[마감론] 햇빛으로부터 가구를 보호하자

이글은 FWW #142 에서 Jeff Jewitt이 쓴 What Woodworkers Need to Know about Light 기사를 중심으로 번역하고 해설한 것입니다.

(이글을 나가세에 올리고 갈망님과 bowlturner님이 몇몇 오류 지적과 검증을 해 주셨습니다. 그 내용도 추가했습니다. 아무래도 저자가 마감에 경험이 풍부한 마스터이긴 하지만 학자는 아니기 때문에 약간의 오류는 있을 수 있습니다. 하지만 Jeff Jewitt은 여전히 존경해마지 않는 마감 전문가입니다)

목수들에게 햇빛은 고맙기도 하고 얄밉기도 합니다. 햇빛은 엽록소로 하여금 물과 이산화탄소를 광합성 반응을 통해 영양소로 바꾸는 중요한 역할을 해서 나무를 잘 자라게 합니다. 목수들에게 나무라는 재료를 주는 존재이니 고맙기 그지없죠. 나무가 베어지고 제재되고 다듬어져 가구로 만들어지고 나면 빛은 산소와 함께 나무의 색을 고색창연(patina)하게 바꿉니다. 목수들은 일부러 이런 고재를 찾기도 하며 특히 골동품 딜러들은 말할 것도 없죠.

하지만 빛은 가구에 안좋은 영향을 주기도 합니다. 아래 사진은 체리로 만들어진 장인데 아랫 부분은 12년 동안 직사광선을 받는 남쪽에 놓여져 있던 것입니다. 직사광선을 오랫동안 받으면 체리는 탈색이 됩니다. 반면 위에 있는 체리 서랍 앞판은 북쪽에 놓여져 있던 것이라 햇빛에 직접 노출되지 않았던 것입니다. 체리는 자연스럽게 점점 색이 짙어져 가는데 중후한 느낌이 있어 사람들이 선호합니다. 문제는 이렇게 같은 나무로 만든 하나의 가구가 놓인 방향에 따라 부분적으로 색이 달라진다는 것이죠.

그래서 애써 만든 가구를 오랫동안 아름답게 관리하려면 햇빛의 이로움과 해로운 점을 알고 있어야 합니다.

햇빛은 무엇이고 어떤 일을 하는가?

햇빛이 나무에 무슨짓을 하는지 알려면 햇빛 자체에 대해 알 필요가 있습니다. 빛은 여러가지 파장을 가진 에너지입니다. 이 중에서 적외선(infrared)과 가시광선(visible light) 그리고 자외선(ultraviolet, UV)이 나무와 마감제에 영향을 주게 됩니다. 이들은 산소와 같이 광산화반응(photo-oxidation)을 일으켜 스테인의 색을 바래게 하고, 코팅된 도막을 누렇게 만들며 심지어 도막을 분해하고 약하게 만들어 갈라지게 만들기도 합니다.

실내에 있는 나무의 색을 변하게 하는 것은 가시광선입니다. 가시광선은 밝은 색의 나무를 노란색이나 갈색으로 변화시키고, 어두운 색의 나무를 약간 밝은 색으로 변화시키기도 합니다. 특히 체리, 마호가니, 파덕, 퍼플하트, 티크 같은 나무들은 색깔의 변화가 훨씬 더 심합니다. (나가세에서 이 부분에 대한 활발한 토론이 있었는데 그 내용은 아래에 따로 정리했습니다)

체리나 마호가니는 밝은 핑크색에서 짙은 붉은색이나 갈색 톤으로 변하며, 파덕이나 퍼플하트는 밝은 빨간색과 보라색에서 어두운 갈색으로 변합니다. 티크는 밝은 갈색에서 오렌지색으로 변합니다.

한편 대부분의 나무들이 직사광선을 강하게 오랫동안 쬐게되면 탈색(bleached)되는 현상이 발생합니다. (위 사진의 체리처럼) 세월에 따른 나무의 자연스러운 색 변화를 원하면 직사광선에 지속적으로 노출되면 곤란합니다.

