발틱 호박의 특성 분석과 썬 스팽글 생성에 관한 연구

Abstract

발틱산 호박(Baltic amber)은 투명도에 따라 불투명(opaque), 반투명(translucent), 투명(transparent)으로 나뉘는데 성분과 구조분석을 통하여 투명도의 원인을 비교 분석하고자 하였으며, 또한 투명한 발틱 호박을 300℃에서10분 동안 열처리할 때 썬 스팽글(sun spangle)을 생성하는 호박과 생성하지 않는 호박으로 뚜렷이 나뉘는데 이러한 발틱 호박의 열적 거동의 차이를 비교 분석하여 썬 스팽글 생성의 원인을 밝히고자 하였다. 시편은 Poland Gdansk산 발틱 호박이며 투명도의 차이를 성분과 구조적인 면에서 분석하고자 불투명, 반투명, 투명 호박을 준비하였으며 반투명 호박(translucent amber)을 300℃에서 10분 동안 열처리 한 후 구조와 성분을 분석하였다. 편광 현미경을 통한 내부구조 관찰에서는 투명도에 따른 구조의 차이가 없었으며 XRD를 통한 구조 분석에서도 모두 유사한 패턴을 보였다. 특히 열처리 후에는 XRD패턴의 세기가 강해졌다. IR분석을 통한 성분 분석에서는 투명과 불투명에서 미세한 peak의 차이를 보였다. 그러나 대체적으로 시료 모두 유사한 흡수를 보였으며 열처리 후에도 흡수 peak에 특징적인 변화가 없었다. 투명한 발틱 호박을 300℃에서 10분 동안 열처리할 때 썬 스팽글(sun spangle)을 생성하는 호박과 생성하지 않는 호박의 구분이 뚜렷하여 이러한 변화의 원인을 호박 매질의 성숙도와 내포물 분석을 통하여 밝히고자 하였다. 현미경으로 관찰한 결과, 두 종류의 시료 내에 함유된 내포물의 색상에서 차이를 보였으며 열처리 후 나타난 썬 스팽글에서는 미세한 틈(fissure)과 굴절률 차이를 나타내는 내포물을 확인할 수 있었다. 각 시편의 DR방식의 적외선 분광분석 스펙트럼은 열처리 전과 후에 뚜렷한 변화가 일어나지 않아 열처리 전 후 화학 성분에는 변화가 없을 것으로 판단되고 원 시료들의 1000 cm-1〜 600 cm-1영역에서 스펙트라 차이를 나타내고 있어 이로 인한 성분 차이가 있을 것으로 사료된다. 이차이온질량분석(TOF-SIMS)을 통한 표면 분석에서는 썬 스팽글이 생성하지 않는 원 시료(PA)에 탄소 관련된 peak의 세기가 강하고 산소peak이 약해 성숙 정도가 썬 스팽글을 생성하는 원 시료(SPA) 보다 더 클 것으로 판단되었다. 또한 열중량분석-시차주사열용량분석(TG-DSC)의 열적 거동이 달라 두 시편의 화학성분에 차이가 있을 것으로 판단되는데 이는 두 시료가 산지는 같을지라도 지질 연령이 달라 화학성분에 차이가 나타나는 것으로 보이며 이에 대해서 자세한 조사가 필요하다. 한편, 썬 스팽글을 생성하는 호박에서는 내포물의 열처리에 의한 물리적인 부피 팽창이 일어났으나 썬 스팽글이 생성되지 않은 호박은 상대적으로 미미한 팽창만 보였다. 그 원인을 조사하기 위하여 Attenuated Total Reflectance(ATR) 방식의 FTIR 분석을 수행한 결과, 썬 스팽글을 생성하는 호박은 1019cm-1 의 peak을 나타내고 887cm-1의 세기가 강하게 나타나는 반면 썬 스팽글을 생성하지 않은 호박에서는 887cm-1의 세기가 상대적으로 약하고 1019cm-1의 peak은 존재하지 않았으며 1000cm-1〜 600cm-1에서 흡수밴드의 차이를 보였다. 열처리 후 썬 스팽글의 생성은 이들 흡수 스펙트럼의 차이를 나타내는 성분과 호박의 성숙도에서 기인된 매질 중합체의 열팽창률의 차이에서 비롯된 것으로 판단된다.