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J. Conserv. Sci > Volume 40(4); 2024 > Article
탄화목 현대미술 작품의 보존을 위한 강화처리 연구

초 록

본 연구에서는 탄화목 현대미술 작품의 보존처리를 위해 버드나무 목탄을 이용하여 시험편을 제작하고 Dammar, Beeswax, Aquazol 200, 아교, Paraloid B-72를 각 1, 2% 농도로 분무하여 시험편의 중량변화, 색 변화, 약품 침투 및 확산 특성을 관찰하였다. 그 결과, 탄화목의 본래 색상을 유지하며 탄화목 목섬유 및 도관을 채우는 데에 Beeswax가 가장 적합한 것으로 판단되었다. 그리고 Beeswax 1% 분무가 2%에 비해 회차별 분무 과정에서 색상 및 광택도 변화에 안정적인 것으로 나타나 작품의 보존 및 심미성, 원본성을 고려하였을 때, Beeswax 1% 분무가 가장 적합한 것으로 판단된다.

ABSTRACT

This study aimed to develop a conservation treatment method for carbonized wood in contemporary artworks. The study was conducted on carbonized Salix spp. wood samples. Dammar, Beeswax, Aquazol 200, animal glue, and Paraloid B-72 solutions at concentrations of 1% and 2% were sprayed on the samples; subsequently, the weight and color changes as well as the characteristics of the penetration and diffusion of each solution in the samples were analyzed. Beeswax was the most suitable material for conserving the original color of the carbonized wood while effectively filling wood fibers and vessels. Furthermore, the 1% Beeswax solution spray treatment demonstrated higher color and gloss stability over repeated applications compared with the 2% solution spray treatment. Thus, the 1% Beeswax spray treatment was determined to be the most suitable conservation treatment because it preserves the esthetics and authenticity of artworks.

1. 서 론

목재와 더불어 탄화목(숯)은 인류가 사용해 온 가장 오래된 탄소 재료 중 하나이다. 숯은 우리나라에서 약 2,600년 전부터 쓰인 것으로 추측되고 있으며, 『삼국사기』 신라본기 제11에 따르면, ‘밥을 숯으로 짓고 땔나무를 쓰지 않는다’라는 구절이 있고 팔만대장경 장경판전에서는 바닥에 숯을 깔아 장경판전 내부의 습도를 조절했다고 전한다(An, 2022). 또한, 숯을 이용하여 만든 먹을 통해 글씨, 문인화 등을 제작하기도 하였으며 목탄을 데생 도구로 이용하기도 하였다. 위의 내용을 통해 숯은 고대부터 현대에 이르기까지 우리 생활에 밀접하게 쓰였음을 알 수 있다. 현대에 들어 숯은 포장재, 염색, 도료 등 더욱 다양한 용도로 사용되었으며(Seo et al., 2002; Jo and Lee, 2004; Kim andKim, 2011), 다양한 재료를 이용하여 표현되는 현대미술 조각 작품의 제작에도 사용되었다.
하지만, 숯은 목재의 탄화 과정에서 여러 유기화합물이 열분해 되어 생성된 물질로 열분해 과정에서 결합수 증발, 목재의 주성분인 Cellulose, Hemicellulose, Lignin 등이 분해되어 탄소화된 상태이며(Shin et al., 1983; Son and Park, 2007), 탄화로 인해 생재에 비해 표면적이 증가하고 비중이 감소한 상태이다. 열분해로 인해 충해, 부후 등에는 안정적이나 물리적 손상에는 매우 취약하다(Korea Forestry Administration, 2000).
숯의 국내 보존처리 연구 사례는 대부분 출토 탄화목을 중심으로 연구가 이루어졌다. 먼저 영동 영국사 대웅전에서 출토된 탄화목재의 현장 보존처리를 위해 자연 건조만 진행한 시험편을 대조군으로 하여 PEG#400, PEG#4000, Paraloid B-72, Sucrose, Caparol binder로 처리한 시험편을 비교하였다(Son et al., 2006). 그리고 출토된 산뽕나무 부분탄화 목제유물의 탄화부, 미탄화부 간 변형 및 손상을 방지하기 위해 PEG#4,000과 당알코올을 함침하는 방법으로 보존처리를 연구한 사례가 있다(Lee, 2008).
해외 사례의 경우 대부분 국내와 유사하게 출토 탄화목의 보존처리 연구가 대부분 이루어졌지만, 일부 건조 탄화목의 보존처리 연구 사례가 있다. 1968년 이탈리아 토리노의 예수 교회 내부에서 소규모 화재가 발생하여 교회 내부 일부를 연소시켰으며 연소된 목부재를 재사용하기 위해 Aquazol 200, Mowital B 60HH, Cosmolloid 80 등을 분무하는 방법으로 강화처리 연구가 진행된 바 있다(Benedetto et al., 2011).
각 사례를 통해 탄화목을 처리하는 방법에는 유사성이 있으나 목적이 상이함을 알 수 있다. 영국사 대웅전 탄화 목재의 경우 현장 보존처리 적용을 위해 연구되었으며 부분탄화목의 경우 탄화부와 미탄화부 간의 소재 차이에 의한 변형 방지, 해외 사례인 연소 목부재는 재사용을 위한 강도 향상을 위해 연구되었음을 알 수 있다.
건조 상태 탄화목 재질 현대미술 작품의 보존처리를 진행하기 위해서는 강도 부여와 더불어 작품의 고유가치를 유지할 방안이 필요하나, 선행연구 자료에서는 출토 탄화목의 특성상 색도, 광택도 등 색상 조사가 아닌 수축률 등 치수안정성을 중심으로 처리제 선정이 이루어졌다. 따라서, 본 연구에서는 탄화목으로 제작된 현대미술 작품의 안정적인 보존과 함께 원본성, 심미성을 유지할 수 있는 강화처리 방안을 찾고자 하였다.

