유약
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1. 개요
유약은 도자기 표면에 얇은 유리질 막을 형성하여 방수성, 광택, 다양한 색상과 무늬를 부여하는 기술이다. 기원전 4000년경 석재에 처음 등장했으며, 고대 이집트 파이앙스에서 자체적으로 유약과 유사한 층을 형성했다. 이후 중동과 중국에서 알칼리 유약, 납 유약 등이 개발되었고, 이슬람 미술과 도자기에서 정교한 형태로 널리 사용되었다. 유약은 실리카, 금속 산화물, 알루미나, 색소 등으로 구성되며, 다양한 공정을 통해 도자기에 적용된다. 유약에 사용되는 중금속은 환경에 영향을 미칠 수 있으며, 납, 바륨, 크롬 등은 안전성 문제가 제기되어 대체재 연구가 진행되고 있다. 한국의 도자기는 삼국시대부터 독자적인 유약 기술을 발전시켜 고려 청자, 조선 백자 등에서 그 특징을 보여준다.
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| 유약 | |
|---|---|
| 지도 정보 | |
| 기본 정보 | |
| 유형 | 코팅 |
| 용도 | 세라믹 도자기 |
| 주요 성분 | 규산 산화 알루미늄 산화붕소 |
| 녹는점 | 800 °C 이상 |
| 목적 | 장식 방수 내구성 향상 |
| 과정 | |
| 융착 온도 | 800 °C 이상 |
| 적용 방법 | 담그기 뿌리기 붓기 칠하기 |
| 기타 | |
| 참고 | 유약은 유리질 코팅이다. 유약은 도자기 제품의 표면을 덮고 보호하는 데 사용된다. 유약은 색상, 질감, 광택을 부여하여 장식 효과를 낸다. 유약은 표면 강도와 화학적 저항성을 높인다. |
2. 역사
유약은 적절한 재료와 고온 소성 기술이 필요했기에 도자기 역사에서 비교적 늦게 등장했다. 유약 벽돌은 기원전 13세기의 엘람 초가잔빌 사원에서 사용된 기록이 있으며, 1049년 중국 개봉에 세워진 유약 벽돌로 만들어진 철탑은 잘 알려진 후대의 예이다.[4]
납 유약 토기는 전국 시대(기원전 475~221년)에 중국에서 만들어졌을 가능성이 높으며, 한나라 시대에 생산량이 증가했다. 고온의 초기 청자 유약 도자기는 상나라(기원전 1600~1046년) 이전부터 토기보다 일찍 만들어졌다.[5]
일본 고분 시대에는 스에기에 녹색의 천연 재 유약이 사용되었다. 서기 552년부터 794년까지 서로 다른 색상의 유약이 도입되었다. 당나라의 삼채 유약은 한때 널리 사용되었지만 점차 사용이 줄어들었고, 유약의 정확한 색상과 구성은 밝혀지지 않았다. 그러나 천연 재 유약은 전국적으로 널리 사용되었다.
13세기에는 붉은색, 파란색, 녹색, 노란색, 검은색의 상유약으로 꽃 무늬를 그렸다. 상유약은 도자기에 특별한 느낌을 주었기 때문에 매우 인기를 얻었다.
2. 1. 초기 역사
기원전 4000년경 석재에 유약이 처음 사용된 흔적이 발견되었으며, 고대 이집트 파이앙스는 소성 과정에서 자체적으로 유약과 유사한 막을 형성했다. 기원전 1500년경 중동과 이집트에서 재 유약을 포함한 알칼리 유약이 사용되기 시작했고, 중국에서는 분쇄된 장석을 사용한 유약이 개발되었다. 기원전 100년경에는 납 유약이 구세계에 널리 퍼졌다.[3]2. 2. 이슬람 세계
8세기부터 유약을 바른 도자기의 사용이 이슬람 미술과 이슬람의 도예에서 유행하기 시작하여, 일반적으로 정교한 도자기가 제작되었다.[30][31] 주석 불투명 유약은 이슬람 도공들이 개발한 초기 기술 중 하나였다. 초기 이슬람의 불투명 유약은 8세기부터 바스라에서 청색 채색 토기로 나타나기 시작했다. 9세기에는 이라크에서 사기가 개발되었다.[32] 이슬람 세계에서 도자기 발전의 중심지가 된 도시로는 푸스타트 (975년 - 1075년), 다마스쿠스 (1100년 - 1600년대), 타브리즈 (1470년 - 1550년) 등이 있다.3. 구성
세라믹 유약의 원료에는 주된 유리 형성체인 실리카가 들어간다. 나트륨, 칼륨, 칼슘과 같은 여러 금속 산화물은 용융제로 작용하여 녹는점을 낮춘다. 점토에서 나오는 알루미나는 녹은 유약이 제품에서 흘러내리지 않도록 막아준다.[7] 산화철, 탄산구리, 탄산코발트[7] 같은 색소와 산화주석, 산화지르코늄을 포함한 불투명제는 구운 유약의 겉모습을 변화시키는 데 쓰인다.
