옷이나 머리카락에 단단히 달라붙은 껌에 얼음 조각을 대어 차갑게 식히면 물리적인 타격으로 쉽게 떼어낼 수 있는 이유가 무엇인가요?

Question

옷이나 머리카락에 단단히 달라붙은 껌에 얼음 조각을 대어 차갑게 식히면 물리적인 타격으로 쉽게 떼어낼 수 있는 이유를, 온도가 내려감에 따라 고분자 화합물인 껌의 분자 운동이 둔해져 유연성을 잃고 유리 전이 온도 이하로 떨어져 부서지기 쉬워지는 원리로 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

옷이나 머리카락에 붙은 껌에 얼음을 대면 쉽게 떨어지는 이유는 온도 저하에 따른 고분자 화합물의 물리적 성질 변화 때문입니다. 껌의 주성분은 긴 사슬 모양의 분자들이 엉켜 있는 고분자 화합물입니다. 실온에서 이 분자 사슬들은 에너지를 얻어 활발하게 운동하므로 유연하고 말랑말랑한 고무 같은 성질을 띠며, 이로 인해 섬유나 머리카락 표면에 단단히 밀착해 접착력을 발휘합니다.

​하지만 얼음을 대어 온도를 낮추면 고분자의 분자 운동이 급격히 둔해집니다. 온도가 계속 내려가 껌 고유의 유리 전이 온도 이하로 떨어지면, 껌은 부드러운 고무 상태에서 단단하고 깨지기 쉬운 유리 같은 상태로 성질이 변합니다. 유리 전이 온도 아래에서는 분자 사슬들이 유연하게 움직이지 못하고 단단히 고정됩니다.

​따라서 유리처럼 딱딱하고 메마른 상태가 된 껌은 유연성과 접착력을 완전히 잃게 됩니다. 이 상태에서 가벼운 충격이나 물리적인 타격을 가하면 껌은 늘어나거나 구부러지는 대신 결속력을 잃고 툭 하고 쉽게 부서집니다. 결국 접촉 표면과의 밀착력이 약해진 데다 물리적 충격에 쉽게 바스러지는 상태가 되었기 때문에 옷이나 머리카락에서 깔끔하게 분리해 떼어낼 수 있는 것입니다.

Answer 2

안녕하세요. 껌은 여러 종류의 고분자 화합물로 이루어진 탄성 재료이기 때문에 상온에서는 고분자 사슬이 비교적 자유롭게 움직일 수 있어서 부드럽고 잘 늘어납니다. 따라서 옷이나 머리카락의 섬유 사이로 밀착되어 강하게 달라붙으며, 이 상태에서는 잡아당기면 늘어나기만 할 뿐 쉽게 떨어지지 않습니다.

하지만 껌에 얼음을 대어 충분히 냉각하면 온도가 내려가면서 고분자 사슬의 운동이 크게 둔해지는데요, 이처럼 온도가 계속 낮아져 유리 전이 온도 이하에 가까워지면 고분자 사슬이 거의 움직이지 못하게 됩니다. 즉 원래는 상온에서 고무처럼 유연했던 껌이 유리처럼 단단하고 딱딱한 상태로 변하며, 탄성과 점성이 크게 감소하고 외부 충격을 흡수하는 능력도 떨어집니다. 이 상태에서 껌을 손으로 비틀거나 가볍게 두드리면, 상온에서처럼 늘어나는 대신 작은 조각으로 쉽게 깨지거나 부서집니다. 또한 섬유와 접촉하던 부분의 변형 능력도 감소하여 접착력이 약해지므로, 옷감이나 머리카락을 손상시키지 않고 비교적 쉽게 떼어낼 수 있습니다. 즉 얼음을 이용해서 껌을 제거하는 방법은 온도를 낮춰 고분자 화합물인 껌의 분자 운동을 둔화시킨 후에 유리 전이 온도 이하에서 유연성을 잃어 부서지기 쉬운 상태로 만들어 물리적으로 제거하는 것이라고 보시면 되겠습니다. 감사합니다.