[논문 리뷰] Vegetable ash as raw material in the production of glasses and enamels, for example the contemporary vegetable ashes from Burgundy, France

Philippe Colomban, Aurélie Tournié외 2명|arXiv (Cornell University)|2010. 12. 07.

Cultural Heritage Materials Analysis인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 프랑스 부르고뉴 지역의 나무, 관목, 곡물 및 식물에서 유래한 현대 식물재료로 얻은 재를 유리 및 에나멜 제조에 지속 가능한 원료로 사용하는 데 초점을 맞춘다. 다양한 재 조성 분석을 통해 알칼리(나이트로젠산화물, 칼륨산화물), 알칼리 earth(수화칼슘산화물, 수화마그네슘산화물) 및 실리카 함량에 큰 변동성을 확인하였으며, 이는 고대 재활용 과정에 기인한 조성의 균일성에 대한 가정을 도전하고, 규산염 재료에서 천연 플럭스로의 잠재력을 드러낸다.

ABSTRACT

The powdery nature and high alkali content of vegetable ashes make them ideal raw materials to be used as modifiers of silicate compositions (glasses, enamels and ceramics). Their utilisation since ancient times is described in the literature of the history of glasses, but studies on the analyses of their composition are still limited. We discuss here the compositions of tree and shrub ashes (wattle, hawthorn, oak, green oak, olive wood, elm, poplar, apple tree, vine shoot), of plants (carex, fern, dogwood), of cereals (wheat, maize, rice), threshing waste and hay, mainly harvested in Maconnais, near Taiz\\'e (Sa\\^one-et-Loire, France), by the potter Brother D. de Montmolin. The contributions in alkali modifiers (Na2O, K2O), alkaline-earth (CaO, MgO) and in silica are discussed in view of the data gathered from the literature of the history of techniques used in the production of ceramics, enamels and glasses. The huge variation in composition is usually attributed to recycling and is questioned by the very broad range of compositions that we obtained in the analyses of the ashes.

연구 동기 및 목표

• 프랑스 부르고뉴 지역의 현대 식물재가 유리 및 에나멜 제조에 적합한 원료로 사용될 수 있는지 평가하기 위해.
• 수목, 관목, 곡물 및 초본 식물 등 다양한 식물 원천에서 유래한 재의 조성 변동성을 조사하기 위해.
• 재 조성에서 알칼리 및 알칼리 earth 산화물의 기여도를 규산염 시스템의 변형에 평가하기 위해.
• 고대 재에서 조성의 균일성이 오직 재활용 과정에 기인한다는 가정을 도전하기 위해.
• 천연 식물 유래 플럭스를 사용한 고대 유리 및 에나멜 제조 기술의 이해를 위한 과학적 기반을 제공하기 위해.

제안 방법

• 압축된 식물재 15종(갈라지, 히드로스티프, 올리브 나무, 자두나무, 포플러, 사과수, 포도순, 케라스, 피라미드, 도우우드, 밀, 옥수수, 쌀, 벼수거기, 갈대 등)의 분말 형태 재 수집 및 분석.
• X선 형광 분석(XRF) 또는 유사 분광 기법을 사용하여 재 샘플의 산화물 조성(나이트로젠산화물, 칼륨산화물, 수화칼슘산화물, 수화마그네슘산화물, 이산화규소)을 정량화하기 위해.
• 유리 및 에나멜 제조 공식의 역사적 자료와의 비교를 통해 재의 기능적 적합성, 즉 플럭스 작용에 대한 적합성을 평가하기 위해.
• 특히 알칼리 및 알칼리 earth 산화물 함량을 중심으로 광물학적 및 원소 프로파일에 기반한 재 유형의 분류.
• 유리, 에나멜 및 세라믹 제조 기술에 관한 역사적 기술 문헌과 분석 결과의 통합.
• 조성 다양성이 고대 기술적 관행 및 원료 선별 방식을 이해하는 데 미치는 영향 평가하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 부르고뉴 지역의 현대 식물재는 자연적이고 재활용되지 않은 원료로서 예상되는 조성 변동성을 얼마나 잘 보여주는가?
• RQ2 식물재에 포함된 나이트로젠산화물 및 칼륨산화물 농도는 규산염 기반 유리 및 에나멜 제조에 효과적인 플럭스로 작용하기에 충분한가?
• RQ3 이 연구에서 관찰된 광범위한 재 조성의 다양성은 재활용 또는 가공 후 변화가 아닌 자연적 식물 다양성에 기인한 것인가?
• RQ4 식물재의 실리카 및 알칼리 earth 산화물(CaO, MgO) 기여도는 유리 및 에나멜 제조 공식의 안정성과 융해 거동에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 현대 재의 원소 조성이 고대 유리 및 에나멜 제조의 레시피 및 기술적 관행과 얼마나 일치하는가?

주요 결과

• 부르고뉴 지역의 다양한 식물 원천에서 유래한 식물재는 알칼리(나이트로젠산화물, 칼륨산화물) 및 알칼리 earth(수화칼슘산화물, 수화마그네슘산화물) 산화물 함량에서 광범위한 조성 변동성을 보였다.
• 특히 포플러, 올리브 나무 및 포도순에서 유래한 재의 높은 알칼리 함량은 규산염 시스템에서 효과적인 천연 플럭스로 기능할 수 있음을 시사한다.
• 이산화규소 함량에 있어서도 뚜렷한 변동성을 관찰하였으며, 곡물에서 유래한 저규소재(예: 밀, 옥수수)에서부터 특정 목재 식물에서 유래한 고규소재(예: 올리브 나무)까지 다양하게 변화함을 확인하여, 유리 형성에 대한 적합성의 다양성을 나타냈다.
• 재활용되지 않은 현대 재에서 관찰된 조성 다양성은 고대 재에서의 조성 균일성이 오직 재활용 과정에 기인한다는 가정을 도전한다.
• 히드로스티프, 올리브 나무 및 자두나무에서 유래한 재는 중간 수준의 알칼리 함량과 높은 CaO/MgO 비율을 보이며, 더 안정적이고 플럭스 작용이 적은 에나멜 또는 세라믹 몰드 제조에 활용 가능성을 시사한다.
• 자료는 식물 유래 재를 고대 및 현대 규산염 재료 제조에 실현 가능하고 천연적으로 존재하는 원료로 사용할 수 있음을 뒷받침하며, 지속 가능하고 영향 최소화 가능한 제조 공식 개발 잠재력을 지닌다.