석조문화재 표면흑화 부위에 존재하는 철화합물의 동정

도진영 한국광물학회 2004 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.17 No.1

석조문화재 표면에 형성된 흑화부위는 미적인 면에서 뿐만 아니라 문화재 자체에도 손상을 끼치기 때문에 많은 문제가 되고 있다. 이러한 흑화부위는 종종 많은 량의 철화합물을 함유하고 있어서, 다른 요소들과 함께 철화합물도 암석 표면의 혹화현상에 영향을 끼치는 것으로 추정되고 있다. 독일 베를린 시에 있는 석조문화재(Museumsinsel) 내의 표면에서 시료를 채취한 후 함유 철의 이온상태와 화학성분을 결정하기 위하여 뫼스바우어 분광분석법을 사용하였다. 사용된 암석의 원상태와 흑화부위의 분말시료에 대한 광물학적 및 화학적 분석을 X-선회절법과 X-선형광법으로 각각 시행하였다. 형성된 철성분의 기원은 흑화부위의 제거 등 석조문화재의 보존처리에 중요한 단서를 제공하기 때문에, 철을 다량으로 함유하고 있는 적색 사암에서 형성된 흑화부위와 매우 소량으로 함유하고 있는 백색사암의 표면에 형성된 흑화부위를 비교하였다. 연구 결과 백색사암 흑화부위에서는 주변 환경물질에서 기인한 철성분이, 적색사암 흑색부위에서는 원암에서 보여지는 철성분이 주성분으로 추정되었다. 적색사암에 있어서는 흑화부위를 제거한 이후에라도 흑화의 주원인인 철성분이 계속해서 모암의 내부로부터 표면으로 이동될 수 있기 때문에, 제거 이외의 보존처리법이 더 연구되어야 한다. Blackening on stone monuments is serious problem, because it is not only aesthetically unattractive, but also an important process in stone deterioration. Black surface layers contain often a large amounts of iron compound. Therefore it is assumed that besides another elements the iron have influence on blackening of surface. After the samples of black surface layers were collected from the stone monuments (Museumsinsel) in Berlin, Germany, especially in this study has been used Mo?ssbauer spectroscopy in order to determine the valence and chemical composition of iron. Mineralogical and chemical analyses were carried out X-ray diffractormetry and X-ray fluorescence method on the black surface layer's samples and original stone samples. The origin of Iron compound in the black surface provides the important clue for the conservation work of stone monuments, like removing of black surface. To find it, black surface layer on white sandstone -it contains very small amount of iron compound- was compared with that on the red sandstone (Fe contains very small amount of iron compound- was compared with that on the red sandstone (Fe abundant). As a results, it is assumed that the iron in black layer on white sandstone is originated mainly from a surrounding environmental material and for the iron in black layer on the red sandstone is responsible the original stone. Even if black surface layer was removed from the red sandstone, some other conservation method should be studied beyond removing of black surface layer, because the iron can move continuously from the inner zone of original stone to surface area.

