스프레이(spray)는 액체와 같은 것을 노즐을 통해 분사하는 기구를 말한다.
개요
스프레이의 어원은 영어 spray(스프레이)에서 온 것인데 이 영어 단어의 뜻은 물과 같은 것을 뿌려지거나 뿌리는 것을 의미한다. 다만 우리나라에서 스프레이라 함은 분무기와 같은 기구를 말한다. YTN 사이언스는 동영상에서 스프레이는 통에 넣은 액체를 노즐을 분사하는 기구라 정의하고 있다.[1][2]
우리가 일상생활에서 다양한 스프레이를 사용하고 있다. 멋 부리고 싶을 때, 주방 청소를 할 때, 식물에게 물을 줄 때, 파티를 할 때 등등 여러 상황에 사용하는 것이 바로 스프레이이다. 헤어스프레이로 치장을 하며 주방용 분무기로 세재 소독제로 청소를 하며 스프레이로 화분에 물을 주며 눈 스프레이, 줄 스프레이 등은 파티에 빠질 수 없는 것이다. 또한 래커는 많은 미술인들에게 사랑받는 그림 도구이다. 거리에 미술사들에게는 래커는 신이 내린 스프레이 일지도 모른다. 아무 데나 낙서를 해서 문제가 되지만 하여간 스프레이는 사용하기 간단하고 휴대도 편하여 여러모로 쓰임새가 많다.
심지어 요즈음 유행되는 자동차 셀프 도색, 도장에도 스프레이를 활용한다. 차량 도장에 사용하는 페인트, 투명 클리어를 포함하여 서페이서, 프라이머 모두가 스프레이로 제작이 되어 특별한 장치가 없이도 도장이 가능하다.
스프레이는 일상생활뿐만 아니라 공업에서도 많이 활용하고 있다. 도장에서 스프레이는 가장 기본적인 방법이며 대표적으로 스프레이건, 에어브러쉬와 같은 장비와 자동 도장기, 로봇 등과 같은 여러 도장장비와 분사장치들은 스프레이 방식을 활용한 것이다.
주요 방식
스프레이는 일반적인 기계식인 피스톤 펌프를 이용하는 방식, 내 외부 압력 차이를 이용하여 압축하는 방식, 공기압을 불어넣는 에어 스프레이, 초음파 및 정전기 방식 등으로 구분할 수 있다.
피스톤 펌프 원리
우리가 흔히 사용하는 보통 분무기도 용기 속의 액체를 뽑아 올려 뿜어내기 위해 유체와 압력의 관계를 적절히 응용한다. 보통 분무기는 압력을 조절하기 위해 피스톤 펌프의 원리를 적용한다.
피스톤 펌프의 원리는 그림과 같으며 분무기에 달린 방아쇠 모양의 손잡이(트리거)가 이 피스톤을 움직이는 역할을 한다. 먼저 분무기의 손잡이를 잡아 압축시키면 그림의 (가)처럼 피스톤이 안으로 밀리면서 스프링이 압축된다. 이로 인해 펌프의 내부 압력이 증가하므로 액체 유입구의 밸브는 닫혀 액체의 유입을 차단하고 유출관 밸브는 열려 실린더 내부의 공기(유체)는 빠져나간다.
손잡이를 놓으면 압축된 스프링이 그림의 (나)처럼 피스톤을 제자리로 돌아가게 하고 펌프 내부의 압력은 낮아지므로 액체 유출관과 유입관의 개폐는 그림의 (가)와 반대로 된다. 이때 아래쪽의 액체가 들어온다.
다시 손잡이를 잡아 압축하면 피스톤은 그림의 (다)처럼 안으로 밀려 그림의 (가)와 같은 상황이 된다. 그러므로 펌프에 차 있던 액체의 압력은 높아지게 되고 이로 인해 액체는 유출관 쪽으로 뿜어져 나가게 되는 것이다. 분무기 종류에 따라 액체 유입관의 밸브와 피스톤을 결합한 구조도 있다. 가정에서 사용하는 스프레이 분무기가 이런 원리를 이용한 것이다.
