발수발유 가공은 물과 기름으로부터 제품을 보호하는 기능으로 중요한 역할을 합니다.
가장 친숙한 상온형 불소 코팅에 의한 발수발유 가공으로는 섬유제품이나 가죽제품을 보호하기 위한 시판 방수 스프레이가 있습니다. 방수 스프레이에 대한 원리와 노하우, 막 두께와의 관련성에 대해 해설합니다. 또한 방수 스프레이 이외의 산업적으로 사용되는 발수발유 가공 사례에 대해서도 해설합니다.

상온형 불소 코팅제를 붓이나 스프레이로 대상물에 도포하고 몇 초에서 몇 분간 방치하면 용제가 증발 건조되어 발수발유성 코팅 피막이 대상물 표면에 형성됩니다. 일반적인 불소 수지 가공(예를 들어 테플론® 가공)처럼 400℃를 넘는 고열 시공이 필요하지 않고, 투명한 얇은 막으로 발수발유 성능을 가정이나 직장에서 매우 간단히 얻을 수 있습니다.
이 특성을 이용한 용도로 오래전부터 사용되는 것이 의복이나 신발용 방수 스프레이(에어졸)입니다. 신발이나 우산, 스포츠웨어 등의 의류에 시판 방수 스프레이를 분무하면 실온 건조 후 발수성을 얻을 수 있습니다.
불소계 방수 스프레이의 성능을 좌우하는 취급 요인으로 의외로 알려지지 않은 것이 건조 시간과 방법입니다. 도포 직후 상태는 표면적으로는 용제가 증발하여 건조된 것처럼 보여도 한동안은 극미량의 용제 성분이 잔류하고 있으며, 이것이 불소 성분의 발수발유성을 방해합니다. 통풍이 잘 되는 곳에서 반나절 정도 건조시키면 완전히 용제 성분이 빠져나가 본래의 발수발유 성능을 얻을 수 있습니다. 스키웨어 등의 경우는 사용 전날 분무하여 하룻밤 건조시킨 후 사용하는 것이 좋습니다. 스키장에 도착해서 분무하면 본래의 성능을 발휘할 수 없게 됩니다.
또한 고성능을 단시간에 얻는 팁으로, 드라이어 등으로 도포 후 대상물을 2-3분 정도 가열하면 불소 성분이 표면에 깔끔하게 정렬되어 더욱 고성능의 발수발유성을 얻을 수 있습니다.
방수 스프레이로 발수발유 처리한 제품도 장시간 비에 젖으면 서서히 효과가 떨어지는 경우가 있습니다. 이 상태는 표면에 부착되어 있던 불소 성분이 섬유 내측에 묻혀버린 상태가 되어 일어나는 현상으로, 발수막이 박리된 것은 아닙니다. 이 상태에서 간단히 발수발유성을 회복시키는 방법으로는 역시 드라이어로 가열하면 다시 표면에 불소 성분이 떠올라 정렬되므로 발수발유성이 회복됩니다. 또한 가열할 수 없는 경우는 실온에 방치해 두어도 1-4주 정도면 서서히 회복되어 본래의 발수발유성을 얻을 수 있습니다.

시판 방수 스프레이의 발수발유 성분으로는
・불소계 발수발유 코팅제를 사용한 것
・실리콘계 발수성 수지를 사용한 것
의 2종류가 있습니다.
둘 다 표면장력이 낮은 소재로 물을 튕겨내기 때문에 일반적으로 혼동되기 쉽지만, 이 둘에는 발유성(=방오성)에서 큰 성능 차이가 있습니다.
불소계 방수 스프레이, 실리콘계 방수 스프레이, 각각의 특징과 성능 차이에 대해 살펴보겠습니다.

