[자외선] 카페 유리 자외선은 차단될까? UV-A 파장 투과율 논문 탐구 및 피부 노화 분석

또다시 한주가 지나 주말에 도착하고 다시 그 끝인 일요일 오후에 망명했다.
난 항상 고요한 일요일 오후가 되면 집을 나와 동네 개인이 운영하는 작은 카페 "스타벅스"에 간다.
친절한 사장님께 익숙한 듯이 "사이렌 오더"를 남기고 통유리창 앞에 앉아 노트북을 켠다.
 

자외선 차단필름이 부착되지 않은 통유리창 앞 UV-A는 얼마나 차단이 될까?

 
그러다 문득 다음과 같은 궁금증이 생길 수 있다. 카페 유리 앞 우리 피부는 자외선으로 노화가 일어날까?
물론 피부에 관심 있는 일반인이라면 자외선 UV-C는 대기권에서 차단되는 것을 알고 있으며,
UV-B는 유리에서 100% 차단, UV-A는 유리에서 차단되지 않아 선크림 필수를 상식으로 알고 있다 :D
 
하지만 찝찝하게도 아래 2가지 궁금증이 남아 관련 자료를 조사해 보았다.
1. UV-A와 인접한 파장인 UV-B는 100% 차단되면서 UV-A는 정말 차단이 되지 않는지?
2. 유리를 투과한 UV-A의 일부는 차단되거나 피부에 영향을 덜 끼치지 않을까?
 

파장별로 우리가 볼 수 있는 가시광선 영역 파장 380~750nm 수준이다 (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:EM_spectrum.svg)

 
답을 찾기 위해 먼저 중학교 시절로 돌아가 빛의 파장에 대해서 다시 한번 복습해 보자!
우리가 볼 수 있는 가시광선 영역보다 파장이 길면 적외선(IR) 파장이 짧으면 자외선이다(UV)
자외선은 크게 Ultraviolet A, B, C로 나뉘는데 일정 파장대 별로 이름을 분류한 것이다.

태양에서 방출되는 UV는 전체 2% 가량(Solar spectrum en - Sunlight - Wikipedia)

태양에서 방출되는 파장 중 UV는 전체 2% 미만이며 대부분 400~315nm를 차지하는 UV-A 계열이다.
가시광선 영역 또한 매우 풍부하게 도착하여 우리가 밝은 환경에서 기분 좋게 산책하는 것을 도와준다.
 
여기서 파동에서 파장이 짧을수록 에너지가 크며 투과율이 감소한다는 것을 알고 가야 한다.
(빛 에너지 = 플랑크 상수 X 진동수로 파장에 반비례하여 에너지가 증가)
 

그래서 통신사가 28GHz 대역을 구축하지 않는 것 이다(https://m.sedaily.com/NewsView/265TSSCIK5#cb)

 
일상 예시로 5G 통신에서 에너지가 큰 28 GHz 대역의 경우 속도가 매우 빠르지만 투과율이 적기 때문에
타 3 GHz 등 주파수 대비 기지국을 많이 세워야 해 비용이 많이 든다(그래서 이번에 통신사 28 GHz 망을 반납)
 
이 원리대로 280~100nm UV-C는 매우 해롭지만 대기권 내 오존층에서 전부 흡수가 되며,
315~280nm UV-B와 400~315nm UV-A만이 대기권을 통과하여 지상으로 내려오게 된다.
 

대부분 썬크림은 SPF 50 이상이다(https://www.kiehls.co.kr/kr/ultra-light-daily-uv-defense-sunscreen/WW0053KIE.html)

 
비교적 파장이 짧은 UV-B도 쉽게 차단될 수 있다. 시중 선크림 대부분은 SPF50인데(50 이상도 50으로 표기)
이는 UV-B를 1/50으로 차단해 주는 의미이다. 사실상 특수하게 약한 선크림 SPF15만 해도 충분히 차단한다.
또한 유리와 같은 SiO2는 물론 아크릴만 하더라도 UV-B 파장대는 통과가 불가능하다. 
 
하지만 파장이 긴 UV-A 차단은 다르다 선크림 뒤에 PFA +개수를 붙이는데 +가 하나면 1/2, ++는 1/4으로,
각 + 개수별로 2의 배수로 감소한다. 일반적인 선크림이 ++ ~ ++++인걸 감안하면 SPF대비 차단율이 작다.
이와같이 유리와 같은 투과성 물질에서 파장이 긴 UV-A는 투과하여 신체 피부까지 도달하게 된다.

“UV Protection of Glass” by R. G. Pinnick 2 논문 참조

그렇다면 과연 얼마나 많이 투과될 것인가...?
위 논문 결과를 살펴보면 자외선 차단 Laminated glass가 아닌 경우 약 70% 정도 UV-A 차단율을 보이며,
유리의 두께(0.3cm 이상), 파란색 이외 색유리, 차량 전면 유리의 경우에는 효과적인 차단을 보인다고 서술한다.
 
여기까지만 보면 일반 유리의 경우는 70%만 차단 되기 때문에 피부에 해롭구나...!라고 생각할 수 있다.
하지만...! 여기서 고려할 점은 사실 UV-A는 그저  400~315nm 구간을 사람이 명명한 이름이다.
UV-A 중 파장이 짧은 315nm 인근 구간은 보다 차단이 많이 되며, 가시광선 인근 400nm구간이 덜 차단된 것이다..!
 

Charles W. Dunnill, "UV Blocking Glass: Low Cost Filters for Visible Light Photocatalytic Assessment",  International Journal of Photoenergy , vol. 2014, Article ID 407027, 5 pages, 2014. https://doi.org/10.1155/2014/407027

 
대락적인 생활 주변 유리 UV 투과율 관련 논문을 추가로 분석해 보면 380~400nm 수준 부근 일부만
남아있을 뿐 대부분 차단됨을 알 수 있다. 파란색 가시광선이 400nm 부근부터 시작임을 본다면...
사실상 유리 뒤 UV-A는 대부분 에너지를 잃고 가시광선 영역대만 남는 것을 알 수 있다!
 
더 많은 자료를 준비하였으나... 길게 글을 작성하다 보니...여기까지...