성능 좋은 프로용 케미컬들을 보면 물에 희석해서 사용하는 경우가 많습니다.

다목적 세정제(APC)나 휠클리너 등은 강염기성인 경우가 많아 물에 희석을 하더라도 주의를 요하게 됩니다. 강염기성이지만 1:10으로 희석하면 약염기성으로 변하거나 중성에 가까울거야..이렇게 생각할 수도 있습니다. 이것은 어디까지나 추측일 뿐 원액을 물에 희석했을 때 pH가 어떻게 변하는지 정확하게 따져보는 것도 좋을 것 같습니다.

물에 희석했을 때의 pH 변화에 대해서 제가 그동안 잘못알고 있는 부분이 있어서 이번에 공부를 좀 해봤습니다.

화학에 문외한인 관계로 설명이 미숙하거나 잘못된 부분이 있을 수 있습니다. 잘못된 부분이 있다면 댓글로 지적 부탁드리겠습니다.

먼저 pH에 대해서 알아볼까요?

바로 실전으로 들어가볼까요?

맥과이어스 All Purpose Cleaner(APC)의 pH 지수는 13입니다. (2011년 6월 14일 발행 MSDS 참조)

심한 기름때에는 1(원액) :4(물)의 비율로 희석을 하고, 보통의 기름때에는 1:10의 비율로 희석하여 사용하는 제품입니다. 그럼 1:4일 때 pH의 변화가 어떻게 되는지 계산해보겠습니다.

산성의 용액인 경우에는 pH 지수를 수소이온농도로 변환하여 계산하여야 하고, pH 13과 같이 염기성인 경우에는 수산화이온농도(OH-)를 사용해야 합니다. pH 수치를 수산화이온농도와 수소이온농도로 변환하는 방법은 다음과 같습니다. 

맥과이어스 APC는 염기성 용액이므로 수산화이온농도로 변환하면 다음과 같습니다.

희석에 사용할 물을 pH 7.0의 중성이라 가정하구요. APC 1에 물 4를 혼합하는 것이므로 전체 부피는 1+4인 5가 됩니다. 위에서 구한 수산화이온농도를 최종 부피(합산한 부피) 5로 나누면 희석되었을 때의 수산화이온농도를 구할 수 있게 됩니다. 0.1 mol/L를 5로 나누면 0.02 mol/L가 됩니다. 이제 이 수산화이온농도를 pOH 지수로 변환시켜야하는데요. 변환시키는 방법은 -log(OH-)입니다. 위에서 구한 0.02 mol/L을 대입시키면 -log(0.02)이 되고 이것을 계산해보면  약 1.699가 나옵니다. (엑셀에서 계산하시면 간단합니다.) 맥과이어스 APC의 pOH 지수는 1.699인데요. 우리가 구하고자 하는 지수는 pOH 지수가 아닌 pH지수입니다. pOH 지수를 pH지수로 변환하는 방법은 다음과 같습니다.

따라서 맥과이어스 APC를 1:4로 희석했을 때의 pH는 다음과 같습니다.

맥과이어스 APC를 1:4로 희석하면 pH는 약 12.3으로 여전히 강염기성이네요.

이런 계산이 처음이신 분들은 많이 복잡하실겁니다만..몇번 해보시면 그렇게 어렵지는 않습니다. ^^

이제는 맥과이어스 APC를 1:10으로 희석했을 때의 pH를 구해보겠습니다.

OH- = 0.1 mol/L (위에서 이미 구해놓은 수치입니다.)

APC 1에 물 10을 혼합하는 것이므로 전체 부피는 1+10인 11이 됩니다. OH-값을 최종부피인 11로 나누면 

희석된 APC의 OH- 값은 0.009 mol/L이 됩니다. 이것을 pOH로 변환하기 위해서는 -log(0.009)로 계산하면 되는데 값은 약 2.0458입니다. 14에서 이 값(2.0458)을 빼게 되면 우리가 알고자 하는 pH 수치가 나오게 됩니다.

