1. 서 론
부여 쌍북리 280-10번지 유적은 근린생활시설 신축부지로 한국문화재재단에 의해 2020년 11월 11일부터 2021년 3월 8일까지 발굴조사가 시행되었다. 그 결과, 상⋅하부 2개의 문화층에서 백제 사비기 유구가 각각 3기와 10기 확인되었다. 그중 상부문화층 우물에서 송곳형 목기, Y자형 목기, 파수부 사각용기가 발굴되었으며, 하부문화층 수혈유구 2호에서 화살표형 목기, 하부 문화층의 지표에서 칠기 등이 출토되었다(Korea Heritage Agency, 2021).
출토된 목제유물은 매장 환경에서 목재의 주 구성성분이 대부분 분해되고 분해된 세포내강은 수분으로 치환되어 그 형태를 유지하고 있는 수침고목재 상태이다(Kim and Park, 2006; Cho et al., 2014). 수침고목재는 외기에 장기간 노출되면 발굴 당시 형태가 잘 남아있더라도 곧 원형을 알아볼 수 없을 정도로 변형되어 유물로서의 가치를 상실하게 된다. 따라서 수장고나 전시실의 대기환경에서 원형을 유지하기 위해 취약한 재질을 강화하는 등 이화학적 방법을 통한 보존처리가 필요하다(Lee, 1997d; Lee et al., 2011).
수침고목재의 보존처리는 PEG(Polyethylene glycol) 함침법, Sucrose 처리법, Lactitol 처리법 등 약제 함침 방법을 주로 이용한다. 이중 PEG는 수침고목재의 보존처리에 쓰이는 가장 보편적인 처리제로 대량 처리가 용이하고 치수 안정화 효과 및 저농도 처리 시 실온에서 보존처리가 가능하다는 장점이 있어 함침처리에 주로 사용되고 있으며(Kim, 2003), 본 연구의 보존처리 대상 중 하나인 수침 칠기의 보존처리에도 효과적인 것으로 보고된 바 있다(Kim, 2007). 수침고목재의 약제 함침 후 건조 방법으로는 자연 건조, 진공동결건조, 조습건조를 주로 이용한다. 그 중, 칠기나 목기 같은 소형 유물의 경우에는 진공동결건조가 가장 많이 적용되고 있다. 진공동결건조는 건조과정 중 응력이 발생하지 않으므로 건조 중 목재의 변형이 적고, 건조 후 재처리시 처리 전 상태로 복원이 용이하며 유물의 원래 색을 유지하는 장점이 있다(Kim, 2003; Lee et al., 2011).
수침고목재의 안정적인 보존처리를 위해 사전 조사가 중요한데, 먼저 유물의 분해 상태를 확인한 후 수종⋅옻칠 여부⋅칠 도막의 구조 등을 확인하여 처리 방법을 선택하여야 한다(Kim et al., 2009). 특히 수종분석은 보존처리 방법의 설정뿐만 아니라 당시의 수목 환경, 목제품의 종류에 따라 선호되던 수종, 외래수종을 통한 당시의 교역⋅교류 등의 식생 환경 및 기후 정보를 추정할 수 있는 중요한 자료이다(Kim and Lee, 2008; Cho et al., 2014; Lee et al., 2018).
따라서 본 연구에서는 부여 쌍북리 유적에서 출토된 목제유물과 칠기의 재질 분석을 통해 당시 목제품 제작에 사용된 수종 및 칠 기법을 확인하고 백제 사비기 목제품 및 칠기 연구의 기초자료로 활용하고자 하였다. 또한, PEG 함침과 진공동결건조를 이용한 수침고목재의 보존처리 사례 중 하나로 해당 유물이 장기적으로 안정적인 보존⋅관리될 수 있도록 하였다.
2. 보존처리 대상 및 분석 방법
2.1. 보존처리 대상
보존처리 대상은 수침고목재 4건 6점(Y자형 목기, 파수부 사각용기, 송곳형 목기, 화살표형 목기)과 수침칠기 1건 4점으로 총 5건 10점이다(Table 1). Y자형 목기와 파수부 사각용기, 송곳형 목기는 상부문화층 우물에서 출토되었으며, 화살표형 목기는 하부문화층 수혈유구 2호에서 출토되었다. 칠기는 하부문화층 지표 수습 과정에서 발견되었다. 해당 유구는 발굴조사 과정에서 동반 출토된 유물을 통해 백제 사비기 후반인 7세기경의 유구로 추정되어(Korea Heritage Agency, 2021), 보존처리 대상 역시 백제 사비기 후반인 약 7세기경의 유물로 판단된다.
