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라디칼 중합 - 반응 속도식 유도

전공.. | 2011/05/03 12:44 | Posted by 프리라디칼

라디칼 중합반응 속도식의 유도

 

      위의 식 1-식 7 처럼 라디칼 중합반응의 각 과정이 일어난다고 하면,

      라디칼 중합속도, rp 는 식 8과 같이 된다.

 

       rp = k'[R'][M] + k1p[R1][M] + k2p[R2][M] + .......  (8)

 

      이 식을 다시 정리하면 식 9와 같이 쓸 수 있다.

 

       rp = [M]k'[R'] + Σknp[Rn]                    (9)

 

     k'[R']는 매우 작은 값이므로 무시하고, 라디칼의 반응성은 라디칼의 크기와 관련이 없다고 가정하면,

 

     k1p = k2p = ...knp = kp     이 성립합니다. 

 

     이것들을 적용하여서 다시 식 9를 정리하면 식 10 이 얻어진다.

 

   rp = kp[M]Σ[Rn] = kp[M]                    (10)

 


 

    의 값 계산:

 

여기서 은 성장 라디칼 전체의 농도이다.

 

= ri - rt = 0                          

 (11)

        

    ri = k'[R'][M] ∝ 2ki[I]                        (12)

 

    ri = 2fki[I]                                            (13)

 

 rt = 2kt

  

2

   (14)

                                

    2fki[I] = 2kt2                            (15)

*={fki[I]/ki}1/2                           (16)

 

                      (17)

 

   

 식 17의 의미:

 

    라디칼 중합속도, rp 는 단량체 농도에 비례하고, 개시제 농도의 제곱근에 비례한다



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라디칼 중합 - 사슬 길이와 중합도

전공.. | 2011/05/03 12:42 | Posted by 프리라디칼

반응속도론적 사슬 길이와 중합도

 

 

   평균 반응속도론적 사슬 길이 (kinetic chain length): ν

 

                 ν=                     (18)

 

 

       앞에서 이론적 중합속도식을 유도할 때, rp, ri rt를 구해둔 것을 사용하면 다음과 같다.

 

        식 17과 식 13을 사용하면 다음 식 19가 얻어진다.

 

                         (19)

 

    

 반응속도론적 사슬 길이: 단량체 농도에 비례하고 개시제 농도의 제곱근에 반비례한다.

 

 


 

  17과 식 19의 비교:

 

                      (17)

 

 

                  ν=                                         (19)

   식 17:  중합 속도- 중합 속도를 증가시키는 방법은 단량체 농도를 증가시키거나 개시제

                                       농도증가시키면 된다.

 

식 19:  사슬 길이 - 개시제 농도를늘이면 고분자 사슬의 길이가 짧아진다, 즉 고분자의

                                    분자량이 작아지게 된다.


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라디칼 중합 - 정지반응과 분자량

전공.. | 2011/05/03 12:40 | Posted by 프리라디칼

정지반응의 종류와 고분자 분자량:

 

 

고분자의 생성과 중합도

 

(1). 결합반응으로 정지 반응이 일어난 경우의 중합도:

 

       결합반응에 의해 정지반응이 일어날 경우에는 사슬의 길이는 2ν 가 된다.

        즉, 중합도 (degree of polymerization), Xn   식 20과 같이 된다.

 

          Xn = 2ν                                 (20)

 

 

(2). 불균등반응으로 정지반응이 일어난 경우의 중합도:

 

        불균등반응에 의해 정지반응이 일어날 경우에는 사슬의 길이는 ν 가 된다.

         즉, 중합도, Xn   식 21과 같이 된다.

  

          Xn = ν                                   (21)

 

 

(3). 결합반응과 불균등반응이 같이 일어나는 경우의 중합도:

 

      결합반응과 불균등반응이 같이 일어나는 경우, 우선 단위시간 당 고분자의 생성 속도,  d[P]/dt 는 다음과 같이 쓸 수 있다:

 

=                      (22)

 

이때 수평균 중합도, Xn 은 다음과 같이 쓸 수 있다.

 

Xn =                (23)

 

            =                             (24)

            =                          (25)

 

     정지반응 당 생성되는 고분자의 평균수를 ξ(Xi)는 다음과 같이 정의할 수 있다.

 

ξ =                   (26)

 

=                                   (27)

 

      중합도에 대해서 식을 정리하면 식 28처럼 됩니다.

 

Xn =                               (28)

 

 

(4). 고분자의 분자량:

 

        고분자의 분자량은 해당하는 경우의 중합도에 단량체의 분자량을 곱하면 얻을 수 있다.



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라디칼 중합 - 서론

전공.. | 2011/04/29 12:14 | Posted by 프리라디칼

탄소-탄소 이중결합을 가진  알켄 (alkene)들은 식 1과 같이 라디칼 중합

 (radical polymerization)에 의해 중합됩니다.  이 중합에서 중합을 일으키는

개시제는 라디칼입니다.

저밀도 폴리에틸렌 (LDPE), PMMA, PS, PAN, PVC 등이 이 방법으로 만들어집니다.

           (1)

 

라디칼 중합은 성장하는 사슬 끝에는 짝짓지 못한  홀전자가 있습니다 (식 2).

                  (2)

 

 이것이 단량체와 연속해서 반응하여 중합합니다. 개시제, 단량체의 종류, 중합 메카니즘, 그리고

 중합 금지와 지연을  여기서 학습합니다.

 

        1. 단량체의 종류와 중합 형태

        2. 라디칼 중합 메카니즘

               (a). 개시 반응

               (b). 성장 반응

               (c). 정지 반응

               (d). 사슬 이동 반응

         3. 중합금지와 지연

 

            표 1.  자유 라디칼 중합으로 합성되는 전형적 고분자의 종류와 응용 예.

 

고분자

응용

저밀도 폴리에틸렌

 (low density polyethylene,

 LDPE)

packaging film. wire and cable insulation, toys, flexible bottles, housewares, coatings

폴리(염화 비닐)

[poly(vinyl chloride), PVC]

construction, rigid pipe, flooring, wire and cable insulation, film and sheet

폴리스타이렌 (polystyrene)

packaging (foam and film), foam

insulation, appliances, housewares, toys

Styrene-butadiene rubber

(SBR)

tires, belting, flooring, molded goods, shoe soles, electrical insulation

Butadiene-acrylonitrile

copolymer(nitrile rubber)

fuel tanks, gasoline, hoses, adhesives,

impregnated paper, leather and textiles

Acrylonitrile-butadiene-

styrene copolymer(ABS)

engineering plastics, household

appliances, business machines, telephones, electronics, automotive parts, luggage

Polychlorprene(neoprene

rubber)

tires, wire coatings, belting, hoses,

shoe heels, coated fabrics

Poly(methyl methacrylate)

automotive parts, molding, compositions, decorative panels, skylights, glazing

Polyacrylonitrile

textile fibers, food packaging

Poly(vinyl acetate)

water-based paints, adhesives,

conversion to poly(vinyl alcohol)

Poly(vinylidene chloride)e

food packaging

Poly(acrylic acid) and

Poly(methacrylic acid)

adhesives, thickening agents,

ionomers

Polyacrylamide

thickening agent, flocculent

Polytetrafluoroethylene

electrical insulation, gaskets, bearings,

bushings, valves, nonstick cooking

utensils

Polytrichlorofluoroethylene

gaskets, tubing, wire insulation

Poly(vinylidene fluoride)

protective coatings, gaskets, pipe

Poly(vinyl fluoride)

protective coatings

Allyl resinsf

lenses, electronics parts

 

b HP=고압; B=벌크; S=현탁; Sol=용액.

c Poly(p-methylstyrene)도 가능.

 

e 공중합체 포함, 주로 염화 비닐.

f 가교구조의 diallyl 및 triallyl esters 및 ethers.


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라디칼 중합 - 라디칼 개시제의 종류 및 반응

전공.. | 2011/04/29 12:13 | Posted by 프리라디칼

자유 라디칼 (free-radical) 또는 라디칼이라고 부르는 라디칼 개시제

(radical initiator)는 단량체 존재하에서 라디칼을 생성하는 화합물을 말합니다.

일반적으로, 빛이나 열, 화학반응 또는 방사선에 의해 화학결합이 약한 부분의

결합이 끊어져서 라디칼이 형성됩니다.

개시제의 라디칼 생성 조건에 따라서 다음과 같이 나누어서 고찰할 수 있습니다.

각각에 대해서 아래에 설명하고,  표 1에 라디칼 개시제의 유형과 반응을

요약해두었습니다.

 

      

   (1). 열분해 반응
   (2). 산화환원 반응에의한 개시반응
   (3). 직접 열 개시
   (4). 광개시 반응
   (5). 고에너지 방사선에의한 개시  

 

 

표 1. 자유 라디칼 개시제의 종류와 반응.

