입자의 크기(Size), 형상(Shape, Morphology), 분포(Distribution), 표면 특성, 하전 특성, 기계적 특성, 미세 구조 등 다양한 측정 값은 입자의 특성을 규명하는데 매우 중요하며, 전기 및 전자 소재, 화장품, 식품, 잉크/페인트, 제약 등 모든 산업 분야에서 제어하고 관리해야 하는 중요한 물성 중의 하나이다. 이러한 물성은 제품의 점도, 유동성(Flowability), 분산 및 침전 거동, 광학적 특성, 충격 및 압축강도, 응집체 형성 등 다양한 물성에 영향을 미친다.

 

따라서따라서 수입검사 차원에서 Raw Material의 입경 및 형상을 관리하고, 분산 및 분쇄공정에서 그 크기 및 분포를 제어하고, 최종제품의 특성에 미치는 영향을 평가하는 것은 매우 중요하다고 할 수 있다.

1. Particle Size
Particle Size는 Slurry의 경우처럼 고체 입자인 경우 분체(Powder), Emulsion의 경우처럼 액체 입자인 경우 Droplet, Foam의 경우처럼 기체 입자인 경우 Bubble이라고 하며, “입자의 크기(Dimension)”를 비교하기 위한 개념이라고 할 수 있다. 만약 모든 입자들이 구형이라면, 입자의 크기는 직경(直徑) 또는 반경(半徑)으로 명확하게 정의할 수 있다. 하지만 실제적으로 거의 모든 입자들은 불규칙한 형상을 갖고 있기 때문에 “Size”를 규정하는 보편타당한 정의는 없다.
상기 그림의 중앙에 있는 것처럼 우리가 다루는 실제 입자들은 매우 불규칙한 형태를 갖고 있으며 이를 1차원의 직경(Diameter) 또는 반경(Radius)으로 명확하게 표현하는 것은 매우 어려운 문제이다.
상기 예시처럼 불규칙한 입자의 최장축 또는 최단축의 길이와 동일한 구형입자로 표현하거나, 동일한 무게, 부피 또는 면적을 갖는 구형입자로 표현하거나, 동일한 Sieve Aperture를 통과하는 또는 동일한 침전속도를 갖는 구형입자로 표현하기도 한다.
따라서 입도를 측정하는 방법에 따라 어떠한 원리가 사용되었는지, 각 측정법에서 얻어진 결과가 왜 다를 수 밖에 없는지, 응용 분야 또는 목적에 따라 어떠한 측정법이 가장 적합한지 등을 이해하고 활용하는 것이 중요하다고 할 수 있다.
2. Particle Size Distribution
시료 내에 존재하는 입자의 크기들을 나타내기 위해, 측정범위는 “Size Class” 또는 “Size Bin”으로 나뉘며 각 Bin에 존재하는 입자의 개수가 측정된다. 아래 그래프는 전형적인 입도분포곡선으로 일반적으로 X축을 Log Scale로 나타낸다.
Number Distribution Volume Distribution Smoothness
입도분포를입도분포는 여러 가지 모델을 기반으로 계산될 수 있지만 대개는 개수, 표면적, 부피/질량 분포로 나타낸다. 입도분포를 Log Scale로 나타낼 때, 개수 분포는 작은 크기의 입자를 강조하는 반면 부피 분포는 큰 크기를 강조하고 가장 작은 입자는 전혀 표시가 되지 않을 수 있다. 표면적 분포는 개수와 부피 분포의 중간이라고 할 수 있다. 아래 그림처럼 입경이 각각 1μm, 2μm, 3μm인 구형입자로 개수 및 부피를 분율(%)로 비교해 보면 그 차이를 확연하게 알 수 있다. 개수로는 1:1:1의 비율이지만 부피로 비교하면 그 차이가 크다는 것을 알 수 있다.
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