출토된 목제유물 4건 6점 및 칠기 1건 4점의 재색은 어두운 편이었으며, 토양 이물질 등으로 오염된 상태였다. Y자형 목기는 섬유 방향으로 긴 균열이 존재하여 분리 위험성이 있었으며, 파수부 사각용기는 파수부에 일부 균열이 존재하였다. 또한, 사각용기 안쪽 부분에 직선형의 날끝흔적이 규칙적으로 관찰되어 끌흔으로 추정되는 가공흔(Song and Kim, 2024)을 확인할 수 있었다. 송곳형 목기는 뾰족한 부분에서 황갈색 오염물을 확인할 수 있었고, 화살표형 목기는 2개의 편으로 분리된 상태이며 목재결 사이로 다량의 토양 오염물이 존재하였다. 칠기는 4개의 편으로 표면에서 칠로 추정되는 도료가 관찰되었다. 보존처리 대상의 자세한 목록은 다음 표와 같다(Table 2).
2.2. 분석 방법
2.2.1. 수종분석
출토 유물에 쓰인 목재 수종을 확인하기 위해 수종분석을 진행하였다. 대상 유물에서 미세하게 채취 혹은 탈락한 편을 스테인리스 면도날(ST-300, Doroco, KOR)로 핸드섹션하여 삼단면 박편을 제작하였다. 슬라이드글라스 위에 각 유물의 삼단면 박편을 올려놓고 Glycerin 50 wt% (in D.I. water)을 떨어뜨린 뒤 기포가 생기지 않도록 주의하여 커버글라스를 덮어 프레파라트를 완성하였다.
제작한 프레파라트는 광학현미경(ECLIPSE LV100, Nikon, JPN)을 이용하여 조직을 미시적으로 관찰하고 수종 식별 근거가 되는 특징을 찾아 사진을 촬영하였다. 수종식별은 ‘목재조직과 식별(Park et al., 1987)’, ‘한국산 목재의 구조(Lee, 1994)’, ‘함안 성산산성 목제유물 수종분석(Gaya National Research Institute of Cultural Heritage, 2018)’, ‘한국산 목재의 성질과 용도 2(Lee, 1997)’를 참고하였다.
2.2.2. 칠 도막 분석
부여 쌍북리 유적 출토 칠기의 도료층 단면 구조를 확인하기 위해 칠 도막 분석을 실시하였다. 시편은 분석 대상에서 자연적으로 탈락한 부분을 최소량으로 사용하였다. 우선 실체현미경에서 시편을 확인한 다음 지름 15 mm 실리콘 고정 틀에 임시 고정시켰다. 이후 에폭시 수지(Epofix, Struers, DNK)의 주제와 경화제를 혼합하여 시편이 움직이지 않도록 조심스럽게 부은 후 실온에서 24시간 동안 완전히 경화시켰다. 에폭시 마운팅을 완료한 시료는 시료 절단기(Minitom, Struers, DNK)를 이용하여 10 μm 이하 크기로 미세하게 절단하였다. 절단된 편의 미세 오염물을 제거하기 위해 증류수가 담긴 초음파 세척기에 넣고 이물질을 제거하였다. 오염물을 제거한 시편은 76 × 26 mm 크기의 슬라이드글라스에 부착하여 고정시키고 샌드페이퍼 #5,000으로 연마하였으며 점차 고운 샌드페이퍼를 사용하여 연마해주었다.
연마를 마친 편은 Glycerin 50 wt%(in D.I. water)를 떨어트린 뒤 기포가 생기지 않도록 커버 글라스를 덮어 프래파라트를 완성하였다. 제작된 프레파라트는 편광현미경(DM2700P, Leica, DEU)으로 투과광, 편광, 낙사광 하에 관찰하고 사진을 촬영하였다.