햇빛에 의한 이런 자연스러운 색변화를 굳이 거부할 필요는 없으며 실제로 이런 변화는 많은 시간을 필요로 합니다. 이런 색 변화를 예측하고 안좋은 영향을 최소화하면 애써 만든 가구가 오랫동안 아름다운 모습으로 남아 있을 겁니다.

햇빛 노출을 최소화하라

남서쪽에 난 큰 창가에 위치한 가구들은 햇빛에 지속적으로 노출되는 가혹한 환경이라 문제가 발생할 수 있습니다. 나무가 지속적으로 강한 자외선에 노출되게 되면 결국 탈색되어 보기 싫게 됩니다.

또한 색이 빨리 변하는 나무로 만든 가구의 경우 어떤 물건이 지속적으로 같은 곳에 얹혀져 있다면 그 가려진 부분만 색이 변하지 않아 보기 싫게 됩니다. 그러므로 식탁과 같이 넓은 상판을 가진 가구가 햇빛에 노출된 다면 식탁보 등으로 전체적으로 감싸는 것이 좋습니다. 아니면 창문에 커튼을 쳐서 햇빛을 어느 정도 가려주는 것이 좋습니다.

유리나 플랙시글래스(Plexiglas, 투명아크릴)는 빛 중에서 ~~긴 파장의 것들을 막아주기는 하지만 단파장(주로 UV쪽)의 빛을 효과적으로 막지는 못합니다.~~

(Wikipedia의 Ultraviolet 항목에서 유리에 대해 언급한 것을 보면 아래와 같은 내용이 있습니다.

"유리는 UVA 일부를 통과시키긴 하지만 그 보다 파장이 짧은 빛은 차단한다... 유리는 파장이 350nm 이상인 빛은 90%이상 통과시키고, 300nm 이하의 빛은 90%이상을 차단한다."

자외선의 파장이 대략 400~100nm 이므로 UVA 대역의 일부는 통과시키지만 대부분은 차단함을 알 수 있고 이보다 파장이 큰 가시광선이나 자외선 영역은 거의 대부분 통과시킨다고 볼 수 있습니다. 그러므로 Jeff Jewitt의 이 언급은 착각에 의한 오류라고 볼 수 있습니다)

자외선을 차단하는 화학적인 처리를 한 유리를 사용하거나 자외선 차단 기능이 있는 필름을 유리에 붙이는 것도 좋은 방법입니다. 푸른색의 필름이 자외선을 차단하는데 가장 효과적입니다.

햇빛에 잘 견디는 마감제를 선택하라

염료스테인은 강한 빛에 민감하게 반응합니다. 염료스테인의 색은 쉬이 바래집니다. 심지어 강한 햇빛이 아니라 약한 형광등 아래에서도 변색이 발생합니다. (아래 사진의 왼쪽 참조)

내광성(lightfast) 혹은 금속성(metallized) 염료를 사용한 스테인은 그나마 실내환경에서는 색을 잘 유지하는 편입니다. 하지만 실외에 놓여 직사광선을 받는 환경에서까지 견디지는 못합니다. 물론 내광성 염료 스테인이 실내환경에서 쉬이 색이 바래지지 않지만 그래도 저는 한곳에 서있는 장롱이나 큰 가구 그리고 창틀 등에 염료 스테인을 사용하지 않습니다.

대신 안료스테인(Pigment Stain)의 경우 햇빛에 매우 강합니다. 안료스테인은 색이 바래지지 않으며 특히 산화철(iron oxides 흔히 earth color라고 함) 계열의 안료는 매우 안정적입니다. 이들 안료는 그 자체로도 내광성이 있지만 자외선을 차단하는 기능까지 있어 내부의 나무를 보호하는 역할도 합니다.

