신발용 방수 스프레이가 표면에 높은 불소계 소수성 피막을 형성하여 물방울의 접촉각을 크게 높이고 표면 에너지를 떨어뜨림으로써 물을 튕겨내는 원리는 무엇인가요?

Question

신발용 방수 스프레이가 표면에 높은 불소계 소수성 피막을 형성하여 물방울의 접촉각을 크게 높이고 표면 에너지를 떨어뜨림으로써 물을 튕겨내는 원리는 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

물 분자들은 수소 결합으로 인해 표면 장력이 매우 높은데, 물이 표면에 어떻게 닿는냐에 따라 고체의 표면 에너지와 액체의 표면 장력 간의 힘겨루기에 의해 결정됩니다. 고체의 표면 에너지가 물의 표면 장력보다 높으면 물이 표면에 넓게 퍼져 스며들고, 고체의 표면 에너지가 물의 표면 장력보다 낮으면 물이 표면과 닿는 면적을 최소화하기 위해 공 모양으로 뭉칩니다.

방수 스프레이에 사용되는 불소계 고분자로 화학적으로 매우 안정적이고 전기음성도가 높아 다른 물질과 상호작용하려는 성질이 낮아 신발 표면의 에너지가 급격히 떨어져 물이 스며들지 못하고 밀려나게 됩니다. 표면 에너지가 낮아지면 자연스럽게 물방울과 고체 표면이 이루는 각도인 접촉각 커지는데, 방수 스프레이를 뿌린 표면은 물방울이 거의 완벽한 구형을 유지하며 접촉각이 커져 표면에너지가 낮아지고 물방울이 굴러 떨어집니다.