학교 수업 현장에서 활용할 수 있는 표면장력 측정 장치 개발

박철규,홍훈기 한국현장과학교육학회 2018 현장과학교육 Vol.12 No.2

In the curriculum of chemistry in Korea, surface tension is a concept that has been consistently presented with intermolecular interaction. However, the surface tension till now tended to be presented only as a phenomenon or a case rather than a scientific definition. Therefore, in this study, we tried to develop a surface tension measurement instrument based on the scientific definition in order to provide a new teaching and learning method for surface tension. We analyzed limitations of surface tension measurement instruments proposed in the previous research, and developed a surface tension measurement instrument based on Wilhelmy plate method focusing on intuitiveness, convenience and accuracy. From several measurements of surface tension for six different liquids, it was confirmed that the developed instrument can accurately and precisely measure the surface tension in a short time. The proposed instrument can be used for surface tension teaching and measurement in the future class at school. 우리나라 화학 교육과정에서 표면장력은 분자 간 상호작용과 함께 지속적으로 제시되어 온 개념이지만, 지금까지 다뤄진 표면장력은 과학적 정의보다는 단순히 현상이나 사례의 측면으로만 제시되는 경향이 있다. 따라서 본 연구에서는 표면장력에 대한 새로운 교수학습 방법을 마련하고자 과학적 정의에 기반을 둔 표면장력 측정 실험 장치를 개발하고자 하였다. 선행 연구에서 제시한 표면장력 측정 장치들의 한계점을 분석하였고, 실험의 직관성, 편리성, 정확성 등에 초점을 맞추어 Wilhelmy 평판법(Wilhelmy plate method) 기반의 표면장력 측정 장치를 개발하였다. 6종 액체의 표면장력을 측정함으로써 제작된 표면장력 측정 장치가 짧은 시간 내에 정확하고 정밀한 값을 측정할 수 있다는 것을 확인하였다. 본 연구에서 제안하는 표면장력 측정 장치는 추후 화학 수업 현장에서 표면장력 교수와 측정을 위해 사용될 수 있다.

콘택트렌즈 관리용액의 미셀임계농도 및 표면장력과 세척력 간의 상관관계

변현영,성형경,문준식,이아영,권세영,김소라,박미정 한국안광학회 2014 한국안광학회지 Vol.19 No.1

The present study was aimed to figure out the correlation amongst the evaluation methods for criticalmicelle concentration, surface tension and protein cleaning efficacy to evaluate cleaning efficacy of contact lenscare products. Methods: The critical micelle concentration of surfactants and the actual concentration ofsurfactants in contact lens care solutions were investigated by employing references published and relatedinformation. Surface tension of contact lens care solutions was measured by surface tension device at 25±1oC,and contact lenses made of lotrafilcon A, comfilcon A and balafilcon A were washed with contact lens caresolutions after the incubation in artificial tears for 14 days and their cleaning efficacy was compared. Results:Among the 22 contact lens care products, 9 products provided the label of the concentration of surfactant, and 7products showed higher concentration of surfactant than the critical micelle concentration reported in references. As a result of measuring surface tension, the surface tension of lens care products for soft contact lens wasgenerally lower than other care products. When examined the removal effect of protein deposited on lens surface,it was known that the care products having lower surface tension showed higher protein removal efficiency. Conclusions: The surface tension is low when surfactant concentration in contact lens care solutions is high, andthe removal effect of protein deposited is accordingly increased with the decrease of surface tension. Thus, theseindicate the correlation amongst the evaluation methods for cleaning efficacy. 본 연구에서는 콘택트렌즈 관리용품의 세척력 평가를 위해 미셀임계농도 평가법, 표면장력 평가법 및 단백질세척효율평가법의 상관관계에 대해 알아보고자 하였다. 방법: 계면활성제의 미셀임계농도와 실제 콘택트렌즈 관리용액의 계면활성제 농도를 문헌과 관련 자료들을 이용하여 조사하였다. 표면장력기기로 25±1oC에서 콘택트렌즈 관리용액의 표면장력을 측정하였으며, lotrafilcon A, comfilcon A, balafilcon A재질의 렌즈를 인공누액에 14일 동안 침착시킨 후 콘택트렌즈 관리용액으로 세척하여 세척효율을 비교하였다. 결과: 콘택트렌즈 관리용품 22제품 중 계면활성제 농도가 표시된 제품은 9제품이었으며 문헌상의 미셀임계농도보다 계면활성제 농도가 더 높은 제품은 7제품이었다. 표면장력을 측정한 결과 대체적으로 소프트렌즈용 관리용품의 표면장력이 다른 관리용품보다 낮음을 알 수 있었으며, 렌즈에 침착된 단백질 제거효과 분석 결과에서는 표면장력이 더 낮은 제품의 단백질 제거효율이 더 높은 것을 알 수 있었다. 결론: 콘택트렌즈 관리용액의 계면활성제 농도가 높은 경우 표면장력이 낮으며, 표면장력이 낮을수록 침착된 단백질 세척 효율이 높아져 세척력 평가법 간에 서로 상관관계가 있음을 밝혔다.

