소재의 표면 특성에 따른 수분 흡착량 비교 분석(SEM/DVS)

소재의 표면 특성에 따라 수분 흡수량이 얼마나 달라질 수 있는지 궁금하신가요?
이번 비교 실험에서는 셀룰로오스 기반의 포스트잇(Post-it)과 합성섬유로 만든 실험용 와이퍼를 대상으로 수분 흡착 성능을 분석했습니다. DVS(Dynamic Vapor Sorption) 분석을 통해 정량적인 수분 흡착량을 측정하고, SEM(전자현미경)으로 각 시료의 표면 구조를 관찰해 흡습성 차이의 원인을 살펴보았습니다.

→ 링크: MCC DVS 분석   ←요금과 방법 확인하기

수분 흡착 실험(DVS) 결과부터 확인해 보겠습니다. 아래는 각 소재의 DVS분석 결과 중 질량 변화율 그래프(Change in mass(%) – Ref) 입니다.

습도에 따른 질량 변화 경향을 살펴보면, 두 시료 간에 확실한 차이가 있음을 확인할 수 있습니다.
먼저 포스트잇(Post-it)의 경우, 상대습도가 단계적으로 상승할수록 질량도 뚜렷하게 증가하는 경향을 보였습니다. 특히 RH 80% 조건에서 약 9% 정도의 수분을 흡수하며 높은 흡습성을 나타냈습니다.

반면, 오른쪽의 와이퍼는 조금 다른 모습을 보였는데요. 질량이 소폭 증가하긴 했지만, 대기 중 수분을 유의미하게 흡수했다고 보긴 어려운 수준이었습니다. 이러한 수분 흡착양의 차이는 아마도 두 제품을 구성하는 소재의 특성 차이에서 비롯된 것으로 보입니다.

포스트잇은 셀룰로오스 기반의 종이 소재로 수분에 대한 친화력이 높고, 와이퍼는 폴리프로필렌/폴리에스터 기반의 합성섬유로 소수성이 뛰어난 재질이기 때문에 수분 흡착이 제한적인 것이죠. 그렇다면 이런 차이가 표면 구조에서도 나타날지 다음으로는 SEM 이미지를 통해 두 시료의 표면을 비교해 보겠습니다.

이번에는 전자현미경(SEM)을 통해 두 시료의 표면 구조를 비교해보았습니다. 아래에서 두 시료의 이미지를 먼저 확인해 보겠습니다.

이번 실험을 통해 알 수 있었던 핵심은 다음과 같습니다. 시료의 소재와 표면 구조에 따라 수분 흡착 성능은 크게 달라진다는 점입니다. 포스트잇처럼 친수성이 높고 섬유 구조가 복잡한 소재는 수분을 효과적으로 흡착하는 반면, 폴리프로필렌/폴리에스터 기반의 실험용 와이퍼처럼 소수성이고 표면이 매끄러운 소재는 수분 흡착이 제한적이었습니다.

이처럼 단일한 실험 결과만으로 흡습성을 판단하기보다는, 소재의 조성, 표면 구조, 수분과의 상호작용 특성 등을 종합적으로 분석하는 접근이 중요합니다. 앞으로도 다양한 시료에 대한 비교 분석을 통해, 소재 선택이나 제품 개발 시 실질적인 도움이 될 수 있는 정보를 계속해서 공유드릴 예정입니다.