 

    개시제 종류 화학식 혹은 예
 1 유기 과산화물 또는 하이드로과산화물

 R-O-O-R, RCOOH, 벤조일퍼옥시드,

 PhC(=O)OOC(=O)Ph

 2 산화-환원제

 퍼설페이트+환원제,

 하이드로과산화물+ 철(Ⅱ)이온

 3 아조 화합물  R-N=N-R',  Me2C(CN)N=NC(CN)Me2 (AIBN)
 4 유기금속시약  알킬화은, RAg
 5 열, 빛, 자외선 혹은 고에너지 조사

 

 6 전해질의 전자이동

 

 


 1. 열분해 반응

 

     과산화물, 아조화합물 등은 열분해에 의해 쉽게 단일 결합이 끊어져서 라디칼을 형성합니다.

 

1).  과산화물의 분해    

 

        과산화물, R-O-O-R'은 열분해에의해 라디칼을  형성합니다.  

아래에 benzoyl peroxide의 분해 반응을 보여줍니다.  그리고 표 2에는

자주 사용되는 과산화물들의 이름과 사용온도 등을 정리해두었습니다.

       R-O-O-R --> 2 R-O.

 

         

          

 

 

                    표 2. 라디칼 중합에 사용되는 과산화물 개시제

 

   과산화물 (peroxide)

   사용온도 , oC

                반감기

  benzoyl peroxide

  acetyl peroxide

  dilauryl peroxide

  di-tert-butyl peroxide

  cumyl hydroperoxide

  hydrogen peroxide

  potassium persulfate

     40-100

    

     50-100

     80-150

     50-120

     30-80

     30-80

     10.3 (benzene, 70 oC)

 

  3.2 (benzene, 70 oC)

  ~2x 104  (70 oC)

  6.6x 104  (benzene, 70 oC)

 

  10.5 (water, pH>4, 70 oC)

 

 

 2). 아조화합물의 분해

 

      아조화합물, R-N=N-R'은 열분해에의해  라디칼을 형성합니다.

 

       R-N=N-R  --> 2 R. +  N2

 

        

 

 

표 3. 아조화합물, R'N=NR' 의 활성화에너지와 유용한 개시온도 범위


        R'              Eact(Kcal/mol)        유용한 개시온도범위(℃) 


CH3                          50.2                        225~250
(CH3)2CH                  40.8                       180~200
C6H5(CH3CH)            36.5                       105~125
(C6H5)CH                  26.6                         20~35
(CH3)2(CN)C              30.8                        40~60


 

  

3). 알킬은 (silver alkyls)의 분해

 

     알킬은 화합물들은 -20 ~ -60 oC 정도의 저온에서 분해하는 개시제입니다.

 

     

 


 2. 산화환원 반응에의한 라디칼의 형성

 

      퍼설페이트 등은 화학반응에 의해 라디칼을 형성합니다.

 

             

        

       

 

    히드로과산화물도 철 이가 이온과 반응하여서 라디칼을 형성합니다.

 

       

 

 


 3. 전자선 및 방사선 등 고에너지에의한 라디칼 형성

 

       X-선, 알파 입자, 감마선 그리고 고에너지 전자선에의해 라디칼 중합이 일어날수도 있습니다.

 

 


 4. 직접 열 개시  및 광개시

 

    1). 직접 열 개시

    

         열에의해 단량체 스스로 라디칼을 형성하는 경우입니다.

 

         

 

    2).  광개시

 

      단량체가 빛을 흡수하여서 삼중항 (triplet)상태로 여기한 다음 라디칼을 형성하는 경우입니다.

 

      

 

    



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라디칼 반응 - 단량체의 종류와 중합 형태

전공.. | 2011/04/29 12:12 | Posted by 프리라디칼

단량체의 종류와 중합 형태

  

라디칼 중합을 하는 단량체는 일반적으로 비닐기를 가진 여러 종류의

불포화 유기화합물들입니다.  일반식CH2=CHR 으로 표시할 수 있고,  

표 1에 여러 단량체의 이름과 그 구조식을 정리해두었습니다.

 

 

 

 

 

                               표 1. 라디칼 중합을 하는 단량체의 종류와 구조식

 

           단량체 이름

          단량체 구조

  

  ethylene

  vinyl chloride

  vinyl fluoride

  vinylidene fluoride

  tetrafluoroethylene

  trichlorofluoroethylene

  

1,3-butadiene

   chloroprene

 

  styrene

  α-methylstyrene

 

  methyl methacrylate

  vinyl esters

  acrylic acid

  methacrylic acid

 

  N-vilylpyrrolidone

 

  acrylonitrile

  acrylamide

  CH2=CH2

  CH2=CHCl

 CH2=CHF

  CH2=CF2

  CF2=CF2

   CCl2=CClF

 

  CH2=CH-CH=CH2

  CH2=CCl-CH=CH2

 

  CH2=CH-C6H5

  CH2=CH(CH3)-C6H5

 

  CH2=C(CH3)-COOCH3

  CH2=CH-O-C(=O)R

  CH2=CH-COOH

  CH2=C(CH3)-COOH

  

CH2=CH-C4H6NO

  

CH2=CH-CN

  CH2=CONH2

 

 아래에 스타이렌, 메틸 메타아크릴레이트, 그리고 아크릴로니트릴의 중합구조를 보입니다.

 

스타이렌 (styrene)

 

 

 

메틸 메타아크릴레이트 (methyl methacrylate)

 

 

아크릴로나이트릴 (acrylonitrile)

 




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라디칼 중합 - 라디칼 중합 메커니즘

전공.. | 2011/04/29 12:11 | Posted by 프리라디칼

라디칼 중합 메커니즘은 다음 4 단계로 나누어서 설명할 수 있습니다.

각 단계를 나누어서 아래에 설명합니다.

 

    

                    1. 개시 반응 (initiation)

                    2. 전파 반응 (propagation)

                    3. 정지 반응  (termination)

                    4. 사슬 이동반응 (chain transfer)

 

다음은  AIBN 을 사용하여서 vinyl 단량체 (CH2=CHR)의 중합과정을 화학식으로

나타낸 것입니다.

 


 1. 개시반응

 

      개시 반응은 개시제가 라디칼을 형성한 다음 이 라디칼이 첫 단량체와 반응하는

      단계까지를 말합니다.

 

    (1). 개시제 분해반응

                      (1)

   (2). 개시반응

                                           (2)

 

  이렇게 생긴 라디칼-단량체의 라디칼은 다음 단계부터는 단량체와 계속 반응하게 됩니다.

 


  2. 전파반응

 

     전파 반응 (propagation reaction) 은 단량체가 계속 결합하여서 사슬의 길이가 증가하여 고분자가 형성되는  반응입니다.

                               (3)

          (4)

 


 3. 정지반응

 

      정지 반응 (termination reaction) 은 두 라디칼이 반응하여서 라디칼이 없어지는 반응을 말하는데,

      결합반응과 불균등반응 두가지 반응이 가능합니다.

 

    (1). 결합반응 (combinatio

 (5)

 

     (2). 불균등반응 (disproportionation)

                      (6)

 


 4. 사슬 이동 반응

 

     사슬이동 반응은 성장하는 고분자라디칼, Rn 이 분자 X 와 반응하여서

     고분자 Pn 이 형성되고  라디칼 분자 X. 가 생기는 반응으로 식 7과 같이

     

      쓸 수 있습니다. 우리는 X를 사슬이동제 (chain transfer agent) 라고 말합니다.

 

    Rn + X --- kx---> Pn + X.                     (7)

 

 

    이 사슬 이동 반응은  고분자의 분자량, 반응속도, 중합 금지, 중합 지연 등과도

    관련이 있게 됩니다.


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광중합성 수지의 종류 및 특징

전공.. | 2011/04/24 16:06 | Posted by 프리라디칼

광중합성 Oligomer의 역할

 

  경화된 Film, ink등의 물성 (경도, 밀착력, 전기특성, 내약품성)을 좌우하는 역할을 하며, 광중합성 Oligomer는 일반적으로 관능기로 Acryl기를 갖고 있기  때문에 광중합성 Monomer와 가교 반응하여 가교(Cross-linking)구조를 갖게되다.

 

광중합성 Oligomer의 종류

 

  Polyester-Acrylate

  우수한 반응성을 갖고 있어서 사용분야가 넓고 혐기성이 강하다. 플라스틱 또는 금속에서의 ink 접착성을 향상시키기 위해서 일반적으로 사용된다.  분자구조에 따라 다소 차이가 있기는 하지만 일반적으로 우레탄 아크릴레이트(Urethane-Acrylate)와 에폭시 아크릴레이트(Epoxy-Acrylate)보다 점도가 낮은 편이다. 이 때문에 취급이 용이하고 안료 분산성이 양호한 특징을 갖는다.

 

Epoxy-Acrylate

  Epoxy 수지의 성질을 갖고 있기 때문에 경도, 유연성, 경화성이 우수하고 산소에 대해서도 비교적 안정하다. Ink, Vanish 등에 널리 사용되지만, 단독으로는 Ink로서 적합하지 않기 때문에 다른 수지와 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.