산화철 안료는 자연스러운 붉은색, 갈색, 노란색 등이 있어서 나무나 데크에 칠하기 딱 좋습니다. 염료스테인을 먼저 바른 뒤에 안료스테인을 덧발라 이런 내광성과 자외선 차단 기능을 얻을 수도 있습니다.

한편 어떤 마감제들은 지속적인 빛의 노출에 취약해서 황변이나 도막이 갈라지는 경우가 생기기도 합니다. 린시드오일과 린시드오일로 만들어진 바니쉬, 페놀 수지로 만든 바니쉬(스파 혹은 마린 바니쉬), 니트로셀룰로즈 라카, 유성 폴리우레탄이 이 범주에 들어갑니다.

이런 황변을 최소화하려면 린시드오일 대신에 텅오일을 쓰는 것이 좋습니다. 바니쉬의 경우 홍화유(safflower oil)나 콩기름(soybean oil)으로 만들어진 바니쉬들이 린시드오일로 만들어진 바니쉬보다 황변되는 경향이 덜합니다. (천연오일 마감제 중에서 홍화유와 콩기름을 쓴 것들이 많던데 이런 이유가 있군요)

니트로셀룰로즈 라커(일반적인 라커)를 대신해서는 CAB(cellulose-acetate-butyrate) 아크릴 라커를 쓰면 황변이 전혀 일어나지 않습니다.

수성 폴리우레탄을 만들때 첨가되는 아크릴 수지 또한 황변을 방지하는 기능이 있어 유성 폴리우레탄을 대체해서 사용할 수 있습니다. 수성 마감제 중에서 아크릴이 들어간 것들은 황변이 생기지 않는다고 보면 됩니다.

촉매화된 라커(catalyzed lacquer)와 촉매화된 바니쉬의 경우도 아미노 수지와 알키드 수지를 포함하고 있어 황변이 생기지 않습니다. 하지만 촉매화된 라커라 해도 니트로셀룰로즈 수지와 오일 변형된 알키드(oil-modified alykid)수지를 포함한 것들은 햇빛에 의해 황변이 생깁니다.

나무 색이 변하는 걸 막을 수 있나?

나무의 색이 변하는 것을 지연시키거나 최소화할 수는 있어도 결국에는 나무의 색은 변합니다. 밝은색의 애쉬, 자작, 메이플은 햇빛과 산소에 노출되면서 결국에는 짙은 노란색으로 변하며 짙은색의 나무는 옅은 노랑으로 변하기도 합니다. 하지만 잘 관리된다면 그리 급격한 변화가 일어나지는 않습니다. 단지 나무의 원래 색에서 약간 따뜻한 느낌으로 변해갈 뿐입니다.

만일 밝은 색의 나무를 계속 밝은 색으로 유지하고 싶다면 이액형 과산화수소 표백제(two-part peroxide bleach)를 사용하는 것이 좋습니다. 만일 나무의 짙은색을 그대로유지하고 싶다면 같은 색으로 내광성있는 스테인을 발라주는 것이 좋습니다.

정리하자면 가구를 처음 만들었을때의 그 색을 계속 유지하고 싶다면 두가지 방법이 있습니다. 첫째는 강한 빛에 가구가 노출되지 않도록 하고 둘째로는 자외선을 차단할 수 있는 아크릴 수지가 들어간 마감제를 사용하는 것입니다.

세번째 방법으로는 당신의 방에 있는 산소를 모두 아르곤(argon)으로 바꾸는 겁니다. 와이프가 좋아할지 안좋아할지는 의문이네요. ^^

추가내용

우리는 흔히 나무나 마감제의 색이 변하는 걸 구분없이 통틀어 황변이라고 얘기합니다만 관련 글을 번역하면서 보니 영어로는 다르게 표현하더군요.

나무의 색이 자연스럽게 변하는 것은 color가 change되었다고 표현하구요. 투명 도막성 마감의 색이 누렇게 뜨는 것을 yellowing되었다고 표현합니다. 너무 강한 빛에 의해 나무가 탈색이 되는 것을 bleached 되었다고 하구요. 소나무 판재가 햇빛을 받아 짙은 색으로 변하는 것도 황변이라고 저는 그동안 써왔는데... 정확하게 말하면 갈색으로 변한 것이죠.

