1. 서 론
회화를 위한 재료는 크게 바탕재와 채색안료, 그리고 이 두 재료를 이어주는 전색제가 있다. 그중 회화 문화재의 바탕재로 쓰이는 한지의 경우 친수성의 닥나무 셀룰로오스 섬유로 구성되어 있으며 다공질의 형태를 띠고 있다. 따라서 안료가 잘 고착되어 번지는 것을 막기 위해서는 사이징 처리가 필수적이다. 사이징 처리는 친수성인 섬유 표면을 소수화하여 종이에 내수성을 부여하게 되며, 섬유 사이의 미세 공극을 메워 안료 및 먹 번짐을 막아준다. 일반적으로 행해지는 표면처리 방법은 아교 포수 처리법이 있다. 교수(膠水)에 명반을 넣어 만든 교반수(膠礬水)를 종이에 바르면 종이 표면에 일종의 비친수성 피막이 형성된다.1) 이것은 안료가 종이에 번져 스며드는 것을 막아주어 발색이 좋아지게 하며, 아교가 녹아 나오거나 떨어지지 않고 아교가 바탕재에 잘 고착되게 한다.2)
이러한 표면처리 이외에도 동양화의 하나의 기법이자 체질안료로 백색안료를 도포하는 방법이 있다. 이는 한지 고유의 노란 색감을 잡아 다른 채색안료의 색상이 정확하게 발색될 수 있도록 하며, 유화에서 채색을 바르기 전 바인더와 같은 역할을 하는 것으로 추측된다.
고대로부터 회화작품에는 백악, 고령토, 연백 등 다양한 백색안료를 사용하였다. 현재까지 회화에 주로 사용된 것으로는 연백(鉛白, Lead White, 2PbCO3·Pb(OH)2)과 호분(蛤粉, Shell White, CaCO3)을 꼽을 수 있다. 연백은 고대에 가장 많이 사용되었던 백색안료이나, 주성분인 납 때문에 습도가 높으면 쉽게 흑변하는 단점과 함께 강한 독성으로 인해 현대에 이르러 거의 사용되지 않는다. 반면에 호분은 무명조개나 굴 같은 패각류의 껍질로 만들어지는 천연안료로 다른 무기안료에 비해 가볍고 혼합도 용이하며, 아교와 함께 사용하면 변색되지 않는 색상을 얻을 수 있는 특징이 있어 보편적으로 사용되고 있다. 호분의 주성분은 탄산칼슘으로 오랜 세월 풍화를 거치면서 유기물과 염기가 탈거되어 만들어진다. 공업용 원료 및 제지용 충전료로 사용되는 탄산칼슘과 달리 호분은 조색이나 착색력, 아교에 의한 교착력이 좋으며 아교와 교합에 의해 형성된 도채층은 단단한 견뢰도를 형성함으로써 회화용으로 적합하다. 백색안료에 관한 고문헌 기록 중 중국 청대(淸代) 장기(蔣驥)저술의 『傳神秘要(전신비요)』에 의하면 “어떤 이는 연분을 사용하는데 그러자면 잘 정제함에 신경을 써야 한다. 그래도 색도 변하지 않고 빛나기도 하여 합분을 사용함이 제일 좋으며 만드는 방법은 먼저 껍데기의 검은 껍질을 벗기고 부드럽게 가루 내어 쓴다고 했다.”3 라고 하여 변색되는 연백과 색이 변하지 않는 호분에 대한 언급이 있다. 또한 일본의 기록을 살펴보면, 흑변하는 단점을 가진 연백과 입자가 커 섬세한 표현에 적당하지 않은 백토를 제하고 가마쿠라시대(鎌倉時代)경부터는 굴, 조개 등의 패각을 잘게 부순 현재의 호분을 사용하게 되었다고 전해진다.4) 우리나라에서 사용되었던 백색안료의 경우, 고려시대에는 불화(佛畵)에 호분뿐만 아니라 연분과 백악이 주로 사용되었으며, 조선시대의 어진(御眞)이나 사대부 초상화에는 대부분 연분을 사용하였다.5) 그러나 왕개(王槪)의 『개자원화전(芥子園畵傳)』에 의하면 정면에 옅은 호분을 칠했을 때는 후면에 흰 호분만 칠하고, 색이 선명치 않을 때는 색에 호분을 섞어 후면에 칠한다.” 하여 배채에 사용하는 백색안료로서 호분을 설명한다.6) 이는 화면상의 인물에는 주로 연백이 쓰인 것에 반해 표면처리의 개념으로는 호분이 사용됨을 추측할 수 있다. 이러한 기록들을 통해 회화에 사용되어지는 백색안료가 점차 연백에서 호분으로 변화한 것으로 사료된다.