 

Urethane-Acrylate

 -NHCO기의 효과로 경화성이 우수하고 강한 도막이 형성되며 산소농도가 높은 경우에도 경화가 잘 진행된다. 그러나, 가격이 고가이며 반응속도가 상대적으로 느린 단점이 있다. 그러나 우수한 Pigment wetting성, Hardness, Chemical Resistance등이 우수한 성질을 보인다. 다른 계열의 수지에 비해 내마모성이 우수하지만, Yrethane 결합이 열/빛에 의해 분해되기도 하는 단점이 있다. 그리고, Urethane결합의 강한 수소 결합 때문에 같은 분자량의 다른 수지보다 현저하게 높은 점도를 갖는다.

 

Spirane-Acrylate

 이 수지의 광경화 반응은 라디칼 중합 반응이지만, 부반응으로 Spiro-acetal ring의 ring opening 반응도 함께 일어나기 때문에 경화반응이 빠르고 기재에의 접착성도 우수하다. 다른 수지에 비해 점도가 매우 낮고 가격이 매우 비싼편이다.

 

 < 각 Oligomer의 장단점 >

종류

장점

단점

Polyester-Acrylate

가격이 저렴

물성의 Balance(균형)

내약품성

Urethane-Acrylate

경화성,            가소성,

내마모성,          내식성,

물성의 Balance

가격이 상대적으로 고가

고점도

Epoxy-Acrylate

경화성

내약품성

접착성

고점도

내후성

 

Oligomer의 특성과 경화속도와의 관계

 

 경화속도와의 관계에 있어서 분자량, 관능기수(Functional Group수), 점도, 모노머에 대한 분율등을 고려할 수 있다.

    느림                                       경화시간                                          빠름

  낮음                                         분자량                                             높음

  낮음                                          점도                                               높음

  적음                                     Functionality                                         많음

  낮음                                  모노머에 대한 분율                                     높음

 

광중합성 Monomer

 

 광중합성 Momoner는 Oligomer의 반응성 희석제로 사용되어 수지배합물의 작업성을 부여하는 역할을 하며, 자외선 조사에 의하여 자신도 중합되어 고분자간의 가교제 역할도 수행한다.

 일반적으로 Monomer는 저점도이고 물성이 양호하여야 하며, 반응성이 커야한다. 일반적으로 반응성은 Acrylate> Ethacrylate> Vinyl 순서이다. 또한, 냄새와 독성이 없어야하고 공기중에서도 잘 경화할 수 있어야 한다. Oligomer, 광개시제와 상용성이 좋고 휘발성이 적어야 한다는 요건이 있다.

 

Monomer의 특징

 1) 저점도이며 용해력이 우수하며 Prepolymer와 혼용사용시 작업성이 향상됨.

 2) 다관능성 Monomer의 경우 물성개선에 효과가 있음

 3) 저휘발성임

 

Monomer의 반응성

 1) 일반적으로 Acryl기의 반응성이 Methacryl의 반응성 보다 상당히 큼

      → 빠른 경화성을 필요로 하는 용도, 공기와 접촉하는 면의 경화를 필요로 하는용도( Acryl Monomer가 혐기성이 우수)에 Acryl Monomer 사용

 2) 다관능 Acrylate일수록 단관능 Acrylate보다 빠른 경화성을 보임

 3) Ether-type의 Monomer(분자내에 -CH2-O- 결합을 갖는 Monomer)가 빠른 반응성을 가짐.

 4) 표면에서의 경화는 공기중의 산소에 의해 중합방해를 받는데, 중합방해 효과를 줄이기 위해서는 알킬기, 불포화 고급 지방산기, Tetrahydrofurfulyl기, Benzyl Ether기 등의 반응기를 갖는 Monomer의 사용이 도움이 됨.

 

 < Monomer 관능기와 제 특성의 일반적인 관계 >

  반응성 점도 접착성 독성
단관능 Monomer 느림 우수 강함
         
 이관능 Monomer
         
다관능 Monomer 빠름 약함 약함
동일 관능기수일 경우 저분자량 Monomer 느림 우수 강함
         
         
고분자량 Monomer 빠름 약함 약함
동일 관능기수일 경우 Acryl Monomer 빠름 약함 강함
         
 
         
Methacryl Monomer 느림 우수 약함

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고무의 특성

전공.. | 2011/04/24 16:02 | Posted by 프리라디칼

SBR은 Stylene Butadien Rubber라 한다. 즉 스틸렌 부타디엔 고무다.
SBR 합성고무는 스틸렌이 23.5%이고 나머지는 부타디엔 고무상으로 제조되고 있다.
SBR은 천연고무와는 다르며 분자구조가 불규칙한 점이 있다. 비닐결합 등 혼합적인 구조를 가지고 있는 것이 특징이다. SBR은 천연고무와는 다른 유기 고분자 합성법에 의하여 생산되므로 천연고무보다 지구력과 탄성이 매우 약하다. 그러나 많은 특성을 가지고 있는 것이 합성고무이며 이원공중합체이다. sis형 1, 4결합, trans형 1, 4결합, 비닐 1, 2결합의 세가지로 합성SBR고무이다. SBR합성 생산에는 고온중합, 저온중합의 두 가지 방식으로 생산한다.


1) 합성고무 BR
합성고무 폴리부타디엔고무를 BR이라한다 BR고무는 생고무나 SBR고무 다음으로 많이 생산되고 사용하는 합성고무이다. 일반적으로 Stereo합성고무이다. BR은 부다디엔 고무이며 탄성이 우수하고 발열이 적은 것이 특징이다. BR합성고무는 높은sis결합과 낮은 cis결합 두 가지 종류로 생산하고 있다.
BR고무는 탄성과 동적성질이 우수하기 때문에 자동차 계열인 타이어 생산에 많이 사용한다.발열성이 적기 때문에 시속 100km에도 견디는 탄성고무이며 내구성, 저온특성이 우수한 고무이다.
BR고무는 스테레오형과 Piene형 두 가지 종류로 내마모성도 우수하며 백색 투명성 합성고무이다. 즉 폴리(Poly) 부타디엔(Butadimen) 고무(Rubber)이다.



2) 합성고무 NBR
합성고무 NBR 내유고무는 NBR이라한다. NBR 정식명칭은 아크릴로니티릴 부타디엔 (Acrylo Nitrile Butadiene)이라 한다. NBR은 내유성, 내열성에 사용하는 고무이며 이원공중합체이다. 우리나라에서 고무제조업체가 가장 많이 사용한다.
NBR 합성고무는 저온중합과 고온중합이 있다. 고무 100%에 아크릴로니티릴 성분이 35~45% 포함되어 있으며 부타디엔 고무상은 55~65%가 포함되어있다. 합성고무 NBR은 주로 내유에 견디는 물체에 사용하는 고무원료이고, 아크릴로 니티릴 성분은 수지상 분자로 고무 100%에 얼마나 들어 있느냐에 따라 내유물질의 팽창도가 달라진다.
NBR합성고무 규격인 N31계열은 하이카 1072계열 20가지형, N215계열 30가지형, 국내사용은 N31과 N220계열, 하이카 1002계열을 많이 사용하고 있다.




3) 합성고무 네오프렌 CR
합성고무 네오프렌(Neoplene), 일명 크로로푸렌(Chloroplene(CR))이라 한다.
보통 산업계에서 네오프렌고무라고 하며 약자로 CR이라고 한다. 네오프렌고무는 염기성 고무이며 염화성 분자가 들어있다. 또한 접착성이 뛰어난 접착성 고무이며 오래 방치하면 응고되는 결정성 고무이다. 네오프렌 고무는 내열성을 위주로 하여 생산된 제품이고 알칼리성 고무로 생각하면 된다. 내약품성이 뛰어나며 내후성이 아주 좋은 고무원료라 할 수 있다.
특히 미국 두폰사에서는 네오프렌에 대하여 고도의 연구와 생산시설로 세계 각국에 네오프렌을 공급하고 있다. 네오프렌고무는 크로로와 부타디엔 1,3 중합체이다. 범용고무로써 전선접착제, 건축용 등 다양하게 사용되고 있다.
네오프렌은 규격제품의 A. Leplene으로 네오프렌 W형계열(미국산), WM계열(미국산), WHV형계열(미국산), M40형계열(일본산), M30형계열(일본산), M120형계열(일본산), AC 또는 AD계열 외 다수가 있다.



4) 합성고무 EPDM 와 EPT
EPM-EPDM 합성고무는 EPDM계열이라 한다. EPDM은 에치렌, 프로필렌(Proplene), 다인 (Diene) 삼원공중체이다. EPDM은 제3성분인 Eiene이 포함되어 있으므로 고무상태로 약간의 탁성이 있으며 에치렌, 프로펠렌 이원공중합체 분자가 특수적으로 내후와 균열이 없는 고무상 원료이다. EPDM외에 EPM이 생산되고 있다.EPM은 제3성분이 없는 분자로 이원공중합체다 (EPM은 EPT라고도 한다)



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2. 특수 합성고무



1) 부틸고무
이소부티렌(Isobutylene)과 부틸고무는 다인(Diene)과의 이원공중합체이다.
부틸고무는 주로 타이어계통, 약품 병마개 등에 많이 사용되고 있고, 가류황화가 퍽 느리고, 타 합성고무를 섞어서 가공하면 황화속도가 느리며, 기포나 물리적 성질이 저하된다.
부틸고무는 황변성 고무가 있어 특수 가교성, 과산화물 가류로 분리된 가황속도와 기포성 때문에 생산성이 취약하여 많은 용도에 사용하지 못한다. 현재는 자동차, 타이어계통에 많이 사용하고 있다.