계산해보면 pH 수치는 약 11.95입니다. pH 13인 APC를 1:10으로 희석해도 여전히 강염기성인 것입니다.

염기성 용액을 물에 희석할 경우 pH 지수를 구하는 방법을 정리하면 다음과 같습니다.

이번에는 산성 용액을 희석할 경우 pH 변화에 대해 알아보겠습니다.

샘플로 맥과이어스 Wheel Brightener를 1:4로 희석했을 때의 pH를 계산해보겠습니다.

Wheel Brightener는 휠의 오염정도에 따라 원액에서 최대 1:4까지 희석해서 사용할 수 있는 휠클리너입니다.

Wheel Brightener의 pH는 MSDS 상에서 4.5~5.5로 나오는데 계산에서는 5를 기준으로 하겠습니다.

앞서 말씀드린 대로  산성 용액은 pH 지수를 수소이온농도로 변환한 다음 계산해야 합니다.

위의 수소이온농도를 전체 부피 1+4인 5로 나누면 0.000002 mol/L이 되고 이것을 pH 지수로 바꾸기 위해서는 -log(H+)를 적용하면 됩니다. 대입해보면 -log(0.000002) mol/L가 됩니다. 엑셀에서 간단히 계산해보면 5.7이 나옵니다. 즉, pH 5의 용액을 물에 1:4로 희석하면 pH 5에서 pH 5.7로 바뀌게 됩니다. 

산성 용액을 물에 희석할 경우 pH 지수를 구하는 방법을 정리하면 다음과 같습니다.

위의 복잡한 계산 말고 아주 간단히 계산하는 방법도 있습니다.

pH 지수는 로그스케일 방식이라 pH 1의 차이가 실제로는 10배의 차이입니다. 

염기성 용액을 10배 희석했다면 원액의 pH 지수에서 1을 빼주시면 되고, 100배를 희석했다면 2를 빼시면 됩니다.

물을 4배 희석했다면 log(4)가 되는데 약 0.6입니다. 마찬가지로 원액의 pH 지수에서 0.6을 빼면 됩니다.

산성 용액에서는 10배 희석했다면 원액의 pH지수에서 1을 더해주시면 되고, 4배 희석했다면 0.6을 더해주시면 됩니다.  이렇게 간단하게 계산될 수 있는 이유는 희석액이 물이기 때문에 가능한 것이고, 물이 아닌 산성이나 염기성 용액으로 희석할 경우에는 적용되지 않는 방법입니다.

감사합니다. 

고함량 카나우바왁스(이하 '스벅왁스') 만들기에 대해 정말 많은 분들이 관심을 가져주시고 응원해주신데 대해 감사드립니다. 실제 차량과 테스트 판넬을 통한 테스트 결과에 대해 말씀드리겠습니다.

수지 세차 모임에 스벅왁스를 가져가 실제 차량에 적용해보았습니다.

DECT님의 미니쿠퍼

왁스를 손바닥에서 비볐을 떄 그동안 경험해 온 카나우바왁스에 비해서 뻑뻑한 느낌

두껍게 발린 곳은 가벼운 버핑에 쉽게 닦여지지 않았고 약간의 힘을 주어 버핑해야 닦을 수 있었다.

카나우바의 특성대로 도장의 색감을 진하게 해주었으나 오일리하고 촉촉한 광택은 아니었다.

리플렉션은 양호한 수준

윤재아빠님의 아반테 XD 

왁스 어플 도포 가능했으나 뻑뻑했고 바르고 난 후 왁스 알갱이들이 어플 표면에 여기저기 붙어 있었다.

버핑시 가루날림지 적지 않게 나타났다.

차량의 색감이 처음엔 맑다가 점차 진해지는 느낌이다.

비를 맞으면서 관찰한 결과 비딩과 쉬팅이 매우 양호한 수준이었다.