석조물 표면의 흑화현상 고찰-흑색층의 구성광물 및 흑색에 영향을 끼치는 기타성분

도진영 한국광물학회 2002 한국광물학회.한국암석학회 공동학술발표회 논문집 Vol.2002 No.-

채색문화재에 적용된 전통 황색 광물안료 석황의 채색 특성

도진영 한국광물학회 2023 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.36 No.1

On painting cultural properties to which Orpiment, a traditional yellow mineral pigment, is applied, the color’s degeneration is frequently observed. To identify the cause of the degeneration, this study takes a look into orpiment and the various pigments that are mixed into it (Lead White, Lead Red, and Cinnabar) in powder and painting state. The pigment was mixed with Argyo glue and then applied to korean traditional paper and silk. Considering the possibility that alum causes the discoloration, it was applied to the specimen. With a UV tester, the powders and the painted specimens were subjected to a light resistance test in three phases (96 hour). Color changes were measured with a colorimeter and minerals, chemical composition and structural changes were analysed by XRD, SEM/EDS and Raman spectrometers. While the color change of pure Orpiment powder according to the light resistance test was small, the colored specimen became darker. The color change was large in the Orpiment colored on the silk and in the alum-treated specimen. In Orpiment powder was produced white arsenolite as altered orpiment after UV test. In the mixed powder of Orpiment and Lead White were detected only the constituent minerals of Orpiment and Lead White, and no altered substances were produced. Whereas after the UV test, orpiment and arsenolite, which were altered substances of orpiment, and the constituent minerals of Lead White were detected. In the case of mixing the two pigments in the powder state, darkening did not occur even by the UV test. However, the specimens colored with the mixed powder were darkened by the UV test. The color change of Orpiment was different depending on the mixed pigment and base material. The color change was greater in the case of alum treatment than in the case without alum treatment, and it was found that alum also had an influence on the color change of Orpiment. 전통 황색 광물안료 석황이 적용된 채색문화재에서 석황부위의 색상변질이 빈번히 발생된다. 채색문화재에서 변색되는 원인을 밝히고자 석황과 석황에 혼합하여 사용하는 몇가지 안료를 분말과 채색상태로 제작하여연구하였다. 석황에 연백, 연단, 주사를 비율에 따라 혼합한 후 아교에 넣어 한지와 견에 채색하였다. 명반으로 발생할 수 있는 변색을 고려하기 위해서 채색시편에 대해 명반처리 시험을 실시하였다. 시편들의 내구성을 확인하기위하여 자외선시험기로 내광성시험을 3단계, 총 96시간 동안 실시하였다. 시험을 거친 시편에 대하여 색도계를 사용하여 색변화를 측정하였으며, XRD와 Raman 스펙트로메터로 광물과 구조변이, SEM/EDS로 화학성분의 변화를분석하였다. 내광성시험에 따른 순수 석황 분말의 색변화는 적었던 반면, 채색시편에서는 약간 어두워졌다. 견바탕에 채색한 것의 색변화가 컸으며, 명반이 처리된 시편의 색변화가 컸다. 석황분말에서는 자외선시험 후 orpiment 가 변질된 백색의 arsenolite가 생성되었다. 석황-연백 혼합분말에서는 석황과 연백의 구성광물만이 검출되었고, 변질물질은 생성되지 않은 반면, 자외선시험 후에는 orpiment와 orpiment의 변질물인 arsenolite, 그리고 연백의 구성광물이 검출되였다. 두 안료의 분말상태의 혼합에서는 자외선시험에 의해서도 암흑화현상이 발생되지 않았다. 그러나 혼합분말로 채색된 시편은 자외선시험에 의해 암흑화되었다. 채색시편에서 혼합된 안료와 바탕재에 따라 석황의 색상 변화가 다르게 나타나며, 명반처리한 경우는 안한 경우보다 큰 색변화를 보여 명반도 석황의 색변화에영향을 주는 것으로 드러났다.

수용성염이 석조문화재 표면 박리현상에 미치는 영향

도진영,임권웅 한국문화재보존과학회 2008 보존과학회지 Vol.22 No.-

석조문화재에서 나타나는 박리현상의 발생메커니즘과 염수용액에 의한 화학적 풍화와 관련된 그 원인을연구하였다. 박리편에 대하여 화학적, 광물학적, 물리적 분석을 수행하여 함유하고 있는 대표적인 염이 석고임을 밝혔다. 염의 작용을 이해하기 위하여 석고와 더불어 용해도가 상이한 황산나트륨을 공극율이 다른 응회암과 화강암에 처리하였다. Na2SO4 처리와 인공풍화를 거친 암석시료들의 모세관물흡수율은 약간 증가하였는데 이는 이 염에 의해 암석의 표면가까이에만 변화가 있었음을 의미한다. Na 2SO4는 암석의 표면공극내에서 결정화가 일어나 수화압과 결정압을 발생하여 얇은 박리를 형성하는 것으로 보인다. CaSO 42H 2적되므로 집적되는 양이 Na 2SO4 보다 더 많고, 표면에 집적되는 양보다 내부에 집적되는 양이 많아 물흡수량이 증가하는 결과를 보이는 것이며, 이러한 성질로 인하여 암석에 두꺼운 박리가 야기될 것으로 판단된다. 암석종에 따른 변화에서는 응회암의 경우, 큰 공극율과 높은 모세관물흡수율로 인하여 암석 내부의 깊이까지 들어가서 염이 집적하게로 보인다. 이에 비해 공극율과 모세관물흡수율이 낮은 화강암에서는 표면부위에서 집중적으로 염의 집적이 일어나서얇은 박리가 발생하는 것으로 판단된다. The mechanism of stone exfoliation and its cause in relation to chemical weathering by soluble salt werestudied. Chemical, mineralogical and physical analysis was performed in exfoliation samples from stone monuments.The representative salt is gypsum in the exfoliation samples. In order to understand the salt reaction, stonesolubility. The capillary water uptakes are slight increased in impregnated with Na2SO4 and weathering simulation oftwo rock types. It means that the rock is deteriorated in the near of the surface by Na2SO4. CaSO42H2O bring out thethicker exfoliation than Na2SO4 because it is penetrated into the deeper zone and amount of accumulated salt is more30cycle of weathering simulation, but there are not significant symptoms of exfoliation in the granite by same condi-tion. This result was caused by the different capillary water uptakes and porosity of the rocks. In the tuff, salt solu-tions are penetrated into the inner part due to its high capillary water uptakes and porosity but the granite, which haslow value relatively, can be formed thinner exfoliation.

