주제에서 말하고자 하는 내용을 공감할 수 있을지 모르겠습니다. 항상 발생하는 현상은 아니기 때문인데, 보통 오랫동안 사람의 손을 타지 않았을 때 발생하는 편입니다.
자전거나 우산 손잡이뿐만 아니라 키보드나 리모컨 등 제품에서 플라스틱이나 고무 등으로 된 부분에서 끈적거리는 현상이 가끔 발생하곤 합니다. 뭐가 묻어서 끈적거렸겠거니 생각하고 넘어갔을 것 같은데, 반복 경험해보면 주제의 궁금증이 생깁니다. 이유가 뭘까요?
이 현상은 고분자 표면이 열이나 자외선, 산소 등에 의해 열화 되면서 고체의 성질보다 액체의 성질을 더 많이 가질 때 나타납니다.
그런데 고분자가 뭘까요? 분자는 물질을 구성하는 최소 단위입니다. 고분자는 이러한 분자가 많다는 것으로 분자량이 작은 물질인 단위체가 화학반응으로 서로 연결되면서 긴 사슬의 형태로 변한 것을 고분자라고 합니다.
이때의 고분자는 고체의 성질을 보입니다. 그런데 그물 모양 구조로 엉킨 고분자 사슬이 긴 사슬로 변하거나 길게 연결된 사슬이 끊어지면서 여러 개의 짧은 사슬로 변하면 액체의 성질을 보이게 됩니다.
이를 고분자 열화라고 하는데, 이해를 돕기 위해 가황고무를 예로 들어보겠습니다. 생고무도 그냥 사용하기에는 나쁘지 않으나 여기에 황을 첨가하는 가황 공정(Vulcanization)을 거치게 하면 탄력이 매우 강한 고무가 됩니다.
여기서 가황 공정은 여러 가닥의 고분자 사슬이 엉켜있는 상태를 가교하여 3차원의 그물 모양 구조로 만드는 공정인데, 시간이 지나면 황(Sulfur)이 있는 부위가 수분이나 자외선, 산소 등에 의해 가교가 끊어지곤 합니다.
앞서 언급한 것처럼 여러 개의 짧은 사슬로 변하면서 액체의 성질을 보이고 끈적이는데, 끈적거리는 현상 외에도 탄성이 크게 줄어서 쉽게 끊어지는 현상도 보입니다. 플라스틱의 경우는 기존보다 기계적 강도가 줄어들어서 약한 충격에도 쉽게 바스러지기도 합니다.
고분자의 열화로 나타난 현상이고, 짧은 사슬들은 대체로 지용성이므로 끈적거릴 때는 에탄올이나 파스, 살충제 등의 유기용매를 이용하면 쉽게 제거할 수 있습니다. 이와 비슷한 이유로 일상에서 흔히 겪는 상황 중에 투명 실리콘 케이스가 누렇게 변하는 경우가 있습니다.
실리콘 케이스의 주성분인 폴리우레탄(TPU)은 이소시아네이트와 폴리올 분자를 합성해 만든 고분자 플라스틱입니다. 질기고 탄성이 있어서 충격 흡수에 좋으며, 무엇보다 가격이 저렴해서 실리콘 케이스로 많이 사용하는데, 폴리우레탄은 자외선에 노출될 때 붉은색을 띠는 퀴노이드(Quinoid)를 생성합니다.
이로 인해 투명 케이스가 햇빛에 오래 노출되면 누렇게 보이는 겁니다. 궁금증이 해결되셨나요?
원고 : 경희대학교 화학공학과 연구원 @맥주아저씨
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