호분이 표면 처리된 회화에 대한 연구로서 Lee7)는 전통 채색화에 사용되는 체질안료로 백색안료인 호분과 연백을 선정하여 바탕재별로 백색 체질안료 위에 유기안료를 도포하였을 경우를 비교 분석하였고, 백색 체질안료 위에 유기안료를 도포하였을 경우가 대체로 좋은 내후성을 보이는 것을 확인하였다. Song 외8)는 굴 패각 분말의 입자분포가 채색 시 작업성과 채색 도막의 내구성에 미치는 영향을 연구하였고, 결과로 입자 크기보다는 입자 형태에 의해 더 큰 영향을 받는 것으로 확인하였다. You 외9)는 김중현의 ‘춘양’의 제작기법 연구 및 보존처리 과정에서 Calcite가 모든 위치에서 측정되어 호분을 바탕칠한 뒤 착색 안료가 순차적으로 채색된 것으로 추정하였다. Kim10)은 새로운 양식의 대두로 김정현의 작품 중 풍경이 화면 전체에 호분으로 바탕을 칠해 탁하면서도 부드러운 색감을 보여준다고 서술했다.
현재 호분으로 표면 처리된 한지에 대한 선행 연구가 미비하며, 호분으로 바탕처리 시 주성분인 탄산칼슘이 한지에 미치는 영향에 관한 과학적 연구 또한 절실한 실정이다. 특히 시대적 배경으로 한국 근대미술사에서 호분으로 표면 처리된 회화작품이 다수 있을 것으로 추측되나, 이 또한 선행연구가 부족한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 전통 한지에 체질안료의 역할로서 호분을 이용하여 조건별 바탕처리에 따라 나타나는 표면 특성을 평가하였으며, 이는 호분 표면처리 기법에 대한 과학적 근거로 회화 문화재의 보존과 관리를 위한 연구자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
2. 재료 및 방법
2.1 공시재료
2.1.1 공시한지
공시 한지는 국내 전통한지 공방인 A 공방에서 국내산 닥 100%를 사용하여 전통 초지법으로 수초한 외발지를 사용하였다. 공시 한지의 물성 및 특성을 Table 1에 나타냈다.
2.2 실험방법
2.2.1 교반수 제조
선행 연구에 따라 증류수 400 g, 아교 10 g, 명반 0.6 g을 혼합하여 교반수를 제작하였다. 아교는 하루 정도 냉수에 침지한 후 항온수조를 이용하여 65℃에서 중탕, 용해하여 아교수를 제조하였고, 아교수에 명반을 혼합하여 교반수를 제조하였다.
2.2.2 표준 시료 제작
분양받은 공시 한지는 15 cm×15 cm 크기로 재단하여 아교수를 도포하였다. 동일한 조건으로 제조된 아교수를 10 g으로 설정하고 아교수와 호분을 1:3, 1:6, 1:9배 비율로 혼합하여 총 2회 도포하였다. 한지의 폭과 동일한 너비인 15 cm의 평붓을 사용해 발촉 방향과 편사 방향으로 도포하여 표준 시료를 제작하였다.
한 조건당 5개씩 제작된 시료는 상온에서 건조한 후, 호분 바탕채색 전·후에 한지에 나타나는 특성을 비교·분석하였으며, 한지 시료 조건을 Table 2에 나타냈다.
2.3 호분 바탕처리 한지의 특성 평가
2.3.1 형태학적 특성
호분의 입도 분포를 확인하기 위하여 PSA(Particle Size Analyzer)를 통한 입도분석을 실시하였다. 입도 분석에는 Mastersizer 3000(Malvern Instruments Ltd, U.K)을 사용하였으며, 입자에 일정 파장의 레이저 빔이 접촉하면 나타나는 광 산란을 이용하여 입자 크기를 측정하였다. 주사전자현미경(FE-SEM, 7401F, JEOL, Japan)을 이용하여 호분의 입자 형태 분석 및 1:3, 1:6, 1:9 배의 조건별로 호분을 도포한 시료의 표면 상태를 50배, 150배로 관찰하여 형태학적 측면에서 비교·관찰하였다. 설정 조건으로 시료들의 표면은 플라티늄으로 20초간 코팅하였고, 가압전압 5 kV로 설정하여 촬영하였다. 미처리 시료 및 호분 도포 전·후 시편의 표면 및 미세조직 관찰을 위해 영상 현미경(Video Microscope, Alphasystec SV 32, Korea)을 이용하여 300배율로 확대하여 각 시편의 표면 이미지를 관찰하였다.
