연구대상 시료의 구성광물 분석을 위해 XRD(X-ray diffraction) 분석을 실시하였다. 분석기기는 Panalytical사의 Empyrean X-선 회절분석기가 이용되었으며, 흑연 단색화된 파장 (CuK α = 1.5406 Å)을 사용하였다. 시료를 분석한 측정 조건은 40 kV/40 mA의 출력으로 5~80° 2-theta 구간에서 주사간격 0.02°, 주사시간 1초로 설정하여 연속스캔 (continuous scan) 방식으로 회절값을 기록하였다. 이 때 슬릿은 Duivergence slit 1°, Anti scattering slit 0.5°로 고 정하였다.

본 연구에서는 바인더의 영향을 배제하고 안료 자체의 색상을 측정하기 위해 에탄올과 안료를 혼합하여 도포한 후, 에탄올이 휘발되고 남은 안료 채색층을 대상으로 Konica Minolta사의 색차계(CM-600d, Japan)를 사용하여 색상을 측정하였다.

안료의 입도분포 분석을 위해 레이저 회절기술을 적용한 Malvern사의 입도분석기(Mastersizer 2000, England)를 사용 하였다. 0.2 g의 안료에 분산액(4% Sodium hexametaphosphate) 20 ml를 가해 충분히 혼합하여 분석시료를 준비했다. Mastersizer 2000는 레이저 광선이 분산된 미립자 시료를 통과할 때 산란되는 빛의 세기를 측정해 입자 크기를 구하 고 Mie이론과 Fraunhofer Approximation을 통한 산란 방 식을 대입하여 입자의 분포도를 나타낸다.

흡유량은 안료 100 g을 아마인유로 반죽할 때, 분말상 태에서 최초로 한 덩어리(paste)가 되는데 소요되는 아마 인유의 양을 ml로 나타낸 값이다. 실제 흡유량은 아마인유 가 안료의 표면을 둘러싸고 다시 안료 입자간 공간을 채우 는데 필요한 아마인유의 양이다. 본 연구에서는 KS M ISO 787-6(안료와 체질 안료의 일반 시험방법 - 제5부: 흡유량 의 측정)에 따라 각 안료의 흡유량을 측정하였다.

은폐력은 안료를 흑색 및 백색 소지(substrate)에 거의 동일한 두께로 도포하고 이를 건조한 후 흑색과 백색 소지 면에서의 반사율의 비율로 측정한다. 본 연구에서는 KS M ISO 2814에 의거 하여 은폐력을 측정하였다. 알아교(봉황, Japan)를 이용해 제조한 10% 아교수와 안료를 1:0.8 비율 로 혼합하고 어플리케이터와 자동도공기(QRAMCM- 501, Korea)를 사용하여 100 μm 두께로 도포한 후, 약 24시간 동안 자연건조하고 색차계(CM-600d, Japan)의 은폐율 측 정모드를 적용하여 은폐율을 측정하였다.

도료의 발림성은 작업성과 관계되는 특성이며, 일반적 으로 안료의 흡유량, 안료와 교착제의 배합비, 교착제의 점 도 등의 영향을 받는다. KS 표준에 규정되어 있는 관련 표 준은 도료의 붓 작업성, 스프레이 작업성에 관한 규정이 있 지만, 실제 판단은 작업자의 판단에 의존하고 있다. 본 연 구에서는 복사용지(A4) 위에 알아교(봉황, Japan)를 이용 해 제조한 10% 아교수와 1:0.8 비율로 배합한 안료 1.0 ml 를 지름 2 cm 원 안에 떨어뜨린 후 필름 어플리케이터와 자동도공기(QRAMCM-501, Korea)를 이용하여 100 μm 두께로 도포하였다. 안료 도포 후 약 24시간 동안 자연건조 하고, 도포된 안료의 길이를 측정하여 발림성을 평가하였다.