4. 공정
유약은 다양한 분말 광물과 금속 산화물의 수성 현탁액(suspension) 형태로, 조각을 유약에 직접 담그는 방식으로 도자기에 칠해진다.[8] 이 외에도 조각 위에 유약을 붓거나, 에어브러시 등으로 분사하거나, 붓으로 직접 바르는 방법 등이 있다.[8] 소금 유약 도자기는 고온에서 가마에 소금이나 소다를 넣어 나트륨 증기가 풍부한 환경을 만들어 유약을 형성한다.[9]
소성 중에 유약을 바른 제품이 가마에 달라붙는 것을 방지하기 위해, 제품 일부에는 유약을 바르지 않거나 가마 받침과 같은 내화성 받침대 위에 올려놓는다. 소성 후 받침대는 제거하고 버리며, 받침대에 의해 남은 작은 자국이 완성된 제품에서 보이기도 한다.[9]
5. 장식
밑그림 장식은 유약을 바르기 전에 하며, 보통 소성되지 않은 도자기에 한다. Underglaze영어 장식은 투명한 습식 유약을 바르기 전에 하며, 안료는 유약과 융합되어 맑은 유약층 아래에 있는 것처럼 보인다.[10][11][12] 가장 잘 알려진 밑그림 장식의 유형은 청화백자이다.[13] 18세기에 영국에서 크림웨어(creamware) 및 기타 백색 토기를 발명하면서 밑그림 장식은 자기뿐만 아니라 토기에도 널리 사용되었다.
윗그림 장식은 구워진 유약층 위에 적용되며, Overglaze영어 장식은 "에나멜"을 사용하여 낮은 온도에서 소성한다. 상대적으로 낮은 온도에서만 소성되기 때문에 역사 시대에는 더 넓은 범위의 안료를 사용할 수 있었다.
유약 안에 그림을 그리는 방법은 마욜리카와 같은 주석 유약 도자기에 사용된다. 유색 유약은 청자(celadon)와 같이 전체 조각에 단일 색상을 부여하거나, 삼채(sancai)와 같이 대조적인 색상으로 디자인을 만드는 데 사용된다.
이마리 도자기, 더우차이, 우차이와 같은 양식은 여러 유형의 장식을 결합한다.
6. 주요 유약 종류
- 회유(灰釉): 풀의 재를 주원료로 하며, 장석, 규석 등을 배합한 고온용 유약이다. 회유를 기본으로 배합한 청자 유약, 볏짚 재 유약 등이 있다.[34]
- 투명유(透明釉): 석회유 등 투명도가 높은 무색 유약의 총칭이다. 청화 자기 등에 사용된다.[34]
- 녹유(緑釉): 투명유에 3~5%의 산화구리를 첨가한 것이다. 삼채 등에 사용되는 저온용과, 오베 유약과 같은 고온용이 있다.[34]
- 철유(鉄釉): 철분을 발색제로 하는 고화도용 유약의 총칭이다. 엿 유약, 흑유, 천목유 등이 대표적이다.[34]
- 주석유(錫釉): 연유에 산화주석을 첨가하여 백탁색으로 만든 유약이다. 산화주석을 섞음으로써 유화되어 장식의 색채가 풍부하게 표현될 수 있다.[35]
7. 환경 영향
중금속은 특정 색상이나 질감을 내기 위해 유약에 사용된다.[11] 재활용되지 않은 세라믹 제품이 따뜻하거나 산성인 물에 노출되면 유약 성분이 환경으로 용출될 가능성이 높다.[14] 유약이 잘못 처리되거나 손상되었을 때 중금속이 용출된다.[14] 납과 크로뮴은 유약에 사용되는 중금속으로, 독성과 생물농축 능력 때문에 엄격하게 관리된다.[14][15]
7. 1. 금속 산화물 화학
세라믹 유약에 사용되는 금속은 일반적으로 금속 산화물 형태이다.[11] 중금속은 특정 색상이나 질감을 내기 위해 사용되는 고밀도 금속이다. 재활용되지 않은 세라믹 제품이 따뜻하거나 산성인 물에 노출되면 유약 성분이 환경으로 용출될 가능성이 높아진다.[14] 납과 크롬은 독성과 생물농축 능력 때문에 정부 기관에서 엄격하게 관리하는 두 가지 중금속이다.[14][15]7. 1. 1. 산화납(II)
산화납(II)(PbO)는 저융점, 넓은 소성 온도 범위, 낮은 표면 장력, 높은 굴절률 및 탈유리화에 대한 저항성 때문에 도자기 제조업체에서 주로 유약으로 사용한다.[16] 상업용 유약 제조에 사용되는 납은 안정성을 확보하고 용출 위험을 줄이기 위해 실리카와 1:1 비율로 분자적으로 결합하거나 프릿 형태로 포함된다.[17]오염된 환경에서는 이산화질소가 물(H|2|O영어)과 반응하여 아질산(HNO|2영어)과 질산(HNO|3영어)을 생성한다.[15]
: H|2|O영어 + 2NO|2영어 → HNO|2영어 + HNO|3영어
납 유약의 산화납(II)(PbO)가 질산(HNO|3영어)에 노출되면 수용성 질산납(II) (Pb(NO|3|)|2영어)가 생성된다.
