동결건조 과정에서 얼음의 승화와 섬유 변형 억제 메커니즘

종이 기록물 보존에서 동결건조가 중요한 이유

홍수나 누수로 젖은 종이 기록물은 건조 과정에서 주름, 수축, 뒤틀림 및 페이지 간 접착이 발생할 수 있다. 특히 제본된 도서는 종이뿐 아니라 표지와 책등도 변형될 위험이 있다.

동결건조는 젖은 기록물에 포함된 수분을 얼린 다음, 얼음이 액체 상태를 거치지 않고 수증기로 변하는 승화 현상을 이용하여 제거하는 방법이다.

캐나다 보존연구소(Canadian Conservation Institute)는 동결건조가 일반적인 공기 건조에서 발생할 수 있는 수축과 뒤틀림, 구조적 붕괴를 줄이는 데 유용하다고 설명한다.

그러나 동결건조는 이미 발생한 손상을 복원하는 기술이 아니며, 기록물의 재료와 손상 상태에 따라 적합성을 판단해야 한다.

동결건조의 핵심 원리: 얼음의 승화

승화 현상이란 무엇인가

승화는 고체가 액체 상태를 거치지 않고 직접 기체로 변하는 현상이다.

동결건조에서는 기록물에 포함된 물을 얼음으로 만든 뒤, 압력과 온도를 조절하여 얼음이 수증기로 이동하도록 한다.

일반적인 증발 건조와 달리 액체 물의 이동을 줄일 수 있다는 점이 중요한 특징이다.

압력과 온도가 승화에 미치는 영향

얼음의 승화 속도는 온도와 압력의 영향을 받는다.

동결건조 장치에서는 진공펌프로 압력을 낮추고, 생성된 수증기를 응축 장치에서 포집하는 방식으로 건조를 진행할 수 있다.

온도가 낮아지면 얼음의 증기압도 낮아지므로 승화 속도가 느려질 수 있다. 따라서 단순히 온도를 낮추는 것만으로 최적의 건조 조건을 확보할 수는 없다.

캐나다 보존연구소의 기술 자료인 CCI Notes 4/2는 동결건조 과정에서 온도와 압력의 균형이 중요하다는 점을 설명한다.

젖은 종이에서 발생하는 물리적 변형

셀룰로오스 섬유와 수분의 관계

종이는 주로 셀룰로오스 섬유로 구성된다.

수분을 흡수한 종이에서는 섬유가 팽윤하고, 건조 과정에서 다시 수축할 수 있다.

이러한 변화가 종이 전체에서 균일하게 일어나지 않으면 표면에 주름이 생기거나 형태가 뒤틀릴 수 있다.

특히 침수된 기록물은 젖은 상태에서 취급하기 어려울 정도로 약해질 수 있으므로 물리적 손상에 주의해야 한다.

일반적인 공기 건조의 한계

공기 건조는 별도의 대형 장비 없이 사용할 수 있는 방법이다.

하지만 다량의 젖은 문서를 건조할 때는 공간과 시간이 많이 필요하고, 건조 후 종이가 뒤틀리거나 제본 구조가 변형될 수 있다.

미국 북동부 문서보존센터(NEDCC)는 소량의 축축한 문서에는 공기 건조가 적합할 수 있지만, 완전히 젖은 도서나 코팅지에는 다른 방법이 필요할 수 있다고 안내한다.

동결건조가 섬유 변형을 줄이는 원리

액체 물의 이동을 줄이는 효과

일반적인 건조에서는 종이 내부의 액체 물이 이동하고 증발한다.

반면 동결건조에서는 얼음이 직접 수증기로 변하기 때문에 액체 물의 이동과 관련된 일부 변형 위험을 줄일 수 있다.

이는 젖은 기록물을 건조하면서 형태 변화를 최소화하려는 보존 처리에서 중요한 장점이다.

다만 모든 종류의 종이에서 동일한 효과가 나타난다고 단정할 수는 없다.

종이의 수축과 뒤틀림 감소

동결건조는 일반적인 공기 건조와 비교하여 수축과 구조적 변형을 줄이는 데 도움이 될 수 있다.

특히 물에 완전히 젖은 도서에서는 페이지의 주름과 책등 및 제본 구조의 변형을 줄이기 위한 방법으로 진공 동결건조가 사용된다.

그러나 처리 후에도 종이가 완전히 평평해지는 것은 아니며, 추가적인 형태 안정화 작업이 필요할 수 있다.

코팅지의 페이지 접착 문제

코팅된 종이는 젖은 상태에서 페이지끼리 달라붙을 위험이 있다.

NEDCC는 젖은 코팅지로 제작된 도서와 문서를 신속하게 냉동하고, 적절한 경우 진공 동결건조를 활용하도록 안내한다.

이는 건조 과정에서 페이지가 서로 접착되어 분리하기 어려워지는 문제를 줄이기 위한 조치다.

수해 기록물 복구에서 냉동과 동결건조의 역할

냉동은 응급 안정화 수단이다

대량의 기록물이 침수되면 모든 자료를 즉시 건조하기 어려울 수 있다.

이때 냉동은 기록물의 상태가 더 악화되는 것을 늦추고 후속 복구 작업에 필요한 시간을 확보하는 수단으로 활용된다.