2. 재료 및 방법

2.1. 연구 재료

이배(Lee Bae, 1956∼) “불로부터”(2000) 작품 2점의 보존처리를 위해 본 연구가 진행되었으며, 수종 분석 결과 사시나무속(Populus spp.) 수종이 대다수를 차지하고 있었으므로(Figure 1), 사시나무속과 조직적 특징이 유사한 버드나무속(Salix spp.) 수종의 목탄을 이용하였다(Table 1). 시판되는 정상재 드로잉용 목탄(길이 약 13.5 cm, 지름 약 2∼2.4 cm)을 섬유방향, 횡방향으로 각각 1/2로 절단하여 길이 약 6.25 cm의 반원기둥 형태로 제작하였다(Figure 2). 시험편은 강화처리제 종류 및 농도에 따라 5배수로 제작하였으며 작품 표면의 열분해로 인한 균열부 손상 방지가 목적이므로, 가스토치를 이용하여 인공적으로 표면 섬유 끊김을 발생시켜 사용하였다(Figure 3). 표면처리는 작업 거리 약 20 cm에서 약 1분간 가열하였다. 가공된 시료는 모든 시험편의 함수율을 유사하게 설정하기 위해 60±5℃ 환경의 항온항습 실험기(ACE 180, ACE ONE, KOR)에서 24시간 건조한 후 실험실 온⋅습도(20±5℃, 60±5%R.H.) 조건에서 24시간 동안 안정화를 거쳐 실험을 진행하였다.
강화처리제(Table 2)로는 선행연구(Kim and Shin, 2007; Jo et al., 2022)에서 건조고목재의 강화처리에 효과가 입증된 Agathis, Hopea, Shorea spp. 식물 수액인 Dammar(C6H12N2O3)과 목제 문화유산의 광택을 살리고 막을 형성함에 효과가 있는 것으로 보고된 Beeswax(Seo and Park, 2011), 유화 채색층의 강화처리 및 탄화 건축 부재의 강화 처리에 효과가 있는 것으로 보고된 Aquazol 200(Benedetto et al., 2011), 목조각품의 열화부 강화처리에 쓰였으며 가역성이 뛰어난 아교(Cho et al., 2021; Lee et al., 2024), Acryl계 수지로 목제 및 금속 문화유산의 강화처리에 주로 쓰이는 Paraloid B-72를 선정하였다(Moon, 1997; Benedetto et al., 2011).