그러므로 나무의 색이 변하는 것은 그냥 변색이라고 하는것이 맞고, 투명 마감의 색이 노랗게 변하는 것을 황변이라고 하는게 맞고, 강한 직사광선으로 짙은색이 사라지는 것을 탈색이라고 하는 것이 정확하겠습니다.

그리고 윗글에도 있듯이 나무의 자연스런 변색은 가시광선이 주범이고 도막의 황변이나 약해짐 그리고 나무의 탈색은 자외선이 주범입니다.

여름에 야외활동을 할 때 썬크림을 많이 바르는데 이것의 주목적이 자외선을 차단하기 위한 것이죠. 그만큼 자외선은 지속적으로 노출될 경우 파괴적인 영향을 줍니다. 사람의 경우 피부암에 걸리게도 하고 도막의 경우 약하게 만들고 누렇게 만듭니다.

자외선을 차단하는 원리는 물리적인 방법과 화학적인 방법이 있다고 합니다. 물리적인 방법은 앞에 설명에서 봤듯이 안료를 이용하는 겁니다. 자외선 차단제를 바르면 피부에 허옇게 보이게 되는데 이게 바로 자외선을 차단하는 흰색 안료(Titanium Dioxide 혹은 Zinc Oxide)라고 하네요.

마찬가지 원리로 원래 자외선 차단 기능이 취약한 마감제에도 첨가물(주로 안료)을 넣어 자외선 차단 기능을 넣기도 합니다. 예를 들어 유성 바니쉬와 린시드오일을 섞은 대니쉬오일의 경우 원래 자외선 차단 기능이 없지만 Liberon에서 나오는 Superior Danish Oil with UV Filter 제품과 Teak Oil with UV Filter라는 제품은 자외선 차단 기능을 제공합니다.

마찬가지로 페놀수지를 사용하는 스파바니쉬는 원래 자외선 차단 기능이 없지만 많은 업체들이 자외선 차단 첨가물을 넣어서 판매하고 있습니다. 스파바니쉬가 실외용 목물에 바르는 용도라 당연한 필요했던 것이라 하겠습니다.

촉매화된 바니쉬와 라커에 대해서는 다음 기회에 자세히 설명 드리겠습니다. 지금은 그냥 무척 쎈 놈이라고 생각하시면 됩니다.

가시광선이 나무의 색을 변화시키나?

나가세 카페에서 토론되었던 내용에 제 의견을 덧붙여 추가한 내용입니다.

일반적으로 태양 빛에서 사람에게 혹은 나무에게 나쁜 영향을 주는 것은 자외선(Ultraviolet, UV)라고 알려져 있습니다. 자외선은 가시광선에 비해 파장이 짧고 따라서 더 큰 힘으로 세포에 영향을 주기 때문입니다. 가시광선의 긴 파장은 세포단위의 물질을 변화시키기에는 에너지가 부족하다는 것이 일반적인 견해였습니다. 이런 견해들에 대해서 검색을 통해 근거자료를 찾아 보았습니다.

먼저 미국 국립공원 관리국(U.S. Department of the Interior National Park Service)에서 낸 "Reducing Visible and Ultraviolet Light Damage to Interior Wood Finishes" 라는 제목의 테크노트입니다. 이 노트는 나무 자체의 변색 보다는 나무에 칠해진 염료(dye)에 대한 빛의 안정성에 대한 실험 결과입니다.

http://www.nps.gov/tps/how-to-preserve/tech-notes/Tech-Notes-Museum02.pdf

3개의 조건으로 각각 수성스테인, 알콜스테인, 오일스테인으로 색을 칠하고 10년을 놓아본 것입니다. 모든 샘플에서 아래쪽은 10년동안 천으로 덮어 두어서 빛의 영향이 없도록 한 것이고, 위의 왼쪽 3개는 각각 햇빛에 노출시키고, 가운데 3개는 자외선 차단된 유리를 통과한 빛에 노출한 것이고, 오른쪽 3개는 스테인 위에 오렌지급 셀락을 바르고 난 뒤 빛에 노출시킨 결과입니다.