2.3.2 물리적 특성
한지 표면의 호분 도포량은 시트의 표면 거칠기와 평활도와 같은 표면 특성 변화에 영향을 미칠 수 있는 중요한 요인으로서 KS M ISO 536 및 KS M ISO 534에 의거하여 평량 및 두께를 측정하였다. 또한 호분을 도포한 시료의 표면 특성을 분석하기 위해 KS M ISO 8791-2에 따라 Bendtsen tester(L&W, Sweden)를 사용하여 시료의 표면 거칠기를 측정하였고, 호분의 입자에 따른 표면 특성을 확인하고자 하였다. 호분 도포 전·후 한지의 물리적 강도측정은 KS M ISO 1924-2에 의거하여 인장강도(Tensile Tester, L&W, Sweden)를 측정하였다.
3. 결과 및 고찰
3.1 호분 및 호분 처리 표면의 형태학적 특성 평가
호분의 입도를 확인하고자 PSA(Particle Size Analyzer) 분석을 실시하였으며, Fig. 1에 측정 결과를 종합하여 분포곡선으로 나타냈다. 호분의 입도분포 곡선에서 입자경은 크지 않았고, 입도 분포는 넓은 것으로 확인되어 호분의 입자 크기가 불균일함을 나타냈다. 또한 호분-안료의 형태학적 특성 평가를 위해 FE-SEM을 이용하여 호분의 분말형태를 1000배 배율로 확대한 이미지를 Fig. 2에 나타냈다. FE-SEM 이미지에서의 입자 형태는 대부분 침상형으로서, 이는 탄산칼슘의 결정 형태로 확인되었다. 이외에도 판상형, 막대형 등 다양한 형태가 관찰되었으며 일정하지 않은 다양한 크기의 입자들이 확인되었다. 이를 통해 호분을 구성하는 입자들의 형태 및 크기는 불규칙적이었으며, 한지에 표면 처리 시 평활도에 영향을 미칠 것으로 사료된다. 영상현미경(Video Microscope, Alphasystec SV 32, Korea)을 이용한 호분 도포 시료의 표면 및 미세조직을 관찰, 분석하였다. Fig. 3은 영상현미경의 300배율 이미지로서 H-3는 비교적 고농도로 혼합하여 도포한 시료 H-6과 시료 H-9에 비해 균일한 표면 형상을 관찰할 수 있었다. 이를 통해 저농도의 호분 도포 시 한지 공극이 고르게 메워지고 치밀하게 채워져 종이의 평활도가 증가하는 것으로 사료된다. Fig. 4는 FE-SEM에 의한 50배, 150배의 전자현미경 이미지로서 호분을 도포한 한지의 표면 구조를 관찰하였다. 미처리 시료에서 섬유 사이의 공극은 아교포수 시 도막 형성에 의해 메워지는 모습을 관찰할 수 있었다. 호분을 도포한 시료의 경우 호분 농도에 따라 H-3, H-6, H-9 순으로 공극의 빈도가 증가하였고, 특히 H-9 농도에서는 50배 이미지에서 표면 균열이 일어난 모습을 관찰할 수 있었다. 이는 호분의 농도가 증가할수록 표면에 두꺼운 채색층이 형성되어 평활도를 감소시키며, 건조과정에서 균열이 발생하는 것으로 사료된다.
3.2 조건별 호분 처리에 따른 물리적 특성 평가
아교포수 후 호분을 도포한 한지의 물리적 특성을 비교하기 위해 혼합한 호분의 비율에 따라 바탕처리 전·후 한지의 평량 및 무게, 밀도 변화를 측정하였으며, 그 결과를 Figs. 5~7에 나타냈다. 세 가지 조건 모두 호분을 도포한 후 평량이 증가하는 것을 확인하였다. 또한 호분의 농도와 관계없이 도포 후 한지의 두께와 밀도도 증가하는 추세를 나타냈다. 그중 H-6의 평량과 두께가 가장 크게 증가한 것으로 확인되었으며, 호분 도포로 인한 평량 및 두께의 증가함에 있어 규칙성은 없는 것으로 보여진다. 따라서 바탕처리 시 호분 비율의 차이는 한지의 평량과 두께 변화에 직접적인 영향을 주지 않는 것으로 판단된다. 다만 평량의 증가량 대비 두께의 증가량의 정도가 근소하며, 호분 도포 시료의 밀도가 다소 증가한 것으로 보아 한지의 섬유 공극 사이로 호분의 상당량이 침투되어 두께에 미친 영향은 크지 않은 것으로 사료된다.