2.2. 연구 방법

2.2.1. 강화처리

시험편의 강화처리를 위해 Dammar 1, 2%(in Xylene), Beeswax 1, 2%(in Xylene), Aquazol 200 1, 2%(in Ethyl alcohol), 아교 1, 2%(in Distilled water), Paraloid B-72 1, 2%(in Acetone) 용액을 각각 중량비(wt%)로 만들어 적용하였다(Table 3). 작품의 특성상 외부에 노출되는 표면이 대부분 접선단면이므로 제작된 용액을 에어컴프레셔(TC-610H, Sparmax, USA)에 에어브러쉬(SP-575, Sparmax, USA)를 장착하여 시험편 접선단면에 분무하였다. 용액은 선행연구(Kim and Shin, 2007; Jo et al., 2022)에서 적용한 1일 약제 도포량을 중량으로 환산하여 약 1g씩 분무하였다. 위의 과정을 1회로 하여 총 10일간 진행하였다. 강화처리 후 약 7일간 흄후드 내에서 건조를 진행하였다(Table 4).

2.2.2. 중량변화

처리제의 침투, 확산 정도를 확인하기 위해 시험편의 중량을 측정하였다. 각 시험편의 강화처리 전⋅후 중량을 전자저울(Adventurer Pro AVG213C, Ohaus, USA)을 이용하여 0.001 g 단위로 측정하였으며 약제별 중량 측정 결과의 최댓값, 최솟값을 제외한 평균을 통해 중량변화율을 확인하였다.
Weight Change Rate (%)=WaWbWb×100(%)
Wa: Weight after consolidating (g),
Wb: Weight before consolidating (g)

2.2.3. 색도 및 광택도 측정

강화처리 전⋅후 시험편의 색 변화 및 광택도를 확인하기 위해 처리 전⋅후 표면의 색도를 분광측색계(CM-700d, Minolta, JPN)를 이용하여 측정하였으며 광택도는 광택계(DE/AC-4446, BYK-Gardner, GER)를 이용하여 측정하였다. 강화처리 전⋅후 색차값을 산출하여 색 변화 정도를 확인하였으며 광택도는 강화처리 전⋅후 굴절각도 60°(중광택), 85°(저광택) 조건에서 광택도 값(GU)을 확인하였다.
ΔE=(ΔL)2+(Δa)2+(Δb)2
△E: Color difference value,
△L: Brightness differnece value,
△a: Red-Green difference value,
△b: Yellow-Blue difference value

2.2.4. 약품 침투 확인

강화처리 전⋅후 시험편의 상태변화 확인을 위해 표면 및 내부 관찰을 진행하였다. 표면 관찰은 실체현미경(RH-2000, Hirox, JPN)을 이용하여 처리 전⋅후 접선단면의 상태를 확인하여 표면 상태를 세부적으로 관찰하였다. 그리고 내부 관찰은 시험편의 중앙을 횡방향으로 절단한 후, 주사전자현미경(SU3800, Hitachi, JPN)을 통해 시험편의 횡단면을 관찰하여 약제 침투 양상을 세부적으로 관찰하였다.

