것이 아니라 양옆으로 엮여있다. 이러한 차이에서 볼 때 열변화가 표면에

서 일어난다고 추측해 볼 수 있다. 왜냐하면 장지의 섬유는 표면적이 작은 구조를 하고

있으나 순지의 경우에는 표면적이 매우 큰 구조를 가지고 있기 때문이다. 따라서 순지는

장지보다 열화에 의한 손상을 더 크게 받게 되고, 이에 비해 장지는 열화에 의한 손상을

적게 받는다. 연습지와 순지의

경우에는 섬유가 원인이 된다.

현미경 사진을 통해서 연습지와

순지를 관찰해 보았을 때 그 둘

의 구조는 매우 비슷했다. 그러

나 실제 열화에 있어서는 연습

지가 순지보다 더 강한 내구성

을 보였다. 이에 따라 둘의 한

지의 차이가 섬유의 종류에 있

다는 사실로부터 연습지를 구성

한 섬유의 열화에 대한 저항력

- 27 -

이 순지를 구성하고 있는 섬유보다 더 강하다고 생각된다.

빛의 유무에 따른 변화를 보면, 확실히 빛이 있을 때의 차이가 크다. 하지만, 예상했던

것만큼 우세하게 크지는 않으며, 빛 때문에 반응이 일어나서 변화한 셀룰로오스가 다른

셀룰로오스와의 반응을 하는 등의 가속화 현상은 관찰되지 않았다. 아마 대부분의 자외선

이 아크릴 상자에 의해 차단되었거나 안료가 한지를 대신하여 열화되면서 열화를 완충시

켰을 수도 있다. 한지의 열화는 빛에 의한 요인이 우세하기 때문이다.

아까 언급했던 것과 같이, 상온에서의 변화가 오히려 더 크다. 이는 부화기의 온도가 일

정하게 유지되었으며, 그 온도가 충분히 높지 않아서 극단적인 화학반응을 촉진하지 못했

거나, 상온 군(group)이 환절기에 더 많은 변화를 거치는 것으로 설명할 수 있었다. 부화

기가 닫혀있다고 하더라도, 옆의 환기구로 기체가 유입, 유출될 수 있으므로 켜놓지 않은

부화기군 이 외부 환경에 큰 영향을 받았을 것이다.

- 28 -

V. 결론 및 제언

1. 결론

본 연구에서는 여러 조건에 의한 정량적 열화를 바탕으로 한국화를 보존할 수 있는 환경

을 규명하여 남아있는 지류 기록물 및 지류 한국화의 보존에 대한 기초 자료를 얻고자 한

다. 따라서 본 연구의 실험 대상으로 천연 원료를 사용해 색을 낸 한지를 채택하였다. 위에

해당하는 시료를 제작하는 방법으로는 염색 과정과 채색 과정이 있었는데 염색 과정은 번거

로울 뿐만 아니라 굉장히 정교한 작업이라 완벽히 구현하지 못해서 분채로 된 연지, 선광황,

녹청, 군청 그리고 먹으로 채색한 시료를 실험에 사용하였다. 독립변인으로는 위에 해당하는

여러 조건인 한지의 종류, 색깔, 온도, 빛의 유무, 투입한 용액의 pH였다. 즉, 대조군은 빛이

있는 상온․ 변온에서 용액을 투입하지 않은 시료이다. 한지의 종류는 장지, 순지, 연습지이

고 색깔은 연지, 선광황, 녹청, 군청, 먹이었다. 온도는 상온․ 변온 또는 고온․ 정온이었고

투입한 용액의 pH는 1-13의 범위를 가졌다. 각 시료를 위의 조건 중 하나씩만 변화시키고

나머지는 통제변인으로 일정하게 해주어 각각의 독립변인에 대한 종속변인인 열화 정도를

이끌어냈다. 이에 해당하는 종속변인, 즉 열화 정도를 분광기와 측색기를 통해 측정하고자

하였다.

환경변인에 따른 각 시료의 열화에 따른 색채학적 변화의 결과 및 결론은 다음과 같다.

① 모든 시료의 a, b는 열화가 진행됨에 따라 절댓값이 감소하였다. 즉, 색차계에서의 각

안료의 색을 나타내는 주성분이 모두 원점으로 수렴한다는 것이고, 이는 채도가 감소

한다는 것과 같은 말이다.