석조문화재의 손상에 미치는 보수처리제의 영향

도진영 慶州大學校 慶州文化硏究所 2006 慶州文化硏究 Vol.8 No.-

이 연구에서는 손상된 석조문화재 중에서 특히 보수물질에 의해 손상이 가속화되고 있는 감은사지삼층석탐(서탑)을 대상으로 보수물질과 주변암석이 함유하고 있는 염성분을 분석하여 보수물질이 암석의 손상에 미치는 영향에 대하여 살펴보았다. 수용성 염을 형성하고 있는 이온을 측정하기 위해서 C1^(-), NO^(3-)과 SO₄^(2-) 등 음이온의 분석은 이온크로마토그래프를 이용하였으며 Na^(+), Ca^(2+), Mg^(2+) 및 K^(+) 등의 양이온은 ICP-AES를 사용하여 분석하였다. 분석된 몰탈에서는 염소이온과 질산이온은 미량으로 존재하였으며 황산이온은 높은 함량으로 검출되었고, 양이온 중에서는 칼슘이온이 다량 검출되었다. 몰탈에 영향을 받은 주변 암석에서도 이와 유사한 함량의 수용성염이 검출되어 감은사지삼층석탑(서탑)에 사용된 보수물질은 석탑이 함유한 수용성염성분의 주기원임이 밝혀졌다. 석탑에 사용된 보수물질이 모두 같은 성질을 띠고 있는 것은 아니었으며, 또한 보수물질 모두에서 수용성염을 형성하고 있지는 않았는데 이는 보수할 때마다 사용한 몰탈의 구성성분이 달라 나타난 결과로 생각된다. 염을 맡이 함유하고 있는 부위들은 대부분 그 조직이 매우 약해져 있어 암석을 강화시켜야할 필요성이 대두되는 곳들이다. 성공적인 강화처리를 위해서 염의 원인 물질인 보수부위를 재정비해야하며, 다량의 염을 형성하고 있는 보수처리물질을 제거하고 보수물질이 있었던 주변을 탈염처리해야만 한다. There is a large variety of mortars for the stone repair on Gameunsajisamchungseoktap. Chemical analyses of soluble salts were carried out in samples of mortars, granular disintegration, scales of the this pagoda in order to determine the influence of mortars on the deterioration of stones. On the samples obtained the following analyses were carried out: Ion chromatography and ICP-AES to determine qualitatively and quantitatively for the anions(Cl-, NO^(3-) and SO₄^(2-)) and cations(Na^(+), Ca^(2+), Mg^(2+) and K^(+) present respectively. As regards the anions chlorides and nitrates are present in trace amounts, while the concentration of sulphates is generally high and calcium ion is major cation in mortars. The used some mortars seems to be representative origin of soluble salts on this pagoda because high concentrations of soluble salts were detected in the nearby mortar. Their high hydration and dehydration activity under moderate climate conditions is leading to damages of stone. Surface layers including the soluble salt need consolidation because they are mostly very weak. For the conservation treatment, the removing of inappropriate repair mortar and desalination are necessary steps before the treatment with consolidant.

