LP가 짱이야 ! - LP Vinyl 이야기 Part 3.

LP가 짱이야 !

LP Vinyl 이야기

Part 3. UCM(Ultrasonic Cleaning Machine)과 세정액

 

1) 헹굼 (Rinse)의 중요성

 

정제수(증류수/탈염수)를 사용하여 수돗물을 제거하는 2단계 최종 헹굼은 다음의 그림과 유사한 콘솔을 사용하여 많은 정밀 수성 세척 공정에 사용되는 단계를 모방한 것입니다. 화학 물질을 사용한 최종 세척 후에는 일반적으로 2단계 계단식(여과 및 탈염) 2탱크 헹굼이 사용됩니다. 첫 번째 최종 헹굼(주로 초음파 탱크)에서는 정제수를 사용하여 잔류 최종 세척제를 제거하고, 두 번째 최종 헹굼(첫 번째 헹굼에 계단식)에서는 정제수를 사용하여 정제수와 오염 물질을 제거하고 잔류물이 없는 최종 청결도를 달성합니다. 따라서 필요한 청결도에 따라 첫 번째 최종 헹굼은 일반적으로 두 번째 최종 헹굼보다 품질이 한 단계 낮습니다.

산업용 정밀 초음파 세척 콘솔

 

A. 헹굼은 매우 중요합니다. 손잡이/노브가 있는 레코드 라벨 보호기와 수동 세척 과정의 여러 번의 헹굼 단계가 없으면 미립자 청결도가 적합한 기준에 도달할 확률이 낮습니다.

 

B. 사용한 세정액의 NVR은 레코드에서 제거되는 NVR보다 클 가능성이 높으므로 세정액을 헹구는 것이 중요합니다. 계면활성제(친유성 꼬리)는 본질적으로 비닐 레코드 표면에 결합하므로 효과적인 물 헹굼이 없으면 일부 계면활성제(육안으로는 보이지 않음)가 남아있을 수 있습니다.

 

C. 과도한 양의 NVR이 남아있는 경우에 레코드에서 소리가 둔해지거나 카트리지 바늘/스타일러스에 '이물질'이 쌓인 것으로 나타납니다.

 

D. 과도한 농도의 세정제는 피해야 합니다.. 너무 많이 사용하면 충분히 사용하지 않는 것보다 더 해로울 수 있습니다.

 

 

2) 적절한 브러쉬(이전 글의 추천 브러쉬, 50마이크론)) 사용의 중요성

 

LP 세척에 적절한 브러쉬를 사용하여 세척함으로서 이로 인해 발행하는 전단력과 캐비테이션(A combination of shear force & Cavitation)의 효과로 그루브 안에 존재하는 작은 입자/부스러기를 제거할 수 있습니다.

 

논문 ‘표면의 미세 입자 부착 및 제거, 에어로졸 과학 및 기술, M. B. Ranade, 1987(46)’에 따르면 알루미늄 산화물 입자의 경우 10마이크론 입자를 제거하는 데 필요한 힘(가속도)은 4.5 x 104g이고, 1마이크론 입자는 다음과 같습니다. 4.5 x 106g, 0.1 마이크론 입자는 4.5 x 108g입니다.

 

단순한 브러시나 물걸레로는 홈 측면 벽면 융기 사이의 골짜기에 '숨어 있는' 아주 작은 입자/부스러기를 제거할 수 없습니다. 유체가 표면을 지나갈 때 경계층이 형성되고 그 두께(5마이크론 이상)에 따라 경계층은 그 안의 입자를 본질적으로 보호합니다. 따라서 교반을 통해 경계층을 줄여 입자가 있는 표면을 세척액에 노출시키고 입자를 제거할 수 있는 유체 속도(전단력 A combination of shear force)를 확보하는 것이 중요합니다. 브러쉬 세척으로 제거되지 않은 입자는 산을 사용하여 제거할 수 있습니다.

