선글라스나 고글의 렌즈에 김이 서리는 것을 막기 위해 바르는 김서림 방지제는 렌즈 표면의 친수성을 높여 물방울이 구형이 아닌 얇은 수막을 형성하게 하는 원리는 무엇인가요?

Question

선글라스나 고글의 렌즈에 김이 서리는 것을 막기 위해 바르는 김서림 방지제는 렌즈 표면의 친수성을 높여 물방울이 구형이 아닌 얇은 수막을 형성하게 하는 원리는 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

선글라스나 고글 렌즈에 김이 서리는 현상은 따뜻하고 습한 공기가 차가운 렌즈 표면에 닿아 미세한 물방울로 응결되면서 발생합니다. 이때 렌즈 표면은 보통 물을 밀어내는 성질인 소수성을 띠고 있어, 응결된 물방울들이 흡착되지 않고 동글동글한 구형을 유지합니다. 이 수많은 미세한 물방울들이 빛을 사방으로 난반사시키기 때문에 우리 눈에는 렌즈가 뿌옇게 흐려지는 김서림으로 보이게 됩니다.

​김서림 방지제는 이 문제를 해결하기 위해 친수성 계면활성제를 활용합니다. 김서림 방지제를 렌즈 표면에 바르면, 분자의 한쪽 끝에 있는 친수성 머리 부분이 바깥쪽을 향하도록 얇은 막이 형성됩니다. 이 친수성 표면은 물분자를 밀어내지 않고 강하게 끌어당기는 성질을 가지고 있습니다.

​이 상태에서 미세한 물방울들이 렌즈에 맺히면, 표면의 높은 친수성 때문에 물방울이 동그란 모양을 유지하지 못하고 표면을 따라 넓고 평평하게 퍼지게 됩니다. 즉, 물방울의 표면장력보다 렌즈 표면이 물을 당기는 힘이 더 커지면서, 미세한 알갱이 형태가 아니라 렌즈 전체에 아주 얇고 균일한 수막을 형성하는 것입니다. 수막은 빛을 난반사시키지 않고 그대로 투과시키기 때문에 김이 서려도 시야가 흐려지지 않고 투명하게 유지됩니다.

Answer 2

안녕하세요.

선글라스나 고글의 렌즈에 김이 서리는 것은 공기 중의 수증기가 차가운 렌즈 표면에서 응결하여 수많은 작은 물방울을 만들기 때문이며, 물방울은 빛을 여러 방향으로 산란시켜 시야를 흐리게 만듭니다.

김서림 방지제는 주로 계면활성제 또는 친수성 고분자 성분을 이용하여 렌즈 표면의 성질을 변화시키는데요, 원래 렌즈 표면에서 물 분자들은 표면장력 때문에 서로 강하게 끌어당겨 둥근 물방울을 형성하려는 경향이 있습니다. 이때 김서림 방지제를 바르면 렌즈 표면의 친수성이 증가하고, 응결된 물이 작은 구형 물방울로 맺히기보다 렌즈 표면 전체에 넓게 퍼지게 됩니다. 즉, 물과 렌즈 사이의 부착력이 물 분자들끼리의 응집력보다 상대적으로 커진다고 보시면 됩니다. 결과적으로 물은 여러 개의 작은 물방울 대신 매우 얇고 균일한 수막 형태를 형성하는데요, 수막은 표면이 비교적 매끄럽고 연속적이어서 빛의 산란을 크게 일으키지 않으므로 시야가 흐려지지 않습니다. 화학적으로는 계면활성제 분자가 친수성 부분과 소수성 부분을 동시에 가지고 있어 물의 표면장력을 낮추는데요, 표면장력이 감소하면 물방울이 둥글게 뭉치려는 힘이 약해져 렌즈 위로 쉽게 퍼질 수 있습니다. 감사합니다.