3. 결과 및 고찰

3.1. 중량변화

시험편의 중량변화를 통해 약제의 목재 내부 잔존을 판단할 수 있다. 중량 측정 결과(Figure 4), 약제 1회 분무 후, 시험편 전체가 중량이 급증 혹은 급감하는 양상을 보였다. 동일 수종 및 조건에서 가공된 시험편이지만 중량 급증과 급감이 관찰되는 것은 시험편의 연륜 개수와 같은 재질적 특성 혹은 제탄 과정에서의 위치 등 차이, 표면처리 후 동일한 함수율 설정을 위해 안정화 과정을 거쳤으나 표면 탄화도에 따른 수분 흡착 특성 차이 등 여러 요인이 있을 것으로 보인다. 약제에 따른 경향성이 아닌 시험편마다 독립적으로 중량 급증 혹은 급감이 발생한 것은 제작된 시험편을 무작위로 선정하여 실험을 진행하여 나타난 결과로 판단된다.
1회차 중량을 제외한 중량변화율 측정 결과(Figure 5), Dammar 2% > Beeswax 2% > Animal Glue 2% > Paraloid B72 2% > Beeswax 1% > Dammar 1% > Aquazol 200 2% > Animal Glue 1% > Paraloid B72 1% > Aquazol 200 1% 순으로 중량 증가가 관찰되었다. Beeswax 1%의 경우 2회 분무 후 약 1.3%의 중량감소가 발생하였으나 10회 분무 후 2회차 대비 약 0.9%의 중량을 회복한 것으로 보였다. 이는 1회차 도포에서 나타난 중량 급감의 과정으로 판단되었다. 그 외 시료는 2회차에서 약 –0.5∼0.09% 범위의 중량 증가 및 감소가 관찰되었으며 최종 10회 분무 후 처리 전 시료 중량과 변화율 확인 결과, 전체적으로 약 0.2∼3%의 중량 증가가 관찰되었다. 또한, 모든 약제에서 유사한 양상의 중량 증가가 관찰되어 실험 초기 시료의 중량 급증 및 급감 이후 안정적으로 약제 처리가 이루어진 것으로 판단되었다.

3.2. 색도 및 광택도 측정

3.2.1. 색도 측정 결과

색도 측정 결과(Table 5), Dammar은 농도와 관계없이 명도(L*), 적색도(a*)값이 감소하고 황색도(b*)값이 증가하는 경향을 보였으며, Beeswax, Aquazol 200, 아교는 L*, a*, b*값 모두 감소하는 경향을 보였다. Paraloid B-72는 L*값이 크게 증가하였으며, a*, b*값은 감소하는 경향을 보였다. 색 변화는 Animal glue 1% > Aquazol 200 1% > Dammar 2% > Animal glue 2% > Dammar 1% > Beeswax 2% > Beeswax 1% > Aquazol 2% > Paraloid B-72 1% > Paraloid B-72 2% 순으로 적게 발생하였으며, Dammar과 Beeswax는 2% 농도보다 1% 농도 처리 시 색 변화가 크게 나타난 것을 볼 수 있다. 하지만, 색차값이 Dammar의 경우 약 0.43, Beeswax의 경우 약 0.09 차이로 색도 측정 과정에서 발생한 오차로 판단된다.
처리 과정에 따른 색차값 확인 결과(Figure 6), Paraloid B-72 1%, 2%의 색 변화가 두드러지게 나타났다. 하지만, 5, 6회차에서 서로 다른 색 변화 양상이 나타났는데, 이는 약제 분무 과정에서 휘발성이 강한 Acetone을 용제로 Paraloid B-72를 분사하여 회차별 처리에 따라 표면 용해 및 흡수가 진행되어 나타난 결과로 판단된다.
Paraloid B-72를 제외한 나머지 처리제의 처리 과정에 따른 색차값 확인 결과(Figure 7), 아교 1%, 2%, Dammar 1%가 가장 안정적인 색 변화 양상이 확인되었으며, Beeswax 1%, 2%, Dammar 2%는 처리 회차에 따라 약 0.5의 높은 색차 증감이 관찰되었다. 이는 앞서 언급한 Paraloid B-72와 같이 Dammar과 Beeswax의 용제인 Xylene이 휘발되어 처리제 도막을 형성하고 이후 처리 과정에서 다시 용해되는 과정에 의해 나타난 결과로 판단되었다.

3.2.2. 광택도 측정 결과

광택도 측정 결과(Figure 8, 9), 60°, 85° 투사 조건 모두에서 아교 2%의 광택도가 가장 높게 측정되었다. 그 외 처리제는 색차값 변화와 유사하게 큰 증감폭을 보이며 특히 Beeswax 2%의 경우 85° 측정 각도에서 약 –60%의 광택도 감소가 나타난 후 다시 증가하는 양상을 보였다. 하지만, 측정값이 60°, 85° 측정 각도 모두에서 10 이하로 나타나 처리제에 따른 미미한 차이는 존재하나 강화처리에 따른 광택도 차이는 크지 않은 것으로 판단하였다.

