방수 스프레이 : 발수막 형성제 뷰틸 아세테이트

최근 핫한 아이템임 방수 스프레이 안젖소, 신방스, 살림의정석에 대해 알아보려 합니다.

방수 스프레이의 사용물질인 주요물질을 보게 되면 발수막 형성제(뷰틸 아세테이트 등)이라고 나오네요.

발수막 형성제란

물과의 접촉을 최소화하거나 물이 표면에 달라붙지 못하도록 발수 특성(Hydrophobicity)을 부여하는 얇은 막을 형성하는 데 사용되는 화학물질 또는 소재를 의미합니다.

 

이 발수막은 표면에 물발울이 퍼지지 않고 구슬처럼 맺히게 하는 비드 효과(bead effect)를 만들어 냅니다. 

비드 효과(bead effect)

• 발수막 형성제는 표면 에너지를 낮춰 물 분자가 표면에 부착하거나 스며든 것을 방지합니다.
• 표면엔지를 낮춘다는 것은 물 분자가 표면가 강하게 상호작용하지 않도록 하는 성질을 만드는 것을 뜻합니다.
• 이를 이해하려면 표면에너지와 물의 접촉각도라는 개념을 알아야 합니다.

표면 에너지란

• 표면에너지는 어떤 물질의 표면이 외부와 접촉할 때 나타나는 에너지 상태를 말합니다.
• 표면에너지가 높을 수록 표면은 다른 물질과 더 잘 붙으려는 경향이 있습니다.
• 반대로 표면에너지가 낮을 수록 표면은 다른 물질과 덜 붙으려 하며, 물이 표면에 퍼지지 않고 동그랗게 맺히는 발수효과가 나타납니다.

물 분자와 표면에너지

• 물 분자는 전기적으로 양극과 음극이 있는 구조로 극성이 있으며, 표면에 부착할 때 표면과 강하게 상호작용하려고 합니다. 이에, 표면에너지가 높거나 낮을 때 아래와 같이 반응합니다.
• 표면에너지가 높은 표면 : 물 분자가 쉽게 퍼지고 흡수됩니다. 
• 표면에너지가 낮은 표면 : 물 분자가 표면에 퍼지지 못하고 구슬처럼 맺힙니다 (테프론, 실리콘 코팅 표면 등)

표면에너지와 접촉각

• 표면에너지가 낮으면 물이 표면에 닿을 때 접촉 각도가 커집니다.
• 접촉 각도란 물발울과 표면이 만나는 각도를 말하며, 
• 접촉 각도가 크다 : 발수성
• 접촉각도가 작다 : 친수성
• 접촉각도가 150도 이상 일경우 초발수성으로 물방울이 거이 구슬처럼 맺힙니다.
• 접촉각도가 90도 이하 일경우 친수성이라고 합니다.

물 분자의 부착방지

• 표면에너지를 낮추는 코팅제는 물 분자가 표면과 화학적/물리적으로 결합하지 못하도록 하는 것입니다.
• 예를 들어 실리콘 오일이나, 불소기반 화합물은 물과의 상호작용을 최소화하여 물일 미끄러져 내려가도록 합니다.
• 방수의류나 주방용품(프라이팬)의 테프론 코팅으로 표면에너지를 낮추어 음식물과 물이 잘 붙지 않는 것입니다.

방수 스프레이의  발수막 형성제(뷰틸 아세테이트)는?

• 뷰틸 아세테이트(Butyl Acetate)는 방수 스프레이의 주요 성분으로 자주 사용되며, 이는 실리콘 오일이나, *과불화화합물(PFAS)과는 완전히 다른 화학 물질입니다.
• 주로 용매로 사용되며, 신발 방수 스프레이나 페인트, 네일 폴리쉬 등에서 휘발성 용매로 활용됩니다.
• 즉 휘발성 용매(예: 뷰틸 아세테이트)는 발수막 자체를 형성하는 물질이 아니라, 발수막을 형성하는 활성 성분을 표면에 고르게 분산시키고, 이후 휘발하여 그 성분만 남도록 돕는 역할을 합니다. 발수막 형성은 용매가 아닌 실리콘 오일, 나노 실리카, 또는 불소 기반 화합물 같은 활성 성분의 역할입니다.
• 이에, 방수 스프레이에는 뷰틸 아세테이트 외에 나노 실리카, 실리콘 오일, 추진제(LPG 등)가 포함될 수 있습니다.
• 일부 제품에서는 방수 성능을 강화하거나 발수 효과를 오래 지속시키기 위해 PFAS가 첨가될 가능성도 있는데, PFAS의 경우, 미국, 유럽 등 에서 발암성 규제물질로 연구를 지속하고 있는 물질입니다.

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