10년이라는 긴 실험기간이 변색의 속도를 가늠할 수 없게 하긴 하지만 일률적으로 오일 스테인은 색깔의 변화가 없고, 일반 햇빛이든, UV를 차단한 가시광선만이든, 셀락으로 코팅을 했든지 간에 수성스테인과 알콜스테인의 색은 탈색이 되었다는 결과입니다. 더 자세히 살펴보니 오일스테인은 염료가 아니라 산화철 계열의 안료(pigment)를 사용한 것입니다.

결국 이 실험이 보여주는 것은 염료는 자외선 뿐 아니라 가시광선에 의해서도 탈색이 되며, 안료는 자외선이든 가시광선이든 변색을 막아준다는 것입니다. 그래서 이 테크노트는 박물관을 위한 지침으로 염료(dye)를 사용한 전시물에 대해서는 50룩스 이하의 조명을 사용할 것을 권하고 있습니다. 박물관을 가보면 조명이 굉장히 어두운데 다 이런 이유가 있습니다.

>>> 미국 국립공원 관리국 자료 다운받기

Handbook of Wood Chemistry and Wood Composites 라는 책자의 148~149 페이지를 보면 가시광선에 의한 나무의 변색에 대한 설명이 나옵니다. 간단히 정리해보면...

"풍화(weathering)는 빛에 의한 변색과 어떻게 다를까요? 풍화는 햇빛 중 UV에 의해 발생합니다. UV는 나무의 주요 구조적 요소인 리그인(lignin)과 셀룰로스(carbohydrate, 탄수화물이나 구체적으로 셀룰로스를 의미하는 듯)에 화학적 분해를 일으킬 만큼 강한 에너지를 가지고 있습니다. 가시광선 또한 나무 표면의 색을 변화시킬 수 있습니다. 하지만 이건 가시광선의 짧은 파장 영역에 국한되며 나무의 구조를 분해시킬 정도는 아닌 최소한의 손상만을 줍니다.

나무의 색을 구성하는 것은 할로겐, 황, 질소를 포함한 다양한 유기화합물에 의한 것입니다. 이들 원소를 가진 화학 물질들은 리그닌이나 셀룰로스에 비해 약한 에너지 만으로 광분해반응을 일으킬 수 있습니다. 그러므로 자외선과 더불어 가시광선도 이런 변화를 일으킬 수 있습니다. 이런식으로 가시광선은 염료와 직물의 변색도 일으킵니다.

실외에 놓인 나무는 자외선 외에도 나무 내의 수용성 물질이 비에 의해 녹아 나오는 등의 변화로 더 심한 변화에 시달립니다.

일반적인 유리는 아주 작은 부분의 자외선만 통과시키기 때문에 실내 가구들은 자외선에 의해 주도되는 풍화작용을 겪지는 않습니다. 그러므로 실내에 있는 가구들의 변색은 가시광선에 의한 것입니다. 가시광선은 나무 안에 있는 유기 염료의 색을 변하게 합니다."

나무의 색을 변화시키는 것은 사실 햇빛만이 아닙니다. 비 혹은 습기 그리고 온도도 한 몫을 합니다. 실제 나무를 아무 마감하지 않고 야외에 두고 비도 맞히고 햇빛도 쬐고 사계절을 다 겪게 하면 아래 그림과 같이 결국은 회색으로 바뀝니다. 실내에 있는 나무와는 완전히 다른 양상이죠.

http://www.fh-salzburg.ac.at/fileadmin/fh/forschung/holz-biogene-tech/documents/Publikationen/2008_Konferenz_Schnabel_StLuis.pdf