Korean Journal of Heritage: History & Science (헤리티지:역사와 과학)

National Research Institute of Cultural Heritage (국립문화유산연구원)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Evaluation of the Color-change and Stability of Hoecheong (Smalt) Pigments When Exposed to Airborne Environmental Pollutants

회청 안료의 보존 환경에 따른 안정성 평가

  • PARK, Juhyun (Research Division of Restoration Technology, National Research Institute of Cultural Heritage) ;
  • LEE, Sunmyung (Research Division of Restoration Technology, National Research Institute of Cultural Heritage) ;
  • KIM, Myoungnam (Research Division of Restoration Technology, National Research Institute of Cultural Heritage)
  • 박주현 (국립문화재연구소 복원기술연구실) ;
  • 이선명 (국립문화재연구소 복원기술연구실) ;
  • 김명남 (국립문화재연구소 복원기술연구실)
  • Received : 2021.06.30
  • Accepted : 2021.10.31
  • Published : 2021.12.30
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

Recently, as the climate changes rapidly and the prevalence of airborne fine particulate matter increases, the pattern of pollutants in the atmospheric environment is also changing. Therefore, the importance of studying the stability of pigments used in colored cultural properties is emerging. Hoecheong is an inorganic blue glass pigment called smalt; it is made by using cobalt as a coloring element in potash glass, and was widely used in colored cultural assets, such as murals and paintings. In this study, we collected three other hoecheong pigments to analyze their properties. The percentage of Co and K contained are different according to the manufacturer, and the smalt-3 sample has a lower cobalt content (15.1 wt.%) and higher potassium content (29.6 wt.%). After this analysis, colored specimens were prepared. Prepared specimens were exposed to ultra-violet rays, CO2/NO2, and NaCl, which are known to have the greatest influence on the stability of pigments. We found that factors affecting the color stability were NO2 gas, ultra-violet rays, and water-soluble salts (NaCl). Among them, NO2 has the most severe impact on color change of the pigments. Results of the component analysis showed that the color change depends on the potassium and cobalt content of the hoecheong pigment. Among the specimens, smalt-3 showed the most vulnerability after exposure to NO2 gas and water-soluble salts. Pigment film stability is affected by watersoluble salts, giving rise not only to color change, but also weakening the physical properties of the film. However, there was no significant change in composition and color after exposure to CO2 gas. In conclusion, we found that hoecheong pigments underwent color change and increased instability of the coating film when exposed to any of the atmospheric environmental factors used in this study, except for CO2.

최근 기후가 급격히 변하고 미세 먼지가 증가하는 등 대기 환경 오염 물질의 양상도 변하고 있다. 이에 따라 채색 문화재에 사용되는 안료의 안정성 연구에 대한 필요성이 대두되고 있다. 회청은 전통 인공 무기 안료로 스몰트(Smalt)라고 불리는 청색의 유리 안료이다. 포타쉬 유리에 코발트를 녹여 만드는데 벽화, 회화 등의 채색 문화재에 사용되어왔다. 본 연구에서는 시판되는 회청 안료 3종을 수집하여 안료의 특성을 분석하였다. 회청은 제조사에 따라 발색 원소인 Co와 융제인 K의 함량에 차이를 보였는데 Smalt-3의 경우 Co 함량이 15.1 wt.%로 가장 적았고, K 함량은 29.6 wt.%로 가장 많았다. 채색 시편을 제작하여 안료의 보존에 영향을 미치는 것으로 알려진 자외선, CO2/NO2 등의 대기 오염 가스, 그리고 미세 먼지에 이온 상태로 존재하는 염(NaCl) 등 주요 환경 인자에 대한 안정성을 평가하였다. 색 안정성에 영향을 미친 인자는 NO2 가스, 자외선, 수용성 염(NaCl)이며 이 중 NO2 가스가 색 변화에 가장 큰 영향을 미친 것으로 나타났다. 성분 분석 결과, 안료의 색 변화에 K와 Co의 함량이 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었으며, Smalt-3은 NO2와 수용성 염(NaCl)에서 색의 안정성이 가장 취약하였다. 특히 수용성 염(NaCl)은 색 변화에도 작용하지만 이보다 채색층 표면 물성을 약화시켜 채색층 도막 안정성에 악영향을 미치는 것을 본 연구를 통해 확인하였다. 반면 CO2 가스에 노출된 시편들은 색상 및 성분에 큰 변화가 없었다. 따라서 CO2를 제외하고 시험에 적용된 모든 환경 인자가 회청의 색상을 변화시키고 도막의 안정성도 저해한다는 것을 알 수 있었다.

Keywords

Acknowledgement

본 논문은 국립문화재연구소(NRICH-2105-A54F-1)의 '문화유산 조사 연구(R&D) 사업'의 지원을 받아 수행한 결과물이며, XRD, SEM, FT-IR, TG-DTA 분석을 위해 수고해주신 국립문화재연구소 보존과학연구실 박세린 선생님, 유지아 선생님, 김수경 선생님께 감사의 인사를 전한다.