윤재아빠님의 스벅왁스 리뷰 : http://cafe.naver.com/perfectshine/144653

스팽글님의 K5

핸드 왁싱시 발림성이 좋지 않았고, 왁스의 드라잉 타임이 상당히 빨랐다.

가루 날림이 적지 않아 버핑 타임을 짧게 가져갔다. 

본넷의 경우 1/4 바르고 버핑할 경우 가루날림이 거의 나타나지 않았다.

광택은 날카롭고 단단한 느낌이었다.

비딩과 쉬팅은 양호한 수준이었다.

스팽글님의 스벅왁스 리뷰 : http://blog.naver.com/whitemed/120173573273

실 차량 적용에 대한 총평

지금부터는 테스트 판넬을 통한 테스트 결과를 말씀드리겠습니다.

손바닥으로 열심히 비비면 고품질의 카나우바 왁스들은 덩어리진 부분도 잘 녹는 편이나 스벅 왁스는 비빌수록 점점 윤활성이 떨어지고 덩어리가 더이상 녹지 않았습니다. 너무 많은 양을 바를 때 나타나는 현상이었고 너무 적은 양을 바르면 덩어리는 지지 않으나 그 역시 윤활성은 떨어졌습니다. 밥알 세알정도의 양이 적당하지 않았나 싶습니다.

왼쪽은 스벅왁스, 오른쪽은 자이몰 티타늄을 발랐습니다. 티타늄은 발림성이 좋아 손가락을 짧게 바르거나 손바닥을 이용해 길게 발라도 부드럽게 발리는 편이나 스벅왁스는 길게 바르면 중간에 왁스층이 끊어져 손가락으로 짧게 짧게 발라야 했습니다. 소위 헤링본이라고들 하죠. 헤링본이 아니더라도 손가락 끝마디로 바르는 방식의 장점이라고 하면 손끝으로 바르다보니 섬세하게 바를 수 있고 이때문에 도장면에 스트레스를 가급적 적게 줄 수 있습니다. 또한 발림성이 떨어지는 왁스를 바를 때에도 적합한 방법입니다.

이제 티타늄의 바닥을 보게 되네요.

스벅왁스를 실외에서 바를 때보다는 실내에서의 발림성은 약간 더 좋은 편이었습니다. 아무래도 낮은 온도에서보다는 높은 온도에서 바를 때 왁스가 더 부드럽기 때문이 아닐까 싶습니다. 실차 적용시 세차장에서의 실외 온도는 5도 미만이었고, 수지구청 지하주차장에서는 10도 정도 되었을 것으로 추측됩니다. 실내에서 테스트 판넬에 스벅왁스를 바를 때의 온도는 23.7도 였습니다.

테스트 판넬에 왁스를 바르고 난 후 3분 가량 경과한 시점에서 버핑했을 때 스벅왁스는 역시 가루가 생겼습니다. 티타늄에서는 가루 같은 건 전혀 생기지 않았습니다.

버핑하는데는 스벅 왁스도 별 어려움은 없었습니다. 앞서 언급한 대로 티타늄은 버핑하면서 미세한 오일 잔사들이 보이는 반면 스벅왁스는 가루가 날리는 대신 오일 잔사는 나타나지 않았습니다.

이제부터 본격적인 테스트모드로 들어가겠습니다.

왼쪽이 스벅왁스, 오른쪽이 티타늄입니다. 

쉬팅 상태 비교

관전 포인트를 말씀드리겠습니다. 첫째, 물이 뭉칠 틈도 없이 빠르게 흘러 떨어지면 발수력이 좋은 것이고, 물이 뭉치며 흘러내린다면 상대적으로 발수력이 떨어지는 것입니다. 둘째, 샤워기 호스가 빠르게 좌우로 움직일 때 물줄기가 딜레이없이 샤워기 호스를 잘 따라다니면 발수력이 좋은 것이고, 샤워기 호스가 움직일 때 물줄기가 뒤늦게 따라 움직이면 발수력이 상대적으로 떨어지는 것입니다. 