2) 우레탄고무
우레탄고무(Urethane rubber)는 폴리에스터(Polyester)나 폴리에틸(Polyether)과 이소시아네트(Isocyanate)와의 반응에 의한 고무탄성체이다. 우레탄고무는 고탄성체이며 마모성이 다른 합성고무보다 뛰어난 것이 장점이다.



3) 아크릴고무
아크릴고무(Acryl)는 에칠아크릴과 크로로에칠 비닐에틸 성분의 이원공중합체이다. 아크릴고무는 현재 국내에서는 많이 사용하지 않는다. 내열 180℃에서 내유성, 내후성이 좋다. 내한성이나 탄성고무에는 좋지 않은 고무이며 가공시의 롤러작업이 어렵다. 60℃이상에서 고온 롤러작업을 해야 가류시간이 길다.



4) 하이파론고무
하이파론고무(Hypalon)는 폴리에치렌, 산화황, 염소를 가하여 만든 중합체 고무이다, 역시 하이파론고무도 국내에서는 많이 사용하지 않는 고무이다. 하이파론고무는 내약품성이 최우수한 고무이며 마모성은 좋으나 내유성이 약하다. 특히 알칼리성에는 아주 우수하고 롤러가공성이 좋다. 가류시간이 길고, 고무에 기포성이 있으므로 주의해야 한다.
그외 합성고무는 많으나 10%도 생산되지 않는 합성고무로써 에피크로하이드린고무, 지오콜고무 등이 있다.



5) 실리콘고무
실리콘(Silicone)고무는 특수고무이다. 고도의 내열성 고무로 내열성이 최고 350℃까지 사용할 수 있는 고무 원료이며 특수한 용도에 많이 사용되고 있다. 실리콘고무의 분자구조는 Si와 O와의 강력한 결합에너지를 가지고 있는 것이며 다른 합성고무와는 다르다.
실리콘고무는 액체상, 고체상, 수지상 등 세가지 물질이 있다.
실리콘의 액체는 건축용 접착제에 사용되며 도표용에도 많이 사용된다. 실리콘의 고체상은 실리콘고무이다. 실리콘고무는 내열성으로 특수공업용에 많이 쓰이고 가교성은 합성고무와는 다르다. 타합성고무는 황화로 가열이 되지만 실리콘 분자는 황화로 가열되지 않는다. 과산화물 촉진제로 가교하는 것을 유념해야 한다.
수지상 실리콘은 건축자재로 많이 쓰이고 있다.



6)불소고무
불소고무는 일명 바이톤고무(Viton Rubber)라고 하며 후루오로 라바(Fluoro Rubber)라는 합성고무이다.
불소고무는 특수한 물성으로 내열성, 내한성, 내유성, 내약품성이 가장 우수한 고무이다. 국방병기, 고도의 산업기계, 인공위성 등 특수하게 사용되는 합성고무이다. 트리후루오로 에치렌(Trifluoro chloro ethylene), 비니리덴 후루오 라이드(Vinylidene Fluo Ride) 이원공중합체 합성고무이다.
불소원자를 50%이상 함유하고 있는 고무로 미국 두폰사에서 1950년에 개발하여 현재는 선진국에서 생산하고 있다. Viton고무의 명칭도 두폰사에서 불소고무라 명칭한 것으로 제2의 제품대명사이며 같은 불소고무이다. 국내에서 시판되는 불소고무는 미국 두폰사와 일본 다이킹사에서 생산한 고무가 주류를 이루고 있다. 그러나 불소고무는 원래 값이 비싸고 고도의 가공기술을 필요로 하는 제품이다.



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3. 재생고무



재생고무는 1950년 고무신 또는 운동화 바닥을 세척하여 삼끈으로 한 다발씩 묶어서 기계장치가 되어 있는 구라인다 돌에 갈면 끈과 고무가 가루되고, 직각 1M 넓은 치에 치면 깨끗한 고무가루가 되어 나왔다. 기장1.5m, 폭 1m인 철판 위에 고무가루를 가득채워서 그 위에 뻑뻑한 골탄기름을 적당히 붓고, 가마솥에 넣어 고도의 수증기를 가하여 6kg/㎠ 압력에 3시간 이상 찌면 재생이 되어 나왔다.
1960년 이후 외국에서 고압보일러와 고압솥을 들여와서 고무신, 운동화바닥, 장화, 고무줄 등을 세척하여 구라인더에 갈지 않고, 그대로 세척한 고무신 등에 재생제를 첨가하여 7kg/㎠ 이상의 고압에 4시간 이상 쪄서 통채로 롤러에 넣으면 재생되어 20kg또는 30kg의 판을 만들어서 천연고무 또는 합성고무와 섞어서 사용하였다. 그후 1970년 이후에는 중소기업들이 고압솥을 만들어 시외 변두리에서 타이어고무, 피고무를 절단하여 수증기 고압으로 재생산하고 있다. 중소기업, 가내수공업의 열악한 환경에서 고무장갑, 파텍스콤돔, 고무줄 등을 생산하고 있다.
문화가 발달됨에 따라 고무장갑, 콤돔, 고무신발류 등은 재활용품으로 무한한 재원임에도 불구하고 각 아파트에서 또는 주거생활 쓰레기장에서 분리수거 되지 않아, 각종 쓰레기와 혼합되어 버리므로 고무장갑, 고무신, 고무줄 등은 재활용품으로 구하기가 어려운 실정이고, 나아가 그나마 명맥인 중소기업에서는 타이어, 피막고무를 조금 생산하는 실정이다.
현재 국내에서는 과학적으로 기업을 유지한 재생고무 생산공장은 부산대한고무(주)밖에 없으며 대기업에는 자가생산하여 충당하고, 중소재생고무 생산업체는 불과 10여군데에 불과하다. 그나마 재생고무업체는 고무장갑, 콤돔, 고무줄 등 질좋은 재활용품을 구하기 힘들어 서서히 도산해 버리는 업체가 늘고 있는 실정이다. 뜻이 있는 사업가는 외구그이 재활용품을 들여와 국내에서 생산하는 것이 오히려 바람직하다.
재생고무는 가격이 저렴할 뿐만 아니라 우리가 생활할 각종 고무 도구로써 용도는 무한하다.
특히 재생고무는 고무제조에서 각 생산공정에 좋으며 배합단가도 싼 장점이 있다.


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습도 관리

전공.. | 2011/04/23 13:58 | Posted by 프리라디칼

습도관리

 

    [요약]    

    *  습도관리의 목적은 무작정 습도를 올리는 것이 아니라,

       인체에 피해를 주는 최저습도 30RH%를 지켜내는 것이다.

    *  습도는 독자적인 것이 아니라, 온도와의 상관관계

           즉, 온도별 건강습도로 관리되어야 한다(기상청 자료).

    *  단순히 적정습도가 45-60RH%라고 하는 것은 매우 잘못된 것.

    *  습도는 온도가 올라갈수록 낮아져야 한다.

    * 실내온도 23-25도에서의 온도별 건강습도는 45-40RH%이다.

    * 그러한 의미에서 전기가습기는 과습기로서 진드기 번식의 온상이다.

 

 전기가습기-수증기 8만배크기(카이스트)의 물알갱이가 세균,방부제 품고(KBS) 떠돌다가 폐흡입. 6개월 전기료 3만원 이상과 CO2배출, 숩도계 부정확으로 과습하여 진드기 번식, 가전기기 백화, 귀찮은 청소, 잦은 고장.

 자연가습-증발량은 수분과 공기의 접촉면적에 비례, 수족관도 타월 한 장의 접촉면젹보다 작음. 

                이제 습도관리도 과학이어야 합니다.

      타월집진가습기는 생활의 지헤를 발전시킨 자연과학입니다.

 

 

 

 

 

               새로운 개념의 온도별 건강습도를 도입하며,


차        례


너무나도원시적인 습도의 세계

            1. 물의 3대 증발 법칙

            2. 습도와 상대습도

            3. 습도와 건강

            4. 중구난방인 적정습도

            5. 새로운 개념-온도별 건강습도

            6. 본말이 전도된 전기가습기

              1) 과다한 전기 사용

              2) 내뿜는 물 알갱이

              3) 세균의 온상

              4) 전기가습기의 맹점  

            7. 황당한 자연 가습기 추천


  오늘날 최첨단과학의 시대에도 물의증발, 습도, 적정습도, 습도계, 전기가습기, 자연 가습 등에 관한 우리의 지식과 행동은 너무나도 주먹구구고, 중구난방이며, 들은풍월로서 아직도 비과학적인 원시의 세계에 머물러 있습니다.