서악리삼층석탑에 형성된 표면오염물의 특징과 그 제거방안 연구

도진영 慶州大學校 慶州文化硏究所 2005 慶州文化硏究 Vol.7 No.-

서악리삼층석탑에 형성된 표면오염물은 생물체 서식에 의한 두터운 층, 토양이나 먼지의 흡착에 의한 갈흑색층 및 부계 사이에 삽입된 철판의 산화에 의해 흡착 형성된 갈색 철산화물로 대별된다. 이와더불어 빗물이 고이는 부계표면에는 흑색의 勢은 막이 형성되어 있다. 분석 결과 생물체 서식층은 미립의 광물입자들을 포획하고 있으며, 수용성 염성분도 다량 함유하고 있음이 밝혀졌다. 생물체 서식층은 대부분 암석에 단단히 고착되어 물리적 방법으로는 제거가 어렵다. 그러나 우선 메스나 부드러운 솔을 이용하여 제거해보고, 그 후에 바이오사이드등으로 화학적인 처리를 검토해 보아야 한다. 갈흑색 토양이 흡착된 암석의 표면층은 수용성염, 특히 Mg, Ca, Na 및 K과 같은 양이온 성분을 암석에 공급해주어 손상을 일으키는 심각한 원인이 될 수 있으므로 제거가 되어야 한다. 이 부분의 제거를 위해서는 솔을 이용한 가벼운 건식세척이 요망되며, 경우에 따라 증류수를 이용하여 습식으로 세척한다. 그러나 구성암석자체가 다공성임으로 세척 후에는 암석내부에까지 스며들어간 수분을 제거해주는 것이 필요하다. 괴임 철판의 산화로 인하여 형성된 적갈색의 철산화물 띠를 제거하기 위해서는 화학약품을 써야하나, 그 피해에 대한 연구가 많이 보고되고 있고, 여기에 생성된 철산화물은 심각하지 않으므로 그대로 두는 것을 권한다. 흑회색의 양은 막은 빗물이 오랫동안 고여 있으면서, 수분의 건조가 어려운 암석표면에 주로 형성되어 있다. 이 층은 매우 단단하게 암석에 부착되어 있어 암석입자를 제거하지 않고는 흑색막 자체의 제거는 쉽지 않다. The main surface pollutants on Gyeongjuseoangnisamcheungseoktap are classified into the thick layer by biological colony, the brownish black layer by the adsorption of soil or dust and the brownish Fe-oxide by the oxidation of the iron plate inserted for balance. And the black thin layer is formed on the stone surface, on which rainwater can stay long. Through a laboratory analysis, it is elucidatel that the biological colony layer includes the fine mineral grains and an amount of the soluble salts. The biological colony layer is strong attached on the stone surface and it is difficult to remove it by physical methods. However, at first, Physical methods are carried out by using of mess or soft brush and next, if necessary, chemical treatments by biocide should be considered. The brownish black soil layer must be removed from the stone, because this layer provides the soluble salts, especially cation, like Mg, Ca Na and K, which are severe demage causes of stone cultural properties. For the removing of this layer is required simple dry cleaning by brush and, if necessary, to cleanse this layer by distilled water. In this case, the seeped wash water into the inner stone must be removed. For the removing of the red-brown Fe-oxide band on stone surface need generally chemical cleaning methods. But for this cultural properties it is better to leave as it is, except using of distilled water, since its many harmful effects are reported and the present condition of this Fe-oxide band is not severe. The thin greyish black layer is formed on the stone surface, on which rainwater stays long and it is difficult to dry it. It is not easy to remove this black layer alone, because this layer is very thin and strong attached on the stone.

경주지역 석조문화재 표면에서 관찰되는 흑화현상

도진영 경주대학교 경주문화연구소 2003 慶州文化硏究 Vol.6 No.-

경주지역 석조문화재의 주 구성암석인 화강암이 다른 것들에 비해 견고하고 손상을 덜 입는다고는 하나 석조문화재가 위치한 주변의 환경적 요인으로 인해 다양한 손상이 일어나고 있다. 이러한 시점에서, 본 연구에서는 경주의 국가지정석조문화재들에게 주어진 전반적인 주변 환경 문제점을 개략적으로 조사하였으며, 이와 연관된 손상형태들을 살펴보았다. 또한 석조문화재 표면에서 관찰되는 염에 의한 백화현상과 흑화현상 또는 암갈색 변색 대해 화학성분분석, 광물성분분석 및 조직관찰 등 간단한 몇 가지 연구방법을 통하여 구성성분을 알아내고 그 기원을 살펴보았다. 경주지역의 석조문화재에서 관찰되는 손상은 크게 수용성염에 의한 손상 및 암석 표면의 흑화 또는 암갈색 변색현상으로 대별할 수 있었다. 이와 같은 현상은 대부분 환경적인 원인으로 인해 형성된 것으로 인위적으로 조절할 수 있는 원인은 조속히 차단할 방안을 강구해야만 한다. Various deterioration have been happened in stone cultural properties by the site environmental problems, although granite is strong and withstand in weathering, which is major rocks of stone cultural properties. In this paper, it was carried about general problems of site environment and its involved deterioration type in national appointed stone cultural properties which is located in Gyeongju. The deterioration type is classified into damage by water soluble salt and discoloration. The composition and origin have been studied in efflorescence and discoloration like blackening in stone surface through the chemical composition analysis, mineral component analysis and microstructural observation. This deterioration type was formed mostly by problem of site environment. Therefore artificially controllable cause must be fined and removed as soon as possible through a detailed research.