3.3. 약품 침투 확인

3.3.1. 표면 관찰 결과

강화처리제 분무 후 표면 관찰 결과(Table 6), Dammar은 전체적으로 시험편의 색상이 미미한 황색을 띠었다. 이는 색 변화 관찰에서 b*값의 증가에 따른 결과로 보이며 출토 목관재, 목판의 강화처리에서 확인한 결과와 유사한 것으로 나타났다(Kim and Shin, 2007; Jo et al., 2022). Beeswax의 경우 미미한 적색을 띠었으며 이는 색 변화 관찰에서 b*값의 감소 폭이 a*값에 비해 높아 발생한 결과로 판단하였다. 하지만, 선행연구 결과에서는 Dammar과 같이 Beeswax 도포 후 b*값이 증가하는 것으로 보고된 바 있다(Kim and Shin, 2007; Jo et al., 2022). 선행연구 결과와 본 연구 결과에 차이가 나타난 것은 Beeswax가 꿀벌이 만드는 천연왁스 형태의 복합 혼합물이므로 약제에 따라 미세한 색 차이가 있을 것으로 판단하였다(Jackson and Eller, 2006; Bharathwaaj et al., 2017). Aquazol 200과 아교는 미미한 탁한 색상을 띄었다. 하지만, 아교의 경우 일부 시험편에서 미세한 균열이 관찰되었다. 위의 결과는 증류수를 용매로 이용한 아교의 수축에 의한 결과로 판단된다. Paraloid B-72는 Aquazol 200, 아교와 유사하게 탁한 색상을 띄었으나 시험편에서 잔여 처리제가 백색으로 고착된 것이 확인되었다.

3.3.2. 단면 관찰 결과

강화처리제 분무 후 탄화목 내부 약제 침투 확인을 위한 단면 관찰 결과(Table 7), Dammar은 층위 없이 관공 및 목섬유 내 매끄러운 형태의 농 물질 형태로 산재하였으며, Beeswax의 경우 1%는 약 277∼380 ㎛, 2%는 약 208∼228 ㎛ 두께의 층위를 형성하였고 관공, 목섬유 전반에 덮힌 형태로 침투하였다. Aquazol 200 1%는 약 444∼536 ㎛, 2%는 약 224∼266 ㎛ 두께로 층위를 형성하였고 관공, 목섬유 전반에 침투하였으나 피막의 형태로 잔존하였다. 아교의 경우 1%는 약 144∼154 ㎛, 2%는 42.7∼133 ㎛ 두께로 층위를 형성하였으며 관공, 목섬유 침투는 확인되나 수축으로 인해 관공 전체를 채우지 못하는 것이 확인되었다. Paraloid B-72 1%는 약 208∼647 ㎛, 2%는 약 1 ㎜ 두께의 층위를 형성하였으며 Aquazol 200과 유사하게 피막의 형태로 목재 조직을 채우고 있는 것으로 확인되었다. 위 결과를 통해 동일한 방법으로 약제 처리를 진행하여도 약제의 물성에 따라 목재 내 침투 양상에 차이가 있음을 알 수 있었다.