고문헌 기록을 바탕으로 국내 백토 산지에 대한 현지조 사를 실시하였다. 고문헌에 기록되어 있는 백토의 산지 중 웅천은 경상남도 진해 지역의 옛 지명이며, 조선시대 고성 현은 현재 경상남도 고성군 지역이다. 숙종실록에 나타난 경상도 경주부는 경상북도 경주시 지역이며, 진주목은 경 상남도 진주시 지역이고, 세종실록지리지의 경상도 안동 대도호부 청송군은 현재 경상북도 청송군이다. 경상도 지 역의 고령토광상은 여러 원생대의 회장암질암(Kwon and Jeong, 1990)과 중생대 쥐라기의 우백질 반려암이 넓게 분 포하는 경남의 산청, 하동, 단성, 합천, 경북의 고령 및 성주 군 일부 지역에 다소 광범위하게 분포하고 있다(Jeong, 1982). 그중 합천-고령-성주를 포함하는 가야산 일대의 고 령토의 경우, 백악기 관입암체에 의한 열수변질의 영향이 관여된 양상이 현저하게 나타나는 것으로 보고되고 있으 며, 이와는 달리 하동-산청 지역은 풍화잔류형 고령토광산 이 발달하는 것으로 알려져 있다(Noh, 2008). 경상도 지역 의 고령토광상 대부분은 대규모로 개발되다가 광석고갈 및 채산성 확보 실패 등의 요인으로 개발이 종료되어 광석 들이 잉여자원으로 방치되어 있거나, 2000년대 초반부터 광해관리공단에서 진행 중인 복원사업으로 인하여 공공시 설이나 밭으로 개간되어 백토채굴의 흔적조차도 찾기 힘 들게 된 곳이 늘어나고 있다(Moon et al., 2016). 숙종실록 에 기록되어 있는 강원도 양구현은 강원도 양구군의 옛 행 정 구역이며, 이 일대에서 산출되는 백토는 ‘양구백토’로, 조선시대 백자 제작을 위한 원료로 알려져 있다. 양구백토 의 채굴이 확인된 최초의 기록은 ‘서암사지’로 상납하는 백토의 채굴작업을 당시의 임금인 선조에게 상소하여 용 전을 주고 사역케 했다고 한다(Jeong, 2010). Jeong(2010) 은 양구군 방산면 현리 일대의 폐백토 더미를 발견하고, 이 를 토대로 백토가 채굴된 지역을 추정한 바 있다. 현장조사 를 통해 경상도 산청, 하동, 합천 지역 그리고 강원도 양구 방산면 지역에서 연구대상 시료를 확보하였다. 또한, 황토 산출지로 잘 알려진 전남 무안군에서 연구대상 시료를 추 가 확보하였다(Table 2).

Figure 1은 시료 YBW의 산출지 전경 및 시료의 산출상 태를 나타낸다. 이 지역은 양구백토의 산출지로서 강원도 양구군 방산면 일대에 위치하며, 현재는 더 이상 백토를 채 굴하지는 않는다. 하지만 성곡령 정상부에 양구백토 산출 이 확인되어 시료를 채취하였다.

Figure 2는 시료 SGW의 산출지 전경 및 시료의 산출상 태를 나타낸다. 이 지역은 경남 산청군 금서면에 위치하며, 산청지역에 특징적으로 발달하는 회장암의 풍화로 형성된 풍화잔류형 고령토 광상이다. 최근까지 채굴하던 흔적이 남아있지만 개발이 종료되어 채굴장 내 고품위광체와 저 품위광체의 공간적인 위치 및 채굴 규모에 대한 정보 획득 이 불가하였다. 다만 접근이 제한된 채굴장 입구 근처에 발 달한 노두에서 적재된 광석의 물성에 가까운 백색도가 높 고 점성을 가지는 백토시료를 채취하였다.

Figure 3은 HBW의 산출지 및 시료의 산출상태를 나타 낸다. 이 지역은 고문헌상에 언급된 백토 산출지로서 경남 하동군 북천면에 위치하고 있다. 과거 대규모로 백토를 채 굴했던 곳이지만 현재는 채광이 종료된 후 복원사업이 마 지막단계까지 진행되어 있다. 노두에서 관찰되는 백토는 철산화물과 주변 황토의 영향으로 분홍색 및 황갈색의 불 순물이 많이 포함되어 백색도가 낮으며, 점성이 높고 고령 토화가 잘 진행되어 있다.

Figure 4는 HOW의 산출지 및 시료의 산출상태를 나타 낸다. 경상남도 하동군 일대는 고문헌에 언급된 진주 백토 산출지로 알려진 진주일대로 경남 하동군 옥종면에 위치 한다. 과거 대규모로 백토를 채굴하였지만 현재는 백토광 체의 고갈로 철산화물의 함량이 높은 저품위 고령토인 핑 크고령토(pink kaolin)의 수요가 있을 때 간헐적으로 채굴 하는 것으로 알려져 있다. 노두에는 높이 3 m, 폭 7 m 정도 의 소규모로 백색의 고령토가 잔류하고 있으며, 이러한 백 토는 점성이 매우 강하며 사장석 및 석영 등의 파편이 거의 함유되지 않은 세립질의 고품위 고령토이지만, 그마저도 철산화물의 함량이 높아 전체적인 백색도는 떨어지는 것 이 특징이다.

Figure 5는 HGW의 산출지 및 시료의 산출상태를 나타 낸다. 경남 합천군 일대는 가야산 일대에 발달하는 고령토 광화대로 인해 국내의 대표적인 고령토 산출지이다. 산출 되는 백토는 카올리나이트 등 고령토광물이 주된 구성광 물이며, 경우에 따라 석영 및 장석 등의 파편과 일라이트 버미큘라이트 등의 점토광물이 불순물로 포함되어 산출된다.

Figure 6은 MCW의 산출지 및 시료의 산출상태를 나타 낸다. 이 지역은 전라남도 무안군 청계면 일대로 현재 도로 공사로 인해 산의 절개면이 드러나 있으며, 적색 및 황색의 토양과 함께 백색의 토양이 산출된다.