석조물 표면의 흑화현상 고찰-흑색층의 구성광물 및 흑색에 영향을 끼치는 기타성분

도진영 한국암석학회 2002 한국암석학회 학술발표회 논문집 Vol.- No.-

석조기념물 흑색표면층에 있는 염의 특성과 기원

도진영 한국문화재보존과학회 2003 보존과학회지 Vol.12 No.1

석조물에 있는 염들이 암석의 손상에 영향을 끼친다는 것은 잘 알려져 있다. 석조물 표면에 형성된 흑색층에서는 다양한 염이 다량 검출되고 있어 흑색층 내에서의 염의 역할과 또 그 기원에 대한 고찰이 요구되고 있다. 이 논문에서는 독일 베를린에 소재한 역사적인 건물에 사용된 사암과 석회암을 대상으로 염들의 특성을 알아보았다. 염은 원자 흡광분석기와 원자발광분석기 및 이온크로마토그래피를 이용하여 분석하였다. 모든 흑색층에서 가장 대표적인 이온은 과 으로, 통계처리에 따른 형성 가능한 염은 황산칼슘이다. 흑색층의 X-선 회절 분석법에서 석고가 검출되었으므로, 여기에 형성된 황산염은 이수화물 형태임을 알 수 있다. 칼슘의 기원이 사암 흑색층에서는 대기중의 먼지로, 석회암 흑색층에서는 모암인 것으로 추정되며, 황은 대기 오염물과 보수 시 사용된 모르타르에서 기인한 것으로 보인다.

도심에 위치한 석탑 표면 흑색층 내의 원소탄소성분과 그 기원연구

도진영 한국문화재보존과학회 2007 보존과학회지 Vol.20 No.-

Black surface layers collected from stone pagodas were analyzed to study the effects of carbon com-pounds on the blackening of stone surface layer. The total amounts of carbon was measured through elemental2 determination afterelimination of carbonates carbon with acid treatment. The elemental carbon concentration in the black surface layermeasured 0.52wt.%. This value is not sufficient to explain the complete blackening of stone surface. To trace the ori-gin of carbon in black surface layer on the stone pagoda, aerosol samples for PM10 were collected at the near sites ofmatter(16wt.%). From the high content(13wt.%) of elemental carbon in aerosol can be deduced that it may be aprime origin for the elemental carbon in the black surface layer on the stone pagoda. The crustal matter in aerosol canbe also a origin of silicate mineral in black surface layer and plays a important role in the darkening of black surfacelayer. 석탑 표면 흑화현상에 영향을 끼치는 탄소를 평가하기 위하여 석탑표면의 흑색층을 분석하였다. 원소분석기를 이용하여 총탄소량을 측정하였으며, 원소탄소와 유기탄소는 시료를 산처리하여 탄산염탄소를 제거한 후OC/EC 탄소분석기를 이용하여 분석하였다. 이들 석탑 표면 흑색시료에서 검출된 원소탄소의 함량은 0.52%로 원석탑 흑색표면 내 원소탄소의 기원을 살펴보기 위해 석탑주변의 대기미세먼지(PM-10)를 포집하여 성분을 검토하였다. 대기미세먼지 중에서 가장 높은 비율을 차지하고 있는 것은 이온성분으로 38.4%였으며 토양지각성분이16.6%, 탄소성분이 38.4%로 측정되었다. 대기의 높은 원소탄소함량(13 wt.%)은 석탑 흑색표면에서 검출된 원소며, 석탑표면에 축적되어 표면을 어둡게 하는 역할을 한다.