2008월 10월 31일부터 11월 10일까지 포루투갈 기마레시(Guimarães)에 있는 University of Minho에 Capillary rheometer modification 관련하여 다녀왔습니다. 미뉴(미뉸? 미늉?) 대학교에 Maia 교수 연구실은 이미 몇 해 전에 새한 누나가 다녀온 곳으로 들어보신 분도 많을 거라 생각됩니다.
계기
우리 연구실에 Capillary rheometer가 있는 것은 다 알고 계실 것이라 생각됩니다. 이 Capillary rheometer는 기본적으로 폴리머 멜트용(high viscosity materials 용)으로 transducer 및 reservoir 등 구조가 slurry 및 paste 등 상대적인 저점도 물질을 다루기에는 sample loading, 측정 가능 범위 등에서 적합하지 않고, 따라서 이용빈도가 상대적으로 다른 rheometer에 비해 매우 적었습니다. 이런 와중에 지난 ICR때 Maia 교수 그룹에서 저희가 가지고 있는 Capillary rheometer를 개조하여 상대적으로 저점도에 shear thickening 현상을 보이는 suspension의 점도를 측정한 결과를 발표하였습니다(ICR 초록 Extreme rheology 세션 참조). Suspension의 high shear 에서의 데이터가 필요한 점, 기존의 capillary rheometer를 비교적 간단하게 개조한 점 등을 계기로 Maia 교수 연구실에 다녀오게 되었습니다.
이번 출장의 목적은 Capillary rheometer 개조 부분 확인, 기존 Capillary rheometer 문제점 해결여부(Sample loading 등), Capillary rheometer 사용시 발생하는 여러 현상 측정 및 보정 방법(Slip, Entrance effect, Capillary 내 Turbulent flow 등), 데이터 처리 및 Material system 확인 등 이었습니다.
Capillary rheometer modification
Capillary rheometer modification의 핵심은 suspension의 loading과 측정에 적합한 reservoir 및 capillary 제작 및 부착, 그에 적합한 범위의 transducer 부착, 측정 플랫폼 개발 이었습니다. 기존의 Piston 및 구동 시스템은 그대로 이용하고 이를 통해 flow rate을 control 하여 새 capillary와 transducer를 통해 압력 차를 측정 viscosity를 측정하는 방식이었습니다. 기존의 rheometer와는 달리 sample loading이 용이하고, Entrance effect 측정(Bagley plot), Slip 측정 역시 가능하였습니다(기존의 rheometer역시 Bagley plot을 약식으로 측정하는 것이 가능하였으나, 개조된 rheometer는 Bagley가 직접 제시한 방법 그대로 측정하는 방법입니다.). 측정 샘플로는 Newtonian fluid인 1Pa.s / 10Pa.s Silicone oil을 사용하였습니다.
Modified capillary rheometer의 한계점 및 개선방안
저점도 물질일 경우 sample loading 후 중력에 의해서 sample이 capillary를 통해 흘러내리는 현상이 있고, 측정결과에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 적합한 stopper를 제작 부착하는 방법이 있으며, viscosity 계산시에도 이 영향을 포함 보정하는 방법을 생각하였습니다. 낮은 pressure range 및 매우 민감한 transducer를 사용함으로 shear thickening fluid 경우 문제가 발생할 수 있었습니다. 이에 따른 해결 방안은 기존 rheometer 시스템 응용(자동 셧다운) 및 multi transducer를 사용한 측정 범위 확장 등이 있겠습니다. 마지막으로 수동으로 stable한 pressure drop 값을 판단 취하는 방법을 사용하는데, 이는 멜번 대학교의 capillary rheometer 사용시에 이용하는 platform을 결합하여 이용하는 것이 하나의 방법이라고 생각됩니다.
Guimarães 및 Porto
University of Minho 가 위치한 Guimarães는 Porto 옆의 작은 도시입니다. 인구는 약 16만으로 면적이나 규모나 관악구 만한 작은 도시입니다. 하지만 도시 중앙의 Historic centre of Guimarães는 세계 문화 유산으로 지정된 곳으로, 이곳 사람들은 포루투갈 왕조가 시작된 도시로서 자부심을 가지고 있습니다. 유물 대부분이 교회이며 매 시간마다 여러 교회에서 울리는 종소리를 들을 수 있었습니다. 도시 풍경은 딱 옛 유럽 작은 도시이며, 이곳 특산물인 포루투갈 타일(Portuguese tile)이 도로 곳곳에 포장되어 있는 운치있는 도시입니다. 포루투는 포루투갈의 제 2의 도시로 역시 세계문화 유산으로 지정된 도시입니다. 도시는 옛 도시답게 좁은 도로가 매우 복잡하게 엉켜 있으며, 특산물은 Porto wine입니다. 일반 와인보다 도수가 높고 단맛이 특징입니다. 두 도시 모두 관광자원은 뛰어난 도시이지만, 영어 사용 및 대중 교통 이용 등 관광인프라는 매우 부족하다는 느낌을 받았습니다.
포루투갈 음식은 다른 유럽 나라의 음식에 비해 우리 입맛에 맞으며, 특히 해산물 요리 같은 경우는 우리나라 음식과 매우 비슷하다라는 인상을 받았습니다.
저는 그저 우리가 가지고 있는 capillary rheometer로는 할 수 없다라고 생각한 부분을 간단한 방법으로 개조하여 가능하게 한 것을 보고 많은 반성을 하게 된 시간이었습니다. 너무 안이한 생각과 게으른 모습을 반성하는 계기가 되었고, capillary rheometer 개조뿐 아니라 제 연구부분에 있어서도 많은 아이디어를 얻을 수 있었던 기회였던 것 같습니다. 끝으로 좋은 기회를 주신 안교수님과 포루투갈에서 많은 도움을 준 Maia 교수 및 Eva에게도 감사의 말을 전하고 싶습니다.