안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
고어텍스가 수분을 차단하면서도 땀을 배출할 수 있는 비결은 핵심 소재인 확장형 폴리테트라플루오로에틸렌 막의 미세 구조와 물의 물리화학적 특성 사이의 절묘한 상호작용에 있습니다.
유기화학적으로 볼 때, 고어텍스의 주성분인 테플론은 탄소 골격이 전기음성도가 매우 높은 불소 원자들로 완전히 둘러싸인 구조를 가집니다. 탄소와 불소의 강한 공유 결합은 극성이 극도로 낮아 분자 간 인력이 약하며, 이는 표면 에너지를 매우 낮게 만듭니다. 이러한 구조적 특성 때문에 테플론은 물과 섞이지 않는 강력한 소수성을 띠게 됩니다.
이 테플론을 특수 공정으로 늘려 만든 폴리테트라플루오로에틸렌 막에는 제곱인치당 수십억 개의 미세 기공이 존재합니다. 이 기공의 크기는 수증기 분자보다는 약 700배 정도 크지만, 액체 상태의 물방울보다는 약 2만 배 이상 작습니다. 여기서 중요한 점은 물 분자가 가진 수소 결합력입니다. 물은 분자 간의 강한 인력으로 인해 서로 뭉치려는 응집력이 매우 크고, 이로 인해 표면적을 최소화하려는 표면장력이 강하게 작용합니다.
비가 오거나 물이 닿았을 때, 물 분자들은 강한 응집력과 표면장력으로 인해 서로 뭉쳐 구 형태의 물방울을 유지하려 합니다. 반면 고어텍스 표면은 소수성이 매우 강해 물방울이 퍼지지 못하게 밀어냅니다. 결국 물방울은 미세 기공보다 훨씬 큰 부피를 유지하게 되어 막을 통과하지 못하고 겉면에 맺히게 됩니다.
반대로 인체에서 배출되는 땀은 기체 상태인 수증기 분자 형태입니다. 수증기 분자는 액체 상태와 달리 개별적으로 존재하며 자유롭게 운동합니다. 이 개별 분자들은 고어텍스의 미세 기공보다 크기가 훨씬 작기 때문에, 막 내부의 높은 습도와 외부의 낮은 습도 사이의 농도 차이에 의한 확산 현상을 따라 기공을 통해 자연스럽게 외부로 빠져나가게 됩니다. 결과적으로 고어텍스는 물의 응집력과 테플론의 소수성이라는 화학적 원리를 이용해 선택적 투과성을 구현하는 것입니다.