비딩 상태 비교

미세 스프레이를 이용하여 물방울이 커질 때까지 계속 스프레이 했습니다. 물방울이 작을 때는 발수력이 약한 왁스들도 비딩 상태가 좋지만 물방울을 크게 만들수록 원형을 유지하기 어렵게 됩니다. 물방울의 원형을 유지하기 어려운 상황에서 발수력이 강한 왁스와 약한 왁스는 차이를 보이게 됩니다. 발수력이 약한 왁스는 원형을 유지하지 못하고 타원형이나 비구면의 형태로 모양이 바뀌다가 어느 시점에서 흘러떨어지는데 반해 발수력이 강한 왁스는 표면장력에 의해 최대한 원형을 유지하려고 하다가 어느 한도를 넘어서면 흘러떨어져 버립니다. 

왼쪽에서는 비교적 큰 물방울들의 모양이 구형을 이루지 못한 것들이 조금씩 보입니다. 이에 반해 오른쪽은 비교적 큰 물방울도 구형을 이루고 있습니다.

조금 더 스프레이를 해봤습니다. 확연한 차이나 난다고 할 수 있겠죠? 스벅왁스의 비딩은 티타늄에 비해 부족하다는 것이 여실히 나타나고 있습니다.

스프레이시 큰 물방울들의 반응들을 관찰해보세요.

왼쪽편은 스프레이로 물기가 더해지면 큰 물방울들은 모양을 바꾸기만 하고 잘 흘러떨어지지 않는 반면, 오른쪽편은 물기가 더해지면 더 큰 구형으로 만들어지고 계속 물기가 더해져 구형을 유지하기 어려운 상태가 되자 흘러떨어져버립니다.

세차 내구성 비교

세숫대야에 수퍼폼을 진득하게 희석하여 워시미트로 테스트 판넬을 잘 닦은 후를 비교해보겠습니다.

1회 세차 후 비딩 비교

왼쪽은 비구면의 물방울들이 적지 않게 보이는 반면 오른쪽은 큰물방울들도 구형을 유지하고 있습니다. 

1회 세차 후 쉬팅 비교

마찬가지로 샤워기 호수의 움직임에 따른 물줄기의 반응을 보시면 됩니다. 오른쪽(티타늄)은 처음과 거의 차이를 보이지 않지만 왼쪽(스벅왁스)은 처음보다 딜레이타임이 약간 더 생긴 느낌입니다. 

이후 4회 연속으로 세차를 한 후 비교해보겠습니다.

워시미트로 5회씩 문지른 후 물로 헹궈내기 까지가 1회 세차이고 물기를 닦아내지 않고 바로 세차하는 방식을 취했습니다.

5회 연속 세차 후 비딩 비교

비딩에 있어서는 5회 연속 세차를 했음에도 크게 변화된 양상은 없습니다. 티타늄은 여전히 비딩 상태가 좋았고, 스벅왁스는 처음보다 비딩 상태는 약간 약해졌습니다.

위와 같이 비딩이 형성된 상태에서 테스트 판넬을 그대로 수직으로 올렸을 때 물방울들이 자연스레 흘러 떨어지게 될텐데요. 그때 도장 표면에 남는 물방울을 비교해봤습니다.

역시 티타늄 쪽이 물방울이 적게 남았네요.

5회 연속 세차 후 쉬팅 비교

스벅왁스는 이제 샤워기 호스의 움직임과는 많은 차이를 보이고 있고 물방울들이 넓게 뭉쳐 서서히 흐르고 있습니다. 티타늄도 아주 약간의 딜레이 타임이 생기는데 마치 스벅왁스의 세차 전 쉬팅과 비슷한 양상입니다.