고온 용융염 분석용 동적표면장력측정장치

김종윤,김대현,배상은,박태홍 한국공업화학회 2016 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2016 No.0

고온의 부식성이 높은 물질의 점도, 전기전도도, 밀도, 표면장력 등 물성 측정은 원자력 산업 등 다양한 공정에서 중요하다. 하지만, 일반적인 상용 표면장력 측정기를 사용하는 경우, 부식성이 높은 500도 이상의 고온의 용융염의 표면장력을 측정할 수 없다. 따라서, 특별히 고안하여 자체 제작한 동적표면장력 측정장치를 이용하여 고온 용융염의 표면장력을 측정하였다. 0.3mm 이하의 직경을 갖는 스테인리스 재질의 특수 모세관을 주문제작하였고, 질량유량제어기와 미분형차압센서를 이용하여 기포 내외부의 압력의 차이를 측정하였다. LabView 프로그램을 이용하여 스테핑모터 구동, 최대기포내압 측정 데이터 입력 및 출력에 활용하였다. 초순수를 이용하여 동적표면장력 측정장비의 교정 및 정확도를 확인하였다. 본 논문의 장비는 극한 환경에서의 용액에 대한 동적표면장력을 측정할 수 있기 때문에 향후 특수 산업분야의 활용성이 우수할 것으로 기대하고 있다.

미소 중력 환경을 위한 표면 장력 탱크 내 유동 연구 동향

김현탁(Hyuntak Kim),권세진(Sejin Kwon) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.5

우주비행체가 감쇄 혹은 미소 중력 조건으로 운동하는 경우, 탱크 내 추진제는 부유하게 되며 엔진 가동 시 가압 가스가 함께 공급되어 심각한 성능 저하를 유발할 우려가 있다. 표면 장력 탱크는 내부 유로에서 액체 표면장력을 활용하여 가압 가스의 유입을 차단하고, 순수 액상의 추진제를 안정적으로 엔진에 공급한다. 이는 과거 항공우주 선진국으로부터 개발되어 왔으며, 미래에 우주 탐사 계획을 수립하고 있는 우리나라 역시 표면 장력 탱크에 대한 기초 연구가 필요하다. 본 논문에서는 표면장력 탱크 내 추진제 및 가압 기체의 유동과 관련한 기존 연구를 기포점 측정, 추진제 관리 장치내 유동 분석, 위킹(Wicking) 실험, 슬로싱(Sloshing) 분석 등 4가지 범주로 나누어 살펴보았다. 이는 향후 표면 장력 탱크 연구를 위한 기초 자료로 활용할 수 있다. When a spacecraft moves with reduced or micro gravity condition in the space, propellant in the tank floats around and can be supplied to engine with pressurant gas causing severe performance loss. Surface tension tank utilizes surface tension of the liquid propellant on flow path to prevent gas ingestion and deliver the single phase liquid fuel to the engine. The surface tension tank has been developed from advanced countries in aerospace field. Korea also needs to start research of surface tension tank for its own space exploration plan in the future. In this paper, existing studies about gas and liquid flow in surface tension tank were categorized into four parts; bubble point test, flow analysis in propellant management system(PMD), wicking test, and sloshing analysis, and each research trend was investigated. It can be used as preliminary data for domestic research of surface tension tank.