1.  물의 3대 증발법칙


   물은 물분자(H₂O)로 구성된 무색, 무취, 무미의 투명한 액체이며, 1기압하의 0℃에서 얼거나 녹고, 100℃에서 끓습니다. 물은 자연 상태에서도 공기와 접한 표면의 물분자가 공기 중으로 증발합니다. 즉, 액체에서 기체로 기화합니다. 이러한 현상이 일어나는 것은 공기압과 수증기압의 차이 때문이라고 합니다. 증발한 물분자는 역시 무색, 무취, 무미의 투명한 기체인 수증기이며, 수증기가 티끌에 응결되어 안개 또는 구름이 됩니다. 가열에 의한 비등은 물 속의 물분자가 공기 중으로 날아가지만, 증발은 오직 공기와 접한 물 표면에서만 이루어집니다.

   공기는 수증기를 좋아 합니다. 그러나 좋아하는 양에는 온도마다 한도가 있는데, 일정한 온도에서 공기가 자연히 포함할 수 있는 최대량을 포화수증기량(g/㎥)이라고 합니다. 공기의 온도별 포화수증기량은 다음 표와 같습니다.


온도별 포화수증기량표(상대습도 100%가 되는 경우)


                         -10℃  2.1379 g/㎥  1   5.1917       11   10.011        21    18.329

                           -9     2.3267          2   5.5579       12   10.659        22    19.421

                            -8    2.5314          3   5.9466       13   11.343        23    20.568

                            -7    3.7516          4   6.3588       14   12.065        24    21.773

                            -6    3.9888          5   6.7956       15   12.827        25    23.038

                            -5    3.2444          6   7.2589       16   13.629        

                            -4    3.5199          7   7.7494       17   14.475          

                            -3    3.8187          8   8.2686       18   15.366       

                            -2    4.1352          9   8.8171       19   15.562  

                            -1    4.4777         10   9.3977       20   17.291

                              0     4.8467 



    위의 표에서 보듯이 “공기는 온도가 낮으면 수증기를 좋아하지 않는다”는 것을 알 수 있으며, 겨울에 건조한 것도 그 때문입니다. 기온이 -10℃일 때에는 포화수증기량이 약 2 g/㎥에 불과하지만, 25℃일 때에는 그 10배인 23g/㎥에 달합니다.

   물의 증발에는 다음과 같은 3대 법칙이 있습니다. 가습문제를 생각할 때 기본이 되는 법칙입니다.  

   제1법칙 위의 표처럼 물과 공기의 접촉면의 온도가 높을수록 증발량은 많아집니다(양자의 기압차이가 커지기 때문입니다).

   제2법칙 증발은 물의 표면에서만 이루어지므로 당연히 공기와 접촉하는 물의 표면적이 클수록 증발량은 많아집니다.

   제3법칙 물과 접촉하는 공기의 흐름이 빠를수록 증발량은 많아집니다. 양자의 기압 차이가 큰 새로운 공기가 유입되기 때문입니다.


2.  습도와 상대습도


  우리는 흔히 습도가 몇%라고 말합니다. 그렇다면 습도가 50%라고 할 때, 공기 100g 중에 수증기가 50g 들어있다는 말일까요? 물론 아닙니다. 우리가 사용하는 습도는 상대습도를 말하는데, 이것은 어떤 온도에서의 포화수증기량을 100으로 했을 때, 실제로 공기 중에 포함되어 있는 수증기의 양(g)의 백분율(%)을 말합니다. 가령 실내 온도가 20℃인데, 공기 1㎥ 당 수증기가 1.73g 들어 있다면, 이 때의 포화수증기량은 앞서의 표에서 17.3g이므로 상대습도는 10RH%(1.73g ÷ 17.3g x 100% = 10RH%)입니다. 이와 같이 상대습도의 계산식은 분모가 공기량이 아니라, 포화수증기량이기 때문에 그 단위를 RH%(Relative Humidity, %)로 표기하게 됩니다. 위에서 습도가 50%라고 한 것은 RH를 생략한 것임을 잊지 말아야 합니다. 이처럼 상대습도는 공기 중에 같은 양의 수증기가 있더라도 온도에 따라 달라진다는 점에 유의할 필요가 있습니다.  

   참고로 공기와 수증기의 관계를 좀더 생각해보기로 하겠습니다. 여러분 공기 1㎥의 무게는 얼마나 될까요?  놀랍게도 약 1.2kg(20℃ 기준)입니다. 사실입니다. 방의 크기가 가로 2.5m, 세로 2.5m, 천정 높이 2.0m라면 방안 공기의 전체 무게는 15,000g입니다.

                  2.5m x 2.5m x 2.0m x 1.2kg = 15kg = 15,000g

그러므로 온도 20℃에서 습도가 50RH%라면, 방 안에 있는 수증기의 총량은 약 108g이며,

                  2.5m x 2.5m x 2.0m x 17.3g x 50% = 108g            

   이는 공기 전체 무게의 0.72%가 됩니다.      

                 108g ÷ 15,000g = 0.72%

   이때 습도를 10RH% 올리고자 한다면, 22g의 수증기만 보태주면 됩니다.  

                 2.5m x 2.5m x 2.0m x 17.3g x 10% = 22g

   그런데, 왜 전기가습기는 하루 밤에 수천 g의 수증기를 뿜어낼까요?  물론 방안의 수증기가 밖으로 빠져나간 탓도 있겠지만, 아무래도 과습이 된다고 보아야 할 것입니다.

   온도가 -10℃일 때에는 습도가 100RH%라고 하드라도 대기 중의 수증기량은 2.1g/㎥에 불과하며, 이는 2.5m x 2.5 m x 2m의 방에 겨우 25g(약 25cc-샘물 뚜껑 2개)의 수분이 있는 것과 같습니다.

   또한 밀폐된 공간이라면, 아무리 시간이 흘러도 당초의 상대습도에 변화가 없겠으나, 보통 아파트, 주택, 사무실 등은 외부와 통풍이 되므로 외부습기가 새어 들어오거나 실내의 습기가 새어나가게 되겠지요. 실내습도에서는 이것이 문제입니다. 


3. 습도와 건강

 

  사람은 하루에 1.4kg의 음식을 먹고, 2.3kg의 물을 마시며, 15kg의 공기를 숨쉰다고 합니다. 뜻밖에도 많은 양의 공기를 마시지요? 공기는 산소 때문에 사람이 몇 분만 숨을 쉬지 않아도 죽게 되지만, 그 밖에도 오염도, 온도, 습도 등 공기의 질이 사람의 건강에 큰 영향을 미치며, 여름을 제외하고 습도가 낮은 우리나라에서는 특히 습도관리에 신경을 써야 하겠습니다.

   흔히 사람은 환경에 자체 적응하는 능력이 있다고 합니다. 그래서인지 우리는 수천 년 동안 맑고 시원한 외풍이 마음대로 문풍지를 넘나들던 한옥에서 별 탈 없이 살아왔습니다. 그러나 지금은 황사가루와 온갖 유해물질로 오염되고, 난방으로 메말라진 밀폐 공간에서 마치 산소가 부족한 어항에서 물고기가 숨을 헐떡이듯이 살고 있습니다. 그러므로 우리는 어떠한 방식으로든 실내에 가습을 하고 집진을 하지 않으면 안 됩니다.

 인체는 적정체온인 36.4ㅡ37.4℃를 유지하기 위하여 섭취한 에너지로 열을 발생시키고, 땀을 흘려 넘치는 열을 방출하는 체온조절 메커니즘을 가지고 있는데, 습도가 너무 낮거나 높으면 체온조절이 어렵고, 생체가 스트레스를 받아 불쾌감을 느끼며, 건강에도 지장을 받게 됩니다.

   밀폐된 공간에 사람만 있다면, 공기는 우선 사람의 피부에 있는 수분을 빼앗아 갑니다. 그래서 피부가 건조해져 건선이 생기고, 가렵고, 부스럼이 생기며, 각질이 생겨 피부가 노화되고, 심하면 피부염으로까지 번질 수도 있습니다.

    다음으로 공기는 사람의 몸에서 가장 물기가 많은 코와 기관지 점막의 수분을 빼앗아 갑니다. 우리의 코나 기관지 점막은 촉촉한 상태로 있어야만 냄새도 잘 맡고, 외부로부터 침입하는 먼지나 바이러스 같은 이물질을 걸러서 배출할 수 있습니다. 그런데, 공기가 건조하면 우선 코 안의 점막이 바짝 말랐다가 터지는 날이면 제체기가 나고 콧물 눈물이 나서 견딜 수가 없게 됩니다. 특히 노인들은 코 점막의 습윤 기능이 저하되어 코가 잘 마르고 감기에 잘 걸린다고 합니다.

