자동차 코팅의 접촉각 변화 그리고 접촉각 측정기

자동차 소유자라면 차량의 외관 유지와 보호를 위해 다양한 코팅 제품을 사용해 보셨을 겁니다. 하지만 코팅 후 시간이 지나면서 접촉각이 변화하는 것을 경험하신 적이 있나요? 접촉각이 변화하면 코팅의 성능에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 이번 포스팅에서는 접촉각 변화가 무엇을 의미하는지, 그 원인가 해결책에 대해 알아보겠습니다. 또한 접촉각 측정기의 역할과 사용법도 함께 살펴보겠습니다.

1. 접촉각이란

• 접촉각(Cantact Angle)이란 액체 방울이 고체 표면에 닿을 때 형성되는 각도를 말합니다. 접촉각은 표면의 젖음성(Wettability)을 나타내며, 높은 접촉각은 물발울이 구슬처럼 맺히는 발수성을, 낮은 접촉각은 물이 표면에 퍼지는 친수성을 의미합니다.
• 접촉각 측정기는 액체 방울이 고체표면에 접촉할 때 형성되는 각도를 측정하는 장치입니다. 이 각도를 접촉각이라고 하며, 표면의 물리적 특성과 관련된 중요한 정보를 제공합니다.

2. 주요 적용분야

• 재료 공학 : 표면 코팅, 세정, 처리 등의 과정에서 표면의 특성을 분석하기 위해 사용됩니다.
• 생명과학 및 의학 : 바이오 소재의 표면 특성, 예를 들어 인공장기의 표면 젖음성을 평가하는 데 사용됩니다.
• 화학산업 : 촉매, 필름, 페인트 등의 성능평가에 활용됩니다.
• 전자 및 반도체 산업 : 반도체 웨이퍼의 표면 청정도 평가에 사용됩니다.

3. 접촉각 측정기 사용방법

가. 작동원리

접촉각 측정기는 일반적으로 고해상도 카메라와 광학시스템을 사용하여 액체 방울이 고체 표면에 닿는 장면을 캡처합니다. 그런 다음 소프트웨어를 통해 이미지 분석을 수행하여 접촉각을 계산합니다.

• 준비단계 : 측정할 표면을 깨끗이 청소하고 건조시킵니다.
• 액체 방울 형성 : 측정하려는 액체를 표면에 작은 방울로 떨어뜨립니다.
• 이미지 캡처 : 고해상도 카메라가 액체 방울의 이미지를 캡처합니다.
• 각도 계산 : 소프트웨어가 이미지를 분석하여 접촉각을 계산합니다.
• 데이터 분석 : 측정된 접촉각 데이터를 바탕으로 표면 상태를 평가합니다.

나. 접촉각의 분류

• 진입 접촉각(Advancing contact angle) : 액체가 표면을 따라 퍼질 때 측정되는 각도
• 후퇴 접촉각(Receding contact angle) : 액체가 표면에서 물러날 때 측정되는 각도
• 정적 접촉각(Static contact angle) : 액체 방울이 표면에 정지해 있을 때 측정되는 각도

이 각도는 표면의 에너지, 거칠기, 화학적 성분 등에 따라 달라지며, 이를 통해 다양한 표면 특성을 분석할 수 있습니다.

4. 접촉각 변화를 일으키는 문제들

가. 방오성 감소

• 접촉각이 감소하면 먼지, 오염물, 물 얼룩 등이 표면에 더 잘 달라붙게 됩니다. 이는 외관이 더 빨리 더러워지고 세차주기가 늘어납니다.

나. 수분 보호 성능 저하

• 접촉각이 감소하면 물이 표면에 더 잘 퍼져 표면에 물 자국이 남기 쉽고, 물 침투가 증가할 수 있습니다. 이는 도장면 아래로 물이 침투해 부식이나 산화를 유발할 수 있습니다.

다. 광택 및 외관 손상

• 접촉각 변화는 표면의 광택을 감소시키고, 코팅의 발수성(Hydrophobicity)을 저하해 외관이 흐릿해지거나 매트하게 보일 수 있습니다.
• 이는 차량의 외관을 덜 매력적으로 만들어 재판매 가치를 떨어뜨릴 수 있습니다.

라. 코팅의 내구성 문제

• 접촉각 변화는 코팅의 물리적 마모나 화학적 열화(노화)를 나타낼 수 있습니다. 이는 코팅이 더 빨리 마모되거나 균열이 생길 수 있음을 의미합니다.

마. 자외선 및 화학적 저항성 감소

• 접촉각 변화는 코팅의 화학적 구성이나 구조가 변했음을 나타낼 수 있으며, 이는 자외선(UV) 저항성이나 화학적 저항성을 저하시킬 수 있습니다. 
• 결과적으로 코팅이 햇빛이나 화학 물질에 더 민감해져 색이 바래거나 표면이 손상될 가능성이 높아집니다.

5. 접촉각 측정기 사용 사례

가. 자동차 페인트 코팅 내구성 시험

• 자동차 제조업체는 접촉각 측정기를 사용하여 페인트 코팅의 내구성을 평가합니다. 주기적으로 페인트 코팅된 표면에 물방울을 떨어뜨리고 접촉각을 측정하여 시간이 지나면서 페인트의 성능이 어떻게 변화하는지 모니터링합니다.

나. 방수 처리된 표면의 장기 안정성 평가

• 전자기기 제조업체는 방수 처리된 외장 케이스의 접촉각을 주기적으로 측정하여 방수 성능의 장기적인 안정성을 평가합니다. 접촉각이 일정 수준 이상을 유지하면 방수 처리가 신뢰성을 가지고 유지되고 있음을 확인할 수 있습니다.

다. 의료기기 표면의 생체 적합성 시험

• 의료기기 제조업체는 접촉각 측정기를 사용하여 체내 사입 의료기기의 표면이 시간이 지나도 생체적합성을 유지하는지 평가합니다. 주기적으로 접촉각을 측정할 필요가 있습니다.

라. 상수도관로의 내구성 평가 

• 목적 : 상수 관로의 내부 코팅이 장기간 사용 시에도 발수성을 유지하는지 평가
• 방법 : 사용 중 관로를 1년 주기로 측정하여 접촉각 변화를 모니터링하거나 촉진 내후성 시험을 한 후 접촉각이 일정 수준 이상이 유지되면 코팅의 내구성이 우수한 것으로 평가

마. 하수처리 설비의 오염 저항성 평가

• 목적 : 하수처리 설비의 표면이 다양한 오염물질에 얼마나 저항하는지 평가
• 방법 : 하수처리 설비 표면을 다양한 오염물질(예 : 유기물, 무기물)에 노출시킨 후 접촉각을 측정, 오염 전후의 접촉각 변화를 비교하여 오염 저항성을 평가, 오염 후에도 접촉각이 크게 변하지 않으면 오염저항성이 우수한 것으로 평가

바. 수처리 기자재의 화학적 저항성 평가

• 목적 : 수처리 기자재를 화학물질에 노출시킨 후 표면의 특성이 변하지 않는지 평가
• 방법 : 수처리 기자재 표면을 다양한 화학물질(예 : 염소, 산, 염기)에 일정 시간 동안 노출시키고, 이후 접촉각을 측정, 접촉각이 크게 변하지 않으면 화학적 저항성이 우수한 것으로 평가

접촉각 측정기는 수처리 기자재 및 관로 자재의 신뢰성시험에서 코팅의 내구성, 오염저항성, 화학적 저항성 등 다양한 특성을 평가할 수 있으며 이를 통해 자재의 장기적은 성능을 모니터링할 수 있을 것입니다.