간단한 결론입니다만 스벅 왁스는 비딩과 쉬팅면에서 티타늄보다는 한수 아래이며, 세차 내구성 면에서도 티타늄에 비해 조금 떨어진다는 것을 확인하였습니다. 

매우 안타까운 사실은 원래의 5050에 비해 스벅왁스가 업그레이드가 된 것인지 아니면 다운그레이드가 된 것인지 제대로 비교를 못한다는 것입니다. 5050을 조금 남겨두었어야 했는데 이 부분이 실수였습니다.

스벅왁스는 작업성면에서, 시각적 광택감, 비딩과 쉬팅, 세차 내구성 등 여러면에서 부족한 부분이 많이 발견되었습니다. 비딩과 쉬팅, 내구성면에서 강점을 보이는 티타늄보다 반드시 나아야 하는 것은 아니지만 스벅왁스는 64% 이상의 카나우바 함량인 만큼 티타늄과 동급 이상의 퍼포먼스를 기대해볼 수도 있지 않을까 하는 욕심이었습니다.

보완 가능성

비딩이 짱짱하다는 카나우바왁스를 발라놨는데 비를 맞아봤더니 물방울 모양이 동그랗지 않고 죄다 일그러져 있다며 속상해하시는 분들을 적잖이 봐왔습니다. 왜 그런 걸까요?

판넬 오른쪽 편은 티타늄이 발려진 부분입니다. 

여기에 먼지를 인위적으로 뿌려봤습니다. 진공청소기에 가득 모인 먼지를 이용했습니다.

스프레이를 뿌려봤습니다. 비딩이 살아있는 곳도 있고 깨진 곳도 있습니다.

샤워기 호스로 깨끗히 헹군 다음 다시 스프레이 해봤습니다. 비딩이 좋아지긴 했지만 티타늄이 지금껏 보여줬던 비딩과는 사뭇 다릅니다. 깨끗히 헹궜다지만 표면에 미세 먼지가 남아 있어서 그런게 아닐까요?

이번에는 카샴푸로 가볍게 미트질한 후 깨끗이 헹군 다음 스프레이 해봤습니다. 조금 더 좋아지긴 했지만 티타늄치곤 여전히 모자른 비딩입니다.

쉬팅 상태를 한번 볼까요?

마치 스벅왁스 5회 연속 세차 후 쉬팅을 보는 것 같군요. 먼지를 맞고 금방 씻어냈음에도 비딩과 쉬팅력을 상당히 떨어뜨렸습니다. 이런 의구심이 들더군요. 연속 5회 세차 후 먼지 맞고 다시 세차함으로 인해서 이런 결과가 나타난 것이 아닐까..그래서 다시 테스트 해봤습니다.

오른쪽면을 깨끗히 닦은 후 티타늄을 다시 정성들여 바른 후 버핑하였습니다. 

다시 살아난 티타늄의 쉬팅상태입니다.

다시 먼지를 뿌렸습니다.

후레쉬를 터뜨리고 찍어보니 엄청나군요.

샤워기 호스물로만 헹궈낸 후 스프레이를 해봤습니다.  티타늄의 비딩이 말이 아니군요.

후레쉬 터뜨리고 촬영

헹굼 -> 카샴푸 미트질 -> 헹굼 -> 물 스프레이한 상태입니다. 연속 5회 세차에도 끄떡하지 않던 티타늄이 먼지 한방 먹고 세차 한번 했더니 비딩이 상당히 약화되었습니다.

후레쉬 터뜨리고 촬영

쉬팅상태도 체크해볼까요?

왁스를 다시 바르고 테스트 해봤지만 별로 달라지지 않았습니다. 쉬팅력이 많이 약화되었습니다.  

불순물은 왁스에 의해 강화된 도장면의 표면자유에너지를 증가시킵니다. 