  또 기관지의 섬모와 점막이 말라 갈라져서 감기 바이러스 등 외부 미생물이 침범하여 감기나 독감에 걸리며, 기관지에서 이물질을 밀어내는 점막 섬모의 기능이 급격하게 떨어지면서 호흡을 통해 들어온 공기 중의 먼지나 이물질이 제대로 배출되지 않아 감기와 기관지염 등에 걸리기 쉽고 심하면 폐렴으로까지 진전된다고 합니다. 여름철에 비해 겨울이나 봄, 가을 환절기의 건조한 시기에 감기가 잘 걸리는 이유가 여기에 있다고 합니다.

   면역력이 떨어진 요즘 아이들은 환절기만 되면 감기에 걸려서 소아과나 이비인후과가 만원을 이룹니다. 아기들은 호흡기가 미숙하여 바이러스나 세균에 대한 저항력이 아직 약하므로 감기에 걸리기 쉬우며, 때로는 고열, 구토나 설사를 동반하고, 폐렴으로까지 발전한다고 하니 얼마나 무서운 일입니까.  

  끝으로 습도와 관련해서 사람의 건강과 밀접한 관련이 있는 것이 집 먼지 진드기입니다. 이들은 0.1-0.5mm의 눈에 보이지 않는 거미과 동물로서 사람의 피부 부스러기나 비듬을 먹고 살며, 그 분비물인 알레르겐이나 시체 조각들이 사람에게 알레르기 반응을 일으킨다고 합니다.

  집 먼지 진드기의 문제는 두 가지 방향인 것 같습니다. 하나는 실내 온도가 높고 습도가 높으면 이들이 왕성하게 번식한다는 것이고, 다른 하나는 실내가 건조하면 이들의 배설물이나 시체가 말라 부서져서 미세한 부유 먼지가 되어 사람의 호흡기로 들어가 눈물 콧물 재채기 기침을 나게 하고, 심하면 알레르기성 비염이나 천식을 일으키고 악화시킨다고 합니다. 또한 여기에 곰팡이, 세균까지 가세해서 알레르기성 기관지염, 천식, 비염을 일으키고, 피부에 닿으면 아토피성 피부염(60%)이나 습진을 일으킨다고 합니다.

  지난 2006년 아토피 피부염, 알레르기 비염, 천식 등 3대 질환으로 진료 받은 환자가 665만 명(국민건강보험공단)에 이르렀다고 합니다. 국민 8명 중 1명꼴입니다.

   특히 저항력이 낮은 9세 이하 아동의 20%가 천식에, 16%가 알레르기 비염에 시달리는 등 청소년 이하 연령층의 질환이 빈발하고 있습니다(이상 서울경제신문).

   그밖에도 공기가 건조하면 가래가 잘 삭지 않으며, 안구 건조, 입술 마름, 코 막힘 등의 증상이 생기기 쉽다고 합니다. 또 정전기가 쉽게 발생하고, 각종 전자기기에서 나오는 전자파의 피해도 더 커지게 됩니다. 방바닥에 가라앉아있던 먼지들도 다시 떠오릅니다.


4. 중구난방인 적정습도


   적정습도라는 말은 국어사전이나 기상학사전에도 없는 용어인데, 가습기 제조업체, 신문, 잡지, TV, 심지어는 의사들까지도 흔연스럽게 사용하고 있습니다. 어떻든 사람이 건강하고 쾌적하게 생활하는데 적합한 공기의 습도라고 생각되며, 몇 RH%라고 특정되지 않고, 일정한 습도의 범위를 지칭합니다.

   그런데, 우리의 건강과 밀접한 관련이 있는 적정습도가 그야말로 중구난방입니다. 모두 열거할 수는 없지만, 40-60RH%, 50-60RH%, 30-70RH%, 35-65RH% 등 다양합니다. 습도계에도 45-65RH%, 40-60RH% 등 멋대로 표시되어 있습니다.

   가습기 제조업자나 자연 가습기를 추천하는 사람들이나, 의사들이나, 신문 방송 잡지들이나 모두가 아무런 과학적 근거나 믿을 만한 자료 출처의 제시도 없이 그저 들은풍월로 적정습도는 “몇%다” 라고 외치고 있으며, 가습기를 사용하면, 혹은 자연 가습을 하면 이를 실현 유지할 수 있다고 떠들고 있습니다. 과연 그럴까요?  한번이라도 실험을 해보고 하는 말일까요?

   한 예를 들겠습니다. 2007년 7월 11일 SBS [잘 먹고 잘사는 법]에서는 의사 한분이 습도는 50-60RH%로 유지하라 하고, 특히 집 먼지 진드기의 증식을 막기 위해서 습도를 70RH% 이상 올리지 말라 하였는데, 이틀 후인 13일 SBS [다큐멘터리]에서는 다른 의사 한분이 알레르기 환자가 있는 경우에는 집 먼지 진드기의 증식을 막기 위하여 습도를 45% 이하로 건조하게 유지해야 한다고 말했습니다. 어느 장단에 춤을 춰야 할까요?


5. 새로운  개념-온도별 건강습도


   출처가 기상청으로 되어 있는 한 자료는, [온도별 적정습도]라는 개념을 내세우고, 15℃에서는 70RH%, 18-20℃에서는 60RH%, 21-23℃에서는 50RH%, 24℃ 이상에서는 40RH%를 권장하고 있습니다.  

   위의 자료는 실내온도가 오르면 습도를 올려야 한다는 우리의 상식을 깨는 새로운 지식입니다. 위의 내용에 따라 온도별로 공기 1㎥당 수증기량(g)을 계산해보면 다음과 같이 대략 비슷하며, 평균 약 9.2g/㎥이 됩니다.

 온도 15℃ 때의 포화수증기량 12.8g x 건강습도  70RH%  = 수증기량  8.96g,

        19℃ 때의 포화수증기량 15.6g x                  60RH% =                 9.36g,

        22℃ 때의 포화수증기량 19.4g x                  50RH% =                 9.70g,

        24℃ 때의 포화수증기량 21.8g x                  40RH% =                 8.72g

    위의 평균을 구해보면   8.96g + 9.36g + 9.70g + 8.72g  = 36.74g

                           36.74g ÷ 4 = 9.18g = 9.2g

  즉, 온도와 상관없이 공기 중에 9.2g/㎥ 정도의 수증기만 있으면 된다는 말입니다. 물 9.2g은 약 9cc로서 큰 샘물 병뚜껑 하나에 들어가는 정도의 양입니다.

   그래서 여기에서는 종래의 적정습도와 구분하기 위하여 온도별 건강습도라는 말을 쓰겠습니다.

   우리 가정의 겨울철 통상 실내온도를 22-25℃라고 할 때 각 온도별 건강습도는 다음과 같이 될 것입니다.

    22℃                        9.2g ÷ 포화수증기량19..421g = 상대습도47RH% 

    23℃                        9.2g ÷                      20.568g  =              45RH%

    24℃                        9.2g ÷                      21.773g  =              42RH%

    25℃                        9.2g ÷                      23.038g  =              40RH%

                                    

   실내 온도가 23℃일 때 흔히 추천되는 적정습도 60RH%가 되면 후접지근하고 답답해서 견딜 수가 없으나, 15℃일 때에 습도가 60RH%라면 오히려 상쾌하기까지 한 우리의 체감습도를 생각하면, 위의 온도별 건강습도의 개념은 타당하다고 볼 수 있습니다. 가령 기온이 30℃를 오르내리는 여름철에 실내습도가 6,70RH%가 된다면 축축하고 눅눅해서 견딜 수가 없습니다.   

불쾌지수라는 것도 온도와 습도의 조합으로 구성되는 것이어서 온습지수라고도 합니다.

   그러므로 적정습도는 온도와 무관한 상대습도로 규정할 것이 아니라 온도라는 변수를 고려한 [온도별 건강습도]를 기준으로 관리해야 할 것입니다.



   이상의 정보를 종합하면, 온도에 관계없이 지켜져야 할 최저한의 습도를 30RH%, 최고한의 습도를 60RH%로 정하고, 온도별 건강습도의 개념을 도임하여, 아기들이 있는 더운 방(실내온도 22-25℃)에서는 40-50RH%, 노인들이 거처하는 20-22℃의 찬 방에서는 53RH%를 넘지 않는 범위에서 습도를 높게 유지해야 할 것입니다. 



