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초분광 기술을 이용한 단청안료 분석법 연구 : - 녹색을 중심으로 -
정참희 한국전통문화대학교 문화유산전문대학원 2019 국내석사
본 논문에서는 근․현대 단청의 녹색안료를 대상으로 초분광 분석기술(Hyperspectral analysis)을 적용하여 비접촉방식의 안료분석방법을 연구하였다. 근․현대 시기의 단청에서 녹색은 시기별 안료의 변천이 두드러질 뿐 아니라 사용된 안료의 종류와 각 안료들의 배합 특징 또한 매우 다양하다. 따라서 근․현대 시기의 단청 녹색에 사용된 안료들을 모두 분석해 낼 수 있다면, 상대적으로 사용안료의 종류와 혼합이 적은 다른 단청 색상들에 대한 분석도 충분히 가능할 것이라 판단된다. 뿐만 아니라, 시대에 따른 안료의 변천이 두드러진 녹색에 대한 분석은 단청의 시공 시기나 보채시기를 추정할 수 있는 중요한 단서가 될 수 있다. 현재까지 단청안료에 대한 현장분석은 대부분 표면에 접촉을 전제로 한 분석방법이 사용되고 있다. 하지만 이러한 접촉식 분석방법은 이미 열화가 진행된 단청 채색층에 추가적 손상을 야기할 수 있다. 또한 분석 시 단청이 채색된 부분까지 접근하기 위한 추가적인 시설이 필요하며 높은 곳에서 작업이 이루어져 안정상의 위험에 노출되게 된다. 이에 반해 초분광 분석기술은 원거리에서 분석이 가능하기 때문에 이러한 문제에서 자유로울 수 있다. 또한 무기안료 분석이 위주였던 기존의 분석법과 달리 유기안료에 대한 분석도 상대적으로 가능하기 때문에 합성유기안료가 많이 사용된 근·현대 단청 안료의 분석에 유용하게 이용될 수 있다. 초분광 분석기술을 이용한 근·현대 단청의 녹색안료 분석방법을 연구하기 위하여 먼저 해당 시기에 주로 사용된 녹색 안료들과 녹색의 조색을 위하여 혼합되었던 안료들을 조사하였다. 그 결과 단청의 녹색인 뇌록과 양록, 하엽 색상에 주로 사용된 녹색안료들[에메랄드그린(EG)과 프탈로시아닌그린(PG), 크롬옥사이드그린(CG), 뇌록(ClG)]과 조색을 위해 사용된 백색, 흑색, 황색, 청색안료들[티타늄화이트(TW), 호분(OW), 수성 백색 페인트(PW), 퍼머넌트 블랙(PBk), 아이언옥사이드옐로(IY), 울트라마린블루(UB)]을 확인하고, 이들을 이용한 채색시편을 제작할 수 있었다. 또한 제작된 채색시편을 이용하여 각 안료들에 대한 반사도 스펙트럼의 특징을 파악하고, 안료들의 혼합에 따른 스펙트럼 변화 양상을 확인할 수 있었다. 가장 많은 안료들이 혼합되는 현대뇌록색상에 대한 스펙트럼 변화 양상을 살펴본 결과, 선형 스펙트럴믹싱(linear spectral mixing; 이하 선형 스펙트럴믹싱)이 주로 나타나며, 비선형 스펙트럴믹싱(non-linear spectral mixing; 이하 비선형 스펙트럴 믹싱) 에 의한 영향은 미미한 것으로 나타났다. 이러한 스펙트럴믹싱 특성은 실제 근․현대 단청 녹색의 안료혼합 비율을 반영한 조색시편에서도 유사하게 나타남으로써, 이를 이용하여 조색에 사용된 안료들을 구분할 수 있는 4가지 중심요소를 도출해 낼 수 있었다. 이들 4가지 중심요소는 녹색 파장 영역대(495~550nm)에서 나타나는 주피크의 위치, 주피크의 형태 및 강도, 부피크의 존재여부, 적외선 영역에서의 스펙트럼 패턴이다. 본 연구에서는 초분광 분석을 통해 획득된 반사도 스펙트럼 상에서 나타나는 상기의 4가지 중심요소들을 이용하여 안료동정체계를 고안하였다. 