4. 결 론

본 연구에서는 탄화목 현대미술 작품의 안정적인 보존 처리와 함께 작품의 심미성, 원본성 확보를 위한 강화처리 방안을 연구하기 위해 약제별, 농도별 실제 보존처리에 적용이 가능한 분무법을 통해 강화처리를 진행하였다. 강화처리 결과(Table 8), 약제 분무 횟수에 따라 시험편 중량이 모두 증가하는 양상을 확인하였다. 하지만, 1차 분무 후 처리제의 종류, 농도와 관계없이 시험편마다 중량의 급증 혹은 급감이 관찰되었으며 2, 3차 분무를 거듭하는 과정에서 회복하는 양상을 보였다. 초기에 시험편의 중량이 급증 혹은 급감한 것은 시험편의 연륜 개수와 같은 재질적 특성 혹은 제탄 과정에서의 위치 등 차이, 표면 탄화도에 따른 수분 흡착 특성 차이 등 여러 요인을 들 수 있으며, 그 외 실험 과정에서 세부적인 조건의 오류가 있었을 것으로 보인다. 약품의 종류 및 농도와 관계없이 위의 양상이 나타난 것은 시험편 전처리 후 약제별 선정 과정에서 무작위로 뽑아 설정한 것이 원인일 것으로 판단된다. 따라서, 탄화목의 처리에 앞서 XRD, 원소분석(Son and Park, 2007) 등 과학적 분석을 선행하여 재료를 선정할 경우 위의 오류를 줄일 수 있을 것으로 판단되었다.
시험편의 색도 측정 결과, Paraloid B-72 1%, 2% 시험편을 제외한 나머지 시험편에서 처리 전⋅후 색차값 약 1.91∼2.84의 차이를 보여 선정한 처리제 모두 색 변화에는 안정적인 것으로 판단되었다. 하지만, 아교 1%, 2%를 제외한 시험편의 약제 분무 회차별 색차값 변화가 약 0.3∼1.2로 크게 나타났다. 이는 아교를 제외한 모든 약제를 휘발성이 좋은 Ethyl alcohol, Acetone, Xylene과 같은 유기용제에 용해하여 분무한 것이 원인일 것으로 판단되며 1회 분무 후 시험편에 침투한 약제가 2, 3회 거듭 분무하는 과정에서 용해 및 응고를 반복하여 위의 결과가 나타난 것으로 보인다. 시험편의 광택도 측정 결과, 일반적으로 적용되는 60° 측정 각도와 무광 측정에 용이한 85° 측정 각도에서 아교를 제외한 모든 시험편의 광택도가 분무 회차를 거듭함에 따라 약 10∼60% 증감을 보였다. 위의 결과는 색도 측정 결과와 유사하게 유기용제와 약제의 용해, 응고에 따라 나타난 결과로 판단되었다. 하지만, 60°, 85° 측정 조건 모두에서 GU 값이 10 이하의 낮은 값이 측정되어 미미한 결과로 판단하였다.
강화처리 전⋅후 시험편의 표면 관찰 결과, Dammar은 미미한 황색, Beeswax는 미미한 적색을 띠는 것으로 판단되었으며, 이는 Dammar의 경우 b*값이 상승하였고 Beeswax의 경우 L*, b*값에 비해 상대적으로 a*값의 감소가 적게 나타난 결과로 판단하였다. Aquazol 200, 아교, Paraloid B-72는 모두 처리 후 탁한 색상을 띄었다. 하지만, 아교의 경우 일부 표면 갈라짐이 관찰되었고, Paraloid B-72의 경우 표면에 백색의 잔여 약제가 잔존하는 것을 확인하였다. 따라서, 색도 측정에서 Paraloid B-72의 높은 색차값은 표면의 잔여 약제에 의한 것으로 판단하였다.
강화처리 전⋅후 시험편의 단면 관찰 결과, 모든 약제가 목섬유, 도관에 잘 침투한 것으로 보였다. 하지만, 약제에 따라 침투 양상에 차이가 있었다. Dammar, 아교의 경우 매끄러운 농 물질의 형태로 목섬유, 도관에 침투하여 목재의 강화처리에 도움이 될 것으로 판단되었다. 하지만, Dammar, 아교는 상대적으로 깊이 침투하지 못하였으며 탄화목 표면의 박락, 부스럼 등을 방지하는 데에는 도관, 목섬유, 세포벽 전반을 덮는 형태로 침투하는 Beeswax의 적용이 적절할 것이다. 그리고 Aquazol 200, Paraloid B-72는 피막의 형태로 잔존하여 약제 침투를 통한 강화처리보다 표면 코팅에 적합할 것으로 판단하였다.
위의 결과를 통해 Beeswax를 적용하는 것이 가장 적절할 것으로 판단하였으며 처리 과정 중 색차, 광택도의 변화 등을 보았을 때, 1% 저농도 약제를 적용하는 것이 작품의 안정성과 더불어 심미성, 원본성을 유지함에 더 적절할 것으로 보인다. 하지만, 위 실험 결과는 약제 분무 횟수에 따른 층위 형성 관찰 등을 진행하지 않았으며 처리 과정에서 소량의 색 변화가 관찰되는 점에서 보존처리 과정에서의 면밀한 주의가 요구될 것으로 판단된다. 그리고, 보존처리 후 수장 환경에서 보관될 예정이지만, 표면적이 넓은 탄화목의 특성상 고습 환경에서의 보존관리 방안 수립이 필요한 것으로 보이며, Beeswax는 Wax ester 물질의 특성상 고유 점성이 있어 먼지, 이물질 등에 대한 주의가 필요할 것으로 보인다. 또한, 위 실험 결과는 한정된 처리제를 이용한 비교 결과이므로 향후 다양한 열분해 상태의 탄화목을 대상으로 한 처리제 선정 및 적용 연구가 요구된다.