온도와 포화도의 변화에 의한 표면장력이 전단파 속도에 미치는 영향

박정희(Park, Jung-Hee),강민구(Kang, Min-Gu),서선영(Seo, Sun-Young),이종섭(Lee, Jong-Sub) 대한토목학회 2012 대한토목학회논문집 C Vol.32 No.6

표면장력에 의한 겉보기 점착력은 적절한 함수비를 가지고 있는 흙의 경우 생성되며 지반의 강도를 증가시킨다. 본 연구의 목적은 온도에 따라 변화하는 표면장력이 전단파 속도에 미치는 영향을 파악하는 것이다. 표면장력의 발생 유무를 조절하기 위하여 모래-실트 혼합토를 이용하여 포화도가 다른 아홉 가지의 시료 (0%, 2.5%, 5%, 10%, 20%, 40%, 60%, 80%, 100%)를 조성하였다. 전단파 속도를 측정하기 위해 나일론 재질의 셀을 제작하였으며 전단파 트랜스듀서인 벤더 엘리먼트를 크로스 홀 형상으로 부착하였다. 시료의 온도가 15℃에서 1℃까지 변화하는 동안 포화도가 다른 각 시료의 전단파 신호를 연속적으로 측정하였다. 실험결과, 포화도 0%인 시료와 포화도 100%인 시료는 온도변화에 의한 전단파 속도 변화가 미비하였으나, 표면장력이 발생하기에 적절한 포화도를 가진 시료는 온도가 감소함에 따라 전단파 속도는 증가하였다. 또한 완전 포화된 시료를 70℃에서 건조시키면서 포화도에 따른 전단파 속도를 측정한 시료의 경우, 15℃에서 측정된 시료의 전단파 속도보다 더 낮은 전단파 속도가 측정되었다. 본 연구는 특정한 포화도에서 온도변화에 따라 전단파 속도가 변화하는 원인을 실험을 통해 분석하였으며, 미소변형구간에서의 전단탄성계수 측정과 같은 실내 및 현장실험 시, 온도를 동시에 평가해야 함을 보여준다. The surface tension, which is generated in the unsaturated soils, increases the stiffness of the soils. The objective of this study is to estimate the effect of the surface tension, which varies according to the temperature, on the shear wave velocity. Nine specimens, which have the different degree of saturation (0%, 2.5%, 5%, 10%, 20%, 40%, 60%, 80%, 100%), are prepared by using sand-silt mixtures. Experiments are carried out in a nylon cell designed for the measurement of shear waves. A pair of bender elements, which are used for the generation and detection of shear waves, is installed as a cross-hole type. The shear waves are continuously monitored and measured as the temperature of specimens decreases from 15℃ to 1℃. The results show that shear wave velocities of the fully saturated and fully dried specimens change a little bit as the temperatures of specimens decrease. However, the shear wave velocities of the specimens with the degree of saturations of 2.5%, 5%, 10%, 20%, 40%, 60% and 80% continuously increase as temperature decreases from 15℃ to 1℃. Furthermore, a fully saturated specimen is dried at the temperature of 70℃ in order to observe the shear waves according to degree of saturation. The shear wave velocities measured at the temperature of 70℃ are generally lower than those measured at temperature of 15℃. This study demonstrates that the dependence of shear wave velocities on the temperature according to the degree of saturation should be taken into account in both laboratory and field tests.

라텍스 표면장력에 따른 도공액의 물성과 도공지 인쇄적성 변화

이연자,이용준 한국공업화학회 2015 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2015 No.0

일반적으로 종이코팅기술에서 종이도공에 사용되는 라텍스는 최종 도공액 물성뿐아니라 최종 도공지의 인쇄적성에 다양한 품질 변화를 보일 수 있다. 안정적인 도공액 제조를 위해서 계면활성제를 첨가하여 라텍스의 표면장력을 조절하였다. 그러나 라텍스의 표면장력이 너무 낮아지면 혼입된 기포가 도공액 내에서 안정화 되어코팅에 좋지 못한 영향을 미칠 수 있으므로 표면장력에 대한 면밀한 평가가 필요하다. 본 연구에서는 종이코팅시 도공액의 안정성을 부여하기 위해 라텍스에 계면활성제를 첨가하여 표면장력을 조절하고, 그에 따른 도공액과 도공지 인쇄적성에 미치는 상관성을 검토하였다.