3. 분석 결과
3.1. 수종분석
수종분석 결과 Y자형 목기와 송곳형 목기는 소나무류, 파수부 사각용기는 가래나무, 화살표형 목기는 문배나무속, 칠기는 밤나무속으로 확인되었다. 수종 식별 근거 및 목재 조직학적 특징과 분석 결과는 다음과 같다(Table 3).
소나무류(Hard pine) - 소나무과(PINACEAE) 소나무속 (Pinus spp.)
침엽수재로 박벽의 에피데리얼세포를 가지고 있는 수직수지구를 관찰할 수 있었으며 직교분야 벽공은 창상형 벽공이다. 방사조직은 방사유세포와 방사가도관으로 이루어져 있으며 단열방사조직과 방추형 방사조직이 모두 관찰되었다. 특히, 소나무의 주요 특징인 거치상비후가 방사가도관내에서 확인되었다. 축방향가도관내의 유연 벽공 배열은 1열이며, 접선단면에서는 수평수지구가 관찰되었다. 이는 소나무류의 특징으로 우리나라에 분포하는 소나무류에는 곰솔, 소나무가 존재하지만 목재 해부학적으로 구분이 어려워 최종 소나무류로 식별하였다.
가래나무속(Juglans spp.) - 가래나무과(JUGLANDACEAE)
활엽수재로 횡단면 상에서 공권이 산재하는 산공재 또는 반환공재의 특징이 관찰되었다. 관공은 고립관공 혹은 2개 이상 복합하여 존재하는 관공이 혼재해 있었다. 축방향 유조직은 산재상, 단접선상 및 종말상을 이루고 있었으며 방사단면에서는 천공판이 1개의 큰 천공을 형성한 단천공이 관찰되었다. 도관상 벽공은 교호상이며 접선단면에서 방사조직은 주로 1∼4열로 이루어져있는 동성형이었고 간혹 이성 Ⅲ형이 관찰되었다. 이는 가래나무속의 특징으로 최종 가래나무속으로 식별하였다.
문배나무속(Pyrus spp.) - 장미과(ROSACEAE)
활엽수재로 횡단면에서 연륜의 경계가 명확한 것을 볼 수 있었다. 산공재로 관공은 연륜 내에 조밀하게 퍼져있으며 일부 관공 내부에서는 검물질을 확인할 수 있었다. 목섬유의 후벽세포는 두꺼운 편이고 축방향유세포는 산재상 혹은 짧은 접선상으로 관찰되었다. 도관은 단천공으로 그 내벽에서 가는 나선비후가 존재하였다. 방사조직은 동성형으로 단열 방사조직 및 복열 방사조직이 혼재하였으며, 방사 조직 단열부에서 방형 세포를 간혹 확인할 수 있었다. 이는 문배나무속의 특징으로 최종 문배나무속으로 식별하였다.
밤나무속(Castanea spp.) - 참나무과(FAGACEAE)
활엽수재인 환공재로 연륜의 경계마다 대도관이 분포하여 공권을 형성하는 모습을 보였다. 공권부 대도관은 1∼2열로 배열되어 있었으며 도관 내부 타일로시스가 관찰되었다. 축방향유조직은 산재상, 단접선상, 대상의 형태를 띠었는데 도관은 단천공이며 도관 상호간 벽공은 교호상이다. 방사단면에서는 평복세포만으로 이루어진 동성형의 방사조직이 관찰되었다. 접선단면에서는 단열방사조직이 확인되어 광방사조직이 없는 단열 동성형임을 알 수 있었다. 이는 밤나무속의 주요 특징으로 최종 밤나무속으로 식별하였다.
3.3. 적외선분광분석
적외선분광분석(FT-IR) 분석 결과, 3,560 cm-1∼3,200 cm-1(수산기(-OH)), 950 cm-1∼1,200 cm-1(반대칭의 Si-O-Si, Si-O-Al)에서 넓은 peak가 관찰되었으며, 2,920 cm-1∼2,850 cm-1(메틸렌기(-CH3, = CH2), 1,700 cm-1((방향족 탄소 이중결합(C = C)), 1,455 cm-1((메틸렌기(-CH3, = CH2)) 굽힘 진동)대의 흡수밴드가 이동하며 완만해지는 경향을 보였다(Kim et al., 2010). 이는 옻칠의 주성분인 Urushiol polymer의 특징에 의한 것으로 판단된다. 따라서 부여 쌍북리 출토 칠기 표면에 남아있는 검은색 도료는 옻칠인 것으로 확인되었다(Figure 2).