불소계 방수 스프레이

불소계 방수 스프레이의 특징으로
・발수성이 높다
・발유성이 높다
・방오성이 높다
・메쉬 생지나 털이 긴 생지에도 사용 가능
・가죽제품이나 스웨이드 생지에도 사용 가능
등의 점이 있습니다.
불소 수지는 아래 3가지 특성을 가진 비점착성이 우수한 소재입니다.
1.표면장력이 낮아 다른 물질을 튕겨내기 쉽다
2.물이나 기름과 분자간력 수치(SP값)가 떨어져 있어 친화성이 낮다
3.분자구조의 결합 에너지가 견고해 다른 물질이 침투하기 어렵다
물이나 기름은 물론 대부분의 물질과 친화성이 낮은 소재이므로, 불소계 방수 스프레이는 방수는 물론 방유・방오 등 다양한 용도로 사용됩니다.
불소계 방수 스프레이는 막을 만들지 않고 솜털처럼 섬유에 부착되어 방수성을 발휘합니다.
그래서 통기성이 중요한 메쉬 소재 운동화나 모피 등 털이 긴 생지에도 사용할 수 있습니다.
(스프레이에 따라서는 코팅되지 않은 가죽에 사용할 수 없는 것도 있으니 주의하세요.)
실리콘계 방수 스프레이와 비교하면 지속성이 떨어지고 외부 자극에 약하므로 자주 다시 도포할 필요가 있습니다.

실리콘계 방수 스프레이

실리콘계 방수 스프레이는 규소를 원료로 한 실리콘 수지를 사용한 방수 스프레이입니다.
실리콘 수지도 불소 수지와 마찬가지로 표면장력이 낮고 발수성이 우수하여 방수 가공이나 코팅제로 사용됩니다.
다만 불소계 제품에 비해 표면장력이 높기 때문에 발수성이 떨어지고, 물 접촉각이 5-10도 정도 낮아집니다. 게다가 발유성이 없습니다. 이 때문에 도포되는 소재에 따라서는 기름 얼룩이 생길 수 있습니다.
얼룩이 생기기 쉬우므로 가죽제품이나 섬유제품에는 기본적으로 사용할 수 없습니다. 꼭 사용해야 하는 경우는 가죽・섬유제품용이라고 표기된 방수 스프레이를 이용하세요.
실리콘계 방수 스프레이는 막 형태로 코팅하므로 메쉬 생지나 투습 소재 등 통기성이 필요한 소재에는 적합하지 않습니다.
우산이나 우비 등 우구의 방수 가공에 추천합니다.

발수발유성은 표면과 액체의 분자끼리 서로 끌어당기는 힘(=분자간력)에서 발생하는 현상입니다. 이 현상은 표면만의 문제로 막 두께와는 크게 관련이 없습니다. 발수발유성만을 추구한다면 비용적으로는 얇은 쪽이 유리하므로 가능한 한 막 두께는 얇게 하는 것이 좋습니다. 그러면 어디까지 얇게 할 수 있냐면, 발수발유성을 유지할 수 있는 막 두께는 코팅제의 화학적 구조에 따라 다르지만, 밀착 반응형이 아닌 경우 0.02μ 정도가 한계인 것 같습니다. 이보다 얇은 막 두께에서는 코팅막이 피막 상태가 아니게 되므로 발수성을 유지할 수 없습니다.
한편 가죽제품이나 섬유에서 방수성을 요구하는 경우는 어느 정도 막 두께가 없으면 발수성은 있어도 수분이 피막을 통과해서 소재에 스며들기 때문에 막 두께는 약간 높은 1μ 정도로 하는 것이 좋습니다. 이보다 두꺼운 막 두께로 하면 방수성은 올라가지만 피막이 5미크론을 초과하면 굴곡을 따라가지 못하고 갈라질 수 있습니다.

사용하는 소재에 따라 다르지만, 방수 스프레이를 사용할 때는 기본적으로 아래 순서로 진행합니다. 도포할 때는 통풍이 잘 되고 화기가 없는 장소에서 해주세요.
①도포할 표면의 오염이나 먼지를 제거
도포할 표면에 방수 스프레이를 확실히 도포할 수 있도록 오염이나 먼지를 깨끗이 제거합니다. 표면에 오염이 부착된 상태로 방수 스프레이를 도포해도 본래의 효과를 발휘할 수 없습니다.
②제품 전체에 균일하게 얇게 도포
방수 스프레이는 균일하고 얇게 도포합니다. 방수 스프레이의 종류에 따라 다르지만 일반적으로는 제품에서 30cm 정도 떨어져서 전체에 골고루 스프레이합니다. 효과를 높이고 싶다고 한 번에 두껍게 바르는 것은 얼룩이나 흘러내림의 원인이 됩니다.
③건조시키기
방수 스프레이를 뿌린 후에는 충분히 건조시켜 제품에 성분을 부착시킵니다. 겹쳐 바르고 싶은 경우는 완전히 건조한 후 다시 균일하고 얇게 도포하세요. 방수 스프레이의 건조 시간은 종류에 따라 다르지만 15분~1시간 정도가 일반적입니다.

