[실험 레포트] 발수가공 직물의 분석

발수가공 직물의 분석

1. 실험 제목

발수가공 직물의 분석

 

2. 실험 원리

1) 접촉각

 접촉각이란 액체가 고체 표면 위에서 열역학적으로 평형을 이룰 때 가지는 각으로 고체 표면의 젖음성을 나타내는 척도이다. 완전히 젖은 경우 접촉각이 0도이고, 완벽하게 젖지 않을 경우의 접촉각이 180도이다. 액체가 물일 경우 접촉각이 90도 이하이면 친수 표면, 90도 이상이면 소수 표면이다. 액체가 기름일 경우 90도 이하이면 친유 표면, 90도 이상이면 소유 표면이다.

 

* 접촉각에 영향을 주는 요인

 - 온도: 온도는 시험 액체의 증발을 유발, 접촉각은 몇 초 이내로 측정하므로 증기압 손실은 없다고 가정. 표면 장력은 온도에 따라 변화하는 온도 함수

 - 시간: 시간의 흐름은 액체의 증발 또는 표면과 액체 사이에 존재하는 힘의 변화에 영향을 미침, 시간이 지날수록

            표면상태가 변화하므로 고분자 시편에서의 차이가 커짐.

 - 부피 밀도 및 중력: 중력의 영향은 사용한 액체의 밀도와 방울 체적에 영향을 미침, 용액의 부피를 일정하게 하여

                                  측정하는 것이 중요함.

 - 방울의 크기: 물방울의 지름이 증가하면 중력의 영향이 커지며 접촉각에 영향.

 - 표면 상태: 접촉각은 표면의 상태 특히 거칠기에 따라 영향을 받음.

 - 정량 공급율: 동접촉각 측정시 방울 체적의 변화는 시액 양의 변화에 따라 값이 변함.

-  카메라 측정각도: 낮은 각도에서 접촉각을 측정할 경우 값의 변화가 커짐. 특별한 경우를 제외하고는 측정각도는 항상

                               일정하게 적용

- 렌즈와 빛: 렌즈의 특성상 빛의 굴절이 발생하여 이미지의 왜곡이 발생할 수 있으므로 고성능의 렌즈를 사용하는 것이

                    중요. 적절한 양의 빛의 밝기는 시험 장비에 따라 다르며 일반적으로 image edge line과 sample surface의

                    구분을 명확히 볼수 있는 정도임.

 

2) Sessil Drop

 접촉각을 측정하는 방식에는 크게 정적 접촉각 측정법과 동적 접촉각 측정법으로 나눌 수 있다. 실험에서는 정적 접촉각 측정법의 하나인 Sessil Drop을 사용하였다. 이 방법은 측정 직전에 액체 방울을 고체 표면 위에 떨어뜨리며 이로 인해 생기는 접촉각을 측정하는 방식이다. 주로 현미경과 같은 광학 기구를 이용하여 측정하는데 이는 최소 수량의 액체로 측정이 가능하며 아주 적은 부분의 접촉각도 측정이 가능하다는 특징이 있다. 액체 방울의 표면 경계와 기체의 상호작용으로 접촉각이 시간에 따라 변하므로 빠르게 측정하여야 한다.

 

Young equation은 평탄하고 균질하며 변형되지 않는 이상적인 표면에서 유도된 식으로 하나의 안정된 접촉각을 갖는다. 하지만 실제 표면의 경우 거친 표면, swelling 현상, 화학적 불균일 등의 원인으로 하나 이상의 접촉각을 갖는다. 이로 인해 똑같은 물방울을 가지고도 측정 각도나 방법에 따라 약간의 오차가 발생한다.

 

3. 실험 재료

시험기, 직물

 

4. 실험 방법

1) 발수 가공을 완료한 직물을 준비한다.

 

2) 수평을 이루는 기판 위에 직물을 놓는다.

 

3) 직물 위로 액체 한방울을 떨어뜨린다.

 

4) 떨어뜨린 직후에 생성되는 각도를 측정한다.

 

* 다양한 동적 접촉각 측정법

1) Wilhelmy plate method

시편이 시약에 들어갈 때의 각이 전진각, 빠져나올 때의 각이 후진각으로 하여 각을 측정한다. 장접은 매우 정확한 동접촉각 측정이 가능하다는 것인데, 단점은 시편의 모양이 작은 직사각형의 형태를 유지하여야 하며 양면이 균일할 때만 가능하다는 것이다.

2) Tilting method

흐르기 직전의 앞의 각을 전진각, 뒤쪽의 각을 후진각으로 하여 접촉각을 측정한다. 조작이 단순하다는 장점이 있지만 판을 기울임으로 중력에 기인한 오차와 판을 기울일 경우 정확한 각도의 측정이 어렵다는 단점이 있다.

3) Captive drop method

액체를 기판 위에 떨어뜨린 다음 바늘을 통해 액체의 양을 변화시키는 방식이다. Volume이 증가하는 동안의 각을 전진각(advancing angle), Volume이 감소하는 동안의 각을 후진각(receding angle)으로 하여 접촉각을 측정한다.

4) Single Fiber method

섬유에 관한 접촉각을 측정하는 방법으로 섬유의 표면 화학적 성직은 생활 방식에 많은 영향을 주기 때문에 필요하다.

 

5) Washburn Adsorption method

파우더의 접촉각을 측정하는 방식이다. 파우더를 압착하여 Pellet type로 만든 후 위에 액체를 떨어뜨려 Sessil Drop 방식으로 접촉각을 측정한다.