또한 고안된 체계를 실제 단청현장에 적용해 봄으로써 그 활용 가능성과 문제점을 확인하고, 체계의 수정·보완을 수행하였다. 2000년대에 시공된 한국전통문화대학교 조월정 단청에 대해 상기에서 고안된 초분광 스펙트럼을 이용한 안료동정체계를 적용결과, 원소분석 및 현미경 분석결과로 추정된 안료와 초분광 스펙트럼의 특성을 이용하여 추정된 안료가 일치하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 양록과 뇌록의 경우에는 원소분석 및 현미경 분석에서 동정이 어려운 합성유기안료인 프탈로시아닌그린 또한 고안된 안료동정체계를 이용하여 매우 쉽게 동정해 낼 수 있었다. 이러한 결과는 조월정 단청의 녹색 안료 분석에 앞서 고안된 안료동정체계의 활용성이 높다는 것을 보여준다. 그러나 이러한 주요 녹색 안료와 달리, 양록과 뇌록색의 조색에 사용된 혼합 안료들의 동정에서는 오류가 나타났다. 그 원인을 조사한 결과, 순도가 높은 안료들로 제작된 실험 시편들에 비해 조월정의 양록 및 뇌록색은 조색에 불순물이 많은 백색안료가 사용됨에 따라 주피크 브로드닝이 실험시편에서 나타나는 순수한 안료들에 의한 선형 스펙트럴믹싱의 범위를 넘어섰기 때문으로 확인되었다. 이는 단청현장에서 사용되는 안료의 순도를 모두 조사하고, 순도에 따른 스펙트럴믹싱의 영향을 모두 조사하지 않는 한 해결하기 어려운 문제이다. 따라서 이러한 경우에는 초분광 스펙트럼 상의 특징만으로 정확한 안료동정이 어려우므로, 고안된 안료동정체계에 현미경을 이용한 입자관찰 단계를 추가하여 보완함으로써 문제를 해결할 수 있었다. 다만, 이 경우 원거리 측정의 장점을 일부 포기해야하는 문제가 있다. 한편, 1879년에 시공된 계룡산 중악단의 녹색에 대해 초분광 분석기술을 적용한 결과, 양록과 하엽색 모두에서 정확한 안료의 동정에 한계가 있었다. 그 원인을 분석한 결과, 초분광 분석기술을 오래된 건물의 단청 분석에 적용하기 위해서는 안료 혼합 및 불순물에 따른 스펙트럴믹싱 이외에도 추가적인 요인들이 고려되어야 함을 알 수 있었다. 이들 요인은 단청 채색층 표면에 존재하는 오염물질의 영향, 채색이 얇은 부분에서 나타나는 하부층의 간섭, 채색 후 안료의 물성변화, 시대별 안료 제법 변화에 따른 안료의 물리화학적 특성 차이 등 4가지로 정리할 수 있다. 이러한 결과는 초분광 분석기술을 이용하여 오래된 건물의 단청을 분석하기 위해서는 표면 오염물과 하부층 간섭의 영향을 최소화할 수 있는 적절한 분석위치 선정이 매우 중요하며, 채색 후 물질의 변화 등을 고려한 정확한 안료동정을 위해서는 실제 단청에 대한 분석 데이터의 지속적인 축적이 필요함을 보여준다. 이상 초분광 분석기술을 이용한 근․현대 단청 녹색 안료의 분석방법을 연구한 결과, 안료별 초분광 스펙트럼의 특징과 안료의 혼합에 따른 스펙트럴믹싱의 특징을 확인할 수 있었으며, 이러한 특징을 이용하여 안료동정체계를 고안할 수 있었다. 그러나 실제 단청에 대한 초분광 스펙트럼을 이용한 안료동정체계의 활용성을 높이기 위해서는 적절한 분석위치의 선정과 지속적인 실제 단청에 대한 분석데이터의 축적이 필요함을 알 수 있었다. 향후 지속적인 연구를 통해 다양한 재료, 혼합비율, 채색방법 및 기타 외부적 간섭 인자를 반영한 데이터베이스가 축적된다면, 단청 현장 분석에 있어 보다 빠르고 안전한 분석 환경을 제공할 수 있는 기반이 될 것으로 기대된다.
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