[TOKI SANGYO] 점도 칼럼 – 2. 젤(gel)형의 상품들
매우 신기한 젤
학창 시절 ‘물질의 세가지 상태’에 대해 배운 적이 있을 것입니다. ‘기체’, ‘액체’, ‘고체’, 이 세가지 상태는 어떤 특정 조건이 갖추어지면 다른 상태로 바뀝니다. 하지만 세상에는 고체도 아니고 액체도 아닌 신기한 존재가 있습니다. 대표적인 것이 젤입니다. 이것은 ‘용액 속의 콜로이드 입자가 유동성을 잃은’ 상태로, 물 등의 용매가 액체인 상태를 유지하고 있어, 얼음과 같은 고체와는 완전히 별개의 것이라고 할 수 있습니다. 용액 속의 콜로이드 입자가 유동성을 유지한 상태를 졸(sol)이라고 하고, 대표적인 졸(sol)- 젤(gel)로는 한천이나 생선 젤라틴 등이 있습니다. 이것에 열을 가하면 액상(졸)으로, 냉각시키면 고형(젤)으로 바뀐다는 것은 잘 알고 계실 것입니다.
젤은 우리의 일상 생활 속에서 생각 외로 많은 곳에서 활용되고 있습니다. 젤을 이용하여 크게 성공한 상품은 아마도 일회용 기저귀일 것입니다. 소변을 젤로 만들어 가둠으로써, 축축하지 않고 뽀송한 느낌을 유지할 수 있기 때문에 기존의 천 기저귀에 비하여 훨씬 쾌적합니다. 그 외에도 재미있는 상품도 있습니다. 자전거나 휠체어 타이어에 수지를 주입하여 젤 형태로 만들어 타이어에 펑크가 나지 않도록 가공하는 장치입니다. 이 장치는 수지를 따뜻하게 데워서 액상으로 만든 다음, 타이어 공기 주입구를 통해 주입한 후, 수지가 자연 냉각되어 적당히 굳는 성질을 잘 이용한 상품입니다. 공기 대신으로 충전하는 것이기 때문에 당연히 공기가 빠질 일이 없겠죠.
일상생활 속에서 젤은 어떻게 활용될까?
이렇게 젤의 상태를 활용한 상품을 만들려면, 치밀하게 계산된 점도 조절이 필요하게 됩니다. 예를 들어 요변성이라는 젤의 성질로 설명해보겠습니다. 요변성이란, 고점도 용액(젤)에 진동을 가하거나 하는 응력을 가하면 졸로 변하고, 방치하면 다시 고점도화(젤화)되는 현상을 말합니다. 이렇게만 보면 우리의 일상과 전혀 관련이 없어 보이지만, ‘점도의 세계’는 밀정과 같이 교묘하게 우리의 삶에 스며 들어 있습니다. 대표적인 것으로 볼펜 촉(볼)과 잉크의 관계입니다. 잉크는 묽은 편이 부드럽게 써지지만, 점도가 낮은 수성 잉크는 번지거나 물에 약합니다. 반대로 점도가 높은 유성 잉크는 필기감이 떨어지고, 종이에 흡수되는 속도가 느리다는 결점이 있습니다.
여기서 점도 조절이 나설 차례입니다. 요변성을 가진 가장 적합한 잉크(젤 잉크)가 만들어집니다. 이 잉크는 펜 안에서는 높은 점성을 가져 안정되어 있지만, 글씨를 쓸 때는 볼펜의 볼의 회전에 의해 전단이 가해져 점도가 내려가기 때문에 글씨를 쓸 때 수성잉크로 쓰는 느낌을 줍니다. 게다가 종이에 스며들 때에는 다시 젤로 변하기 때문에 번지지 않습니다.
이런 방식이라면 그 밖에 몇 가지가 더 떠오를 것입니다. 예를 들어, 벽에 바르는 페인트가 묽으면 바르기는 좋을지 몰라도 잘 흐를 수 있습니다. 취미용 목공에서는 브러시로 칠을 할 때는 잘 칠해지지만, 칠한 후에는 빨리 마르는 페인트가 좋을 것입니다. 여성분이라면 화장품을 떠올릴 수 있습니다. 로션이나 립스틱 등도 발림성과 안정감을 동시에 만족시키는 것이 중요합니다. 그 이외에 일반적으로 토마토 케첩은 잘 나오지 않지만, 용기를 약간 흔들면 점도가 떨어져 사용하기 쉬워집니다.
점도 조절이 가진 중요한 의미
점도 증가제는 단순히 점도 조정을 하는 것 이외에 요변성을 부여하기 위해서도 이용됩니다. 앞에서는 일상생활에서의 예시를 봤는데, 공업분야에서는 더욱 점도 조절이 중요한 의미를 가집니다. 예를 들어 혼합용액 관리를 생각해봅시다. 유지 성분이 포함된 용액을 이용한다고 가정할 경우, 이 용액에 요변성을 줄 수 있다면 용액이 정지 상태인 저장 시에는 젤화 하여 유지 성분의 분리나 다른 조성물질의 침전 등을 방지할 수 있습니다. 한편, 사용 시에는 전단을 가하여 졸화 시키면 파이프 등으로 운반을 할 수 있게 됩니다. 이와 같이 대규모 시스템에 활용하는 용도가 아니더라도 각 종의 베이스 용액을 고점도로 만드는 점도 증가제의 개발은 실제로 치열한 경쟁이 매일같이 이뤄지고 있습니다. 식품이나 화장품류에서는 향상된 질감을 얻을 수 있는 점도(점성 특성)를, 공업 제품에서는 보다 확실한 성능을 제공할 수 있는 점도를 각각 확보하기 위하여 정확한 점도계측을 토대로 한 조절이 요구됩니다.
출처: TOKI SANGYO 홈페이지 (https://tokisangyo.co.jp/post02/)
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