고문헌에 언급된 백토 산지에 대한 현지조사에서 시료 를 확보하고, 시료의 구성광물을 확인하기 위해 XRD 분석 을 실시하였다. Figure 7은 XRD 분석결과를 나타내며, Table 3은 XRD 분석을 통해 동정된 주요 광물을 나타낸 다. 분석결과 YBW, HBW, MCW는 석영과 운모 혹은 장 석이 주요 광물로 동정되었으며, SGW, HOW, HGW는 카 올리나이트와 일라이트가 주를 이루는 것으로 나타났다. 특히, HGW의 경우, 거의 순수하게 카올리나이트로 이루 어진 것으로 확인되었다.

백토안료는 백색안료인 만큼 색도에서 특히 명도(L^*)가 중요하다. 제조된 백토안료 중 HGW가 92.9로 가장 높은 L^*값을 보였으며, HBW 또한 90.7로 높은 L^*값을 나타냈 다. 반면 HOW와 YBW의 경우 각각 86.6과 83.8의 비교적 낮은 L^*값을 보였다(Figure 8). 색도 분석결과 중 a^*, b^*값 경우, 0에 가까울수록 백색안료로서 적합하다고 할 수 있 는데, 제조된 백토안료의 경우 a^*값은 전체적으로 1.3 이하 의 낮은 값을 보였지만, b^*값은 5.16~11.46으로 비교적 높 은 값을 나타냈다. 비교적 낮은 b^*값을 나타낸 HGW를 제 외하면, 백색안료로 활용하기 위해서는 착색물질을 제거 하기 위한 노력이 필요할 것으로 보인다.

안료의 입도분포는 안료의 물성 및 기능성에 영향을 미 치는 중요한 요소이다. Figure 9는 백토안료의 입도분포와 입도범위 분석결과이다. 입도범위 분석결과 중 d(0.1)과 d(0.9)는 누적분포에서 각각 10%와 90%에 해당하는 입자 크기를 나타내며, D(4.3)은 평균입도를 나타낸다. 입도분 포 분석결과, 제조된 백토안료 중 YBW, HGW, MCW의 경우, 상대적으로 10 μm 이하 입자의 비율이 높은 것으로 나타났으며, SGW와 HOW의 경우, 26~28 μm의 평균입도 를 보인 반면, 그 외의 백토안료는 14~19 μm의 평균입도 를 나타냈다.

안료의 흡유량은 전색제 혹은 교착제의 혼합비를 결정 하는 기준이 되는 중요한 물성 중 하나이다. 제조된 백토안 료의 흡유량을 측정한 결과, YBW가 27.8 ml/100 g로 가 장 낮은 값을 나타냈고, SGW와 HOW가 각각 61.8 ml/ 100 g과 61.7 ml/100 g로 가장 높은 흡유량을 보였다. 전체 적으로 SGW, HOW, HGW의 흡유량이 높게 나타난 반면, YBW, HBW, MCW는 낮은 흡유량을 보였다(Figure 10). 안료의 흡유량에는 여러 가지 요인이 영향을 미치는데, 안 료의 주요 구성광물 또한 흡유량에 영향을 미치는 주요 요 인 중 하나이다. 높은 흡유량을 보인 SGW, HOW, HGW는 XRD 분석결과 카올리나이트, 일라이트 등의 점토광물이 주요 광물로 동정된 반면, 낮은 흡유량을 나타낸 YBW, HBW, MCW는 주로 석영, 장석 등이 주를 이루는 것으로 확인되었다.

안료를 교착제와 혼합하여 칠할 때 하지를 덮어 보이지 않게 하는 능력을 은폐력이라고 한다. 문양을 그릴 때 바탕 색 위에 덧칠하여 문양을 그리는 단청 작업에서 안료의 은 폐력은 높을수록 유리하다. 제조된 백토안료의 은폐율을 측정한 결과, HBW가 62.8%로 가장 낮은 은폐율을 나타 냈으며, HOW와 HGW의 경우 약 90% 이상의 비교적 높 은 은폐율을 갖는 것으로 확인되었다(Figure 11). 안료의 은폐력은 안료의 광반사와 흡수에 따라 달라지는데, 백색 안료의 경우 광을 거의 흡수하지 않으므로 은폐력은 주로 빛의 반사율로 결정되며, 빛의 반사율은 안료의 입자가 미 세할수록, 안료의 굴절률이 클수록 증가한다. HOW, HGW 의 경우, 주요 구성광물인 카올리나이트가 석영에 비해 굴 절률이 높아 상대적으로 높은 은폐율을 나타내는 것으로 판단된다.

발림성은 안료와 교착제를 혼합한 후 칠할 때 작업성을 간접적으로 판단할 수 있는 하나의 지표라고 할 수 있다. 물론 실제 단청시공에서는 각각의 안료에 가장 적합한 혼 합비로 교착제를 혼합해 사용하기 때문에 각각의 안료마 다 다른 혼합비가 적용된다. 본 연구에서는 혼합비를 일정 하게 적용한 후 상대적인 발림성을 측정하였다. 제조된 백 토안료를 대상으로 발림성을 측정한 결과, HOW의 경우, 270.3 mm로 가장 높은 발림성을 나타냈으며, YBW가 174.5 mm로 가장 낮은 발림성을 나타냈다(Figure 12). YBW를 제외하면 제조된 백토안료는 전체적으로 210 mm 이상의 양호한 발림성을 갖는 것으로 확인되었다.