   여기에서 건강습도의 최저한을 30RH%로 한 것은

  1) 미국의 환경국 실내 공기 질 관리위원회(IAQ)의 권장습도가 30-50RH%이고,  

  2) 일본과 한국의 학교보건법에서 교실 공기 질 관리기준의 최저한을 30RH%로 규정하고 있으며,

  3) 기상청의 건조주의보가 1일 최저습도 30RH%를 하나의 성립요건으로 규정하고 있고, 

  4) 출처가 기상청 / 우리홈쇼핑 / KBS생활건강센터로 되어 있는 자료에 따르면, 난방이 잘된 아파트나 빌딩에서 습도가 30RH% 이하일 경우에는 기관지 점막을 마르게 해서 감기나 독감 바이러스가 쉽게 침투하고, 이미 감기나 독감에 걸린 경우에는 기관지의 염증을 악화시키고, 가래의 배출을 억제하여 병을 오래 가게 하는 요인이 된다. 또 안구나 피부의 수분을 빼앗아 안구건조증이나 피부가려움증을 잘 생기게 한다. 특히 유아의 기도 점막이 건조해져서 세균 감염이 쉬어진다. 또 분진이 공기 중에 머무는 시간이나 각종 바이러스의 생존기간을 연장시키고 감기나 기타 호흡기질환을 잘 걸리게 한다 하였고,

  5) 실제로 온도가 낮은 상태에서 습도를 30RH% 이하로 낮추면 입안의 침이 마르고, 목젖 근처의 침이 끈적끈적하게 농축되며,

  6) 최저한의 적정습도를 40RH%로 할 경우 자칫 고온에서 그 이상으로 과습해질 우려가 있다는 등의 사유에 근거하고 있습니다.  




   6. 습도관리의 요점


위에서 살펴본 적정습도와 온도별 건강습도를 정리해보면 다음과 같습니다.

  1) 어떠한 경우(온도)에도 최저습도인 30RH%는 지켜저야 한다.

  2) 습도는 온도가 올라가면 낮추어야 하고, 온도가 내려가면 올려야 한다.

  3) 보통 실내온도를 22-25℃로 유지한다고 할 때 적정하고 건강한 실내습도는 40-50 RH%, 즉 45±5RH%입니다.


   7. 본말이 전도된 전기가습기


   전기가습기는 원래 물을 끓여서(100℃) 수증기를 내보내는 가열식이였으나, 전기소비량이 많고, 넘어지면 아이들이 화상을 입으므로 초음파식으로 바뀌었습니다. 초음파식은 전기 진동자로 물을 미세하게 분쇄하여 작은 물 알갱이로 만들어서 강제로 분사하는 것인데, 세균 번식이 심하고, 물 알갱이가 공중에서 증발하면서 열을 빼앗아 주변 온도가 떨어지므로, 이제는 이들을 혼합한 복합식(저온 가열과 초음파 분쇄)이 주류를 이루고 있으며, 습도를 자동조절 하느냐 아니냐에 따라서 전자식과 기계식으로 구분되고, 최근에는 세균을 막기 위하여 항균필터를 쓰기도 합니다.  


1) 과다한 전기 사용


  요즘 주종을 이루고 있는 최신식 전기가습기는 전자식 복합식인데, 그 전기소비량은 최고가 약 150w/h로서 50w/h의 백열전구 3개 또는 용량 700ℓ의 투 도어 냉장고 3대를 켜놓는 것과 같아 전기 사용량이 많습니다. 지구온난화로 비상이 걸린 이 시대에 역행하는 반환경적 에너지 소모기구입니다.

 

 2) 내뿜는 물 알갱이 


  물의 증발은 물분자(H₂O)가 공기와 수증기의 기압 차이로 공기 중으로 떨어져 나가는 자연현상이며, 물분자의 크기는 0.0001㎛(1㎛는 백만 분의 1m)입니다. 그런데 전기가습기에서 나오는 습기는 물분자가 아니라, 물 알갱이입니다. KAIST에서 측정한 바로는 국내 가습기의 물 알갱이는 아무리 초미세분무라 해도 최소 8㎛로서, 물분자의 80,000배 크기(카이스트 측정자료)입니다. 그러므로 전기가습기는 물분자를 증발시키는 것이 아니라, 1차로 초음파진동으로서 물을 잘게 부순 알갱이로 분사하고 2차로 실내에서 떠돌아다니다가 자연 증발케 하는 것입니다. 이 물 알갱이가 공중에 떠돌아다니면서 주변을 촉촉하게 한다든지, 벽을 눅눅하게 한다든지, 전자제품에 백화헌상을 일으킨다든지, 가습기 살균제로 넣은 방부제를 품고 나온다든지, 가습기 내 또는 실내의 미세먼지나 세균을 품은 채 떠돌아다니다가 폐에 호흡된다든지 하는 등 많은 피해를 주게 됩니다.

 

3) 세균의 온상

    지난 1월 18일 10시에 KBS에서는 전기 가습기의 세균에 대한 특집방송을 했습니다.

    전기가습기는 초음파식이든 복합식이든 세균이 잘 번식합니다. 이 문제는 새삼스러운 일이 아닙니다. 이미 오래 전부터 문제가 되어왔으며, 인터넷에도 이에 관한 글이 많이 올라와 있습니다. 수년 전에 일본의 한 대학병원에서 가습기를 통한 레지오넬라균 감염으로 신생아가 사망한 사건이 있었습니다. 당시 일본에서의 한 측정결과에 의하면 가습기를 하루 사용한 물에서는 1㎖당 10마리, 2일 사용한 물에서는 600마리, 3일 사용한 물에서는 10만 마리의 세균이 검출되었으며, 가습기 주변 3m 안에서 1㎥당 8만 마리의 세균이 검출되었다고 합니다. 그래서 일본에서는 초음파식 가습기는 오래전부터 생산도 판매도 하지 않는다고 합니다.

   위의 KBS 방송내용을 요약하면 전기가습기는 아무리 좋은 항균필터를 사용해도 세균의 온상이므로 사용하지 말되, 꼭 사용하려면, 3시간마다 물을 갈고, 꼼꼼히 청소를 하고, 햇볕에 말려서 사용하라는 것인데, 그것이 현실적으로 가능하겠습니까?  그래서 아예 전기가습기를 사용하지 말거나, 실내 가습을 하려면 자연 가습을 하라는 것이었습니다.

  서울아산병원 이비인후과 장 용주 교수는 “가습기의 물 저장소에 곰팡이 균, 세균, 기생충이 증식하면 균 자체 또는 균이 만든 독소가 호흡기질환의 원인이 될 수 있다”며 “허약한 사람에게는 폐렴을 유발할 도 있고, 건강한 사람도 독감, 알레르기성 폐렴, 천식 등 가습기질환이 발생할 수 있다”고 충고했습니다.

  위의 자료에서는 또 “초음파가습기에서 만들어지는 물 알갱이는 세균을 실어 폐 세포에 전달하게 된다. 또 곰팡이 균이나 세균이 자랄 때 내는 독소가 알레르기를 유발하는데, 그 대표적인 증상을 가습기 열이라 한다. 이것은 열이 나고 기침이 나며, 근육통이 발작하는 등 독감 비슷한 증상이 생기기도 한다. 이러한 독소를 너무 많이 호흡하게 되면 알레르기성 폐렴이나 천식 등을 앓을 수 있다. 따라서 미국 질병관리당국은 가습기에 소독 물을 사용할 것을 권고하고 있다”고 하였습니다.

  그 다음 주에 KBS에서는 전기가습기에 사용되는 살균제는 방부제이므로, 사용이 불가하다 하였고, 실제로도 이들 약제에는 “마시거나, 피부에 닿거나, 어린이 손에 닿지 않게 하라”는 주의 문구가 있는데, 이들 약제는 가습기의 물 알갱이에 섞여서 사람이 호흡하게 됩니다.


4)  전기가습기의 맹점


   전기가습기는 언제나 세균 문제만 부각될 뿐, 정작 그 본래의 기능인 가습효과에 대해서는 말이 없습니다. 습기만 뿜어내면 적정가습이 되는 건가요?  어느 날 밤 하이마트에 가보았습니다. 마침 대당 15만 원대의 최신식인 복합식 전자식 가습기 두 대가 나란히 놓여 하얀 김을 내뿜고 있었습니다. 점원 입회하에 관찰해보았습니다. 습도계가 W사의 제품은 35%, I사의 제품은 25%를 나타내고 있었습니다. 그 가운데에 놓은 제 습도계는 45%를 나타냈습니다. 상점에 들어갈 때의 외부습도는 33%였습니다. 실내 공간이 넓어서 습도가 오르지 않은 것은 이해가 되었지만, 두 습도계의 습도계측치가 너무나 차이가 나서 놀라지 않을 수 없었습니다. 또 롯데마트에 가보았습니다. L사의 150,000원대인 두 모델은 각각 30%와 40% 사이를 수없이 교차하면서 때로는 10% 차이, 때로는 같은 수치를 나타내곤 했습니다.

   모든 전기가습기가 다 그렇다고 말할 수는 없지만, 많은 전기가습기가 [믿을 수 없는 습도계]에서 살펴본 습도계들의 습도센서와 같은 것을 사용한 것처럼 보입니다. 왜냐면, 측정오차가 ±2RH%정도인 고가의 센서를 사용했다면(그렇다고 정확성이 얼마나 높아질지는 알 수 없지만) 가습기 가격이 훨씬 더 비싸야 할 것이기 때문입니다.