References

  1. 국립문화재연구소, 2018a, 「전통 단청 안료의 과학적 조사.분석 - 전라남도 편」, pp.101~413.
  2. 국립문화재연구소, 2018b, 「전통 단청 안료의 과학적 조사.분석 - 전라북도 편」, pp.235~236.
  3. 국립문화재연구소, 2019a, 「전통 단청 안료의 과학적 조사.분석 - 경상남도 편」, pp.103~104.
  4. 국립문화재연구소, 2019b, 「전통 단청 안료의 과학적 조사.분석 - 경상북도 편 1」, pp.37~144.
  5. 국립문화재연구소, 2020a, 「전통 단청 안료의 과학적 조사.분석 - 서울 편」, pp.190~277.
  6. 국립문화재연구소, 2020b, 「천연 무기 안료 1」, pp.57, 70~71.
  7. 김나영.김규호, 2015, 「한국 포타쉬 유리 구슬의 조성 분류에 따른 특성 비교」, 「보존과학회지」 31(3), pp.255~265. https://doi.org/10.12654/JCS.2015.31.3.06
  8. 김명남.김지선.정혜영, 2018, 「숭례문 주변 공기 질 특성」, 「제50회 한국보존과학회 추계학술대회」, pp.187~188.
  9. 김지선.정혜영.변두진.유민재.김명남.이선명, 2020, 「전통 단청 안료 표면의 물리적 특성 변화 모니터링」, 「보존과학회지」 36(6) pp.549~561.
  10. 박주현.정혜영, 2019, 「적색 및 황색 계열의 천연 무기 안료의 광물학적 특성 및 촉진 내후성 평가 연구」, 「한국광물학회지」 32(4), pp.3~4.
  11. 송유나, 2018, 「조선시대 단청 안료의 재료학적 특성」, 공주대학교 대학원 박사학위논문, pp.16, 233~239.
  12. 윤지현.이장존, 2019, 「광덕사 노사나불괘불탱과 봉선사 비로자나 삼신괘불도에 사용한 회청의 화학 조성과 풍화 특성」, 「보존과학연구」 40, pp.71~80.
  13. Cianchetta Ilaria, Colantoni Ivan, Talarico Fabio, Acapito Francesco d', Trapananti Angela, Maurizio Chiara, Fantacci Simona, Davoli Ivan, 2012, 'Discoloration of the Smalt Pigment : Experimental Studies and ab initio Calculations', Journal of Analytical Atomic Spectrometry 27, pp.1941~1948. https://doi.org/10.1039/c2ja30132f
  14. Giovanoli Rudolf, Muhlethaler Bruno, 1970, 'Investigation of Discoloured Smalt', Studies in Conservation 15(1), pp.37~44. https://doi.org/10.1179/sic.1970.15.1.003
  15. Jose Santiago Pozo-Antonio, Teresa Rivas, Amelia Dioisio, Diana Barral, Carolina Cardell, 2020, 'Effect of a SO2 Rich Atmosphere on Tempera Paint Mock-Ups : Part 1 - Accelerated aginged Lapis Lazuli-based Paints', Minerals 10, 427, pp.1~24.
  16. Mimoso Joao Manuel, 2015, 'Origin, Early History and Technology of the Blue Pigment in Azulejos', Glaze Arch 2015, International Conference Glazed Ceramics in Architectural Heritage, pp.358~359.
  17. Muhlethaler Bruno, Thissen Jean, 1969, 'Smalt', Studies in Conservation 14, pp.47~48. https://doi.org/10.1179/sic.1969.005
  18. Odlyha Marianne, Cohen Neil S., Foster Gary M., 2000, 'Dosimetry of Pigments : Determination of the Degree of Chemical Change in Museum Exposed Test Paintings(Smalt Tempera) by Thermal Analysis', Thermochimica Acta 365, pp.35~44. https://doi.org/10.1016/S0040-6031(00)00611-0
  19. Robinet Laurianne, Spring Marika, Pages-Camagna Sandrine, Vantelon Delphine, 2011, 'Investigation of the Discoloration of Smalt Pigment in Historic Paintings by Micro-X-ray Absorption Spectroscopy at the Co K-edge', Analytical Chemistry 83, pp.5145~5152. https://doi.org/10.1021/ac200184f
  20. Santopadre Paola, Verita Marco, 2006, 'A Study of Smalt and Its Conservation Problems in Two Sixteen-century Wall Paintings in Rome', Studies in Conservation 51, pp.29~40. https://doi.org/10.1179/sic.2006.51.1.29
  21. Spring Marika, Higgitt Catherine, Saunders David, 2016,'Investigation of pigment-midium interaction processes in oil paint containg degraded smalt', the National gallery, 26, p. 57.