4. 보존처리
부여 쌍북리 유적 출토 목제유물의 보존처리는 다음 표와 같은 순서로 진행하였다(Table 5). 보존처리 방식으로는 수침고목재 보존처리에 가장 보편적으로 적용되며 수침 칠기 보존처리에 효과적인 것으로 보고된 바 있는 PEG 함침처리법, 칠기를 포함한 소형 목제유물 보존처리에 흔히 쓰이는 진공동결건조 방식을 이용하였다. 보존처리 후 Y자형 목기를 제외한 4점의 유물은 약 45∼50%의 중량 감소율을 보였으나 Y자형 목기의 경우 약 32.5%의 낮은 중량 감소율을 나타냈다. 이는 Y자형 목기가 다른 유물에 비해 목재의 분해 및 열화 상태가 양호한 편이었기 때문으로 판단된다. 자세한 중량 변화율과 보존처리 결과는 다음과 같다(Table 6, 7).
4.1. 세척
유물 표면에 남아있는 토양 등의 오염물은 유물의 본래 모습을 해칠 뿐만 아니라 추가적인 손상을 유발할 수 있다. 따라서 표면에 남아있는 오염물 등을 제거하기 위해 부드러운 붓과 증류수를 이용하여 습식 세척을 진행하였다. 이때, 대상 유물에 손상이 가지 않도록 주의하며 표면 및 균열 사이에 고착된 오염물을 제거하였다.
4.2. PEG(Polyethylene Glycol) 함침
세척 후 PEG #4,000을 물에 용해하여 상온(15∼20℃)에서 유물을 함침하였다. 열화되어 취약해진 목제유물에 대하여 PEG 수용액의 농도를 10%에서 40%까지 10%씩 단계적으로(10%-20%-30%-40%) 상승시켜 목재 내부의 수분을 치환하였다(Kim and Lee, 2004; Park, 2023). PEG 농도 상승 및 함침 완료는 유물의 중량 변화를 관찰함으로써 중량이 더 이상 증가하지 않는 시점에서 진행하였다.
4.3. 진공동결건조
함침처리가 완료된 유물은 진공동결건조 방법으로 건조를 진행하였다. 급격한 동결로 인한 목재 조직의 손상을 방지하고 유물 내 PEG 수용액을 고체화하기 위해 예비 동결한 후 진공동결건조를 실시하였다(Kim, 2003; Kim and Lee, 2004). 예비 동결 전에는 동결 후 유물 표면에 PEG가 남지 않도록 실험용 와이퍼를 이용하여 가볍게 PEG 용액을 제거하였다. 또한, 진공동결건조 과정에서 뒤틀림 및 변형이 발생할 수 있는 취약한 부분은 한지로 보강한 후 –50℃ 냉동고에 48시간 동안 보관하였다.
진공동결건조는 예비 동결이 완료된 후 선반 온도 –40℃, 트랩 온도 –70℃로 설정한 진공동결건조기(PVTFD10R, ILSHIN LAB, KOR)에서 진행하였으며 설정 온도가 안정화된 상태에서 진공을 걸어 수분을 승화 건조하였다. 이 때, 진공도는 12 mTorr였다. 온도 센서를 통해 유물 온도를 상시 확인하고 –30℃, -20℃, -10℃, 0℃ 단계로 서서히 온도를 높여주어 건조를 완료하였다. 건조 완료 후에는 유물 내에 남아있는 수분을 안정화하기 위해 습도가 평형을 이룰 때까지 밀폐시켜 보관하였다.