: PbO + 2HNO|3영어 → Pb(NO|3|)|2영어 + H|2|O영어
납 노출은 납 중독이라고 불리는 다양한 건강 문제와 밀접하게 관련되어 있기 때문에, 납이 함유된 유리(주로 폐기된 CRT 디스플레이 형태)와 납 유약 도자기의 폐기는 유독성 폐기물 규정의 적용을 받는다.
7. 1. 2. 탄산바륨과 탄산스트론튬
탄산바륨(BaCO3)은 바륨 블루(barium blue)라는 독특한 유약 색상을 만드는 데 사용된다. 그러나 식품 접촉면에 탄산바륨 유약을 사용하는 것은 윤리적 문제가 제기된다. 바륨 중독은 섭취했을 때 경련, 마비, 소화 불량 및 사망으로 이어질 수 있다.[18] 탄산바륨은 산에 다소 용해되며,[19] 오랫동안 물과 토양을 오염시킬 수 있다. 이러한 우려 때문에 탄산바륨이 필요한 유약에 탄산스트론튬(SrCO3)을 대체하려는 시도가 있었다.[20] 탄산바륨과 달리 탄산스트론튬은 NIH에서 안전 위험으로 간주하지 않는다.[21][19] 스트론튬 대체 실험은 광택 유형 유약에서는 성공적인 경향이 있지만, 무광택 유형 유약에서 생성되는 일부 효과와 색상은 바륨을 사용해야만 얻을 수 있다.[20]
용출 가능성을 줄이기 위해 탄산바륨은 프릿 형태로 사용되며 1:1 비율로 실리카에 결합된다. 또한 바륨 유약은 식품 접촉면이나 야외 용품에는 사용하지 않는 것이 좋다.[22]
7. 1. 3. 산화크롬(III)
산화크롬(III)(Chromium(III) oxide|크로뮴(III) 옥사이드영어)는 세라믹 유약의 색소로 사용된다. 산화크롬(III)은 가마에서 도달하는 온도에서 산화칼슘(CaO) 및 대기 중 산소와 반응하여 크롬산칼슘을 생성할 수 있다. 이 산화 반응은 크롬의 산화 상태를 +3에서 +6으로 변화시킨다.[23] 크롬(VI)은 매우 용해도가 높으며 다른 모든 안정적인 크롬 형태 중에서 가장 이동성이 높다.[24]+ 2CaO + → [23]
크롬은 산업 폐수를 통해 수계로 유입될 수 있다. 크롬(VI)은 환경에 직접 유입될 수 있거나 토양에 존재하는 산화제가 크롬(III)과 반응하여 크롬(VI)을 생성할 수 있다. 식물은 크롬(VI)이 존재하는 환경에서 자랄 때 엽록소의 양이 감소한다.[24]
7. 1. 4. 이산화우라늄
이산화우라늄은 삼산화우라늄을 수소로 환원시켜 생산한다.: UO3 + H2 → UO2 + H2O (700 °C, 973 K)
UO2를 사용하는 우라늄 기반 세라믹 유약은 환원 분위기에서 소성할 때 짙은 녹색 또는 검은색을 띤다. 산화 분위기에서는 밝은 노란색, 주황색, 붉은색 유약을 만든다.[25] 1920년대와 1930년대에 우라늄 유약은 우라늄 타일, 시계, 항공기 계기판 제작에 사용되었다.[26]
7. 2. 예방
제조 공정 중 크롬의 산화는 칼슘과 결합하는 화합물을 도입함으로써 줄일 수 있다.[23] 세라믹 산업에서는 납 함유 유약이 제품에 뛰어난 광택과 매끄러운 표면을 제공하기 때문에 납 대체재 사용을 꺼리고 있다. 미국 환경보호청은 납의 대체재로 이중 유약, 바륨을 실험했지만 납 함유 유약과 같은 광학 효과를 얻는 데에는 실패했다.참조
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