사 사

본 연구는 국립현대미술관 보존처리 사업의 지원을 받아 수행되었습니다.

Figure 1.
Distribution diagram of species identification.
JCS-2024-40-4-15f1.jpg
Figure 2.
Carbonized wooden samples.
JCS-2024-40-4-15f2.jpg
Figure 3.
Fiber breakage using torch.
JCS-2024-40-4-15f3.jpg
Figure 4.
Weight change rate for each treatment method.
JCS-2024-40-4-15f4.jpg
Figure 5.
Weight change rate for each treatment method except 1st treatment.
JCS-2024-40-4-15f5.jpg
Figure 6.
Chromaticity value for each treatment method
JCS-2024-40-4-15f6.jpg
Figure 7.
Chromaticity value for each treatment method except to Paraloid B-72
JCS-2024-40-4-15f7.jpg
Figure 8.
Gloss unit (60°) for each treatment method
JCS-2024-40-4-15f8.jpg
Figure 9.
Gloss unit (85°) for each treatment method
JCS-2024-40-4-15f9.jpg
Table 1.
Micrographs of “Issu de feu” and samples for consolidation treatment
JCS-2024-40-4-15i1.jpg
Table 2.
Properties of each consolidating materials
Consolidating material Molecular formula Molecular weight (g/mol) Density in 20℃ (g/cm3)
Dammar C6H12N2O3 442.73∼476.74 1.04∼1.12
Beeswax C54H77O3(COOH)2 169.18∼677.22 0.96∼0.97
Aquazol 200 (C5H9NO)n 200,000 1.14
Animal glue Glycine, Proline etc. 12,000∼39,147 1.27
Paraloid B-72 C8H10O2 50,000∼100,000 1.15
Table 3.
Treatment methods of consolidation study
Consolidating material Solvent Concentration Classification
Dammar Xylene 1% 5
2% 5
Beeswax Xylene 1% 5
2% 5
Aquazol 200 Ethyl alcohol 1% 5
2% 5
Animal glue Distilled water 1% 5
2% 5
Paraloid B-72 Acetone 1% 5
2% 5
Total 50
Table 4.
Methodology of consolidation treatment experiment
Consolidants Dammar Beeswax Aquazol 200 Animal glue Paraloid B-72
Category
Solvent Xylene Ethyl alcohol D.I. water Aceton
Specimen fabrication 10 cycles of (1 g diluent spraying on tangential sulface → 24 H drying) → 7 days drying
Table 5.
Color difference value for consolidation study.
Sample Before treatment
After treatment
△E* Mean
L* a* b* L* a* b*
Dammar 1% 1 40.85 -0.12 2.77 39.59 -0.08 3 1.28 2.62
2 45.62 -0.06 2.82 41.51 0.04 3.34 4.14
3 42.13 -0.04 2.89 40.52 -0.08 2.99 1.61
4 42.29 -0.01 2.98 40.28 -0.05 2.95 2.01
5 44.74 -0.17 2.76 40.7 -0.13 2.83 4.04
Dammar 2% 1 42.21 -0.08 2.9 39.45 -0.14 2.96 2.76 2.19
2 42.81 -0.06 2.63 40.81 -0.23 2.25 2.04
3 44.14 -0.14 2.71 40.37 -0.15 2.71 3.77
4 39.36 -0.17 2.84 40.08 -0.15 2.66 0.74
5 42.53 -0.17 2.5 40.92 -0.12 2.84 1.65
Beeswax 1% 1 43.93 0.08 3.53 41.13 -0.19 2.43 3.02 2.82
