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[2021 여름호] 2 - 신소재공학과가 본 장마철

  • 이승은
  • 2021-10-01 07:00:20

2021 SUMMER 공대생이 보는 세상 2

신소재공학과가 본 장마철
Dept. of Materials Science & Engineering





우산이 비를 막는 원리는 무엇일까?

며칠째 비가 주룩주룩 내리는 게, 장마가 시작되었나 봐. 방금 동생한테 우산을 갖고 학교로 마중 나와달라는 연락을 받았어. 아휴, 귀찮아… 그런데 여기서 잠깐, 우산은 어떻게 거센 비에도 젖지 않을 수 있는 걸까? 그 비결은 표면 개질 Surface Modification에 있어. 표면 개질이란 물질 표면에 원래는 없던 특성을 부여하는 일인데, 우산의 경우에는 표면에 소수성 Hydrophobicity을 추가하는 것이 되겠지. 일반적으로 우산은 폴리에스터 Polyester라는 소재로 만들어져.


폴리에스터의 전형적인 구조

폴리에스터는 에스터기 Ester가 연결된 고분자 화합물의 총칭인데, 내구성이 강하고, 주름이 잘 가지 않고 모양도 잘 변하지 않아. 물의 흡수와 배출이 빠르기까지 해서 우산의 소재로 적합하지. 폴리에스터로 우산을 촘촘하게 만든다고 해도 작은 틈새가 발생하는데, 이 틈새를 은 코팅으로 메꿔서 비를 완벽하게 차단해. 이렇게 코팅이나 밀폐로 물을 차단하는 것을 방수 Waterproof라고 해.

우산이 젖지 않는 이유가 또 있지!

그런데 이러한 방수에 발수 Water Repellent 기능을 더하면 방수 효과를 극대화할 수 있어! 발수는 물이 맺히지 않고 흐르도록 하는 성질이야. [링크 - 방수와 발수의 차이점] 요새는 폴리에스터 원단을 긁어서 면의 느낌을 낸 폰지(Pongee)라는 소재에, 발수 코팅을 한 우산이 많이 나오고 있어. 이런 형태는 연잎 효과 Lotus Effect와 비슷한 효과를 내서, 매우 큰 소수성을 띠어 물에 젖지 않는 초소수성 Superhydrophobic표면을 만들어.

연잎의 발수 효과

연잎 표면에는 나노 크기의 돌기들이 있어서 물방울과 잎의 접촉 면적이 매우 작고, 소수성인 왁스 성분도 있어. 그러니까 표면장력에 의해 물방울이 퍼지지 않고 구형을 이뤄서, 물방울이 잎을 따라 또르르 흘러내리게 되지.


원단을 긁어서 작은 돌기들이 나 있는 폰지에 발수 코팅을 한 것도 연잎과 같은 발수 효과가 있는 거야. 이제 우산이 젖지 않도록 표면에 방수와 발수 기능을 부여하는 표면 개질에 대해 조금 알겠지? 앗! 저기 날 기다리는 동생이 보여서 이만 가봐야겠어. 안녕~

ALIMI 26기 전자전기공학과 이승은

예비 포스테키안 여러분을 응원합니다:)

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