편리한 방수 스프레이지만 사용 시 주의사항을 지키지 않으면 본래의 성능을 발휘할 수 없을 뿐 아니라 사용자나 주변 사람에게 위험이 미칠 가능성도 있습니다. 방수 스프레이를 사용할 때는 아래 사항을 반드시 지켜주세요.

가능한 한 방수하고 싶다고 꼼꼼히 스프레이하는 사람이 많습니다. 하지만 같은 곳에 계속 분사하거나 대상물에 분사구가 너무 가까우면 얼룩이나 액체가 흘러내릴 수 있습니다. 특히 얇은 화학섬유로 된 생지는 얼룩이 생기기 쉬우므로 과도한 도포는 주의가 필요합니다. 한 번에 대량으로 도포하는 것보다 얇게 도포하고 충분히 건조시킨 후 다시 겹쳐서 스프레이하는 것이 본래의 방수 성능을 발휘하기 쉽습니다.
또한 오염이 부착되어 있으면 용제와 반응해서 하얗게 되는 경우도 있습니다. 그래서 방수 스프레이를 뿌리기 전에 마른걸레나 젖은 걸레로 깨끗한 상태로 만들어 두는 것을 권장합니다.

방수 스프레이를 사용할 때는 환기가 충분히 되는 통풍이 좋은 장소, 가능하면 실외를 선택하세요. 유기용제나 가스가 안개 형태로 분사되므로 흡입하면 기침이나 폐렴, 호흡곤란이 일어날 위험이 있습니다. 과도하게 흡입하면 최악의 경우 사망에 이를 수도 있습니다.
또한 유기용제나 가스는 가연성이 높아 근처에 화기가 있으면 폭발이나 화재 위험도 있으므로 반드시 통풍이 잘 되는 장소에서 사용하세요.

이 항목에서는 방수 스프레이 이외에 발수발유 가공이 산업적으로 사용되는 경우를 소개합니다.

전자부품의 납땜에서 접합부의 전처리제로 사용되는 것으로 플럭스가 있습니다. 플럭스는 접합부 금속의 산화 피막을 제거하는 기능을 가지고 있어, 이 기능으로 확실하게 납땜이 금속에 부착될 수 있습니다. 이 플럭스가 납땜이 끝난 후 리드선을 타고 올라가 부품 내부에 침투하면 금속 부분이 부식되어 접촉 불량 등 트러블의 발생원이 될 수 있습니다.
상온형 불소 코팅제는 발유성 표면을 형성할 수 있으므로 납땜되는 부분 주위에 도포하면 플럭스가 확산되거나 리드선을 타고 올라가는 것을 방지할 수 있어 트러블을 미연에 방지할 수 있습니다. 참고로 실리콘 수지는 발유성을 가지고 있지 않아 이 용도로 사용할 수 없습니다.
플럭스가 확산되거나 리드선을 타고 올라가는 것을 방지

손목시계 바늘, 하드디스크 드라이브의 구동 모터, 컴퓨터용 얇은 냉각팬, 스마트폰의 진동모터 등의 회전축 베어링에는 극미량의 윤활유가 사용됩니다. 윤활유는 표면장력이 낮아 젖어 퍼지기 쉽고, 회전축을 따라 확산되면 원심력으로 비산되어 주위를 오염시키게 됩니다. 하드디스크 드라이브에서는 디스크 표면이 윤활유에 오염되면 읽기가 불가능해져 고장 원인이 됩니다. 손목시계의 경우는 문자판이 더러워지므로 확실히 클레임 대상이 됩니다. 이들 제품의 회전축이나 그 주변에 미량의 상온형 불소 코팅을 도포하면 발수발유 기능으로 장벽처럼 윤활유의 확산을 막을 수 있어 이런 품질 문제를 미연에 방지할 수 있습니다. 이 용도로는 실제로 20년 이상 상온형 불소 코팅제가 사용되고 있습니다.

이번에는 상온형 불소 코팅에 의한 발수발유 가공의 실례로 방수 스프레이의 사용법과 선택 요령, 또한 산업적 발수발유 가공이 필요한 플럭스 기어오름 방지제, 미니모터나 손목시계의 오일 배리어에 대해 해설했습니다.
상온형 불소 코팅제라면 신발이나 모터에 발수발유 가공을 간단히 시행할 수 있습니다. 잘 활용하면 다양한 제품의 품질 향상에도 기여할 수 있습니다.