Fig. 8은 Bendtsen을 이용하여 표면 거칠기를 측정한 결과로서 한지의 표면처리 조건별 호분 첨가 비율에 따른 한지 표면의 거칠기 특성을 나타냈다. 값이 가장 높은 미처리 시료를 기준으로 사이징 처리 시료에서 가장 낮은 수치의 거칠음도를 나타냈으며, 호분 도포 시료는 사이징 처리 시료보다는 거칠음도가 증가하는 것이 확인되었다. 호분 도포한 시료의 경우 호분 양이 증가할수록 거칠음도도 점차 커지는 것을 확인할 수 있었으며, H-6과 H-9의 상승값의 차이는 극소한 값이 확인되었다. 이는 호분 농도가 증가함에 따라 표면에 도포되는 물리적인 호분의 양도 증가하면서 거칠음도가 상승하는 것으로 판단되며, 입자 형태 및 크기가 불균일한 호분의 양이 증가함에 따라 평활도에 영향을 미치는 것으로 사료된다. 이와 같은 결과들을 통해 사이징 처리가 한지 표면의 거칠음도를 감소시켜 평활도를 상승시키는 것에 큰 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 또한 H-3의 수치값이 사이징 처리 시료와 비슷한 수치를 나타내며 가장 높은 농도의 H-9의 수치값도 미처리 시료의 수치값보다 낮게 확인되는 것으로 보아 호분 표면처리가 한지의 공극을 메우고 표면에 채색층을 형성하면서 평활도가 증가하는 것으로 사료된다. 이를 통해 호분 표면처리는 한지의 표면에 거칠음도를 개선시키는 것으로 판단된다.
한편, 연구에 사용된 각 시료의 발실방향(Chain Direction, CD)과 발촉방향(Laid Direction, LD)에 대한 인장강도 특성을 분석하여 그 결과를 Fig. 9에 나타냈다. 아교수 처리 여부와 관계없이 전반적으로 발촉방향의 인장강도가 발실방향보다 높은 강도적 특성을 보였다. 이는 한지를 초지할 때 좌, 우로 물질하는 외발지의 특성에 의한 것으로 사료된다.
호분 도포 시료들은 미처리 시료보다 강도가 감소하는 경향을 나타냈다. 이는 호분 도포로 인해 한지의 공극이 호분으로 메워져 견고한 층이 형성되고, 호분이 건조되면서 한지 내부의 섬유 가닥에 붙어 있던 호분 입자들이 경직화하여 한지의 유연성을 떨어뜨리고 바탕재의 물리적 강도를 약화시키는 것으로 사료된다.
3.3 광학적 특성 평가
호분 도포 시 한지의 색도 변화와 광학적 특성에 미치는 영향을 파악하기 위해 호분의 색도를 분석하였다. 호분의 L* value는 94.03로 명도가 높으며. a* value는 0.52, b* value는 2.05으로 확인되고, 색차는 1~3 사이로 낮은 변화도를 나타냈다.5)
한지의 표면처리 조건별 호분량에 따른 표면 색도와 광학적 특성을 Figs. 10~15에 나타냈다. 미처리 시료의 L* value는 77.23으로 높은 명도를 나타냈다. 호분으로 바탕 처리한 한지의 L* value는 미처리 시료보다 조금 증가하였으나 처리 전과 후의 차이가 크지 않았다. 이에 비해 호분으로 바탕 처리한 한지의 a* value와 b* value는 미처리 시료에 비해 크게 감소하였다. 도포하는 호분 양이 증가할수록 L* value의 값은 감소하는 경향을 보였으며, a* value와 b* value의 값은 증가하는 추세가 나타났으나 농도 간 값의 차이는 크지 않았다.