압축 원리
압력의 차이에 의해 액체가 분사되는 분무기와 다른 방식으로 분무되는 압축 분무기는 용기에 액체와 공기 또는 기화가 쉬운 가압제를 첨가하여 용기 내 기체의 압력을 높여 액체를 용기 밖으로 밀어내는 것이다. 이 압축 분무기의 원리는 농사용 분무기에 많이 사용하고 있으며 다양한 스프레이 캔 제품들이 다 이 원리를 이용한 것이다.
주변에서 흔히 사용하는 압축 분무기의 또 다른 예로는 탈취나 살충용 에어로졸(aerosol) 스프레이, 소화기 등이 있다. 에어로졸 스프레이의 경우는 액체 내용물과 함께 실온에서 쉽게 기화하는 액체 가압제를 첨가한다. 용기 내에서 이 액체 가압제는 쉽게 기화하여 용기 내부를 고압의 상태로 만든다. 스프레이 노즐을 누르면 용액에 담긴 튜브의 입구가 열려 고압으로 압축된 액체가 분사되는 것이다. 이때 사용하는 가압제는 프레온, 아산화질소와 같은 물질을 사용하는데 특히 프레온 가스는 환경오염의 문제가 있기 때문에 대체 물질이나 보통의 공기를 이용하는 방법에 대해 연구하고 있다.[3]
에어 스프레이
에어 스프레이는 압축 공기를 이용하여 도포 액을 미세한 안개 형태로 만들어 대상 물체에 스프레이 하는 방식으로, 도장에서는 비슷한 메커니즘에 의한 에어 스프레이건이 대표적이다. 압축 공기에 의해 노즐에서 토출되는 도포 액에는 높은 압력이 걸려 있기 때문에 정지한 공기에 고속으로 충돌한다. 이때 도포 액이 공기 저항으로 분열되고 느려지면서 안개 형태가 되어 대상 물체에 도달하는 원리이다.
일반적으로 에어 스프레이는 비산 되는 도포 액이 많기 때문에 재료 손실이 비교적 쉽게 발생한다고 알려져 있지만, 장비의 고도화·다양화가 계속 진행되고 있다. 예를 들면, 도포 액을 미세 입자화하는 노즐로 기재의 미세한 요철 면에 균일하게 도포할 수 있는 것, 고속 분사를 유지하여 안정된 스프레이가 가능한 것, 스테이지 또는 노즐의 이동 제어나 자동화가 고도화된 장비도 있어 대상 물체의 면적이나 도포 효율·목적에 따라 구분해 사용되고 있다.
초음파 스프레이
초음파 스프레이는 노즐 선단에 칩(무화 면, atomization)이 있다. 초음파가 진동하면 도포 액이 칩에 확산되어 물결을 치기 시작한다. 그리고 표면 장력을 초과할 때까지 초음파 출력을 하면 안개 형태의 액적(droplet)이 되어 날아간다. 액적이 미세하고 균일하기 때문에 국소적이면서도 균일한 도포 용도에 적합하다. 또한, 액적이 튀거나 비산으로 인한 낭비가 거의 없어 재료 손실이 매우 적다는 점도 장점이다.
노즐은 목적에 따라 여러 가지 길이와 크기, 형상 중에서 선택한다. 필요한 유량이나 진동의 주파수를 설정하고 균일한 액적을 스프레이 하여 도막 두께나 도막의 질을 컨트롤할 수 있다.
용도로는 전자 부품의 절연막이나 도전 막, 반도체의 포토레지스트, 하드 코팅이나 반사 방지, 발수·발유 코팅 등이 있다.
정전 스프레이
정전 스프레이에서 도포 액은 노즐 안에서 수천 볼트의 전압을 받아 대전하고, 대전에 의한 반발력으로 미세한 미스트(안개 형태)가 된다. 미스트가 된 도포 액은 어스를 설치한 스테이지 상의 대상 물체(기재) 표면으로 끌려가 부착된다. 다양한 점도의 액체나 페이스트, 슬러리, 필러 분산이 포함되는 액체에 대응하며 표면에 요철이 있는 기재에 대해서도 균일한 도막 형성이 가능하다.
또한, 액체의 대부분을 기재 표면에만 부착시킬 수 있어 일반 에어 스프레이 코터, 스핀 코터와 비교하면 액제의 사용 효율이 매우 높고 재료비용도 줄일 수 있다.[4]
동영상
각주
참고 자료
같이 보기
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