이로 인해 아무리 발수력 좋은 왁스로 도장 표면을 코팅했다고 하더라도 먼지가 쌓인 상태에서는 비딩이 제대로 형성되기 어렵습니다. 먼지가 쌓인 정도에 따라 비딩이 손상되지 않고 나타날 수도 있고 많이 손상될 수도 있는 것이죠. 그렇게 한번 비를 맞고 다시 마르고, 다시 먼지가 쌓이고, 다시 비를 맞게 되면 비딩 상태는 전보다 훨씬 형편없게 됩니다. 도장면의 표면자유에너지는 물방울의 표면장력을 약화시켜 비딩을 방해합니다.

여기서 반드시 짚고 넘어가야 할 부분이 있습니다.

위에서 제가 임의로 도장면에 먼지를 뿌렸는데 그 먼지가 티타늄의 왁스층을 손상시킨걸까요?

먼지를 뿌리고 불과 1분도 지나지 않은 상태에서 깨끗한 물로 헹궈냈습니다. 왁스층이 날아간걸까요?

5회 연속 샴푸 세차를 해도 짱짱했던 비딩이 먼지 한방 먹고 와해되었는데 이건 어떻게 해석해야 할까요?

저는 이렇게 생각합니다.

잠시 동안 내려앉은 먼지는 왁스층을 손상시킬 수 없습니다. 보셨듯이 먼지가 물리적으로 왁스층을 훼손할만한 상황도 아니었고 화학적으로 부식시킬만한 상황도 아니었습니다.  비딩이 짱짱하다는 것은 왁스층에 의해 생성된 표면장력이 여전하다는 것이고, 이것으로 추측해본건데 왁스층은 건재할 것이라는 판단은 할 수 있습니다. 그러나, 비딩이 짱짱하지 않다는 사실을 놓고 왁스층이 훼손되었다고 판단하기는 어렵다는 것입니다. 그러므로 비딩 상태로 왁스의 지속성을 판단하는 것은 무리가 있다고 생각합니다. 최소한 비를 맞은 상태에서의 비딩으로 왁스의 지속성을 판단해서는 안되며, 깨끗히 샴푸세차 후 충분히 샴푸끼를 헹궈 낸 상태에서 평가해야 오차를 줄일 수 있습니다.

또 한편으로는 테스트 시 도장 표면에 쌓여있는 굵은 입자의 불순물들이 완전히 제거되지 않은 상태에서 워시미트가 스쳐가면서 굵은 입자의 불순물이 왁스층을 미세하게 손상시킨 것을 아닐까..이런 생각도 듭니다. 제가 고압수를 사용한 것이 아니었으니 말이죠. 진공 청소기에 모인 먼지들이 아주 가벼운 먼지만 있는 것은 아니니까요. 아주 고운 먼지만 도장면에 쌓여 있는 상황이라면 비딩이 온전하게 되살아났을 수도 있지 않을까 생각됩니다. 또한 세척이 충분히 되지 않았을 수도 있습니다. 샴푸의 세정력이 부족하다던가,,미트질이 충분하지 않았던가....즉, 포스팅에서의 사례는 특정 조건에서의 현상이며, 일반화시키기에 무리가 있다고 생각됩니다. 

물방울이 동그랗게 모이려고 하는 성질은 표면 장력에 의한 것이며, 고체 표면에 닿는 물방울의 접촉각이 크고 작은 이유는 고체의 표면자유에너지에 의한 것이라고 합니다. 고체의 표면자유에너지가 크면 물방울의 표면장력을 방해하여 동그란 물방울 형성이 어려워지고, 고체의 표면자유에너지가 작으면 물방울의 표면장력이 최대한 작용할 수 있어 물방울이 동그랗게 형성될 수 있습니다. 이런 맥락에서 보면 왁스는 도장표면의 표면자유에너지를 약하게 만드는 것이라 할 수 있습니다.

감사합니다.

Special thanks to DECT님, 윤재아빠님, 스팽글님