호분 채색을 하지 않은 한지의 yellowness는 15.42%로 다소 높은 값을 나타냈다. 호분 바탕 채색 처리한 한지의 yellowness는 처리 전보다 크게 감소하였으며, 호분의 도포량이 많을수록 증가하는 경향을 나타냈다. 이와 반대로 호분 채색하지 않은 한지의 whiteness는 14.02%로 현저히 낮은 값을 보였으며, 호분 바탕 채색 후 크게 증가하는 경향을 보였다. 호분의 도포량이 증가함에 따라 whiteness는 감소하는 추세를 보였으며 3배수의 경우 48.47%, 6배수의 경우 42.25%, 9배수의 경우 33.54%로 농도 간 값의 차이가 크게 나타났다.
Brightness 또한 whiteness의 결과와 마찬가지로 고농도의 호분 용액으로 바탕처리를 할수록 값이 감소하였다. 이는 한지에 도포되는 호분 양이 포화량을 넘어서면 명도와 백색도가 일정 값 이상으로 증가하지 않는 것으로 판단된다. 그러므로 저농도의 호분을 이용한 바탕처리는 한지의 brightness 및 whiteness를 증가시켜 채색안료 도포 시 선명도를 높여줄 것으로 사료된다.
3.4 먹 번짐성 측정 결과
호분을 이용한 바탕처리가 먹 번짐성에 미치는 영향을 평가하였으며, 그 결과를 Fig. 16에 나타냈다. 미처리 시료에서 먹이 번지는 면적이 가장 넓게 나타났고, 사이징 시료 및 H-3, H-6, H-9 호분 도포 시료 3종은 비슷한 면적을 나타냈다. 따라서 먹 번짐성은 아교포수 처리의 여부에 영향을 받으며 호분은 큰 영향을 미치지 않는 것으로 사료되지만, 호분 도포 시료는 백색도가 상승하여 가장자리의 먹 발색을 선명하게 나타냈다. 이는 호분 표면처리가 먹의 발색력 및 선명도에 영향을 미치는 것으로 보여진다.
4. 결 론
본 연구에서는 호분을 농도별로 바탕채색하여 시료를 제작하였고, 호분 표면처리에 따른 한지의 형태적·물리적·광학적 특성 및 표면 특성에 미치는 영향을 분석하였다. 호분의 형태학적 특성 및 이미지 분석 결과 호분의 입자와 형태가 불규칙성을 띄었고, 표면 처리 시 평활도 및 표면 거칠기에 영향을 나타냈다. 호분 도포 표면의 이미지에서 호분의 농도가 증가할수록 한지 사이의 공극이 채워지고 채색층이 형성된 모습을 관찰할 수 있었다.
물리적 특성 측정 결과, 사이징 처리 시료에서 표면 거칠기는 가장 낮았고, 그다음으로 H-3에서 낮은 결과를 나타냈다. 이로써 호분 도포는 종이의 표면 특성에 직접적인 영향을 미치는 것으로 판단된다. 또한 호분 도포 농도의 증가에 따라 인장강도는 감소했으며, 이는 한지의 공극 구조에 호분이 채워지며, 건조되면서 섬유 간 결합력이 저하된 원인으로 판단되었다.
호분 표면 처리 전·후의 광학적 특성 중 호분 도포 전·후 비교 시 L* value가 크게 상승하였고, Whiteness와 Brightness는 증가하여 채색안료 발색 시 호분 표면처리가 발색력에 영향을 미칠 것으로 판단된다. 먹 번짐 특성에서는 한지에 도포되는 호분의 양과 상관없이 우선하여 도포되는 아교포수로 인해 번짐성 제어 효과가 비슷하게 나타났으나, 호분 표면처리로 인해 백색도가 상승하여 먹의 선명도가 높아짐을 확인할 수 있었다. 이처럼 호분 표면 처리 시 혼합되는 비율에 따라 나타나는 물리적 광학적 특성이 뚜렷하였고, H-3의 표면 처리에서 안정적인 결괏값을 얻을 수 있었다. 따라서 호분을 낮은 농도로 제작하여 표면처리 한다면 표면 공극을 적절히 메우고 높아지는 백색도로 인해 채색화가 선명하게 발색될 것으로 사료된다. 또한 이는 전처리 및 하나의 기법으로 사용되어 안정적인 효과를 얻을 수 있을 것으로 판단되며, 호분 표면처리가 회화 작품 바탕재의 표면에 미치는 영향을 확인할 수 있었다. 향후 1:3보다 더 적합한 농도에 대한 연구와 호분 바탕 처리 후 열화 특성 변화에 대한 추가 연구가 필요할 것으로 사료된다.