   이렇게 습도계가 엉터리이니 어떻게 적정습도의 가습이 되겠습니까? 실내 습도나 적정습도가 얼마인지도 모르고, 무조건 하얀 김을 내뿜어 가습만 하면 된다는 잘못된 생각에 하루 밤에도 수천 cc의 물 알갱이를 내뿜고 있으니, 사람이 온전하겠습니까?  오죽하면 건양대 병원 유 병연 교수 같은 분은 가습기를 가동-정지를 반복하며 사용해야 과습을 막을 수 있다고 했겠습니까.


   전기가습기 제조업자는 세균 억제에는 대단한 신경을 쓰고 홍보를 하면서도 가습기 본래의 기능인 습도에 대해서는 말이 없습니다. 최소한 습도센서의 출처나, 그 오차 범위 정도는 알려주어야 할 것 아니겠습니까? 또 가습기를 틀었을 때 실내의  온도에 따라 습도가 어떻게 변화 유지되는가에 대해서도 설명이 있어야 할 것입니다.   

   * 전기가습기에 대해서는 참 말이 많습니다. 세균 조심해라, 매일 청소해라, 청소는 진동자에 먼지, 비눗물, 세제, 기름이 묻지 않게 해라, 매일 환기를 해라(열 손실), 물은 정수된 것을 사용해라, 끓인 물을 하루쯤 지난 후에 사용해라, 고장도 잦고, 특히 언급도 관심도 없는 실제습도 등등. 그래서 어떤 보건학자는 아예 가습기를 쓰지 말라고까지 합니다.  


   7. 황당한 자연 가습기 추천


   가열에 의한 비등, 전기 진동자에 의한 분쇄 등 인공적인 힘을 이용하지 않고, 자연적인 상태에서 실내의 온도나 습도에 따라 기화방식으로 수증기를 증발시키는 가습기를 자연 가습기라고 합니다.

  자연 가습은 물의 표면에 있는 물분자(크기 0.0001㎛)가 공기와 수증기의 기압차이에 의해서 공기 중으로 증발 기화하는 자연 현상을 이용하는 것입니다. 그러므로 물분자는 실내의 기압차이의 균형이 이루어질 때까지 구석구석으로 균일하게 퍼져나갑니다. 또한 물분자는 크기가 작기 때문에 물통 속에 설혹 세균이 있다 하드라도, 세균은 물분자보다 수백 수천 배나 크기 때문에 함께 떨어져나가지 못합니다. 전기가습기처럼 물 알갱이를 내뿜는 것이 아니므로 그로 인한 폐해도 없습니다. 

   자연 가습은 전기의 사용 여부를 떠나서 증발이 인위적인 것인지, 아니면 자연적인 것인지에 의해서 구분되며, 에어웟셔, 벤타, 에어로 스위스 등 공기 정화를 주 기능으로 하는 고가의 공기정화기들이 자연 가습기의 대열에 편승하고 있습니다. 자연 증발적인 기화방식이라는 점에서는 수긍이 가지만, 엄밀하게는 전기를 사용하고 있으므로 순수한 자연 가습기라고 보기는 어려울 것입니다. 또 40-60RH%의 적정습도를 유지한다고 말은 하고 있지만, 이를 실증한 바는 없습니다. 

   환절기가 닥치면, 많은 신문 TV 잡지 등에서 자연 가습을 권장합니다. 방안에 물에 젖은 수건이나 빨래를 널어두어라, 어항을 놓아라, 미니분수대를 놓아라, 참숯을 놓아라, 수경재배를 하라, 화분을 들여놓아라, 욕조에 물을 가득 채워놓고 욕실 문을 활짝 열어놓아라, 심지어는 방안에 과일 껍질을 흩어놓아라, 방안을 물걸레질을 하라고 합니다.  

  그러나 그에 대한 실험이라도 한번 해보고 하는 말일까요?  이 자연 가습방법들은 물론 없는 것보다 낫기는 하겠지만, 물이라는 시각적 효과에 현혹되어 그 실상을 외면한 것이라 하겠습니다. 마치 특효약이 없는 질병에는 단방약이 판을 치듯이, 확실하고 안전한 방법이 없는 가습기 분야에서는 물기만 있는 것이면 너도 나도 모두 자연 가습기를 자칭하고, 또 추천합니다.

  자연 가습은 증발의 3대 법칙 그 중에서도 특히 증발량은 공기와 접하는 물의 표면적이 클수록 크다는 제1법칙에 따릅니다. 

  이제 어항으로 가습한 경우의 실험결과를 보도록 하겠습니다.

  2월 5일 밤 9시에 가로 30cm x 세로 56cm의 미니 수족관(표면적 1680㎠-타월 반쪽 정도)에 물을 부어 두고, 25시간만인 2월 6일 밤 10시에 측정을 해보니, 물 소비량은 390cc에 불과했고, 그 시간동안의 습도는 

   습도계 기종                        HU        HC    

   시험 전후 습도(RH%)        31- 32   20-23 

로서 별다른 가습효과가 없었습니다.



   또  숯으로 실험한 결과는 다음과 같습니다.

2월 5일 밤 10시부터 6일 밤 10시까지 24시간 동안 참숯보다 기공이 많다는 대나무 숯 길이 20cm, 직경 평균 3cm, 35개  무개 약 1,500g의 물 소비량은 250cc에 불과했습니다. 숯은 표면적은 넓지만, 물 속에 세우게 되면 구멍의 대부분이 막혀서 공기의 소통이 되지 않아 증발이 잘 되지 않습니다. 실제로 시중에 나와 있는 참숯가습기의 수반은 모두 높이가 5cm 정도에 불과하여 물 저장량이 적습니다.



   흔히 공기 정화 겸 가습방법으로 화분이 많이 추천됩니다. 가습용으로는 스파티필름이 가장 많이 거명되는데, 이 나무는 사실은 물을 좋아하지 않습니다. 특히 겨울에는 약간 건조하게 키워야 하며, 바짝 말랐을 때 1주일에 한번정도 물을 주어야 합니다. 설사 물을 좋아한다 해도 배양토는 배수가 잘되는 밭 흙, 모래, 부엽토 등이어서 품고 있는 물이 많지 않습니다. 더구나 가습식물로 산세베리아를 거론하는 것은 말도 안 됩니다. 이 나무는 건조한 환경에서만 자라는 다육식물로서 겨울에는 한달에 한번정도만 물을 주어야 하고, 배양토도 난석, 부엽토, 강모래 등 배수가 잘되는 것이어서 화분의 함수량이 많지 않습니다. 설혹 함수량이 많다 해도 잎의 전체 표면적이 그렇게 크지 않으므로 화분 한두 그루로는 충분한 가습이 되지 않습니다. 이들 식물은 키우기도 어렵지만, 키도 1m 이상이어서 어지간한 방에서는 기르기도 어렵습니다. 화초의 수분 증발량은 화분이 품고 있는 물의 양을 초과할 수 없습니다. 하루에 수천 cc의 물을 준다면 그 화초가 온전히 자랄까요?  



   미니 분수대는 유수면(流水面)이 가장 넓은 45만 원 짜리가 폭 40cm 높이 120cm로서 전체 표면적은 4,800㎠이며, 이는 작은 타월(40cm x 60cm) 한 장(전 후면)에 불과합니다. 그밖에도, 항상 모터펌프 위에 물이 차있도록 급수관리(모터가 과열로 고장 남)를 해야 하며, 유수면 전체에 물이 고르게 흐르도록 하기 위해서는 수평도 잘 맞추어야 합니다.



   수경재배는 미니 수족관의 실험에서 보았지만, 수반이나 수조에 아무리 물이 많이 들어 있어도 식물을 꽂는 입구의 면적이 넓어야 하는데, 가장 큰 수반의 직경이 40cm(면적 40÷2x3.14=1,250㎠)이고, 미니수조도 깊이는 70cm이지만 표면적은 800㎠(40cm x 20cm)에 불과합니다.  


   또 욕실 문을 활짝 열어놓으라고 합니다. 가령 욕조에 물을 채워 둔다면 그 표면적은 55cm x 140cm입니다. 이 물의 24시간 증발량은 약 1,000cc에 이를 수 있으나, 이 물로 많은 방과 거실의 습도를 올리기에는 역부족입니다.



   과일을 얼마나 많이 먹어야 그 껍질로 습도를 올리겠습니까? 심지어는 방에 물걸레질을 하라고까지 합니다. 참으로 황당한 이야기들이 아닐 수 없습니다.



   춥고 메마른 날씨에 실내온도를 높이면, 흥건히 젖은 타월 한 장 정도로는 습도를 올리기가 여간 어려운 것이 아닙니다. 이 타월가습기가 원가의 상승에도 불구하고, 일반 타월 4장 이상의 큰 타월을 채택한 것도, 적정습도를 지켜내기 위한 것이었습니다

 

출처 : http://cafe.daum.net/Kim.jong.wan/3xaP/98?docid=1EcKg|3xaP|98|20090709110102&q=%BF%C2%B5%B5%BA%B0%20%C6%F7%C8%AD%BC%F6%C1%F5%B1%E2%B7%AE&srchid=CCB1EcKg|3xaP|98|20090709110102


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