 

 

3) 초음파 세척의 원리

 

초음파가 기포를 생성하여 기포가 붕괴될 때까지 에너지 파로 존재하며, 아래 그림에 표시된 관련 이벤트를 '캐비테이션(Cavitation)’이라고 합니다. 양압 및 음압 주기의 결과로 수 밀리초 동안 캐비테이션 기포가 형성되고, 팽창하고(희박화라고 함), 압축되고, 팽창하고, 압축된 다음 충분히 팽창하여 파열됩니다. 이 과정이 반복되면 파열로 인해 에너지가 방출되고 국부적인 교반이 발생하여 세척을 위한 스크러빙 동작이 이루어집니다. 캐비테이션과 관련된 에너지는 캐비테이션으로 인한 프로펠러 파임/마모를 경험한 모터 보트 소유자라면 누구나 알고 있으며, 원심 펌프에서도 동일한 현상을 경험할 수 있습니다.

초음파 캐비테이션의 기본 사항 (NASA의 이미지)

 

초음파의 경우 캐비테이션을 생성하는 데 필요한 최소 전력(와트)이 있으며 이 전력은 음압 진폭과 관련이 있습니다. 주파수가 높을수록 더 많은 전력이 필요합니다. 40kHz에 서 필요한 최소 전력은 0.3~0.5W/cm²(트랜스듀서 방사 표면당) 사이로 보고됩니다. UCM 탱크 부피가 커질수록 탱크 전체에 캐비테이션을 유지하는 데 필요한 전력(W/gal, w/L 또는 W/cm³로 측정)이 줄어듭니다. 매우 작은 0.5갤런/1.9-L 40-kHz 탱크는 125W/갤런(33W/L)이 필요한 반면 12.75-L/3.4갤런 40-kHz 탱크는 80W/갤런(21W/L)만 필요할 수 있으며, 초음파 kHz가 증가함에 따라 캐비테이션에 필요한 전력도 증가한다는 점에 유의합니다. 전력을 높이는 데는 한계가 있으며, 그 이상으로는 추가적인 이점을 얻을 수 없습니다.

위의 내용 외에, UCM에 대한 자세한 설명 글은 따로 게재합니다. 굳이 읽을 필요가 없습니다. 관심 있는 분만 보시면 되겠습니다.

 

 

4) UCM을 이용한 세척

 

A. 세척방법과 세척 순서는 이전의 게시 글에서 이미 설명하였습니다.

 

B. 세정액

 

가. 누구나 단일 세척 용액이라는 특효약을 원합니다.

 

끓는점이 낮아 빠르게 건조되어 잔여물이 거의 남지 않고 거의 모든 재료와 호환되는 1,1,2-트리클로로-1,2,2-트리플루오로에탄(1,1,2-Trichloro-1,2,2-trifluoroethane, 명칭 CFC- 113), 흔히 Freon® PCA(정밀 세척제)로 알려진 안전하고 불연성이며 저렴하고 우수한 용매는 단 한 가지뿐이었습니다.

 

불행히도 염화불화탄소(chloro-fluorocarbon) CFC-113은 오존층을 손상시키는 문제가 있었으며 1986년 몬트리올 의정서에 따라 1996년 모든 제조가 중단되었습니다.

 

그 대신에 현재 사용되고 있는 많은 동등한 수성 세정 공정이 개발되었습니다. 주의할 점은 여전히 제조되고 있고 쉽게 구입할 수 있는 퍼클로로에틸렌(perchloroethylene) 과 같은 불연성 고성능 염소화 탄화수소 용매는 CFC는 아니지만 독성이 강하고 암을 유발하는 등 여러 가지 부작용을 일으키는 것으로 알려져 있습니다.

 

다양한종류의 먼지, 부식물, 오물찌꺼기, NVR(비휘발성 잔류물)을 처리할 수 있는 안전한 단일 고밀도 용매는 존재하지 않습니다. 그리하여 현재 다양한 화학, 유체 매개변수 및 UCM을 사용하는 실험들이 계속되고 있습니다.

 

나. 위의 이유로 세정시에는 최소 2개의 세정액이 필요합니다.

 

1차 세정액으로 세척을 하고, 2차 세정액으로 1차 세척에서 못다 한 세척과 1차 세정액의 NVR(비휘발성 잔류물)을 제거하여야 합니다. 2차 세정액은 자체 NVR을 거의 남기지 않는 제품을 사용해야 합니다.

