야외 금속 조형물은 오랜 기간 야외에 노출되어 온?습도의 변화, 대기오염물질로 인한 산성비, 먼지, 오염된 대기가스 등에 의해 표면이 손상되고 부식되어 수명이 단축되고 본래의 형태를 잃어가게 되며, 조류의 배설물과 인간에 의한 인위적인 손상 등에 의해 오염 및 훼손되기도 한다.
오염된 대기 환경에 노출되어 있는 철제, 동합금제 조형물의 보존에는 이런 부식을 예방하는 것이 매우 중요하며, 제작자의 원래 의도를 살릴 수 있는 보존처리가 이루어져야한다. 이미 부식이 진행되어 손상된 조형물은 제작 당시로 되돌릴 수는 없기 때문에 현재 상태에서 더 이상의 손상을 막아주는 예방적 보존처리가 이루어져야 하며, 보존처리 과정 중에서도 왁스를 이용한 코팅 처리가 가장 중요한 요소로 작용한다.
현재 우리나라에서 야외 철제 및 동합금제 조형물의 코팅제로 사용되고 있는 왁스는 Renaissance왁스, Butcher’s왁스, HAC-5왁스, Micro-crystalline왁스 등이 있다. 그러나 이들 왁스는 모두 야외 금속 조형물의 재질, 보존환경, 대기오염도 등과는 무관하게 적용되고 있으며, 외국에서 각 나라의 대기 환경에 맞게 연구, 개발된 왁스이다. 또한 왁스 코팅 처리 후 산 성분에 의한 백화현상, 왁스의 노화로 인한 변색 및 광택 저하, 반복적인 용융 과정으로 표면에서 들뜨거나 갈라지는 현상 등의 문제점이 나타나고 있다.
이런 문제점들은 장기간 지속되어 왔지만 대책 마련이 없고, 새로운 재료의 개발과 연구의 진행도 이루어지지 않아 보존처리 현장에서는 위와 같은 왁스 등이 지속적으로 사용되어지고 있어 이를 개선하기 위한 재료의 개발과 연구가 필요한 실정이다.
이에 본 논문에서는 우리나라의 야외 금속 조형물 중 철제, 동합금제로 만들어진 조형물의 보존처리 시 코팅제로 사용되고 있는 왁스를 수집해 환경 실험과 물성 실험을 통한 장?단점을 파악해 제시하였으며, 이러한 결과를 바탕으로 국?내외에서 일반적으로 사용하는 천연 왁스, 오일, 수지, 각종 첨가제를 선정, 혼합하여 제조 후 실험을 통해 우리나라 환경에 맞는 야외 철제 조형물 표면 보존용 ISC왁스와 야외 동합금제 조형물 표면 보존용 BSC왁스 코팅제 2종을 개발하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
ISC왁스는 대기오염물질로 부터의 차단성 및 코팅 지속력은 4배 이상 향상되었으며, 산성비, 산성안개 등 산성도가 높은 오염 물질에 의한 피해를 최소화 할 수 있는 내산성이 2～4배 이상 증진되어 이로 인해 발생되는 백화현상을 개선하였다. 또한 염수에 의한 내염기성이 5배 이상의 높은 효과를 보여주어 백화현상 및 왁스의 변색을 최소화 할 수 있었다. 특히, 자외선으로 부터의 차단 효과는 2～10배 이상 증진된 물성을 나타내 자외선에 의한 왁스의 노화 방지에 우수한 효과가 있는 재료로 판단된다.
ISC왁스 코팅 후 색상변화, 박막 두께, 경도, 탄성계수, 접착력, 가역성에서 기존 재료와 유사한 물성을 보여주어 안정성을 확보하였으며, 여름철 지속적인 용융 현상에 의해 노화되고 녹아내리는 현상을 기존 재료에 비해 0.5～5배 이상 증진된 내구성과 내열성으로 개선하였다. 또한 코팅 후 색도 변화량은 기존 재료와 유사하게 나타났으며, 광택도 변화량은 코팅 전과 후의 변화가 거의 없어 기존 재료에 비해 3～16배 이상 증진된 효과를 보여주었다.
BSC왁스는 3배 이상의 우수한 차단성과 코팅 지속력을 나타내어 대기오염물질로 인한 피해를 줄일 수 있으며, 산성도가 높은 오염물질에 대해 2～4배 이상 높아진 내산성으로 왁스의 변색과 백화현상으로 인한 손상을 방지할 수 있었다. 또한 자외선으로 부터의 차단성은 기존 재료에 비해 2～10배 이상의 차단 효과성을 나타내어 자외선에 의한 왁스의 노화 방지에 우수한 효과가 있다고 판단되는 코팅제이다.
BSC왁스는 박막 두께, 접촉각 및 표면에너지, 경도, 탄성계수, 접착력, 가역성에서 기존 재료와 유사한 물성을 나타내어 안정성을 확보하였다. 또한 0.5～5배 이상의 증진된 내열성과 내구성으로 여름철 지속적인 용융 현상에 의해 노화되고 녹아내리는 현상을 개선할 수 있을 것으로 판단된다. 왁스는 코팅 후 색도 변화가 적어 기존에 적용된 왁스에 비해 0.5～2배 이상 효과가 좋아졌으며, 광택 변화량도 가장 낮게 나타나 4～11배 이상의 증진된 효과를 나타낸 재료이다. 또한 표면에 형성된 박막은 7종의 왁스 중 가장 고르게 나타나 일정한 두께로 코팅이 이루어진 것으로 나타났다.
