고무 지우개로 필기 수단인 연필 글씨를 문지르면 종이 표면이 상하지 않고 글씨만 깨끗하게 지워지는 물리화학적 이유가 무엇인가요?

Question

이충흔 · Accepted Answer

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.연필로 종이에 글씨를 쓰면 연필심의 주성분인 흑연 가루가 종이 표면의 미세한 섬유 조직에 긁히면서 달라붙게 됩니다. 이때 흑연 가루와 종이 섬유 사이에는 분자끼리 서로 끌어당기는 약한 인력이 작용하여 글씨가 종이 위에 고정됩니다. 고무 지우개가 종이를 상하지 않게 하면서 글씨만 지울 수 있는 비결은 바로 이 인력의 크기 차이에 있습니다.​흑연 가루가 종이와 결합하는 힘보다 지우개의 고무 성분과 결합하는 힘이 훨씬 더 강합니다. 지우개로 글씨 위를 문지르면 마찰이 일어나면서 고무 성분이 흑연 가루와 긴밀하게 접촉하게 되는데, 이때 흑연 가루는 종이를 떠나 자신을 더 강하게 끌어당기는 지우개 표면으로 자리를 옮겨 붙게 됩니다. 지우개는 적당한 탄성과 점성을 가지고 있어 종이 섬유 틈새에 박힌 흑연까지 효과적으로 흡수합니다.​이와 동시에 지우개는 마찰력에 의해 표면이 쉽게 마모되도록 만들어졌습니다. 고무 표면에 달라붙은 흑연 가루들은 그대로 붙어있는 것이 아니라, 지우개가 닳으면서 발생하는 지우개 가루에 뭉쳐져 종이 밖으로 떨어져 나가게 됩니다. 지우개가 깎여 나가면서 깨끗한 새 고무 표면이 계속 드러나기 때문에 종이에 묻은 흑연을 반복해서 떼어낼 수 있습니다. 결국 지우개는 종이 섬유를 찢을 정도로 강한 자극을 주지 않으면서도, 흑연 가루만을 선택적으로 끌어당겨 지우개 가루 속으로 흡수해 버리기 때문에 종이 손상 없이 글씨만 깨끗하게 지워집니다.

김지호 · Answer

안녕하세요. 고무 지우개로 연필 글씨가 깨끗하게 지워지는 이유는 흑연과 종이, 그리고 지우개의 마찰력과 접착력의 차이 때문입니다. 연필심은 흑연과 점토를 섞어 만든 재료로, 글씨를 쓸 때 연필심의 아주 작은 흑연 입자들이 종이 표면의 미세한 틈과 섬유 사이에 끼어들어 붙습니다. 하지만 이 흑연 입자들은 종이와 화학적으로 강하게 결합한 것이 아니라, 비교적 약한 분자 간 인력과 마찰에 의해 붙어 있는 상태입니다. 고무 지우개로 문지르면 지우개가 종이 표면을 따라 움직이면서 흑연 입자와 접촉하는데요, 이때 지우개는 흑연 입자를 자신 쪽으로 끌어당기고, 마찰로 인해 흑연을 감싸면서 떼어냅니다. 우리가 지우개를 사용한 뒤 생기는 검은 지우개 가루는 바로 흑연 입자와 떨어져 나온 아주 작은 지우개 조각이 함께 뭉친 것입니다.

종이가 찢어지지 않는 것은, 종이는 식물 섬유인 셀룰로오스가 촘촘하게 얽혀 만들어져 있어 생각보다 강도가 높기 때문입니다. 반면 지우개는 종이보다 훨씬 부드럽고 탄성이 있기 때문에 문지를 때 종이의 울퉁불퉁한 표면을 따라 변형되면서 흑연만 효과적으로 제거하는데요, 물론 너무 강한 힘으로 오래 문지르면 종이 섬유도 함께 마모되어 종이가 보풀처럼 일어나거나 찢어질 수 있습니다. 또한 현대의 고무 지우개에는 천연고무나 합성고무 외에도 흑연을 잘 흡착하도록 돕는 다양한 첨가제가 들어 있기 때문에, 이러한 재료들은 지우개의 마찰력을 적절하게 유지하면서 흑연은 잘 떼어내고 종이 손상은 최소화하도록 만들어져 있습니다. 감사합니다.