 

다. 세정액을 너무 많이 사용하면 너무 적게 사용하는 것보다 더 나쁩니다. 농도가 너무 높으면 세정력이나 산도가 크게 증가하지 않습니다. 효과도 없고 헹굼에 필요한 시간, 노력 및 물의 양이 증가합니다. 그러므로 과도한 양의 세정액을 쓰지 않아야 합니다.

 

라. UCM을 이용한 세척에서 사용할 세정액은 최상의 습윤과 세정을 위한 적절한 양의 미셀(Micelle)이 형성되어야 합니다. 그리고세척제 NVR을 최소화하기 위해 CMC의 약 5배를 넘지 않아야 합니다.

 

(주: 계면활성제는 습윤의 기능이 있습니다. 습윤은 ‘표면장력을 낮추어 두가지 이상의 물질을 완전히 접촉하게 하여 서로 섞이게 하는 것’입니다. 완전히 접촉하게 되는 최소의 농도를 CMC라고 합니다. 표면장력을 무력화하는 최소 농도인 CMC 수치를 넘게 되면 미셀(Micelle)이 형성됩니다. 이러한 미셀은 거품이 나면서 세정의 효과가 탁월하게 됩니다. )

 

마. UCM 기계를 판매하는 회사들이 제공한 Liquid는 거의 대부분 CMC를 약간 초과하는 정도의 분량을 권장하는 일종의 계면활성제입니다. Liquid 자체의 세정기능은 거의 없다고 봐도 됩니다. 용매인 물의 표면장력을 낮추어 LP의 표피에 물이 직접 접촉하게 하여 세척을 하는 것입니다.

 

(주: 일반적으로 스포이드에서 생성되는 15~18방울은 1㎖에 해당하지만, 최대 25방울/mL까지 다양할 수도 있습니다. UCM의 물탱크의 용량은 약 1.4 리터 ~ 3 리터입니다. 이러한 큰 용량에 단지 몇 방울 떨어뜨려서 미셀을 형성하는 계면활성제는 없습니다.)

 

보다 탁월한 세정을 위해서 회사들이 제공한 Liquid 를 세정에 필요한 미셀을 형성하도록 많이 투여한다면, 세정을 잘 되겠지만 세정액의 NVR이 잔류하게 되어 빈대 잡으려다 초가 삼간 태운 격이 됩니다.

 

UCM 제조사도 이를 잘 알고 있습니다. 그러기에 CMC에 이르는 임계치를 만드는 소량만 투여하라고 Notice를 합니다. 회사에서 권장하는 1회투여량의 약 5배 정도되는 양을 투여하면 LP 세척이 아주 잘 됩니다. 이 경우에는 이전 글에서 설명한 대로 정제수를 이용하여 최종헹굼을 정성껏 해주면 최상의 결과를 얻을 수 있습니다.

 

바. UCM을 이용한 세척의 최선의 방법은 2개 이상의 종류가 다른 세정액으로 청소를 하는 것입니다. 1차 세정액은 오염물질의 약 90%정도를 세정할 수 있어야 하고, 최종 세정액은 나머지 10%의 오염물질과 1차 세정액의 잔여 NVR을 제거해야 하며, 최종 세정액 자체의 NVR을 거의 남기지 않아야 합니다.

 

사. UCM으로 세척할 때마다 용매로 새로운 수도물이나 새 정제수를 쓸 필요는 없습니다. 1차 세정액과 최종 세정액을 여과/재활용하는 가장 좋은 방법은 커피 필터를 사용하는 것입니다. 일반적으로 10~15미크론 정도만 여과할 수 있으면 나쁘지 않으며 Amazon.com과 같은 푸어 오버 커피 메이커에서 판매하는 것이 적합합니다: 멜리타 640616 커피 메이커, 52온스, 유리 카라페: 홈 앤키친은 가격도 저렴하고, 스핀클린®레코드 세척기의 부피를 걸러낼 수 있을 만큼 큰 사이즈입니다.

 

 

To be continued...