점도 측정 방법 비교

점도 측정 방법

실험실에서 열가소성 혹은 열경화성 고분자를 합성한 후 가장 기본적으로 측정해야 하는 물성은 바로 점도입니다. 점도는 영문으로 viscosity라고 표현하고 이 점도는 다양한 방법으로 측정이 가능합니다. 쉽게 손가락으로 측정이 가능하고 막대기를 이용해서도 대략적인 점도를 육안으로 확인할 수 있습니다.

 

 

점도를 기계로 정확하게 측정하는 방법은 잔 컵과 낙구 점도계, 유리 캐필러리 점도계, 스핀들을 이용한 브룩필드 점도계 등이 있습니다. 점도 측정 기기에 따라서 얻을 수 있는 점도 값은 모두 다릅니다. 그렇기 때문에 실험실에서 합성하는 고분자 재료에 따라서 가장 적합하고 편차가 적은 점도 측정 방법을 선택하는 것도 연구원들이 할 일입니다.

 

 

1. 잔 컵 (Zahn cup)

가장 쉽게 점도를 측정할 수 있는 방법은 바로 잔 컵입니다. 잔 컵은 영어로 Zahn cup이라고 표시합니다. 잔 컵은 사이즈별로 컵을 만들어 놓고 바닥에 구멍을 뚫어 놓은 실험 장비입니다. 해당 실험 방법은 ASTM D4212 규격에 따라서 잔 컵의 사이즈와 구멍 사이즈가 정해져 있고 점도를 측정할 sample을 가득 채운 후에 구멍으로 sample이 모두 빠져나간 시간을 측정하는 방법입니다.

 

잔 컵 점도계

 

이론적으로 굉장히 간단한 방법입니다. 다른 점도계 대비 가격이 낮기 때문에 많은 소규모의 기업에서 선호하는 방식입니다. 그러나 측정하는 사람에 따라서 편차가 크기 때문에 객관적인 점도를 얻기는 어렵습니다. 아래는 잔 컵의 종류를 나타낸 그림이니 참고해보시길 바랍니다.

 

 

2. 낙구 점도계

낙구 점도계도 잔 컵과 비슷한 원리로 측정됩니다. ISO 12058 규격의 실험방법으로 중력으로 지지되는 유리관의 액체 시료를 공이 통과하면서 정의된 거리만큼 가라앉거나 아래로 굴러 내려간 시간을 측정하는 방법입니다. 육안으로 측정할 수 있어야 하기 때문에 투명한 시료를 사용해야 합니다. 이 방법은 시료의 무게나 밀도에 따라서 달라지는데 그 차이로 인해서 점도를 측정할 수 있습니다.

 

낙구 점도계

 

불투명한 시료를 측정하기 위해서는 마이크로 낙구 점도계를 사용해야 합니다. 전자기장의 유도를 통해서 낙구를 추적할 수 있고 단백질 용액, 희석된 폴리머 용액, 저점도 잉크, 맥아즙 등과 같이 극소량의 시료의 점도를 측정하는 데 사용됩니다. 다시 말해서 고형분이 낮은 용액을 측정하는데 주로 사용하는 방법입니다.

 

3. 유리 캐필러리 점도계

해당 점도 측정 방법은 특정 용량의 액체가 특정 지오메트리의 캐필러리를 통과하는 데 걸리는 시간을 측정합니다. 이 과정을 통해 측정된 점도는 시료의 무게나 밀도에 따라 달라지고 유리 캐필러리 점도계를 사용하는 시료는 대부분 광유나 희석된 폴리머 용액입니다. 이 방법은 이상적인 점성 거동을 나타내는 액체에 적합합니다.

 

유리 캐필러리 점도계

 

4. 회전 점도계

회전 점도계는 가장 객관적인 점도 측정 방법 중 하나입니다. 시료가 들어있는 병을 스핀들에 삽입한 후 스핀들의 회전하는 속도에 따라서 받는 저항값으로 점도를 측정합니다. 대표적으로는 Brookfield 점도계와 Spindle 점도계가 있습니다.

 

 

회전 점도계는 점도에 따라서 다양한 지오메트리의 스핀들을 사용할 수 있으며 점도 범위에 따라서 적합한 스핀들을 선택해야 합니다. 해당 점도계는 사용이 간편하고 정확도가 높은 방법이기 때문에 대부분의 실험실에서 장비를 보유하고 있습니다.

 

Brookfield 점도계

 

5. 레오미터(Rheometer)

레오미터는 고분자를 전문적으로 연구하는 실험실에서 보유하는 장비입니다. 가격도 앞에서 소개한 점도계보다 고가이고 측정하는데 오랜 시간이 걸리기 때문에 세부적인 물질의 유변학적 특성을 알고 싶을 경우에 사용합니다. 레오미터는 회전 진동하여 시료의 전단 테스트 및 비틀림 테스트에 사용할 수 있습니다. 

 

레오미터 점도계

 

오늘은 실험실에서 점도를 측정하는 방법들에 대해서 알아보았습니다. 점도를 측정하는 방법은 다양하기 때문에 점도 값을 작성할 때 어떤 방법을 통해서 측정하였는지를 정확하게 명시해야 합니다. 연구를 하는 사람은 가능한 정확도가 높은 회전 점도계나 레오 미터로 점도로 측정하는 방법을 선호합니다. 위의 방법들에 대해서 정확하게 이해한 후에 점도를 측정해보시길 바랍니다.