② 빛이 있을 때와 빛이 없을 때 L 성분 값을 보면 둘 다 감소한다. L 성분의 변화는 색

바램에서 명도의 변화를 나타내므로 검게 변한다는 것을 의미한다. 즉, 이렇게 검게 변

하는 현상은 리그닌의 영향이 매우 작았음을 알 수 있다. a 그래프를 관찰하면 빛이

있을 때가 두 배 가량 증가했음을 알 수 있고 b 그래프에서도 빛이 있을 때의 차이가

확연히 크다. 즉, 빛이 실제 색의 바램에 큰 영향을 미쳤음을 알 수 있다.

③ 고온에서 상대적으로 L 값이 일정한 반면, 상온에서는 L 값이 감소하였다. a 값에서는

둘 다 비슷하게 감소하나 감소의 폭은 상온이 고온에 비해 약간 더 크다. b 는 둘 다

감소하고 고온에서의 변화가 약간 더 크다. 고온은 온도가 높지만 일정하게 유지된다

는 것이 오히려 색을 보존해준다는 것을 결론지었다. 따라서 온도와 습기의 급격한 변

화가 반복되는 상온 군(group)에서 더 심한 열화과정이 일어났다.

④ pH실험에서 L 그래프는 a의 그래프에 비해 변화가 불규칙적이나 일반적인 성질을 보

여준다. 강산에서 급격한 변화 후 변화가 거의 없어지고 약산에서의 변화는 결과적으

로 강산에 비할 만큼 크다. 또한 약염기에서 약산과 비슷한 결과를 보인다. 그러나 강

- 29 -

염기에서는 큰 폭으로 증가했다가 오히려 원래 상태 쪽으로 약간 감소하는 변화를 보

인다.

⑤ 한지의 종류에 따른 열화정도 차이는 순지의 변화가 그나마 약간 크며, 감소량은 거의

비슷하다. 순지의 경우 섬유의 조밀한 정도와 섬유의 표면적이 잘 조화를 이루어 흡착

도가 높았으며, 장지는 너무 섬유층이 두꺼워서 색이 잘 나타나지 않는 것으로 예상된

다.

2. 제언

우리 팀의 연구 목표는 전통채색안료의 색바램 현상의 원인을 파악하고 색바램을 방지

할 수 있는 방법을 제시하고, 나아가 색바램 정도에 따라 문화재 본연의 색을 유추해 보

는 것이었다. 본 연구는 빛의 유무에 의한 열화의 정도와 고온과 상온에서의 열화의 정도

를 측정하였고 그리고 안료의 종류와 한지의 종류에 따른 색바램 정도를 알기 위하여 장

지, 순지, 연습지에 연지, 선광황, 녹청, 군청, 먹을 사용하여 비교를 하였다. 앞으로 소실

되기 쉽고 빛이나 환경 변화에서 고유의 색상을 잃기 쉬운 서화류에서의 색체복원과 단청

의 색채 등 과학적 복원방법 등을 꾸준히 연구하여 색채문화재 본연의 색을 유추할 수 있

도록 다양한 과학적 탐구 방법을 고찰해야할 필요성을 느낀다.

- 30 -

Ⅵ. 참고 문헌

1. 단행본

① 배만실, 「한국전통색채론」, 1986

② 김상호, 「기록보존론」, 1999

③ 양태진, 「기록보존학개론」, 1993

④ 배재영, 「동양화란 어떤 그림인가」, 2002

⑤ Harris Daniel C ․ Bertolucci Michael D, 「Symmetry and Spectroscopy」, 1989

⑥ J. Michael Hollas, 「Modern Spectroscopy fourth edition」, 2004

⑦ Pavia ․ Lampman ․ Kriz, 「Introduction to Spectroscopy third edition」, 2005

2. 논문

① 최성근, 「배접된 한지의 인공열화에 의한 보존 특성 연구」, 중부대학교 대학원 석사학

위 논문, 2008

② 최성근, 「한지열화에 관한 연구」, 일반논문, 1993

③ 손혜경, 「종이기록물의 보존환경과 개선방안」, 부산대학교 대학원 석사학위 논문, 2000

④ 국립문화재연구소, 「문화재의 과학적 보전」, 일반논문, 1996

⑤ 윤대현, 「보존용 지류에 대한 연구」, 일반논문, 1992

⑥ 윤대현, 「외국의 보존기술제도」, 일반논문, 1995

⑦ 이영숙, 「기록물을 영구 보존하려면: 문서기록물을 중심으로」, 일반논문, 1999

⑧ 박영익, 「채색화의 재료에 관한 연구: 한지, 아교, 안료를 중심으로」, 강릉원주대학교

대학원 석사학위

⑨ 이진원, 「한국채색화의 재료에 대한 고찰」, 홍익대학교 대학원 석사학위 논문, 1997

⑩ 최문정, 「한국채색화의 전통안료 연구」, 고려대학교 대학원 석사학위 논문, 2003