미국 의회도서관은 젖은 종이 자료를 단기간에 건조하기 어렵다면 적절히 준비하여 냉동하는 방법을 안내한다.

냉동과 동결건조의 차이

냉동은 기록물 속 물을 얼음 상태로 만드는 과정이다.

동결건조는 동결된 수분을 승화시켜 실제로 제거하는 건조 과정이다.

따라서 기록물을 냉동실에 넣는 것과 전문 장비로 진공 동결건조하는 것은 동일한 작업이 아니다.

곰팡이 발생 위험 관리

젖은 기록물을 장시간 방치하면 곰팡이가 발생할 수 있다.

NEDCC는 수해 발생 후 환경 관리와 신속한 안정화 조치가 중요하며, 상황에 따라 짧은 시간 안에도 곰팡이가 발생할 수 있다고 설명한다.

냉동은 후속 처리를 준비하는 동안 곰팡이 증식을 억제하는 데 도움이 될 수 있지만, 이미 발생한 곰팡이 오염을 제거하거나 포자를 완전히 없애는 것은 아니다.

동결건조 적용 시 고려해야 할 사항

기록물의 재료와 손상 정도

모든 기록물이 동일한 건조 방법에 적합한 것은 아니다.

일반 종이, 코팅지, 수용성 잉크가 사용된 문서, 제본 도서는 각각 다른 위험 요소를 가지고 있다.

또한 일부 특수 사진 재료나 복합 재질의 작품은 냉동 자체가 적합하지 않을 수 있다.

따라서 귀중한 기록물은 보존 전문가의 판단에 따라 처리해야 한다.

잉크와 색재료의 안정성

물에 민감한 잉크는 침수 과정에서 번지거나 이동할 수 있다.

냉동과 동결건조는 추가적인 손상을 줄이는 데 활용될 수 있지만 이미 번진 글씨를 원래 상태로 복원하지는 못한다.

기록물의 정보가 손상되지 않도록 필기 재료의 특성을 함께 고려해야 한다.

건조 후 추가 보존 처리

동결건조를 마친 기록물도 주름이나 뒤틀림이 남아 있을 수 있다.

경우에 따라 평탄화, 제본 보수 또는 새로운 보존용 포장재가 필요하다.

따라서 동결건조의 완료가 기록물 복구의 종료를 의미하지는 않는다.

동결건조의 효과와 한계

동결건조의 주요 장점은 젖은 기록물에서 수분을 제거하면서 일반적인 공기 건조에서 발생할 수 있는 물리적 변형을 줄일 수 있다는 것이다.

그러나 모든 손상을 예방하거나 원래의 물리적 상태를 완전히 회복시키지는 못한다.

또한 전문 장비와 적절한 공정 관리가 필요하므로 처리 비용과 기록물의 중요성, 손상 정도를 함께 고려해야 한다.

소량의 약간 젖은 문서는 공기 건조가 적절할 수 있으며, 대량으로 침수된 도서와 특정 코팅지는 전문적인 진공 동결건조가 더 적합할 수 있다.

자주 묻는 질문

동결건조하면 종이의 주름이 완전히 사라지나요?

아니다. 동결건조는 건조 과정의 변형을 줄이는 데 도움이 될 수 있지만 이미 발생한 주름과 뒤틀림을 완전히 없애지는 못한다.

냉동실에 넣으면 동결건조가 되나요?

일반적인 냉동과 전문적인 진공 동결건조는 다르다. 냉동은 응급 안정화에 활용할 수 있지만 적절한 건조와 복구는 별도로 이루어져야 한다.

모든 젖은 기록물을 냉동해야 하나요?

그렇지 않다. 기록물의 종류와 젖은 정도, 수량 및 건조 가능 여부에 따라 처리 방법이 달라진다.

동결건조 후에도 보존 처리가 필요한가요?

필요할 수 있다. 건조 후에도 기록물의 물리적 상태와 오염 여부, 제본 구조를 확인하고 적절한 보존 조치를 해야 한다.

결론

동결건조는 얼음의 승화 현상을 활용하여 젖은 종이 기록물의 수분을 제거하는 전문적인 보존 기술이다.

일반적인 증발 건조에서 발생할 수 있는 일부 수축과 뒤틀림을 줄일 수 있으며, 특히 대량으로 침수된 도서와 기록물의 복구 과정에서 중요한 역할을 한다.

그러나 동결건조만으로 모든 손상이 해결되는 것은 아니다. 기록물의 재료적 특성과 침수 정도, 건조 조건을 고려하고 필요한 경우 전문적인 후속 보존 처리를 진행해야 한다.

참고자료

• 캐나다 보존연구소(CCI), Vacuum Freeze-drying Archaeological Artifacts – CCI Notes 4/2. 동결건조의 승화 원리와 온도·압력 조절, 물리적 변형 감소에 관한 자료.
• 미국 북동부 문서보존센터(NEDCC), Freezing and Drying Wet Books and Records. 젖은 도서와 기록물의 냉동, 공기 건조, 진공 동결건조 방법에 관한 자료.
• 미국 의회도서관(LOC), How to Freeze Collections. 수해 기록물의 냉동 안정화 및 재질별 주의사항에 관한 자료.