비정렬격자계와 체적포착법을 사용한 표면장력이 지배적인 다상유동 수치해석

명현국(Hyon Kook Myong) 대한기계학회 2011 大韓機械學會論文集B Vol.35 No.7

본 연구에서는 비정렬격자계와 체적포착법을 사용하여 표면장력이 지배적인 다상유동의 수치해석방법을 제시하였다. 먼저 표면장력에 대한 CSF(Continuum Surface Force) 모델을 비정렬격자계에 적용할 수 있도록 수치해석 방법을 확립시켜 Myong(2009)이 개발한 비정렬격자계와 체적포착법을 사용한 수치해석코드에 삽입하였다. 테스트 문제로 오직 표면장력만이 존재하는 평형상태의 정적(static) 액적 및 비평형상태의 동적(dynamic) 액적 문제에 적용하여, 이 해석방법의 유용성과 정확도를 평가하였다. 연구결과, 매끄러운 곡률 계산을 위해 필요한 필터로 본 연구에서 제안한 Laplacian 필터와 함께 CSF 모델로는 밀도보정(density-scaled)한 CSF 모델이 예측성능이 우수한 것으로 나타났다. 또한 표면장력 계산을 위한 이 모델을 채용한 본 수치해석방법은 표면장력이 지배적인 다상유동인 평형상태의 정적 액적 및 비평형상태의 동적 액적 문제 모두에 대해 정확성과 유용성이 입증되었다. A numerical method of the CSF(Continuum Surface Force) model is presented for the calculation of the surface tension force and implemented in an in-house solution code(PowerCFD). The present method(code) employs an unstructured cell-centered method based on a conservative pressure-based finite-volume method with volume capturing method(CICSAM) in a volume of fluid(VOF) scheme for phase interface capturing. The application of the present method to a 2-D liquid drop problem is illustrated by an equilibrium and nonequilibrium oscillating drop calculation. It is found that the present method simulates efficiently and accurately surface tension-dominant multiphase flows.

금속입자 첨가에 따른 모사젤 추진제의 표면장력 변화

김계환(Kyewhan Kim),김시진(Sijin Kim),한승주(Seungjoo Han),김진곤(Jinkon Kim),문희장(Heejang Moon) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.12

본 연구에서는 모사젤 추진제의 표면장력을 적환법(Du Noüy Ring Method)을 이용하여 측정하고 젤화제 및 금속입자 첨가량에 따른 표면장력 변화를 분석하였다. 금속입자 첨가에 따른 영향을 파악하기 위해 증류수를 기반유체로 그리고 젤화제는 Carbopol 941을 사용하였으며, 금속입자로는 평균입도 100 nm의 구형 스테인리스 304 입자를 사용하였다. 측정결과, 표면장력은 젤화제의 첨가량 증가에 따라 증가하였으나, 모사젤 추진제 내에 금속입자 첨가에 따른 표면장력은 다른 경향을 나타내었다. In this study, the surface tension of simulant gel propellants was measured by Du Noüy ring method. The variation of the surface tension was investigated with respect to the amount of the gelling agent, and metal particle addition. Distilled water was used as the base fluid for the preparation of the simulant gel propellant where Carbopol 941 was used as a gelling agent and SUS304 spherical metal particles (mean diameter : 100 nm) as simulant energetic particles. As a result of measurements, surface tension increased with increasing gelling agent concentration while, in the presence of metal particle, different behavior of surface tension has been observed.

