메타카올린(Metakaolin)을 활용한 도자기 복원제의 적용성 연구

국문 초록 (Abstract)

균열 및 파손된 도자기를 재사용하기 위한 목적으로 계자백(鷄子白), 생옻 등 천연재료를 사용하여 수리한 것이 도자기 복원의 시원(始原)이라고 할 수 있다. 시간이 지남에 따라 재사용 목적보다는 전시·교육·보존의 목적이 중요시 되면서 보다 내구성이 있고, 다양하며, 이질감이 덜 느껴지는 합성재료를 선호하게 되었다. 그러나 플라스틱과 유사한 질감, 특유의 약품냄새, 인체에 유해한 성분, 높은 강도, 비가역성, 시간이 경과하면서 두드러지는 황변현상 등의 문제점은 문화재를 재처리해야 하는 상황을 만들기도 한다. 현재는 이러한 문제점을 보완하기 위한 저황변성, 가역성 등에 관한 연구가 다수 발표되었고 문제점 개선을 위한 연구가 진행되고 있다.
한편, 천연복원재료에서 많이 사용하는 석고는 천연성분으로 비교적 인체에 무해하며, 내황변성, 질감표현 등의 장점이 있어 합성수지의 문제점을 보완해 줄 수 있는 재료라고 할 수 있다. 그러나 낮은 내구성, 수분에 의한 취약성, 백화현상을 유발하는 분진 등의 단점으로 인해 보편적으로 사용하는데 한계가 있다.
본 논문은 천연재료인 석고의 단점을 보완하기 위한 방안을 찾기 위해 서로 다른 종류의 석고(일반석고, 경석고, 초경석고)에 메타카올린(Metakaolin; MK)을 첨가하여 실험하고 유물복원에 적용하였다.
메타카올린은 포졸란(Ppzzolan)재료 중 하나로 고령토를 고온에서 급랭(急冷)하여 활성화시킨 고령토이다. 활성화된 메타카올린은 유리상태이며 물과 접촉하여도 수화반응을 일으키지 않고, 특수환경(알칼리조건)에서 서서히 경화하여 초기강도증진, 장기강도발현, 내수성, 내약품성 등의 효과를 나타낸다. 메타카올린을 석고에 첨가함으로써 약한 물성과 수분에 의한 물성약화 등의 문제점을 보완하고자 하였다.
물성실험으로 인장강도, 압축강도, 마모율, 표면강도를 총 6차례에 걸쳐 실험하였고 수축률실험과 자외선실험, 겉보기 비중 및 부피 비중, 흡수율, 겉보기 기공률은 재령 30일이 지난 시편으로 측정하였다. 미세구조관찰은 재령 30일이 지난 시편을 통해 주사전자현미경으로 ×1000, ×2000에서 확인하였다.
실험결과, 메타카올린이 첨가된 석고는 첨가되지 않은 석고보다 물성이 우수하였다. 메타카올린을 첨가한 경석고(경+MK)는 인장강도, 압축강도, 마모율, 표면강도에서 초경석고보다 우수한 물성을 나타내었다. 자외선실험 결과, 모든 시편은 미국규격표준국(NBS) 평가에 따라 ‘색차가 미약’ 범위에 속하여 색상변화에는 안정적인 것으로 확인되었다. 흡수율 및 기공률측정 결과, 일반석고보다 메타카올린을 첨가한 초경석고(초경+MK)가 약 3배 낮고, 비중은 약 40% 높지만 도자기의 비중보다 낮으므로 복원제로 적용하기에 안정적인 것으로 판단되었다.
미세구조관찰 결과, 일반석고·경석고·초경석고의 결정형태는 각각 독립된 결정구조를 가졌지만 메타카올린이 첨가된 석고에서는 서로 결합되어 있는 결정구조를 확인할 수 있었다. 경+MK시편에서 기공이 관찰되지 않는 부분이 확인되어 메타카올린이 첨가됨으로써 보다 치밀해짐을 확인하였다.
본 연구결과를 바탕으로 초경+MK를 토제수반, 분청사기조화문병, 분청사기분장문병, 분청사기국문내인화문대접 복원에 적용하였다. 초경+MK는 경화양상에 따라 전체형태에서 세부형태를 성형하기에 수월하였고, 주입 및 적층 등 여러 방법의 복원이 가능하였다. 또한, 안정적인 형태유지와 채색과정에서도 표면에 안료의 안착이 다른 재료에 비해 높게 나타나는 등 기존 석고 복원재의 문제점이 개선되었음을 확인하였다.
메타카올린의 첨가는 천연재료인 석고의 물성을 보완하였고, 장기강도발현, 조직치밀성 등의 효과가 있음을 확인하였다. 메타카올린은 알칼리환경에서 반응하기 때문에 분위기가 조성되는 재료에서는 실험결과와 동일한 효과를 나타낼 것으로 예상되었다. 본 연구를 통해 합성수지와 더불어 천연재료인 메타카올린의 활용과 연구가 지속적으로 진행될 것으로 판단된다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 1.1 연구목적 1
• 1.2 연구방법 2
• 2. 실험 5
• 2.1 선행연구사례 5
• 2.2 실험재료 8
• 2.3 시편제작 14
• 2.4 실험방법 16
• 3. 실험결과 및 고찰 24
• 3.1 물성실험 결과 24
• 3.2 미세구조 관찰 34
• 3.3 고찰 37
• 3.4 적용사례 39
• 4. 결론 47