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오염물질의 종류와 세제

  초음파 세척을 적절하게 활용하기 위해서는 다음의 여러 가지 사항에 대해 조사 분석할 필요가 있다.

- 오염물질의 종류와 표면에 붙어있는 정도

- 피세척물의 표면성질과 형상

- 피세척물의 부피와 조작의 편리성

- 요구되는 세척의 정도

초음파에 의해 제거될 오염물질의 종류는 보통 다음 부류 중의 하나가 된다.

① 가용성 물질

② 가용성의 바인더에 의해 결합된 비가용성 물질

③ 기계적결합이나 이온결합에 의해 붙어있는 비가용성 물질

초음파에의한 교반과 캐비테이션은 이러한 종류의 오염물질을 모두 제거할 수 있다.

처음의 2경우에 세척효과는 세제와 초음파의 화학적 효과에 의해 생기며, 3번째의 경우는 일차적으로 초음파의 기계적 효과에 의해 생긴다.

(1) 가용성물질 ( Soluble contaminants )

가용성물질은 수용액 또는 용제에 의해 완전하게 용해된다. 설탕, 소금등이 이러한 물질의 예이다. 이러한 가용성 물질을 제거하기 위해서는 용제가 충분히 공급되어야 한

다. 초음파는 용제와 가용성 물질을 교반시킴으로써 용해 효과를 높이는 역할을 한다. 세척될 물체가 용제 안에 잠기게 되면 그 안에는 용해 물질과 용제의 반응에 따라 여러

층이 생기게 된다. 교반작용이 없으면 가용성 물질은 처음에는 잘 용해되다가 곧 반응이 둔화된다. 용제가 유동하지 않으므로 용제의 용해력이 떨어지기 때문이다. 이것은

찬물이 담겨있는 유리컵에 각설탕을 넣었을 때를 보면 쉽게 이해할 수 있다. 저어주지 않았을 경우 각설탕은 처음에 잘 녹다가 점점 반응이 느려지는데 이것은 각설탕 주위

의 물이 포화상태에 도달했기 때문이다. 물을 저어주면 포화된 물이 희석되어 다시 용해작용을 하게 된다. 초음파의 경우에는 캐비테잉션 현상에 의해 미세한 교반작용이 일

어난다. 이 효과는 거칠고 불규칙한 표면의 세척에 매우 유용 하다. 기계적인 교반이나 일반적인 진동에 의한 것은 미세한 표면의 세척에는 그 효과가 그리 크지 못하다.

(2) 가용성바인더에의해 결합된 비가용성 물질 ( Non-soluble contaminantheld by a soluble binder )

이 경우는 비가용성의 오염물질이 가용성의 바인더 ( 결합제 )에 의해 결합된 것이다. 이것은 용제에 의해 가용성 바인더를 용해 시킴으로써 오염물질이 떨어져 나오게 할 수

있다. 금속 찌꺼기 및 먼지등이 기름, 그리이스 등과 함께 묻어있는 경우가 바로 이러한 경우로써 초음파 에너지에 의해 용해작용이 가속화되고 결합이 느슨해진 입자를 떨

구어 내게되는 것이다.

(3) 비가용성 물질 ( Non-soluble contaminant )

이 경우는 오염물질이 기계적 혹은 이온 결합으로 붙어있는 경우이다. 세척 효과는 붙어 있는 물질을 초음파 캐비테이션에 의한 충격파로 제거함으로써 이루어 진다. 즉 캐비

테이션기포의 폭발에 의해 그에 근접한 물체가 충격을 받아 결합이 깨어지게 되며 한번 결합이 깨어지게 되면 연쇄적인 충격에 의해 쉽게 닦여 나가게 된다.

이온적인 결합이 이루어져 있는 경우에는 오염물질과 친화력이 있는 유극성의 매질을 선택하여야 높은 효과를 볼 수 있다. 그렇지 않을 경우에는 일단 탈착 되었다 하더라도

다시 결합하게 되는 경우가 생기게 된다. ( 재오염 이라고 한다. ) 이것은 세척후 정전기에 의해 다시 오염되는 경우와 같다.

(4) 세척용액의 선정

적절한 세척용액의 선정은 초음파 세척기에서 1차적으로 중요한 요소이다. 세제의 중요성은 실제로 기존의 화학적인 세척공정에 효율을 증대시키기 위하여 부수적으로

초음파를 사용하는 경우가 많은 것을 보면 알 수 있다. 그러한 어떤 경우에는 초음파가 함께 사용되기 위해서는 기존의 세제를 바꾸어야 할 경우도 있다. 보통은 기존의

세제를 그대로 이용하는 것이 가장 좋은 방법이다. 피세척물에 대한 적응성이 이미 증명되어졌기 때문에 초음파의 도입이 자연스럽게 이루어질 수 있기 때문이다.

새로운 세제의 선정에 있어서 고려 되어야할 요소들은 가연성, 경제성 그리고 초음파와의 적합성 여부이다. 어떤 수용성 세제는 초음파 캐비테이션을 약화시키는 것으로

알려져 있는 계면 활성제를 가지고 있으므로 초음파 세척에는 그다지 좋지 않다. 사용될 세제는 세척 성능이 좋아야 하며 피세척물에 영향이 없어야 하고 캐비테이션이나 초음파의 전달에 지장을 초래하지 말아야 한다. 다음의 표는 대표적인 세제의 종류와 그 용도를 보여준다.

다음은 피세척물과 오염물질의 종류와 사용세제용 표이다.