접촉각 측정으로 본 표면 장력 관련 교육 내용 및 고등학교 학생틀의 이해 분석

최종국,박용남,백성혜 韓國敎員大學校 敎育硏究院 2009 敎員敎育 Vol.25 No.4

이 연구에서는 극성 액체인 물, 에탄올 및 비극성 액체인 사염화탄소를 극성 표변인 유리와 비극성고체인 PVC와 테플론판 위에 떨어뜨린 후 접촉각을 측정하고, 액체 증기, 고체 증기, 및 고체-액체의 경계간의 자유에너지 (□_(LV), □_(SV), □_(SL))와 표면장력을 계산하였다. 접촉각의 크기는 액체의 종류 또는 표면장력 뿐 아니라, 고제 판의 특성에 따라서도 달라진다는 것을 확인하였다. 또한, 접촉각의 크기는 액체의 표면 장력의 크기와 반드시 일치하지는 않았다. 7차 교육과정의 ‘화학 I’ 교과서 8종과 여러 평가 문항들을 분석한 결과, 접촉각과 표면 장력의 크기를 단순히 분자 간 인력에 따라 비례하는 것으로 표현하는 경우가 있었고, 교육과정에서 요구하는 수준을 념거나 현실적으로 관찰되지 않는 상황을 제시하는 경우도 있었다. 고등학교 학생들은 접촉각 표면장력 그리고 분자간 인력에 관련된 이해가 부족한 것으로 나타났다. Interfacial free energies(□_(LV), □_(SV), and □_(SL)) were calculated from the measured contact angles between various solid surfaces and liquids. Polar liquid, water and ethanol, as well as non-polar liquid such as carbon tetrachloride were examined on the polar surface such as glass as well as non-polar surface PVC and Teflon. The contact angle showed dependence on characteristics of both liquids and solid surfaces. More importantly, the order of contact angle did not agree with that of surface tension From the analysis of 8 types of 'Chemistry l' textbooks and several assesment items, the errors are found that the contact angle and surface tension are proportional to intermolecular interaction. In some cases, the required knowledge is above current educational level or some unrealistic situation is used as an example. The high school students are appeared to be incomprehensible to complex relationships between contact angle, surface tension, and intermolecular interactions.

미생물학적 원유회수증진을 위한 미얀마 저류층에서 분리한 토착미생물에 의한 표면장력 감소특성 연구

조정희,이종운,김현태 한국자원공학회 2015 한국자원공학회지 Vol.52 No.1

미얀마 저류층에서 분리한 토착미생물이 생성하는 생물계면활성제의 표면장력 감소 능력을 조사함으로써 미생물학적 원유회수증진 기술에 대한 적용 가능성을 살펴 보았다. 탄소원의 종류에 따른 미생물의 생장과표면장력 변화를 측정한 결과, 포도당을 탄소원으로 공급하였을 떄 Bacillus spp.인 BS1과 BS2가 높은 성장률을보였으며 표면장력을 감소시키는 것으로 관찰되었다. 고온과 pH 요인이 표면장력 변화에 미치는 영향을 평가하기 위하여 배양액에서 미생물을 제거한 후 100°C의 온도 및 다양한 pH 조건에 노출시킨 결과, BS1의 생물계면활성제가 전반적으로 높은 희석비율에도 안정적인 표면장력 변화를 보여 상대적으로 외부요인의 영향을 적게받는 것으로 나타났다. BS1과 BS2가 생성한 생물계면활성제를 추출, 정제한 결과 각각 0.51 g/L, 0.26 g/L이얻어졌고 CMC 값은 각각 2.0 g/L, 0.5 g/L로 나타났다. For application to MEOR (microbial enhanced oil recovery) technology, the ability of biosurfactants,which were produced by indigenous bacteria isolated from a crude oil reservoir in Myanmar, to decrease surfacetension was investigated. When various carbon sources were supplied to the bacterial isolates, Bacillus spp.,designated as BS1 and BS2, showed high biomass growth and decrease in surface tension under glucose supply. Effect of pH and temperature on variation of surface tension was examined under the conditions of 100°C andpH 2, 4, 7, and 11. As a result, the biosurfactant produced by BS1 exhibited stable variation of surface tension,showing relatively low effect under various conditions. The biosurfactants produced by each bacterial isolate wereseparated and purified, and BS1 and BS2 produced the yield of biosurfactant of 0.51 g/L and 0.26 g/L. CMCvalue of biosurfactants produced by BS1 and BS2 were 2.0 g/L and 0.5 g/L, respectively.