화학적 클리닝의 이해

차량의 내장이든 외장이든 무언가로 더렵혀졌을 때 이것에 대한 효과적인 클리닝 방법이 무엇일까 고민하게 됩니다. 이때 화학적 클리닝의 원리에 대해 기본적인 지식이 있다면 훨씬 수월하게 대처할 수 있겠지요?

I.  pH 지수

화학적 클리닝 이해의 시발점은 바로 pH 지수입니다.
pH는 용액의 산성도를 가늠하는 척도로 "hydroxyl ion(수산화이온)" 대비 "hydrogen ion(수소이온)"의 농도를 측정한 것인데요. 물로 구성된 어떤 용액에 수소이온이 보다 많을 경우 산성이라 하고 수산화이온이 많을 경우에는 염기성이라고 합니다. 물이 포함된 모든 용액은 그 나름의 pH를 측정할 수 있습니다. pH 지수는 1부터 14까지이며 0~6.9는 산성, 7.1~14는 염기성으로 구분됩니다. pH지수가 7은 중성으로 이때 수소이온의 양과 수산화이온의 양이 평형을 이루고 있는 상태입니다.

pH 지수에서 1의 증가는 hydrogen ion 농도의 10배가 증가하는 로그스케일 방식을 따르고 있습니다.
예를 들어 pH 2는 pH 3보다 hydrogen ion 농도가 10배 짙은 것이며 pH 4보다는 100배 짙은 것이지요.
아래 그림을 보시면 어떤 의미인지 이해하실 수 있습니다.

가솔린, 미네랄 스피릿과 같이 물이 포함되지 않은 액체에는 수소이온이나 수산화이온이 들어있지 않습니다. 따라서 pH를 가지지 않지요. 앞서 언급했듯이 pH는 물이 가진 특성이라고 할 수 있습니다. 다시말해서 물이 없다면 pH도 없습니다.

II. 오염물질의 제거

오염물질의 종류는 다음과 같습니다.

1. 무기성(inorganic) 오염 : 원래부터 생명이 없던 물질로 탄소를 포함하지 않는다.
   - 석회류 : 물방울 자국, 시멘트물 등
   - 녹, 부식자국, 산화
   - 미네랄, 돌이나 바위 따위의 구성물질

2. 유기성(organic) 오염 : 생명이 있었거나 탄소를 포함하는 물질
   - 체유(body oils), 동물 지방
   - 탄수화물, 단백질
   - 곰팡이, 효모
   - 박테리아, 동물 분뇨

3. 페트롤리엄(석유계) 오염 : 엔진오일, 그리스(grease), 왁스, 껌 등
   - 이런 오염물질은 물을 포함하지 않으며, 소수성의 물질이며 pH를 갖지 않는다.
   - 페트롤리엄 오염은 페트롤리엄 기반의 솔벤트로 제거해야 한다.

4. 복합성 오염 : 유기성, 무기성, 페트롤리엄 오염이 혼합된 상태이며 정확한 오염원인을 찾기 어려운
    관계로 제거도 쉽지 않다. 이런 경우에는 복합 형태의 클리너가 요구된다.

무기성 오염물질은 산성 클리너로, 유기성 오염물질은 염기성(알칼리성) 클리너로, 복합성 오염은 다기능(All purpose) 클리너를 사용하여 제거합니다.

III.  클리닝 에이전트

클리닝 에이전트는 '제거되어야 할 오염물질'을 클리닝하는데 필요한 여러가지 성분을 포함하고 있습니다.
클리닝은 오염물질의 습윤(wetted), 와해(loosend), 분열(broken up), 부유(suspend), 분해(dissolved), 흩어짐(disperse), 재오염 방지(prevention)의 과정을 거치게 됩니다. 경우에 따라서는 특수한 목적을 위해 특정 성분이 추가되거나 제외되기도 합니다.

1. Solvent(솔벤트)

모든 클리너는 액체형 솔벤트를 필요로 하는데요. 오염물질을 분해할 뿐만 아니라 오염물질이 표면으로부터 부유하고 떨어져나가게 하는 매개체가 되기도 합니다. '물'은 아주 오래전부터 가장 저렴하면서 널리 쓰이는 클리닝 솔벤트입니다. 시기 적절하게만 쓰인다면 물로도 모든 종류의 오염물질(무기성, 유기성, 페트롤리엄 오염물질)을 닦아내거나 제거할 수 있습니다.

물 이외에도 석유계 용제(petroleum distillate)와 염소계 용제(chlorinated solvent)가 사용되기도 하며 이런 용제들은 나무 표면과 같이 물이 닿으면 손상이 될 수 있는 표면이나 석유계 오염물질 제거에 효과적입니다.

2. Surfactant(계면활성제)

Surfactant는 "Surface active agent"의 줄임말로 오염물질과 솔벤트 간의 경계면에서 작용하게 됩니다. Surfactant 분자는 2개의 화학적 기(chemical group)를 가지고 있는데 한쪽은 물과 친화적이고 다른 한쪽은 오염물질과 친화적이게 됩니다.

 

세척액 속에서 Surfactant 분자의 '소수성 기'는 Surfactant 자체를 오염물로 향하게 하며, '친수성 기'는 솔벤트와 융합하여 오염물을 분쇄하고 표면으로부터 분리시키며 잘게 분쇄된 오염물들을 세척액 속에 떠다니도록 만들어 줍니다.

3. 습윤, 침투제 (wetting & penetrating agent)

분자의 친수성 기와 소수성 기의 화학적 구성에 변화를 줌으로써 다양한 형태의 Surfactant를 만들어 낼 수 있는데요. 이렇게 함으로써 어느 특정 기능이나 역할을 강화하거나 약화시킬 수 있습니다.