5. 고찰 및 결론
본 연구에서는 부여 쌍북리 280-10번지 유적 출토 목제유물을 대상으로 재질분석 및 보존처리를 실시하였다. 수종분석 결과 Y자형 목기와 송곳형 목기는 소나무류, 파수부 사각용기는 가래나무, 화살표형 목기는 문배나무속, 칠기는 밤나무류로 식별되었다. 소나무류는 건축⋅토목⋅기구⋅선박⋅가구⋅악기 등 예로부터 다양하게 사용되었던 수종이며(Lee, 1997b), 가래나무는 목재 재질이 치밀하고 질기며 단단하고 뒤틀리지 않아 건축재⋅조각재 등으로 많이 사용되었다(Gaya National Research Institute of Cultural Heritage, 2018). 가래나무는 함안산성 유적에서도 삽형 목기의 일부 편 및 방망이 등으로 다수 출토되었는데 목재 재질이 단단하기 때문에 삽, 방망이 등을 제작하기에 적합한 수종이었을 것으로 판단된다. 문배나무속은 조직이 치밀하며 단단하고 내구성이 좋아 과거에 능화판 및 가구의 골재 등에 이용되었다는 기록이 있다(Lee, 1997a; Lee, 1997b; Lee, 1997c). 밤나무류는 한반도 북부 및 제주도를 제외한 우리나라 전역에 자생하는 목재로 내부후성 및 보존성이 좋아 가구, 조각, 건축재 등에 과거부터 사용되었던 수종이다(Lee, 1997; Han, 2005). 특히, 타닌 함량이 많고 습기에 강해 잘 썩지 않기 때문에(Gaya National Research Institute of Cultural Heritage, 2018) 물과 접촉할 일이 많은 그릇류 즉 칠기 제작에 사용된 것으로 보인다. 쌍북리 유적을 비롯한 인근 백제시대 유적 부여 능산리⋅궁남지에서 소나무류, 밤나무류로 제작된 목제품이 출토된 바(Kim et al., 2009) 있을 만큼 소나무류와 밤나무류는 흔히 출토되는 수종 중 하나이다. 이를 통해 백제시대에도 소나무류와 밤나무류는 수급이 원활한 재료였을 것으로 추정된다.
칠기 1점에 대한 칠도막 관찰 결과, 목재 위에 첫 번째 칠 층이 약 200 μm 두께로 올라가 있으며 그 위에 두 번째 칠 층이 약 15 μm 두께로 올라간 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해 목재 위에 총 2회 칠을 올렸음을 알 수 있었다. 또한, 별도의 광물 및 안료 결정 입자는 관찰되지 않았다. 적외선분광분석 결과, 옻칠의 주성분인 Urushiol polymer의 특징에 의한 피크가 관찰되어 표면에 남아있는 검정색 도료가 옻칠임을 확인할 수 있었다. 인근 쌍북리 유적에서도 칠기목재가 출토된 사례가 있는데 바탕층을 포함하여 총 5회 칠이 존재하였으며, 바탕칠층에는 광물성 물질이 포함된 재료를 사용한 것으로 판단되었다(Jo and Park, 2022). 따라서 본 연구 대상인 칠기와는 상이한 기법을 활용한 것으로 보이나 백제시대에 옻칠이 사용되었음을 추정할 수 있었다.
보존처리는 PEG 함침법과 진공동결건조를 이용하여 목재 본연의 색상과 보존처리 후 유물 색상이 큰 차이가 없도록 하였으며 전시가 가능할 정도의 강도를 부여하였다. 보존처리 후 Y자형 목기를 제외한 4건의 유물은 약 45∼50%의 중량 감소율을 보여 이전 연구 사례의 PEG 40% 처리 진공동결건조 목제유물과 유사한 정도로 건조되었음을 확인할 수 있었다. Y자형 목기의 경우 약 32.5%의 낮은 중량 감소율을 나타냈는데 이는 Y자형 목기가 다른 유물에 비해 목재의 분해 및 열화 상태가 양호한 편이었기 때문으로 판단된다. 여러 편으로 나뉘어 수습된 유물의 경우 접합을 실시하고 일부 복원이 필요한 부분은 복원하여 본래의 형태를 유지할 수 있도록 하였다.
이번 부여 쌍북리 유적 출토 목제유물의 재질분석과 보존처리를 통해 목제유물 분석 및 보존처리 과정에 대한 기초자료를 구축할 수 있었으며, 대상 유물의 안정적인 보존⋅관리가 가능하도록 하였다.
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