2 41.8 -0.02 3.11 40.53 -0.23 2.38 1.48
3 45.77 -0.21 2.22 40.31 -0.2 2.67 5.48
4 42.9 -0.15 2.8 40.97 -0.22 2.37 1.98
5 43.2 -0.09 3.1 41.18 -0.22 2.42 2.14
Beeswax 2% 1 43.33 -0.1 2.7 40.87 -0.23 2.37 2.49 2.73
2 43.07 -0.09 2.7 40.79 -0.25 2.26 2.33
3 47.71 -0.19 2.86 41.19 -0.22 2.45 6.53
4 40.71 -0.15 2.82 40.17 -0.28 2.31 0.75
5 41.79 -0.13 2.84 40.34 -0.27 2.31 1.55
Aquazol 200 1% 1 42.49 -0.11 2.6 40.48 -0.28 2.22 2.05 1.91
2 42.43 -0.12 2.6 41.06 -0.27 2.15 1.45
3 43.65 -0.1 2.88 42.27 0.03 3.36 1.47
4 42.55 -0.13 2.67 40.31 -0.27 2.21 2.29
5 42.4 -0.12 2.71 40.16 -0.24 2.37 2.27
Aquazol 200 2% 1 40.98 -0.04 3.03 38.91 -0.17 2.83 2.08 2.84
2 43.38 -0.06 2.93 40.6 -0.22 2.43 2.83
3 42 -0.1 2.75 39.88 -0.26 2.42 2.15
4 46.4 -0.2 2.04 41.19 -0.19 2.38 5.22
5 41.67 -0.17 2.65 39.79 -0.27 2.48 1.89
Animal glue 1% 1 41.9 -0.07 2.87 39.96 -0.16 2.73 1.95 1.73
2 43.43 0.04 3.21 40.69 -0.13 2.79 2.78
3 41.66 -0.16 2.72 40.58 -0.17 2.71 1.08
4 41.6 -0.17 2.63 39.95 -0.19 2.74 1.65
5 41.26 -0.04 3.1 40.17 -0.18 2.62 1.20
Animal glue 2% 1 43.41 -0.12 2.48 41 -0.23 2.31 2.42 2.30
2 41.77 -0.1 3.04 40.24 -0.27 2.41 1.66
3 43.56 -0.08 2.78 40.34 -0.24 2.43 3.24
4 42.88 -0.1 2.69 40.67 -0.25 2.41 2.23
5 42.43 -0.12 2.85 40.53 -0.23 2.49 1.94
Paraloid B-72 1% 1 41.39 -0.06 2.9 41.89 -0.27 2.06 1.00 4.05
2 43.66 -0.15 2.69 47.04 -0.41 0.9 3.83
3 43.41 -0.08 3.09 47.93 -0.35 0.83 5.06
4 43.28 -0.05 2.94 43.31 -0.27 1.9 1.06
5 43.58 -0.06 2.97 52.48 -0.46 0.38 9.28
Paraloid B-72 2% 1 42.26 -0.11 2.89 49.14 -0.38 0.82 7.19 5.80
2 42.41 -0.26 2.46 50.7 -0.42 0.36 8.55
3 41.77 -0.08 3.12 46.42 -0.4 0.84 5.19
4 43.01 -0.12 2.68 49.01 -0.56 0.22 6.50
5 43.13 -0.11 2.69 43.99 -0.38 1.38 1.59
Table 6.
Surface observation result of consolidation treatment
JCS-2024-40-4-15i2.jpg
Table 7.
Cross section observation of consolidation treatment
JCS-2024-40-4-15i3.jpg
Table 8.
Summary of the experimental results of consolidation treatment study
Consolidating material Weight change rate Color difference Gloss unit Surface observation SEM
Dammar 1st 3rd Yellow Layer ×, pilling
Beeswax 2nd 4th Red Layer ○, pilling
Aquazol 200 5th 2nd White Layer ○, coating
Animal glue 3rd 1st - White, crack Layer ○, pilling
Paraloid B-72 4th 5th White, clumping Layer ○, coating
Final selection of consolidating material Beeswax

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