습윤, 침투제의 역할은 다음과 같습니다.

 - Detergency : 오염물과 표면 사이의 결합을 깨뜨리는 역할
 - Penetrating and wetting : 수분이 오염물 주위를 둘러쌀 수 있도록 하는 역할
 - Foaming : 표면으로부터 오염물을 분리시키는 거품을 생성하는 역할
 - Emulsifying : 유분기 있는 오염물을 작은 입자로 분쇄하여 완전히 퍼지도록 하는 역할
 - Solubilizing : 오염물을 분해하여 더이상 고체 형태를 유지할 수 없도록 하는 역할
 - Dispersing : 오염입자가 세척액 속에 퍼지도록 하여 걸레나 버킷, 표면에 다시 붙지 않도록 하는 역할

세척력을 뛰어나게 하기 위해서는 Surfactant만으로는 부족하며 뛰어난 습윤, 침투제를 포함시킴으로써 세척력을 강화시킬 수 있습니다.

4. 킬레이트제(Chelating agent)

물 속에 녹아있는 미네랄들은 물의 경도를 높이는 원인이 되는데요. 빗물이나 증류수는 부드러워서(단물) 미네랄(칼슘, 마그네슘, 철, 이산화규소 등)을 빠르게 분해함으로써 땅 속으로 흡수되어 강이나 호수로 이동하게 되는데 이 물은 용해되어 있는 미네랄로 인해서 단단해지게(센물) 됩니다.

센물은 세척액의 세척력을 방해하게 되는데 세척성분(detergent)이 물에 녹아있는 미네랄들을 오염물로 인식함으로써 물 속의 미네랄과 반응하는데 모두 소진되고 정작 제거되어야 할 오염물은 제대로 제거하지 못하는 결과를 낳게 됩니다. 이러한 문제점은 클리너 성분에 킬레이트제를 첨가함으로써 해결할 수 있습니다. 킬레이트제가 물 속의 미네랄들을 효과적으로 둘러쌈으로써 세척성분이 본연의 역할을 할 수 있게 됩니다.

5. 감화제(Saponifier)

감화제는 강 염기성 약품으로 동물성 유지(油脂)를 천연 비누로 변환시킵니다. 아주 오랫동안 천연 비누를 만드는데 사용해오고 있는 화학적 반응입니다. 지방을 비누로 변환시키는 작용을 비누화 또는 감화(saponification)이라고 합니다. 지방과 기름이 일단 비누화되면 물에 잘 녹게 되고 쉽게 씻겨나가게 됩니다.

이 감화제로 인해 기름때와 같이 오염물이 물에 녹게 되고 물에 씻겨나갈 수 있는 것입니다.

6. 세척강화제(Builder)

세척강화제는 심한 오염물질들에 대해 세척액이 견딜 수 있도록 잉여 강도(reserve strengh)를 높여줍니다.
인산염(phosphate), 구연산염(citrate salt) 등이 강화제로 사용됩니다.

IV. 응용편

본 게시물을 크게 pH지수, 오염물질의 제거, 클리닝 에이전트로 구분할 수 있는데요. 핵심적인 사항은 오염물질의 제거 부분이 되겠습니다. 예를 들어 지붕에 나무 수액이 잔뜩 묻어있는데 세차만으로는 제거되지 않는다고 할 때 어떻게 해결해야 할까요?

나무 수액은 pH지수가 4.5~6.0 정도의 약산성이며, 유기물(organic compound)이라 할 수 있습니다. 따라서 유기물의 제거에는 염기성 클리너가 필요하므로 실생활에서 약염기성 클리너로 많이 사용하고 있는 베이킹 소다 희석액(베이킹소다:물 = 1:1~2)을 분사하거나 카샴프 대신 물에 희석하여 세척하시면 됩니다.
카샴프 대용으로 사용하실 경우에는 물양동이 하나에 베이킹 소다를 소주컵 1~2잔 정도 넣으세요.
베이킹 소다가 없다면 약염기성의 주방용 세제를 샴프 대신 넣으셔도 됩니다.

주방용 세제를 샴프 대용으로 사용하는 것은 일상적인 관리 방법으로는 적당하지 않으며 특별한 이유가 있을 경우에만 사용하시는 것이 좋습니다. 염기성의 용제는 차량 외장의 플라스틱, 고무 몰딩 등을 뿌옇게 변색시키는 원인이 됩니다.

만약 시멘트 물 자국에 베이킹 소다 희석액을 스프레이하면 도움이 될까요?

도움이 안됩니다. 물론 희석액에 물이 포함되어 있으므로 물에 의한 용해가 부분적으로 될 수는 있지만 베이킹 소다의 세척 역할은 전혀 기대할 수 없는 것이지요. 시멘트는 무기물(inorganic compound)이므로 약산성의 클리너를 사용해야 합니다. 약산성으로는 식초 희석액, 레몬즙 등을 뿌리거나 천이나 화장지에 적셔 해당 부위에 붙여둠으로써 효과를 기대할 수 있습니다.

타르 같은 경우에는 페트롤리엄 오염으로 구분할 수 있으며 이때는 석유계 용제로 제거할 수 있겠지요.
보통 타르제거제는 스티커제거제로도 활용되는데요. 스티커의 접착제 역시 페트롤리엄계 물질이기 때문입니다.
만약 타르를 조금 더 확실하게 제거할 목적으로 타르제거제를 윤할제로 하여 클레이바를 사용한다면 어떻게 될까요?

절대 그렇게 사용하시면 안됩니다. 클레이바 역시 페트롤리엄 혼합물질이므로 타르제거제와 함께 사용할 경우 클레이바가 녹아버리기 때문입니다. ^^

[참고 사이트]
http://www.autopia.org
http://dwb.unl.edu/
http://www.wikipedia.org/