ISC왁스와 BSC왁스 2종 모두 상온에서 고체 상태이며 가열하면 녹는 특성에 맞게 제조되어 현재 보존처리 현장에서 사용되는 Deep 코팅 방법으로 가열해 사용하고, 재 가열 후 표면 처리까지 할 수 있도록 기존 재료와 같은 작업성을 가지도록 개발된 재료이다. 또한 우리나라의 야외 환경에 맞고, 국내에서 재료의 수급 및 배합이 가능하도록 하여 이로 인해 수입되고 있는 제품을 대체해 비용을 절감하고, 배합 왁스로 인한 수급의 어려움을 개선할 수 있도록 하였다.
비교 대상인 5종의 왁스는 모두 국외에서 각 나라의 야외 환경에 맞게 연구, 개발된 재료로 우리나라의 야외 환경 및 조형물 재질 등과는 무관하게 사용되어지고 있다. 본 연구에서 개발된 2종의 왁스는 철제와 동합금제 조형물의 표면 보존 전용 왁스로 우리나라 야외 조형물 중 철제와 동합금 재질로 이루어진 대상물의 코팅제로서 각각 적용될 수 있을 것으로 판단된다.

Outdoor metal sculptures suffer from damages and corrosion on the surface, mainly due to environmental conditions, including fluctuations in the temperature and humidity, acid rain caused by air pollutants, dust, and polluted atmospheric gases, all of which can result in shorter life and deformation of the sculpture. Other causes of deterioration include pollution from bird excrement and artificial damage.
Prevention of corrosion is crucial in conserving sculptures made of iron or copper alloys that are exposed to pollutants in their environment, and an adequate means of conservation is needed for the sculpture to remain in the state maker intended. When corrosion has already begun, the sculpture cannot be restored to its original state, and therefore preventive conservation processing should take place. Of the numerous stages of conservation processing, coating using wax serves as the most crucial element.
Wax products used as coating agents on outdoor steel/copper sculptures in Korea include Renaissance wax, Butcher’s wax, HAC-5 wax, and Micro-crystalline wax. However, these products were developed and researched based on the atmospheric characteristics of the countries in which they are made, and have tended to be used imprudently without consideration of various factors, including the material of the sculpture, surrounding environment, or the degree of air pollution. Also, ill-advised application of wax has in some cases caused whitening due to acidic components, discoloration and decrease in gloss due to the aging of wax, as well as debonding and cracking due to repetitive fusion.
Although such problems have persisted for a long time, the measures to address these have not yet been provided, and the development of new materials has seen little progress, ultimately leading to the ongoing application of wax products mentioned above. Research and development on new products is required.
Therefore, this study has collected the wax products used as coating agents on Korean outdoor steel/copper alloy sculptures, and conducted environmental and properties experiments to assess each products’ strengths and weaknesses. Based on the findings, natural wax, oil, resin, and other additives universally used both in Korea and overseas were selected and mixed. Each of the mixtures was evaluated in order to develop two types of wax products, including ISC wax for outdoor steel sculptures and BSC wax for outdoor copper alloy sculptures, suitable for use in Korean atmospheric conditions. The findings from the two newly developed products are as follows.
ISC wax offers four times higher pollutant-cut ability and coatings sustainability, and up to two to four times higher acid resistance to minimize damage from highly acidic pollutants including acid rain and acid mist, preventing whitening from occurring. It also presents more than five times higher base-resistance from saltwater, minimizing the whitening or discoloration of wax. The wax is considered to be excellent in terms of preventing aging of wax from ultraviolet rays, as it shows two to ten times better UV protectability.
Coatings from ISC wax showed properties similar to existing products in terms of discoloration, thickness of the film, hardness, modulus of elasticity, adhesion, and reversibility, thereby securing stability in application. Aging and melting from continuous dissolution during summer was prevented by upgrading the durability and heat resistance by a measure from 0.5 to five times higher than existing products. The degree of change in color after coating was similar to existing products, while the degree of change in gloss was minute, performing three to sixteen times better than existing products on the market.
BSC wax enables the minimization of damage from air pollutants through a more than three times higher pollutant-cut ability and coating sustainability, and prevents the discoloration of wax and whitening caused by highly acidic pollutants through a two to four times higher acid resistance compared to existing products. Also, with two to ten times higher UV protectability, the wax is expected to be excellent in preventing aging from ultraviolet ray.
BSC wax exhibited properties similar to products on the market in terms of the thickness of the film, contact angle and surface energy, hardness, modulus of elasticity, adhesion, and reversibility, thereby securing stability in application. Aging and melting from continuous dissolution during summer is expected to be prevented by upgrades in durability and heat resistance ranging from 0.5 to five times higher than existing products. With regard to the degree of change in color after coating, BSC wax performs 0.5 to two times better than existing products. The product also exhibits a small change in gloss, performing four to eleven times better than existing products. Of the seven wax products tested, the thickness of the film generated by BSC on the surface of the sculpture was the most uniform.
Both ISC and BSC wax were manufactured to be solid at room temperature, and melt when heated, to be applied in the same manner as existing products (entitled ‘Deep Coating’) through which the wax is heated for use, and re-heated to finish the surface. Both products are ideal for the Korean outdoor environment, and the fact that the products can be manufactured in Korea reduces cost and resolves procurement issues by replacing exported products.
The five wax products used in the comparison were all researched and developed overseas, and so are used imprudently in Korea, without appropriate consideration of the outdoor environment and the material of the sculpture. The two wax products developed during the research were designed for exclusive use in surface conservation of steel or copper alloy sculptures, and are expected to be applicable as coating agents of outdoor sculptures in Korea made of steel or copper alloy.