소개글
"접촉각 측정 고분자필름"에 대한 내용입니다.
목차
1. 접촉각과 표면장력
1.1. 접촉각 이론
1.1.1. 접촉각의 정의 및 측정 방법
1.1.2. 젖음성과 접촉각의 관계
1.2. 표면장력 이론
1.2.1. 표면장력의 개념
1.2.2. 표면장력의 발생 원리
1.3. 접촉각과 표면장력의 관계
1.4. 접촉각 및 표면장력의 응용
2. 고분자 표면개질과 접촉각
2.1. 플라즈마를 통한 고분자 필름 표면개질
2.1.1. 플라즈마 처리의 원리
2.1.2. 플라즈마 처리에 따른 표면 특성 변화
2.2. 표면에너지 및 접촉각 관계
2.2.1. Young's equation
2.2.2. 표면에너지 계산
2.3. 플라즈마 처리 시간에 따른 접촉각 변화
3. 고체 표면에너지 측정
3.1. 접촉각 측정 방법
3.1.1. Sessile Drop Contact Angle Method
3.1.2. 기타 측정 방법
3.2. 고체 표면에너지 계산
3.2.1. Cosθr 값 계산
3.2.2. 고체 표면에너지 및 계면에너지 도출
3.3. 표면에너지 스펙트럼 분석
4. 참고 문헌
본문내용
1. 접촉각과 표면장력
1.1. 접촉각 이론
1.1.1. 접촉각의 정의 및 측정 방법
접촉각은 고체 표면과 액체 사이의 경계면에서 이루어지는 각도로 정의된다. 공기 속에 있는 고체면상에 액체가 있고 그림에 도시한 바와 같은 관계가 있을 때 고체, 액체, 기체 세 가지 상(相)의 접촉점 P에서의 절선과 고체면이 이루는 각 중, 액체를 포함한 쪽의 각을 그 액의 고체에 대한 접촉각(그림에서 θ)이라고 한다. 이때 정확하게는 고체면은 액체 증기를 흡착한 상태의 것을 생각한다.
접촉각을 측정하는 방법으로는 대표적으로 Sessile Drop Contact Angle Method가 있다. 이 방법은 고체표면에 일정량의 액적을 떨어뜨려 이에 따른 고체와 액체의 접촉각(Contact Angle)을 측정하는 방법이다. 접촉각의 형성은 각 계면간의 상호작용에 의한 것으로, 접촉각 측정 정보를 가지고 역으로 고체표면의 표면에너지(Surface Free Energy), 액체의 표면장력값(Surface Tension) 등을 계산할 수 있다.
1.1.2. 젖음성과 접촉각의 관계
젖음성과 접촉각의 관계는 다음과 같다.
접촉각은 고체 표면에 놓인 액체 방울과 고체 표면이 이루는 각도를 말한다. 접촉각이 크면 소수성(hydrophobic)이 크고, 접촉각이 작으면 친수성(hydrophilic)이 크다고 할 수 있다. 따라서 접촉각은 젖음성을 나타내는 척도로 사용된다.
접촉각이 90°보다 크면 액체가 고체 표면을 잘 적시지 않는 소수성 표면이라고 할 수 있다. 이에 반해 접촉각이 90°보다 작으면 액체가 고체 표면을 잘 적시는 친수성 표면이라고 할 수 있다.
액체의 표면장력과 고체의 표면에너지, 고체-액체 계면에너지 사이의 관계에 의해 접촉각이 결정된다. 고체 표면에너지가 높으면 접촉각이 작아져 친수성이 강해지고, 낮으면 접촉각이 커져 소수성이 강해진다.
따라서 접촉각은 고체 표면의 젖음성을 나타내는 척도이며, 접촉각 측정을 통해 고체 표면의 특성을 파악할 수 있다.
1.2. 표면장력 이론
1.2.1. 표면장력의 개념
표면장력의 개념은 액체의 자유표면에서 표면을 작게 하려고 작용하는 힘을 의미한다. 액체 내부의 분자들은 사방으로 인력과 척력이 균형을 이루고 있지만, 표면에 위치한 분자의 경우 액체 방향으로만 힘이 존재하여 알짜힘이 생기게 된다. 이로 인해 액체 표면이 수축하려는 경향이 나타나며, 이를 표면장력이라고 한다.
구체적으로 살펴보면, 액체 내부의 분자는 주위 분자들과 균형을 이루고 있어 알짜힘이 0이지만, 표면에 위치한 분자는 내부 쪽으로만 인력이 작용하게 된다. 따라서 표면에 위치한 분자들은 내부로 끌리려는 경향이 강해지며, 이로 인해 액체 표면적을 최소화하려는 성질이 나타나게 된다. 이러한 현상이 바로 표면장력의 발생 원리이다.
표면장력은 단위 길이당 작용하는 힘으로 정의되며, 단위는 dyne/cm 또는 mN/m이다. 또한 표면장력은 열역학적으로 단위 면적당 표면자유에너지의 의미를 갖는다. 따라서 표면장력은 액체의 종류, 온도 등에 따라 달라지게 된다.
1.2.2. 표면장력의 발생 원리
표면장력의 발생 원리는 다음과 같다.
액체의 내부에 있는 분자는 주변의 다른 분자들로부터 균형잡힌 인력을 받지만, 액체 표면의 분자들은 상대적으로 주변 분자가 적어 불균형한 인력을 받게 된다. 이에 따라 표면 분자들은 액체 내부로 끌려들어가려는 경향이 생기게 되며, 이러한 내부로의 당기는 힘이 바로 표면장력이다.
따라서 표면장력은 액체 표면에서 표면적을 줄이려는 액체 내부의 분자간 인력에 의해 발생한다고 할 수 있다. 이러한 표면장력은 액체의 종류와 온도에 따라 달라지며, 순수한 액체일수록 표면장력이 크다. 또한 온도가 높아질수록 분자 운동이 활발해져 표면장력이 감소하게 된다.
1.3. 접촉각과 표면장력의 관계
접촉각과 표면장력의 관계는 접촉각이 표면장력에 의해 결정되는 밀접한 관계가 있다.
Young의 식에 따르면 접촉각 θ, 고체 표면 장력 γS, 액체 표면장력 γL, 그리고 고체-액체 계면장력 γSL 간의 관계가 γS = γSL + γL cos θ 로 나타난다. 즉, 접촉각은 이 세 가지 표면장력 간의 상호작용에 의해 결정된다.
접촉각이 작은 경우, 액체가 고체표면을 잘 적시는 것을 의미하므로 γS가 크고 γSL이 작다는 것을 의미한다. 반대로 접촉각이...
참고 자료
[네이버 지식백과] 접촉각 [接觸角, contact angle, Randwinkel] (화학대사전, 2001. 5. 20., 세화)
http://www.scienceall.com/-접촉각
http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=coreflex&logNo=220697044380- 작은접촉각 / 큰 접촉각 사진
[네이버 지식백과] 표면 장력 [表面張力, surface tension] (화학용어사전, 2011. 1. 15., 일진사)
[네이버 지식백과] 증류수 [distilled water, 蒸溜水] (두산백과)
[네이버 지식백과] 미크로주사기[ -注射器 , micro syringe , Mikroinjektionsspritze ]화학대사전, 2001. 5. 20.
환경 친화적 건식가공 저압가스·플라즈마 처리 가공기술, Vol 37, No. 7, KOTITI시험연구원
한국고분자시험연구소(주)
https://www.cheric.org/files/education/cyberlecture/e201002/e201002-1501.pdf
